NO136233B

NO136233B -

Info

Publication number: NO136233B
Application number: NO4069/72A
Authority: NO
Inventors: R P Carpenter; G Main; A H Sutton
Original assignee: Astra Nutrition Ab
Priority date: 1971-11-10
Filing date: 1972-11-09
Publication date: 1977-05-02
Also published as: DE2254614A1; ZA727879B; BE791156A; NL7215067A; US3879370A; JPS4856854A; AU4859072A; FR2159426A1; CA983771A; SE385265B; FR2159426B1; GB1409876A; NO136233C; IT1004529B

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

for isolering av fiskeprotein.

Til tross for den store mengde av næringsrikt protein som er potensielt oppnåelig fra fisk og marine dyr, har relativt få arter vært utnyttet kommersielt som kilde for menneskeføde. Selv når det gjelder disse arter, vrakes en vesentlig andel av det forenlige protein under foredlingen for anvendelse som dyrefår eller som gjødningsmidler. Dette lave nivå for utnyt-telse for mennesker skyldes delvis dårlige fileteringsteknikker og delvis uegnetheten med hensyn til å isolere protein fra fiskeavfall i en form som er akseptabel når det gjelder utseende og næringsverdi som en ingrediens i menneskemat.

Den kommersielle uakseptabilitet hos fiskeprotein-isolat fremstilt ved kjente metoder gjenspeiles videre ved mangelen på kommersielt initiativ for utvikling av akseptable matvareprodukter fra dette i lys av en kronisk global mangel på proteinnæringsmidler.

En teknikk for fremstilling av proteinprodukter fra fiskemateriale er beskrevet i US-patent 2.875.061. Deres metode omfatter å oppløseliggjøre fiskeprotein med kokende alkali og deretter å gjenutfelle det med syre. Fremgangsmåten omfatter også fettékstraherihg ved bruk av et organisk oppløsningsmiddel. Ut fra senere erfaring er det klart at ikke bare blir næringsverdien til proteinet alvorlig redusert ved en slik drastisk alkalibehandling, men videre vil fargen til sluttproduktet ikke være hvit nok tii å gjøre det anvendelig ved etterligning av fisk.

I det påfølgende tiår ble det foreslått andre metoder for isolering av protein fra fisk. En av de mer betydningsfulle av disse var den som er beskrevet i britisk patent 1.108.188, som går ut på å oppløseliggjøre protein ved behandling med et alkali under betingelser som synes mindre strenge enn den i US-patent 2.875.061, idet det resulterende syreutfelte proteinisolat ble desodorisert med alkalisk hydrogenperoksyd. Det er imidlertid innlysende at, i likhet med prosessen i sistnevnte US-patent, ville næringsverdien til produktet i britisk patent 1.108.188 være blitt skadelig influert ved behandlingen med alkali.

Det er nå oppdaget at det er mulig å fremstille et proteinisolat fra fisk og fiskeavfall som har akseptabel hvit farge og som har høyere næringsverdi enn det som fremstilles ved kjente alkalioppløseliggjøringsteknikker. Hemmeligheten ved foreliggende metode ligger i tilveiebringelsen av rå fisk som avfarges under milde betingelser og desodoriseres for dannelse av et proteinisolat.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte for isolering av fiskeprotein, og denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved at man behandler fisken ved å

a) som i og for seg kjent, fjerne bena fra den rå fisken ved en mekanisk operasjon for fremstilling av en hovedsakelig benfri, rå fisk, med et proteineffekt-forhold (PER) som tilsva-rer utgangsmaterialets, b) avfarge den benfrie fisk ved en pH mellom svakt alkalisk og omkring 9,5 ved å blande den med alkali og hydrogenperoksyd

ved en temperatur på 40-60°C, .

c) som i og for seg kjent, fjerne luktstoffer fra. den avfargede benfrie fisken ved ekstraksjon med isopropanol for fremstilling av et hovedsakelig hvitt fiskeprotein-isolat, og

deretter,

d) som i og for seg kjent, tørke fiskeprotein-isolatet.

Fisken som utgjør utgangsmaterialet ved fremgangsmåten kan være hel fisk, men i den hensikt å sikre effektiv avfargning og desodorisering eller luktfjerning er det vanlig å oppdele fisken, f.eks. ved å hakke eller male den.

Imidlertid, der hvor eksisterende lovregler tilsier at fluoridnivået i et næringsmiddel for mennesker skal holdes under et lovbestemt minimum, er det nødvendig å fjerne mesteparten av bena fra fisken, siden fluoridinnholdet i ben er uakseptabelt høyt. I dette tilfelle er det å foretrekke først å fjerne ben, enten ved filetering av hel fisk eller ved mekanisk sikting av findelt fisk, før anvendelse av avfargings-og desodoriseringsmidlene.

Selv om produktene av best kvalitet oppnås fra filetert fisk, er hovedråmaterialet av økonomiske grunner det avfallsmaterialet som oppstår under filetering av sløyet fisk. Dette avfallsmateriale omfatter skjelett, hoder og trimmings, . som inneholder betydelige mengder av kjøtt av høy næringsverdi, som forblir sittende på skjelettet og bena. Dette råmateriale er verdifullt ved det at det utgjør en vesentlig del av hoved-fangsten ved konvensjonelle våtfiskeoperasjoner og likevel betyr bare en lav kommersiell verdi når det f.eks. brukes som dyref6r på grunn av sitt høye innhold av ben og fett, sin dårlige farge og sitt begrensede lagringspotensial. Ved å foredle dette avfallsmateriale for frembringelse av et proteinprodukt som er akseptabelt for mennesker, er det nødvendig å fjerne mesteparten av fettet slik at man sikrer stabilitet overfor oksydativ ødeleggelse under lagring og den påfølgende foredling, og å avfarge fiskemuskelen i den hensikt å utvikle et materiale med , akseptabelt utseende.

Med unntagelse av hvor tilstedeværelsen av ben i produktet er akseptabelt eller hvor ben:lett kan skilles fra fisk slik som i en enkel fileteringsoperasjon, anvendes mekaniske fremfor kjemiske metoder for benfjerning, siden disse metoder gjør det mulig å fjerne ben uten å anvende ekstreme pH-verdier eller temperaturverdier, og dette kan etterfølges av relativt milde reaksjonsbetingelser for avfarging og luktfjerning, hvorved en høy næringskvalitet av proteinet sikres som f.eks. kan uttrykkes på basis av proteineffektivitetsforholdet.

I praksis har det vist seg at proteineffektivitets- . forholdet i produktene som fremstilles ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ikke er vesentlig mindre enn for kasei.n . som standard og i mange tilfeller er høyere enn for kasein.: Sammenligningstester vedrørende proteinisolater som stammer fra kjemisk oppløséliggjort protein, slik som beskrevet i ovennevnte patenter, viste en konsekvent senkning av proteineffektivitetsforholdet til verdier langt under kaseinstandarden.

En rekke egnede mekaniske metoder for utførelse av denne separasjon er kjent og går generelt ut på å presse kjøttet gjennom perforeringer i en roterende trommel mens bena blir igjen. For effektiv drift er det vanlig å sikre at det rå fiskemateriale først grovoppdeles før det passerer gjennom en mekanisk separator.

Spesielt egnede maskiner for benfraskillelse er slike som fremstilles av Baader og av Bibun for fraskillelse av ben og annet hardt uspiselig materiale fra kjøtt av alle typer. Fisken som oppnås etter fjerning av i alt vesentlig alle ben, vil van-ligvis være i form av en våt pasta eller oppslemming av findelt fiskemuskel.

Det har vist seg mest hensiktsmessig først å avfarge fisken og deretter desodorisere den ved oppløsningsmiddelekstrak-sjon, men det skal forstås at det er mulig å desodorisere før avfargingen eller å utføre disse to prosesstrinn samtidig. For klarhetens skyld skal imidlertid her avfargings- og desodori-seringsprosesstrinnene beskrives i den rekkefølge og på den måte som har vist seg å være å foretrekke av både effektivitets- og økonomiske grunner.

Fisken avfarges som nevnt ved en pH mellom svakt alkalisk og omkring 9,5 og den høye næringskvalitet hos proteinet vil da ikke forringes. Det er mulig å anvende en pH-verdi større enn 10,0, men dette kan føre til forringelse av næringsverdien for proteinisolatet.

Ved avfargingen er det vanlig å behandle rå fisk med et hydroksyd som alkalisk middel,.f.eks. natriumhydroksyd, for å justere pH til en verdi ikke over 9,5. Den svakt alkaliske fisk omrøres så eller agiteres på annen måte med hydrogenperoksyd ved en temperatur på 40-60°C til avfargingen er fullstendig.

Det har spesielt vist seg at når pH—verdien til dette avfargingssystem ligger mellom 8,5 og 9,5, sa er det tørre fiskeprotein-isolatmateriale som oppnås i stand til å danne en gel når det blandes med vann, spesielt når det oppvarmes.

Videre ville det fremgå at i den hensikt å danne en gel bør pH-verdien til det avfargede fiskeproteinisolat når det blandes med vann, også være alkalisk.

I et annet eksempel anvendes hydrogenperoksyd som avfargingsmiddel i forbindelse med natriumhypokloritt. I dette tilfelle er det vanlig å bringe fisken først i kontakt med natriumhypokloritt ved agitering av blandingen, f.eks. som en oppslemming, og deretter å tilsette hydrogenperoksyd og fortsette agiteringen. I det benyttede temperaturområdet på 40-60°C blir den spontane varmespalting av hypokloritt redusert til et minimum.

Fisken blir fortrinnsvis etter avfargingstrinnet desodorisert ved ekstraksjon med isopropanol. På denne måte blir olje og fett som har en tendens til autooksydasjon og der-ved bederve det isolerte protein, fjernet.

Denne oppløsningsmiddelekstraksjon kan hensiktsmessig utføres ved omrøring av den våte, avfargede fisk med isopropanol eller med isopropanol blandet med vann, fortrinnsvis som en azeotrop blanding, hvoretter fiskefaststoffet separeres ved filtrering eller ved sentrifugering. Det foretrekkes å anvende mer enn én slik behandling med oppløsningsmidlet eller å anvende en kontinuerlig motstrømsprosess i den hensikt å sikre fullstendig fjerning av olje og fett som kunne føre til beder-velse.

Der hvor det er en mulighet for at overskytende uomsatt oksyderende avfargingsmiddel kunne bli igjen i tilknyt-ning til det avfargede fiskeproteinisolat, kan et reduksjonsmiddel, f.eks. askorbat eller sulfitt eller hypokloritt, tilset-tes i en mengde som er tilstrekkelig til å fjerne overskuddet av avfargingsmidlet. Som et alternativ kan katalase anvendes for samme formål.

Fiskeproteinisolatet som er fremstilt på denne måte kan anvendes som sådant i fuktig tilstand, f.eks. som et additiv til fiskeprodukter, forutsatt at det ferdige produkt for fortæ-ring inneholder mindre enn det maksimale nivå av isopropanol som tillates ved næringsmiddellovgivning. Om nødvendig kan reste-rende spor av dette oppløsningsmiddel fjernes ved vasking av fiskeproteinisolatet med vann eller ved at det tørkes, f.eks. i vakuum. Det tørkede fiskeproteinisolat kan, om nødvendig, males til et fint, hvitt pulver for lagring før det skal brukes av mennesker' eller dyr. Alternativt kan det tørkede oppløsnings-middelfrie fiskeproteinisolat anvendes uten maling, hvorved en andel av fiskemuskel-fiberbunter bevares som gjør at fiskeproteinisolatet overfører til et derav fremstilt produkt, en tekstur som ligner mer på fisk enn når det tilsvarende malte

fiskeproteinisolat anvendes.

Fiskeprotein fremstilt ifølge oppfinnelsen er spesielt godt egnet for refabrikering av fiskeanalogprodukter eller i proteintilsetning til matvarer.

Eksempel 1

Dette eksempel viser omdannelsen av benfri torskemuskel som oppnås fra fileteringsavfall, til fiskeproteinpulver av høy kvalitet.

En stor porsjon fileteringsavfall fra fersk torsk - hovedsakelig bestående av hode og finner - ble oppnådd og bena ble fjernet uten forhåndshakking ved hjelp av Bibun DMM 15-avbeningsmaskin. Avbeningsmaskinen som ble brukt hadde en trommelåpning på 3 mm. Askeinnholdet fra det avbenede produkt var mellom 7 og 10 % på tørrvektbasis, og innholdet av ben var mindre enn 1 %. Innholdet av ekte protein som protein-nitrogen x 6,25, var mellom 80 og 90 % på tørrvektbasis. 6 kg av det resulterende, avbenede fiskekjøtt ble oppvarmet til 50°C og holdt ved denne temperatur under effektiv macering ved bruk av desintegreringshode-innretningen på en Silverson-blander. Så snart som. det ble oppnådd en homogen flytende konsistens, ble avfargingsreagensene tilsatt og omrø-ringen ble opprettholdt.

300 ml av en oppløsning av natriumhypokloritt, som hadde 10-14 % tilgjengelig klor, ble tilsatt i en hastighet av 10 ml/sek. Effektiv omrøring var nødvendig for å eliminere lokale økninger i viskositeten. 120 ml av 100 volum (30 %) hydrogenperoksyd ble så tilsatt.raskt og blandingen holdt ved 50°C under konstant omrøring i 6 0 min.

Etter avkjøling ble oppslemmingen bragt i kontakt med 18 liter azeotrop isopropanol (9,75 % vann) og omrørt i 1 time ved 25-30°C.

Blandingen ble så sentrifugert i en sentrifuge med perforert kurv som var utstyrt med en nylonpose-innsats, og det gjenvunnede faststoff ble ekstrahert 2 ganger til med 12 liter azeotrop isopropanol i 6 0 min. ved 7 0°C med sentrifugering etter hver ekstraksjon.

Det endelige gjenvunnede faststoff ble tørket i en vakuumtørker ved 2 mm Hg og 37°C" sjikttemperatur i 24 timer.

780 g proteinpulver ble oppnådd og deretter malt til partikkel-

størrelse mindre enn 125 mikron. Materialet viste seg å ha et proteineffektivitetsforhold (PER) på 2,42 sammenlignet med 2,01 for kasein som standard. Dette var 20% høyere enn for kasein. Den anvendte fremgangsmåte for måling av PER var i henhold til Official Method of Analysis of the Association of Official Agricultural Chemists (Section 39.133, s. 785-786, 10. utgave).

Pulveret var hvitt og viste seg etter rehydratisering å passe nøyaktig med fargen til kokt torskemuskel. Det var stabilt ved lagring ved romtemperatur i 12 måneder. Pulveret hadde følgende analyse:

Eksempel 2

Den fremgangsmåte som er beskrevet i eksempel 1 ble

gjentatt med unntagelse av at den avfargede oppslemming av benfri torskemuskel ble utsatt for en porsjonsvis motstrøms oppløsnings-middelekstraksjon i en tretrinnsprosess ved bruk av et forhold på 3 liter isopropanol til 1 kg avbenet fiskekjøtt. Produktet som

ble oppnådd lignet det som er angitt i eksempel 1, med unntagelse av at det hadde et litt høyere fettinnhold.

Eksempel 3

Den fremgangsmåte som er beskrevet i eksempel 1 ble gjentatt med unntagelse av at forhåndshakket torskeavfall ble brukt som utgangsmateriale og at avfargingsprosesstrinnet var modifisert i den hensikt å forbedre sluttproduktets hvithet. Fremgangsmåten var som følger: 6 kg avbenet torskekjøtt fra forhåndshakket fileteringsavfall ble oppvarmet til 60°C og macert ved anvendelse av desintegreringshodet på en Silverson-blander til konstant mal-strømomrøring ble oppnådd. 360 ml natriumhypoklorittoppløsning (10-14 % tilgjengelig klor) ble tilsatt uavbrutt i 30 sek. Øyeblikkelig etter dette ble det tilsatt 144 ml 100 volum (30 %) hydrogenperoksyd. Oppslemmingen ble holdt ved 6 0°C under konstant omrøring i 1 time og deretter overført i varm tilstand til et kar som allerede inneholdt 18 liter azeotrop isopropanol. Deretter var fremgangsmåten som beskrevet i eksempel 1.

Eksempel 4

Dette eksempel viser omdannelsen av benfri torskemuskel oppnådd fra fileteringsavfall, slik at man får et fiskeproteinpulver av høy kvalitet ved anvendelse av en forbedret avfargingsprosess og en motstrøms-desodoriseringsoppløsnings-middelekstraksjonsteknikk. 6 kg avbenet torskekjøtt fra forhåndshakket fileteringsavfall ble oppvarmet til 6 0°C og macerert ved anvendelse av desintegreringshodet på en Silverson-blander til konstant mal-strømomrøring ble oppnådd. 360 ml natriumhypoklorittoppløsning (10-14 % tilgjengelig klor) ble tilsatt uavbrutt i 30 sek. Øyeblikkelig etter dette ble det tilsatt 144 ml 100 volum (30 % hydrogenperoksyd). Oppslemningen ble holdt ved 60°C under konstant omrøring i 1 time og deretter utsatt, mens det frem-deles var varmt, for en porsjonsvis motstrøms-oppløsningsmiddel-ekstraksjon i en tretrinnsprosess ved bruk av et forhold på 3 liter isopropanol til 1 kg avbenet fiskekjøtt. Det avfargede desodoriserte produkt ble tørket til et svakt kremfarget pulver med følgende sammensetning:

Proteineffektivitetsforholdet for denne prøve var 2,31 sammenlignet med 2,49 for kasein som standard. Dette var 7 % mindre enn for kasein.

Eksempel 5

Dette eksempel beskriver en modifikasjon av det som er beskrevet i eksempel 1, ved det at det anvendes en mild, alkalisk peroksyd-avfargingsprosess. 6 kg avbenet fileteringsavfall fra torsk fremstilt fra forhåndspakket råmateriale ble oppvarmet til 50°C som beskrevet i eksempel 1. Til dette macerat ble tilsatt en oppløs-ning av 28,8 g natriumhydroksyd i 720 ml vann under kontinuerlig omrøring for fjerning av lokale forandringer i viskositet. pH var 9,50.

216 ml 100 volum (30 %) hydrogenperoksyd ble tilsatt og avfarging observert, hvilket inntraff nesten umiddelbart.

Reaksjonen fikk imidlertid fortsette i 30 min. slik at man var sikret fullgod blanding.

Den varme oppslemming ble så overført umiddelbart til et kar som inneholdt 18 liter isopropanol for en tretrinns porsjonsvis motstrømsoppløsningsmiddelekstraksjon med umiddelbar sentrifugering som beskrevet i eksempel. 2.

Det tørkede hvite pulver som ble oppnådd tilslutt var mildt og totalt fritt for fiskelukt og ga følgende analyse:

Proteineffektivitetsforholdet var 2,43 sammenlignet med 2,49 for kasein som standard. Dette var 2 % mindre enn for kasein.

Eksempel 6

Dette eksempel viser den samtidige avfarging og opp-løsningsmiddelekstraksjon av avbenet fileteringsavfall fra. torsk. 6 kg benfritt torskekjøtt fremstilt fra forhåndshakket f ileteringsavf all ble macerert grundig ved 60°C ved bruk av des-integreringshodeanordningen på en Silverson-blander. 18 liter azeotrop isopropanol ble tilsatt og blandingen gjenoppvarmet til 60°C under konstant omrøring.

360 ml natriumhypokloritt (10-14 % tilgjengelig klor) ble tilsatt i løpet, av 30 sek. og fulgt umiddelbart av 144 ml 100 volum (30 %) hydrogenperoksyd. Blandingen ble holdt ved 60°C under konstant omrøring i 1 time og ble så sentrifugert.

Det resulterende u-tfellingsprodukt ble ekstrahert to ganger til med 2 x 12 liter azeotrop isopropanol ved 75°C i 60 min., idet hver ekstraksjon ble avsluttet med sentrifugering.

Det endelige utfellingsprodukt. ble tørket under vakuum (2 mm Hg).i 24 timer ved 37°C og ga et produkt med utseende som var identisk med det som ble oppnådd' i eksempet 4-.

Eksempel 7

Dette eksempel viser den samtidige avfarging og opp-løsningsmiddelekstraksjon.av hel fisk. 8 kg hel torsk ble macerert grundig ved 50°C o<q> 18 liter, azeotrop isopropanol tilsatt under konstant omrøring. Temperaturen ble holdt ved 50°C og pH-verdien øket til 9,5 ved tilsetning av 28,8 g natriumhydroksyd i 720 ml vann.

Omrøringen ble opprettholdt under tilsetning av 216

ml 100 volum (30 %) hydrogenperoksyd og deretter fortsatt i 1 time ved 50°C.

Faststoffet ble fraskilt ved sentrifugering og ekstrahert to ganger til med 2 x 12 liter azeotrop isopropanol ved 75°C i 1 time, idet hver ekstraksjon ble avsluttet med sentrifugering.

Det endelige utfellingsprodukt ble tørket under vakuum (2 mm Hg) i 24 timer ved 37°C.og ga et mildt, hvitt pulvér med et proteineffektivitetsforhold som var litt bedre enn for kasein som ble brukt som standard.

De fremgangsmåter som er beskrevet i ovenstående eksempler tilveiebringer metoder for fremstilling av et avfarget fiskeproteinisolat med høy næringskvalitet fra fisk eller fiskeavfall. Slike metoder beror på milde avfargingsreagenser og reaksjonsbetingelser. Benfjerning foregår - hvis anvendt - ved mekaniske hjelpemidler.

Avfarget fiskeproteinisolat som er fremstilt fra fisk eller fiskeavfall ved bruk av typiske kjente metoder, har - som allerede påpekt - en ganske lav næringskvalitet, hvilket er vist i dette eksperiment som anvender en metode som er lik den som er foreslått i nevnte britiske patent nr. 1.108.188.

1,6 kg finhakket fileteringsavfall fra torsk ble behandlet med 7,6 liter vann som inneholdt 22 g natriumhydroksyd og blandingen ble omrørt og macerert ved bruk av desintegrerings-hodeinnretningen pa en Silverson-blander og oppvarmet. 410 ml 6 % (20 volum) hydrogenperoksyd ble tilsatt ved 3 0°C. Blandingen ble så oppvarmet til 50 C og holdt ved denne temperatur i 15 min. under kontinuerlig omrøring. pH-verdien var 10,5.

Blandingen ble så filtrert for fjerning av benpartik-ler og filtratet avkjølt, og det ble surgjort til pH 4,8 ved tilsetning av 750 ml n-svovelsyre.

Det utfélté protein ble oppsamlet ved sentrifugering og utsatt for de isopropanolekstraksjons- og tørkeprosesser som er beskrevet i eksempel 1. Det endelige pulver ble testet med hensyn på næringskvalitet og ga et proteineffektivitetsforhold på 1,21 sammenlignet med kaseinkontrollverdien på 2,01.

Denne kjente prosess gir altså en PER på bare halv-parten av det som er vist i eksempel 1 og 40 % mindre enn for kasein. Den er derfor uegnet for erstatning eller strekkmiddel for animalsk protein for mennesker.

Claims

1. Fremgangsmåte for isolering av fiskeprotein, karakterisert ved at man behandler fisken ved å

a) som i og for seg kjent, fjerne bena fra den rå fisken ved en mekanisk operasjon for fremstilling av en hovedsakelig benfri, rå fisk, med et proteineffektforhold (PER) som til-svarer utgangsmaterialets, b) avfarge den benfrie fisk ved en pH mellom svakt alkalisk og omkring 9,5 ved å blande den med alkali og hydrogenperoksyd ved en temperatur på 40 - 60°C, c) som i og for seg kjent, fjerne luktstoffer fra den avfargede benfrie fisken ved ekstraksjon med isopropanol for fremstilling av et hovedsakelig hvitt fiskeprotein-isolat, og deretter d) som i og for seg kjent, tørke fiskeprotein-isolatet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at ben fjernes fra den rå fisken inntil den inneholder mindre enn 1 % ben.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at avfargingen av proteinet skjer ved en pH mellom 8,5 og 9,5.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den dessuten omfatter fjerning av over-skudd av blekningsmiddel fra den blekede fisken, ved behandling med katalase.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den dessuten omfatter fjerning av over-skudd av blekningsmiddel fra den blekede fisken ved behandling med et reduksjonsmiddel valgt blant gruppen askorbat, sulfitt og hypokloritt.