Способ получения коллагеновой дисперсии
Изобретение относится к безотходной технологии переработки вторичных продуктов разделки рыбы с получением диспергированного растворимого коллагена, который может быть использован в качестве физиологически активного ингредиента, пленкообразующего и формующего материала в производстве продуктов питания, а также в косметической и медицинской промышленности. Способ получения коллагеновой дисперсии включает последовательную обработку кожи рыб раствором поваренной соли, водой, раствором ферментного препарата с последующим растворением в органической кислоте. После обработки ферментным препаратом осуществляют дополнительную промывку водой и выделение балластных веществ и фермента механическим путем. В качестве ферментного препарата используют липоризин Г3х из культуры Rhizopus oryzae в количестве 0,8-1,0% к массе сырья, обработку которым осуществляют при температуре 37-40°С в течение 2,0-2,5 ч. Изобретение позволит обеспечить рациональное использование вторичных коллагеносодержащих продуктов разделки рыбы, сократить длительность технологического процесса и упростить его. 3 табл.
Изобретение относится к рыбоперерабатывающей промышленности, а именно к безотходной технологии переработки вторичных продуктов разделки рыбы с получением диспергированного растворимого коллагена, который может быть использован в качестве физиологически активного ингредиента, пленкообразующего и формующего материала в производстве продуктов питания, а также в косметической и медицинской промышленности.
Специфический ряд физико-химических, биохимических, биологических свойств, присущих коллагену, обусловливает широкую применимость его растворимых форм в различных отраслях народного хозяйства, в том числе при производстве продуктов питания в качестве функциональных добавок, пищевых покрытий, пленкообразующих и формующих материалов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения коллагеновых растворов, предусматривающий промывку сырья, последовательную обработку его раствором поваренной соли, водой, раствором протеолитического ферментного препарата, инактивацию сырья раствором едкой щелочи, замораживание, выдержку, размораживание с последующим растворением в органической кислоте [А.с. 511062, М.Кл.2 А 23 J 1/10. Способ производства коллагеновых растворов / В.М.Горбатов, О.О.Баблоян, П.М.Голованова и др. - №2032299/13; Заявлено 07.06.74; Опубл. 25.04.76].
Недостатками способа являются ограничение сырьевых источников несколькими видами вторичного коллагенсодержащего сырья убоя животных, значительная длительность и многостадийность технологического процесса, недостаточно удовлетворительные физико-химические свойства коллагенового раствора применительно к получению пищевых пленок и покрытий.
Технической задачей изобретения является расширение сырьевой базы для получения коллагеновых дисперсий за счет рационального использования вторичных коллагенсодержащих продуктов разделки рыбы, а также сокращение длительности и упрощение технологического процесса.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения коллагеновой дисперсии, включающем последовательную обработку сырья раствором поваренной соли, водой, раствором ферментного препарата с последующим растворением в органической кислоте, новым является то, что в качестве сырья используют кожу рыб, а после обработки ферментным препаратом осуществляют дополнительную промывку водой и выделение балластных веществ и фермента механическим путем; в качестве ферментного препарата используют липоризин Г3х из культуры Rhizopus oryzae в количестве 0,8-1,0% к массе сырья, при этом обработку ферментным препаратом осуществляют при температуре 37-40°С в течение 2,0-2,5 ч.
Технический результат выражается не только в достижении поставленной задачи, но и в реализации безотходной технологии глубокой переработки вторичных коллагенсодержащих продуктов разделки рыбы, расширении их функциональных возможностей при использовании в пищевых целях.
Широкий видовой состав сырья, многообразие технологических способов и приемов его обработки обусловливают необходимость объективной оценки вторичных продуктов разделки рыбы, которые традиционно относят к техническому сырью, с целью рационального и максимального использования для производства пищевой продукции.
Кожа составляет 2-7% общей массы рыбы и по количеству основных пищевых веществ (табл.1) приближается к мышечной ткани соответствующих видов рыб. В коже содержится большое количество азотсодержащих веществ, в основном коллаген (85-90% общего содержания азотистых веществ). В коже морских рыб содержание коллагена составляет 9,6-17,1%, а эластина - 2,3-4,0%, что соответствует 35-54,4% и 8,6-12,7% в пересчете на сухое вещество, в связи с чем известно использование кожи некоторых рыб в качестве кожевенного сырья (Андрусенко П.И. Малоотходная и безотходная технология при обработке рыбы. М.: Агропромиздат, 1988. С.10) и сырья для получения технического рыбного клея (Андрусенко П.И., Лысова А.С., Попов Н.И. Технология рыбных продуктов. М.: ВО Агропромиздат, 1989. С.127-129).
При обосновании рационального использования вторичных коллагенсодержащих продуктов разделки рыбы на пищевые цели установлено, что целесообразно использовать кожу рыб как источник сырья для получения коллагеновых покрытий в технологии формованных фаршевых рыбных продуктов, учитывая ее своеобразное гистологическое строение, заметно отличающееся от строения шкур теплокровных животных, высокое (20-30%) содержание проколлагена, представленного взаимно перекрещивающимися пучками проколлагеновых волокон, а также экспериментальные данные об аминокислотном составе (табл.2), в котором превалируют аспарагиновая, глютаминовая кислоты, а также пролин, аланин, глицин. Эти аминокислоты, в соответствии с теорией пространственного строения коллагена, являются его структурными признаками.
Поскольку массовый выход кожи при разделке рыбы составляет 3,3-4,8% с максимумом в случае горбуши, кожа которой имеет значительный по толщине дермальный пласт, сформированный развитой фибриллярной структурой, этот вид коллагенсодержащего сырья, особенно при выработке больших объемов филе, целесообразно использовать для выделения очищенных фракций коллагена в форме дисперсий.
Наличие балластных белков, представленных преимущественно глобулинами и альбуминами, обусловливает целесообразность удаления их методом экстрагирования с использованием соответствующих растворителей - раствора поваренной соли с массовой долей 5% и воды.
Для удаления балластных липидных фракций, локализованных между коллагеновыми волокнами, целесообразно применение ферментного препарата липоризин Г3х, который положительно зарекомендовал себя для эффективного удаления липидных компонентов при обработке вторичных коллангенсодержащих продуктов убоя животных (А.с. 1833145, МКИ5 А 22 С 17/16; пат. 02096966, МКИ6 А 23 J 1/10; А 22 С 13/00). Препарат имеет уровень липолитической активности 120000 ед./мг, общей протеолитической активности 20 ед./г. Физико-химические свойства препарата - рН-оптимум 7,0, термический оптимум 37-40°С - позволяют использовать его для гидролиза жиросодержащих субстратов при естественном рН среды и в умеренном интервале температур.
Способ осуществляется следующим образом.
Кожу рыб, преимущественно горбуши, снимают с помощью специальных машин, установленных на линии производства филе. Кожу, снятую со свежей рыбы, промывают в проточной водопроводной воде 20-30 мин для удаления слизи и загрязнений, зачищают от прирезей мышечной ткани, повторно промывают в водопроводной воде и измельчают на волчке с диаметром отверстий решетки 2-5 мм. Измельчение сырья на частицы размером менее 2 мм нецелесообразно, так как затрудняется разделение смеси на твердую и жидкую фракции. При измельчении сырья на частицы размером более 5 мм ухудшаются условия экстрагирования альбуминовых и глобулиновых белков и недостаточна степень гидролиза липидных фракций, так как уменьшается площадь поверхности контакта субстрата с раствором фермента.
Кожу, снятую с соленой рыбы, перед измельчением на волчке не промывают, что позволяет сократить расход поваренной соли на приготовление раствора для экстрагирования глобулиновой белковой фракции.
Глобулиновые белки из измельченной кожи экстрагируют раствором поваренной соли с массовой долей 5% при соотношении твердой и жидкой фракций 1:3-4 и температуре 16-20°С в течение 2,0-2,5 ч, после чего отделяют жидкую фракцию центрифугированием с последующей декантацией.
Остаточное количество ионов Cl- и альбуминовые белки экстрагируют водой при тех же условиях и аналогично отделяют жидкую фракцию центрифугированием с последующей декантацией.
Соотношение измельченная кожа:экстрагент менее 1:3 приводит к снижению эффекта экстракции и ухудшению качества целевого продукта. При соотношении измельченная кожа:экстрагент больше указанного (1:4) возрастают расход воды, поваренной соли и энергозатраты без существенного улучшения качества продукта. Указанные температурные режимы экстрагирования наиболее целесообразны с экономической точки зрения, так как соответствуют климатическим условиям производственных помещений и не требуют дополнительных энергозатрат.
К твердому остатку после центрифугирования добавляют воду в соотношении 1:2, смесь нагревают в емкости с мешалкой и рубашкой до температуры 37-40°С, после чего вносят ферментный препарат липоризин Г3х из расчета 0,8-1,0% к массе сырья. Ферментную обработку проводят в течение 2,0-2,5 ч, поддерживая указанные температурные параметры. По истечении времени обработки раствор сливают, остаток промывают водой, отделяя жидкую фракцию центрифугированием и декантацией. При этом происходит удаление растворимых продуктов гидролиза и ферментов, в связи с чем не требуется их дополнительной инактивации. Указанные режимы обработки сырья ферментным препаратом липоризин Г3х позволяют достичь высокий эффект обезжиривания кожи рыб при остаточной доле жира 0,1-0,2%, что удовлетворяет задаче получения коллагеновых дисперсий.
После удаления балластных белковых и липидных компонентов кожу горбуши обрабатывают раствором уксусной кислоты молярной концентрацией 0,3-0,5 моль/дм3 до достижения массовой доли коллагена в дисперсии 3-5%.
В полученной дисперсии сохраняется структурная организация макромолекул коллагена, свойственная нативному белку, что обусловливает ее высокие формующие свойства и применимость в технологии пищевых пленок, покрытий, формовочных и биополимерных материалов.
Способ получения коллагеновой дисперсии поясняется примерами 1-11.
Пример 1. Промытую в течение 20 мин в проточной водопроводной воде кожу горбуши зачищают от прирезей мышечной ткани, повторно промывают в водопроводной воде. Измельчают 1 кг кожи горбуши на волчке с диаметром отверстий решетки 3 мм. К измельченному сырью добавляют 3 л раствора поваренной соли с массовой долей 5% и обрабатывают в течение 2 ч при температуре 18°С, после чего жидкую фракцию отделяют центрифугированием. Для удаления основного количества ионов Cl- и альбуминовых белковых фракций к остатку добавляют 3 л воды и повторяют операцию экстрагирования при тех же условиях. Жидкую фракцию отделяют путем центрифугирования и декантации.
Далее к сырью добавляют 2 л воды, нагревают смесь до 37°С, вносят 8 г ферментного препарата липоризин Г3х и выдерживают 2 ч при указанной температуре и периодическом перемешивании. По истечении этого времени жидкую фракцию смеси декантируют, обработанное сырье промывают водой, после чего жидкую фракцию с содержащимися в ней продуктами гидролиза и остаточными ферментами отделяют центрифугированием и декантацией.
Полученный твердый остаток диспергируют в 2,8 л раствора уксусной кислоты молярной концентрацией 0,5 моль/дм3 и гомогенизируют в гомогенизаторе для получения однородной коллагеновой дисперсии со стабильными реологическими характеристиками.
Примеры 2-11 аналогичны примеру 1, отличаясь режимами обработки. Характеристика полученных по примерам 1-11 дисперсий, модельных пленок на их основе, сформованных методом растекания на полиэтиленовой подложке, и условия обработки сырья для их получения приведены в табл. 3.
Предлагаемое техническое решение позволяет упростить технологический процесс по сравнению с прототипом, сократить производственный цикл, уменьшить затраты на вспомогательные материалы, рационально использовать вторичные коллагенсодержащие продукты разделки рыбы.
| Таблица 1 Общий химический состав различных частей тушки рыбы | ||||
| Части тушки | Влага, % | Жир, % | Белок, % | Зола, % |
| Скумбрия | ||||
| Мышечная ткань | 64,75 | 16,95 | 18,20 | 1,10 |
| Кожа | 59,69 | 18,91 | 16,23 | 5,17 |
| Сельдь | ||||
| Мышечная ткань | 67,48 | 13,00 | 18,42 | 1,10 |
| Кожа | 59,49 | 17,69 | 18,22 | 4,60 |
| Путассу | ||||
| Мышечная ткань | 80,00 | 0,586 | 18,00 | 1,40 |
| Кожа | 83,12 | 1,05 | 12,02 | 3,81 |
| Горбуша | ||||
| Мышечная ткань | 70,50 | 7,10 | 21,20 | 1,40 |
| Кожа | 68,17 | 10,15 | 16,81 | 4,87 |
| Таблица 2 Аминокислотный состав кожи рыб, % к сухому веществу | ||||
| Аминокислота | Вид рыбы | |||
| Горбуша | Скумбрия | Сельдь | Путассу | |
| Аспарагиновая кислота | 5,324 | 2,840 | 2,353 | 6,076 |
| Треонин | 3,053 | 1,721 | 1,369 | 3,185 |
| Серин | 3,338 | 1,904 | 1,246 | 2,963 |
| Глутаминовая кислота | 7,508 | 4,208 | 2,500 | 8,528 |
| Пролин | 5,220 | 2,042 | 1,795 | 5,120 |
| Цистин | 0,525 | 0,418 | 0,525 | 0,663 |
| Глицин | 7,050 | 3,950 | 3,556 | 8,010 |
| Аланин | 6,045 | 2,672 | 2,102 | 7,068 |
| Валин | 2,120 | 1,816 | 1,190 | 3,411 |
| Метионин | 0,728 | 0,550 | 0,686 | 1,037 |
| Изолейцин | 1,624 | 0,919 | 0,928 | 2,656 |
| Лейцин | 3,410 | 2,299 | 1,788 | 5,159 |
| Тирозин | 0,672 | 0,570 | 0,634 | 0,800 |
| Фенилаланин | 1,700 | 1,100 | 0,990 | 2,560 |
| Гистидин | 1,856 | 0,768 | 0,864 | 2,418 |
| Лизин | 3,080 | 1,740 | 1,044 | 4,884 |
| Аргинин | 5,340 | 2,225 | 1,513 | 5,463 |
Способ получения коллагеновой дисперсии, включающий последовательную обработку сырья раствором поваренной соли, водой, раствором ферментного препарата с последующим растворением в органической кислоте, отличающийся тем, что в качестве сырья используют кожу рыб, при этом обработку осуществляют ферментным препаратом липоризином Г3х из культуры Rhizopus oryzae в количестве 0,8-1,0% к массе сырья, при температуре 37-40°С в течение 2,0-2,5 ч с последующей дополнительной промывкой водой для удаления балластных веществ и фермента.
