СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОТЕИНОВОЙ ПИЩЕВОЙ ДОБАВКИ ИЗ МЯСОКОСТНОГО СЫРЬЯ
METHOD FOR PRODUCTION OF A PROTEIN FOOD ADDITIVE FROM MEAT AND BONE RAW MATERIAL

Изобретение относится к пищевой и биотехнологической промышленности и направлено на получение из белковой части вторичного мясокостного сырья (трубчатые и реберные кости крупного рогатого скота (КРС) и свиней, костный шрот, лапы, кости и головы птиц и др.), характеризующегося высоким содержанием коллагена и минеральных веществ, пищевых водорастворимых протеиновых добавок высокой усвояемости. При этом используются эффективные методы гидролиза данного белка, обеспечивающие его максимальное извлечение водной экстракцией из сырья за счет уменьшения его молекулярной массы, что обусловливает высокую усвояемость протеиновой добавки. Способ также позволяет получать из мясокостного сырья ценные сопутствующие продукты - жировую и минеральную композиции животного происхождения.
Известен способ получения гидролизатов белка из животного белоксодержащего сырья в водной среде нагреванием в течение 25-45 мин. при температуре 180-220°С и давлении 50-75 бар, при этом образуются две фракции: 1 - осадок, содержащий нерастворимые высокомолекулярные белки и минеральные вещества, и водный верхний слой, содержащий водорастворимые белки, образованные в результате высокотемпературного расщепления коллагенсодержащих нерастворимых белков до низкомолекулярного растворимого состояния (RU 2374893. МПК A23J 3/30, опубл. 10.12.2009 г.).
Недостатком данного способа является невысокий удельный вес перехода нерастворимых высокомолекулярных белков в растворимую форму при использовании коллагенсодержащего высокоминерализованного мясного сырья крупного рогатого скота (КРС), например, говяжьих трубчатых костей. Неполнота выхода обусловлена однократностью процесса термогиролиза под действием высоких температур и давления. При таком способе всего 30-40% коллагенсодержащего минерализованного белка расщепляется до растворимого в воде состояния и экстрагируется в воду, а в осадочной части остается 60-70% его первоначального содержания в сырье. Способ не эффективен по степени водной экстракции белковых веществ, поскольку после сушки раствора массовая доля протеиновой водорастворимой добавки составляет всего 4-5% от массы сырья, что является низким показателем, а содержание в ней белка составляет 67-71% от его содержания в сырье. При таком способе даже после фракционирования жидкого гидролизата (например, центрифугированием) и отделения жировой и осадочной частей протеиновая добавка не является чистой по химическому составу и содержит минеральные вещества (7-13%) и жир (12-18%), вытопленный из костей.
Известен способ получения пищевых добавок из измельченного коллагенсодержащего рыбного сырья (головы, кости, чешуя) при температурной обработке любым известным способом, например, варкой в воде или горячей сушкой, при температуре 100-130°С (RU 2002102173. МПК A23L 1/325, A23L 1/30, опубл. 10.04.2004 г.).
Недостатком способа является невозможность за один цикл термообработки перевести в водорастворимое состояние весь белок (преимущественно коллаген) из коллагенсодержащего высокоминерализованного мясокостного сырья КРС (например, говяжьих трубчатых костей). В рыбе вообще отсутствуют трубчатые кости, костный аппарат включает позвоночные хребты с реберными костями и кости головы, которые гораздо менее прочные, чем в несущем аппарате наземных животных. Мясокостное рыбное сырье содержит существенно меньше соединительной ткани, кости менее минерализованы, что в совокупности позволяет высокотемпературной варкой или сушкой получить водорастворимую белковую субстанцию. При реализации предложенного способа на мясокостном животном сырье (например, при обработке трубчатых костей КРС) выход белковой части в растворенное состояние (степень экстракции) составляет всего 15-27% от первоначального содержания белка в сырье. После сушки раствора массовая доля белковой водорастворимой добавки составляет всего 2-3% от массы сырья, при этом добавка также содержит сопутствующие вещества даже после их отделения фракционированием (минеральные вещества и жир), что свидетельствует о низкой эффективности способа.
Известен способ получения водорастворимых препаратов коллагена из медузы ропилемы Rhopilema Asamushi с использованием ультразвуковой обработки и ферментативного гидролиза, при котором переводится в растворимую форму до 74% от исходного состава коллагена. Обработку ультразвуком проводят при мощности излучения 130 Вт (Т.Н. Пивненко Ю.М. Позднякова, А.Н. Ковалев Исследование способов получения низкомолекулярного коллагена из медузы Ропилемы RHOPILEMA ASAMUSHI (Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет). Научные труды Дальрыбвтуза. 2017. № 4 (т. 43), с.74-82).
Недостатком способа является низкое качество коллагеновых растворов, поскольку при данных условиях происходит образование наряду с низкомолекулярными водорастворимыми пептидами крупных нерастворимых молекул, агрегирующих в нерастворимые набухшие ассоциированные конгломераты. Важно также, что при обработке по данному способу высокомолекулярного высокоминерализованного мясокостного сырья получение санитарно безопасной пищевой добавки невозможно, поскольку способ не предусматривает термообработки, гарантирующей уничтожение термостойких возбудителей болезней животных, потенциально возможных в исходном сырье. Следует отметить, что при использовании данного способа для переработки мясокостного сырья  выход водорастворимой протеиновой жидкой фракции будет менее 6% водной фракции от массы сырья. Это составляет менее 1% сухой формы протеиновой фракции от массы сырья, что является очень низким показателем. Данный факт обусловлен тем, что глубокое полное разрушение минерализованных коллагеновых фибрилл, характерных для костей животных, в отличие от коллагена гидробионтов, невозможно только ферментативным гидролизом, даже при одновременном воздействии ультразвуком. Предлагаемый способ не эффективен для качественного получения протеиновой высоко усвояемой безопасной добавки из мясокостного сырья.
Наиболее близким техническим решение является способ получения пищевых добавок, в том числе пищевой протеиновой добавки, из вторичного рыбного сырья с применением гидролиза, включающий измельчение сырья, гомогенизацию в жидкой среде, ферментативный гидролиз, термообработку при температуре 150-170°С и давлении 10-12 бар в течение 2-4 часов, охлаждение, фракционирование с разделением на осадочную и жидкую фракции, обезжиривание и сушку жидкой фракции. При этом ферментативную обработку проводят под действием собственных ферментов в водно-спиртовом растворе экстракта листьев мяты, а охлаждение суспензии с целью наиболее полного обезжиривания ведут в два этапа, удаляя жировую фракцию в жидком и замороженном (твердом) состояниях (RU 2681352. МПК A23L 17/00, A23L 33/18, A23L 33/115, A23J 1/10, опубл. 06.03.2019 г.).
Недостатком способа является его неэффективность применительно к мясокостному коллагенсодержащему высокоминерализованному сырью. Выход жидкой протеиновой водорастворимой фракции из данного сырья, например, при обработке трубчатых говяжьих костей, составляет 5-7% массы сырья, что после сушки раствора эквивалентно значению выхода протеиновой добавки всего 2-3% от массы сырья. Это объясняется особенностями и существенными различиями химических составов вторичного рыбного и мясокостного сырья, что обусловливает соответствующие выходы после высокотемпературной обработки водной суспензии, из которой получают протеиновые пищевые добавки. В рыбном вторичном сырье отходы менее минерализованы, чем в мясокостном сырье (прежде всего, в трубчатых костях КРС). Поэтому для перехода коллагеновых минерализованных белков в водорастворимое состояние не достаточно ферментации под действием собственных ферментов (рыбных или мясных) даже при длительной их выдержке в спиртовой среде мяты перечной. Собственные ферменты не гидролизуют мясокостное сырье, для деградирования которого требуются специфичные (специализированные) протеолитические ферменты. Поэтому эффект перевода в растворимое состояние высокоминерализованных высокомолекулярных белков будет незначительным. При этом существенно, что в жировой фракции рыбной суспензии после термообработки содержится много фосфолипидов, что является особенностью вторичного рыбного сырья. Образующиеся фосфолипиды являются хорошими эмульгаторами, мешающими разделению фракций, они уменьшают выход чистой протеиновой фракции. Для их удаления и получения протеиновой фракции без примесей необходим сложный путь обезжиривания, минимально в 2 этапа, с замораживанием. Однако этот путь не эффективен для обработки мясокостного сырья. Но основным недостатком способа является низкий удельный вес извлечения из высокоминерализованного коллагенсодержащего сырья низкомолекулярных протеинов и высокий процент примесей в получаемой протеиновой добавке.
Изобретение решает задачу повышения эффективности способа получения протеиновой пищевой добавки из мясокостного сырья путем увеличения выхода и повышения качества экстрагируемых протеиновых компонентов из коллагенсодержащих и высокоминерализованных тканей за счет создания условий для интенсифицированного, более глубокого и специфичного гидролиза всех тканей сырья, в том числе высокомолекулярных нерастворимых белков, до низкомолекулярных водорастворимых пептидов, следствием чего является практически полное их экстрагирование водой из сырья, четкое разделение фракций при фракционировании, практически полное удаление жировых и минеральных примесей из гидролизованной массы и высокое качество целевого продукта - сухой протеиновой добавки.
Целевой эффект достигается тем, что осуществляют измельчение сырья, гомогенизацию в жидкой среде, термогидролиз при температуре 150-170°С и давлении 10-12 бар в течение 2-4 ч, охлаждение, фракционирование с разделением на осадочную белково-минеральную фракцию, жир и протеиновую жидкую фракцию, затем полученную осадочную белково-минеральную фракцию подвергают ферментативному гидролизу путем добавления водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, как 1:1-1:3, и смесь выдерживают в течение 1-3 ч при температуре 35-45°С, после чего смесь термообрабатывают при температуре 150-170°С и давлении 10-12 бар в течение 2-4 ч, затем охлаждают и фракционируют с разделением на жир, минеральные вещества и жидкую протеиновую фракцию, которую соединяют с жидкой протеиновой фракцией, полученной после термогидролиза, после чего полученную смесь концентрируют и высушивают, при этом операции термогидролиза, ферментативного гидролиза и термообработки осуществляют под воздействием ультразвука с частотой 22-26 кГц при мощности 140-150 Вт.
Поставленная задача повышения эффективности способа получения протеиновой пищевой добавки из мясокостного сырья решается за счет максимального перевода трудно растворимых высокомолекулярных (молекулярная масса ММ 500-1000 кДа) и высокоминерализованных (содержание минеральных веществ MB 32-39%) коллагеновых белков сырья в растворимое состояние за счет уменьшения их молекулярной массы до значений ММ 10-100 кДа. что достигается лишь при указанных операциях, режимах и параметрах способа. При этом полностью переходят в свободное состояние сопутствующие жировые (триглицериды) и минеральные компоненты (кальций и фосфор). Данный эффект обусловлен рациональным сочетанием и одновременностью воздействия в гидролизной системе физических и химических факторов при их определенных значениях. Ключевым моментом является обработка непрогидролизованной белково-минеральной осадочной фракции, оставшейся после термогидролиза сырья, раствором протеолитического фермента коллагеназной специфичности, что обусловливает глубокое «разрыхление» минерализованных коллагеновых молекул мясокостного осадка эндо- и экзопептидазами, разрыв пептидных и ионных связей и четкое разделение на минеральную (нерастворимую) и протеиновую (водорастворимую) части. Далее проферментированная протеино-минеральная суспензия подвергается повторному высокотемпературному гидролизу под давлением, результатом которого является окончательное термическое раздробление протеиновых молекул до низкомолекулярного пептидного состояния и экстракция этих «осколков» водой с образованием водного протеинового раствора. При этом окончательно освобождаются из клеток жировые молекулы (триглицериды) и переходят в свободное состояние минеральные вещества (кальций и фосфор). В образующейся смеси при отстаивании (или центрифугировании) полностью осаждается освобожденная тяжелая минеральная часть, а сверху в системе собирается более легкая по удельному весу жировая фракция, при этом между фракциями формируются четкие границы. Декантированием или трикантированием все три фракции четко разделяются, собираются, при этом жировая и минеральная фракции (в совокупности с данными фракциями, полученными при термогидролизе) используются по различным назначениям (производство мыла, удобрения и др.), а протеиновый водный раствор направляется на получение протеиновой пищевой добавки высокого качества. Для этого раствор низкомолекулярных пептидов соединяется с протеиновой фракцией, полученной при высокотемпературном термогидролизе сырья, а итоговая композиция обезвоживается (например, сублимированием).
Следует отметить, что указанные эффекты (практически полный гидролиз всех тканей мясокостного сырья, прежде всего, высокомолекулярных минерализованных молекул тропоколлагеновых волокон, последующая экстракция водорастворимых низкомолекулярных пептидов размером 10-100 кДа, ценный аминокислотный состав пептидов) достигаются только в результате постоянного ультразвукового воздействия на систему на основных операциях способа (термогидролиз, ферментация осадка, термогидролиз проферментированной массы) при определенных параметрах УЗ-обработки. За счет внешнего УЗ-воздействия в мясокостной системе возникает хаотическое броуновское движение сначала связанных, а потом свободных молекул, повышается равномерность температурного поля (что особенно важно при термогидролизе), интенсифицируется диффузии ферментов в коллагеновые белки (что важно при фермент-субстратном взаимодействии). Это в совокупности приводит к глубокому распаду всех клеток сырья и их коллагеновых оболочек, в том числе жировых клеток, следствием чего является полный выход жира в свободное состояние, полная деградация коллаген-минеральных комплексов с отделением минеральной части и полный распад высокомолекулярных коллагеновых белков сырья до низкомолекулярные пептидов, которые полностью переходят в водную среду. В результате после 2-х высокотемпературных термообработок мясокостного сырья (нативного и ферментированного осадка) образуются две системы, которые после разделения (отстаиванием, центрифугированием) четко формируют 3 фракции (верхняя - жировая, средняя - водорастворимые протеины, нижняя - минеральные вещества). Эти системы легко обезжириваются и деминерализуются ди- или трикантированием. В результате получают 2 водные фракции низкомолекулярных пептидных растворов, которые соединяют и высушивают, образуя одну протеиновую порошкообразную добавку.
Только совокупность заявленных операций и режимов обеспечивает итоговый количественный выход 94-98% протеиновой части сырья, в зависимости от его вида, и получение после сушки протеиновой добавки, состоящей на 95-98% из низкомолекулярных высоко усвояемых пептидов (ММ 10-100 кДа). Такой показатель содержания и значения молекулярной массы пептидов свидетельствуют об их высокой усвояемости и биологической активности. Массовый выход сухой протеиновой добавки составляет 19-33% массы исходного сырья, в зависимости от его вида, что свидетельствует о практически полной депротеинизации мясокостного сырья, в зависимости от исходного содержания белка. Принимая во внимание факт получения добавки без химических реагентов, с применением высоких стерилизующих температур, можно констатировать санитарно-гигиеническую безопасность сушеного протеинового порошка и рациональность его применения в пищевых целях. При этом целевой продукт является не только свободным от токсичной микрофлоры, но и высококачественным по составу и биологической ценности, поскольку в его пептидах содержатся такие аминокислоты, как глицин, аланин, пролин, лизин, входящие в состав тропоколлагена мясокостного сырья и освободившиеся при гидролизе. Данные аминокислоты, а также олигопептиды (1-10 аминокислотных остатков в молекуле), образованию которых способствует ферментация осадочной части протеолитическими ферментами коллагеназной специфическими, чрезвычайно востребованы организмом на пластические, метаболические и энергетические цели. Их отдельное употребление или внесение в качестве обогащающей добавки в пищевые продукты является физиологически полезным организму.
Достижение цели изобретения гарантируется специфическим сочетанием операций и количественных значений их параметров, предлагаемых в способе, обеспечивающих увеличение выхода и повышения качества готовой продукции, по следующим причинам.
с
Мясокостное сырье (прежде всего, трубчатые и реберные говяжьи кости) на 21-33% состоит из фибриллярного белка коллагена, который, в зависимости от вида, имеет следующие показатели химического состава: жирность 16-35%, содержание минеральных веществ 31-40%, содержание воды 17-20%. Коллаген этого сырья находится в тропоколлагеновой форме и представляет собой левозакрученную спираль из трех α-цепей  молекулярной массой более 500-1000 кДа, длиной 300 нм и более, толщиной около 1,5 нм. Основу молекулы составляют три аминокислотных остатка (глицин, пролин, лизин) вперемежку с аланином и другими аминокислотами, в том числе специфическими, характерными только для мясокостного животного сырья (3-гидроксипролин, 4-гидроксипролин и 5-гидроксилизин). Особенностью коллагена мясокостного сырья является химическая связь спиралей с 2-х валентными металлами (кальций, фосфор), что формирует чрезвычайно прочную конструкцию, не разрушающуюся даже под действием природных факторов миллионы лет. Закрученные в пучки коллагеновые полукристаллические фибриллы, образующие тропоколлагеновые волокна, устойчивы к действию кислот, щелочей, температуры, механической деформации и др. повреждающих факторов. Именно такая природа трубчатых и реберных костей КРС является основной причиной сложности их переработки.
Повышение эффективности способа за счет увеличения выхода и повышения качества протеиновых компонентов в форме низкомолекулярной усвояемой пищевой добавки при переработке мясокостного сырья по предлагаемому способу во многом обусловлено параллельным непрерывным воздействием на суспендированную систему ультразвуковом на основных операциях способа при указанных параметрах. Именно при таких режимах способа интенсифицируется фермент-субстратное взаимодействие межу коллагеновыми полукристаллическими фибриллами и протеолитическим ферментом коллагеназной специфичности, фибриллы энзимологически размягчаются, под действием ультразвука происходит разрыв оболочек, усиленный высокотемпературным воздействием. В итоге все физические и химические связи в системе (ионные, ковалентные, водородные, ван-дер-ваальсовые, металлические, которые осмотически и диффузионно обеспечиваются в пептидных конструкциях) разрываются. При этом первичная мясокостная система образует смесь (дисперсию) молекулярного уровня, которая состоит из хаотично смешанных белковых, жировых и минеральных молекул. УЗ-обработка акустическим давлением при указанных параметрах существенно интенсифицирует разрыв всех полимеров до мономеров, а также всех органических комплексов (белково-жировых; белково-минеральных) до монофракций. Эффекты гидролиза всех тканей ускоряются кавитационной эрозией с хаотичным схлопыванием пузырьков с капиллярными и вихревыми закручиваниями, обусловливающими макро- и микропотоки в системе, термическую и молекулярную диффузию. В итоге вся твердая и прочная мясокостная масса претерпевает глубокое разрушение, происходит ее распад на монофракционные осколки пептидной, жировой и минеральной природы. Высокоминерализованные коллагеновые молекулы образуют низкомолекулярные пептиды с ММ 10-100 кДа, которые хорошо растворимы в воде, и освобожденные минеральные вещества (в основном, кальций и фосфор). Последние водонерастворимы и под действием силы тяжести или центробежных сил отделяется от пептидов и осаждается в виде осадочной минеральной фракции (35-40% массы сырья). При этом освобожденный из разорванных жировых клеток костный жир, как самая легкая фракция, поднимается в верх системы и образует четкий верхний слой (15-34% массы сырья). В совокупности это позволяет максимально (на 94-98% от содержания белка в сырье) извлекать протеиновые компоненты из гидролизованной системы простой водной экстракцией и получать после обезжиривания (снятия верхнего слоя), деминерализации (удаления осадка) и сушки протеиновую добавку в порошкообразном виде, состоящую на 95-98% из низкомолекулярных высоко усвояемых биологически активных пептидов. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 19-33% массы исходного сырья.
Повышение эффективности способа переработки мясокостного сырья при достижении повышенного выхода и улучшенного качества протеиновой пищевой добавки имеет место только при осуществлении способа по указанным операциям в пределах количественно обозначенных параметров.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции термообработанного мясокостного сырья при добавлении водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, как 1:2, и выдержке смеси в течение 2 часов при температуре 40°С, последующей повторной термообработке при температуре 160°С и давлении 11 бар в течение 3 часов и постоянном воздействии на смесь после измельчения на всех операциях до ее охлаждения ультразвуком с частотой 24 кГц при мощности 145 Вт, обезжиривания и деминерализации образующихся жидких фракций получают сначала жидкий протеиновый полуфабрикат, который после сушки представляет собой протеиновую пищевую добавку со следующими показателями качества. Внешний вид: мелкодисперсный порошок светло-кремового цвета, вкус и запах - свойственные мясной сушеной продукции, натуральные, без неприятных и порочащих признаков, с легким запахом запеченного мяса. Содержание (в % массы): белка - 93, жира - 0,1, минеральных веществ - 0,6, воды - 6,3. Выход протеинов (степень экстракции) составляет 98% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 51,7 кДа, что свидетельствует об их высокой растворимости и хорошей усвояемости при отсутствии горечи. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 25% от массы сырья. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации составляют соответственно 98,5% и 97,9%. Пищевая протеиновая добавка с такими показателями качества хранится без признаков порчи при положительных температурах 18-20°С и без вакуумной упаковки 2 года. Цель изобретения достигается.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции термообработанного мясокостного сырья при добавлении водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, как 1:1, и выдержке смеси в течение 1 ч при температуре 35°С, последующей повторной термообработке при температуре 150°С и давлении 10 бар в течение 2 часов и постоянном воздействии на смесь после измельчения на всех операциях до ее охлаждения ультразвуком с частотой 22 кГц при мощности 140 вт, обезжиривания и деминерализации образующихся жидких фракций, их сушки получают жидкий протеиновый полуфабрикат, который после сушки представляет собой протеиновую пищевую добавку со следующими параметрами качества. Внешний вид: мелкодисперсный порошок светло-бежевого цвета, вкус и запах - свойственные мясной сушеной продукции, натуральные, без неприятных и порочащих признаков, с легким приятным запахом мясного бульона. Содержание (в % массы): белка - 91, жира - 1,1, минеральных веществ - 0,8, воды - 7,1. Выход протеинов (степень экстракции) составляет 96,3% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 87,7 кДа, что свидетельствует об их полной растворимости и усвояемости при отсутствии горечи. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 19% от массы сырья. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации составляют соответственно 94,5% и 95,9%. Пищевая протеиновая добавка с такими показателями качества хранится без признаков порчи при положительных температурах 18-20°С и без вакуумной упаковки 1 год 10 месяцев. Цель изобретения достигается.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции термообработанного мясокостного сырья при добавлении водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, как 1:3, и выдержке смеси в течение 3 часов при температуре 45°С, последующей повторной термообработке при температуре 170°С и давлении 12 бар в течение 4 часов и постоянном воздействии на смесь после измельчения на всех операциях до ее охлаждения ультразвуком с частотой 26 кГц при мощности 150 Вт, обезжиривания и деминерализации образующихся жидких фракций, их сушки получают жидкий протеиновый полуфабрикат, который после сушки представляет собой протеиновую пищевую добавку со следующими параметрами качества. Внешний вид: мелкодисперсный порошок светло-коричневого цвета, вкус и запах - свойственные мясной сушеной продукции, натуральные, без неприятных и порочащих признаков, с легким приятным запахом поджаренного мяса. Содержание (в % массы): белка - 94,3, жира - 0,05, минеральных веществ - 0,45, воды - 5,2. Выход протеинов (степень экстракции) составляет 98% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 12,3 кДа, что свидетельствует об их значительной растворимости и отличной усвояемости при отсутствии горечи. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 31% от массы сырья. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации составляют соответственно 99,1% и 98,3%. Пищевая протеиновая добавка с такими показателями качества хранится без признаков порчи при положительных температурах 18-20°С и без вакуумной упаковки 2 года и 2 месяца. Цель изобретения достигается.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции после термообработки путем добавления водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, ниже заявленного нижнего уровня соотношения (1:1, например 1:0,5) и выдержке смеси, менее заявленного минимального времени (1 ч), например, при 0,5 ч, при температуре, менее 35°С (например, при 33°С), и последующей повторной термообработке при температуре, ниже предлагаемого нижнего уровня (150°С), например, при 145°С, и давлении, ниже рекомендуемого (10 бар), например, при 9 бар, в течение времени, менее 2-4 ч (например, в течение 1,5 ч ), при постоянном воздействии на смесь после измельчения на всех операциях до ее охлаждения ультразвуком с частотой, менее 22-26 кГц (например, при 21 кГц), при мощности, менее 140-150 Вт (например, при 135 Вт), получают протеиновую добавку, содержащую белка менее 80%.
Готовый продукт представляет собой слипшуюся массу светло-бежевого цвета с сероватыми оттенками, при растворении остается осадок, при этом вкус и запах раствора имеют не совсем свойственные мясной сушеной продукции оттенки, с некоторыми неприятными признаками окислившегося жира. Неотделенные до конца минеральные вещества оставляют осадок при растворении добавки и обусловливают некоторый «скрип» на зубах. Содержание в добавке (в % массы): белка - 74,8, жира - 5.2, минеральных веществ - 7,4, воды - 12,6. Выход протеинов в добавку (степень экстракции) составляет 81,6% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 255,2 кДа, что свидетельствует об их невысокой растворимости и усвояемости. Массовый выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 15,1% от массы сырья, что указывает на неполную протеиновую экстракцию. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации составляют соответственно 84,2% и 82,7%, что свидетельствует о незаконченности процессов фракционирования. Протеиновая добавка с такими показателями качества не соответствует требованиям, предъявляемым к водорастворимым протеиновым добавкам по содержанию основного вещества и качеству, и не подлежит использованию и хранению.
Неполный выход белковой фракции из мясокостного сырья и негативные следствия способа обусловлены невыраженностью синергических эффектов от совокупности ферментативно-термического и УЗ-воздействия на осадочную фракцию при данных параметрах. В итоге разрыв оболочек всех клеток сырья, прежде всего, тропоколлагеновых фибрилл и спиралевидных минерализованных молекул коллагена не происходят до конца, следствием чего является недостаточно глубокий гидролиз, образование и переход лишь незначительной части белковых осколков в раствор, сушкой которого получают некачественную протеиновую пищевую добавку. При данных условиях способа образуется повышенное количество средне- и высокомолекулярных продуктов гидролиза коллагена (ММ 100-250 кДа), которые формируют гелеобразные включения (конгломераты), затрудняющие последующую сушку и образование протеиновой добавки требуемого качества. При этом костный жир, освобождающийся при деградации мясокостных тканей, не образует отдельной фракции при фракционировании гидролизованной системы, он связывается с гелеобразными протеиновыми включениями, в итоге полностью не отделяется, попадает в протеиновую фракцию, ухудшая качество целевого продукта и его хранимоспособность. Цель изобретения не достигается.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции, полученной после термообработки мясокостного сырья, путем добавления водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, превышающем предлагаемый верхний уровень заявленной величины (1:3), например, при 1:3,5, и выдержке смеси, более заявленного верхнего времени (3 ч), например, в течение 3,5 ч, при температуре, более заявленного верхнего уровня (45°С), например, при 50°С, при последующей повторной термообработке при температуре, более 170°С (например, при 175°С) и давлении, более 12 бар (например, 13 бар) в течение, более 4 ч (например 4,5 ч), при постоянном воздействии на смесь после измельчения на всех операциях до ее охлаждения ультразвуком с частотой, более 26 кГц (например, 27 кГц) при мощности, более 150 Вт (например, 155 Вт), получают сухую протеиновую добавку с массовым выходом, менее 15% от массы сырья.
Готовый продукт представляет собой слипшийся порошок темно-коричневого цвета с сероватыми оттенками, при растворении образуется осадок, вкус и запах раствора имеют не свойственные мясной сушеной продукции оттенки, с выраженными неприятными привкусами окислившегося жира и некоторой горечи. Содержание в продукте (в % массы): белка - 72,8, жира - 8,2, минеральных веществ - 5,4, воды - 13,6. Выход протеинов (степень экстракции) составляет 72,3% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 213,4кДа, что свидетельствует об их невысокой растворимости и усвояемости. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 14,1% от массы сырья, что указывает на неполную протеиновую экстракцию. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации суспензии составляют соответственно 76,7% и 79,8%, что свидетельствует о неполном обезжиривании и деминерализации добавки. Добавка с такими показателями качества не соответствует требованиям, предъявляемым к водорастворимым протеиновым пищевым добавкам, и не подлежит использованию и хранению.
Пониженный количественный выход протеинов из сырья и ухудшенная качественная характеристика добавки обусловлены несколькими факторами. При росте соотношения осадка и раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности происходит нежелательное оводнение системы. При этом в фермент, находящийся в разбавленном состоянии, претерпевающий более продолжительную выдержку в системе при одновременном УЗ-воздействии деградирует. Инактивация нативных свойств фермента наступает под действием повышения температуры, интенсифицирующегося за счет более мощного УЗ-воздействия, трансформирующееся в тепловую энергию, в результате чего повышается температура во всей системе. В итоге фермент, имеющий белковую природу, денатурирует, теряет нативные свойства и энзимологический эффект гидролиза не достигается. При этом кинетическая энергия захлопывающихся пузырьков, образующихся при УЗ-воздействии, сконцентрированная в уменьшенном объеме, превращается в силовой импульс, возникают электрокинетические явления, обусловленные направленным движением заряженных частиц, которые нарушают направленность и диффузию в системе. В результате снижается эффективность ферментации осадочной части, а вместо невязкого водного раствора низкомолекулярных протеинов образуется неравномерная каше- и киселеобразная масса, включающая нерастворимые частицы сырья. Эта масса чрезвычайно плохо сушится, при обезвоживании образуется липкая неоднородная масса, поэтому заданного качества в протеиновой добавке не формируется. Цель изобретения не достигается.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции термообработанного мясокостного сырья при добавлении водного раствора протеолитического фермента неколлагеназной специфичности (например, пепсина) при осуществлении способа по операциям и режимам в количественных пределах, заявленных в способе, получают протеиновую добавку с массовым выходом менее 10% от массы сырья. При этом добавка характеризуется следующим содержанием основных веществ (в % массы): белка - 68,1, жира - 12,1, минеральных веществ - 7,6, воды - 12,2. Выход протеинов (степень экстракции) составляет 67,3% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 198,2 кДа, что свидетельствует об их невысокой растворимости и усвояемости. Выход сухой протеиновой добавки составляет 8,1% от массы сырья, что указывает на неэффективную протеиновую экстракцию. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации суспензии составляют соответственно 71,3% и 73,8%, что свидетельствует о низком обезжиривании и деминерализации добавки. Добавка с такими показателями качества не соответствует требованиям, предъявляемым к водорастворимым протеиновым пищевым добавкам, и не подлежит использованию и хранению.
Пониженные количественные характеристики качества и уменьшенный выход протеинов из сырья обусловлены отсутствием коллагеназной специфичности у протеолитического фермента пепсина. Пепсин гидролизует в основном пептидные связи, образованные ароматическими аминокислотами (тирозином и фенилаланином), которые практически отсутствуют в мясокостном сырье. При этом пепсин осуществляет свои гидролизные функции расщепления белков и пептидов в диапазоне рН 1,9-3,9, т.е. в очень кислой среде, которой не создается в мясокостной системе при предлагаемых условиях гидролиза. В связи с этим энзимологическая (ферментативная) составляющая способа при данном варианте его осуществления не работает и цель изобретения не достигается.
Заявленное изобретение поясняется конкретными примерами его исполнения.
Пример 1.10 кг костей трубчатых говяжьих костей с кулаками (мослов) производства ЛЭАР «Голубево» Калининградской области, имеющих химический состав (в % массы): воды - 16,6; белка - 32,1;жира - 17,8; минеральных веществ - 33,5, измельчают, добавляют 20 л воды, гомогенизируют в жидкой среде. Смесь помещают в гидроклав с мешалкой, в котором проводят термообработку при температуре 160°С под давлением 11 бар в течение 3 часов при перемешивании и одновременном воздействии ультразвуком с частотой 24 кГц при мощности 145 Вт, что обеспечивается встроенным в гидроклав УЗ-прибором. После термообработки содержимое охлаждают до 40°С и центрифугируют при скорости вращения 3500 об/мин., что приводит к фракционированию смеси с образованием 3-х фракций с четкими границами: 1 -верхняя, сметанообразная (жировая), 2 - средняя, жидкая (протеиновая) и 3 - осадочная, твердая (белково-минеральная). Путем трикантирования все 3 фракции без потерь отделяются друг от друга, при этом получают 21,8 кг протеиновой жидкой фракции с содержанием белка 12,7%, жир в количестве 1,5 кг и осадочную белково-минеральную часть в количестве 6,7 кг. Последнюю направляют обратно в гидроклав на ферментативный гидролиз, для чего к ней добавляют 13,4 кг водного раствора протеолитического фермента алкалаза L 2,5, имеющего коллагеназную специфичность, с концентрацией 2,0% при соотношении осадок : раствор, как 1:2, получая при этом 20,1 кг смеси. Эту смесь выдерживают при перемешивании в гидроклаве 2 ч при температуре 40°С и одновременном воздействии ультразвуком с частотой 24 кГц при мощности 145 Вт. В течение данного времени под действием фермента и УЗ-обработки происходит физико-химический распад минерализованных коллагеновых комплексов на белковую и минеральную части. Далее смесь опять помещают в тот же гидроклав и термообрабатывают при температуре 160°С и давлении 11 бар в течение 3 часов при постоянном воздействии ультразвуком с частотой 24 кГц при мощности 145 Вт. Полученную в гидроклаве при вторичном термогидролизе смесь после охлаждения до 40°С фракционируют центрифугированием при 3500 об/мин, при этом получают три четких фракции (жировая, протеиновая и минеральная), которые без потерь разделяют трикантированием, получая 0,27 кг жира, 4,83 кг влажных минеральных веществ и 1,6 кг обезжиренной и деминерализованной жидкой протеиновой фракции с содержанием белка 25,5%. Эта протеиновая фракция соединяется с протеиновой фракцией, полученной при термогидролизе сырья (21,8 кг с содержанием белка 12,7%), в результате получается жидкая протеиновая масса в количестве 23,4 кг. Данный протеиновый водный раствор концентрируют в вакуумно-выпарном аппарате до содержания сухих веществ 50%, потом концентрат переносят в сублимационную установку, где высушивают до равновесного состояния влаги, получая 3,21 кг сухой протеиновой добавки. Полученная добавка имеет вид мелкодисперсного порошка светло-кремового цвета, полностью растворимого в воде, при этом вкус и запах приятные, свойственные натуральному сухому мясному бульону, без нехарактерных и порочащих признаков, с легким оттенком запеченного мяса. Содержание в протеиновой добавке (в % массы): белка - 95,0; воды - 4,85; жира - 0,05; минеральных веществ - 0,1. Молекулярная масса полученных протеинов составляет диапазон от 13,2 до 67,3 кДа (в среднем 40,3 кДа). Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 32,1% от массы сырья. Степень экстракции протеинов из сырья составляет 96%. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации составляют соответственно 98,5% и 97,9%. Пищевая протеиновая добавка с такими показателями качества хранится без признаков порчи при положительных температурах 18-20°С и без вакуумной упаковки 2 года. Дополнительно получают 1,77 кг жира и 3,25 кг минеральной добавки влажностью 32,7%, которые используют соответственно на производство мыла и минеральных удобрений. Процесс эффективен, поскольку целевые параметры достигаются.
Способ по данным параметрам рекомендуется.
Другие примеры осуществления способа с возможными вариантами сочетания параметров приведены в таблице 1. В примерах способа, приведенных в таблице 1, начиная с № 1-24, используется протеолитический фермент коллагеназной специфичности (алкалаза L 2,5); в примере № 25 - протеолитический фермент неколлагеназной специфичности (пепсин).
№ п/п
Соотношение осадка и раствора прот. фермента
Продолжительность выдержки осадка в растворе фермента
Темп-ра выдержки осадка в растворе фермента
Температура термообработки ферментированного осадка
Давление при термообработке ферментированного осадка
Продолжительность термообработки ферментированного осадка
Частота воздействия ультразвуком
Мощность воздействия ультразвуком
Характеристика целевого продукта
Рекомендации по использованию способа
1
1: 1
1 ч
35°С
150°С
10 бар
2ч
22 кГц
140 Вт
Добавка имеет вид порошка светло-желтого цвета, полностью растворяется в воде; вкус и запах раствора приятные, свойственные натуральному мясному бульону, без посторонних привкусов. Содержание в добавке (%): белка - 93,0; воды - 4,95; жира - 0,97; минеральных веществ 1,08. ММ низкомолекулярных протеинов (пептидов) - от 15,3 до 98,7 кДа (в среднем 57 кДа). Выход добавки составляет 30,7% от массы сырья. Степень экстракции протеинов из сырья 96 %. Продолжительность хранения без признаков порчи при положительной температуре 1 год 10 месяцев
рекомендуется
2
1: 3
3 ч
45°С
170°С
12 бар
4 ч
26 кГц
150 Вт
Показатели качества продукции идентичны указанным в п.1, за исключением того, что добавка имеет светло-бежевый цвет, легкий оттенок запеченного мяса. Содержание (в %): белка - 96,0; воды - 3,95; жира - 0,03%; минеральных веществ 0,02. ММ пептидов 11,1-22,3 кДа (ср. 16,7 кДа). Выход добавки 32,5% от массы сырья. Степень экстракции протеинов из сырья 98%. Продолжительность хранения без признаков порчи при положительной температуре 2 года 2 месяца
рекомендуется
3
1: 1
1 ч
40°С
160°С
11 бар
3 ч
24 кГц
145 Вт
Показатели качества продукции идентичны указанным в п.2, за исключением легких оттенков в цвете и запахе добавки, характерных для мясного продукта. Содержание (%): белка - 94,5; воды - 2,85; жира - 0,13%; минеральных веществ - 1,02. ММ пептидов 12,7-32,5 кДа (ср. 22,6 кДа). Выход добавки 31,6% от массы сырья. Степень экстракции протеинов 96,1%. Продолжительность хранения без признаков порчи при положительной температуре 1 год 11 месяцев
рекомендуется
4
1:2
2 ч
35°С
150°С
10 бар
2 ч
22 кГц
140 Вт
Показатели качества добавки идентичны указанным в п.1, за исключением химического состава (%): белка - 93,5; воды - 5,15; жира - 0,23; минеральных веществ 1,12. ММ пептидов 34,2-58,7 кДа (ср. 46,5 кДа). Выход добавки 31,1% от массы сырья. Степень экстракции протеинов 95,4%. Продолжительность хранения без признаков порчи при положительной температуре 1 год 11 месяцев
рекомендуется
5
1: 2
3 ч
45°С
170°С
12 бар
4 ч
26 кГц
150 Вт
Показатели качества добавки идентичны указанным в п.2, за исключением химического состава (%): белка - 95,8; воды - 3,45; жира - 0,09%; минеральных веществ - 0,66. ММ пептидов 19,6-28,4 кДа (ср. 24,0 кДа). Выход добавки 32,07% от массы сырья. Степень экстракции протеинов 96,8%. Продолжительность хранения без признаков порчи при положительной температуре 2 года 1 месяц
рекомендуется
6
1: 2
2 ч
35°С
150°С
10 бар
2 ч
22 кГц
140 Вт
Показатели качества добавки идентичны указанным в п. 4, при этом значения массовых долей веществ в химическом составе отличаются на недостоверную величину. ММ пептидов 44,2-68,9 кДа (ср. 56,6 кДа). Выход добавки 30,11% от массы сырья. Степень экстракции протеинов 93, 8% Продолжительность хранения без признаков порчи при положительной температуре 1 год 10 месяцев
рекомендуется
7
1: 2
2 ч
45°С
170°С
12 бар
4 ч
26 кГц
150 Вт
Все показатели качества добавки идентичны указанным в п. 2, химический состав по содержанию основных веществ отличается на недостоверную величину. ММ пептидов 10,9-24,5 кДа (ср. 16,7 кДа). Выход добавки 32,1% от массы сырья. Степень экстракции протеинов 97,4%. Продолжительность хранения без признаков порчи при положительной температуре 2 года 2 месяца
рекомендуется
8
1: 2
2 ч
40°С
150°С
11 бар
2ч
24 кГц
140 Вт
Все показатели идентичны указанным в примере 1, химический состав по содержанию основных веществ (в %) отличается на недостоверную величину. ММ пептидов 14,7-71,4 (ср. 43,1). Выход добавки составляет 31,8% от массы сырья. Степень экстракции протеинов из сырья составляет 95,6%. Продолжительность хранения без признаков порчи 2 года
рекомендуется
9
1: 2
2 ч
45°С
170°Сверх
12 бар
4 ч
26 кГц
145 Вт
Все показатели идентичны указанным в п. 7, химический состав по содержанию основных веществ (в %) отличается на недостоверную величину.  ММ пептидов 12,9-34,5 кДа (ср. 23,7 кДа). Выход добавки 31,8% от массы сырья. Степень экстракции протеинов 97,1%. Продолжительность хранения без признаков порчи при положительной температуре 2 года 1 месяц
рекомендуется
10
1: 2
2 ч
40°С
150°С
10 бар
2 ч
22 кГц
150 Вт
Все показатели идентичны указанным в п. 8, химический состав по содержанию основных веществ (в %) отличается на недостоверную величину  ММ пептидов 23,7-78,4 (ср. 53,1). Выход добавки составляет 30,8% от массы сырья. Степень экстракции протеинов из сырья составляет 96,2%. Продолжительность хранения без признаков порчи 1 год 11 месяцев
рекомендуется
11
1: 3
3 ч
40°С
160°С
12 бар
3 ч
24 кГц
140 Вт
Все показатели идентичны указанным в п. 2, химический состав по содержанию основных веществ (в %) отличается на недостоверную величину. ММ пептидов 13,8-32,7 кДа (ср. 23,3 кДа). Выход добавки 31,9% от массы сырья. Степень экстракции протеинов из сырья 97,3%. Продолжительность хранения без признаков порчи при положительной температуре 2 года 1 месяц.
рекомендуется
12
1: 2
2 ч
40°С
160°С
10 бар
2ч
22 кГц
140 Вт
Все показатели идентичны указанным в п. 1, химический состав по содержанию основных веществ (в %) отличается на недостоверную величину. ММ пептидов - от 18,3 до 88,3 кДа (в среднем 53,3 кДа). Выход добавки составляет 31,2% от массы сырья. Степень экстракции протеинов из сырья 96,4 %. Продолжительность хранения без признаков порчи при положительной температуре 1 год 11 месяцев
рекомендуется
13
1:0,5
0,5 ч
30°С
140°С
9 бар
1 ч
21 кГц
130 Вт
Добавка не рассыпается, имеет вид вязкой мажущейся массы грязно-желтого цвета; при растворении дает осадок минерально-жирового характера; во вкусе и запахе раствора есть несвойственные и неприятные ноты. Содержание (в %): белка - 75,15; воды - 14,21; жира - 3,12%; минеральных веществ 7,52. ММ протеинов/пептидов 215-287 кДа (ср. 251 кДа). Выход добавки составляет 14,7% от массы сырья. Степень экстракции протеинов из сырья - 78,1%, что свидетельствует о неполном извлечении белковой составляющей из сырья. Продукт по качеству не соответствует требованиям, предъявляемым к пищевым водорастворимым протеиновым добавкам, не подлежит хранению.
не рекомендуется
14
1:4
4 ч
50°С
180°С
13 бар
5 ч
27 кГц
160Вт
Добавка не рассыпается, представляет собой слипшийся порошок темно-коричневого цвета, при растворении дает осадок, вкус и запах - неприятные, нехарактерные для сушеного мяса, с оттенками окислившегося жира и горечи. Средняя ММ протеинов/пептидов 207 кДа. Содержание (в % массы) белка - 71,12, жира - 8.25, минеральных веществ - 5,14, воды - 15,49. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 13,12% от массы сырья. Степень экстракции протеинов из сырья - 71,12, что свидетельствует о неполном извлечении белковой составляющей из сырья. Выход сухой добавки составляет 14,5% от массы сырья. Продукт по качеству не соответствует требованиям, предъявляемым к пищевым водорастворимым протеиновым добавкам и не подлежит хранению.
не рекомендуется
15
1:0,5
4 ч
50°С
180°С
13 бар
5 ч
27 кГц
160 Вт
Органолептические показатели качества добавки идентичны указанным в п. 14; физико-химические величины состава, молекулярной массы, выхода добавки и степени экстракции протеинов отличаются на недостоверную величину. Добавка по качеству не соответствует требованиям пищевой продукции и не подлежит хранению.
не рекомендуется
16
1:4
4 ч
50°С
180°С
13 бар
5 ч
27 кГц
160 Вт
Органолептические показатели качества добавки идентичны указанным в п. 14; физико-химические величины состава, молекулярной массы, выхода добавки и степени экстракции протеинов отличаются на недостоверную величину. Добавка по качеству не соответствует требованиям пищевой продукции и не подлежит хранению.
не рекомендуется
17
1:0,5
0,5 ч
50°С
180°С
13 бар
5 ч
27 кГц
160Вт
Органолептические показатели качества добавки идентичны указанным в п. 14; физико-химические величины состава, молекулярной массы, выхода добавки и степени экстракции протеинов отличаются на недостоверную величину. Добавка по качеству не соответствует требованиям пищевой продукции и не подлежит хранению.
не рекомендуется
18
1:4
4 ч
30°С
140°С
9 бар
1 ч
21 кГц
130Вт
Органолептические показатели качества добавки идентичны указанным в п. 13; физико-химические величины состава, молекулярной массы, выхода добавки и степени экстракции протеинов отличаются на недостоверную величину. Добавка по качеству не соответствует требованиям пищевой продукции и не подлежит хранению.
не рекомендуется
19
1:0,5
0,5 ч
50°С
140°С
9 бар
1 ч
21 кГц
130Вт
Органолептические показатели качества добавки идентичны указанным в п. 13; физико-химические величины состава, молекулярной массы, выхода добавки и степени экстракции протеинов отличаются на недостоверную величину. Добавка по качеству не соответствует требованиям пищевой продукции и не подлежит хранению.
не рекомендуется
20
1:0,5
0,5 ч
30°С
140°С
9 бар
1 ч
21 кГц
130Вт
Органолептические показатели качества добавки идентичны указанным в п. 13; физико-химические величины состава, молекулярной массы, выхода добавки и степени экстракции протеинов отличаются на недостоверную величину. Добавка по качеству не соответствует требованиям пищевой продукции и не подлежит хранению.
не рекомендуется
21
1:0,5
0,5 ч
30°С
180°С
13 бар
5 ч
27 кГц
160Вт
Органолептические показатели качества добавки идентичны указанным в п. 13; физико-химические величины состава, молекулярной массы, выхода добавки и степени экстракции протеинов отличаются на недостоверную величину. Добавка по качеству не соответствует требованиям пищевой продукции и не подлежит хранению.
не рекомендуется
22
1:0,5
0,5 ч
30°С
140°С
13 бар
5 ч
27 кГц
160Вт
Органолептические показатели качества добавки идентичны указанным в п. 13; физико-химические величины состава, молекулярной массы, выхода добавки и степени экстракции протеинов отличаются на недостоверную величину. Добавка по качеству не соответствует требованиям пищевой продукции и не подлежит хранению.
не рекомендуется
23
1:4
4 ч
30°С
140°С
13 бар
5 ч
27 кГц
160Вт
Органолептические показатели качества добавки идентичны указанным в п. 13; физико-химические величины состава, молекулярной массы, выхода добавки и степени экстракции протеинов отличаются на недостоверную величину. Добавка по качеству не соответствует требованиям пищевой продукции и не подлежит хранению.
не рекомендуется
24
1:4
4 ч
30°С
180°С
13 бар
5 ч
27 кГц
160Вт
Органолептические показатели качества добавки идентичны указанным в п. 13; физико-химические величины состава, молекулярной массы, выхода добавки и степени экстракции протеинов отличаются на недостоверную величину. Добавка по качеству не соответствует требованиям пищевой продукции и не подлежит хранению.
не рекомендуется
25
1:2
2 ч
40
160°С
11 бар
3 ч
24 кГц
145 Вт
Добавка имеет органолептические характеристики, идентичные описанным в п.1. Химический состав (в % массы): белка - 68,1, жира - 12,1, минеральных веществ - 7,6, воды - 12,2. Выход протеинов 67,3% от их содержания в сырье. ММ протеинов 198,2 кДа, растворимость 79,6%. Выход сухой добавки 8,1% от массы сырья. Степень обезжиривания и деминерализации соответственно 71,3% и 73,8%. Добавка с такими показателями качества не соответствует требованиям, предъявляемым к водорастворимым протеиновым пищевым добавкам, не подлежит использованию и хранению. Способ не эффективен
не рекомендуется
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности способа получения протеиновой пищевой добавки из мясокостного сырья, типа трубчатых и реберных костей крупного рогатого скота, которое практически не перерабатывается из-за высокой минерализации и повышенной прочности, за счет увеличения выхода и улучшения качества готовой продукции. Повышение выхода протеиновой части сырья в воду при практически полной экстракции гидролизованных до растворимого состояния коллагеновых и проколлагеновых белков сырья и улучшения качества конечных продуктов гидролиза обусловлены образованием из высокомолекулярных белков низкомолекулярных пептидов (ММ 10-10 кДа). Качество целевого продукта повышается также за счет практически полной очистки продуктов гидролиза от сопутствующих веществ (минеральных фракций и жира), распадающихся до нерастворимого в воде состояния, что в совокупности повышает содержание в протеиновой добавке биологически активных пептидов и улучшает ее хранимоспособность.
Описанный целевой эффект достигается совокупностью предлагаемых операций и сочетанием их количественных параметров. Ключевым моментом изобретения является введение ферментативного гидролиза осадочной части сырья протеолитическими ферментами коллагеназной специфичности и повторной термообработки ферментированной мясокостной смеси, проводимых под действием ультразвука на этих операциях, а также при термогидролизе натурального сырья. Это позволяет углубить процессы деструкции всех клеток и полимерных молекул сырья, прежде всего, высокоминерализованных высокомолекулярных коллагеновых молекул, перевести их в состояние низкомолекулярных протеинов и пептидов, которые растворимы в воде и поэтому практически полностью экстрагируются водой, что позволяет достичь цели способа в части повышения выхода и качества протеиновой добавки. При таких способах и режимах обработки разрушаются практически все клетки тканей сырья, в том числе жировые и белково-минеральные комплексы, что обусловливает практически полный переход в свободное состояние не только протеинов, но и костного жира, а также связанных минеральных веществ. В таком состоянии они подлежат четкому разделению, обусловленному чистотой фракций и разницей удельных весов, что позволяет в дальнейшем без потерь отделять от протеинов жировые и минеральные части и достигать, таким образом, повышенной химической чистоты целевой добавки. Качество последней также повышается за счет существенного уменьшения молекулярной массы протеинов в 10-100 раз, что гарантирует получение низкомолекулярных водорастворимых пептидов повышенной физиологической активности с ММ 10-100 кДа, которые отличаются быстрой усвояемостью организмом, проявлением многих полезных биологических эффектов (антиоксидантного, иммуномодулирующего, анаболического и др.), а также характеризуются антиаллергенностью. Повышение эффективности способа обусловлено также дополнительным получением жирового и минерального продуктов, потенциально используемых на технические и сельскохозяйственные цели, которые востребованы в различных отраслях промышленности.
Для получения необходимого технического результата в способе получения протеиновой пищевой добавки из мясокостного сырья, включающем измельчение сырья, гомогенизацию в жидкой среде, ферментативный гидролиз, термообработку при температуре 150-170°С и давлении 10-12 бар в течение 2-4 часов, охлаждение, фракционирование с разделением на осадочную и жидкую фракции, обезжиривание и сушку жидкой фракции, после термообработки осадочную  фракцию подвергают ферментативному гидролизу, для чего добавляют водный раствор протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, как 1:1-1:3, и смесь выдерживают в течение 1-3 часов при температуре 35-45°С, затем повторно термообрабатывают полученную смесь, кроме того, операции ферментативного гидролиза и термообработки осуществляют под воздействием ультразвука с частотой 22-26 кГц при мощности 140-150 Вт.
Достоинством предложенного способа является получение специфических пептидов, состав и свойства которых определяются не только их химической чистотой, но и аминокислотным составом. Уникальность последнего обусловлена как исходным составом аминокислот в коллагеновых волокнах мясокостного сырья, так и специфическими режимами и параметрами предлагаемого способа. В получаемой по способу добавке содержатся биологически активные аминокислоты (в % массы белка): 12,6 глицина; 9,4 пролина и его производных (9,5 оксипролина); 9,3 глютаминовой кислоты; 7,2 аргинина; 6,1 аспарагиновой кислоты; 5,8 аланина; 3,6 лейцина; 2,7 лизина и других аминокислот натурального происхождения. Именно эти аминокислоты, поступая в организм в составе пищевой добавки, обусловливают эффективные пластические процессы, обеспечивают рост и регенерацию костей и хрящей опорно-двигательного аппарата, балансируют все метаболические процессы, нормализуют нервную деятельность, положительно влияют на многие другие физиологические функции организма.
Важным преимуществом способа является использование для получения эффективной и биологически ценной протеиновой добавки дешевого сырья, практически не перерабатываемого на пищевые цели (трубчатые и реберные кости КРС). При стоимости их 20-30 руб/кг из 10 кг, в зависимости от вида, получают 2,7-3,1 кг чистой пищевой протеиновой добавки рыночной стоимостью 500-1000 руб./кг. При этом дополнительно способ позволяет получить 1-2 кг костного жира и 3-4 кг минеральной кальциево-фосфорной добавки, имеющих рыночную стоимость соответственно 300-400 руб./кг и 100-200 руб./кг. Потенциальная комплексность переработки повышает экономическую рентабельность предлагаемого способа.
Внедрение предлагаемого способа в производство позволит развивать в мясной отрасли комплексность и безотходность производства, получать ценные продукты дополнительной стоимости из дешевого недоиспользуемого сырья, обеспечить экологичность процессов, внедрять высокотехнологичные линий, гарантировать постоянство химического состава целевого продукта.
Получаемую из мясокостного сырья протеиновую добавку рекомендуется использовать в пищевой отрасли в качестве самостоятельно употребляемого продукта (при белковом дефиците в питании), а также в качестве обогащающего аминокислотами элемента (например, при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий, бедных протеинами). Применение получаемой добавки будет целесообразным в технологии соусов (в качестве стабилизатора и эмульгатора), в производстве аналоговых и функциональных продуктов, биологически активных добавок в спортивном и геродиетическом питании. Потенциально возможно использовать добавку для получения микробиологических сред, в кормопроизводстве, косметической и фармацевтической отраслях в составе кремов и питательных композиций. Реализация способа повысит качество жизни людей через биологически активное белковое питание, дефицит которого особенно ощутим среди социально значимых слоев населения.