СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОГО ПРОДУКТА Российский патент 1994 года по МПК A23K1/00 A23K1/10 C12N1/20 C12N5/00 

Изобретение относится к способам приготовления основ питательных сред, используемых в ветеринарии, кормопроизводстве, пищевой, микробиологической промышленности и др.

Известен способ получения белкового продукта, включающий тепловую обработку мясного сырья и последующее отделение полученного бульона. Поскольку белки мяса содержат в своем составе не более 18 наименований аминокислот, то и в полученном бульоне их столько же, что в большинстве случаев недостаточно и требует введения в бульон или его сухую фракцию дополнительного количества продукта, содержащего недостающие аминокислоты.

Кроме того, мясо, как исходное сырье, должно удовлетворять самым высоким требованиям, что обуславливает высокую себестоимость получаемого белкового продукта.

При этом используется только 10% белков мяса, а 80-90% их составляет производственный отход.

Также известен способ получения белкового продукта, включающий тепловую обработку мясо-костного сырья в частности, при получении мясо-костной муки. При этом белковый продукт, полученный в результате многочасовой тепловой обработки при 100^оС, используют в жидком - в виде бульона, или сухом - в виде порошка. Однако, в данном случае число аминокислот в бульоне или порошке также не превышает 16-18, поскольку не происходит полного расщепления костной ткани на аминокислотные составляющие.

Несмотря не дешевизну исходного сырья, содержание сухого вещества приготовленном из него бульоне не превышает 5-7% к массе бульона, а белка 2,5% , что не позволяет считать полученный бульон или его сухую фракцию достаточно ценным питательным белковым продуктом.

Известно, что после обвалки на костях остается 5-8% хрящевой ткани и до 20% к весу кости мышечной ткани. В хрящевой ткани содержится 17-20% белковых и 1,5-2,2% минеральных веществ, а главный органический компонент основного вещества кости - коллаген составляет 24-34% к массе сухой обезжиренной кости. В связи с этим получаемый от выварки при избыточном давлении бульон содержит, % : сухих веществ 18,5±0,77; белка 9,7±0,41; фосфора 0,02±0,03; кальция 0,06±0,007; хлористого натрия 0,085±0,002. Содержание перечисленных компонентов пересчитывали в % на абсолютно сухой вес, который определяли методом высушивания навесок жидких бульонов в термостате при 105^оС.

Получение такого качественного бульона достигалось под воздействием на мясо-костное сырье температуры и острого пара, вызывающих расщепление коллагена. При этом наблюдается ослабление и разрыв водородных связей, удерживающих полипептидные цепи в трехмерной структуре коллагена. Полипептидные цепи в результате ослабления и частичного разрыва связей изгибаются и скручиваются, структура коллагена "разрыхляется". При дальнейшем нагреве коллагена полностью разрываются водородные и солевые связи, удерживающие полипептидные цепочки в структуре коллагена без заметного нарушения связей внутри цепей, т.е. происходит пептизация коллагена с образованием глютина и его гидролиз. Конечным продуктом гидролиза кололагена являются свободные аминокислоты, которые являются определяющим показателем качества белкового продукта.

В данном случае белковый продукт использовался в жидком и сухом виде, причем упаривание мясо-костных бульонов проводилось, например, в вакуум-аппарате "Вигонд" до плотности от 15% до 70% (по климеру Зура), а сушка - на распылительной установке "Нема" или на вальцовых атмосферных сушилках Сумского машиностроительного завода. В последнем случае сушке подвергали как исходный бульон, так и бульон, упаренный до 20% концентрации. При распылительной сушке белковый продукт получается в виде порошка светло-желтого цвета, а при вальцовой сушке получается "стружка" желто-серого цвета, которые легко растворяются в воде при температуре выше 70^оС. Белковый продукт в порошке и "стружке" хранится бел изменения своих биологических качеств несколько лет и содержит, %: сухих веществ 93,0±0,03; белка 94,5±0,24; фосфора 0,031±0,0004; кальция 0,05±0,066; хлористого натрия 0,86±0,011; золы 0,49±0,1 и жироподобных веществ 0,6±0,04.

В составе полученного белкового продукта определено 19 аминокислот: цистин, цистатионин, лизин, аргинин, глицин, серин, аспарагиновая кислота, оксипролин, треонин, глутаминовая кислота, аланин, пролин, тирозин, валин, метионин, фенилаланин, лейцин, орнитин и триптофан.

Полученный белковый продукт применялся в разных отраслях народного хозяйства, например, как кормовое средство в животноводстве и птицеводстве для замены белковой части. Это позволило снизить до 20-30% расход кормовых единиц на 1 кг привеса, в частности для птиц и свиней.

При использовании белкового продукта для приготовления питательных бактериологических сред содержание усваиваемого белка было на 10-60% больше, чем, например, в мясе, рыбе, казеине и т.д., а степень расщепления белка почти в 2 раза больше, чем степень расщепления в этих продуктах. Величина коэффициента использования полученного белкового продукта составляет 0,7-0,8, в то время как перечисленные выше продукты имеют коэффициент использования 0,07-0,29.

Однако, несмотря на явные преимущества жидкого и сухого белкового продукта, получаемого в результате тепловой обработки острым паром мясо-костного сырья после обвалки туш при давлении 1,5-5,0 атм в закрытом объеме обработки, при непрерывном отводе бульона, содержание аминокислот и минеральных веществ в данном белковом продукте недостаточно для его эффективного использования для культивирования тех бактерий, которые предъявляют к качественному составу питательных сред повышенные требования.

Целью изобретения является получение белкового продукта более высокой питательной ценности, с более высоким содержанием аминокислот и минеральных веществ, что позволило бы использовать его как универсальную белковую основу для культивирования всех микроорганизмов.

Указанная цель достигается тем, что тепловую обработку острым паром сырья осуществляют в течение не менее 3 ч при температуре конденсации пара, соответствующей упомянутой величине давления, герметизируют закрытый объем обработки, после чего выдерживают сырье в полученном бульоне не менее 6 ч, причем перед тепловой обработкой мясо-костное сырье измельчают, соотношение его массы к массе воды выбирают не менее 3:1, осуществляют фильтрацию, сепарацию и сушку полученного бульона до порошкообразного состояния.

Способ реализуется следующим образом.

Мясо-костное сырье после обвалки туш, преимущественно крупного рогатого скота, измельчают, загружают в емкость, например емкость для вытопки жира из кости, и заливают его водой. При этом соотношение сырья к воде выбирают не ниже 3:1. После этого емкость закрывают, настраивают предохранительный клапан на заданное давление в диапазоне от 1,5 до 5,0 атм и подают в емкость острый пар под давлением, температура конденсации в емкости обработки которого соответствует упомянутой величине давления, т. е. существенно превышает 100^оС и определяется по известной равновесной при той зависимости температуры от давления фазового перехода воды из жидкого в газообразное состояние.

Указанную обработку осуществляют не менее 3 ч, при этом выделяющийся из кости жир, собирающийся на поверхности жидкости, можно периодически удалять (снимать). По окончании времени тепловой обработки прекращают подачу пара и герметизируют объем обработки. Так, например, в емкости для вытопки жира перекрывает все входные и выходные патрубки, а предохранительный клапан достаточно герметизирует патрубок отвода пара.

После герметизации сырье выдерживают в полученном бульоне не менее 6 ч. В процессе остывания температура сырья и бульона к концу выдержки может опускаться до, например, 70-90^оС, что зависит от степени теплоизоляции емкости для обработки, после чего полученный бульон удаляют, при необходимости отделяя его от слоя костного жира, и при необходимости его фильтруют, сепарируют и сушат до порошкообразного состояния.

Полученный белковый продукт можно использовать как в жидкой фазе, так и в сухой, т.е. в виде бульона заданной концентрации или в виде порошка.

Полученный белковый продукт в порошке 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 и 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 аминокислотный состав известного продукта. Полученный белковый продукт имеет следующий аминокислотный состав, (% сухое вещество): Цистин и цистатионин 0,45 Лизин 0,286 Аргинин 4,538 Глицин 5,996 Серин 2,337 Аспарагин 3,678 Аспарагиновая кислота Глутамин 4,135 Глутаминовая кислота Гидроксипролин 6,695 Треонин 1,219 Аланин 4,869 Пролин 9,667 Тирозин 1,096 Валин 0,546 Метионин 0,689 Фанилаланин 1,522 Лейцин 2,470 Орнитин 0,287 Изолейцин 0,509 Гистидин 0,802 Этаноламин 0,209 Триптофан 0,095 α -аминомасляные кислоты β -аминомасляные кислоты γ -аминомасляные кислоты.

При этом последние 7 позиций аминокислотного состава полученного белкового продукта ранее не встречались в известных белковых продуктах, изготовляемых методами тепловой обработки мясо-костного сырья.

Определение общего азота проводили по микрометоду Кьельдаля, общий фосфор поле озоления определяли методом Фиске-Субарроу, определение содержания кальция проводили методом пламенной фотометрии. Аминокислотный состав определяли на аминокислотном анализаторе.

Следует отметить, что наиболее эффективно в этом случае сырье крупного рогатого скота, поскольку мясо-костное свиное сырье после обвалки свиных туш дает значительное количество жира, который трудно отделить в дальнейшем от получаемого бульона и который вызывает быструю порчу белкового продукта. 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 белковый продукт несравненно более эффективный, чем известный белковый продукт.

Более длительное тепловое воздействие при температуре уровня 110-120-130^оС и последующая длительная выдержка сырья в бульоне позволяет более эффективно осуществить процесс пептизации коллагена кости и гидролиз коллагена, что и обуславливает более широкий спектр аминокислот в получаемом бульоне и большую насыщенность бульона химическими соединениями.

П р и м е р. Мясо-костное сырье после обвалки туш из цеха разделки мясокомбината поступает на измельчение, где сырые кости, содержащие остатки мяса, 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^оС, 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 1,5-2,0 ч можно посредством расположенного в верхней части патрубка слить образовавшийся слой жира, но можно и удалить жир в конце процесса обработки. Тепловое воздействие на сырье приводит к образованию полипептидных цепей - глютина, который растворяется в воде, а при температуре более 80 - 100^оС происходит гидролиз коллагена, продуктом которого являются свободные аминокислоты, находящиеся в бульоне. Выход бульона при этом составляет 40% к массе сырья.

После воздействия острым паром 4 ч перекрывают все патрубки, чем герметизируют емкость и осуществляют выдержку сырья в бульоне не менее 6 ч. В процессе этой выдержки также происходит насыщение бульона свободными аминокислотами, так как из кости практически полностью утилизируются коллагеновые волокна, что обуславливает более широкий набор аминокислот в полученном бульоне. Для полного освобождения бульона от крупных включений жира его фильтруют и сепарируют, а для получения порошкообразного продукта сушат на распылительных сушилках типа "Нема".

При использовании в процессе тепловой обработки давления в 1,5 атм концентрация сухих веществ в бульоне за 3 ч достигает 7-8%, в то время как использование давления в 5 атм позволяет получить до 20% сухих веществ в бульоне.

Проведенные исследования позволяют считать, что 5% сухих веществ являются той минимальной величиной, меньше которой в бульоне не будет образовываться достаточного числа незаменимых аминокислот. Определение времени выдержки сырья в бульоне после обработки острым паром при герметизации объема обработки также показало, что процесс гидролиза продукта пептизации коллагеновых волокон кости на применяемом уровне (до 80%) завершается за 6 ч, что полностью удовлетворяет степень годности получаемого белкового продукта. Следует отметить, что только совокупность указанных этапов теплового воздействия на мясо-костное сырье позволяет завершить процесс гидролиза коллагена. Только одним простым тепловым воздействием на сырье температуры более 100^оС нельзя достичь такой высокой степени деструкции коллагеновых волокон и получить такую степень гидролиза, которые возможны лишь при последующей выдержке мясо-костного сырья в бульоне не менее 6 ч, обеспечивающие указанный спектр аминокислот в составе полученного нового белкового продукта, который был ранее неизвестен.

Состав полученного белкового продукта, включающий не менее 95% белка (на сухое вещество), обуславливает его широкое применение в качестве кормового и пищевого продукта, а также белковой основы для производства питательных сред и являющейся более эффективной, чем мясо, рыба, казеин.

При использовании белкового продукта в качестве корма расход кормовых единиц на 1 кг привеса, например, цыплят равен 2,8, а по прототипу 4,18 при кормлении другими белковыми продуктами возрастал до 5,06 кормовых единиц.

При кормлении свиней расход кормовых единиц на 1 кг привеса, полученным по заявленному способу белкового продукта, составил в среднем 2,9 к.е., в то же время белковым продуктом по прототипу 3,4 и более т.е., во всех остальных случаях использования белкового корма расход кормовых единиц на 1 кг привеса был не менее 4.

В данном случае богатый аминокислотный продукт является очень эффективным стимулятором, т. е. находит свое применение в ветеринарной практике. Добавка данного белкового продукта в корм пушным зверям позволяет эффективно стимулировать их функциональное состояние, улучшить качество меха, повысить его эластичность, блеск, густоту, тонус мышц. Аналогичный стимулирующий эффект имеет место и у других видов животных.

В случае применения данного белкового продукта в качестве пищевого продукта получаемый концентрат позволяет реализовать высококачественные бульоны на основе бульонных таблеток и кубиков.

Практика показала, что высокостандартный состав получаемого белкового продукта является эффективной основой для получения микробиологических питательных сред, являясь исключительно выгодными заменителями мяса и других белковых продуктов - заменителей мяса, причем в ряде случаев полученный белковый продукт является единственно возможной основой для питательных сред, при этом кратность замены данного белкового продукта другими, известными, составляет от 3 до 15. Стоимостная эффективность данного белкового продукта по меньшей мере в 6-30 раз больше, чем при применении любого из указанных выше белковых продуктов или их смесей. Доступность мясо-костного сырья и возможность использования для получения белкового продукта в жидкой его фазе стандартного оборудования для вытопки костного жира, а в порошкообразной фазе - стандартных распылительных сушилок позволяет в кратчайшие сроки наладить получение описанным выше способом нового белкового продукта широкого спектра применения.

Использование: в сельском хозяйстве. Сущность изобретения: способ предусматривает переработку мясо-костного сырья после обвалки туш, преимущественно крупного рогатого скота, закладывание в герметически закрытую емкость, заливание водой и подачу в емкость острого пара при давлении 1,5-5 атм. Тепловую обработку ведут не менее 3 ч с последующей тщательной герметизацией, выдержкой сырья в полученном без выхода пара бульоне не менее 6 ч и сушкой. Полученный порошок представляет собой высококачественный белковый продукт, в состав которого входит не менее 94,5% белка, содержащего 27 аминокислот, а также минеральные (фосфор, кальций, натрий) и зольные вещества, жиры. 5 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОГО ПРОДУКТА, 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, отличающийся тем, что тепловую обработку острым паром осуществляют в течение не менее 3 ч при температуре конденсации пара, соответствующей упомянутой величине давления, после чего герметизируют закрытый объем обработки и выдерживают сырье в полученном бульоне в течение не менее 6 ч. 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что перед тепловой обработкой мясокостное сырье измельчают. 3.Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение массы мясокостного сырья к массе воды в закрытом объеме обработки перед началом тепловой обработки составляет не менее 3 : 1. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют фильтрацию полученного бульона. 5.Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют сепарирование полученного бульона. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют сушку бульона до порошкообразного состояния.