Zpracování vedlejších bílkovinných produktů z porážky drůbeže

Ing. Petr Mrázek

Doctoral thesis

Processing of Poultry By-products from Slaughterhouses

Abstract:

Tato práce pojednává o možnostech využití vedlejších drůbežích produktů jako suroviny pro přípravu želatiny. Při porážce drůbeže a následném zpracování masa vzniká velké množství vedlejších živočišných produktů, např. kůže, kosti, hlavy a jiné, které jsou běžně zpracovávány v kafilériích na masokostní moučku a dále jako krmiva pro domácí mazlíčky. Jedná se o potenciální suroviny s vysokým obsahem bílkovin, zejména kolagenu, z něhož je možné připravit želatiny. Tradičními zdroji želatin jsou hovězí či vepřové kůže nebo kosti. Želatinu je možné rovněž vyrobit i z alternativních zdrojů, jako jsou kuřecí kůže nebo běháky. Odpad vznikající během zpracování drůbeže může být problematický vzhledem ke svému biologickému původu. Jeho minimalizace a transformace na upotřebitelné produkty je tedy velmi žádoucí. Příprava želatin z drůbežích vedlejších produktů zahrnuje několik fází. Nejprve je nutné surovinu rozemlít a odstranit doprovodné látky (pigmenty a nekolagenní bílkoviny), např. pomocí roztoků NaCl a NaOH. Další fází je separace tuků. K tomuto účelu je možné použít směs rozpouštědel, např. petrolether a ethanol. Následuje předúprava suroviny a extrakce želatiny. Běžně se využívá alkalická či kyselá předúprava; v této práci byl pro tento účel využit biotechnologický (enzymový) způsob z důvodu větší šetrnosti k životnímu prostředí. Extrakce želatin byla prováděna ve vodě při teplotách 40-80 °C po dobu 30-120 min. Množství enzymu během předúpravy suroviny bylo 0,2-0,8 %. Pro zlepšení efektivity procesu byly využity faktorové experimenty za účelem zjištění vlivu jednotlivých technologických faktorů na výtěžek a kvalitu želatiny. U připravených vzorků želatin z běháků, hlav a kůží byly stanoveny výtěžky a testovány funkční vlastnosti, z nichž nejdůležitější je pevnost gelu. Bylo dosaženo pevnosti gelu až 350 Bloom, což je hodnota převyšující běžné komerční želatiny vyrobené z hovězích či vepřových tkání. Také výtěžek želatiny byl poměrně vysoký (cca 40 %). Byly testovány další vlastnosti výnamné zejména pro potravinářský průmysl, jako např. viskozita, čirost, vaznost vody a tuku, emulzifikační či pěnotvorná kapacita a stabilita, tepelná stabilita gelu, teplota tání a gelace a mikrobiální kontaminace želatin. Výsledky studie ukázaly, že vlastnosti připravených želatin jsou srovnatelné, nebo v některých případech lepší, než vlastnosti komerčních želatin. Vyvinutý biotechnologický způsob přípravy želatin je konkurenceschopný k běžně používaným metodám v průmyslu. Želatina připravená z drůbežích vedlejších produktů může být alternativou k tradičním vepřovým či hovězím želatinám.

Abstract:

This work deals with the possibilities of using poultry by-products as a raw material for the preparation of gelatine. Slaughter of poultry and processing of meat produces a large number of by-products, such as hides, bones, heads and others, which are commonly processed to meat-and-bone meal and as pet food. These are potential raw materials with a high protein content, especially collagen, from which it is possible to prepare gelatines. Traditional sources of gelatine are beef or pork skins and bones. Gelatine can be prepared from alternative sources, such as chicken skins or feet. Waste generated during poultry processing can be problematic due to its biological origin. Its minimization and transformation into value-adedd products is therefore highly desirable. The preparation of gelatine from poultry by-products involves several stages. First, it is necessary to grind the raw material and remove non-collagenous substances (pigments and non-collagenous proteins). This can be achieved using NaCl and NaOH solutions. The next stage is the separation of fats. A mixture of petroleum ether and ethanol solvents is appropriate for this purpose. This is followed by pre-treatment of the raw material and extraction of gelatine. Alkaline or acid pret-reatment is commonly used, but in this work a biotechnological (enzyme) method was used due to the greater environmental friendliness. Gelatine extraction was performed in water at temperatures between 40-80 °C for 30-120 min. The amount of enzyme at pre-treatment of the raw material was 0.2-0.8%. To improve the efficiency of the process, factorial experiments were used to determine the influence of individual technological factors on the yield and the quality of gelatine as well. The yields of the prepared chicken feet, head and skin gelatine samples were determined and the functional properties were tested; the most important quality indicator is the strength of the gelatin gel. The gel strength of up to 350 Bloom was achieved, which is a higher value than conventional commercial bovine or porcine gelatines have. The yield of gelatine (approx. 40 %) was relatively high. Properties of particular importance to the food industry were tested, such as viscosity, clarity, water and fat binding, emulsifying or foaming capacity and stability, thermal stability of the gel, melting and gelling temperature, and microbial contamination of gelatines. The results of this study showed that properties of prepared gelatines are comparable or in some cases better than the properties of commercial gelatines, which means that the biotechnological method of gelatine preparation is competitive with commonly used methods in industry, and gelatines prepared from poultry by-products may be an alternative to traditional pork or beef gelatines.

Keywords

běháky, bíkovinný substrát, biopolymer, biotechnologie, chemická denaturace, drůbeží vedlejší produkty, enzym, extrakce, faktorové experimenty, funkční vlastnosti, hlavy, hydrolyzát, inovativní proces, kolagen, kůže, lipoláza, materiály III. kategorie, pevnost gelu, potravinářské aplikace, proteáza, předúprava, tepelná denaturace, tepelná stabilita, tuk, udržitelnost, vedlejší živočišné produkty, zpracování, želatina

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 6. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 2. 10. 2023
• Supervisor: prof. Ing. Pavel Mokrejš, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Chemistry and Materials Technology / Technology of Macromolecular Compounds