Protein Hydrolysate Production Studies From Fish Waste

Abstract

Bioactive peptides derived from fish, including by-product protein hydrolysate, have great potential as functional food ingredients. Bioactive peptides are generally prepared by enzymatic hydrolysis. This is the most preferred method due to its high selectivity, reduced chemical residue content, and generally mild processing conditions. The use of various enzymes, such as proteases, is widely used in the industry. New peptides with antimicrobial, antihypertensive, and antioxidant bioactivities are being produced using enzymes such as alcalase, flavor, pepsin, papain, and bromelain. Numerous studies are being conducted to better understand the functionality and characterization of bioactive peptides, and the use of by-products derived from fish waste is gaining increasing interest due to their bioactivity and sustainability.

Keywords

• Enzymatic hydrolysis
• Waste
• Bioactive peptide

Balık Atıklarından Protein Hidrolizat Üretim Çalışmaları

Abstract

Balıklardan elde edilen biyoaktif peptidler, yan ürün protein hidrolizatı, fonksiyonel gıda bileşenleri olarak büyük bir potansiyele sahiptir. Biyoaktif peptitler genellikle enzimatik hidroliz yöntemiyle hazırlanır. Yüksek seçiciliğe, elde edilen üründe daha az kimyasal kalıntı içermesine sahip olması ve genellikle hafif koşullarda işlem görmesinden dolayı en çok tercih edilen uygulamadır. Proteazlar gibi çeşitli enzimlerin kullanımı sektörde yayın olarak uygulanmaktadır. Alkalaz, flavour, pepsin, papain, bromelain gibi çeşitli enzimler kullanılarak, antimikrobiyal, antihipertansif ve antioksidan özellikteki biyoaktivitelere sahip yeni peptitler üretilmektedir. Biyoaktif peptitlerin işlevselliğini ve karakterizasyonunu daha iyi anlamak için birçok çalışmalar yapılmakta olup balık atıklarından elde edilen peptitlerin biyoaktivitesi ve sürdürülebilirliği nedeniyle yan ürünlerin kullanımı her geçen gün daha fazla ilgi görmektedir.

Keywords

• Enzimatik hidroliz
• Atık
• Biyoaktif peptit

References

1. Abd El-Rady TK, Tahoun AAM, Abdin M, Amin HF. 2023. Effect of different hydrolysis methods on composition and functional properties of fish protein hydrolysate obtained from bigeye tuna waste. Int J Food Sci Technol, 58(12): 6552-6562.
2. Agnes T, Oana C, Lucia M, Teodora C, Rodica T, Daniela I, Elena M, Simona S, Catalina S, Oancea A. 2022. Enzymatic extraction, characterization and biological properties of protein hydrolysates from freshwater fish waste. Rom Biotechnol Lett, 27: 3362-3367.
3. Akbal S, Öner Z. 2021. Süt ve süt ürünlerinden elde edilen peptitlerin patojen mikroorganizmalar üzerine antimikrobiyal etkisi. Kırklareli Üniv Müh Fen Bil Derg, 7(2): 305-322.
4. Aksungur M. 2007. Atık su ürünleri ve kullanımı. Aquacult Stud, 7(2): 1-3.
5. Albenzio M, Santillo A, Caroprese M, Della Malva A, Marino R. 2017. Bioactive peptides in animal food products. Foods, 6(5): 35.
6. Arslan E. 2016. Alabalık atıklarından elde edilen toz protein hidrolizatı ile kaplanmış alabalık filetolarının soğukta depolanması esnasındaki bazı kalite değişimlerinin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Rize, Türkiye, ss: 80.
7. Azizi M, Sharifan A, Hoseini E, Ghavami A. 2021. Enzymatic hydrolysis of whitefish viscera of caspian sea (Caspian kutum) and evaluation of antioxidant properties of hydrolyzed protein. Iranian J Biosyst Eng, 52(3): 379-390.
8. Babji AS, Daud N, Najafian L. 2019. Anti-oxidative, Anti-inflammatory, Anti-diabetic and Anti-ACE hydrolysates derived from fish protein: A review of multifunctional peptides. EC Nutrition, 14(8): 580-587.

9. Bahram S, Khezri M, Javadian SR. 2020. Evaluation of antioxidant and‎ antimicrobial properties of hydrolyzed‎ protein of Saurida tumbil. Exp Anim Biol, 9(2): 23-35.
10. Batibay H. 2020. In vitro ve In vivo şartlarda yetiştirilen bıttım (Pistacia khinjuk Stocks.) türünün etanol ekstrelerinin sitotoksik ve antihipertansif etkilerinin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Batman Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Batman, Türkiye, ss: 63.
11. Bilek SE, Bayram SK. 2015. Kolajen hidrolizatının fonksiyonel bir bileşen olarak gıda endüstrisinde kullanılması. Akad Gıda, 13(4): 327-334.
12. Bozkurt R, Yüksel AY. 2019. Günümüzde balık atıklarının helal sektördeki bazı kullanım alanları. Türk Doğa Fen Derg, 8(2): 10-16.
13. Chakrabarti S, Guha S, Majumder K. 2018. Food-derived bioactive peptides in human health: Challenges and opportunities. Nutrients, 10(11): 1738.
14. Chandran B, Rameshkumar G, Ravichandran S. 2009. Antimicrobial activity from the gill extraction of Perna viridis (Linnaeus, 1758). Glob J Biotech Biochem, 4(2): 88-92.
15. Chel-Guerrero L, Estrella-Millán Y, Betancur-Ancona D, Aranda-González I, Castellanos-Ruelas A, Gallegos-Tintoré S. 2020. Antioxidant, chelating, and angiotensin-converting enzyme inhibitory activities of peptide fractions from red lionfish (Pterois volitans L.) muscle protein hydrolysates. Int Food Res J, 27(2): 224-233.
16. Coppola D, Lauritano C, Palma Esposito F, Riccio G, Rizzo C, de Pascale D. 2021. Fish waste: From problem to valuable resource. Marine Drugs, 19(2): 116.
17. Çolakoğlu FA, Künili İ. 2016. Su ürünleri atıkları ve değerlendirme olanakları. Dünya Gıda Derg, 1: 58-64.
18. Da Rocha M, Alemán A, Baccan GC, López-Caballero ME, Gómez-Guillén C, Montero P, Prentice C. 2018. Anti-inflammatory, antioxidant, and antimicrobial effects of underutilized fish protein hydrolysate. J Aquatic Food Prod Technol, 27(5): 592-608.
19. Daud NA, Babji AS, Yusop SM. 2015. Effects of enzymatic hydrolysis on the antioxidative and antihypertensive activities from red tilapia fish protein. J Nutrit Food Sci, 5(4): 387.
20. Durgun ME. 2018. Cladophora fracta (Müller ex Vahl) Kützing alg türünden elde edilen ekstraktın antimikrobiyal ve antioksidan özelliklerinin in vitro ortamda belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ, Türkiye, ss: 72.
21. Ediriweera T, Aruppala A, Abeyrathne E. 2019. Analysis of bioactive properties of fish protein hydrolysates from Scomber japonicus fin wastes. J Technol Value Addit, 1(1): 31-45.
22. Erdem Büyükkiraz M, Kesmen Z. 2022. Antimicrobial peptides (AMPs): A promising class of antimicrobial compounds. J Appl Microbiol, 132(3): 1573-1596.
23. Eroğlu EÇ. 2016. Fındık protein hidrolizatlarının antihipertansif etkisinin (ACE inhibisyon aktivitesinin) belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Mersin Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mersin, Türkiye, ss: 63.
24. Golpaigani MH, Ariaii P, Ahmadi M, Safari R. 2023. Preservation effect of protein hydrolysate of rainbow trout roe with a composite coating on the quality of fresh meat during storage at 4±1° C. J Food Measur Char, 17(3): 2416-2428.
25. Gündüz H, Öztürk F, Hamzaçebi S, Akpınar MD. 2018. Su Ürünleri işleme atıklarının değerlendirilmesi. Aquat Sci Eng, 33(1): 1-5.
26. Ha NC, Hien DM, Thuy NT, Nguyen LT, Devkota L. 2017. Enzymatic hydrolysis of catfish (Pangasius hypophthalmus) by-product: kinetic analysis of key process parameters and characteristics of the hydrolysates obtained. J Aquatic Food Prod Technol, 26(9): 1070-1082.
27. Hasani K, Ariaii P, Ahmadi M. 2022. Antimicrobial, antioxidant and anti-cancer properties of protein hydrolysates from Indian mackerel (Rastrelliger kanagurta) waste prepared using commercial enzyme. Int J Peptide Res Ther, 28(3): 86.
28. Intarasirisawat R, Benjakul S, Wu J, Visessanguan W. 2013. Isolation of antioxidative and ACE inhibitory peptides from protein hydrolysate of skipjack (Katsuwana pelamis) roe. J Functional Foods, 5(4): 1854-1862.
29. Ishak N, Sarbon N. 2018. A review of protein hydrolysates and bioactive peptides deriving from wastes generated by fish processing. Food Bioproc Technol, 11: 2-16.
30. Kılınç B. 2007. Balık atıklarının değerlendirilmesi. Su Ürün Derg, 24(3): 315-319.
31. Kocazorbaz EK, Kanatsızoğlu M, Çeker HT, Menfaatli E. 2020. Vatoz (Dasyatis pastinaca) balığı kas dokusunun enzimatik hidrolizi ve hidrolizatların antioksidan ve bakır şelatlama aktivitelerinin değerlendirilmesi. Bilecik Şeyh Edebali Üniv Fen Bil Derg, 7(2): 680-687.
32. Koç S. 2016. Hamsi (Engraulis encrasicolus) ve işleme atıklarından elde edilen protein hidrolizatlarının besleyici, fonksiyonel ve biyoaktif özelliklerinin araştırılması. Doktora Tezi, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çanakkale, Türkiye, ss: 138.
33. Korczek K, Tkaczewska J, Migdał W. 2018. Antioxidant and antihypertensive protein hydrolysates in fish products–a review. Czech J Food Sci, 36(3): 195-207.
34. Korhonen H, Pihlanto A. 2006. Bioactive peptides: Production and functionality. Int Dairy J, 16(9): 945-960.
35. Li T, Wang X, Wang Y, Fan T, Xu Y, Fan Z. 2017. Characterization of antimicrobial peptides isolated from the processing by-products of African Catfish Clarias gariepinus. Int J Peptide Res Ther, 23(2): 227-233.
36. Mahmoodani F, Ghassem M, Babji AS, Yusop SM, Khosrokhavar R. 2014. ACE inhibitory activity of pangasius catfish (Pangasius sutchi) skin and bone gelatin hydrolysate. J Food Sci Technol, 51(9): 1847-1856.
37. Mora L, Gallego M, Reig M, Toldrá F. 2017. Challenges in the quantitation of naturally generated bioactive peptides in processed meats. Trends Food Sci Technol, 69: 306-314.
38. Pushpanathan M, Gunasekaran P, Rajendhran J. 2013. Antimicrobial peptides: versatile biological properties. In J Peptides, 2013(1): 675391.
39. Richards RC, O'Neil DB, Thibault P, Ewart KV. 2001. Histone H1: an antimicrobial protein of Atlantic salmon (Salmo salar). Biochem Biophysical Res Commun, 284(3): 549-555.
40. Roslan J, Yunos KFM, Abdullah N, Kamal SMM. 2014. Characterization of fish protein hydrolysate from tilapia (Oreochromis niloticus) by-product. Agricult Agri Sci Procedia, 2: 312-319. Shahidi F, Zhong Y. 2008. Bioactive peptides. JAOAC Int, 91(4): 914-931.
41. Sharma K, Nilsuwan K, Ma L, Benjakul S. 2023. Effect of liposomal encapsulation and ultrasonication on debittering of protein hydrolysate and plastein from salmon frame. Foods, 12(4): 761.
42. Slizyte R, Rommi K, Mozuraityte R, Eck P, Five K, Rustad T. 2016. Bioactivities of fish protein hydrolysates from defatted salmon backbones. Biotechnol Rep, 11: 99-109.
43. Su Y, Chen S, Cai S, Liu S, Pan N, Su J, Qiao K, Xu M, Chen B, Yang S. 2021. A novel angiotensin-I-converting enzyme (ACE) inhibitory peptide from Takifugu flavidus. Marine Drugs, 19(12): 651.
44. Şimşek A, Kılıç B. 2016. Et kaynaklı biyoaktif peptitler ve fonksiyonel özellikleri. Gıda, 41(4): 267-274.
45. Tejpal C, Vijayagopal P, Elavarasan K, Linga Prabu D, Lekshmi R, Asha K, Anandan R, Chatterjee N, Mathew S. 2017. Antioxidant, functional properties and amino acid composition of pepsin-derived protein hydrolysates from whole tilapia waste as influenced by pre-processing ice storage. J Food Sci Technol, 54(13): 4257-4267.
46. Tekle Ş. 2022. Yapı, İşlev, kullanım ve helallik tartışmalarıyla kollajen ve jelatin. J Interdis Food Stud, 2(1): 41-50.
47. Türkaslan KE, Çaklı Ş. 2018. Kültür çipura (Sparus aurata) ve levrek (Dicentrarchus labrax) balıklarının fileto edilmesi sonucunda ortaya çıkan atıklardan protein hidrolizat eldesi, fonksiyonel ve antioksidant özellikleri ve depolamadaki kararlılığı. Ege J Fish Aquatic Sci, 35(4): 397-406.
48. Tüysüz B, Cakir O, Sahin E. 2019. Bioactive peptides: formation and impact mechanisms. The 3rd International Conference on Advanced Engineering Technologies, 19-21 Eylül, Bayburt, Türkiye, ss: 736-743.
49. Valero Y, Saraiva‐Fraga M, Costas B, Guardiola FA. 2020. Antimicrobial peptides from fish: beyond the fight against pathogens. Rev Aquacult, 12(1): 224-253.
50. Vázquez JA, Rodríguez-Amado I, Sotelo CG, Sanz N, Pérez-Martín RI, Valcárcel J. 2020. Production, characterization, and bioactivity of fish protein hydrolysates from aquaculture turbot (Scophthalmus maximus) wastes. Biomolecules, 10(2): 310.
51. Wald M, Schwarz K, Rehbein H, Bußmann B, Beermann C. 2016. Detection of antibacterial activity of an enzymatic hydrolysate generated by processing rainbow trout by-products with trout pepsin. Food Chem, 205: 221-228.
52. Wang K, Siddanakoppalu PN, Ahmed I, Pavase TR, Lin H, Li Z. 2020. Purification and identification of anti-allergic peptide from Atlantic Salmon (Salmo salar) byproduct enzymatic hydrolysates. J Functional Foods, 72: 104084.
53. Wisuthiphaet N, Kongruang S, Chamcheun C. 2015. Production of fish protein hydrolysates by acid and enzymatic hydrolysis. J Medic Bioeng, 4(6): 466-470.
54. Yavaşer R. 2011. Doğal ve sentetik antioksidan bileşiklerin antioksidan kapasitelerinin karşılaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Adnan Menderes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Aydın, Türkiye, ss: 124.