СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ КОЖИ МАРАЛОВ
METHOD OF OBTAINING A BIOLOGICALLY ACTIVE CONCENTRATE FROM THE MARAL SKIN

Изобретение относится к переработке оленеводческой продукции и может быть использовано для получения биологически активных концентратов.
Известен способ получения биологически активного концентрата из кожи маралов включающий измельчение кожи до состояния фарша, ферментативный гидролиз с последующей экстракцией под действием ультразвуковых колебаний мощностью 37 кГц и температуре 36-40°C, при этом ферментативный гидролиз осуществляли в присутствии ферментов пепсина и папаина активностью 30 тыс. ЕД при соотношении сырье : вода 1:3 из расчета 0,5% каждого фермента от смеси сырье: вода в течение 6-8 часов. Фермент пепсин вводился в процесс в начале экстрагирования смеси, а папаин в середине временного периода процесса экстракции, при этом сушку экстракта после фильтрации осуществляют при температуре не выше 50°C и вакууме 0,9 атм. После смешивания фарша с водой смесь гомогенизируют, а в процессе экстракции перемешивают (См. Патент РФ №2623146 от 22.06.2017 г. А61К 35/12, А61К 35/36, B01D 11/02 - прототип).
Однако, фермент папаин активностью 30 тыс ЕД не выпускается отечественной промышленностью, а его покупка за рубежом обходиться в 18,8 тыс.рублей за 1,0 кг, что значительно повышает себестоимость концентрата. Так для переработки 100 кг кожного сырья по способу прототипа требуется 2 кг фермента папаина стоимостью 36,0 тыс. рублей.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение является снижение расхода фермента папаина и как следствие снижение себестоимости производства биологически активного концентрата из кожи маралов при высоком уровне выхода биологически активных веществ.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения биологически активного концентрата из кожи марала, включающем измельчение кожи до состояния фарша, смешивание фарша с водой в соотношение сырье : вода 1:3, гомогенизацию смеси, с последующим ферментативным гидролизом смеси под действием ультразвуковых колебаний мощностью 37 кГц и температуре процесса 36-38°C при постоянном помешивании, сушку экстракта после фильтрации при температуре не выше 50°C и вакууме 0,9 атм., согласно заявленному изобретению, ферментативный гидролиз проводят в присутствии ферментов СГ-50 и папаина активностью 6 тыс. ЕД в течении 24 часов, при одновременном вводе обеих ферментов в смесь сырье : вода, при этом фермент СГ-50 вводиться из расчета 0,5%, а папаин из расчета 1,0% от смеси сырье : вода, причем первые восемь часов гидролиз проводят при рН 2,0, а во второй и третий восьмичасовой периоды при рН 3,5-4,0 и рН 4,5 соответственно.
Сущность заявленного способа заключается в следующем. Использование папаина характеризуемого меньшей активностью (и более низкой стоимостью) компенсировалось в заявленном способе более длительным временным периодом процесса экстракции при найденном результативном сочетании ферментов (СГ-50 и папаина) при обеспечении оптимальных условий для оптимизации действия каждого фермента и при одновременном их вводе в процесс.
Ферментативный препарат СГ-50 представляет собой смесевую композицию содержащую 50% химозина и 50% пепсина. Химозин является протеолитическим ферментом и относиться к классу гидролаз. Оптимум действия лежит в области рН 3,5-4,0, а активные центры химозина очень близки по строению с активным центром пепсина. Химозин расщепляет белки с образованием свободных карбоксильных и аминогрупп и обладает строгой специфичностью.
Пепсин - протеолитический фермент класса гидролаз (подкласса пептидгидролаз), который расщепляет центральные пептидные связи в молекулах белков и пептидов с образованием более простых пептидов и свободных аминокислот, таких как тирозин и фенилаланин и в отличие от других протеолитических ферментов строгой специфичностью не обладает. Действие пепсина осуществляется в среде с рН 2,0.
Папаин - протеолитический фермент (протеаза, класс гидролаз) способен гидролизовать практически любые пептидные связи и расщепляет белки глубже, чем протеазы животного происхождения. Действия папаина осуществляется в среде с рН 4,5.
Протекание реакций катализируемых ферментами зависят от количества или активности ферментов, концентрации субстрата, рН среды, длительности и температуры проведения процесса. В соответствии с задачей решаемой заявленным способом (снижение расхода папаина при обеспечении высокого выхода биологически активных веществ) были проведены исследования по выявлению возможности совместного использования фермента СГ-50 и папаина активностью 4,0, 6,0 и 8,0 тыс ЕД при уже отработанных на субстрате из кожи параметрах процесса, а именно, температуре 36-40°C, соотношении сырье : вода 1:3, концентрации каждого фермента 0,5% от смеси сырье : вода при удлиненном времени воздействия ферментов 24 часа. При этом каждому ферменту в смесевом составе (пепсину, химозину и папаину) был предоставлен временной период (8 часов) в процессе которого рН каждого фермента поддерживался на уровне оптимума действия ферментов (для пепсина на уровне рН 2,0 в начале периода экстракции, для химозина на уровне рН 3,5-4,0 в середине процесса и для папаина на уровне рН 4,5 в конце процесса экстракции). В конце каждого временного периода, с целью отслеживания динамики процесса, брали пробы для определения выхода сухих веществ и суммы аминокислот в экстракте.
Результаты исследований приведены в таблице 1.
Как показали исследования, восьмичасовая экстракция при использовании папаина активностью 4 тыс. ЕД обеспечивало выход сухих веществ на уровне 41,1% при сумме аминокислот 22,8% (табл. 1). Результаты экстракции во втором временном периоде (8-16 часов) в котором процесс проходил при рН 3,5-4,0 (оптимум действия химозина) возросли по сравнению с первым периодом на 28,7% по выходу сухих веществ и на 28,5% по сумме аминокислот. Скачок показателей за третий период относительно второго временного периода (при обеспечении оптимума рН для папаина на уровне рН 4,5) составил 28,2 и 28,7% соответственно, однако конечный результат по выходу сухих веществ и сумме аминокислот (67,8 и 37,7%) находился на невысоком уровне.
При проведении процесса экстракции с участием папаина с активностью 6 тыс. ЕД позволило выйти при заявленной технологии на высокий уровень показателей. Скачек показателей за третий период относительно второго при обеспечении оптимума рН для папаина активностью 6 тыс. ЕД составил 37,8% по выходу сухих веществ и 52,6% по сумме аминокислот, что в конечном результате обеспечило выход сухих веществ на уровне 90,7% при сумме аминокислот 50,5%. При этом необходимо отметить, что увеличение активности папаина с 6,0 до 8,0 тыс. ЕД практически не отразилась на увеличении выхода сухих веществ и аминокислот.
Необходимо также отметить, что в серии экспериментов изучался порядок ввода ферментов в смесь сырье : вода. В первом опыте вводили на первом этапе папаин, а через 12 часов СГ-50, соответственно с регулировкой оптимальных рН для каждого фермента. Во втором опыте при совместно введение в смесь сырь : вода СГ-50 и папаина, первые 8 часов поддерживали рН среды на уровне 3,5-4,0 с целью активизации химозина, затем снижали рН до 2,0 для ферментирования сырья пепсином (8 часов) и последние 8 часов выравнивали рН до 4,5. В результате проведенных экспериментов установлено, что изменения порядка введения ферментов и резкое изменение рН не позволило получить выход сухих веществ более 46,7%, а аминокислот не выше 23,6%. При этом резкое увеличение или снижение рН среды смеси сырье : вода технологически затратно и трудоемко.
В дальнейшем провели исследования по изучению целесообразности увеличения процента содержания папаина с активностью 6,0 тыс. ЕД в смеси сырь : вода, то есть исследования по выявлению оптимальной концентрации папаина в смеси. Результаты исследований представлены в таблице 2.
Согласно таблицы 2, увеличение концентрации папаина активностью 6,0 тыс. ЕД в смеси сырье : вода до 1,0% позволило повысить конечный выход сухих веществ и аминокислот на 9,0 и 8,1% соответственно. Так, конечные показатели опыта отраженные в таблице 1 (при использовании ферментов с концентрациями 0,5%) были на уровне 90,7 и 50,5%, в то время как конечные показатели отраженные в таблице 2 (при использовании папаина с концентрацией 1,0%) составили 99,0 и 54,7%. При этом увеличение концентрации папаина до 1,5% практически не отразилось на увеличении выхода сухих веществ и аминокислот. Таким образом, оптимальной концентрацией папаина активностью 6,0 тыс. ЕД в заявленном способе следует считать его содержание на уровне 1,0% от смеси сырье : вода.
Пример. Кожу маралов, снятую в августе очищают от загрязнений и измельчают на мельнице до состояния фарша. 10,0 кг измельченной кожи смешивали с 30,0 литрами дистиллированной воды (1:3), добавляют 400,0 г папаина с активностью 6 тыс. ЕД (1,0% от смеси сырье : вода) и 200,0 г фермента СГ-50 (0,5% от смеси сырье : вода) и после гомогенизации смеси, экстракцию вели под действием ультразвука мощностью 37 кГц при температуре 38°C в течение 8 часов при рН 2,0, в течение следующих 8 часов при рН 3,5-4,0 и в течение последующих 8 часов при рН 4,5 при регулярном перемешивании. По истечении 24 часов процесса экстракции, экстракт фильтровали и подвергали сушке при температуре 45°C и вакууме 0,9 атм. до влажности 8-10%, после чего полученный концентрат фасовали в герметическую тару. Концентрат (989,0 г) после размола представлял собой мелкодисперсный порошок без гнилостного запаха.
Таким образом использование в процессе экстракции папаина активностью 6 тыс. ЕД стоимостью 5,9 тыс.рублей за 1,0 кг (в сочетании с ферментом СГ-50) вместо папаина активностью 30 тыс. ЕД стоимостью 18,8 тыс.рублей за 1,0 кг (в сочетании с пепсином) по прототипу, даже при его 2-х кратном увеличении расхода в процессе экстракции позволило в несколько раз снизить себестоимость концентрата при высоком уровне выхода биологически активных веществ.