СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЫБЬЕГО ЖИРА Российский патент 1995 года по МПК C11B7/00 A23L1/325 

Изобретение относится к рыбной промышленности, а именно к извлечению из рыбьего сырья жира и последующему фракционированию рыбьих жиров на ряд продуктов с высоким содержанием биологически активных жирных кислот.

Известен способ выделения жира из мышечной ткани путем измельчения сырья, барботирования горячим паром, отжима жидкой фазы, отстаивания бульона и сепарирования рыбьего жира [1]. В случае необходимости использования рыбьего жира на медицинские цели продукт после сепарирования дополнительно подвергают фильтрации.

Получаемый этим способом продукт имеет полный набор жирных кислот, однако его биологическая ценность недостаточно высока из-за невысокого содержания биологически активных жирных кислот группы омега-3, таких как эйкозапентаеновая, докозагексаеновая, арахидоновая.

Известен способ выделения жира [2], в котором наряду с известными ранее приемами используют электрический ток при напряженности поля 25-100 В/см и предварительное увлажнение сырья добавлением 20-40% воды. Количество добавляемой воды зависит от содержания жира в сырье; верхний и нижний пределы напряженности поля обусловлены тем, что при напряженности поля выше 100 В/см излишне расходуется электроэнергия и начинается процесс кипения в приэлектродных зонах, а при напряженности ниже 25 В/см не полностью обрабатывается сырье и при оптимальной скорости перекачки продукта в гидролизатор увеличивается время электрообработки.

При проведении электрообработки происходит разрушение пластической структуры клетки и ситообразное измельчение мембран. Последующая термическая обработка заканчивает этот процесс. При этом резко повышается электрическая проводимость и проницаемость клеточной мембраны. В результате выход жира увеличивается на 10-14%, однако содержание биологически активных ненасыщенных кислот также невелико.

Известен способ получения кормовой рыбной муки и жира [3], в котором также применяется электрообработка. Способ включает измельчение сырья, тепловую обработку, удаление жира и сушку жома. Перед тепловой обработкой сырье подвергают воздействию переменного электрического тока плотностью 0,1-1,7 А/см² и напряженностью поля 5-150 В/см до температуры начала коагуляции белковых веществ 32-35^oC, а тепловую обработку проводят при 60-75^oC в течение 8-10 мин. Перед электрообработкой измельченное сырье смешивают с водой в количестве 8-15% массы сырья до получения гомогенной массы.

Однако и в этом способе содержание биологически активных жирных кислот в получаемом жире остается на уровне традиционных технологий выделения жира.

Как в способе [2] так и в способе [3] процесс электрообработки измельченного и смешанного с водой сырья ведется при заданном фиксированном значении плотности тока.

Известен способ концентрирования эйкозапентаеновой кислоты из рыбьих жиров [4]. По этому способу в рыбий жир добавляется ацетон при температуре ниже минус 25^oC, перемешивается и после выдержки в течение 1-5 ч отфильтровывается при той же температуре. Затем ацетон удаляется и получается концентрированный жир, содержащий до 29,0% эйкозапентаеновой кислоты вместо 17,5% в исходном жире.

Одним из наиболее очевидных недостатков данного способа является то, что при реализации недостаточно эффективно происходит использование биологически ценных компонентов жира: в целевой продукт переходит только 38-40% эйкозапентаеновой кислоты, содержащейся в исходном сырье, а более половины этой жирной кислоты теряется вместе с отходами.

Предлагаемый способ позволяет с лучшей эффективностью извлекать такие биологически активные полиненасыщенные жирные кислоты, как эйкозапентаеновая и докозагексаеновая кислоты, повысив их выход до 60%. Кроме того, существенно расширяется диапазон пригодного к использованию сырья. Эффективность способа повышена также за счет рационального использования получаемых в качестве отходов выделенных твердых продуктов, имеющих высокую степень чистоты.

Это достигается следующим образом.

Подаваемое на переработку сырье предварительно в лабораторных условиях подвергают электрообработке для определения методом математического планирования эксперимента основных параметров этой стадии: оптимальной напряженности поля Е_опт, начальной плотности тока j_нач и коэффициента К для определения j = Kj_нач А/см². Полученные значения используют затем при проведении стадии электрообработки сырья в основном процессе осуществления способа.

Разделанные тушки рыб морских и речных пород измельчают до кашеобразного состояния и сразу передают на стадию электрообработки при напряженности поля от 5 до 150 В/см до достижения расчетной плотности тока. Затем электрообработанное сырье подвергают термообработке при температуре от 60 до 80^oC в течение 5-10 мин и разделяют любым известным способом, например сепарированием, на белковую, водяную и жировую фракции, отпрессовывают и выделяют жир. Выделенную белковую фракцию направляют на производство кормовой муки или фарша, а водная фракция утилизируется. В жировой фракции на основании жирно-кислотного состава вычисляют средневзвешенную температуру плавления-затвердевания и криоскопическую температуру, от которых в дальнейшем зависит количество необходимых этапов фракционирования. Охлаждение на каждом этапе фракционирования ведут до начала выпадения образующихся кристаллов в осадок. Фракционирование жира со значениями криоскопической температуры, равными или меньшими 2^oС проводят в два этапа, а при значении, равном или большем 3^oC проводят в количестве этапов больше двух. Продолжительность охлаждения жира составляет 3-4 ч. Охлажденный жир немедленно подают на фильтрацию для отделения твердых глицеридов. Фильтрация жира происходит, например, на камерном фильтр-прессе через салфетки из бельтинга или другого соответствующего материала, выдерживающего давление 40 атм. Можно также использовать рамные фильтр-прессы с гидравлическим или винтовым зажимами. Выделенные твердые триглицериды используют в производстве стеариновых свечей, в качестве жировой основы для кремов и мазей и т.д. Профильтрованный прозрачный жир отправляют на последующие этапы фракционирования. Получаемый жир обогащен полиненасыщенными омега-3 жирными кислотами и может выступать в качестве готового продукта или использоваться как полуфабрикат для выработки концентрата омега-3 жирных кислот путем дополнительной низкотемпературной кристаллизации.

Для концентрирования полиненасыщенных омега-3 жирных кислот обогащенный жир подают в герметичную смесительную емкость, снабженную мешалкой, и добавляют органический растворитель, например ацетон, в пропорции 1:(8-10) соответственно. Затем смесь после перемешивания и полного растворения жира прокачивают в герметичный реактор - кристаллизатор, снабженный охлаждаемой рубашкой, мешалкой, скребковым устройством, узлом отсасывания жидкой фазы и узлом шнековой выгрузки осадка, охлаждают до температуры ниже минус 35^oC и выдерживают в течение 5-10 ч. Время выдержки зависит от требуемой концентрации полиненасыщенных жирных кислот в готовом продукте. После отделения осадка жидкую часть, направляют на отгонку растворителя, которая проводится при температурах 55-60^oC в глубоком вакууме и в потоке инертного газа. Полученный экстракт содержит биологически активные полиненасыщенные жирные кислоты, выход которых достигает 60%. Твердый осадок тугоплавких глицеридов после отгонки от них растворителя направляют на использование в технических, кормовых и пищевых целях, а также для нужд парфюмерно-косметической промышленности и для производства моющих средств.

Предлагаемый способ позволяет расширить сырьевую базу для производства жира и последующих биологически активных продуктов. За счет новых физико-химических параметров проведение стадии извлечения жира происходит процесс разрушения клеточных структур сырья, в которых содержится 70-90% клеточных липидов, что и приводит к извлечению из более глубинных структур сырья целевых продуктов, таких как высоконенасыщенные жирные кислоты омега-3 c более высоким выходом.

Предложено также проводить фракционирование в два и более этапов, определяя количество этапов величиной криоскопической температуры жира, а охлаждение на каждой ступени вести до начала образования кристаллов и выпадения их в осадок. Такой жир хорошо фильтруется, обеспечивая хорошую производительность процесса, уменьшает потери целевого продукта и повышает его чистоту.

Таким образом, предложено не просто увеличение количества этапов охлажденного фракционирования, а проведение его с оптимальным результатом.

На этапе низкотемпературной кристаллизации предлагаемая выдержка смеси в течение 30-60 мин позволяет максимальному количеству тугоплавких глицеридов перейти в твердое состояние и соответственно повысить степень очистки.

П р и м е р 1. 1000 кг анчоуса жирностью 17,0%, иодное число жира рыбы 120% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 11,0%, докозагексаеновой 5,6% . Отбирают пробу и в лабораторных условиях определяют Е_опт = 35 В/см, j_нач = 0,087 А/см², K = 2,41.

Измельченное сырье подвергают электрообработке при напряженности поля Е = 35 В/см и прекращают при достижении плотности тока j = 2,41 0,087 = 0,21 А/см²; при этом температура обрабатываемого сырья достигает 32^oC. Электрообработанное сырье подвергают термообработке при 70^oC в течение 10 мин, затем отпрессовывают и выделяют жир; его отправляют на очистку. Выход отсепарированного жира 144,5 кг, т.е. 85% от содержащегося в данном сырье. Степень его непредельности - иодное число 138%, содержание эйкозапентаеновой кислоты 13,02% , докозагексаеновой 6,5%. На основании определения жирно-кислотного состава жира высчитывают средневзвешенную температуру плавления - затвердения и криоскопическую температуру (Т_кр.) жира, равную 3,33^oC.

Следовательно, такой жир должен быть подвергнут трехэтапному фракционированию. На первом этапе жир постепенно охлаждают до 12^oC, после чего фильтруют при возрастающем от 0,1 до 0,7 кг/см² давлении. Получают 25,9 кг твердых триглицеридов и 115,6 кг жидкой фракции, которую направляют на второй этап охлаждения до 4^oC. Затем жир фильтруют, получают 38,8 кг твердых глицеридов и 72,8 кг жидкой фракции, которую направляют на третий этап охлаждения до температуры минус 2^oC и последующую фильтрацию. Получают 28,3 кг твердых глицеридов и 41,7 кг жидкой фракции, в которой 18,0% эйкозапентаеновой кислоты и 9,0% докозагексаеновой кислоты. Жидкую фракцию смешивают с 417 л ацетона в соотношении 1:10 в течение 15 мин. Смесь подают в реактор, охлаждают до криоскопической температуры смеси Т_кр. = минус 10^oC и выдерживают 30 мин. Далее температуру смеси снижают до минус 50^oC и выдерживают 6 ч при постоянном перемешивании со скоростью 15 об/мин. Охлажденную и выдержанную смесь направляют на вакуум-фильтрацию. В результате получают фракцию тугоплавких глицеридов и жидкую ацетоновую фракцию полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) в количестве 26,4 кг, иодное число которого 198% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 31,98% или 8,45 кг, а докозагексаеновой кислоты 16,42% или 4,34 кг. Выход эйкозапентаеновой кислоты составляет 45,0% от содержания ее в жире анчоуса. Твердая фракция утилизируется.

П р и м е р 2. Сырье обрабатывают аналогично примеру 1 за исключением того, что электрообработку проводят при достижении плотности тока j = 0,16 А/см², т. е., коэффициент К меньше 2. В результате снижается выход жира на этой стадии и составляет 80% или 136 кг от содержания его в сырье, иодное число 122% иода.

П р и м е р 3. Сырье обрабатывают аналогично примеру 1 за исключением того, что фракционирование на стадиях охлаждения ограничивают двумя этапами, как в известном способе. Получают 18,8 кг концентрата ПНЖК, иодное число 190% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 26,3% или 7,52 кг, докозагексаеновой кислоты 12,2% или 2,29 кг. Выход эйкозапентаеновой кислоты составляет 40%.

П р и м е р 4. 1000 кг сельди иваси жирностью 18,0% иодное число жира 14,5% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 14,2%, докозагексаеновой кислоты 8,0% измельчают на волчке с диаметром отверстий 3-5 мм и подвергают электрообработке при напряженности поля Е_опт = 40,0 В/см, j_нач = 0,106 А/см², обработку заканчивают при достижении плотности тока j = 0,27 А/cм². Температура обрабатываемого сырья 33,4^oC. Термообработку проводят аналогично примеру 1.

Получают 157,0 кг жира (87%), иодное число 158% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 15,1%, докозагексаеновой кислоты 8,8%. Криоскопическая температура жира сельди иваси, рассчитанная теоретически, Т_кр. = 0,72^oC. Следовательно, стадию фракционирования охлаждением достаточно проводить в два этапа. На первом этапе жир охлаждают до 7^oC в течение 3 ч, отфильтровывают твердые глицериды, получают 117,8 кг жира, иодное число 170% иода. На втором этапе охлаждают до температуры минус 3^oC в течение 3 ч и отфильтровывают твердые глицериды. Получают 63,5 жира, иодное число 182% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 18,3%, докозагексаеновой кислоты 10,1% . Жир смешивают с 571,5 л ацетона (соотношение 1:9), охлаждают до криоскопической температуры смеси минус 12^oC, в течение 45 мин выдерживают, затем снижают температуру до минус 10^oC и при постоянном помешивании выдерживают еще 9 ч. Разделение жидкой и твердой фаз проводят аналогично примеру 1. Получают 34,9 кг концентрата ПНЖК, иодное число которого 204% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 35,0% или 12,2 кг, докозагексаеновой кислоты 17,2% или 6,0 кг. Выход эйкозапентаеновой кислоты составляет 51,0% от ее содержания в выделенном жире сельди иваси.

П р и м е р 5. Сырье обрабатывают аналогично примеру 4 до стадии низкотемпературной кристаллизации в ацетоне. Время выдержки при Т_кр, смеси уменьшают на 20 мин, получают 33 кг ПНЖК, иодное число которого 201% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 34,0% или 11,2 кг, докозагексаеновой кислоты 17,8% или 5,2 кг. Выход эйкозапентаеновой кислоты составляет 46,9% от ее содержания в жире сырья, что на 4% меньше, чем в примере 4.

П р и м е р 6. 300 кг очищенного сепарированием жира, представляющего собой смесь жиров скумбрии, иваси, салаки и сельди баренцовой, иодное число - 160% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 16,02% и докозагексаеновой кислоты 9,94% , расчетная величина Т_кр= -0,4^oC, подвергают первичному фракционированию в два этапа. На первом этапе жир постепенно охлаждают до 4^oC в течение 4 ч, затем фильтруют, получают 60 кг твердых глицеридов и 234 кг жира (выход 78,0%), иодное число 175% иода, жир направляют на второй этап охлаждения до минус 6^oC в течение 3 ч. После фильтрации получают 85,0 кг тугоплавких глицеридов и 140,4 кг жира, иодное число 189,0% иода. Полученный жир направляют на низкотемпературную кристаллизацию, для чего смешивают с ацетоном в соотношении 1:8, охлаждают до криоскопической температуры смеси Т_кр = минус 14^oC, выдерживают в течение 60 мин, охлаждают до минус 38^oC и выдерживают еще 10 ч. Далее аналогично примерам 1 и 4. Получают 60,6 кг твердых глицеридов и 73,85 кг концентрата ПНЖК, иодное число 206% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 39,01% или 28,8 кг, докозагексаеновой кислоты 19,97% или 14,77 кг. Выход эйкозапентаеновой кислоты 60% от ее содержания в исходном жире.

В известном способе выход этой кислоты не превышает 40%.

Полученный продукт прошел медико-биологические испытания, которые показали что он не содержит загрязнений хлорорганическими пестицидами, ртутью и другими тяжелыми металлами, не оказывает отрицательного воздействия. Препарат обладает ярко выраженным иммуностимулирующим и гипохолестеринемическим действием. Концентрат содержит больше эйкозапентаеновой кислоты, чем любой другой известный источник ПНЖК омега-3 и поэтому имеет преимущества перед ними при использовании его в лечебной практике. Способ освоен рыбоперерабатывающей и фармацевтической промышленностью и продукт выпускается в различных лекарственных формах.

Использование: изобретение относится к рыбной промышленности и может быть использовано для получения жиров, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами, и жиров, содержащих в основном насыщенные жирные кислоты. Сущность изобретения: в способе, осуществляемом путем измельчения сырья, его электрообработки, выделения жира и его первичного фракционирования с последующей низкотемпературной кристаллизацией жидкой фракции, процесс электрообработки прекращают в момент достижения определенного значения плотности тока, первичное фракционирование проводят в два или три этапа в зависимости от определяемой расчетным путем криоскопической температуры жира, а процесс низкотемпературной кристаллизации ведут ступенчато. 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЫБЬЕГО ЖИРА, включающий извлечение из измельченного рыбного сырья жира, его очистку, смешивание с органическим растворителем, охлаждение смеси до отрицательных температур с выдержкой, фильтрацию для отделения жидкой фракции от твердой, отгонку для удаления растворителя и получение концентрата полиненасыщенных жирных кислот, отличающийся тем, что извлечение жира из измельченного сырья осуществляют путем его электрообработки при напряженности поля 5 - 150 В/см до достижения плотности тока j= Kj_нач А/см², где K - коэффициент, экспериментально устанавливаемый для каждого вида сырья и больший или равный 2,0, и термообработки с последующим разделением на белковую, водную и жировую фракции, а после очистки жир фракционируют охлаждением по меньшей мере в два этапа, число которых зависит от криоскопической температуры жира, и охлаждение на каждом этапе ведут до начала выпадения образующихся кристаллов в осадок, при этом охлаждение смеси жира с органическим растворителем сначала осуществляют до криоскопической температуры смеси с выдержкой в течение 30-60 мин, а затем до температуры ниже -35^oС с выдержкой в течение 5-10 ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фракционирование жира при значении криоскопической температуры жира, равном или меньшем 2^oС, проводят в два этапа, а при значении криоскопической температуры жира, равном или большем 3^oС, проводят в количестве этапов больше 2.