Prosjektnummer
900719
Utvikling av lukt- og smaksnøytrale marine proteiner: Hovedprosjekt
Målsettingen med dette prosjektet er å finne metode og teknologi for produksjon av smaksnøytrale fiskeproteiner (basert på ryggbein av laks) som kan være økonomisk og kvalitetsmessig konkurransedyktig i humant ingrediensmarkedet. Reduksjon av lipidinnhold har vært ønskelig, og har stått sentralt.
To ulike behandlingsmetoder for råstoff er undersøkt:
1) bruk av grakse fra oljeproduksjon basert på ryggbein av laks og
2) for-koking og beinseparering av hele ryggbein.
Metode 2) gav høyeste utbytte. For å oppnå effektiv utskillelse av lipider/olje er det avdekket at det bør anvendes lave skjærkrefter ved prosessering. Det er undersøkt bruk av etanolekstraksjon for reduksjon av lipidinnhold i sluttprodukt. Sensoriske tester viser at det er oppnådd smaksintensitet på samme nivå som for soya-isolater. Dette ansees som bra. Imidlertid vil smakspanel kunne gjenkjenne fiskesmak. Smakstestene viser at smaken på proteinpulver som er produsert ikke påvirkes av lipidinnhold i den grad det var forutsatt, noe som ansees som et viktig resultat, men det anbefales ytterligere arbeid for å avklare dette forholdet.
Det er foreslått, og testet ved laboratoriesimulering ulike produksjonsprosesser for fremstilling av proteinpulver. Det er videre utført enkle økonomiske analyser for to prosesser som viser at forbehandling med prosess 2 har best økonomisk potensial. Kalkulasjonene viser at med råstoffpris for ryggbein på 2 kr/kg, salgspris på utvunnet olje på 4 kr/kg, salgspris på tørket proteinpulver på 80 kr/kg, så gir kalkylen driftsresultat tilnærmet 0 ved anvendelse av etanolekstraksjon for fettfjerning, og driftsresultat ca. 5–6 kr/kg ryggbein, uten etanolekstraksjon.
-
Report: Proteins with neutral taste from salmon backbones
SINTEF. SINTEF-report A23364. 5.09.2012. By Revilija Mozuraityte, Leif Grimsmo, and Ivar Storrø.
Et markedsprosjekt for marine proteiner til helse og ernæring i USA (FHF-prosjekt 900058 og RUBIN-rapport 186), gjennomført av Altavida i 2009–2010, konkluderte med at fjerning av uønsket lukt og smak, og øket holdbarhet, er de viktigste utfordringene for at marine proteiner skal kunne konkurrere med soya- og melkeproteiner på det humane markedet. På den bakgrunn ble det igangsatt et innledende utviklingsprosjekt for å teste ut aktuelle prosesser for fjerning av lukt/smak fra proteinprodukter basert på marint biråstoff. Målet har vært å evaluere og komme med anbefaling til best egnede råvarer og prosesser for industriell produksjon av fiskeprotein ingredienser for bruk i humane helse og ernæringsprodukter. Prosjektet ble ledet av Altavida, mens SINTEF og Chalmers i Sverige har uavhengig av hverandre foretatt en praktisk uttesting av alternative metoder/prosesser.
Rapporten, som ble utgitt i september 2011, konkluderte med at SINTEFs prosess med vasking og etanolekstraksjon av denaturert kjøtt fra lakserygger var det best egnede konseptet når det gjaldt produktkvalitet, prosessens enkelhet og økonomi. Utbyttet lå på ca. 10 % tørt produkt av inngående våte lakserygger, og med en svak karakteristisk smak, sammenlignet med soya- og myseisolat. Rapporten foreslo en videreføring av arbeidet med basis i bl.a. ytterligere reduksjon av fettinnhold og optimal separasjon av kjøtt fra ryggbeina.
Dette er bakgrunn for et utviklingsprosjekt som har som mål å komme frem til en helhetlig prosessteknologi for produksjon av smaksnøytrale fiskeproteiner som er konkurransedyktige med myse- og soyaprotein i det humane ingrediensmarkedet. Prosjektet bygger på tidligere undersøkelser utført ved SINTEF Fiskeri og havbruk hvor smaksnøytalt protein ble produsert i laboratorieskala.
Å se på mulig prosesseringsteknologi for produksjon av smaksnøytrale fiskeproteiner som er konkurransedyktig i humant ingrediensmarkedet. Prosjektet skal i første omgang vurdere ulike teknikker for separering av fiskekjøtt fra ryggbein, redusere lipidinnholdet i fiskekjøttet og evaluere om dette kjøttet er egnet for bruk til produksjon av smaksnøytrale fiskeproteiner.
Prosjektet deles i underprosjekter som har følgende målsetninger:
Prosjektet deles i underprosjekter som har følgende målsetninger:
1. Å separere bein og protein med kokt råstoff og avklare hvordan koking av laksebein påvirker den mekaniske separasjonen av protein og bein.
2. Å dokumentere skjærkrefters innvirkning på emulgering av lipidene i laksemuskel. Dette innebærer å avklare om skjærkrefter under separasjon og vaskeprosess fører til emulgering og om denne emulgeringen påvirker avfettingen av lakseproteinet.
3. Å kartlegge emulgering og lipidstabilitet. Her vil det avklares om den eventuelle emulgeringen som finner sted ved bein/protein separasjon og under vasking påvirker stabiliteten til restlipidene i lakseproduktet.
4. Å teste beinseparator og vise bein/protein-separasjon i industriell skala.
5. Å avklare om grakse fra lakseoljeproduksjonen kan inngå som råstoff for produksjon av smaksnøytrale proteiner. (Lakseoljeproduksjon og smaksnøytrale proteiner).
6. Å foreta ulike typer av analyser, både sensoriske og kjemiske. I tillegg skal det gjøres en økonomisk analyse av prosessen.
2. Å dokumentere skjærkrefters innvirkning på emulgering av lipidene i laksemuskel. Dette innebærer å avklare om skjærkrefter under separasjon og vaskeprosess fører til emulgering og om denne emulgeringen påvirker avfettingen av lakseproteinet.
3. Å kartlegge emulgering og lipidstabilitet. Her vil det avklares om den eventuelle emulgeringen som finner sted ved bein/protein separasjon og under vasking påvirker stabiliteten til restlipidene i lakseproduktet.
4. Å teste beinseparator og vise bein/protein-separasjon i industriell skala.
5. Å avklare om grakse fra lakseoljeproduksjonen kan inngå som råstoff for produksjon av smaksnøytrale proteiner. (Lakseoljeproduksjon og smaksnøytrale proteiner).
6. Å foreta ulike typer av analyser, både sensoriske og kjemiske. I tillegg skal det gjøres en økonomisk analyse av prosessen.
Prosjektet vil bidra med teknologi til den norske marine proteinindustrien slik at den kan produsere høykvalitets proteiningredienser til et marked med bedre betalingsevne på proteinproduktene enn dagens fôrmarkeder. Dette vil igjen høyne verdien på marint biråstoff som er råvare for proteinindustrien.
1. Laboratorieforsøk med prosessoptimalisering
1.1 Separasjon av bein og protein med kokt råstoff
Det finnes flere industrielle anlegg for separasjon av kjøtt og bein fra fiskeråstoff. Felles for alle er at de forsøker å bibeholde kjøttets funksjonelle egenskaper. For produksjon av smaksnøytrale proteiner er de funksjonelle egenskapene ikke nødvendige. De studier som er gjort på produksjon av funksjonelle proteiner fra fiskebein med ulike teknikker er derfor ikke særlig anvendbare. Det er to mulige veier å gå her, den ene er å separere nativt fiskekjøtt, den andre er å denaturere fiskekjøttet og deretter utføre separasjonen. Årsaken til at to veier bør undersøkes er muligheten for ulik reduksjon i lipidinnhold i forbindelse med separasjonen av kjøtt og olje.
Det finnes flere industrielle anlegg for separasjon av kjøtt og bein fra fiskeråstoff. Felles for alle er at de forsøker å bibeholde kjøttets funksjonelle egenskaper. For produksjon av smaksnøytrale proteiner er de funksjonelle egenskapene ikke nødvendige. De studier som er gjort på produksjon av funksjonelle proteiner fra fiskebein med ulike teknikker er derfor ikke særlig anvendbare. Det er to mulige veier å gå her, den ene er å separere nativt fiskekjøtt, den andre er å denaturere fiskekjøttet og deretter utføre separasjonen. Årsaken til at to veier bør undersøkes er muligheten for ulik reduksjon i lipidinnhold i forbindelse med separasjonen av kjøtt og olje.
Det er kjent at fjerning av tykkfiskbein (pinnebein) i laks er enklere i post-rigor laks enn i pre-rigor laks. Hvorvidt dette også gjelder separasjon av bein og muskelprotein er usikkert. Ettersom filétproduksjonen går mot pre-rigor prosessering, vil en benytte ryggbein fra slik produksjon, men en forbeholder seg muligheten for å undersøke post-rigor om det skulle være nødvendig.
En metode for å redusere lipidinnholdet kan være mekanisk trimming av ryggbein før separasjon, hvor de fettrike partiene skjæres bort. Fettfordelingen antyder at ca 30 % av fettet ligger i fettranden foran og bak ryggfinnen. Kan denne delen enkelt trimmes bort før separasjon vil fettmengden i råstoffet for beinseparasjon reduseres tilsvarende. Det kan vurderes om dette er en mulig fremgangsmåte.
En annen mulighet ligger i koking av ryggbeina før separasjon. Kjøkkenerfaring viser at ryggbeina slipper fett under koking, og det er mulig at en viss fettreduksjon kan oppnås om ryggbeina kokes før proteinseparasjonen.
1.2 Skjærkrefters innvirkning på emulgering av lipidene i laksemuskel
I de første konseptforsøkene ble man overrasket av det høye fettinnholdet etter vasking med varmt vann, da varmt vann etter teorien skulle fjerne triglyceridene. En mulig forklaring på denne observasjonen er dannelse av stabile emulsjoner under homogeniseringen av nativt kjøttet, før det ble vasket med varmt vann.
Det utføres noen enkle laboratorieforsøk med fiskekjøtt som forsiktig er fjernet fra ryggbein for å se om skjærkrefter påvirker frigivelsen av triglycerider fra fiskekjøttet før vasking med varmt vann, nativt kjøtt. I tillegg undersøkes også hvordan skjærkrefter påvirker frigjørelsen av triglycerider fra denaturert fiskekjøtt. Dette vil gi verdifull informasjon om valg av teknologi for kjøttseparasjon fra lakserygger. Ut fra disse innledende forsøkene ønsker en å utføre forsøk med en industriell separasjonsteknologi for separering av laksekjøtt fra rygger for å bekrefte laboratorieresultatene.
Tre typer skjærkrefter testes. Det benyttes matprosessor, hvor lakseproteinene utsettes for høy og lav hastighet i en gitt tid til man mener at tilstrekkelig homogenisitet er oppnådd. En prøve utsettes ikke for homogenisering, som kontroll. Utbytte og lipidinnhold som funksjon av behandlingen bestemmes. Prøvene vaskes som tidligere beskrevet. Prøven med lavest lipidinnhold fra henholdsvis rå og kokt lakserygg tørkes, vaskes med etanol, tørkes på nytt og benyttes for sensorisk analyse. Totalutbytte i prosessen beregnes. Prøvene utsettes for akselerert holdbarhetstest.
1.3 Emulgering og lipidstabilitet
Fosfolipidene lar seg ikke så lett separere fra proteiner som triglyceridene. De er meget godt assosiert med proteinene. Industrielt separeres fosfolipidene enten med superkritisk CO2 /etanol-ekstraksjon eller ved ekstraksjon med etanol eller aceton fra tørt materiale. (jfr fosfolipider fra krill). Det beste ville være å unngå dette prosesstrinnet da både superkritisk ekstraksjon og etanol/aceton ekstraksjon er kostnadsdrivende pga investeringer og nødvendigheten for ATEX klassifisert utstyr og operasjon. Prøver som er vasket med vann og tørket, utsettes for akselerert holdbarhetstest for å avgjøre om skjærkrefter og/eller lipidinnhold har innflytelse på holdbarheten. Holdbarheten på disse prøvene sammenlignes også med holdbarheten til prøvene som er ekstrahert med etanol.
Om det viser seg vanskelig å fjerne fosfolipidene fra kjøttet må fosfolipidene stabiliseres. For å stabilisere fosfolipidene i produktet vil man forsøke å mikro-emulgere fosfolipidene sammen med proteinene. Proteinene vil virke som fysisk stabilisator for emulsjonen og vil i tillegg ha en virkning som antioksidant. Dannelsen av mikroemulsjonen er sterkt avhengig av skjærkreftene ved emulgering. Enkle forsøk med variasjon i skjærkrefters innvirkning på stabiliteten vil bli undersøkt.
Tidligere forsøk har vist at astaxanthin i hovedsak følger fosfolipidene ved vask. Mest sannsynlig vil astaxanthin være igjen i produktet etter reduksjon av triglyseridinnholdet og virke som en naturlig antioksidant for de gjenværende lipidene.
2. Storskalatest med bruk av beinseparator
Separasjon av laksekjøtt fra ryggbein med påfølgende reduksjon av lipidinnhold fra 14 % til 5 % er beskrevet i patent No 323863. I dette patentet separeres kjøtt og rygger ved lav temperatur ved hjelp av en SIMO beinseparator, nominell kapasitet 2000 kg/t. Etter beinseparasjon sentrifugeres massen og oljen skilles fra kjøttet. Patentet hevder at vannbinding og struktur på fiskekjøttet opprettholdes, men dette har ingen relevans til dette prosjektet. Patent innehaver er Bjørn Fjellstad, Bodø. Patentet ble tildelt i 1994.
I Rubinrapportene 4507/131 og 4510/176 er ulike separasjonsteknikker listet opp som skrapemaskiner (Uni-Food Technic A/S, Danmark), båndseparatorer (Baader, Tyskland), de-bonere (Lima, Frankrike) og spylemaskiner (Basis Int. Island) og av disse er skrapemaskin, de-boner og båndseparator testet på råe lakserygger.
Av disse separasjonsteknikkene er det for prosjektgruppens formål antagelig båndseparator og spylemaskinen som er mest interessant. Båndseparator, fordi den er meget utbredt i fiskeindustrien og også testet i tidligere prosjekt med beiseparering. Spylemaskinen fra Island, da proteinene skal vaskes med vann etter separeringen. Basis International på Island bekrefter at maskinen ikke er tilgjengelig og at utviklingen ble stoppet på grunn av liten interesse fra industrien og finansielle institusjoner. Det er forventet at separasjonsteknikken kan simuleres med vanlig høytrykksspyler.
Etter diskusjon med oppdragsgiver og med basis i resultater oppnådd i delprosjekt 1.1 og 1.2 velges den teknikken prosjektgruppen anser for å være optimal. Det tas stilling til om det skal benyttes kokte eller rå lakserygger, og om det er viktig å benytte beinseparatorer som skiller bein og protein med lave skjærkrefter eller om det ikke har noe å si. Da flere teknikker er mulige her er det ikke innhentet pristilbud på leie av de ulike beinseparatorene. Dette må gjøres når valget er tatt. Hvorvidt forsøkene skal utføres hos lakseprodusenter eller om maskinene skal settes opp i prosjekthotellet ved SINTEF SeaLab må bestemmes ut fra hva som er mest kostnadseffektivt.
Det utføres separasjonsforsøk med utbyttemålinger og kapasitetsmålinger.
Laksekjøttet fra den mekaniske separasjonen vaskes på vanlig måte og tørkes og sensorisk og holdbarhetsstudier utføres på dette materialet. Det vaskede laksekjøttet ekstraheres med etanol og ny sensorisk analyse og holdbarhetsstudie utføres på dette materialet.
3. Lakseoljeproduksjon og smaksnøytrale proteiner
Det er kanskje mulig å kombinere prosessen for framstilling av smaksnøytralt fiskeprotein med produksjonen av lakseolje. Lakseoljeproduksjonen snur prosjektgruppens forslag til prosesslinje rundt idet separering av bein og protein skjer som siste trinn. I lakseoljeproduksjonen kvernes råstoffet, proteinene denatureres med varme og oljen separeres fra vannfase og suspendert materiale. Deretter separeres vannfasen fra suspendert materiale. Det suspenderte materialet vil inneholde bein og proteiner og dette materialet må separeres i en ny prosess for å skille ut proteinet.
En linje med lakseoljeproduksjon basert på lakserygger vil bli forsøkt utført i pilotskala i SINTEFs mobile SeaLab. Finner man en lovende metode for å fjerne bein og protein i det produserte materialet (graksen) vil en forsøke å benytte disse proteinene for videre framstilling av smaksnøytralt fiskeprotein. Det isolerte proteinet vil bli karakterisert både når det gjelder lipidinnhold og lipidtyper. Proteinet vil bli vasket med vann og eventuelt ekstrahert med etanol som utført i konseptforsøkene. Stabilitet vil bli analysert både for vannvasket og etanolekstrahert pulver. Oppnås tilnærmet samme holdbarhet for smaksnøytalt protein fra lakseoljeproduksjon som i den opprinnelige prosessen, må det tas stilling til prosjektets videre retning.
4. Økonomisk analyse av prosessen
Basert på de resultater som oppnås i prosjektet foretas en grov økonomisk analyse av den mest interessante prosessen. Produksjonskostnader beregnes på grunnlag av oppnådde utbytter og overslag over direkte og indirekte kostnader.
5. Stabilisering
Oksidasjon av lipider og proteiner i lakseryggene vil starte raskt etter sløying/filetering. Disse prosessene fortsetter under prosesseringen av lakseryggene. Skal man oppnå et produkt med lavt innhold av oksidasjonsprodukter, og derved et smaksnøytralt produkt, så må oksidasjonen stoppes så raskt som mulig. Valg av vasketemperatur er viktig for økonomien. Lav temperatur på vaskevannet er prosessøkonomisk optimalt, men vil medføre mikrobiell kontaminering. Vaskevannet bør derfor ligge over 60 °C. Høy temperatur vil derimot akselerere lipidoksidasjonshastigheten, men høy temperatur vil også redusere konsentrasjonen av løst oksygen i vaskevannet som medfører redusere lipidoksidasjonen. Hvor den optimale temperaturen vil ligge er ukjent. For å redusere oksidasjonen må oksygeninnholdet i vaskevannet reduseres, men oksygeninnholdet i laksekjøttet er vanskelig å redusere. Det er derfor viktig at antioksidanter tilsettes så tidlig som mulig i prosessen.
Forsøk utføres hvor utvalgte antioksidant(er) tilsettes så tidlig som mulig i prosessen. Valg av riktig antioksidant for vaskeprosessen vil bli testet i akselerert testsystem.
Det utføres forsøk hvor vasketemperaturen holdes på 60 eller 90 °C for å avklare effekten av vask ved høy temperatur på smaksintensiteten.
6. Analyser
Dette prosjektet skal undersøke hvordan variasjoner i prosessvariablene tidlig i framstillingsprosessen av smaksnøytrale marine proteiner påvirker det endelige produktets sensoriske egenskaper og lipidinnhold. Når man skal evaluere tidlige prosessvariablers innvirkning på det ferdige produktet, må mellomproduktet som dannes prosesseres videre ved en standard prosedyre fram til det endelige produkt som da kan testes sensorisk. Denne standard prosedyren vil i all hovedsak følge tidligere lab prosedyre med frysetørking. Lipidinnholdet i mellomproduktene vil derimot kunne analyseres direkte etter ulike prosesstrinn. På grunn av den sterke bindingen mellom fosfolipider og proteinfraksjonen er det nødvendig å analysere både triglyserider og fosfolipider etter en forutgående ekstraksjon av lipidene. Prosjektet vil også ha behov for andre ulike analyser. SINTEF kan være behjelpelig med de nødvendige analyser, både ved analyser i SINTEFs laboratorier eller ved kontakt til kommersielle akkrediterte analyselaboratorier.
Resultatene presenteres i en sluttrapport som legges ut på FHFs nettsider. Resultatene presenteres også på relevante møter og konferanser.