Prosjektnummer
901884
Torskemelke: Olje og proteinprosessering (TOPP)
Med økt matproduksjon oppstår større mengder uutnyttet biomasse. Regjeringen har i flere meldinger uttalt at det skal legges til rette for økt verdiskaping i sjømatnæringen. Et bidrag inn mot dette er utvikling innen sirkulær bioøkonomi og innføring av en mer bærekraftig produksjon og økt utnyttelse av råstoff. Det er økonomiske, etiske og miljømessige gevinster ved å utnytte de marine ressursene bedre. Det bør være et mål at råvaren følger “mat først”-prinsippet, etterfulgt av mulighetene for å utnyttes til høyest mulig verdi. Dette er visjonen og inspirasjonen for dette prosjektet, utviklet i nært samarbeid med Nuas Technology, Nord-Senja Fisk og NTNU. Samarbeid mellom FoU-institusjoner og industripartnerne muliggjør direkte utveksling av kunnskap og er essensielt for å skape forskningsresultater som er relevant for næringen.
På lik linje med andre marine råstoff inneholder torskemelke proteiner og fett av god kvalitet med mange mulige bruksområder, der de høyest betalende er humankonsum og “pet food”. Torskemelke er også kjent som en kilde til DNA, og et lite volum torskemelke brukes per dags dato til produksjon av nukleinsyrer. Torskemelke med best kvalitet (fersk og lys) går i dag til humankonsum, hovedsakelig brukt i sushi til det asiatiske markedet. For å sikre maksimal utnyttelse av råstoffet og inntjening for restråstoff fra slakt av hvitfisk er det viktig at all torskemelke utnyttes. I tråd med utlysningen fra FHF ønsker man derfor å utvikle og optimalisere hydrolyseprosesser for produksjon av verdiprodukter basert på protein, olje og DNA fra torskemelke. Ved å finne et anvendelsesområde for torskemelke (og annen innmat) tar man flere steg i riktig retning mot total utnyttelse av torsk.
Hovedmål
Å utvikle og optimalisere hydrolyseprosesser for produksjon av verdiprodukter fra torskemelke ved bruk av kompakt og flyttbart anlegg.
Delmål (med tilknyttede oppgaver)
1. Å utvikle og optimalisere hydrolyseprosess
• Prosessoptimalisering og karakterisering i labskala for å oppnå best mulig utbytte, lukt og smak (oppgave T1.1, T1.2, T3.1).
• Separere DNA ut fra biomassen (T1.3).
• Ta i bruk analytiske metoder for å identifisere hvilke hydrolysat som innehar bioaktivitet (T3.2).
2. Å foreta flytting og installering av anlegg samt testproduksjon
• Flytting av anlegg fra Rissa til Senja og installering på Nord-Senja Fisk, jf. forutsetningen om at at anlegget skal være flyttbart (T2.1).
• Når anlegget er installert skal det kjøres pilotproduksjon basert på resultater fra hydrolyse i labskala (T2.2).
• Forbedring av prosesser for oppkonsentrering og stabilisering av hydrolysat fra pilotproduksjon (T2.2).
3. Å vurdere totalutnyttelse av alle fraksjoner av innmat
• Uttesting av produkter hos potensielle kunder (T4.1).
• Litteraturstudie for å sammenstille kunnskap angående totalutnyttelse av innmat fra hvitfisk (T4.2).
Det er viktig å øke kunnskapen for verdiskaping basert på innmat fra hvitfisk ved bruk av hydrolyse. Torskemelke blir vurdert som en interessant del av innmaten med høyt innhold av protein, DNA og vitaminer. Et vellykket prosjekt vil utvide mulighetsrommet for utnyttelse av torskemelke til humant konsum og andre verdiprodukter. Dette er i tråd med regjeringens bioøkonomistrategi, som har “mer bærekraftig og effektiv ressursutnyttelse” som ett av tre overordnede mål. Kunnskapen som frambringes i prosjektet vil ha potensial til å skape merverdi for norsk hvitfisknæring ved å bidra til økt verdi på hele råstoffet. Prosjektet ser nærmere på helhetlig utnyttelse av alle fraksjonene etter endt hydrolyse, og ønsker også å se på muligheten til å hente ut DNA fra råstoffet. Det finnes allerede teknologi for å gjennomføre hydrolyseprosessen, men det er behov for å optimalisere prosessen, samt identifisere potensielle fordelaktige egenskaper som kan øke produktenes verdi (for eksempel bioaktivitet og stabilitet).
Dersom bruken av kompakte og flyttbare hydrolyseanlegg skal bli en realitet for næringen må det utvikles kunnskap rundt hvordan disse flytteprosessene kan gjøres på en effektiv måte, slik at det kan produseres bærekraftige produkter av høy kvalitet. Nytteverdien for næringspartnerene i prosjektet vil være å vise at det er mulig å flytte anlegget og utvikle en skånsom, spesialtilpasset prosessering av marint restråstoff.
Dersom bruken av kompakte og flyttbare hydrolyseanlegg skal bli en realitet for næringen må det utvikles kunnskap rundt hvordan disse flytteprosessene kan gjøres på en effektiv måte, slik at det kan produseres bærekraftige produkter av høy kvalitet. Nytteverdien for næringspartnerene i prosjektet vil være å vise at det er mulig å flytte anlegget og utvikle en skånsom, spesialtilpasset prosessering av marint restråstoff.
Prosjektet har fire faglige arbeidspakker (AP-er) med underliggende oppgaver/tasks (T-er). Prosjektet vil ha en iterativ tilnærming, og tilrettelegge og bygge på resultater fra foregående arbeidspakker. Denne oppbyggingen har vist seg nyttig i tidligere prosjekter (jf. prosjektet “Smaksnøytrale proteiner fra makrell (SMELL)” (FHF-901534).
Arbeidspakke 1: Verdiskapingspotensial av torskemelke ved enzymatisk hydrolyse
Leder: Kjersti Lian (Nofima)
Leder: Kjersti Lian (Nofima)
I denne arbeidspakken vil det legges mest vekt på enzymatisk hydrolyse av torskemelke (ferskt og fryst). Torskemelke inneholder proteiner, vitaminer og store mengder DNA. I en ideell torskemelke-hydrolyseprosess vil man ha en separasjon av vannløselig protein, lipider og DNA, som hver for seg kan ha forskjellige bruksområder. Innledende eksperimenter viser at torskemelke blir til en suspensjon/emulsjon etter hydrolyse og påfølgende sentrifugering, og at det ikke dannes en klassisk hard graksefraksjon/pellet som man normalt ser i arbeid med marint råstoff. Man ønsker derfor å teste membranfiltrering for å separere fraksjonene med etterfølgende ekstraksjon med etanol for å skille lipider og DNA. Nofima har erfart at for å lykkes med en oppskalert prosess i industriskala er det kritisk at prosessen først er optimalisert og kvalitetssikret i laboratoriet. Det er viktig å etablere en optimal prosess som kan utføres i stor skala. I labskalaformat har man muligheten til å teste ut flere betingelser som f.eks. temperatur, enzymtype og enzymmengde for å komme frem til best mulige hydrolysebetingelser. Resultatene fra AP1 legger derfor grunnlag for videre pilot-produksjoner i T2.2.
T1.1. Optimalisering av enzymatisk hydrolyse av torskemelke
Valg av enzym kan påvirke faseseperasjon, smak, utbytte og bioaktivitet. Man skal teste ulike kommersielle proteaser for å finne optimale betingelser for en hydrolyseprosess. En ønsker å finne en metode med best utbytte med hensyn på protein og olje, og samtidig forsøke å senke prosesskostnadene ved å redusere hydrolysetid og enzymmengde. Det er kjent at frysing av marint råstoff kan påvirke biokjemiske egenskaper som fører til endringer i smak og lukt (Vang et al. 2020). Man ønsker derfor å teste om fryst og fersk torskemelke har ulik kvalitet. Hydrolysatene fra denne tasken vil analyseres i AP3.
T1.2. Fraksjonering av produkter etter hydrolyse
Man ønsker å raffinere hydrolysatet ved bruk av membranteknologi (for eksempel mikro, ultra- og nanofiltrering). Ved bruk av forskjellige typer membraner vil man kunne fjerne restfett og partikulært materiale, grov-fraksjonere basert på molekylstørrelse slik at man får et retentat med store molekyler og et permeat med mindre molekyler, og fjerne lavmolekylære komponenter som bidrar med uønsket smak (Steinsholm et al. 2021; Aspevik et al. 2021). Hypotesen er at retentat er rik på DNA og evt. fett, store/intakte proteiner/peptider, mens permeat er rik på peptider, aminosyrer, vitaminer og mineraler. Dette vil føre til to fraksjoner med potensiale for videre bruk. De ulike hydrolysatfraksjonene etter raffinering skal videre testes for bioaktivitet i AP3. Den beste prosessen vil brukes videre i AP2.
T1.3 Ekstraksjon av DNA og fett/fosfolipider etter hydrolyse
I T1.3 ønsker man å finne ut hvor DNA havner etter prosessering og ekstrahere det. DNA kan felles ut ved bruk av salter eller alkohol. Det er derimot lite ønskelig å tilsette salter og alkohol til proteinfasen, og membranfiltrering (0,1µm) vil først bli brukt for å separere høymolekylært DNA (og fett) fra den vannløselige proteinfasen (hydrolysat). Retentat kan etter konsentrering ekstraheres med etanol for å separere fett/fosfolipider (løselig) fra DNA (felles ut). En membranfiltreringprosess kan også føre til et redusert proteinutbytte og må evalueres/kvantifiseres i prosessen for å finne den prosessen som gir best utbytte og faseseparasjon (Steinsholm et al. 2021).
Arbeidspakke 2: Flytting og oppsett av anlegg
Leder: Frode Blålid (Nuas)
Deltakere: Nord-Senja Fisk og NTNU
Leder: Frode Blålid (Nuas)
Deltakere: Nord-Senja Fisk og NTNU
T2.1 Flytting av anlegg fra Rissa til Senja og installering på Nord-Senja Fisk
I T2.1 skal Nuas Technology finne gode, effektive og trygge metoder for demontering, flytting og installering av prosessanlegget. Gode metoder for dette arbeidet er en forutsetning for kommersiell bruk av kompakte og flyttbare hydrolyseanlegg langs kysten av Norge. Installering av anlegget vil utføres i samarbeid med Nord-Senja Fisk. Behovet for tilpasninger hos Nord-Senja Fisk skal utredes og beskrives før selve installasjonen gjennomføres. Det er sentralt i arbeidet å legge til rette for en vareflyt som tilfredsstiller Mattilsynets krav for produksjon til humant konsum. Arbeidsmanualer for demontering, flytting og installering av hydrolyseanlegg vil bli utarbeidet. Nord-Senja Fisk og Nuas Technology har allerede omsøkt og fått nødvendige tillatelser fra Statsforvalteren i Troms og Finnmark, Arbeidstilsynet og Senja Kommune.
T2.2 Pilotproduksjon(er) kontinuerlig hydrolyse med nitrogenomrøring og forbedring av prosesser for oppkonsentrering og stabilisering av hydrolysat
I prosjektet vil det bli gjennomført flere testproduksjoner i pilotanlegget på bakgrunn av resepter og arbeidsbeskrivelser fra AP1. Erfaring fra T1.1 vil blant annet legge grunnlag for valg av enzym og prosessbetingelser som tid, temperatur og forbehandling av råstoffet. Nofima vil også være til stede på en pilotproduksjon for å kunne bringe videre sin kunnskap fra lab. Pilotprosessen vil bestå av kverning av torskemelke, oppvarming i egenutviklet varmeveksler, hydrolysering i den patenterte vertikale hydrolysekolonnen, oppvarming til inaktiveringstemperatur, separasjon, polering og inndamping. Resultatet vil da bli et lagringsstabilt proteinkonsentrat og en polert olje. I tillegg skal det testes ut ulike former for filtrering. Nofima vil bidra med kompetanse på stabilisering, filtrering og fraksjonering, samt erfaring fra T1.2. Analyser av hydrolysater fra pilotproduksjon vil gjøres i regi av AP3. Det vil i forsøkene testes ut både fryst og fersk torskemelke. I hydrolyseprosessen vil man tilsette nitrogen for å sikre en skånsom omrøring uten bruk av mekaniske deler.
Oppgaven i T2.2 inkluderer en teoretisk og eksperimentell vurdering av hvor energieffektiv produksjonen av proteinhydrolysatkonsentrat og tørking av grakse er. Resultatet vil bli vurdert mot tradisjonelle metoder med elektrisk oppvarming og bruk av fossilt brensel. Utstyr skal optimaliseres med fokus på effektivitet og bærekraft. Modeller med bruk av varmepumpeteknologi vil bli satt opp for å vurdere fordeler ved bruk av ulike kjølemidler. Proteinhydrolysat fra produksjonen vil bli vurdert med tanke på blant annet CO2-utslipp, kostnader, effektivitet, og fleksibilitet av prosessen (oppvarming, sterilisering og kjøling). Energitap vil bli identifisert og metoder for å redusere dette vil bli vurdert. Den mest effektive varmepumpemetoden vil bli designet og utstyr vil bli valgt i henhold til dette. En beste praksis for konsentrering og prosessering av grakse vil bli utarbeidet med hovedvekt på potensiale og industrialisering.
Oppgaven i T2.2 inkluderer en teoretisk og eksperimentell vurdering av hvor energieffektiv produksjonen av proteinhydrolysatkonsentrat og tørking av grakse er. Resultatet vil bli vurdert mot tradisjonelle metoder med elektrisk oppvarming og bruk av fossilt brensel. Utstyr skal optimaliseres med fokus på effektivitet og bærekraft. Modeller med bruk av varmepumpeteknologi vil bli satt opp for å vurdere fordeler ved bruk av ulike kjølemidler. Proteinhydrolysat fra produksjonen vil bli vurdert med tanke på blant annet CO2-utslipp, kostnader, effektivitet, og fleksibilitet av prosessen (oppvarming, sterilisering og kjøling). Energitap vil bli identifisert og metoder for å redusere dette vil bli vurdert. Den mest effektive varmepumpemetoden vil bli designet og utstyr vil bli valgt i henhold til dette. En beste praksis for konsentrering og prosessering av grakse vil bli utarbeidet med hovedvekt på potensiale og industrialisering.
Arbeidspakke 3: Kjemiske analyser og bioaktivitet
Leder: Tone Aspevik (Nofima)
Leder: Tone Aspevik (Nofima)
T3.1 Kjemiske analyser
Kjemisk sammensetning av råstoff og mellomprodukter er nødvendig for å evaluere mulige bruksområder. Torskemelken inneholder mange gode næringsstoffer, blant annet 40 prosent protein, mange vitaminer inkludert folat, samt mineraler. Råstoffet skal analyseres for kjemisk sammensetning (tørrstoff, fett, aske og nitrogen) og aminosyresammensetning for å estimere en substrat-spesifikk nitrogen-til-protein faktor (Steinsholm et al. 2020). I tillegg skal råstoffet og utvalgte mellomprodukter analyseres for mineralsammensetning, vitaminer og kvalitetsparametere, som biogene aminer og trimetylamin (TMA). Hydrolysat og graksefase skal analysers for tørrstoff, fett, aske, nitrogen og aminosyrer. Nofima har et akkreditert oppdrags- og forskningslaboratorium, Biolab, som tilbyr en rekke kjemiske analyser, slik at ytterligere relevante analyser i råstoff og mellomprodukter vil bli vurdert forløpende underveis i prosjektløpet. Andre relevante analyser, som miljøanalyser og dioxiner vil bli utført av ALS Laboratory Group Norway AS.
T3.2 Screening av bioaktivitet
Proteiner fra torskemelke har tidligere blitt studert i ulike sammenhenger. Resultatene av dette har blant annet vist at ved å tilsette proteiner fra torskemelke i fôr til torsk reduseres dødeligheten i møte med fiskepatogene bakterier (Vibrio anguillarum) (Pedersen 2004). Effekten av torskemelkeproteiner på mennesker er lite studert. Det finnes noe litteratur på effekt av fiskemelkeproteiner fra andre arter (primært sild). Det ble funnet positive effekter på blodsukkernivået i musestudier (Durand, 2020), det ble observert en endring i tarmmikrobiota (Durand, 2020), og det ble observert en positiv effekt på insulin-resistens hos overvektige mus (Wang 2019 og 2020). Manglende informasjon om slike effekter av proteinhydrolysat fra torskemelke er motiverende for å få gjennomført dette prosjektet.
I T3.2 vil peptider generert fra enzymatisk hydrolyse av torskemelke studeres for helsefremmende effekter relatert til livsstilssykdommer (f.eks. blodsukker, blodtrykk og kolesterolregulerende effekter), ved bruk av in vitro screening metoder. Hydrolysatene (generert i T1.1 og T1.2) vil bli screenet for bioaktivitet mot tre terapeutiske mål: HMG-CoA reduktase (anti-hyperkolesterolemi), ACE (anti-hypertensjon) og DPP-4 (anti-diabetes). Hydrolysater (2–4 beste hits fra initiell screen) som viser lovende effekt vil videre analyseres for å etablere minimum hemmende konsentrasjoner (IC-50-verdier). IC50-verdiene vil bli sammenlignet med eksisterende kliniske legemidler eller andre kommersielt tilgjengelige hydrolysater med kliniske påstander om bioaktivitet. Alle analysene vil bli utført ved bruk av veletablerte enzymanalyser ved bruk av kromogene eller fluorogene substrater. I tillegg vil effekt på muskelhelse også analyseres gjennom in vitro cellestudie (2–4 beste hits fra initiell screen), på et veletablert modellsystem for skjelettmuskulatur av rotte L6 myotuber. Både celleproliferasjon og viabilitet vil bli analysert.
Arbeidspakke 4 Produktmuligheter
Leder: Marte Jenssen (Nofima)
Deltakere: Nuas Technology og Nord-Senja Fisk
Leder: Marte Jenssen (Nofima)
Deltakere: Nuas Technology og Nord-Senja Fisk
T4.1 Uttesting hos potensielle kunder (Nuas Technology, Nord-Senja Fisk)
Aktuelle kunder i de ulike markedene vil bli kontaktet i flere anledninger i løpet av prosjektet. Først i en tidlig fase for å kartlegge forventninger og planer rundt bruken av hydrolysert torskemelke. I en senere fase vil de bli kontaktet med tilbud om vareprøver og innsikt i testresultater. Man kan da kartlegge interesse og betalingsvillighet for produkter fra torskemelke. Det vil også bli vurdert deltakelse på aktuelle messer og konferanser. Resultatene fra kundene vil benyttes inn mot T4.2 for å guide mulige bruksområder og prissetting for produktene.
T4.2 Totalutnyttelse av alle fraksjoner fra innmat (Nofima)
Det er viktig å øke kunnskapen om muligheten for å øke verdien av innmat (f.eks. slog) fra hvitfisk ved hydrolyse. Dette vil man gjøre gjennom en litteraturstudie da det allerede finnes mye litteratur som dokumenterer både næringsinnhold, volum, samt prosesserings- og produktmuligheter for marint restråstoff (Myhre et al. 2022; Vang et al. 2021; Aspevik et al. 2021). Hvordan utnyttes biomassen i dag, hvor mye genereres, og hva er mulighetsrommet i forhold til produktutvikling. Innspill fra T4.1 kan gi verdifull informasjon når det gjelder bruksområder og prissetting på slike produkter.
Felles milepæler
M1: Lab og pilotproduksjon av torskemelkehydrolysat
M2: Bioaktivitetsanalyser av torskemelkehydrolysat
M3: Flytting og installering av hydrolyseanlegg til Senja
M4: Uttesting av produkt hos potensielle kunder
M5: Formidling av prosjektresultater i en film
En kommunikasjonsplan, utarbeidet med kommunikasjonsgruppen ved Nofima, vil sendes som leveranse i prosjektet senest 1 måned etter signert prosjektavtale. Det er satt av ressurser til formidling og kommunikasjon i prosjektet, blant annet til deltakelse og prosjektformidling på relevant(e) konferanse(r) som hvitfisk-konferansen. I tillegg til kommunikasjon gjennom offentlige rapporter vil prosjektet synliggjøres gjennom Nofimas kommunikasjonskanaler (Nofima.no, LinkedIn®, Instagram® og X®/Twitter®).