Optimization of Ossein and Gelatin Extraction From Chicken Bone

Abstract

Jelatin, pek çok endüstriyel ürünün yanı sıra çeşitli gıdalarda emülgatör, jelleştirici ve stabilizatör olarak kullanılan önemli bir gıda katkısıdır. Üretiminde hammadde olarak çoğunlukla domuz derisi ve kemiğinin kullanılması ve bu durumun Müslüman ve Musevi tüketiciler tarafından kabul edilmemesi nedeniyle, son yıllarda alternatif hammaddelerin jelatin üretiminde kullanılabilirliği önemli bir çalışma alanı olmuştur. Bu çalışmada, kanatlı işleme artıklarından biri olan tavuk kemiğinin jelatin üretiminde hammadde olarak kullanılabilirliğinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, 'tibia' olarak adlandırılan tavuk kemiği hammadde olarak kullanılmış, ön işlemlerden geçirilerek proteince zengin olan ve 'osein' olarak adlandırılan organik kısım izole edilmiştir. Daha sonra, çeşitli koşullarda jelatin ekstraksiyonu yapılarak optimum ekstraksiyon koşulları belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; tavuk kemiğinin yaklaşık %55 su, %10 yağ, %16 protein ve %15 mineral içerdiği tespit edilmiştir. Kemik kuru maddesinin proteinden sonra en önemli iki bileşeni yağ ve mineraldir. Bu bileşenler jelatin ekstraksiyonundan önce uzaklaştırılmaya çalışılmıştır. Bu amaçla tasarlanan ön işleme aşamasında, yaklaşık %88 mineral ve %57 yağ başarıyla ayrılırken ön işlemlerden geçirilen kemik kalıntısında yaklaşık %20 ağırlık, %19 protein ve %14 hidroksiprolin kaybı tespit edilmiştir. Ön işlemlerden geçirilen kemik kalıntısı jelatin ekstraksiyonunda kullanılmış ve çok aşamalı bir ekstraksiyon prosesi uygulanmıştır. Her aşamasında protein ve hidroksiprolin miktarı izlenmiş olan çok aşamalı ekstraksiyon işleminde %50'nin üzerinde protein geri kazanımı elde edilmiştir. Birinci ekstraksiyon sonunda elde edilen kuru jelatinin %66 oranında, ikinci ekstraksiyonda elde edilen kuru jelatinin ise %77 oranında protein içerdiği tespit edilmiştir. Üçüncü ekstraksiyonda elde edilen ekstraktlarda protein oranı düşük bulunmuş ve üçüncü ekstrakt kuru jelatin üretimi için kullanılmamıştır. İlk iki ekstraksiyon sonunda elde edilen kuru materyal ve üretimde kullanılan başlangıç materyalinin ağırlığına göre, %70'in üzerinde protein içeriğine sahip %12 ekstraksiyon verimi elde edilmiştir. Elde edilen birinci ve ikinci ekstraksiyon jelatinleri farklı kaynaklardan üretilmiş ticari jelatinlerle kalite ve fonksiyonel özellikleri bakımından karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, tavuk kemiğinin jelatin üretiminde alternatif bir hammadde olarak başarıyla kullanılabileceğini göstermektedir.Gelatin, besides being used in manufacturing of many industrial products, is an important food additive used in various food products as an emulgator, gelling and stabilizing agent. As porcine skin and bone are the most commonly used raw materials in its production and as this is not being accepted by Muslim and Jewish communities, potential use of alternative raw materials in gelatin manufacturing has been recently on focus of many scientific studies. In this study, chicken bone as one of the poultry processing waste was investigated for its potential use in gelatin manufacturing. For this purpose, chicken bone called 'tibia' was used as raw material and its protein rich organic part called 'ossein' was isolated after processing by pretreatments. After that, gelatin extraction was performed at varying extraction conditions to determine the optimum extraction conditions. According to the results obtained, chicken bone was constituted of about 55% water, 10% fat, 16% protein, and 15% mineral. After its protein content, two other considerable components of the dry matter of chicken bone were fat and minerals. These two components were tried to be removed prior to the gelatin extraction. In pretreatment procedure designed for this purpose, about 88% of the initial mineral and 57% of initial fat were successfully removed along with about 20%, 19%, and 14% loss in weight, protein, and hydroxyproline, respectively, in bone residues passed through the pretreatments. Bone residues obtained through pretreatments were used in gelatin extraction and a multi-step extraction procedure was applied. In this multi-step extraction procedure, in each step of which the loss in protein and hydroxyproline content was followed and a total of 50% protein recovery was obtained. It was determined that 66% and 77% of the dry matter obtained at the first and the second extraction steps, respectively, were protein. As the protein content of the third extract was quite low, it was not dried for gelatin production. At the end of the first two extraction steps, about 12% extraction yield was obtained with a protein ratio over 70% based on the weight of the dry material obtained and that of the starting material used. The first and the second extraction gelatins obtained were compared with commercially available gelatins from different sources for their quality and the functional properties. The results show that chicken bone can successfully be used in gelatin manufacturing as an alternative raw material.