NO139804B - Fremgangsmaate for fremstilling av et proteininsolat fra fiskeraastoff - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for oppløseliggjøring og rensing av proteiner fra fiskeråstoffer for å oppnå et smaks- og luktefritt vannoppløselig fiskeprotein-isolat med en høy næringsverdi.

Det er angitt forskjellige fremgangsmåter for å frem-stille et mildt fiskeproteinkonsentrat med en høy næringsverdi. Med så og si alle råstoffer som benyttes for fremstilling av

et slikt konsentrat er fjerning av lipider en nødvendighet for å sikre et mildt produkt med tilstrekkelig stabilitet.

Generelt blir et restnivå på 0,5 vekt-% lipider i kon-sentratet, beregnet på tørrstoffbasis, betraktet som et maksi-malt nivå. Oppløsningsmiddelekstraksjon er den vanlige måte for å oppnå en så og si totalfjerning av lipider. Noen av disse fremgangsmåter har vært teknisk egnet, men ingen har vært kommersielt vellykket på grunn av mangelen av funksjonelle egenskaper for det resulterende proteinkonsentratet. Slike funksjonelle egenskaper omfatter vannoppløselighet, skummingsevne, emulgeringsevne og vannbindingsevne. Et protein som mangler slike funksjonelle egenskaper kan kun benyttes som proteinanrikning. fordi det tilfører næringsverdi, men er inert i alle andre henseender. Videre er bruken som proteinanrikning be-grenset til visse typer næringsmidler slik som brød hvor vann-oppløseligheten ikke er nødvendig. Blant de funksjonelle egenskaper som kan være ønskelige for forskjellige bruk er vannopp-løselighet den viktigste fordi den åpner adgang til brede an-vendelsesområder for alle typer matvarer. Vannoppløseligheten er i tillegg en nødvendig betingelse for de fleste andre funksjonelle egenskaper.

På denne bakgrunn er forskjellige fremgangsmåter foreslått basert på enzymatisk hydrolyse som et middel for å oppnå vannoppløselighet for fiskeproteiner. Selv om de i dette hen-seende er virksomme, er slike fremgangsmåter hyppig vanskelige å regulere i industriell skala på grunn av variasjoner både for aktiviteten av enzymene i fiskevevet og på grunn av aktiviteten for kommersielt oppnåelige enzympreparater. I tillegg er de relativt uøkonomiske fordi det til nå ikke er foreslått noen fremgangsmåte for gjenvinning av de tilsatte enzymer.

En ytterligere mulighet er alkalioppløseliggjørelse, men dette medfører risikoen for destruksjon av svovelholdige aminosyrer, noe som reduserer næringsverdien. En ytterligere vanskelighet er den hyppige dannelse av uønsket smak og fri-gjøring av allerede tilstedeværende smaksforbindelser under oppløseliggjøringen. Denne vanskelighet sammen med behovet for en effektiv avsaltningsprosess har til nå forhindret bruken av alkalioppløseliggjøring for fremstilling av et vannopp-løselig fiskeproteinprodukt.

Alkalioppløseliggjøring som anvendes direkte på fiskeråstoffet før den nødvendige oppløsningsmiddelekstraksjon av lipidene har vesentlige mangler idet det ikke dannes noe stabilt mellomprodukt, noe som betyr at hele prosessen må gjennom-føres på samme sted.

Av kjent teknikk skal nevnes De-Ps 970350 som beskriver behandling av fiskeråstoff med lavt fettinnhold med alkali-eller syre under i det vesentlige vannfrie betingelser og for-målet med denne behandling er å fjerne stoffer som har uønsket smak og/eller lukt. Behandlingen gjennomføres ved relativt lav temperatur, fortrinnsvis under 65°C, og i tidsrom på ca. 30 minutter. På grunn av de vannfrie betingelser er virkningen av syre eller alkali på proteinet forskjellig fra virkningen i vandig medium og videre kan den ønskede virkning oppnås både med syrer og alkali på grunn av det relativt vannfrie medium.

Videre skal nevnes No-Ps 132573. Dette omhandler behandling med vandig alkali i kort tid ved høy temperatur. Imidlertid gir lipidinnhold på over 0,5 grunn til fiskelignende smak

og lukt. Videre er alkalikonsentrasjonene så høye at de ikke lenger angis i pH-verdier, men i form av normalitet.

Til slutt skal nevnes en artikkel av S. R. Tannenbaum,

M. Hern og R. P. Bates i "Food Technology", Vol. 24, mai 1970, side 604-609 som vel beskriver alkalisk oppløseliggjøring av fiskeproteinkonsentratj men som ikke kommer med noen hentydnin-ger til de kritiske parametre som søkeren har funnet for å

komme frem til de fordelaktige resultater som oppnås ifølge foreliggende oppfinnelse.

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er således å forbedre den kjente teknikk og å frembringe en enkel og økono-misk fremgangsmåte for fremstilling av et vannoppløselig proteinisolat fra fiskeråstoffer.

Foreliggende oppfinnelse frembringer således en fremgangsmåte for fremstilling av et proteinisolat fra fiskeråstoff, hvori et fiskeråstoff med et lipidinnhold på tørrbasis som ikke overskrider 0,5 vekt-% behandles med vandig alkali ved en pH-verdi på 10 til 12, ved en temperatur på 80 til 100°C og hvor uoppløselige stoffer fjernes fra alkalioppløsningen og hvoretter oppløsningen avsaltes og deodoriseres, og fremgangsmåten karak-teriseres ved at temperaturbehandlingen skjer i et tidsrom av 1 til 5 minutter.

Proteinisolatet som oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er så og si smaks- og luktfritt, og har en høy næringsverdi, i det minste tilsvarende kasein, og videre har det et proteininnhold på mellom 90 og 98%, et lipidinnhold under 0,5% og et askeinnhold på mellom 1 og 10%, beregnet på tørrstoffbasis.

Utgangsstoffet for fremgangsmåten er helst fiskefast-stoffer hvorfra lipidene er fjernet til den antydede grad, f.eks. ved ekstraksjon med et oppløsningsmiddel slik som isopropanol. Oppløsningsmiddelekstraksjon gir et stabilt mellomprodukt som består av en blanding av faststoffer fra fisk og restoppløs-ningsmidler og det er kjemisk og bakteriologisk stabilt i len-gere tidsrom. Dette betyr at fjerningen av lipidene kan gjennom-føres i sjøen og den etterfølgende behandling av mellompro-duktet på land. Videre er oljen som oppnås direkte av høyere kvalitet enn olje som ekstraheres fra fisk som først er behand-let f.eks. med alkali og videre blir lavmolekylære nitrogenhol-dige stoffer med dårlig næringsverdi også fjernet med oppløs-ningsmidlet.

Fiskeråstoffet kan f.eks. oppnås fra:

(1) sløyet mager fisk slik som torsk, hyse eller lysing,

(2) fileteringsbiprodukter fra frossenfiskfabrikker slik som V-kut, hvilket er en del av filetene som vanligvis kasseres på grunn av nærværet av småben, og (3) helfisk av pelagiske arter slik som ansjos, sardiner osv.

Den fremgangsmåte som benyttes for fiskeutgangsråstof-fet er relativt uviktig forutsatt at råstoffet ikke har mer enn 0,5 vekt-% lipider på tørrbasis.

Behandlingen av fiskeråstoffet med alkali gjennomføres under regulerte pH-betingelser, tidsbetingelser og temperatur-betingelser slik at destruksjonen av de mest følsomme aminosyrer nemlig cystein, lysin og metionin er relativt ubetydelig. Mens natriumhydroksyd er det foretrukne alkali da dette oppløser proteinene hurtig kan andre imidlertid også benyttes forutsatt at de positivt ladede ioner er i stand til å fjernes hurtig under den etterfølgende avsaltningsprosess som her beskrives. Alkalibehandlingen gjennomføres helst i en suspensjon som inneholder 5 til 10 vekt-% fisketørrstoffer og under de betingelser som heri er angitt er det mulig å oppløse fra 80 til 95% av fiskeproteinene uten noen skade på næringsverdien for proteinet. Den virkelige grad av oppløseliggjøring vil imidlertid avhenge av fiskeråstoffet.

Etter alkalibehandling kan suspensjonen avkjøles, f.eks. til 50 til 60°C, og uoppløselige stoffer inkludert uoppløste protein og faste fraksjoner slik som ben kan fjernes f.eks. ved filtrering, pressing eller sentrifugering. Den foretrukne fremgangsmåte er kontinuerlig sentrifugering da denne kan gjennom-føres hurtig og den gir en klar proteinoppløsning og en frak-sjon av uoppløst ben og protein hvilken er rik på mineraler. Alkalioppløseliggjøringen slik den er beskrevet tillater fjerning av så og si alt ben slik at fluoridinnholdet i det ferdige proteinprodukt er meget lavt. Benproteinfraksjonen tørkes helst separat og benyttes som for.

Den klare proteinoppløsning blir deretter avsaltet.

Mens dette teoretisk kan skje ved ultrafiltrering er det teknisk upraktisk, da de i dag oppnåelige membraner er følsomme

overfor høye pH-verdier. Elektrodialyse er et alternativ, men har den mangel at det forårsaker en utfelling, noe som reduserer

cellenes kapasitet. Ionebytting i kolonner er det gunstigste prinsipp, men dette kan også gi grunn til dannelse av bunnfall når fallet i pH-verdien er stort, noe som inhiberer kolonnens ytelse. Det er i henhold til dette foretrukket å gjennomføre avsaltingen ved bytting av de positivt ladede ioner med ammoniumioner slik som beskrevet i allment tilgjengelig norsk patentsøknad nr. 1037/73. Ammoniumionene blir deretter helt fjernet ved dampstripping.

I en foretrukket utførelsesform av ionebyttingsbe-handlingen benyttes det et sterkt kationebytteharpiks, regene-rert med et ammoniumsalt. Det er spesielt gunstig å benytte en makroretikulær harpiks, f.eks. "Amberlite 200" på grunn av dettes lange levetid. Konsentrasjonen for den regenererende saltoppløsning kan være fra 0,1 til 5,ON, men den foretrukne konsentrasjon er 1,0N. Temperaturen for den behandlede væske er ikke vesentlig, men det er gunstig å benytte en temperatur på 50 til 80°C for å redusere viskositeten av proteinoppløs-ningen i kolonnen da de oppløste proteiner har den opprinne-lige høye molekylvekt for råstoffet, noe som resulterer i en proteinoppløsning med høy viskositet.

Mens det for visse anvendelser er nødvendig med proteiner som gir høye viskositeter i vannoppløsninger er det når en høy viskositet ikke er nødvendig, ønskelig å redusere mole-kylvekten for proteinene, spesielt ved behandling ved et pro-teolytisk enzym slik at proteinoppløsningen kan konsentreres til et høyere tørrstoffinnhold før tørking. Enzymbehandlingen bør være mild nok til ikke i noen vesentlig grad å forandre egenskapene for proteinene bortsett fra oppløsningens viskositet. Enzymer som benyttes bør helst ha en god aktivitet ved alkaliske pH-verdier, spesielt i området 8 til 10. De foretrukne enzymer er trypsin og bakterielle proteaser. Mengden av enzym som er nødvendig er meget liten, f.eks. 0,1 til 1,0 g pr. kg protein tørrstoff som behandles. Behandlingen er som sagt meget mild og bør helst være ferdig i løpet av 5 til 30 minutter. Deretter inaktiveres gjenværende enzym ved varmebe-handling, f.eks. ved 60 til 90°C i 5 minutter.

Etter avsalting og enzymbehandling hvis denne sistnevnte anvendes, blir proteinet deodorisert, helst ved dampstripping, for å fjerne alle uønskede flyktige stoffer fra proteinoppløs-ningen. Disse omfatter som nevnt tidligere ammoniumioner, smaksbestanddeler som dannes eller frigjøres i alkalioppløse-liggjøringstrinnet og tilstedeværende restoppløsningsmiddel fra tidligere behandlingstrinn slik som lipidekstraksjon. Be-tingelsene som anvendes velges med henblikk på disse mål. Strippingen gjennomføres helst i en pakket kolonne der dampen kommer inn ved bunnen og proteinoppløsningen ved toppen, noe som resulterer i motstrømskontakt mellom dampen og protein-oppløsningen. Vanligvis benyttes fra 0,1 til 1,0 kg damp (ved atmosfærisk trykk) pr. kg proteinoppløsning. Dampen som forlater kolonnen inneholder de forskjellige flyktige stoffer som er angitt ovenfor og den kan kondenseres. Kondensatet kan deretter surgjøres til pH 4,5 og behandles for gjenvinning av oppløsningsmiddelrester mens ammoniakk og flyktige aminer forblir i vannfasen og kasseres.

Da det foretrukne dampstrippingstrinn er meget effek-tivt med henblikk på fjerning av flyktige stoffer fra protein-oppløsningen, er vanligvis ytterligere behandling med adsor-berende stoffer slik som aktivkull eller harpikser eller med kjemiske stoffer slik som hydrogenperoksyd vanligvis unødven-dig. Hvis imidlertid slike behandlingstrinn anvendes, kan de gjennomføres før eller etter dampstrippingen. Hydrogenperoksyd er i stand til å oksydere mindre spor av smaksforbindelser og bleker også proteinet, noe som kan være fordelaktig når det som råstoff benyttes fet fisk med mørkt kjøtt.

Etter strippingen kan proteinet tørkes for å oppnå et sluttprodukt med et fuktighetsinnhold som er lavt nok til å tillate stabilitet. Foregående konsentrasjon f.eks. ved om-vendt osmose, frysing eller termisk fordamping, er ønskelig for å redusere belastningen på tørkeinnretningene. Fremgangsmåten som er foretrukket ifølge oppfinnelsen er fordamping og hvis det har vært anvendt en enzymatisk behandling, kan pro-teinoppløsningen konsentreres til mellom 25 og 50 tørrvekt-%.

Tørking kan gjennomføres ved hjelp av en valse, spray-eller skumtørker eller på en hvilken som helst annen egnet

tørker. Tørkingen gjennomføres helst i en spraytørker med relativt lave temperaturer for å unngå varmeskade på proteinet som eventuelt vil være skadelig for næringsverdien og for de funksjonelle egenskaper. Det tørkede produkt er av lys farge og

mildt av lukt. Det har et høyt proteininnhold, mellom 90 og 98% beregnet på tørrvekt. Produktet har en høy næringsverdi og det er spesielt rikt på tilgjengelig lysin, nemlig i området 7,0

til 9,0 g pr. 16 g N, avhengig av råstoffet. Proteineffektivi-tetsforholdet er karakteristisk innen området 3,0 til 3,5 - minst likeverdig med det for kasein bestemt under identiske betingelser. Fettinnholdet er 0,05 til 0,5%, beregnet på tørrvekt, og askeinnholdet er mellom 1 og 10%. Fordi ben ble fjernet før alkalioppløsningen er fluoridinnholdet lavt, under 25 ppm. Vann-oppløseligheten for det ferdige pulver, uttrykt ved nitrogen-oppløselighetsindeksen (bestemt i henhold til "American Oil Chemists' Society Official Method Ba 11-65") ligger i området 80 til 100. På grunn av egenskapene kan proteinisolatet benyttes innen et vidt område for matvarer inkludert pølser, kjøtt-erstatninger, supper, sauser, buljonger, melvarer, iskrem, melk, desserter og liknende.

De følgende eksempler skal illustrere oppfinnelsen nær-mere. Prosentandeler er gitt på vektbasis.

Eksempel 1

1000 kg hel sild males i en kjøttkvern og blandes deretter med 1500 kg isopropanol. Oppslemmingen omrøres i 5 min. ved romtemperatur og faststoffene separeres deretter fra iso-propanolen i en sentrifuge. Lipidekstraksjonen slik den er beskrevet gjentas ytterligere fire ganger. Denne behandling resulterer i 400 kg ekstrahert fiskemasse som inneholder 50 vekt-% tørrstoff og 50% isopropanol. Oppløsningsmidlet som benyttes for ekstraksjonen gjenvinnes ved destillasjon og fettfraksjonen separeres. De 400 kg ekstrahert fisk blandes med 1600 kg vann og oppslemmingen homogeniseres. Oppslemmingen blir deretter kontinuerlig blandet med natriumhydroksyd for å oppnå en pH-verdi på 12 og den oppvarmes til 80°C ved innblåsing av damp. Umiddelbart etter alkalitilsetning og dampinnblåsing blir oppslemmingen pumpet igjennom oppholdsrør med en oppholdstid på 2 minutter og deretter avkjøles den til 50°C. Ben og andre uopp-løselige stoffer separeres på en vibrerende sikt og protein-oppløsningen klares ved sentrifugering. Den klare proteinopp-løsning pumpes gjennom en kationbytteharpikskolonne hvori na-triumioner byttes ut mot ammoniumioner og det samles 18 00 kg oppløsning som inneholder 6,5% tørrstoff fra kolonnen. 20 g trypsin tilsettes til oppløsningen og temperaturen holdes ved 40°C i 30 minutter. Deretter blir 1 kg 35%-ig hydrogenperoksyd tilsatt og temperaturen heves til 70°C i 30 minutter for å inaktivere enzymet og for å bleke proteinet. Den blekede oppløsning pumpes til en strippekolonne hvori hvert kg protein-oppløsning i motstrøm bringes i kontakt med 0,5 kg damp av 100°C og den strippede oppløsning avkjøles til 60°C. Den resulterende proteinoppløsning har en mild lukt og den konsentreres ved fordampning til et tørrstoffinnhold på 40% og spray-tørkes til et fuktighetsinnhold på 0,5%. Produktet har et proteininnhold på 91,8%, et askeinnhold på 8,0% og et lipidinnhold på 0,2%. Innholdet av fluorid og isopropanol ligger begge under 25 ppm.

Eksempel 2

1000 kg avfall fra filetering av torsk males i en kjøttkvern og ekstraheres deretter i en skrueekstraktor med isopropanol. Fisken mates til den lavere ende av ekstraktoren og isopropanol til den øvre ende og dette gir en motstrømskon-takt mellom fisk og oppløsningsmiddel. 1500 kg isopropanol benyttes for ekstraksjonen av 1000 kg fisk. Den ekstraherte fiskemasse som inneholder omkring 50% tørrstoff og 50% isopropanol og som kontinuerlig forlater toppen av skruen blandes deretter med vann for å oppnå en oppslemming som inneholder 10% tørrstoff. Denne oppslemming pumpes gjennom en homogeni-sator, kaliumhydroksyd tilsettes til en pH-verdi på 11,0 og den oppvarmes til 10 0°C ved direkte dampinnblåsing. Denne varme alkaliske oppslemming føres gjennom oppholdsrør med en oppholdstid på ett minutt og føres umiddelbart etter at den har forlatt rørene til en dekanteringssentrifuge der ben og uopp-løst protein separeres fra oppløsningen.

Den klare proteinoppløsning avkjøles til 80°C og pumpes gjennom en kationebytteharpikskolonne hvori kalium byttes ut mot ammonium. Deretter blir oppløsningen dampstrippet, konsen-trert i en fordamper til 2 0% tørrstoff og spraytørket. Det tør-kede produkt har en mild smak og følgende sammensetning:

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et proteinisolat fra fiskeråstoff, der et fiskeråstoff med et lipidinnhold på ikke over 0,5 vekt-% behandles med vandig alkali ved en pH-verdi på 10 til 12 ved en temperatur på 80 til 100°C og der uoppløselige stoffer fjernes fra den alkaliske oppløsning hvoretter oppløs-ningen avsaltes og deodoriseres, karakterisert ved at temperaturbehandlingen skjer i et tidsrom på 1 til 5 minutter.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den alkaliske oppløsning før fjerning av uoppløselige stoffer avkjøles til en temperatur på 50 til 60°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den alkaliske oppløsning avsaltes ved ionebytting hvorved kationene som er tilstede byttes ut mot ammoniumioner som deretter fjernes fra oppløsningen ved fordamping som ammoniakk.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at ionebyttingen gjennomføres ved en temperatur på fra 50 til 80°C.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at proteinopp-løsningen etter avsalting underkastes en mild enzymbehandling.