СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОАКТИВНОГО КОЛЛАГЕНОВОГО ПРОДУКТА
METHOD FOR PRODUCING A BIOACTIVE COLLAGEN PRODUCT

Изобретение относится к способам переработки коллагенсодержащего сырья (отходов) кожевенного производства или некондиционного кожевенного сырья для получения биоактивного коллагенового продукта с последующим его использованием в ветеринарной и косметической промышленностях.
Известен способ получения коллагенового золя, заключающийся в переработке коллагенсодержащего сырья, предварительно измельченного и промытого в проточной воде с последующей обработкой в щелочно-солевом растворе, солевой промывке сульфатом натрия с использованием ультразвука, нейтрализации, промывке в чистой проточной воде, растворением в органической кислоте при жидкостном коэффициенте равном 10, диализе и повторном перерастворении в органической кислоте (см. патент RU №2031597, МПК A23J 1/10, С09Н 1/00, С14С 1/08, опубл. 27.03.1995 г.).
Недостатками известного способа являются: использование ультразвука в технологическом цикле, затраты на электроэнергию, применение органических кислот в высоких концентрациях, проведение диализа, что ведет к значительному расходу воды, а также к большим затратам на очистку сточных вод от агрессивных сред и белка, в связи со значительным разрушением пептидных связей.
Известен способ получения коллагена, предусматривающий очистку белкового сырья, смешивание его с водой и льдом в массовом соотношении 1:1, измельчение смеси и проведение гидролиза. Гидролиз проводят в течение 1,5-3 ч при рН равном 11 и температуре 37-40°С в две стадии: на первой стадии реакционную смесь обрабатывают липазой из гриба Rhizopusoryzae, а на второй стадии проводят ферментативный гидролиз с использованием протеолитического фермента в виде нейтральной протеазы. Двухстадийный гидролиз полученной реакционной смеси проводят в присутствии 5%-ного раствора этанола от объема с промежуточным центрифугированием и промывкой водой, обеспечивая технологические значения величины рН в пределах 7,5-8,0 и ионной силы реакционной смеси в пределах 0,05-0,1 нормальным раствором, посредством добавки карбоната натрия и хлорида натрия соответственно (см. патент RU №2272808, МПК A23L 1/0562, С07К 1/36, опубл. 27.03.2006 г. бюл. №9).
Недостатками известного способа являются: двухстадийный гидролиз с использованием липазы гриба Rhizopusoryzae и дорогостоящего протеолитического фермента, проведение гидролиза при высоких значениях рН среды и промежуточного центрифугирования, что приводит к увеличению разрушения пептидных связей и снижению содержания белковых веществ в готовом продукте.
3
Известен способ получения коллагена для применения в медицине из биологического материала. Биологический материал, а именно свиную шкурку подвергают механическому измельчению до частиц размером от 0,15 до 0,5 см, обрабатывают щелочно-солевым раствором хлорида натрия в присутствии 5%-ного едкого натра, в течение 1-2 суток, промывают и нагревают до температуры, не превышающей 45°С, фильтруют, нейтрализуют 0,6 нормальным раствором соляной кислоты, замораживают в течение 4-6 ч, размораживают в дистиллированной воде, фильтруют и нагревают до жидкого состояния, осаждают коллаген в ацетоне с температурой до 4°С при постоянном перемешивании (см. патент RU №2456810, МПК A23L 1/10, A23J 3/04, опубл. 27.07.2012 г. бюл. №21).
Недостатками известного способа являются: многократная термическая обработка субстрата, проведение замораживания и размораживания, использование огнеопасного химического реагента (ацетона) для осаждения коллагена.
Известен способ получения коллагенового белка из продуктов кожевенного производства, при котором сырье измельчают, промывают, обрабатывают щелочно-солевым раствором, содержащим гидроксид натрия, фосфат натрия и перекись водорода в течение 7-12 ч при постоянном перемешивании, после чего подвергают промывке, обработке 15%-ным раствором соляной кислоты в течение 6-7 ч с постоянным контролем рН среды в диапазоне 6,0-6,5, измельчают и сушат (см. патент RU №2588440, МПК A23J 1/10, A23J 3/04, опубл. 27.06.2016 г. бюл. №18).
Недостатками известного способа являются: применение агрессивных сред в высоких концентрациях, длительная нейтрализация сырья, необходимость поддерживать рН среды длительное время, что приводит к увеличению расхода химического реагента и удорожанию конечного продукта.
3
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ получения продуктов растворения коллагена, включающий обжорное золение, измельчение сырья размером 2×2 см, солевую обработку коллагенсодержащего сырья, щелочно-солевую обработку, солевую промывку сульфатом натрия, нейтрализацию, повторную промывку в проточной воде и его растворение в кислотном агенте. В качестве кислотного агента используют кисломолочную композицию с величиной титруемой кислотности 250-300°Т, концентрацией молочной кислоты не менее 25-30 г/дм и рН не более 4,0 при ЖК=1 (от исходного веса) при температуре 24±2°С и переменном механическом воздействии. Продолжительность растворения составляет 11-13 суток, при этом по окончании растворения образцы подвергают гомогенизации путем 2-3-кратного измельчения и диализу для удаления избытков ионов кислот (см. патент RU №2486258, МПК С14С 1/08, опубл. 27.06.2013 г. бюл. №18).
Недостатками этого способа являются: сложность выполнения, длительная продолжительность проведения обжорного золения, солевой обработки, кислотного растворения и процесса диализа, что ведет к значительным потерям белка и низкому выходу конечного продукта.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка и создание технологического цикла получения биоактивного коллагенового продукта с использованием в процессе кислотного растворения кисломолочной композиции и комбинированной сыворотки.
Техническим результатом изобретения является сокращение и упрощение технологического цикла и увеличение выхода конечного продукта.
Технический результат достигается тем, что в способе получения биоактивного коллагенового продукта, включающем отмоку коллагенсодержащего сырья, щелочно-солевую обработку, солевую промывку сульфатом натрия, нейтрализацию, повторную промывку продукта в чистой воде, механическом измельчении, растворении в кислотном агенте, согласно изобретению при растворении в качестве кислотного агента используют кисломолочную композицию и комбинированную сыворотку в соотношении 1:1, при этом полученный кислотный агент обладает величиной титруемой кислотности 270-310°Т и активной реакцией среды до 4,0, при чем обработку проводят при температуре 36±2°С, продолжительность растворения составляет 4-6 суток.
Отличительной особенностью предлагаемого способа получения биоактивного коллагенового продукта является растворение в кислотном агенте коллагенсодержащего сырья кожевенного производства и использование в качестве кислотного агента кисломолочной композиции и комбинированной сыворотки в соотношении 1:1, что позволяет сократить продолжительность растворения и увеличить выход готового продукта.
Выбор параметров получения биоактивного коллагенового продукта обусловлен экспериментальными исследованиями, положенными в основу разрабатываемого способа, а именно: оптимальное разупорядочение волокон коллагена достигается за счет использования в качестве кислотного агента кисломолочной композиции и комбинированной сыворотки в соотношении 1:1. Исключение обжорного золения позволяет снизить разрушение пептидных связей и соответственно потерь белка из-за отсутствия щелочного гидролиза. Предварительная солевая обработка сырья перед щелочно-солевой обработкой не эффективна и ведет к значительному расходу химического реагента. Температура кислотного растворения должна быть в пределах 36±2°С с продолжительностью растворения 4-6 суток, так как снижение ее может вызвать подавление роста термофильных микроорганизмов и, как следствие, неполное разупорядочение пептидных связей. Повышение температуры может привести к гибели всех микроорганизмов. Титруемая кислотность кисломолочного агента ниже 270°Т приведет к развитию гнилостной микрофлоры и порче продукта в связи недостаточного содержания молочной кислоты. Титруемая кислотность выше 310°Т экономически нецелесообразна ввиду энергетических и временных затрат.
3
Кислотный агент представлен составом при смешивании кисломолочной композиции с комбинированной сывороткой в соотношении 1:1. Кисломолочная композиция представляет собой микробиоценоз кислототолерантных и термофильных микроорганизмов, а также метаболитов, продуцируемых ими. Температура обработки должна быть 36±2°С, ее снижение может вызвать подавление роста термофильных микроорганизмов, а повышение температуры приведет к гибели всех микроорганизмов. Комбинированная сыворотка образуется при сбраживании вторичных продуктов молочного производства в равных соотношениях, а именно творожной, казеиновой и подсырной сывороток, при температуре 36±2°С, обладающая величиной рН среды 3,5 с содержанием молочной кислоты 15-25 г/дм.
3
Кисломолочную композицию готовят согласно известному изобретению - наиболее близкому аналогу (см. патент RU №2486258, МПК С14С 1/08, опубл. 27.06.2013 г. бюл. №18), на основе вторичных продуктов молочной промышленности, а именно обезжиренного молока с жирностью 0,1% и 0,05% соответственно. Культивирование согласно патенту №2486258 проводят с использованием пастеризованного обезжиренного молока при температуре 36±2°С в течение 3 суток с периодическим механическим воздействием (два раза в сутки по 15 мин.). При достижении величины титруемой кислотности кисломолочной композиции 280-300°Т добавляют сыворотку творожную пастеризованную и/или обезжиренное молоко, пастеризованное в суммарном количестве 100 см в течение 10-15 суток, постепенно увеличивая объем сыворотки творожной пастеризованной до полного исключения пастеризованного обезжиренного молока. По окончанию культивирования проводят оценку величины титруемой кислотности, которая должна быть не менее 300°Т и активной реакцией среды рН не более 3,5.
Отличием кислотного агента при растворении по заявленному изобретению является добавление в кисломолочную композицию комбинированной сыворотки, состоящей из творожной, казеиновой и подсырной сывороток, постепенно увеличивая объем комбинированной сыворотки до достижения соотношения кисломолочной композиции и комбинированной сыворотки 1:1.
Оптимальные характеристики кислотного агента достигаются при смешивании кисломолочной композиции и комбинированной сыворотки в соотношении 1:1. Увеличение долей комбинированной сыворотки в кислотном агенте увеличивает содержание молочной кислоты, подавляя рост микроорганизмов, что приводит к значительному разрушению пептидных связей и потерям белка, увеличение долей кисломолочной композиции экономически неэффективно, так как ухудшаются свойства кислотного агента, что ведет к увеличению продолжительности растворения и низкому выходу продукта.
Полученный кислотный агент предлагается хранить при температуре 4-8°С в течение 40-60 дней. Титруемая кислотность в период хранения составляет 270-310°Т. Реактивацию кислотного агента следует проводить при температуре 36±2°С в течение 16-24 ч и аэрировании. Доза добавляемого субстрата (пастеризованное обезжиренное молоко) составляет 30-40% от объема кисломолочной композиции.
3
3
3
2
4
2
4
4
2
4
Предлагаемый способ получения биоактивного коллагенового продукта осуществляют следующим образом. Отходы кожевенного производства или некондиционное кожевенное сырье подвергают процессу отмоки в течение 16-20 ч в чистой воде, ЖК=4. Процесс проводят при температуре 20-22°С, далее проводят взвешивание и подвергают щелочно-солевой обработке с расходом NaOH - 100 г/дм и NaSO - 140 г/дм, ЖК=3, при той же температуре, в течение 36-40 ч. После чего подвергают солевой промывке раствором NaSO - 60 г/дм при ЖК=3, температуре 20-22°С в течение 2 ч при периодическом перемешивании. Для удаления избытка щелочи проводят нейтрализацию раствором (NH)SO 5-7% от массы сырья при ЖК=3. Нейтрализацию проводят до отсутствия розового окрашивания фенолфталеином на срезе образца. Температуру рабочего раствора поддерживают в интервале 25-28°С.
2
Материал тщательно промывают проточной водой до отсутствия в промывных водах сульфат-ионов (качественная проба с BaCl).
Перед растворением коллагенсодержащую массу кожевенного сырья подвергают механическому измельчению до состояния фарша и взвешивают.
Растворение продукта проводят в кислотном агенте, представленным кисломолочной композицией и комбинированной сывороткой в соотношении 1:1 с величиной титруемой кислотности 270-310°Т и активной реакцией среды до 4,0, при чем обработку проводят при температуре 36±2°С и переменном механическом воздействии. Продолжительность растворения составляет 4-6 суток.
Полученный биоактивный коллагеновый продукт представляет собой вязкую, гелеобразную массу молочного цвета с характерным запахом кисломолочного продукта.
Сущность предлагаемого способа получения биоактивного коллагенового продукта представлена следующими примерами.
Пример 1.
3
3
3
2
4
2
4
Отходы кожевенного производства или некондиционное кожевенное сырье подвергают процессу отмоки в течение 16 ч в чистой воде, ЖК=4. Процесс проводят при температуре 20°С, далее проводят взвешивание и подвергают щелочно-солевой обработке с расходом NaOH - 100 г/дм и NaSO - 140 г/дм, ЖК=3, при той же температуре, в течение 36 ч. После чего подвергают солевой промывке раствором NaSO - 60 г/дм при ЖК=3, температуре 20°С в течение 2 ч при периодическом перемешивании.
4
2
4
Для удаления избытка щелочи проводят нейтрализацию раствором (NH)SO 5% от массы сырья при ЖК=3. Нейтрализацию проводят до отсутствия розового окрашивания фенолфталеином на срезе образца. Температуру рабочего раствора необходимо поддерживать в интервале 25°С.
2
Материал тщательно промывают проточной водой до отсутствия в промывных водах сульфат-ионов (качественная проба с BaCl).
Перед растворением коллагенсодержащую массу кожевенного сырья подвергают механическому измельчению до состояния фарша и взвешивают.
Растворение продукта проводят в кислотном агенте, состоящем из кисломолочной композиции и комбинированной сыворотки в соотношении 1:1 с величиной титруемой кислотности 270°Т, рН 3,4, температуре 35°С и переменном механическом воздействии. Продолжительность растворения составляет 6 суток. Полученный биоактивный коллагеновый продукт представляет собой вязкую, гелеобразную массу молочного цвета с характерным запахом кисломолочного продукта. Выход продукта составляет 55%.
Пример 2.
3
3
3
2
4
2
4
Отходы кожевенного производства или некондиционное кожевенное сырье подвергают процессу отмоки в течение 17 ч в чистой воде, ЖК=4. Процесс проводят при температуре 22°С, далее проводят взвешивание и подвергают щелочно-солевой обработке с расходом NaOH - 100 г/дм и NaSO - 140 г/дм, ЖК=3, при той же температуре, в течение 37 ч. После чего подвергают солевой промывке раствором NaSO - 60 г/дм при ЖК=3, температуре 21°С в течение 2 ч при периодическом перемешивании.
4
2
4
Для удаления избытка щелочи проводят нейтрализацию раствором (NH)SO 6% от массы сырья при ЖК=3. Нейтрализацию проводят до отсутствия розового окрашивания фенолфталеином на срезе образца. Температуру рабочего раствора необходимо поддерживать в интервале 25°С.
2
Материал тщательно промывают проточной водой до отсутствия в промывных водах сульфат-ионов (качественная проба с BaCl).
Перед растворением коллагенсодержащую массу кожевенного сырья подвергают механическому измельчению до состояния фарша и взвешивают.
Растворение продукта проводят в кислотном агенте, состоящем из кисломолочной композиции и комбинированной сыворотки в соотношении 1:1 с величиной титруемой кислотности 290°Т, рН 3,2, температуре 37°С и переменном механическом воздействии. Продолжительность растворения составляет 5 суток. Полученный биоактивный коллагеновый продукт представляет собой вязкую, гелеобразную массу молочного цвета с характерным запахом кисломолочного продукта. Выход продукта составляет 65,4%.
Пример 3.
3
3
3
2
4
2
4
Отходы кожевенного производства или некондиционное кожевенное сырье подвергают процессу отмоки в течение 19 ч в чистой воде, ЖК=4. Процесс проводят при температуре 22°С, далее проводят взвешивание и подвергают щелочно-солевой обработке с расходом NaOH - 100 г/дм и NaSO - 140 г/дм, ЖК=3, при той же температуре, в течение 38 ч. После чего подвергают солевой промывке раствором NaSO - 60 г/дм при ЖК=3, температуре 21°С в течение 2 ч при периодическом перемешивании.
4
2
4
Для удаления избытка щелочи проводят нейтрализацию раствором (NH)SO 7% от массы сырья при ЖК=3. Нейтрализацию проводят до отсутствия розового окрашивания фенолфталеином на срезе образца. Температуру рабочего раствора необходимо поддерживать в интервале 27°С.
2
Материал тщательно промывают проточной водой до отсутствия в промывных водах сульфат-ионов (качественная проба с BaCl).
Перед растворением коллагенсодержащую массу кожевенного сырья подвергают механическому измельчению до состояния фарша и взвешивают.
Растворение продукта проводят в кислотном агенте, состоящем из кисломолочной композиции и комбинированной сыворотки в соотношении 1:1 с величиной титруемой кислотности 310°Т, рН 3,05, температуре 38°С и переменном механическом воздействии. Продолжительность растворения составляет 4 суток. Полученный биоактивный коллагеновый продукт представляет собой вязкую, гелеобразную массу молочного цвета с характерным запахом кисломолочного продукта. Выход продукта составляет 65,9%.
Предлагаемый способ получения биоактивного коллагенового продукта по сравнению с прототипом (см. патент RU №2486258, МПК С14С 1/08, опубл. 27.06.2013 г. бюл. №18) позволяет достичь следующие преимущества:
- исключить обжорное золение и упростить технологический цикл;
- исключить солевую промывку и уменьшить расход сульфата натрия;
- сократить продолжительность щелочно-солевой обработки в 1,5-2 раза;
- сократить продолжительность кислотного растворения и увеличить выход продукта;
- исключить проведение процесса диализа конечного продукта.