СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛАГЕНОВОГО МАТЕРИАЛА В ВИДЕ ЧАСТИЦ И ПОЛУЧЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ КОЛЛАГЕНОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2021 года по МПК A23J1/10 A23L29/281 C08H1/06 

Настоящее изобретение относится к способу получения коллагенового материала в виде частиц.

Изобретение относится далее к полученному этим способом коллагеновому материалу в виде частиц.

При производстве различных пищевых продуктов, прежде всего при промышленном производстве продуктов питания, уже достаточно давно известна возможность целенаправленного улучшения свойств пищевых продуктов, например их консистенции и текстуры, с помощью определенных добавок на основе белков. Одним из примеров применения по такому назначению служат материалы на основе коллагена, которые способны связывать воду, а также брать на себя выполнение функции эмульгатора. Такие добавки называют функциональными протеинами (англ. "functional proteins"), поскольку они используются в пищевых продуктах из-за таких технологических воздействий на них (а не в первую очередь из-из своей питательной ценности).

Подобные коллагеновые материалы в виде частиц, используемые в качестве функциональных протеинов в пищевых продуктах, до настоящего времени получают непосредственно из коллагенсодержащего исходного материала животного происхождения путем его измельчения пригодным для этого способом до частиц требуемых размеров (например, путем мокрого или сухого помола). В качестве исходных материалов при этом в первую очередь используются шкуры и кости животных. В DE 102008036576 А1 описан, например, способ получения коллагеновых частиц из твердого коллагенового материала, прежде всего из оссеина. Подобные коллагеновые частицы могут использоваться прежде всего в мясных и колбасных изделиях с пониженным содержанием жира с тем, чтобы в качестве жирозаменителя способствовать приданию им типичной текстуры жиросодержащих пищевых продуктов.

В основу настоящего изобретения была положена задача предложить эффективный способ получения коллагенового материала в виде частиц.

Указанная задача решается согласно изобретению с помощью предлагаемого в нем способа, который заключается в выполнении следующих стадий:

- коллаген- и жиросодержащий исходный материал животного происхождения подвергают экстракционной обработке водным экстрагирующим раствором,

- при необходимости отделяют по меньшей мере часть водной фазы от остатка после экстракции,

- остаток после экстракции разделяют на коллагенсодержащую твердую фазу, водную фазу и жировую фазу,

- по меньшей мере часть коллагенсодержащей твердой фазы смешивают с по меньшей мере частью водной фазы,

- смешанные фазы подвергают по меньшей мере частичной сушке и

- высушенные фазы измельчают с получением коллагенового материала в виде частиц.

Первая стадия предлагаемого в изобретении способа представляет собой важный процесс при известном получении желатина. При этом из исходного материала выделяют растворимую часть коллагена, соответственно его переводимую в условиях экстракции в растворимую форму часть, а затем концентрируют экстрагирующий раствор и сушат концентрат. Иными словами, настоящее изобретение направлено на то, чтобы для получения коллагенового материала в виде частиц (полностью или частично) использовать также остаток после экстракции, образующийся при производстве желатина.

Благодаря такому подходу изобретение позволяет значительно повысить объем чистой продукции от используемого исходного материала животного происхождения, который таким путем почти полностью перерабатывают в высокоценные, используемые в пищевой промышленности продукты (желатин и коллагеновые частицы). В отличие от этого при получении желатина согласно уровню техники остаток после экстракции иногда используется лишь как добавка в удобрениях или в кормах для животных (сельскохозяйственных и домашних животных).

С другой стороны, при создании изобретения было установлено, что полученный предлагаемым в нем способом коллагеновый материал несмотря на непостоянство своего состава в основном обладает теми же предпочтительными свойствами в качестве функционального протеина, что и коллагеновый материал согласно уровню техники, полученный путем измельчения исходного материала, не подвергнутого экстракционной обработке.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения остаток после экстракции вновь подвергают после отделения водной фазы экстракционной обработке водным экстрагирующим раствором, при этом по меньшей мере часть коллагенсодержащей твердой фазы остатка после последней экстракции смешивают с по меньшей мере частью водной фазы последней стадии экстракции. Водные фазы предшествующих стадий экстракции можно в этом случае направлять в обычный процесс производства желатина. Многократная экстракция является обычным приемом при получении желатина, который при этом получают на отдельных стадиях экстракции отчасти с различным качеством (прежде всего с различными показателями прочности геля).

При осуществлении предлагаемого в изобретении способа экстракцию, т.е. экстракционную обработку, предпочтительно проводят от двух до восьми раз. Количество стадий экстракции может существенно влиять на свойства полученного коллагенового материала, поскольку с увеличением количества циклов экстракции снижается доля растворимого, соответственно экстрагируемого коллагена в конечном продукте.

Водный экстрагирующий раствор представляет собой либо кислый раствор, который содержит прежде всего серную кислоту или соляную кислоту, либо щелочной раствор, который содержит прежде всего гидроксид кальция. Кислотная экстракция, равно как и щелочная экстракция достаточно давно известны по применению при получении желатина, при этом первая приводит к получению желатина типа А, а последняя - желатина типа В. Решение в пользу одного из обоих этих методов прежде всего зависит также от типа применяемого исходного материала.

На свойства получаемого коллагенового материала можно согласно настоящему изобретению прежде всего влиять также путем настройки конкретных условий экстракции, т.е. главным образом температуры, значения рН и длительности экстракции. О том, как конкретно эти параметры могут сказываться на свойствах коллагенового материала, описано ниже в примерах осуществления изобретения.

Коллаген- и жиросодержащий исходный материал животного происхождения в предпочтительном варианте выбран из кожной и подкожной тканей млекопитающих, птиц и рыб. Особенно предпочтительно применение свиной шквары или спилка крупного рогатого скота, которые в больших объемах используются при получении желатина. Обычно при использовании подобных исходных материалов проводят кислотную экстракцию, при которой водный экстрагирующий раствор имеет значение рН предпочтительно от 3,5 до 5,5, более предпочтительно от 4 до 5.

Длительность экстракции составляет преимущественно до 30 ч, более предпочтительно до 25 ч, прежде всего от 15 до 25 ч.

В предпочтительном варианте исходный материал перед его экстракционной обработкой измельчают обычным путем, например, до размера примерно 5×5 см.

После разделения остатка после (последней) экстракции на жировую фазу, коллагенсодержащую твердую фазу и водную фазу обе последние при осуществлении предлагаемого в изобретении способа смешивают между собой, при этом при необходимости используют только часть таких образующихся фаз, т.е. целенаправленно регулируют соотношение между ними в их смеси. При этом массовое соотношение между коллагенсодержащей твердой фазой и водной фазой составляет предпочтительно от 1:99 до 1:1, более предпочтительно от 1:9 до 1:2. Регулированием такого соотношения между указанными фазами в их смеси также можно влиять на свойства получаемого коллагенового материала, прежде всего путем повышения доли водной фазы можно снижать вязкость продукта (см. ниже в описании примеров осуществления изобретения).

Сушку смешанных фаз в предпочтительном варианте проводят до остаточной влажности в пределах от 2 до 20 мас. %, преимущественно от 5 до 15 мас. %. Пониженное содержание воды повышает стойкость материала при хранении и влияет также на его функциональные возможности, прежде всего на водопоглощающую способность.

Сушку в предпочтительном варианте проводят при температуре в пределах от 50 до 150°С. Для сушки можно использовать обычные методы. К пригодным методам сушки относятся прежде всего сушка в вальцовых сушилках, распылительная сушка и сушка в дисковых сушилках.

Измельчение высушенной фазы целесообразно проводить путем размола. В предпочтительном варианте коллагеновый материал размалывают до частиц со средним размером от 20 до 250 мкм, более предпочтительно от 50 до 150 мкм. Частицы с размерами в таких пределах наиболее пригодны при их применении в пищевых продуктах для положительного влияния на их текстуру.

Объектом настоящего изобретения является далее коллагеновый материал в виде частиц, полученный описанным выше способом. Особые преимущества такого коллагенового материала уже были рассмотрены выше в описании способа его получения.

Средний размер частиц предлагаемого в изобретении коллагенового материала составляет преимущественно от 20 до 250 мкм, более предпочтительно от 50 до 150 мкм.

Предлагаемый в изобретении коллагеновый материал в предпочтительном варианте обладает водопоглощающей способностью от 1:1 до 50:1 в пересчете на его собственную массу.

Помимо этого такой материал в предпочтительном варианте обладает эмульгирующей способностью в отношении жира и воды от 1:1 до 20:1 в пересчете на его собственную массу.

Объектом изобретения является также применение предлагаемого в изобретении коллагенового материала в виде частиц при производстве пищевых продуктов, прежде всего мясных и колбасных изделий. Наряду с этим коллагеновый материал может также использоваться при производстве кормов для сельскохозяйственных и домашних животных.

Эти и другие преимущества изобретения поясняются на последующих примерах.

Примеры

Получение коллагенового материала

Описанные ниже предлагаемые в изобретении коллагеновые материалы в виде частиц получали путем шестикратной экстракционной обработки свиной шквары сернокислым экстрагирующим раствором в конкретно указанных ниже условиях. Остаток после последней экстракции разделяли на коллагенсодержащую твердую фазу, водную фазу и жировую фазу и твердую фазу смешивали с водной фазой в конкретно указанном ниже соотношении. После сушки в вальцовой сушилке материал измельчали до частиц со средним размером 150 мкм.

Влияние значения рН при экстракции

В примерах, представленных в таблице 1, экстракцию проводили при температуре 65°С в течение 18 ч, но при разных значениях рН. Твердую и водную фазы смешивали между собой в соотношении 3:7.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что значение рН оказывает выраженное влияние на водосвязывающую способность и эмульгирующую способность коллагенового материала.

Мерой водосвязывающей способности служит прочность геля, определяемая по 20%-ной по массе суспензии коллагенового материала. Суспензию нагревали до 60°С и после охлаждения до 10°С через 20 ч определяли прочность геля.

Мерой эмульгирующей способности служит прочность геля, определяемая по эмульсии с соотношением ее компонентов 1:6:6 (коллагеновый материал/жир/вода). Эмульсию приготавливали при 20°С и после охлаждения до 10°С через 20 ч определяли прочность геля.

Прочность геля в каждом случае измеряли с помощью анализатора текстуры TA.XTplus, оснащенного сферическим зондом SMS Р/0.75, при глубине проникновения 1 см.

Влияние длительности экстракции

В примерах, представленных в таблице 2, экстракцию проводили при температуре 65°С и при значении рН 4,8, но с разной длительностью. Твердую и водную фазы смешивали между собой в соотношении 3:7.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что длительность экстракции также оказывает влияние на водосвязывающую способность и эмульгирующую способность коллагенового материала.

Водосвязывающую способность и эмульгирующую способность определяли описанным выше путем.

Влияние соотношения между твердой и водной фазами в их смеси

В примерах, представленных в таблице 3, экстракцию проводили при температуре 65°С и при значении рН 4,8 в течение 18 ч. Фазы смешивали между собой в различных соотношениях.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что таким путем можно регулировать вязкость эмульсии материала.

Вязкость определяли на 30%-ной по массе суспензии коллагенового материала при 60°С, используя для измерений реометр типа Anton Paar MCR 102.

Группа изобретений относится к пищевой промышленности. Коллаген- и жиросодержащий исходный материал животного происхождения подвергают экстракционной обработке водным экстрагирующим раствором со значением рН от 3,5 до 5,5 в течение периода времени, составляющего до 30 ч. Экстракцию проводят в общей сложности от двух до восьми раз. При необходимости отделяют, по меньшей мере, часть водной фазы от остатка после экстракции. Остаток после экстракции разделяют на коллагенсодержащую твердую фазу, водную фазу и жировую фазу. По меньшей мере, часть коллагенсодержащей твердой фазы смешивают с, по меньшей мере, частью водной фазы в массовом соотношении от 1:99 до 1:1. Смешанные фазы подвергают, по меньшей мере, частичной сушке при температуре от 50 до 150°С. Высушенные фазы измельчают с получением коллагенового материала в виде частиц. Коллагеновый материал в виде частиц имеет средний размер частиц от 20 до 250 мкм, обладает водопоглощающей способностью от 1:1 до 50:1 в пересчете на его собственную массу и/или эмульгирующей способностью в отношении жира и воды от 1:1 до 20:1 в пересчете на его собственную массу. Применение коллагенового материала в виде частиц при производстве пищевых продуктов, прежде всего мясных и колбасных изделий. Группа изобретений обеспечивает получение чистого коллагенового материала в виде частиц, позволяет использовать остаток после экстракции, образующийся при производстве желатина (значительное повышение объема чистой продукции от используемого материала животного происхождения). 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения коллагенового материала в виде частиц, заключающийся в выполнении следующих стадий:

- коллаген- и жиросодержащий исходный материал животного происхождения подвергают экстракционной обработке водным экстрагирующим раствором со значением рН от 3,5 до 5,5 в течение периода времени, составляющего до 30 ч,

- при необходимости отделяют по меньшей мере часть водной фазы от остатка после экстракции,

- остаток после экстракции разделяют на коллагенсодержащую твердую фазу, водную фазу и жировую фазу,

- по меньшей мере часть коллагенсодержащей твердой фазы смешивают с по меньшей мере частью водной фазы в массовом соотношении от 1:99 до 1:1,

- смешанные фазы подвергают по меньшей мере частичной сушке при температуре от 50 до 150°С и

- высушенные фазы измельчают с получением коллагенового материала в виде частиц,

при осуществлении которого экстракцию проводят в общей сложности от двух до восьми раз.

2. Способ по п. 1, при осуществлении которого остаток после экстракции вновь подвергают после отделения водной фазы экстракционной обработке водным экстрагирующим раствором, при этом коллагенсодержащую твердую фазу остатка после последней экстракции смешивают с водной фазой последней стадии экстракции.

3. Способ по любому из предыдущих пунктов, при осуществлении которого в качестве водного экстрагирующего раствора используют кислый раствор, который содержит серную кислоту или соляную кислоту.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, при осуществлении которого используют водный экстрагирующий раствор со значением рН от 4 до 5.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, при осуществлении которого длительность экстракции составляет до 25 ч, прежде всего от 15 до 25 ч.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, при осуществлении которого в качестве коллаген- и жиросодержащего исходного материала животного происхождения используют таковой, выбранный из кожной и подкожной тканей млекопитающих, птиц и рыб, прежде всего из свиной шквары и спилка крупного рогатого скота.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, при осуществлении которого коллагенсодержащую твердую фазу и водную фазу смешивают между собой в массовом соотношении от 1:9 до 1:2.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, при осуществлении которого сушку смешанных фаз проводят до остаточной влажности в пределах от 2 до 20 мас. %, предпочтительно от 5 до 15 мас. %.

9. Способ по одному из предыдущих пунктов, при осуществлении которого измельчение высушенных фаз проводят путем размола, предпочтительно до частиц со средним размером от 20 до 250 мкм, более предпочтительно от 50 до 150 мкм.

10. Коллагеновый материал в виде частиц, имеющий средний размер частиц от 20 до 250 мкм, полученный способом по любому из предыдущих пунктов, который обладает водопоглощающей способностью от 1:1 до 50:1 в пересчете на его собственную массу и/или эмульгирующей способностью в отношении жира и воды от 1:1 до 20:1, соответственно, в пересчете на его собственную массу.

11. Коллагеновый материал по п. 10, у которого средний размер его частиц составляет от 50 до 150 мкм.

12. Применение коллагенового материала в виде частиц по п. 10 или 11 при производстве пищевых продуктов, прежде всего мясных и колбасных изделий.