СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗАТА НА ОСНОВЕ БЕЛКОВ РЫБ Российский патент 2005 года по МПК A23J1/04 A23L3/30 A23K1/10 

Изобретение относится к пищевой промышленности, медицинской и ветеринарной биотехнологии, в частности к способу изготовления ферментативного гидролизата белков рыб, и может быть использовано для получения лечебно-профилактических средств, пищевых и кормовых добавок, питательных сред для культивирования микроорганизмов и клеток эукариот.

В настоящее время известно, что в качестве источника белка для получения ферментативных гидролизатов служат в основном белки животного происхождения: нетоварное мясо животных, спилки шкур крупного рогатого скота, белки молока. В качестве источника протеолитической активности чаще всего используют экстракты поджелудочной железы коров и свиней, реже, из-за своей доступности и/или стоимости, протеазы микробного происхождения (Телишевская Л.Я. «Белковые гидролизаты», изд М., 2000 г., с.65).

Кроме того, ограничения, накладываемые на пищевые и фармацевтические продукты, получаемые переработкой животного сырья, приводят к необходимости разработки технологий, базирующихся на альтернативном сырье.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб, включающий приготовление белоксодержащей массы, смешивание ее с водой 1:1, выдерживание при температуре 40-45°C при рН 7,6-8,0 в присутствии хлороформа при перемешивании в течение 18 ч с последующим нагревом биомассы при 90°C в течение 5-10 мин, осаждение высокомолекулярных соединений в кислой зоне рН, фильтрование и высушивание конечного продукта (см. Патент РФ №2103360, кл. А 23 J 3/04, 1998 г.).

В известном способе в качестве белоксодержащей массы используют кишечник и тушки промысловых рыб.

Недостатками известного изобретения являются:

- использование для регуляции кислотности реакционной смеси системы соляная кислота - гидроокись натрия, что приводит к высокому содержанию золы (солей) в конечном продукте - более 10%, за счет образования хлористого натрия;

- длительность (18 ч) технологических режимов проведения процесса и, как следствие, использование для защиты от микробного обсеменения хлороформа;

- продукт имеет специфический запах, что ухудшает вкусовые свойства получаемого продукта.

Задачами, решаемыми предлагаемым способом, являются устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием способа получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб, включающего приготовление белоксодержащей массы, гидролиз массы путем подщелачивания и нагрева с одновременным перемешиванием, подкисление полученной биомассы последующей декантацией жира и получение продукта, в котором согласно изобретению белкосодержащую массу получают из внутренностей рыб или путем смешивания внутренностей и тушек рыб, а гидролиз массы проводят непосредственно или смешивая ее с водой, при этом в качестве щелочного агента используют гидроокись кальция, а кислотного - ортофосфорную кислоту.

Использование для регуляции кислотности биомассы щелочного и кислотного агентов, таких как гидроокись кальция - ортофосфорная кислота, позволяет получить конечный продукт с низким содержанием золы. Это происходит из-за того, что при нейтральных значениях рН добавленные реагенты выпадают в виде водонерастворимого осадка СаНРО₄, который позволяет осуществить дополнительную очистку конечного продукта от высокомолекулярных соединений и тяжелых металлов.

Проведение гидролиза белкосодержащей массы без добавления воды позволяет максимально компактизовать процесс, что в сочетании с консервацией полученного продукта путем добавления фосфорной кислоты дает возможность использовать предлагаемый способ в условиях промысловых судов и сезонного рыболовства и осуществлять длительное хранение продукта без энергетических затрат.

Изобретение характеризуется тем, что подщелачивают белкосодержащую массу до рН 8,5-8,8 гидроокисью кальция, нагревают ее до 50-60°С при перемешивании в течение 3-6 ч, биомассу подкисляют до рН 3,2-3,5.

В результате проведенных экспериментов установлено, что предлагаемый способ с заданными характеристиками получается при проведении его с режимами в указанных пределах.

В случае, если значение какого-либо режима выходит за указанные пределы, то необходимые характеристики не будут достигнуты, т.е. технический результат в изобретении не будет получен.

Это позволяет сделать вывод о том, что указанные параметры режимов проведения способа относятся к существенным признакам данного изобретения.

Отделение нерастворимого осадка после декантации жира из полученной смеси необходимо для первичного осветления раствора и отделения балласта, т.к. в качестве исходного продукта были использованы неочищенные внутренности и тушки рыб.

Дальнейшее осветление раствора после отделения нерастворимого осадка путем подщелачивания его до значений рН 7,2-7,5 гидроокисью кальция, нагрева до температуры 80-90°С в течение 15-30 мин с последующим отделением осадка и концентрированием раствора позволяет получить продукт, соответствующий нормам, предъявляемым к пищевым продуктам, и в зависимости от целевого назначения может быть непосредственно использован при производстве пищевых продуктов, питательных сред, премиксов и т.д.

Осадки, полученные после первого и второго осветвления, объединяют, высушивают и измельчают для использования в качестве кормовой добавки и высококачественного удобрения.

Высушивание после концентрации осветленного раствора позволяет получать продукт со сроком хранения не менее двух лет при отсутствии доступа влаги.

Добавление перед высушиванием в концентрированный раствор инертных (пищевых) волокон, а затем измельчение высушенной массы, позволяют создавать продукт с длительным сроком хранения, не обладающий повышенной гигроскопичностью.

Изобретение также характеризуется тем, что после концентрации раствора или после его высушивания осуществляют дополнительную очистку продукта путем хроматографии при рН 4,1-4,5 с фильтрацией продукта через хроматографический носитель при комнатной температуре, что позволяет получать продукт с улучшенными органолептическими свойствами.

Предлагаемый способ является максимально унифицированным и не требует использования оборудования, отличного от используемого в условиях пищевого и/или биотехнологического производства.

Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков в аналогичных способах получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб, т.е. предлагаемое решение соответствует критерию «новизна».

При анализе известных аналогов и прототипа не обнаружено предложение с совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, из чего следует, что для специалистов, занимающихся способами получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб, оно явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения, что подтверждается испытаниями в производственных условиях с использованием реакторов объемом 1 м³ и 20 м³.

Предлагаемый способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб выполняют следующим образом:

Сначала приготавливают белоксодержащую массу.

В предлагаемом способе в качестве сырья используют внутренности промысловых рыб (морских или речных): лососевых, макрелевых, тресковых, судака, щуки, карповых и т.д. Дополнительным источником белка в массе служат тушки любой нетоварной рыбы.

Промытые магистральной водой свежие или свежезамороженные внутренности рыб измельчают и гомогенизируют. Аналогичным образом обрабатывают тушки рыб.

Полученную пасту перекачивают в реактор, где, по необходимости, смешивают с продуктом, полученным из тушек, в соотношении 1:2. Затем проводят гидролиз белоксодержащей массы.

На этой стадии в зависимости от условий производства возможны два дальнейших пути проведения процесса гидролиза.

По первому варианту непосредственно проводят гидролиз полученной массы без добавления воды.

Белоксодержащую массу, перемешивая, подщелачивают водной суспензией гидроокиси кальция до рН 8,5-8,8 и прогревают до 50-55°С. В зависимости от природы исходного сырья процесс ведут при перемешивании в течение 4-6 ч до достижения глубины реакции не менее 80% от максимально возможной. По завершении процесса гидролиза на 80-90% в полученную биомассу добавляют ортофосфорную кислоту, доводя рН среды до 3,2-3,5, и затем декантируют жир.

Полученный продукт может быть непосредственно использован на последующих стадиях предлагаемого способа либо перекачан в инертные емкости для хранения и/или транспортировки при температуре окружающей среды.

Применение предлагаемого способа в таком виде исключает длительное использование холодильных установок для хранения исходного сырья, обеспечивает экономичное сохранение и транспортировку концентрированного полупродукта и позволяет эффективно использовать данную технологию как в условиях морского промыслового лова, так и при сезонном прибрежном рыболовстве.

Кроме того, продукт, полученный в результате использования предлагаемого способа, имеет самостоятельную ценность, так как после нейтрализации может быть использован в качестве эффективной кормовой добавки и стимулятора роста растений.

По второму варианту гидролиза к белоксодержащей массе в реакторе добавляют эквивалентный объем очищенной воды. Смесь при интенсивном перемешивании подщелачивают с помощью гидроокиси кальция до рН 8,5 и нагревают ее до 50-55°С.

В зависимости от природы исходного сырья гидролиз ведут 3-5 ч. Контроль за ходом процесса гидролиза как по первому, так и по второму вариантам осуществляют ежечасно, отбирая пробы и определяя в них содержание аминного азота.

По завершении процесса на 80-90% реакционную смесь подкисляют ортофосфорной кислотой до рН 3,2-3,5 и декантируют жир.

Затем продукт, полученный непосредственно без добавления воды по первому варианту гидролиза или после добавления равного объема очищенной воды, продукт, полученный по второму варианту, отделяют от нерастворимого осадка и остатков жира, например, с помощью проточной центрифуги и раствор перекачивают в следующий реактор.

В реакторе производят процесс осветления раствора путем подщелачивания до значений рН 7,2-7,5 с помощью гидроокиси кальция и нагрева при 90-95°С в течение 15-30 мин.

Выпавший осадок отделяют, например, с помощью проточной центрифуги или фильтрования.

Потом осветвленный раствор, содержащий порядка 10% смеси аминокислот и коротких пептидов (не более 2000 Д), концентрируют в два-три раза с помощью вакуум-выпарной установки.

Продукт, полученный после осветления и его концентрации, соответствует нормам, предъявляемым к пищевым продуктам, и в зависимости от целевого назначения может быть непосредственно использован в дальнейшем производстве (напитки, пресервы, питательные среды и т.д.).

Процесс согласно предлагаемому способу может быть продолжен дальше, а именно осветленный и концентрированный раствор высушивают, например, распылительным способом.

Возможен вариант сушки, когда перед высушиванием в раствор добавляют инертные (пищевые) волокна, до густого пастообразного состояния, а затем высушивают и измельчают с помощью соответствующего технологического оборудования.

Дальнейшую очистку (удаление пигментов, специфического запаха и вкуса рыбы) проводят хроматографией на носителях типа Амберлайт XAD (Франция). Очистка может быть произведена как после концентрирования раствора, так и после его последующего высушивания распылительным способом.

Концентрированный раствор или сухой продукт после его разведения в 3-5 раз водой подкисляют до рН 4,1-4,5 и фильтруют при комнатной температуре через колонку, содержащую соответствующий носитель, в соотношении объем набухшего носителя/масса сухого содержимого раствора 1/1.

Выход целевого продукта составляет не менее 80% при практическом сохранении соотношений аминокислот (см. Таблицу).

Полученный раствор концентрируют с помощью вакуум-выпарной установки и высушивают, например, распылительным способом при температуре вспрыска не выше 140°С.

Примеры способа получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб.

Пример 1. Внутренности лосося промывают водой, гомогенизируют, смешивают с очищенной водой в соотношении 1:1 и доводят рН смеси до 8,8 суспензией гидроокиси кальция.

Процесс ведут при перемешивании в течение 3-4 ч при 55°С, контролируя ход реакции по увеличению содержания аминного азота (N_ам). По завершении процесса на 84% рН реакционной смеси доводят до 3,5 с помощью ортофосфорной кислоты.

Жир декантируют, осадок отделяют с помощью проточной центрифуги, а раствор перекачивают в следующий реактор.

Добавлением гидроокиси кальция при перемешивании доводят рН среды до 7,0-7,5 и нагревают при 90°С в течение 30 мин.

Осадок и остатки жира удаляют с помощью проточной центрифуги, раствор концентрируют в 2-3 раза с помощью вакуум-выпарной установки и высушивают на распылительной сушке.

В результате получен продукт, который характеризуется следующими параметрами, мас.%:

N_ам6,4N_общ10,5Аминный коэффициент, N_ам/N_общ0,61Зола 2,3Жир 1,8Аминокислоты (кислотный гидролиз) 53Аминокислоты свободные 86

Пример 2. Внутренности и тушки минтая промывают водой, смешивают в соотношении 1:2, гомогенизируют, смешивают с очищенной водой в соотношении 1:1 и доводят рН смеси до 8,8 суспензией гидроокиси кальция. Процесс ведут при перемешивании в течение 4-5 ч при 55°С, контролируя ход реакции по увеличению содержания аминного азота (N_ам). По завершении процесса на 80-85% реакционную смесь обрабатывают аналогично описанному выше.

В результате получен продукт, который характеризуется следующими параметрами, мас.%:

N_ам7,4N_общ10,4Аминный коэффициент, N_ам/N_общ0,71Зола 1,9Жир 1,5Аминокислоты (кислотный гидролиз) 89Аминокислоты свободные 58

Пример 3. Внутренности сазана и тушки пресноводных частиковых рыб промывают водой, смешивают в соотношении 1:2, гомогенизируют, смешивают с очищенной водой в соотношении 1:1 и доводят рН смеси до 8,8 суспензией гидроокиси кальция. Процесс ведут при перемешивании в течение 4-5 ч при 55°С, контролируя ход реакции по увеличению содержания аминного азота (N_ам). По завершении процесса на 80-85% реакционную смесь обрабатывают аналогично описанному выше.

В результате получен продукт, который характеризуется следующими параметрами, мас.%:

N_ам6,6N_общ12,1Аминный коэффициент, N_ам/N_общ0,55Зола 2,8Жир 0,25Аминокислоты (кислотный гидролиз) 85Аминокислоты свободные 54

Пример 4. Внутренности сазана и тушки пресноводных частиковых рыб промывают водой, смешивают в соотношении 1:2, гомогенизируют и доводят рН смеси до 8,8 суспензией гидроокиси кальция. Процесс ведут при перемешивании в течение 5-6 ч при 55°С, контролируя ход реакции по увеличению содержания аминного азота (N_ам). По завершении процесса на 80-85% биомассу подкисляют ортофосфорной кислотой до рН 3,5 и декантируют жир. К полученному продукту при перемешивании добавляют равный объем очищенной воды, отделяют осадок и остатки жира с помощью проточной центрифуги и перекачивают в следующий реактор.

Далее полученный раствор обрабатывают гидроокисью кальция, концентрируют и высушивают, как это описано выше.

В результате получен продукт, который характеризуется следующими параметрами, мас.%:

N_ам6,7N_общ13,2Аминный коэффициент, N_ам/N_общ0,51Зола 3,9Жир 0,3Аминокислоты (кислотный гидролиз) 93Аминокислоты свободные 61

Пример 5. Внутренности лосося и тушки лосося промывают водой, смешивают в соотношении 1:2, гомогенизируют, смешивают с очищенной водой в соотношении 1:1 и доводят рН смеси до 8,8 суспензией гидроокиси кальция. Процесс ведут при перемешивании в течение 4-5 ч при 55°С, контролируя ход реакции по увеличению содержания аминного азота (N_ам). По завершении процесса на 80-85% биомассу обрабатывают аналогично описанному выше, концентрируют и высушивают.

Концентрат (1) подкисляют до рН 4,1-4,5 или высушенный продукт (2) разбавляют водой в 4-5 раз и также доводят рН раствора до рН 4,1-4,5. Полученный раствор фильтруют при комнатной температуре через колонку, содержащую соответствующий хроматографический носитель типа Амберлайт XAD (Франция), в соотношении объем набухшего носителя/масса сухого содержимого раствора 1/1. Выход целевого продукта составляет не менее 80%. Полученный раствор концентрируют с помощью вакуум-выпарной установки и высушивают на распылительной сушке при температуре вспрыска не выше 140°С (3).

В результате получены продукты, которые характеризуются следующими параметрами, мас.%:

Таблица 1 Продукт (1, 2)Продукт (3)N_ам6,18,9N_общ9,411,5Аминный коэффициент, N_ам/N_общ0,650,76Зола3,21,2Жир1,950,8Аминокислоты (кислотный гидролиз)8590Аминокислотный свободные7278

Ферментативные гидролизаты белков различных рыб, полученные предлагаемым способом, по своим характеристикам не уступают препаратам, получаемым по известному способу, отличаясь от них пониженным в два-три раза содержанием неорганических веществ (см. ТУ 9160-001-08627543-98).

Таким образом, предлагаемый способ является универсальным и позволяет обеспечить в больших масштабах ускоренный и экономичный процесс получения ферментативного гидролизата из отходов переработки рыбы, являющегося ценным сырьем для пищевых, кормовых и биотехнологических производств.

Сухой белковый гидролизат в виде пищевой добавки показал свою высокую физиологическую активность, например, при лечении больных с желудочно-кишечными кровотечениями.

Таблица 2
Аминокислотный состав ферментативного гидролизата белков лосося до (I) и после хроматографической очистки (II), г/100 г сухого препарата. Кислотный гидролизСвободные аминокислотыIIIIIIТаурин3,193,051,672,12Аспарагиновая кислота5,535,672,963,12Треонин3,423,793,043,18Серин3,543,753,243,34Глутаминовая кислота10,812,454,023,41Пролин5,016,412,231,17Глицин7,728,233,032,92Аланин6,748,026,556,36Валин5,065,765,525,93Метионин2,122,731,931,95Изолейцин4,074,324,744,29Лейцин6,887,287,767,93Тирозин4,872,754,082,82Фенилаланин3,773,113,712,72Гидроксилизин1,050,670,520,47Орнитин1,672,252,042,15Лизин4,896,085,25,67Гистидин0,740,920,920,8Триптофан0,760,3610,157,29Аргинин3,522,724,664,36Всего:85,3590,3277,9772

Изобретение относится к пищевой промышленности, медицинской и ветеринарной биотехнологии, в частности к способу изготовления ферментативного гидролизата белков рыб, и может быть использовано для получения лечебно-профилактических средств, пищевых и кормовых добавок, питательных сред для культивирования микроорганизмов и клеток эукариот. Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием способа получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб, в котором согласно изобретению белоксодержащую массу получают из внутренностей рыб или путем смешивания внутренностей и тушек рыб, а гидролиз массы проводят непосредственно или смешивая ее с водой, при этом в качестве щелочного агента используют гидроокись кальция, а кислотного - ортофосфорную кислоту. Окончательную очистку продукта (удаление пигментов, специфического запаха и вкуса рыбы) проводят хроматографией на носителях типа Амберлайт XAD (Франция). Изобретение обеспечивает получение конечного продукта с низким содержанием золы (солей); уменьшение длительности технологических режимов проведения процесса; улучшение вкусовых свойств получаемого продукта за счет устранения специфического запаха. 8 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб, включающий приготовление белоксодержащей массы, гидролиз путем подщелачивания и нагрева с одновременным перемешиванием, подкисление полученной биомассы, отличающийся тем, что белоксодержащую массу готовят из внутренностей рыб или путем смешивания внутренностей рыб и тушек рыб, а гидролиз массы проводят непосредственно или смешивая ее с водой при температуре 50-55°С в течение 3-6 ч, при этом подщелачивают белоксодержащую массу гидроокисью кальция до рН 8,5-8,8, а подкисляют полученную биомассу до рН 3,2-3,5 ортофосфорной кислотой и проводят декантацию жира.2. Способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб по п.1, отличающийся тем, что смешивают внутренности рыб и тушки рыб в соотношении 1:2.3. Способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб по п.1, отличающийся тем, что после декантации жира из полученной смеси отделяют нерастворимый осадок, при этом если гидролиз массы проводят непосредственно, то перед отделением массу предварительно перемешивают с равным объемом очищенной воды.4. Способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб по п.1 или 3, отличающийся тем, что после отделения нерастворимого осадка проводят осветление раствора путем подщелачивания его до значений рН 7,2-7,5 гидроокисью кальция, нагрева до температуры 80-90°С в течение 15-30 мин.5. Способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб по п.1, отличающийся тем, что осветленный раствор концентрируют.6. Способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб по п.1, отличающийся тем, что осветленный раствор после концентрирования подвергают высушиванию.7. Способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб по п.1, отличающийся тем, что перед высушиванием в раствор добавляют пищевые волокна, а затем высушенную массу измельчают.8. Способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб по п.1, отличающийся тем, что после концентрации раствора или после его высушивания производят дополнительную очистку продукта путем хроматографии.9. Способ получения ферментативного гидролизата на основе белков рыб по п.1, отличающийся тем, что хроматографию проводят при рН 4,1-4,5, фильтруя продукт через хроматографический носитель при комнатной температуре.