door Kristin Hals en Sofia Helena Lindahl, Onderzoek en ontwikkeling afdeling, Borregaard AS

Ethoxyquin heeft, al decenia, op grote schaal gebruikt als antioxidant in de diervoedersector, voornamelijk in de maritieme sector.
Deze antioxidant remt de oxidatie van sterk onverzadigde vetzuren in vismeel en viskuil. Ethoxyquine heeft de unieke eigenschap om op te lossen in zowel de water- als oliefase, afhankelijk van de pH. Echter, er zijn zorgen over het gebruik van deze antioxidant (zie figuur 1). In juni 2017, de EU-commissie heeft de toelating van ethoxyquine voor alle diersoorten en -categorieën opgeschort. Vandaar, er moet een alternatieve oplossing worden gevonden.
Borregaard heeft een nieuw alternatief product ontwikkeld dat het antioxidant propylgallaat bevat. Dit product is geoptimaliseerd om een ​​hoge kwaliteit te garanderen, evenals stabiele productprestaties. De nieuwe combinatie van propylgallaat, lignosulfonzuur en mierenzuur vormen een levensvatbaar alternatief voor de markt.

Invoering
In juni 2017, de EU-commissie heeft de toelating van ethoxyquine geschorst (zie figuur 1) voor alle diersoorten en categorieën [1]. Ethoxyquin is al tientallen jaren de voorkeursantioxidant, vooral in de visindustrie, om ranzig worden van vetten en oliën tijdens verwerking en opslag te voorkomen.
Borregaard heeft vele jaren ervaring met het evalueren van de efficiëntie van antioxidanten. Er zijn verschillende methoden op de markt om de antioxidantcapaciteit te testen [2-5] en de DPPH-assay [6] is een veelgebruikte methode. Bij Borregaard, een in eigen huis ontwikkelde DPPH (2, op 2-difenyl-1-picrylhydrazyl) gebaseerde methode - de BAU*-methode - wordt gebruikt, die later in deze tekst zal worden beschreven.
* Borregaard Antioxidant-eenheid

Viskuil
Viskuil bevat vis, of delen van vis, gecombineerd met een additief voor het stabiliseren van het kuilvoer tijdens opslag. Organische zuren van verschillende typen worden typisch gebruikt als additieven voor kuilvoer. Onder de juiste omstandigheden, temperatuur tussen 5 en 40 °C en bij pH tussen 3,5 en 4,5, de vismassa zal beginnen te ontbinden.
In dit proces, autolyse genoemd, enzymen breken de spieren af, en er ontstaat een vloeibare massa, wat wenselijk is gezien het gebruiksgemak door middel van pompen, leidingen, enz. (Zie afbeelding 2). Mariene lipiden bevatten een hoog gehalte aan langketenige meervoudig onverzadigde vetzuren (PUFA). De PUFA's worden gemakkelijk geoxideerd door zuurstof, wat resulteert in ranzigheid van vetten en oliën en bijgevolg een afname van de productkwaliteit. Vismeel en visolie bevatten relatief hoge concentraties PUFA's en zijn daarom bijzonder gevoelig voor oxidatie.
Om de oxidatie van PUFA's in vismeel en visolie te voorkomen, de industrie gebruikt momenteel synthetische antioxidanten zoals:ethoxyquin (E324), BHA (gebutyleerd hydroxyanisol, E-320) en BHT (gebutyleerd hydroxytolueen, E321). In aanvulling, natuurlijke antioxidanten zoals tocoferolen worden ook gebruikt.

Screening van antioxidanten
De lijst met goedgekeurde antioxidanten in diervoeders is beperkt. In dit onderzoek, verschillende antioxidanten, zowel synthetisch als natuurlijk, zijn geëvalueerd. De antioxidantcapaciteit werd getest met behulp van de BAU-methode.
De BAU-methode is een spectrofotometrische methode, met behulp van de stabiele vrije radicalen DPPH, om de antioxidantcapaciteit van lignosulfonaten en antioxidanten te vergelijken. De verandering in absorptie van een oplossing die DPPH en verbinding(en) van belang bevat, wordt gemeten.
Niet-gereageerde DPPH is violet, maar na reactie, d.w.z. overdracht van vrije radicalen naar, bijvoorbeeld, een antioxidant, de oplossing verandert van kleur in geel. Hoe minder antioxidant er nodig is om de DPPH-radicaal te doven, hoe sterker de antioxidant.
Van de vertoning, BHA, propylgallaat en ascorbinezuur vertoonden de hoogste antioxidantcapaciteiten. Op basis van aanvullende stabiliteits- en oplosbaarheidsstudies, propylgallaat (zie figuur 3) werd gekozen voor verder testen.

Lignosulfonaten en antioxiderende eigenschappen
Lignine is een natuurlijk polymeer. Het woord 'lignine' is afgeleid van het Latijnse woord 'lignum', hout betekent. Lignine is het bindende element in hout en speelt een belangrijke rol bij het transport van water, metabolieten en voedingsstoffen. Het werkt als korstvormend materiaal en vervult meerdere functies die essentieel zijn voor het leven van de plant.
Lignine geeft stijfheid aan de houten celwanden en fungeert als bindmiddel tussen de celwanden, het creëren van een composietmateriaal dat uitstekend bestand is tegen compressie en buiging. Lignine is een van de meest voorkomende organische polymeren op aarde, alleen overschreden door cellulose.
Lignosulfonaten zijn vertakt, in water oplosbare biopolymeren geproduceerd uit lignine. Onder natuurlijke polymeren worden polymeren verstaan ​​die het resultaat zijn van een polymerisatieproces dat in de natuur heeft plaatsgevonden, onafhankelijk van het proces waarmee ze zijn geëxtraheerd. De monomere eenheden die het natuurlijke polymeer van lignine vormen, zijn te zien in (zie figuur 4).
Op lignine gebaseerde producten dienen als additieven in verschillende industriële en commerciële toepassingen, en vervangen vaak op aardolie gebaseerde producten als een natuurlijke, hernieuwbare oplossing. Voortbouwend op inherente kwaliteiten, en verder verbeterd door chemische modificatie, onze op lignine gebaseerde producten bieden een unieke en gewenste reeks functies voor de chemische industrie op gebieden zoals:betonhulpstoffen, dispergeermiddelen voor pesticiden, batterij uitbreidingen, oliebronboringschemicaliën, emulsies, keramiek, wegen bindmiddelen, bypass eiwit en diervoederadditieven.
Van lignine is bekend dat het antioxiderende eigenschappen heeft. Vooral, in water oplosbare lignosulfonaten hebben een synergetisch effect laten zien in combinatie met antioxidanten. Polyfenolen worden vaak gebruikt als antioxidanten. Vanwege de fenolische moleculaire structuur van lignosulfonaten, associaties met een antioxiderend effect kunnen worden toegeschreven. In de literatuur, het antioxiderende effect van lignosulfonaten in verschillende toepassingen is gemeld.
Lignosulfonaten zijn verkrijgbaar als lignosulfonzuurzouten. Figuur 5 geeft een illustratie van het lignosulfonzuur. De fenolische groepen, en andere gemakkelijk geoxideerde structuren in het lignosulfonzuur, kan fungeren als aaseters en stabiliseren reactieve en potentieel schadelijke vrije radicalen.
In 2008, Borregaard heeft een patent ingediend met betrekking tot het gebruik van lignosulfonzuur als opofferingsmiddel voor antioxidanten. Het octrooi beschrijft dat de geteste antioxidanten in een organische zuuroplossing minder werden afgebroken als lignosulfonzuur aanwezig was, d.w.z., het lignosulfonzuur werkt als een opofferende antioxidant.

Stabiliteit van propylgallaat in organische zuren
Een stabiliteitsstudie van propylgallaat in mierenzuur (85%), en mierenzuur (85%) dat 20% (w/w) lignosulfonzuur bevatte, werd uitgevoerd. Ethoxyquine werd als referentie opgenomen.
Het inclusieniveau van antioxidanten in de zuren was 0,35 procent (w/w). In de zomer en vroege herfst werden 25 liter containers buiten opgeslagen. De stabiliteit van de antioxidanten werd regelmatig getest door het niveau van de antioxidanten in de monsters te meten. De metingen zijn gedaan met behulp van hogedrukvloeistofchromatografie in combinatie met UV-detectie (HPLC-UV).
De stabiliteitsgegevens van propylgallaat zijn weergegeven in figuur 6a. De eerste metingen lieten een restwaarde van 58 procent van het toegevoegde propylgallaat in mierenzuur zien. In de oplossing die lignosulfonzuur bevat, de corresponderende waarde was 90 procent (zie figuur 6a). Na 75 dagen, de overeenkomstige waarden waren 48 procent in mierenzuur en 63 procent in de oplossing die lignosulfonzuur bevat.
De resultaten tonen duidelijk aan dat toevoeging van lignosulfonzuur aan de oplossing propylgallaat beter stabiliseert en beschermt dan de oplossing die alleen mierenzuur bevat. In figuur 6b wordt hetzelfde stabiliserende effect van lignosulfonzuur aangetoond voor ethoxyquine.

Het meten van ranzigheid
Als controle van de prestatie van de nieuwe antioxidant in viskuil, ranzigheidstests werden uitgevoerd. Het meten van oxidatie/ranzigheidsgraad omvat testen op primaire en secundaire afbraakproducten. De meest gebruikelijke manier is het meten van de peroxidewaarde (PV), d.w.z. het meten van de primaire oxidatieproducten (voornamelijk hydroperoxiden), en om de anisidinewaarde (AV) te meten, d.w.z. het meten van de secundaire oxidatieproducten.
Het secundaire stadium van oxidatie vindt plaats wanneer hydroperoxiden ontleden om carbonylen en andere verbindingen zoals aldehyden te vormen. Dit laatste geeft de olie een ranzige geur en wordt gemeten met AV.
Het is, daarom, belangrijk om zowel PV als AV te meten en de twee parameters samen te evalueren. Dit wordt gewoonlijk gedaan door berekening van de totale oxidatiewaarde, TOTOX, die een globaal beeld geeft van de kwaliteit van de olie; TOTOX =PV*2 + AV.

Viskuilproef op laboratoriumschaal
Voor de bereiding van viskuilvoer werden mengsels van propylgallaat en lignosulfonzuur gebruikt. Zalm werd in het laboratorium in een keukenmachine fijngehakt en fijngehakt. Er werden verschillende zure oplossingen bereid die bevatten:

• 0,35 procent propylgallaat in mierenzuur 85 procent + lignosulfonzuur
• 0,70 procent propylgallaat in mierenzuur 85 procent + lignosulfonzuur
• 0,35 procent ethoxyquine in mierenzuur 85 procent + lignosulfonzuur

Opmerking:De oplossingen bevatten vooral 80 procent w/w mierenzuur 85 procent en ~ 20 procent w/w lignosulfonzuur.
Het gehakt werd gemengd met de verschillende zuuroplossingen en bewaard in containers van twee liter in een waterbad van 23°C. De zure oplossingen werden aan de gehakte vis toegevoegd om de gewenste pH van 3,5-3,6 te bereiken. Er werden parallelle monsters gemaakt.
Geëxtraheerde oliemonsters van de gehakte vis werden verzameld met verschillende tijdsintervallen gedurende 11 weken. De oliemonsters zijn geanalyseerd op ranzige producten, uitgedrukt als peroxide- en anisidinewaarden. De zuurgraad in het viskuilvoer werd gecontroleerd om een ​​pH <4 te verzekeren.

Stabiliteit van de viskuil
De TOTOX-waarden zijn te zien in figuur 7. Elke TOTOX-waarde wordt berekend op basis van de gemeten PV en AV in de monsters. Na zes weken, het kuilvoer gestabiliseerd met propylgallaat en lignosulfonzuur met hetzelfde TOTOX-gehalte als het kuilvoer gestabiliseerd met ethoxyquine.
Echter, na 11 weken, het kuilvoer gestabiliseerd met propylgallaat en lignosulfonzuur heeft lagere TOTOX-waarden dan het kuilvoer dat ethoxyquine bevat. Er waren geen significante verschillen tussen de twee geteste doseringen van propylgallaat.

Conclusie
Door de gegevens van de opslag- en visstabiliteitsproeven te combineren, is het duidelijk dat propylgallaat ethoxyquine als antioxidant in kuilvoeradditieven kan vervangen.
Borregaard heeft een nieuw kuilvoeradditief ontwikkeld dat mierenzuur/lignosulfonzuur en propylgallaat bevat voor de bijproducten van vis. Dit product biedt de volgende voordelen:

• Ethoxyquin-vrije oplossing
• Verminderde afbraak van de antioxidant
• Langere houdbaarheid van het kuilvoeradditief
• Stabiel en hoogwaardig viskuilvoer

Erkenning
Het beschreven werk werd gefinancierd door de BioBased Industries Joint Undertaking in het kader van de Horizon 2020 European Union Funding for Research and Innovation-programma's binnen het BioForEver-project (BIObased producten van FORestry via Economically Viable European Routes, subsidieovereenkomst nr. 720710).