Способ получения белковой основы для бактериологических питательных сред

 

Использование: при изготовлении питательных сред, например, для ветеринарии. Сущность изобретения: мясокостное сырье помещают в закрытый объем, где обрабатывают острым паром при давлении 1,5-5 атм. После не менее 2,5 часов обработки объем герметизируют, и выдерживают продукт в течение не менее 4 часов до конечной температуры не ниже 100^oС. Бульон фильтруют, сушат, и полученный порошок разбавляют, при температуре не выше 50^oС добавляют фермент животного происхождения, и при величине рН не ниже 8,1 проводят гидролиз в течение не менее 2,5 часа, после чего доводят рН до уровня 4,3, кипятят, фильтруют, увеличивают величину рН до не менее 7,9, повторно кипятят продукт и фильтруют. Далее продукт может быть высушен. 7 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам приготовления основ питательных сред, используемых, например, в ветеринарии и других областях.

Известен способ получения белковой основы, включающий тепловое воздействие на мясное сырье и расщепление мяса панкреатином, что позволяет довести белки мяса до полипептидов и аминокислот (1). Применение ферментативного гидролиза позволяет увеличить в 2-3 раза выход пептидов и аминокислот, улучшить качество белковых основ.

Однако данный способ трудоемок, длительность обработки достигает 10-12 дней, причем, в данном случае требуется мясо высокой категории.

Известен способ получения белковой основы, включающий тепловое воздействие на мясокостное сырье, получение бульона и дальнейший ферментативный гидролиз этого бульона (2).

Гидролиз с применением поджелудочной железы позволяет получить эффективную основу для питательных сред, однако из-за недостаточного количества аминокислот и пептонов основа не является удовлетворительным продуктом для производства питательных сред.

Наиболее близким к заявленному является способ, включающий тепловую обработку в закрытом объеме острым паром находящегося в воде мясокостного сырья после обвалки туш, преимущественно крупного рогатого скота, при давлении в данном объеме 1,5-5 атм и отделение полученного бульона, высушивание его, растворение в воде в соотношении не менее 1:10, добавление к полученному раствору фермента животного происхождения и последующий гидролиз при температуре не выше 50^oC Цельсия и величине рН не ниже 8,1 в течение не менее 2,5 часов, после чего доведение рН содержимого до уровня не менее 4,3, кипячение, фильтрацию, увеличение рН до 7,9, повторное кипячение и фильтрацию полученного ферментативного гидролизата (3).

Известно, что после обвалки на костях остается 5-8% хрящевой ткани и до 20% к весу кости мышечной ткани. В хрящевой ткани содержится до 20% белковых и до 2,2% минеральных веществ, а коллаген составляет до 34% к массе сухой обезжиренной кости. Под действием температуры происходит сваривание коллагена, что сопровождается разрывом водородных связей, удерживающих полипептидные цепи в трехмерной структуре коллагена. Эти цепи в результате изгибаются и скручиваются, структура коллагена разрыхляется. При дальнейшем нагреве происходят пептизация коллагена с образованием глютина и его гидролиз. Конечным продуктом являются свободные аминокислоты.

В бульоне из мясокостного сырья содержится (в к исходному сырью) абсолютно сухого вещества до 14, белка до 10, фосфора до 0,2, кальция - до 0,06, хлористого натрия до 0,09.

В данном случае продукт используется в жидком и сухом виде, перед сушкой осуществляются фильтрация и его сепарирование.

В составе этого продукта содержится 19 аминокислот (в-ном отношении к белку): 1. Цистин и 2. Цистатионин 12,84+0,39 3. Лизин 7,53+0,54 4. Аргинин 10,85+1,15 5. Глицин и 6. Серин 24,0+0,84 7. Аспарагиновая кислота и 8. Оксипролин 1,66+0,15 9. Треонин и 10. Глутаминовая кислота 13,24+0,38
11. Аланин 5,7+0,28
12. Пролин 3,07+0,26
13. Тирозин 3,44+0,66
14. Валин и
15. Метионин 3,77+0,33
16. Фенилаланин 3,87+0,25
17. Лейцин 4,35+0,33
18. Орнитин 5,72+0,9
19. Тpиптофан 2,8+0,1
В известном способе существенным является соотношение белкового продукта и воды. Для улучшения фильтрации продукт подкисляли соляной кислотой, кипятили, подщелачивали и повторно кипятили, после чего фильтровали.

Поскольку конечный продукт содержит всего 19 аминокислот, то этого недостаточно для питания многих патогенных микроорганизмов, кроме того, продукт является нестабильным при хранении.

Целью заявляемого способа является получение из указанного сырья продукта более высокой питательной ценности и стандартного состава.

Данная цель достигается тем, что тепловую обработку острым паром осуществляют в течение не менее 2,5 часов при температуре конденсации пара, соответствующей упомянутой величине давления, после чего герметизируют закрытый объем обработки и выдерживают сырье в полученном бульоне не менее 4 часов до конечной температуры бульона не менее 100 ^oC, при этом, добавляют фермент в количестве не менее 30% от объема бульона. При этом перед тепловой обработкой мясокостное сырье измельчают, а соотношение массы сырья к массе воды составляет не менее 3:1, полученный бульон фильтруют и сепарируют. Кроме того, в качестве фермента животного происхождения используют нативную поджелудочную железу крупного рогатого скота (КРС) или свиней или экстракт указанной железы. Причем в качестве фермента животного происхождения используют панкреатин. В процессе гидролиза смесь перемешивают, а полученный гидролизат сушат до порошкообразной консистенции.

Поиск, проведенный по патентной и технической литературе, показал, что заявленная совокупность не известна, т.е. она соответствует условию патентоспособности "новизна".

Поскольку имеется потребность и получении продукта таким способом, то заявленное соответствует условию "промышленная применимость".

А так как продукт получается с более высокими свойствами и получение продукта с такими именно свойствами и качеством не очевидно для среднего специалиста, то заявленное соответствует условию "изобретательский уровень".

Способ осуществляется следующим образом.

Мясокостное сырье после обвалки туш, преимущественно КРС, загружают в емкость, например емкость для вытопки жира из кости, и заливают его водой. При этом соотношение сырья к воде выбирают не менее 3:1. Следует отметить, что при необходимости сырье перед загрузкой измельчают, после чего емкость закрывают, настраивают предохранительный клапан на давление в диапазоне от 1,5 до 5 атм и в емкость подают острый пар под давлением, температура конденсации в емкости обработки которого соответствует упомянутой величине давления, т. е. существенно превышает 100^oC и определяется по известной зависимости температуры от давления фазового перехода воды из жидкого состояния в газообразное.

Указанную обработку осуществляют а течение менее 2,5 часов, при этом выделяющийся из кости жир, собирающийся на поверхности жидкости, можно периодически удалять. По окончании времени тепловой обработки прекращают подачу пара и герметизируют объем обработки, например перекрывают все входные и выходные патрубки, а предохранительный патрубок достаточно герметизирует патрубок отвода пара.

После герметизации сырье выдерживают в полученном бульоне не менее 4 часов до конечной температуры бульона не менее 100^oC, это достигается качеством теплоизоляции емкости для обработки. После этого полученный бульон удаляют, при необходимости отделяя его от слоя жира, фильтруют, сепарируют и сушат, например, до порошкообразного состояния.

Полученный белковый продукт, промежуточное сырье для гидролизата, содержит (в на абсолютно сухое вещество) не менее 94,5 белка, 0,3 фосфора, 0,6 кальция, 0,9 хлористого натрия, 0,5 зольных веществ, 0,6 жироподобных веществ, что по некоторым позициям в 2-10 раз превышает показатели известного белкового продукта (по прототипу) и содержит 27 аминокислот, что существенно превышает известный аминокислотный состав. Полученный белковый продукт имеет следующий аминокислотный состав (мг/100 мг):
1,2 цистин и цистатионин 0,454
3 лизин 2,086
4 аргинин 4,538
5 глицин 5,996
6 серин 2,337
7 аспарагин 3,678
8 -аспарагиновая кислота 9 глутамин 4,135
10 глутаминовая кислота
11 гидроксипролин 6,695
12 треонин 1,219
13 аланин 4,869
14 пролин 9,667
15 тирозин 1,096
16 валин 0,546
17 метионин 0,689
18 фениалаланин 1,522
19 лейцин 2,470
20 орнитин 0,287
21 изолейцин 0,509
22 гистидин 0,802
23 этаноламин 0,209
24 тирптофан 0,095
25 А-аминомасляная кислота 0,320
26 В-аминомасляная кислота 0,155
Гамма-аминомасляная кислота 0,148
Таким образом, начиная с 21-й позиции аминокислотного состава белкового продукта, перечислены аминокислоты, ранее не встречавшиеся в известных белковых продуктах, полученных методами тепловой обработки мясокостного сырья и являющихся основами для гидролизата.

Следует отметить, что наиболее эффективно в этом случае сырье КРС, поскольку свиное сырье дает значительное количество жира, который трудно отделить от полученного бульона. Аналогичный недостаток, хотя и в меньшей степени, присущ и сырью, полученному после обвалки бараньих туш, хотя следует отметить, что во всех случаях полученный из свиных и бараньих туш промежуточный белковый продукт несравненно более эффективен, чем известный промежуточный белковый продукт.

Более длительное тепловое воздействие при температуре до 130^oC и последующая выдержка сырья в бульоне позволяют более эффективно провести процесс пептизации коллагена кости и гидролиз коллагена, что и обусловливает более широкий спектр аминокислот в получаемом бульоне и большую насыщенность бульона химическими соединениями.

После получения белкового продукта в виде бульона его сепарируют и фильтруют, и далее сушат до порошкообразного состояния. После этого разводят в воде при соотношении не менее 1:10 при температуре около 70^oC и выше до полного растворения. Далее добавляют соответствующий фермент, например, поджелудочную железу КРС, и ведут гидролиз при температуре на выше 50^oC и при рН не ниже 8,1. Следует отметить, что каждый градус позволяет уменьшить время накапливания азотистых веществ, что существенно, т.к. при температуре в 38^oC их накапливается в течение 17 часов столько же, сколько и при температуре 50^oC за 2 часа. При этом максимум накопления пептонов и аминного азота достигается за первые 1,5-2 часа. Далее рН продукта доводят до уровня не менее 4,3, кипятят и фильтруют продукт. Конечный продукт можно высушивать до порошкообразного состояния, а в качестве фермента использовать не только нативную указанную железу, но и ее экстракт или панкреатин.

Пример конкретной реализации способа. Мясокостное сырье после обвалки туш из цеха разделки поступает на измельчение, где сырые кости, сухожилия, хрящи и т.д. перемалывают на фракции длиной не более 5 см, после чего измельченное сырье загружают в емкости для вытопки костного жира, в которых наиболее просто реализовать процесс тепловой обработки. Настраивают предохранительный клапан на 2 атм, начинают подачу острого пара в емкость. Температура в емкости при этом поднимается до 120^oC, излишнее давление в емкости сбрасывается через предохранительный клапан. Под воздействием температуры среды костный жир выделяется из кости и собирается в верхней части емкости. По истечении 1-2 часов можно посредством расположенного в верхней части патрубка слить образовавшийся слой жира, но можно удалить жир в конце обработки. Тепловое воздействие на сырье приводит к образованию полипептидных цепей глютина, который растворяется в воде, а при температуре около 100^oC происходит гидролиз коллагена, продуктом которого являются свободные аминокислоты, находящиеся в бульоне. Выход бульона при этом составляет 40% к массе сырья.

После воздействия острым паром через 2,5 часа перекрывают все патрубки, чем герметизируют емкость, и осуществляют выдержку сырья в бульоне в течение 4 часов. В процессе этой выдержки также происходит насыщение бульона свободными аминокислотами, т. е. из кости практически полностью утилизируются коллагеновые волокна, и обеспечивается более широкий набор аминокислот в полученном бульоне, который потом фильтруют и сушат.

При использовании давления в 1,5 атм концентрация сухих веществ достигает в бульоне 7-8% в то время как использование давления в 5 атм позволяет получить до 20% сухих веществ в бульоне.

Исследования влияния времени теплового воздействия на концентрацию сухих веществ в бульоне показали, что 7% являются минимальной величиной, меньше которой не будет образовываться достаточного количества незаменимых аминокислот в необходимом количестве. А исследования времени выдержки сырья после обработки острым паром показали, что процесс гидролиза продукта пептизации коллагеновых волокон кости на приемлемом (до 80%) уровне завершается за 4 часа, что полностью удовлетворяет степени готовности получаемого белкового продукта при конечной температуре бульона не ниже 100^oC.

Следует отметить, что только совокупность всех этапов теплового воздействия на мясокостное сырье не только в очень высокой степени провести деструкцию коллагеновых волокон кости, но и завершить процесс гидролиза коллагена. Простым же тепловым воздействием нельзя достичь такой степени деструкции, аналогично, как и при других воздействиях с последующей выдержкой мясокостного сырья в бульоне невозможно получить такую степень гидролиза и, следовательно, указанный спектр аминокислот в составе нового белкового продукта, который был ранее не известен.

Состав полученного белкового продукта, состоящего по меньшей мере не 95% (в сухом виде) из белка, обусловливает его широкое применение в качестве основы для производства питательного гидролизата и является более эффективной белковой основой, чем мясная вода, ферментативные гидролизаты мяса (мясные перевары Хоттингера), казеина и т.д.

Далее полученный продукт растворяли в объеме воды при концентрации 1:10, раствор кипятили в течение 10 минут, после чего доливали водой до первоначального объема для соблюдения первоначальной концентрации. После этого в продукт при температуре 40^oC добавляли тщательно очищенную от жира и пленок поджелудочную железу КРС в соотношении 30% от объема бульона.

Гидролиз проводили при температуре 48-49^oC и величине рН не ниже 8,1 в течение 2,5 часа, затем гидролизат доводили до рН не менее 4,3, кипятили 10 минут, фильтровали, подщелачивали до рН до величины не менее 7,9, например до 8, повторно кипятили.

Поскольку по сравнению с мясом порошкообразный белковый продукт имеет более богатый стандартный состав, содержит в 4 раза больше белка, пептонов, 27 аминокислот и минеральные вещества, то гидролизаты на основе порошка данного белкового продукта значительно качественней гидролизатов из других продуктов.

Степень расщепления белка при изготовлении гидролизатов белкового продукта составляет 0,8, казеина 0,36, мяса, рыбы 0,4.

В ферментативных гидролизатах белкового продукта содержится: общего азота 2000-2200 мг, аминного азота 1260-1480 мг, пептонов 4-6 мг на ед.веса, 27 аминокислот, что почти в 2 раза больше, чем в переваре Хоттингера.

Полученная в процессе реализации способа белковая основа оказалась в 2 раза эффективнее известного мясокостного продукта, в 2,7 раза эффективнее рыбной муки, в 5,3 раза рыбы и т.д. Кратность замены данного белкового продукта другими известными белковыми продуктами при изготовлении питательной основы составляет от 2 до 10 раз.

При этом, в ряде случаев, например при выращивании особо "прихотливых" патогенных бактерий, полученный из белкового продукта гидролизат является единственно возможной основой для питательных сред.

Доступность мясокостного сырья и возможность использования для получения белкового продукта в жидкой его фазе стандартного оборудования для вытопки костного жира позволяют в кратчайшие сроки наладить получение данной белковой основы для бактериологических питательных сред с широким спектром применения.

Формула изобретения

1. Способ получения белковой основы для бактериологических питательных сред, включающий тепловую обработку в закрытом объеме острым паром находящегося в воде мясокостного сырья после обвалки туш преимущественно крупного рогатого скота, при давлении в данном объеме 1,5 5,0 атм и отделение полученного бульона, высушивание его, растворение в воде в соотношении не менее 1: 10, добавление к полученному раствору фермента животного происхождения и последующий гидролиз при температуре не выше 50^oC и pH не ниже 8,1 в течении не менее 2,5 ч, после чего доведение pH содержимого до уровня не менее 4,3, кипячение, фильтрацию, увеличение pH раствора до 7,9, повторное кипячение и фильтрацию полученного ферментативного гидролизата, отличающийся тем, что тепловую обработку острым паром осуществляют в течении не менее 2,5 ч при температуре конденсации пара, соответствующей упомянутой величине давления, после чего герметизируют закрытый объем обработки и выдерживают сырье в полученном бульоне не менее 4 ч до конечной температуре бульона не менее 100^oC, при этом добавляют фермент в количестве не менее 30% от объема бульона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед тепловой обработкой мясокостное сырье измельчают.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение массы мысокостного сырья и массы воды перед тепловой обработкой в закрытом объеме обработки составляет не менее 3:1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный бульон фильтруют и сепарируют.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фермента животного происхождения используют нативную поджелудочную железу крупного рогатого скота или свиней или экстракт указанной железы.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фермента животного происхождения используют панкреатин.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе гидролиза реагирующую смесь перемешивают.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный ферментативный гидролизат сушат до порошкообразной консистенции.