СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛАГЕНОВОЙ СУБСТАНЦИИ ИЗ СЫРЬЯ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF COLLAGEN SUBSTANCE OBTAINMENT OUT OF ANIMAL MATERIAL (VERSIONS)

Изобретение относится к области переработки сырья животного происхождения для получения коллагеновых субстанций, предназначенных для использования в пищевой промышленности, ветеринарии, медицине, косметологии, биотехнологии.
Известен способ получения коллагеносодержащего продукта из сырья животного происхождения, включающий в себя ряд последовательных операций, в ходе которых исходное сырье измельчают, промывают, обезжиривают, обеззоливают, а затем подвергают щелочно-солевой обработке, солевой промывке, нейтрализации, промывке проточной водой, растворению в органической кислоте, диализу и повторному растворению. Для ускорения технологического процесса на отдельных его этапах применяют ультразвуковое воздействие (RU 2031597 C1, A23J 1/10, 1992 г.). Недостатком известного технического решения является сложность технологического процесса, обусловленная необходимостью применения ультразвукового воздействия. Кроме того, использование растворов солей значительно загрязняет сточные воды, что отрицательно влияет на экологию.
Наиболее близким к изобретению по обоим вариантам его осуществления является способ получения коллагеновой субстанции из сырья животного происхождения, заключающийся в том, что в начале процесса производят предварительную обработку шкуры, удаляя волосы и остатки жира, затем промывают проточной водой в течение 2 час, после чего оставляют в воде на 24 часа. Затем сырье несколько раз промывают водой, после чего измельчают в мясорубке, подвергают щелочно-солевой обработке в течение 12-24 час, нейтрализации уксусной кислотой с последующим замораживанием при -40°C в течение 5 час и сублимационным высушиванием в течение 30-36 час при -20°C. Полученную сухую волокнистую массу измельчают до однородного порошка и расфасовывают (RU 2076718 C1, A61K 35/36, 1993 г.). Достоинством данного способа является более совершенный метод разволокнения структуры белка, облегчающий процесс последующего измельчения. Низкотемпературное воздействие способствует дальнейшей деструктуризации межмолекулярных связей на тканевом уровне и максимальному ослаблению взаимодействия между основным компонентом кожевой ткани и сопутствующими ему веществами, что позволяет осуществить более быстрое получение конечного продукта, используя меньшие концентрации основных ингредиентов. Однако из-за использования щелочно-солевого метода расщепления белка известное решение обладает тем же недостатком - отрицательное влияние на экологию, при этом нахождение шкуры в воде в течение 24 часов может привести к ее заражению микроорганизмами и привести в негодность. Кроме того, при использовании данной химической обработки выходной продукт имеет низкое качество по таким показателям, как процент выхода белка и степень очистки.
Техническим результатом, которого можно достичь при осуществлении изобретения по его обоим вариантам, является повышение качества выходного продукта при одновременном улучшении экологичности его производства.
Технический результат по первому варианту достигается тем, что в способе получения коллагеновой субстанции из сырья животного происхождения, заключающемся в том, что вначале проводят обрядку шкуры, ее подстрижку и мездрение, а затем при температуре от 5°C до 20°C ее подвергают химической обработке до состояния голья пероксидно-щелочным раствором, содержащим от 1% до 10% гидроксида натрия и от 0,05% до 0,8% пероксида водорода, после чего голье дополнительно обезжиривают со стороны мездры до содержания в нем жировых веществ 0,05-1% и промывают проточной водой до нейтральных значений pH, давая впоследствии воде стечь, после чего пласты полуфабриката выдерживают в течение 6-24 часов при температуре от -20°C до -30°C, затем их измельчают при температуре -10°C - -20°C до размера частиц 2-5 мм и обезвоживают путем сублимации до содержания влаги 1-10%, после чего температуру продукта постепенно повышают до 20-40°C, измельчают его до порошкообразного состояния и фасуют.
Технический результат по второму варианту достигается тем, что в способе получения коллагеновой субстанции из сырья животного происхождения, заключающемся в том, что вначале проводят обрядку шкуры, ее подстрижку и мездрение, а затем при температуре от 5°C до 20°C ее подвергают химической обработке до состояния голья пероксидно-щелочным раствором, содержащим от 1% до 10% гидроксида натрия и от 0,05% до 0,8% пероксида водорода, после чего голье обезжиривают, удаляя остатки жировых веществ со стороны мездры до содержания в нем жировых веществ 0,05-1%, и промывают проточной водой до нейтральных значений pH, давая впоследствии воде стечь, после чего пласты полуфабриката выдерживают в течение 6-24 часов при температуре от -20°C до -30°C, затем их измельчают при температуре -10°C - -20°C до размера частиц 2-5 мм, а далее проводят ступенчатую обработку полуфабриката пищевыми кислотами и фильтрацию, после чего конечный продукт фасуют. При этом обработка полуфабриката пищевыми кислотами может включать в себя растворение кислотой, переосаждение, промывку, повторное растворение той же кислотой.
Первый вариант изобретения позволяет получить сухую коллагеновую субстанцию, пригодную для использования в качестве добавки к кормам, изготовления пищевых пленок. Второй вариант, позволяющий получить жидкую коллагеновую субстанцию, пригоден для использования в ветеринарии, медицине, фармацевтической и косметической промышленностях.
Оба варианта объединены единым техническим замыслом, направленным на достижение одного и того же технического результата, с помощью использования идентичных технических средств: пероксидно-щелочной обработки шкур, в ходе которой имеют место процессы ускоренного обезжиривания и обезволашивания, с последующим обезжириванием с минимальными трудозатратами и измельчением при низких температурах.
В проанализированных источниках информации имеются сведения об использовании пероксидно-щелочного воздействия при обработке коллагеносодержащего сырья (RU 2061724 C1, C09H 1/00, 1993 г.). Однако в результате осуществления выбранной совокупности последовательных операций (пероксидно-щелочная обработка шкур, после которой следуют процессы дополнительного обезжиривания, обезволашивания, измельчения при низких температурах и сублимационное обезвоживание при заданных температурных режимах и весовых соотношениях реагентов раствора), появилась возможность не только снижения отрицательного воздействия на окружающую среду отходов производства, но и одновременного улучшения качества конечного продукта, т.е. достижения нового технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения критериям охраноспособности.
Способ осуществляют следующим образом.
В качестве исходного сырья могут быть использованы парные либо консервированные шкуры крупного рогатого скота, овец, кроликов и т.д.
В начале технологического цикла проводят обрядку шкуры, ее подстрижку и мездрение, после чего голье обрабатывают пероксидно-щелочным раствором, содержащим от 1% до 10% гидроксида натрия и от 0,05% до 0,8% пероксида водорода при температуре от 5°C до 20°C. Пероксид водорода, разлагаясь, значительно повышает внутрипоровое давление в соединительной ткани, раздвигает ее структурные элементы и усиливает разрыхляющее действие щелочи. При данной химической обработке сырья интенсивно растворяется волосяной покров и разрыхляется мездра, что способствует облегчению процесса окончательной очистки дермы от жировых остатков. Химическое воздействие сопровождается экзотермической реакцией, которая интенсифицирует процесс очистки фибриллярного коллагена за счет ускорения разрыва водородных связей.
После химической обработки голье дополнительно обезжиривают со стороны мездры. Данный процесс можно производить с помощью механических средств, например мездрильной машины.
После обезжиривания осуществляют промывку полуфабриката проточной водой до нейтральных значений pH (при температуре 5-20°C), давая впоследствии воде стечь. Промывку можно осуществить с помощью, например, унифицированного шнекового аппарата ауш-1-к и спиральной моечной машины LXTP-3000.
После удаления избытка влаги пласты полученного полуфабриката выдерживают в течение 6-24 часов при температуре от -20°C до -30°C, а затем их измельчают при температуре -10°C - -20°C до размера частиц (2-5)мм, контролируя при этом теплодинамическое состояние сырья для предотвращения денатурационных процессов. Низкотемпературное воздействие способствует дальнейшей деструктуризации межмолекулярных связей на тканевом уровне, что позволяет осуществить более быстрое получение конечного продукта при окончательном его измельчении после сушки.
Для получения сухой коллагеновой субстанции (по первому варианту изобретения) после первоначального (грубого) измельчения полуфабриката проводят его обезвоживание методом сублимации до содержания влаги 1-10%. Обезвоживание материала происходит с одновременным переходом льда из твердого замороженного состояния в газообразное, минуя его жидкую фазу. Сублимационную сушку можно осуществить с помощью вакуумной сублимационной установки УВС-80М.
По завершению этапа обезвоживания температуру продукта постепенно повышают до 20-40°C, а затем его измельчают до порошкообразной массы с размером частиц 100-500 мкм и фасуют.
Для получения коллагеновой субстанции в виде раствора (по второму варианту изобретения) после измельчения замороженного полуфабриката (до размера частиц 2-5 мм) проводят его ступенчатую (однократную либо многократную) обработку пищевыми кислотами и фильтрацию, после чего конечный продукт фасуют.
Обработка пищевыми кислотами (уксусной, лимонной, муравьиной) может быть осуществлена по стандартной технологии, включающей в себя растворение в кислоте, переосаждение, промывку, повторное растворение той же кислотой.
Пример 1 (получение сухой коллагеновой субстанции по первому варианту).
1. Обработка 1 тонны предварительно подготовленного сырья 0,8% раствором пероксида водорода с добавлением 5%-ного раствора гидроксида натрия в течение 18 часов.
2. Обезжиривание голья.
3. Промывка проточной водой до нейтральных значений pH.
4. Заморозка до температуры -30°C в толще материала в течение 20 часов.
5. Измельчение материала (с помощью резки) до размера частиц 2-5 мм.
6. Сублимационное высушивание материала при температуре -30°C в течение 10 час.
7. Измельчение (дробилкой) до однородного порошка.
8. Фасовка.
Пример 2 (получение продукта по второму варианту).
1. Обработка 1 тонны предварительно подготовленного очищенного сырья 0,8%-ным раствором пероксида водорода с добавлением 5%-ного раствора гидроксида натрия в течение 18 часов.
2. Обезжиривание голья.
3. Промывка проточной водой до нейтральных значений pH.
4. Заморозка до температуры -30°C в толще материала в течение 20 часов.
5. Измельчение материала с помощью универсальной резки до размера частиц 2-5 мм.
6. Растворение полученного полуфабриката 5%-ным раствором лимонной кислоты при температуре не выше 25 C.
7. Переосаждение хлоридом натрия.
8. Промывка осадков в проточной воде.
9. Повторное растворение 5%-ным раствором лимонной кислоты.
10. Фильтрация смеси.
11. Фасовка.
Экспериментально установлено, что данное соотношение реагентов в рабочем растворе при химической обработке пероксидно-щелочным способом позволило снизить по сравнению с ранее применяемым щелочно-солевым способом получения продукта расход щелочи в 2 раза, в 1,5-2 раза сократить продолжительность технологического цикла, повысить выход конечного продукта до 85% и степень его очистки от низкомолекулярных примесей (до содержания основного компонента 98,9%).
Таким образом, осуществление пероксидно-щелочной обработки шкур, после которой следуют процессы окончательного обезжиривания и измельчения при низких температурах, привело к улучшению качества выходного продукта и повышению экологичности технологического процесса его производства.
Данный способ может быть использован для получения как порошкообразных, так и жидких высококачественных коллагеновых субстанций, предназначенных для применения в пищевой промышленности, ветеринарии, медицине, косметологии, биотехнологии.