Kartlegger egenskaper til ulike enzymer for å utvikle proteinpulver med toppkvalitet

Nortura Hærland, i Indre Østfold, foredler opptil 100.000 kyllinger daglig. Det blir mange pakker med brystfileter, lårfileter, kjøttdeig, lår og bryst – og det blir mye til overs. På skroget sitter det igjen en god del kjøtt. Dette kalles restråstoff, og brukes i dag for det meste til dyrefôr. Målet er å utvikle ingredienser til mat, for dette råstoffet inneholder næringsrike komponenter som kan utnyttes i ulike matvarer.

Utviklingen og produksjonen av de nye ingrediensene skjer nesten vegg i vegg med Norturas kyllingslakteri i Hærland. Hos Bioco, Norges eneste anlegg for å omgjøre kylling- og kalkunrestråstoff til høyverdige ingredienser. To parallelle rør, som går fra like under taket på slakteriet over veien og frem til Bioco, frakter dette råstoffet.

– God ressursutnyttelse der vi bruker mest mulig av råstoffene er et viktig steg for å gjøre matproduksjonen mer bærekraftig. Arbeidet og forskningen som gjøres hos Bioco og Nofima gir både økt verdiskaping og reduserte klimagassutslipp, sier landbruks- og matminister Sandra Borch.

Store variasjoner

Innholdet i restråstoffet kan variere. Det er for eksempel forskjell på fordelingen av næringsstoffer i restråstoff fra kalkun og restråstoff fra kylling, og i skinnet kontra kjøttet som sitter igjen på skroget.  For å lage produkter av samme kvalitet dag etter dag er det viktig at råstoffblandingene har så jevn kvalitet som mulig, eller at man er klar over forskjellene og vet hvordan prosessen må være for å få en jevn kvalitet.

Det er grunnen til at forskerne har montert en NIR-sensor like etter kvernen som maler restråstoffet til en farse. Sensoren måler blant annet fordelingen mellom fett, proteiner og bein i blandingen som til enhver tid strømmer forbi

– På den måten kan vi lære mer om hvor mye råstoffet faktisk varierer, og hvordan variasjonen påvirker prosessen og sluttproduktet, sier senioringeniør Katinka Dankel hos Nofima.

Sammen med stipendiatene Bijay Kafle og Marco Cattaldo har hun tilbrakt mange arbeidsdager hos Bioco for å følge opp NIR-målingene og samle inn flere data fra prosessen og produktet.

Det kvernede råstoffet blandes med vann og enzymer, og da skjer det en såkalt hydrolyseprosess. Dette er en etterlikning av det som skjer i kroppens fordøyelsessystem der enzymer deler større proteinmolekyler ned i mindre peptider og aminosyrer.  Etter en liten time avsluttes prosessen og blandingen blir separert i tre ulike fraksjoner: fett, vannløselige proteiner og et lag som er rikt på mineraler.

– Det unike med denne prosessen er at alt råstoffet blir omdannet til verdifulle produkter – ingenting går til spille. I testene som pågår nå fokuserer vi på proteindelen, forteller seniorforsker Nils Kristian Afseth i Nofima.

Enzymene påvirker smaken

De vannløselige proteinene man får ut fra prosessen kalles et hydrolysat, og hydrolysatet inneholder hovedsakelig peptider og aminosyrer. Det er viktig for Bioco at så mye som mulig av proteinet i råstoffet havner i hydrolysatet, det gir høyt utbytte. Samtidig er det viktig at hydrolysatet har riktig næringssammensetning og god smak. Nå tester fagfolkene ut ulike enzymer for å se hvorvidt og hvordan de påvirker både sammensetningen og utbyttet. 

– Målene med forsøkene vi gjennomfører nå er å kartlegge hvordan endringer i både råstoffet og enzymene påvirker hydrolysatene, forteller seniorforsker og dataanalytiker Ingrid Måge i Nofima.

Hun er ansvarlig for å sammenstille og analysere alle dataene fra testene. Med seg i dataanalyseteamet har Ingrid blant annet Marco Cattaldo. Han er stipendiat i DigiFoods og undersøker hvordan NIR-målingene kan brukes til å justere prosessen slik at utbyttet blir høyt samtidig som hydrolysatet alltid får riktig kvalitet.

Tester fem ulike enzymer

Det er en stor test som er i gang, og den går over flere uker. Hver uke testes et nytt enzym, samtidig som prosessoperatørene gjør kontrollerte endringer i råstoff og vanntilsetting. For å se hvordan hydrolysatet påvirkes av disse endringene må man hente ut prøver fra prosessen. Det betyr at noen må ta på seg verneutstyr, åpne en luke i en tank, og fylle et lite plastrør med rykende varm væske. I test-ukene gjøres dette mange ganger hver dag, døgnet rundt, og i noen perioder så hyppig som hvert tiende minutt. For å få det til har både prosessoperatører fra Bioco og Nofima-ansatte stått på.

Prøvene tas med til Nofimas laboratorium der de analyseres grundig med mange ulike målemetoder, for å karakterisere både proteinsammensetning og egenskaper. En av målemetodene som har vist seg å være godt egnet til å måle proteinkvaliteten er Fourier-transform infrarød (FTIR) spektroskopi.

Å frakte prøvene til Nofima for analyse er tungvint i lengden, så forskere fra Sintef og Nofima jobber med å utvikle et bærbart FTIR-instrument som kan brukes til å måle proteinkvalitet direkte i fabrikken. Med et slikt instrument vil det bli mulig for industrien å kontrollere produktkvaliteten raskt og enkelt, noe som ikke er mulig i dag. Dette er blant annet målet i Bijay Kafle sitt doktorgradsarbeid.

Smaksdommere vurderer smaken

Hydrolysatet blir etter spraytørking et proteinpulver, og det har vært utfordrende å få en nøytral smak. Det er flere faktorer som påvirker smaken - både enzymene, prosessen og råstoffsammensetningen. Pulveret kan noen ganger smake bittert eller brent. Målet er at proteinpulveret skal ha en nøytral smak.

Proteinpulver fra alle de ulike partiene skal gjennom flere smaksvurderinger hos Nofimas profesjonelle sensoriske dommere

De ansatte på Bioco har besøkt Nofimas sensoriske laboratorium, og fått opplæring i smaksvurdering. Nå gjør de en rekke egne bedømminger, som er en del av kvalitetssikringen av proteinpulveret. De har utviklet et system der de beskriver egenskapene til de ulike prøvene, og gir en totalkarakter mellom 1 og 9, der 7 til 9 er bra.

Viktig med kunnskap om enzymer

Det er store forskjeller mellom hvordan de ulike enzymene påvirker hydrolyseprosessen. I testene som pågår nå, kjører man hydrolyseprosessen under de samme prosessbetingelsene uansett hvilket enzym man bruker.

For fagfolkene både hos Bioco og Nofima gir testene gode muligheter til å innhente ny kunnskap.

– Vi lærer hvordan ulike enzymer fungerer, både med tanke på utbytteprosent, smak og prosessvilkår. Neste steg blir å kartlegge hva som vil være optimale prosessbetingelser for enzymene vi velger å gå videre med. Det kan for eksempel dreie som om å forlenge hydrolyseprosessen, sier driftsleder i Bioco, Jonathan Fjällman.

Fakta om forskningen

Forskningen er finansiert gjennom flere prosjekter og senter.

• Det strategiske forskningsprogrammet Precision, finansiert av Fondet for forskningsavgift på landbruksprodukter
• HydroSens finansiert av Norges forskningssråd og partnere 
• SFI DigiFoods, finansiert Norges forskningsråd og partnere. SFI (Senter for Forskningsdrevet Innovasjon) DigiFoods ledes av Nofima. Det ble etablert i 2020 og vil pågå til 2028.

Fakta om NIR-spektroskopi

NIR (nær infrarød) spektroskopi er en teknikk der lys sendes gjennom en matvare for å måle hvor mye lys som absorberes på ulike bølgelengder. Dette er en rask målemetode som egner seg til å måle ulike egenskaper i mat, slik som fett, vann, protein, karbohydrater og pigmenter. NIR er den mest utbredte on- og at-lineteknikken i fôr- og matindustri.