von Kristin Hals und Sofia Helena Lindahl, Forschungs-und Entwicklungsabteilung, Borregaard AS

Ethoxyquin hat, für Jahrzehnte, als Antioxidans im Futtermittelsektor weit verbreitet, hauptsächlich in der Marineindustrie.
Dieses Antioxidans hemmt die Oxidation von hochungesättigten Fettsäuren in Fischmehl und Fischsilage. Ethoxyquin hat die einzigartige Eigenschaft, sich sowohl in wässriger als auch in öliger Phase auflösen zu können, abhängig vom pH-Wert. Jedoch, Es gibt Bedenken im Zusammenhang mit der Verwendung dieses Antioxidans (siehe Abbildung 1). Im Juni 2017, die EU-Kommission hat die Zulassung von Ethoxyquin für alle Tierarten und -kategorien ausgesetzt. Somit, Es muss eine alternative Lösung gefunden werden.
Ein neues Alternativprodukt mit dem Antioxidans Propylgallat wurde von Borregaard entwickelt. Dieses Produkt ist optimiert, um eine hohe Qualität zu gewährleisten, sowie eine stabile Produktleistung. Die neue Kombination aus Propylgallat, Lignosulfonsäure und Ameisensäure bietet eine tragfähige Alternative für den Markt.

Einführung
Im Juni 2017, die EU-Kommission hat die Zulassung von Ethoxyquin (siehe Abbildung 1) für alle Tierarten und -kategorien ausgesetzt [1]. Ethoxyquin ist seit Jahrzehnten das Antioxidans der Wahl. vor allem in der Fischindustrie, um das Ranzigwerden von Fetten und Ölen während der Verarbeitung und Lagerung zu verhindern.
Borregaard verfügt über langjährige Erfahrung in der Bewertung der Wirksamkeit von Antioxidantien. Auf dem Markt gibt es verschiedene Methoden zum Testen der antioxidativen Kapazität [2-5] und der DPPH-Assay [6] ist eine häufig verwendete Methode. Bei Borregaard, ein selbst entwickeltes DPPH (2, 2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl) basiertes Verfahren – das BAU*-Verfahren – verwendet wird, die später in diesem Text beschrieben werden.
*Borregaard Antioxidans-Einheit

Fischsilage
Fischsilage enthält Fisch, oder Teile von Fischen, kombiniert mit einem Additiv zur Stabilisierung der Silage während der Lagerung. Als Siliermittel werden typischerweise organische Säuren unterschiedlicher Art verwendet. Unter den richtigen Bedingungen, Temperatur zwischen 5 und 40 °C und bei pH zwischen 3,5 und 4,5, die Fischmasse beginnt sich zu zersetzen.
In diesem Prozess, Autolyse genannt, Enzyme bauen die Muskulatur ab, und es entsteht eine flüssige Masse, was aufgrund seiner einfachen Handhabung durch Pumpen wünschenswert ist, Rohrleitungen, usw. (Siehe Abbildung 2). Marine Lipide enthalten einen hohen Anteil an langkettigen mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFA). Die PUFAs werden leicht durch Sauerstoff oxidiert, Dies führt zur Ranzigisierung von Fetten und Ölen und folglich zu einer Verschlechterung der Produktqualität. Fischmehl und Fischöl enthalten relativ hohe Konzentrationen an PUFAs und sind daher besonders anfällig für Oxidation.
Um die Oxidation von PUFAs in Fischmehl und Fischöl zu verhindern, die Industrie verwendet derzeit synthetische Antioxidantien wie:Ethoxyquin (E324), BHA (butyliertes Hydroxyanisol, E-320) und BHT (butyliertes Hydroxytoluol, E321). Zusätzlich, Natürliche Antioxidantien wie Tocopherole werden ebenfalls verwendet.

Screening von Antioxidantien
Die Liste der zugelassenen Antioxidantien in Futtermitteln ist begrenzt. In dieser Studie, mehrere Antioxidantien, sowohl synthetisch als auch natürlich, wurden ausgewertet. Die antioxidative Kapazität wurde mit der BAU-Methode getestet.
Die BAU-Methode ist eine spektrophotometrische Methode, unter Verwendung des stabilen freien Radikals DPPH, um die antioxidative Kapazität von Lignosulfonaten und Antioxidantien zu vergleichen. Die Extinktionsänderung einer Lösung, die DPPH und interessierende Verbindung(en) enthält, wird gemessen.
Unumgesetztes DPPH ist violett, aber nach der Reaktion d.h. Übertragung von freien Radikalen auf, zum Beispiel, ein Antioxidans, die Lösung verfärbt sich gelb. Das weniger Antioxidans, das benötigt wird, um das DPPH-Radikal zu löschen, desto stärker ist das Antioxidans.
Von der Vorführung, BHA, Propylgallat und Ascorbinsäure zeigten die höchsten antioxidativen Kapazitäten. Basierend auf zusätzlichen Stabilitäts- und Löslichkeitsstudien, Propylgallat (siehe Abbildung 3) wurde für weitere Tests ausgewählt.

Lignosulfonate und antioxidative Kapazitäten
Lignin ist ein natürliches Polymer. Das Wort „lignin“ leitet sich vom lateinischen Wort „lignum“ ab, bedeutet Holz. Lignin ist das Bindeelement im Holz und spielt eine wichtige Rolle beim Transport von Wasser, Stoffwechselprodukte und Nährstoffe. Es fungiert als Verkrustungsmaterial und erfüllt mehrere Funktionen, die für das Leben der Pflanze unerlässlich sind.
Lignin verleiht den Holzzellwänden Steifigkeit und wirkt als Binder zwischen den Zellwänden, Dadurch entsteht ein Verbundwerkstoff, der hervorragend druck- und biegesteif ist. Lignin ist eines der am häufigsten vorkommenden organischen Polymere auf der Erde. nur von Zellulose übertroffen.
Lignosulfonate sind verzweigt, wasserlösliche Biopolymere, die aus Lignin hergestellt werden. Unter natürlichen Polymeren werden Polymere verstanden, die das Ergebnis eines in der Natur stattgefundenen Polymerisationsprozesses sind, unabhängig von dem Verfahren, mit dem sie extrahiert wurden. Die monomeren Einheiten, die das natürliche Polymer von Lignin bilden, können in gesehen werden (siehe Abbildung 4).
Produkte auf Ligninbasis dienen als Additive in verschiedenen industriellen und kommerziellen Anwendungen, und ersetzen oft Produkte auf Erdölbasis als natürliche erneuerbare Lösung. Aufbauend auf inhärenten Qualitäten, und durch chemische Modifikation weiter verbessert, unsere lignin-basierten produkte bieten einzigartige und wünschenswerte funktionen für die chemische industrie in bereichen wie:betonzusatzmittel, Dispergiermittel für Pestizide, Batterieexpander, Chemikalien zum Bohren von Ölquellen, Emulsionen, Keramik, Straßenbinder, Bypass-Protein und Tierfutterzusatzstoffe.
Lignin ist bekannt für seine antioxidativen Eigenschaften. Besonders, wasserlösliche Ligninsulfonate haben in Kombination mit Antioxidantien eine synergistische Wirkung gezeigt. Polyphenole werden häufig als Antioxidantien verwendet. Aufgrund der phenolischen Molekülstruktur von Ligninsulfonaten Assoziationen zur antioxidativen Wirkung zugeschrieben werden. In der Literatur, über die antioxidative Wirkung von Ligninsulfonaten in verschiedenen Anwendungen wurde berichtet.
Lignosulfonate sind als Lignosulfonsäuresalze erhältlich. Abbildung 5 zeigt die Lignosulfonsäure. Die Phenolgruppen, und andere leicht oxidierbare Strukturen in der Ligninsulfonsäure, kann als Radikalfänger wirken und reaktive und potenziell schädliche freie Radikale stabilisieren.
In 2008, Borregaard hat ein Patent zur Verwendung von Lignosulfonsäure als Opfermittel für Antioxidantien angemeldet. Das Patent beschreibt, dass die getesteten Antioxidantien in einer organischen Säurelösung weniger abgebaut wurden, wenn Ligninsulfonsäure vorhanden war. d.h., die Lignosulfonsäure wirkt als Opferantioxidans.

Stabilität von Propylgallat in organischen Säuren
Eine Stabilitätsstudie von Propylgallat in Ameisensäure (85%), und Ameisensäure (85%), die 20% (w/w) Lignosulfonsäure enthält, wurde durchgeführt. Ethoxyquin wurde als Referenz aufgenommen.
Der Gehalt an Antioxidantien in den Säuren betrug 0,35 % (w/w). Im Sommer und Frühherbst wurden 25-Liter-Container draußen gelagert. Die Stabilität der Antioxidantien wurde regelmäßig getestet, indem der Gehalt der Antioxidantien in den Proben gemessen wurde. Die Messungen wurden unter Verwendung von Hochdruckflüssigkeitschromatographie in Kombination mit UV-Detektion (HPLC-UV) durchgeführt.
Die Stabilitätsdaten von Propylgallat sind in Abbildung 6a dargestellt. Die ersten Messungen ergaben einen Restwert von 58 Prozent des zugesetzten Propylgallats in Ameisensäure. In der lignosulfonsäurehaltigen Lösung der entsprechende Wert betrug 90 Prozent (siehe Abbildung 6a). Nach 75 Tagen, die entsprechenden Werte lagen bei 48 Prozent in Ameisensäure und 63 Prozent in der lignosulfonsäurehaltigen Lösung.
Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Zugabe von Ligninsulfonsäure zu der Lösung Propylgallat besser stabilisiert und schützt als die Lösung, die nur Ameisensäure enthält. In Abbildung 6b wird die gleiche stabilisierende Wirkung von Lignosulfonsäure für Ethoxyquin gezeigt.

Ranzigkeitsgrad messen
Zur Kontrolle der Leistung des neuen Antioxidans in Fischsilage, Es wurden Ranzigkeitstests durchgeführt. Die Messung der Oxidation/Ranzigkeit umfasst die Prüfung auf primäre und sekundäre Abbauprodukte. Die gebräuchlichste Methode ist die Messung des Peroxidwerts (PV), d.h. Messung der primären Oxidationsprodukte (hauptsächlich Hydroperoxide), und um den Anisidinwert (AV) zu messen, d.h. Messung der sekundären Oxidationsprodukte.
Die sekundäre Oxidationsstufe tritt auf, wenn sich Hydroperoxide unter Bildung von Carbonylen und anderen Verbindungen wie Aldehyden zersetzen. Letzteres verleiht dem Öl einen ranzigen Geruch und wird von AV gemessen.
Es ist, deshalb, wichtig, sowohl PV als auch AV zu messen und die beiden Parameter zusammen zu bewerten. Dies erfolgt üblicherweise durch Berechnung des Gesamtoxidationswerts, TOTOX, die ein Gesamtbild der Qualität des Öls gibt; TOTOX =PV*2 + AV.

Fischsilageversuch im Labormaßstab
Zur Herstellung von Fischsilage wurden Propylgallat- und Lignosulfonsäuremischungen verwendet. Lachs wurde gehackt und in einer Küchenmaschine im Labor zerkleinert. Es wurden verschiedene Säurelösungen hergestellt, die enthalten:

• 0,35 % Propylgallat in Ameisensäure 85 % + Lignosulfonsäure
• 0,70 % Propylgallat in Ameisensäure 85 % + Lignosulfonsäure
• 0,35 % Ethoxyquin in Ameisensäure 85 % + Lignosulfonsäure

Hinweis:Die Lösungen enthielten vor allem 80 % w/w Ameisensäure 85 % und ~ 20 % w/w Lignosulfonsäure.
Der gehackte Fisch wurde mit den verschiedenen Säurelösungen vermischt und in 2-Liter-Behältern in einem Wasserbad bei 23°C gelagert. Die Säurelösungen wurden dem gehackten Fisch zugesetzt, um den gewünschten pH-Wert von 3,5-3,6 zu erreichen. Parallelproben wurden hergestellt.
Extrahierte Ölproben aus dem gehackten Fisch wurden in unterschiedlichen Zeitintervallen über 11 Wochen gesammelt. Die Ölproben wurden auf ranzige Produkte untersucht, ausgedrückt als Peroxid- und Anisidinwerte. Der Säuregehalt der Fischsilage wurde kontrolliert, um einen pH <4 sicherzustellen.

Stabilität der Fischsilage
Die TOTOX-Werte sind in Abbildung 7 zu sehen. Jeder TOTOX-Wert wird aus den gemessenen PV und AV in den Proben berechnet. Nach sechs Wochen, die mit Propylgallat und Lignosulfonsäure stabilisierte Silage hat den gleichen TOTOX-Gehalt wie die mit Ethoxyquin stabilisierte Silage.
Jedoch, nach 11 Wochen, die mit Propylgallat und Lignosulfonsäure stabilisierte Silage hat niedrigere TOTOX-Werte als die ethoxyquinhaltige Silage. Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden getesteten Dosierungen von Propylgallat.

Abschluss
Durch die Kombination der Daten aus den Lager- und Fischstabilitätsversuchen wird deutlich, dass Propylgallat Ethoxyquin als Antioxidans in Siliermitteln ersetzen kann.
Borregaard hat ein neues Siliermittel mit Ameisensäure/Lignosulfonsäure und Propylgallat für die Fischnebenproduktindustrie entwickelt. Dieses Produkt bietet folgende Vorteile:

• Ethoxyquin-freie Lösung
• Reduzierter Abbau des Antioxidans
• Längere Haltbarkeit des Siliermittels
• Stabile und hochwertige Fischsilage

Wissen
Die beschriebene Arbeit wurde vom BioBased Industries Joint Undertaking im Rahmen der Horizon 2020 European Union Funding for Research and Innovation Programme im Rahmen des BioForEver Projekts (BIObased products from FORestry via Economically Viable European Routes, Finanzhilfevereinbarung Nr. 720710).