Skreddersydde enzymer åpner nye muligheter for å forbedre lukt av proteinpulver fra fisk

Bioteknologi åpner nye muligheter for at sjømatprodusenter kan utnytte restråstoff enda bedre. Nå viser NORCE-forskere i ny studie at et stoff som gir fiskelukt kan fjernes.

Veien mot et proteinpulver - laget med utgangpunkt i fiskerestråstoff - går gjennom å forbedre egenskapene til molekylære presisjonsverktøy, det vi kaller enzymer.

Finner og utvikler enzymer med gode egenskaper

Bioteknologene i NORCE finner fram til og utvikler enzymer med spesielt gode egenskaper slik at restråstoffer fra blant annet oppdrettsnæringen kan brukes på en bedre måte.

Enzymer er i praksis katalysatorer - de øker hastigheten på kjemiske prosesser uten selv å bli forbrukt. De kan også være uhyre presise og selektive i hvilke reaksjoner de katalyserer. Dette er veldig nyttig, men mange enzymer er svært følsomme for temperatur, slik at de risikerer å miste egenskapene sine ved rundt 40 grader.

I prosjektet forut for denne studien, aMASE, fant forskerne et enzym som kan ta bort fiskelukt. Nå har de tatt forskningen ett steg videre. I en ny vitenskapelig artikkel i tidsskriftet Applied and Environmental Microbiology, viser bioteknologer i NORCE en enzymvariant de kaller mFMO_20, som har kraftig forbedrede egenskaper.

– Vi startet med et enzym som virket bra, men som ikke tålte høy temperatur. Nå har vi et enzym som virker bedre under prosesstemperatur. Vi håper at et slikt enzym kan være nyttig for sjømatprodusenter som vil utnytte råstoffene sine enda bedre og få bedre lønnsomhet, sier forsker Rasmus Ree i NORCE.

Arbeidet er utført i EU-prosjektet OXIPRO. Ree er medforfatter på den nye studien, som er gjort i samarbeid med forskere fra CSIC i Madrid. De andre forskerne fra NORCE på denne studien er Marianne Goris, Pål Puntervoll og forskningsleder Gro Bjerga.

– Ambisjonen er å lage en enzymprosess som sjømatprodusenter vil bruke til å gjøre produksjonen mer lønnsom, og hvor mest mulig av biomassen som blir produsert forblir anvendelig som mat, påpeker Ree.

Fiskeproteiner i proteinshakes eller måltidserstatninger

Når fisk slaktes blir den som oftest filetert, og fileten blir sendt til butikker og solgt. Etterpå sitter man igjen med hode, ryggrad og innvoller. Dette er biprodukter, også kalt restråstoffer. Disse består blant annet av proteiner, som er veldig næringsrike og kunne hatt høyere verdi dersom man fant en måte å gjøre det mer anvendelig som ernæring.

– Måten disse proteinene blir håndtert på nå er at restråstoffene blir kvernet og behandlet med en spesiell type enzym, en protease. En protease klipper opp fiskeproteinene i mindre biter. Denne prosessen kalles enzymatisk hydrolyse, og det vi sitter igjen med er et hydrolysat, sier NORCE-forskeren.

Etter at hydrolysen er ferdig så tørker man proteinet og ender opp med et proteinpulver.

– Dette proteinpulveret smaker og lukter naturligvis fisk, og av den grunn brukes det i liten grad til mat for mennesker. I stedet brukes det i dyrefôr. Dersom vi klarer å lage et proteinpulver med nøytral smak så kan man bruke fiskeproteinene i for eksempel proteinshakes for idrettsutøvere, eller måltidserstatninger for eldre og andre som trenger proteintilskudd. Dette er mer økonomisk og miljømessig bærekraftig enn å ta det ut av matkjeden til andre formål, sier Ree.

Hensikten med dette prosjektet har derfor vært å finne et enzym som ikke bare kan fjerne fiskelukten, men også fungere i industrielle prosesser som foregår på relativt høy temperatur.

– Vi vet at et stoff som heter trimetylamin (TMA) er årsak til en stor del av fiskelukten. Så strategien vi har valgt er å bruke et enzym som omdanner TMA til trimetylamin-N-oksid (TMAO). TMAO lukter nemlig ikke noe. TMAO finnes naturlig i fisk uansett, og TMA oppstår fordi bakterier omdanner det naturlige molekylet til TMA etter at fisken er slaktet.

I 2020 publiserte gruppen til Bjerga en studie i prosjektet aMASE, som viser at et naturlig enzym fra en metan-spisende bakterie som heter flavin-bindende monooksygenase (mFMO) fungerer til å omdanne TMA til TMAO i fiskehydrolysat.

– Imidlertid foregår hydrolyseprosessen på ganske høy temperatur, 50-60 grader, av hygieneårsaker. mFMO er ikke stabilt ved så høy temperatur. Vi har gjort noen endringer i enzymet mFMO. Vi brukte en avansert algoritme som ser på formen og egenskapene til et protein, og foreslår endringer vi kan gjøre i enzymet for å gjøre det mer varmebestandig, sier Ree.

Løste strukturen til en av enzymvariantene

I samarbeid med forskere ved CSIC løste NORCE-forskerne strukturen til en av enzymvariantene. Den molekylære strukturen til et protein kan fortelle oss mye om funksjonen til proteinet, og i dette tilfellet kunne vi se at varianten hadde fått små men betydningsfulle endringer i enzymet, noe som kunne forklarte hvorfor det tålte høyere temperaturer bedre.

– Til slutt viste vi at vi kan bruke det forbedrede enzymet i et hydrolysat laget av lakseproteiner. Når vi økte varmen til prosesstemperatur var det bare den nye enzymvarianten som klarte jobben. Ikke bare det, enzymvarianten fungerte faktisk bedre ved høyere temperatur enn ved lavere! Dette fortalte oss at den nye enzymvarianten tåler å bli brukt under industrielle betingelser, sier Ree. Nå vil vi gjerne teste den på flere råstoff, som torsk og pelagisk fisk mens vi fortsetter å optimalisere enzymet.

Referanse:

Increased Thermostability of an Engineered Flavin-Containing Monooxygenase to Remediate Trimethylamine in Fish Protein Hydrolysates. Marianne Goris, Isabel Cea-Rama, Pål Puntervoll, Rasmus Ree, David Almendral, Julia Sanz-Aparicio, Manuel Ferrer, Gro Elin Kjæreng Bjerga. Applied and Environmental Microbiology, Vol. 89, No. 6. DOI: https://doi.org/10.1128/aem.00390-23