Способ получения белкового гидролизата из вторичного рыбного сырья
METHOD OF PRODUCING PROTEIN HYDROLYZATE FROM SECONDARY FISH RAW MATERIAL

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при промышленном производстве белковых гидролизатов из рыбного сырья для пищевой и кормовой промышленности.
Известен способ получения белковых гидролизатов со вкусом мяса и мясного бульона из дешевых частей мясных туш или субпродуктов, который включает следующие операции: сырье измельчают, смешивают с водой и гидролизуют нагреванием, воздействием ферментов или комбинированной теплоферментной обработкой. Затем удаляют жир, а взвешенные твердые частицы жидкой фазы отделяют, например, центрифугированием. Прозрачный и практически обезжиренный белковый гидролизат подвергают гидролизу кислотой, затем готовый раствор концентрируют под вакуумом [USA №3692538, опубл.19.09.1972 г.].
Недостатком способа является повторная обработка продуктов водного или ферментативного гидролиза кислотой и, таким образом, появление продуктов нейтрализации кислоты (солей), потеря водосвязывающей способности гидролизата.
Известен способ получения ароматизатора мяса, который включает следующие операции: мясо измельчают, экстрагируют горячей водой, получая водорастворимую фракцию. Нерастворимый осадок отделяют и подвергают кислотному гидролизу, в результате получают кислоторастворимую фракцию, которую затем нейтрализуют щелочными соединениями, например гидроксидом натрия. Фракцию, полученную после экстракции горячей водой, и фракцию, полученную гидролизом соляной кислотой с последующей нейтрализацией, соединяют и выпаривают под вакуумом, получая мясной экстракт [USA №3010829, опубл. 28.11.1961 г.].
Однако такой способ также связан с появлением в экстракте солей, образующихся в результате нейтрализации кислоты.
Известен способ получения белкового гидролизата, включающий гидролиз сырья соляной кислотой с последующей нейтрализацией гидроксидом натрия, очистку и сушку полученного гидролизата [RU №2206231, опубл.20.06.2003 г.].
Однако этот способ используется при гидролизе кератиносодержащего сырья, требующего разрыхления структуры под действием щелочи перед основным кислотным гидролизом. Наличие щелочной составляющей гидролиза приводит к образованию рацематов аминокислот, нежелательных в пищевых добавках. Сухой гидролизат используется в качестве белковой кормовой добавки.
Известен способ получения гидролизатов из костных отходов мяса, птицы и рыбы [RU №2272418, опубл. 27.03.2006 г.]. Данный способ получения гидролизатов предусматривает трехстадийный гидролиз сырья. Первая стадия водного гидролиза при температуре 100-120°C в течение 4-5 ч позволяет получать гидролизат, обладающий желирующими свойствами. На второй стадии осуществляют кислотный гидролиз 1-2% соляной кислотой в течение 4-5 ч при температуре 100-120°C. Жидкую фракцию нейтрализуют гидроксидом натрия, очищают от жира, взвешенных частиц и сушат. На третьей стадии производится гидролиз оставшейся твердой части соляной кислотой концентрации 3-4% при температуре 120-140°C в течение 4-5 ч. Гидролизат нейтрализуют гидроксидом натрия, гомогенизируют и сушат.
Указанный способ получения белковых гидролизатов имеет продолжительный цикл обработки, практически 20-24 ч, с использованием высоких температур и избыточного давления в течение всего технологического процесса. При подобных жестких технологических параметрах разрушаются термолабильные аминокислоты, образуются циклические аминокислоты, происходит окисление жиров, что приводит к ухудшению качества продукта и потере питательной ценности. Использование кислотного гидролиза снижает содержания таких аминокислот, как триптофан, серин, треонин, и, кроме того, последующая нейтрализация гидроксидом натрия приводит к образованию солей. Так, в процессе трехстадийного гидролиза при переработке 1500 кг мясокостного фарша образуется 121 кг поваренной соли в конечном продукте. Из-за высокого содержания поваренной соли в концентрате белка ограничены возможности использования его в конечных продуктах. Кроме того, реализация вышеописанного способа требует значительных затрат на приобретение специального кислотоупорного оборудования и установок для обессоливания продукта.
Известен способ экстрагирования белков с применением ферментативного гидролиза из боенских мясокостных отходов скота и птицы [FR 2737644, МПК A23J 1/00].
Процесс основан на легкой энзиматической обработке сырья с применением специфической эндопептидазы, гидролизующей протеины мышечной ткани. Первый этап гидролиза включает измельчение сырья до размеров 0,5-5 см, обжаривание и ферментативный гидролиз при температуре 55-65°C в течение 30-60 мин. Степень гидролиза протеинов не должна превышать 10%. Второй этап гидролиза, заключающийся в повышении температуры выше 80°C и выдерживании не менее 30 мин, обеспечивает экстракцию коллагеновых тканей.
Однако этот метод не обеспечивает эффективный выход конечного продукта. Предварительная обжарка сырья способствует лучшему отделению жира, но в то же время усложняет технологический процесс.
Близким по технической сущности к достигаемому результату является способ получения белковой добавки из сырья животного происхождения [RU 1637063, МПК А23J 1/00].
Указанный способ предусматривает измельчение сырья, приготовление суспензии, гидролиз белка протеолитическим ферментом (протосубтилин Г10х или Г20х), экстракцию белка поваренной солью при температуре 90-144°C в течение 2-3 ч, настаивание суспензии в течение 2-15 ч перед отделением бульона. Полученный сухой белковый продукт содержит 38% белка.
Однако данный способ не позволяет получать сухой белковый продукт с содержанием белка свыше 38%. Кроме того, использованные ферментные препараты уже не производятся отечественной промышленностью для пищевых целей.
Использование поваренной соли в процессе экстракции хотя и позволяет несколько увеличить выход белка из сырья, но конечный продукт содержит значительное количество соли, что сужает диапазон использования такой белковой добавки в пищевой и кормовой промышленности.
Экстракция белка поваренной солью при высоких температурах, в т.ч. при избыточном давлении, в течение 2-3 ч, не только увеличивает продолжительность процесса, но и требует специального оборудования, работающего под давлением.
Известен способ получения белкового гидролизата из мясного и мясокостного сырья [RU №2160538, опубл. 20.12.2000], предусматривающий помещение обезжиренного сырья в вакуумную установку с последовательным проведением в ней термообработки острым паром при 120-130°C и 0,2-0,4 МПа в течение 2-3 часов, охлаждение до 40-45°C, ферментативный гидролиз ведут при постоянном перемешивании, очистку проводят дважды - перед и после охлаждения, при этом перед охлаждением путем сброса давления, а после охлаждения очистку ведут центрифугированием, сепарированием и фильтрацией через бельтинг с использованием целлюлозы в качестве вспомогательного элемента.
Недостатком данного способа является сложный процесс ферментативного гидролиза при довольно широком диапазоне значений рН, требующего двукратного введения ферментов, а также специального оборудования, работающего под давлением.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения белкового гидролизата из мясного и мясокостного сырья убойных животных [RU №2112397, A23J 1/10, опубл. 10.06.1998], предусматривающий измельчение сырья, гомогенизацию с водой, обезжиривание, ферментативный гидролиз протосубтилином Г20Х при 40-45°C, рН 6,5-7,8 с последующей сушкой. Ферментативный гидролиз осуществляют последовательно сначала внесением комплекса протеолитических ферментов с активностью 6000-9000 ПЕ/г, полученного из поджелудочной железы убойных животных, при этом последний вносят двукратно с интервалом от 2 до 3 часов в количестве 3-5% от массы, а затем с тем же интервалом - протосубтилин Г20Х в количестве 1-2% от массы.
Однако данный способ трудоемок, имеет высокую себестоимость, не обеспечивает максимального накопления свободных аминокислот, в том числе незаменимых. Данный гидролизат содержит высокий процент золы и нерастворимых соединений, что снижает качество и ограничивает его использование.
Технической задачей изобретения является получение белкового гидролизата, обладающего высокой биологической ценностью благодаря глубокой степени расщепления белка, сокращение времени гидролиза и повышение его эффективности, уменьшение себестоимости готового продукта, а также возможность использования вторичного рыбного сырья при производстве белковых гидролизатов.
вх
вых
Для решения поставленной технической задачи изобретения предложен способ получения белкового гидролизата из вторичного рыбного сырья, характеризующийся тем, что вторичные продукты разделки рыб промывают проточной водой t = 12°C в течение 2-6 ч, затем замачивают в воде на 24 ч и снова промывают 3-4 раза проточной водой, далее продукты разделки рыб обезжиривают спирто-эфирной смесью в соотношении 1:1 в течение 2-4 ч, затем проводят деминерализацию сырья 3% раствором уксусной кислоты в течение 12-24 ч при t = 18-25°С с последующей нейтрализацией 2,5% раствором гидроксида натрия до рН 5,8-6,2, полученную смесь снова промывают проточной водой в течение 1 ч и измельчают на волчке с диаметром решетки 9-12 мм, затем полученную массу подвергают гидролизу раствором коллагеназы активностью 60 ед/г в количестве 0,3% к массе сырья в течение 12-24 ч при t = 37 °С, далее проводят инактивацию фермента нагреванием гидролизата при температуре t = 80°С в течение 10 мин с последующим центрифугированием гидролизата, полученный гидролизат подвергают сублимационной сушке в течение 30 часов при t = -50°С и t = 25°С, полученную сухую массу измельчают на мельнице до однородного порошка и герметично упаковывают в полиэтиленовые пакеты.
Технический результат заключается в получении белкового гидролизата, обладающего высокой биологической ценностью благодаря глубокой степени расщепления белка, сокращение времени гидролиза и повышение его эффективности, уменьшение себестоимости готового продукта, а также возможность использования вторичного рыбного сырья при производстве белковых гидролизатов.
Способ получения белкового гидролизата из вторичного рыбного сырья осуществляется следующим образом.
вх
вых
Вторичные продукты разделки рыб (чушую, шкуры, плавники) промывают проточной водой t = 12°C в течение 2-6 ч, затем замачивают в воде на 24 ч и снова промывают 3-4 раза проточной водой, далее продукты разделки рыб обезжиривают спирто-эфирной смесью в соотношении 1:1 в течение 2-4 ч, затем проводят деминерализацию сырья 3% раствором уксусной кислоты в течение 12-24 ч при t = 18-25°С с последующей нейтрализацией 2,5% раствором гидроксида натрия до рН 5,8-6,2, полученную смесь снова промывают проточной водой в течение 1 ч и измельчают на волчке с диаметром решетки 9-12 мм, затем полученную массу подвергают гидролизу раствором коллагеназы активностью 60 ед/г в количестве 0,3 % к массе сырья в течение 12-24 ч при t = 37°С, далее проводят инактивацию фермента нагреванием гидролизата при температуре t = 80°С в течение 10 мин с последующим центрифугированием гидролизата, полученный гидролизат подвергают сублимационной сушке в течение 30 часов при t = -50°С и t = 25°С, полученную сухую массу измельчают на мельнице до однородного порошка и герметично упаковывают в полиэтиленовые пакеты.
Выход сухого белкового гидролизата составляет от 28 до 30% и зависит от вида используемого вторичного сырья.
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1
вх
вых
Полученную при разделке чешую рыб промывают проточной водой t = 12°C в течение 2-6 ч, затем замачивают в воде на 24 ч и снова промывают 3-4 раза проточной водой, далее продукты разделки рыб обезжиривают спирто-эфирной смесью в соотношении 1:1 в течение 2-4 ч, затем проводят деминерализацию сырья 3% раствором уксусной кислоты в течение 12-24 ч при t = 18-25°С с последующей нейтрализацией 2,5% раствором гидроксида натрия до рН 5,8-6,2, полученную смесь снова промывают проточной водой в течение 1 ч и измельчают на волчке с диаметром решетки 9-12 мм, затем полученную массу подвергают гидролизу раствором коллагеназы активностью 60 ед/г в количестве 0,3% к массе сырья в течение 12-24 ч при t = 37°С, далее проводят инактивацию фермента нагреванием гидролизата при температуре t = 80°С в течение 10 мин с последующим центрифугированием гидролизата, полученный гидролизат подвергают сублимационной сушке в течение 30 часов при t = -50°С и t = 25°С, полученную сухую массу измельчают на мельнице до однородного порошка и герметично упаковывают в полиэтиленовые пакеты.
Пример 2. Осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве сырья используются плавники рыб.
Пример 3. Осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве сырья используются шкуры рыб.
Оценка химического состава полученных гидролизатов представлена в таблицах 1-3.
Таблица 1 – Массовая доля белка
Наименование образца
Содержание
Пример 1
83-86
Пример 2
70-76
Пример 3
77-90
2. Аминокислотный состав, г/100 г белка
Наименование аминокислоты
Горбуша
Пример 1
Пример 2
Пример 3
незаменимые
Валин
2,366-3,479
4,350-5,042
2,232-2,827
Изолейцин
1,841-2,621
3,625-4,361
1,683-1,998
Лейцин
3,032-3,544
4,924-5,140
2,947-3,531
Лизин
3,037-3,463
2,955-4,028
3,220-4,000
Метионин
1,566-1,978
0,120-0,667
1,041-1,360
Треонин
3,225-4,096
4,557-5,724
2,790-3,523
Триптофан
1,317-2,174
1,347-1,391
1,536-1,654
Фенилаланин
2,338-2,652
3,528-3,942
2,176-2,616
Итого
19,148-23,581
27,242-28,459
17,944-21,190
заменимые
Серин
3,862-5,347
5,328-5,414
4,067-4,415
Глицин
18,257-23,814
8,991-12,320
21,581-23,834
Аланин
7,215-9,640
5,711-6,105
8,555-9,604
Цистеин
0,021-0,033
0,051-0,062
0,026-0,032
Тирозин
2,690-1,159
3,445-4,459
0,761-1,235
Гистидин
1,471-2,584
2,314-2,564
0,893-1,474
Аргинин
9,975-12,555
15,509-16,992
10,153-12,847
Пролин
8,524-13,345
5,768-6,540
11,468-12,552
Аспарагиновая кислота+аспарагин
6,723-8,708
10,071-11,647
7,601-8,070
Глутаминовая кислота+глутамин
10,293-10,830
9,727-10,957
10,623-11,075
Итого
76,194-80,852
71,324-72,651
78,810-82,056
Всего
99,775-100
99,783-99,893
100
3. Биологическая ценность белка, %
Наименование образца
Показатель
Пример 1
80,76-86,97
Пример 2
65,33-65,41
Пример 3
73,87-88,80
Осуществление предлагаемого способа позволит:
– рационально использовать вторичные ресурсы рыбоперерабатывающей отрасли;
– получать гидролизаты высокой биологической ценности;
– сократить и упростить технологию получения гидролизатов.