Способ получения белковой пищевой добавки

 

Изобретение относится к биотехнологическим методам получения белковой композиции из животного сырья, а именно к способам получения белковой добавки из вторичных продуктов птицеперерабатывающей промышленности, которая может быть использована в пищевой промышленности и медицине. Способ получения белковой пищевой добавки предусматривает измельчение мясокостного сырья на волчке, перемешивание с водой, обезжиривание на центрифуге, гидролиз ферментными препаратами при температуре 40-50°С и рН 6,5-7,8, отделение осадка от гидролизата на центрифуге, нагрев гидролизата до температуры 90-100°С с выдержкой 10-15 мин и сушку на распылительной сушилке. В качестве исходного сырья используют вторичные продукты переработки птицы. Его перед измельчением подвергают тепловой обработке в автоклаве при температуре 120-123°С, давлении 0,1 МПа в течение 30 мин. Смешивание с водой производят при соотношении сырья и воды 1:15 соответственно. Перед ферментативным гидролизом доводят рН среды до 7,0-7,2 путем внесения 1 н. раствора гидроксида натрия. В качестве ферментного препарата используют раствор коллагеназы, который готовят путем растворения в буферном растворе с рН 7,2 при соотношении ферментного препарата и буфера 1:12 соответственно. Внесение раствора ферментного препарата коллагеназы или протосубтилина Г10Х осуществляют из расчета 30-50 единиц протеолитической активности на 1 г белка обрабатываемого сырья. Продолжительность обработки составляет при этом 2,5-3 ч. Это позволяет обеспечить замену ферментно-эндокринного и мясного сырья на вторичное сырье птицеперерабатывающей промышленности, повышение выхода готового продукта, регулирование фракционного состава гидролизата, улучшение органолептических показателей продукта. При этом улучшаются функциональные возможности добавки, повышается ее биологическая ценность за счет обогащения минеральными веществами, пищевыми волокнами. 2 табл., 14 ил.

Изобретение относится к биотехнологическим методам получения белковой композиции из животного сырья, а именно к способам получения белковой добавки из вторичных продуктов птицеперерабатывающей промышленности, которая может быть использована в пищевой промышленности и медицине.

Известен способ получения белковой пищевой добавки [Патент России 2075944, МКИ⁶ А 23 J 1/02. Способ получения белковой пищевой добавки/ В.Г.Морозов, В.Х.Хавинсон (Россия). - №96104838/13; Заявлено 25.03.96. Опубл. 27.03.97. Бюл. №9], предусматривающий экстракцию подготовленного животного сырья (измельченных замороженных органов и тканей млекопитающих) с использованием в качестве экстрагента 1-2,5% раствора углекислого натрия при рН 10,4-10,8 в течение 2-4 ч с добавлением 0,1-0,5% хлористого магния. Соотношение объемов экстрагируемой ткани и раствора соды находится в диапазоне от 1:8 до 1:20. Затем проводят отделение осадка фильтрацией или на центрифуге, подкисление экстракта до рН 3,8-5,5, удаление балластных веществ центрифугированием, промывку осадка органическими растворителями и высушивание его в токе горячего воздуха при температуре 55°С.

Недостатками известного технического решения являются:

невысокий выход белков и пептидов из животного сырья;

ограниченность ресурсов вследствие использования в качестве источника получения пищевого белка ферментно-эндокринного сырья, производство которого сопряжено со сложностью извлечения ресурсов, плохой хранимостью и целесообразностью использования его для получения ферментных и гормональных препаратов;

необходимость дополнительного и постоянного контроля содержания гормонов в добавке и невозможность ее использования в пищевых продуктах без соответствующих испытаний;

значительная продолжительность и многостадийность технологического процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения белкового гидролизата из мясного и мясокостного сырья убойных животных [Патент России 2112397, МКИ⁶ А 23 J 1/10, С 12 N 9/64. Способ получения белкового гидролизата из мясного и мясокостного сырья убойных животных/ Н.А.Баер, А.Д.Неклюдов, А.Н.Иванкин, В.И.Дубина, А.В.Бердутина, Н.А.Баканов (Россия). - 97115279/13. Заявлено 18.09.97. Опубл. 10.06.98. Бюл. №16], предусматривающий измельчение мясного или мясокостного сырья убойных животных, гомогенизацию с водой на мясорубке, обезжиривание на центрифуге, гидролиз ферментными препаратами, полученными из поджелудочной железы убойных животных и протосубтилином Г20Х путем двухкратного внесения с интервалом в 2-3 ч в количестве 3-5 мас.% ферментного препарата из поджелудочной железы и с тем же интервалом во времени протосубтилина Г20Х в количестве 1-2 мас.% в течение 3 ч. Ферментативный гидролиз проводят при температуре 40-45°С и рН 6,5-7,8. Затем отделяют осадок от гидролизата на центрифуге и сушат на распылительной сушилке, предварительно нагрев гидролизат до температуры 90-100°С.

Недостатками известного технического решения являются:

достаточно высокая стоимость получаемого гидролизата в связи с использованием комплекса ферментов из поджелудочной железы убойных животных, технология получения которого отличается высокими затратами;

комплекс ферментов из поджелудочной железы убойных животных не является специфичным для гидролиза мясных белков, в особенности соединительно-тканных (коллагена и эластина), в связи с чем применение его экономически не целесообразно - высокий расход (до 5% к массе сырья) и двукратное внесение;

полученный гидролизат имеет низкую органолептическую оценку и функционально-технологические свойства;

поддержание заданной величины рН среды (на уровне 7,8) на протяжении всего времени протекания ферментативного гидролиза приводит к дополнительным сложностям в организации технологического процесса - расходу щелочных растворов, повышению их концентрации, к необходимости их последующей нейтрализации и, как следствие этого, образованию значительного количества поваренной соли, снижающей вкусовые свойства продукта, угнетающей рост организмов и поэтому требующей очистки от нее;

отсутствуют точные рекомендации по внесению необходимой массы ферментного препарата с учетом его протеолитической активности в пересчете на массовую долю белка в обрабатываемом сырье, в связи с чем затруднено обеспечение оптимальных условий протекания процесса гидролиза;

нечетко определено время процесса ферментативного гидролиза, поскольку в описании изобретения комплекс протеолитических ферментов вносят в сырье двукратно с интервалом от 2 до 3 часов с общей продолжительностью ферментативного гидролиза 7 ч.

Технической задачей изобретения является замена ферментно-эндокринного и мясного сырья на малоиспользуемое вторичное сырье птицеперерабатывающей промышленности, повышение выхода готового продукта, регулирование фракционного состава гидролизата, сокращение времени ферментативного гидролиза, улучшение органолептических показателей продукта.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения белковой пищевой добавки предусматривается измельчение мясокостного сырья на волчке, перемешивание с водой, обезжиривание на центрифуге, гидролиз ферментными препаратами при температуре 40-50°С и рН 6,5-7,8, отделение осадка от гидролизата на центрифуге, нагрев гидролизата до температуры 90-100°С с выдержкой 10-15 мин и сушка на распылительной сушилке.

Новым является то, что в качестве исходного сырья используют вторичные продукты переработки птицы; его перед измельчением подвергают тепловой обработке в автоклаве при температуре 120-123°С, давлении 0,1 МПа в течение 30 мин; смешивание с водой происходит при соотношении сырья и воды 1:15 соответственно; перед ферментативным гидролизом доводят рН среды до 7,0-7,2 путем внесения 1 н. раствора гидроксида натрия; в качестве ферментного препарата используют раствор коллагеназы, который готовят путем растворения в буферном растворе с рН 7,2 при соотношении ферментного препарата и буфера 1:12 соответственно; внесение раствора ферментного препарата коллагеназы или протосубтилина Г10Х осуществляют из расчета 30-50 единиц протеолитической активности (ПС) на 1 г белка обрабатываемого сырья; продолжительность обработки 2,5-3 ч.

Технический результат выражается не только в достижении поставленной задачи, но и в улучшении функциональных возможностей добавки, повышении биологической ценности за счет обогащения минеральными веществами, пищевыми волокнами, рациональном использовании вторичного сырья птицеперерабатывающей промышленности, повышении экологичности и рентабельности производства.

При определении общего химического состава сырья использовались следующие методики определения: массовая доля влаги в соответствии с [ГОСТ 9793-74. Продукты мясные. Методы определения влаги]; массовая доля жира - методом Сокслета, белка, золы - [Антипова Л.В., Глотова И.А., Рогов И.А. Методы исследования мяса и мясных продуктов. - М.: Колос, 2001. - 376 с.]. Определение протеолитической активности (ПС) ферментных препаратов проводили в соответствии с [ГОСТ 20264.2-88. Препараты ферментные. Методы определения протеолитической активности]. Аминокислотный состав - хроматографическим методом на автоматическом аминокислотном анализаторе ААА-Т 339 (Чехия) согласно инструкции к прибору и рекомендациям [Антипова Л.В., Глотова И.А., Рогов И.А. Методы исследования мяса и мясных продуктов. - М.: Колос, 2001. - 376 с.].

При убое и первичной переработке птицы получают значительную долю вторичных продуктов (до 30%), к которым относят субпродукты, головы, ноги, крылья, используемые в настоящее время крайне не рационально.

Субпродукты в основном реализуются вместе с тушкой птицы или в качестве супового набора. Они имеют незначительный покупательский спрос у населения, а также отличаются невысоким сроком хранения. В то же время они имеют достаточно высокую массовую долю белка и обладают хорошими функциональными свойствами. Для более рационального использования этих вторичных продуктов необходимо применение дополнительных технологических приемов, снижающих прочностные свойства сырья с целью выделения пищевого белка.

Для разрушения упрочненных белковых структур соединительной ткани целесообразно применение ферментных препаратов протеолитического действия, к которым относятся коллагеназа и протосубтилин Г10Х.

Мышечная и соединительная ткани вторичного сырья птицеперерабатывающей промышленности отличаются преобладанием различных фракций белков в их составе. Основными требованиями к ферментным препаратам для направленной модификации состава и биотрансформации структурно-механических свойств являются, прежде всего, высокая субстратная специфичность к гидролизу этих белковых фракций, максимум активности в нейтральной зоне рН 7,0-7,8 и умеренном интервале температур - 40-50°С.

Для гидролиза вторичного сырья птицеперерабатывающей промышленности использовали ферментные препараты животного и микробного происхождения: коллагеназу, протосубтилин Г10Х. Критерием отбора служил уровень общего и специфического протеолиза на соответствующих белковых субстратах в различной зоне значений рН среды и интервале температур.

Препарат коллагеназы получают методом экстракции из гепатопан-креаса дальневосточного краба и производят на ОАО “Биопрогресс” г. Щелково (ТУ 9158-002-11734126-94 Ферментный препарат коллагеназа. Технические условия).

Протосубтилин Г10Х (СТП 100-02-88, введ. 23.03.88) выпускается в промышленном масштабе Вышневолоцким заводом ферментных препаратов (пос. Зеленогорский Тверской области).

Результаты исследований протеолитической активности ферментных препаратов в зависимости от значений рН и температуры среды представлены на фиг.1-2. Кривая 1 характеризует изменение протеолитической активности ферментного препарата коллагеназы, а кривая 2 - протосубтилин Г10Х.

Способ получения белковой пищевой добавки осуществляется следующим образом.

Исходное сырье - вторичные продукты переработки птицы (ноги или головы птицы) промывают водой, проводят их предварительную тепловую обработку в автоклаве при температуре 120-123°С, давлении 0,1 МПа в течение 30 мин, затем измельчают сырье на волчке с диаметром отверстий решетки 2-3 мм, добавляют воду в соотношении 1:15 и перемешивают. Полученный гомогенизат обезжиривают, отделяя образовавшийся слой жира на центрифуге. Затем доводят рН среды до 7,0-7,2 путем внесения 1 н. раствора гидроксида натрия. Далее проводят ферментативный гидролиз внесением раствора ферментного препарата коллагеназы или протосубтилина Г10Х из расчета 30-50 единиц протеолитической активности (ПС) на 1 г белка обрабатываемого сырья. Процесс гидролиза ведут при постоянном перемешивании и температуре 40-50°С в течение 2,5-3 ч. После этого гидролизат нагревают до температуры 95-100°С и выдерживают 10-15 мин для инактивации ферментов. Далее отделяют осадок путем центрифугирования или сепарирования. Полученный гидролизат высушивают на распылительной сушилке.

Выход конечного продукта (порошка) составляет 17,9-21,2% от массы исходного сырья.

Способ получения белковой пищевой добавки поясняется конкретными примерами.

Пример 1. Белковую пищевую добавку из ног птицы получают следующим образом. Ноги птицы промывают водой, проводят их предварительную тепловую обработку в автоклаве при температуре 120-123°С, давлении 0,1 МПа в течение 30 мин, затем измельчают сырье на волчке с диаметром отверстий решетки 2-3 мм, добавляют воду в соотношении 1:15 и перемешивают. Полученный гомогенизат обезжиривают, отделяя образовавшийся слой жира на центрифуге. Затем доводят рН среды до 7,0-7,2 путем внесения 1н. раствора гидроксида натрия. Далее проводят ферментативный гидролиз внесением раствора ферментного препарата коллагеназы из расчета 30-50 единиц протеолитической активности (ПС) на 1 г белка обрабатываемого сырья. Процесс гидролиза ведут при постоянном перемешивании и температуре 40°С в течение 2,5-3 ч. После этого гидролизат нагревают до температуры 95-100°С и выдерживают 10-15 мин для инактивации ферментов. Далее отделяют осадок путем центрифугирования или сепарирования. Полученный гидролизат высушивают на распылительной сушилке.

Выход конечного продукта составляет 17,9-21,2% от массы исходного сырья, что составляет от 83 до 88% конверсии белка. Полученный продукт представляет собой порошок желтого или кремового цвета.

Пример 2. Аналогичен примеру 1, отличаясь тем, что в качестве сырья используются головы птицы.

Выход конечного продукта составляет 13,8-14,8% от массы исходного сырья, что составляет от 86 до 94% конверсии белка. Полученный продукт представляет собой порошок желтого или кремового цвета.

Пример 3. Аналогичен примеру 1, отличаясь тем, что в качестве ферментного препарата используется протосубтилин Г10Х. Температура процесса ферментативного гидролиза 50°С.

Выход конечного продукта составляет 16,8-20,4% от массы исходного сырья, что составляет от 81 до 86% конверсии белка. Полученный продукт представляет собой порошок темно-желтого или кремового цвета.

Пример 4. Аналогичен примеру 2, отличаясь тем, что в качестве ферментного препарата используется протосубтилин Г10Х. Температура процесса ферментативного гидролиза 50°С.

Выход конечного продукта составляет 12,8-13,4% от массы исходного сырья, что составляет от 84 до 90% конверсии белка. Полученный продукт представляет собой порошок темно-желтого или кремового цвета.

Пример 5. Аналогичен примеру 1, отличаясь тем, что ферментативный гидролиз проводили предварительно необработанного сырья в автоклаве. Продолжительность процесса составила 3,5-4 ч. Выход конечного продукта - 15,4-18,6% от массы исходного сырья, что составляет от 81 до 85% конверсии белка. Продолжительность процесса выше на 1 ч по сравнению с примером 1, выход конечного продукта на 1,7-2,5% меньше, чем предварительно обработанного сырья. Полученный продукт представляет собой порошок темно-желтого или кремового цвета.

Исследования химического, аминокислотного состава исходного сырья и белковой пищевой добавки, полученной по примерам 1-4, представлены в табл. 1-2. Динамика ферментативного гидролиза ног и голов птицы по изменению концентрации белка в гидролизате, накоплению продуктов гидролиза ферментными препаратами коллагеназой или протосубтилином Г10Х до и после предварительной тепловой обработки представлена: на фиг.3-8 ферментным препаратом коллагеназой, на фиг.9-14 протосубтилином Г10Х. Кривая 1 характеризует процессы ферментативного гидролиза вторичного сырья птицеперерабатывающей промышленности - ноги птицы, кривая 2 - головы птицы.

Достоинствами использования предлагаемых ферментных препаратов коллагеназы и протосубтилина Г10Х являются: выпуск их в промышленном масштабе отечественными предприятиями; рН-оптимум их действия находится в нейтральной зоне, что весьма важно, при получении пищевых добавок; оптимальная температура составляет 40-50°С (фиг.1-2).

Как видно из фиг.3, гидролиз необработанного сырья проходил с увеличением концентрации растворимого белка как для голов, так и для ног птицы. Максимум содержания белка был отмечен к 4 часам гидролиза и составлял 7,6 и 8,2 мг/см³. С 4 по 5 часы наблюдался гидролиз растворимого белка до низкомолекулярных продуктов и с 5 часа до конца процесса концентрация растворимого белка оставалась на одном уровне - 6,9 и 7,5 мг/см³.

Соответственно содержание низкомолекулярных продуктов гидролиза белков (в основном, аминокислоты) незначительно повышалось в первые четыре часа - 800 и 1200 мкг/см³ (фиг.5). Далее при гидролизе растворимого белка с 4 по 5 часы отмечался плавный прирост аминокислот до 1380 и 1500 мкг/см³.

Действие ферментного препарата коллагеназы на исследуемое необработанное сырье сопровождалось гидролизом пептидных связей, образованных с участием тирозина (фиг.7). Характерной особенностью действия этого препарата являлось нарастание свободного тирозина в гидролизате в первые часы гидролиза при одновременном увеличении содержания растворимого белка. Накопление тирозина происходило во время расщепления полипептидных цепочек белков, а не являлось результатом гидролиза пептидов до аминокислот.

Из фиг.4, 6, 8 следует, что при термообработке все процессы накопления продуктов гидролиза интенсифицируются по времени. Так, из фиг.4 видно, что максимум накопления растворимого белка наступает уже к 3 часам гидролиза (что на 1 ч меньше, чем необработанного сырья) и кривые имеют более пологий характер. Увеличение концентрации аминокислот проходило, в отличие от необработанного сырья, с первых минут гидролиза и достигало 1530-3600 мкг/см³.

Характер кривых накопления аминокислоты тирозина оставалось без изменения, как и в случае с сырьем без термообработки. Видимо, имеет место проявление субстратной специфичности ферментного препарата коллагеназы - способность гидролизовать полипептидные цепочки белков по пептидным связям, образованным с участием аминокислоты тирозина. И, очевидно, для этого ферментного препарата не доступны пептидные связи тирозина в низкомолекулярных продуктах (пептидах).

Аналогичные результаты получены при термообработке (фиг.10, 12, 14) и без нее (фиг.9, 11, 13) голов и ног птицы с последующим ферментативным гидролизом препаратом протосубтилином Г10Х.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют, что предварительная термообработка животного сырья ускоряет процесс его ферментативного гидролиза с значительным выходом аминокислот, в особенности для такого сырья, как ноги птицы (с 1500 до 3600 мкг/см³ при обработке коллагеназой и с 1420 до 2300 мкг/см³ при обработке протосубтилином Г10Х).

Преимущества предлагаемого технического решения:

1) использование вторичного сырья птицеперерабатывающей промышленности;

2) выход готовой продукции составляет 17,9-21,2% от массы исходного сырья, что выше на 1,5-2,5% по сравнению с прототипом;

3) возможность регулирования фракционного состава (белок, пептиды, аминокислоты) готового продукта в зависимости от времени гидролиза;

4) сокращение времени ферментативного гидролиза на 57-64%;

5) сокращение дозировки ферментных препаратов на 30-40%;

6) биологическая и пищевая ценность выше за счет обогащения минеральными веществами и пищевыми волокнами;

7) повышаются органолептические показатели готового продукта;

8) повышение процента незаменимых аминокислот (или отдельных аминокислот).

Формула изобретения

Способ получения белковой пищевой добавки, предусматривающий измельчение мясокостного сырья на волчке, перемешивание с водой, обезжиривание на центрифуге, гидролиз ферментными препаратами при температуре 40-50°С и рН 6,5-7,8, отделение осадка от гидролизата на центрифуге, нагрев гидролизата до температуры 90-100°С с выдержкой 10-15 мин и сушку на распылительной сушилке, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют вторичные продукты переработки птицы; его перед измельчением подвергают тепловой обработке в автоклаве при температуре 120-123°С, давлении 0,1 МПа, в течение 30 мин; смешивают с водой при соотношении сырья и воды 1:15, соответственно; перед ферментативным гидролизом доводят рН среды до 7,0-7,2 путем внесения 1 н. раствора гидроксида натрия; в качестве ферментного препарата используют раствор коллагеназы, который готовят путем растворения в буферном растворе с рН 7,2 при соотношении ферментного препарата и буфера 1:12 соответственно; внесение раствора ферментного препарата коллагеназы или протосубтилина Г10Х осуществляют из расчета 30-50 единиц протеолитической активности на 1 г белка обрабатываемого сырья; продолжительность обработки 2,5-3 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14