СПОСОБ ОБРАБОТКИ ШКУР КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА ПИЩЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК A23J1/10 A23J3/04 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способу получения коллагенового полуфабриката из коллагенсодержащего кожевенного сырья - шкур крупного рогатого скота (КРС). Изобретение позволяет получать коллагеновый материал пищевого качества.

В настоящее время хорошо известны многочисленные способы получения коллагена из различных сырьевых источников (Неклюдов А.Д., Иванкин А.Н. «Биологически активные соединения из природных объектов. Свойства, структурно-функциональные взаимосвязи». М.: МГУЛ, 2003, стр.369-412).

Основные способы получения коллагеновых белков используют отходы переработки шкур крупного рогатого скота, прежде всего, спилок, спилковую обрезь, мездру. В меньшей степени в качестве коллагенсодержащего сырья используются свиные шкуры, а также отходы рыбопереработки.

Традиционная технология переработки кожевенного сырья, направленная на получение прежде всего дубленых кож, ориентирована на получение материалов из верха шкур, и предусматривает ряд операций, предполагающих удаление неделовых компонентов из исходного сырья: (шерсть, гольевой спилок, гольевая спилковая обрезь, мездра, жир). При этом гольевой спилок и обрезь считаются ценным сырьем при производстве коллагеновых материалов пищевого назначения. В меньшей степени на эти цели используется мездровое сырье.

Однако с ростом потребления коллагеновых материалов в пищевой отрасли возникает дефицит коллагенсодержащего сырья, в том числе побочных продуктов переработки шкур.

С другой стороны, значительным сырьевым ресурсом, который может быть переработан в коллагеновый пищевой продукт, или в коллагенсодержащие полуфабрикаты пищевого назначения, являются шкуры низкого качества с большим количеством дефектов и технологических пороков, непригодные для получения качественной кожи, или шкуры и их части, переработка которых для получения кожи экономически нецелесообразна (лапы, полы, пашины и т.п.). Такое сырье зачастую не проходит традиционную обработку, предполагающую разделение (двоение) спилка и лица, и их очистку (золение-обезволашивание, мездрение), и направляется на получение кормовой продукции или на утилизацию.

Поскольку переработка такого сырья не предусматривает получения качественных кожевенных материалов, получение из него коллагенсодержащих полуфабрикатов пищевого назначения может производится по более простой и эффективной, по сравнению с классической, технологии:

При получении коллагеновых материалов пищевого назначения степень измельчения сырья может быть любой, и ограничивается только технологической целесообразностью. Это снимает важное ограничение, характерное для обработки кожевенного сырья, связанное с необходимостью обеспечения максимальных размеров получаемых фабрикатов. Благодаря этому отпадает необходимость использования барабанов больших размеров, относительно высоких гидромодулей. Также это повышает эффективность (сокращает длительность и расход реагентов) отмывочных операций и операций по удалению жира.

Отпадает необходимость тщательной чистки лицевой поверхности голья.

Измельченное сырье может быть обезжирено без применения операции мездрения и без обработки детергентами.

При получении коллагеновых полупродуктов пищевого назначения отсутствует необходимость сохранения фактуры верха кожи и минимизации степени разрыхления коллагена. Благодаря этому может применяться более жесткая химическая обработка, неприемлемая для кожевенного сырья, предназначенного для получения качественных кож с определенными технологическими характеристиками (требуемой степенью разрыхления и набухания коллагеновой ткани).

При переработке сырья в пищевые полуфабрикаты или пищевой коллаген может быть исключено использование реагентов, присутствие которых в пищевом сырье не разрешено, нежелательно, или нормируется. Прежде всего это относится к сульфидам и ПАВам.

Известны способы получения коллагеновых белков пищевого качества из отходов переработки кожевенного сырья, включающего перекисно-щелочную обработку. Например, в соответствии с патентом RU2588440C1 коллагенсодержащее сырье измельчают до размеров 50 на 50 мм, промывают, осуществляют щелочно-солевую обработку в течение 7-12 ч при постоянном перемешивании и поддержании pH раствора 11,5-12,5 с последующей проточной промывкой. Осуществляют обработку 15% раствором соляной кислоты в течение 6-7 ч. Далее сырье измельчают и сушат при температуре не выше 35°C в течение 22-24 часов.

К недостаткам предлагаемого в соответствии с данным изобретением способа следует отнести:

Использование в качестве сырья используют только гольевого спилка или гольевой обрези шкур KPC, что существенно сужает потенциальную сырьевую базу производства такого материала.

Значительную длительность технологического цикла - около двух суток.

Применение длительной кислотной обработки, которая приводит к высокой степени гидролиза готового коллагенового продукта. Следует учитывать, что функциональность гидролизованного коллагена, в частности желирующие и влагосвязывающие свойства, существенно снижены по сравнению с негидролизованными соединительнотканными белками.

В проанализированных источниках информации имеются сведения о способах получения коллагенсодержащих материалов из предварительно необработанного кожевенного сырья.

Способ химической очистки коллагена щелочно-солевыми растворами, известный из патента RU2031597C1, включает измельчение отходов парных шкур на кусочки размером 2х2 см, промывку, обработку в щелочно-солевом растворе с содержанием 4-6% едкого натра и 3-4% сульфата натрия в ультразвуковой ванне в течении 5-7 ч, длительное выдерживание в рабочем растворе, повторную ультразвуковую обработку в растворе сульфата натрия, нейтрализацию раствором соляной кислоты, промывку проточной водой до отсутствия в промывных водах сульфат-ионов, растворение в растворе уксусной кислоты при жидкостном коэффициенте, равном 10, в течение 20-30 ч, диализ против проточной воды до нейтральных значений pH, перерастворение в органической кислоте.

Недостатком данного технического решения является сложность и длительность технологического процесса, обусловленная необходимостью применения длительной двухэтапной ультразвуковой обработки. Кроме того, в способе используются большие объемы растворов солей и кислот, что значительно загрязняет сточные воды и отрицательно влияет на экологию. Полученный жидкий продукт имеет ограничения по использованию в пищевой отрасли.

Известен способ получения коллагена из шкур, включающий нарезание шкуры кусками, термообработку с нагреванием, фильтрацией и замораживанием (CN 102206271 A, 05.10.2011).

Известен способ получения коллагена из шкур, включающий промывку, удаление жирового слоя, ферментативную обработку раствором, содержащим протеазу, альфа-амилазу, целлюлазу, замачивание, нарезание кусочками 5 х 5 мм, обработку раствором липазы и Na₂CO₃, обработку жидким азотом и измельчение в порошок. Данный способ позволяет получить коллаген высокого качества (СN 112608379 A, 06.04.2021).

Известен способ получения коллагенсодержащих материалов из гольевой обрези, включающий промывку проточной водой, прессование, обработку раствором серной кислоты, повторное прессование, гидротермообработку раствором пероксида водорода с нагреванием до кипения, обработку раствором едкого натра и последующую обработку уксусной кислотой. Обеспечивается сокращение времени производства, обеспечение экономичности (RU 202701 U1, 03.03.2021).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является известный из патента РФ 2551195 С2 способ обработки парных шкур, включающий их обрядку, подстрижку и мездрение, химическую обработку в перекисно-щелочном растворе, содержащем 5% гидроксида натрия и 0,8% пероксида водорода в течение 18 часов, повторное мездрение сырья до содержания в сырье жировых веществ 0,05-1%, промывку проточной водой до нейтральных рН, замораживание 6-14 часов до -30⁰C в толще материала, измельчение при температуре -10⁰C- -20⁰C до размера частиц 2-5 мм, сублимационное высушивание в течении 10 часов, конечное измельчение до однородного порошка.

Способ направлен на максимальное разволокнение структуры коллагена, разрушение межмолекулярных связей и максимальное ослабление взаимодействия между коллагеном и сопутствующими веществами, что позволяет ускорить процесс и снизить концентрации реагентов. Однако данный способ обработки является длительным, что уменьшает выход конечного продукта, многоэтапным, например, включает две операции мездрения, а измельчение при низких температурах для предотвращения денатурации коллагена трудно реализуемо в промышленном масштабе. Оборудование для сублимационной сушки дорого, процесс высушивания является периодическим, а эксплуатационные издержки высокими из-за необходимости использования криогенной заморозки сырья и вакуума, а также значительной длительности процесса. Применение данного способа для организации непрерывного многотоннажного производства пищевого коллагена неоправданно с технологической и экономической точки зрения.

Технической проблемой является сложность и длительность способов получения коллагенсодержащих продуктов, неэкономичность, низкий выход конечного продукта.

Целью предполагаемого изобретения является разработка усовершенствованного способа получения коллагенсодержащих продуктов пищевого назначения из предварительно необработанного кожевенного сырья.

Предлагается способ обработки шкур крупного рогатого скота для получения сухого волокнистого или порошкообразного коллагенсодержащего материала пищевого назначения. Используют предварительно необработанное кожевенное сырье: необезволошенные, немездреные, недвоеные шкуры крупного рогатого скота, после обрядки и отмывки шкуры производят измельчение сырья на куски не крупнее чем 2 x 2 см, смешивают измельчённое сырьё с горячей водой, нагревают до 70°С подачей пара, затем производят декантирование или горячее прессование для отделения водно-жировой смеси, после чего нейтрализацию раствором пищевой кислоты, затем обезволашивают сырьё перекисно-щелочным методом без использования сульфидов и поверхностно-активных веществ, после чего сушат в пневматической сушилке, затем окончательно измельчают.

В частном случае высушивание производят на пневматической (флэш) сушилке горячим воздухом температурой 150^оС.

В частном случае необходимую степень измельчения готового продукта достигают помолом на классификационной мельнице с воздушным охлаждением.

В частном случае получают коллагенсодержащий продукт в виде волокнистого материала с размером волокон до 300 мкм.

В частном случае получают коллагенсодержащий продукт в виде порошка с размером частиц от 80 до 150 мкм.

В частном случае для обезволашивания отмытое сырьё загружают в барабан, смешивают с раствором, содержащим гидроксид натрия и перекись водорода, и подвергают сырьё механической обработке при вращении барабана.

Техническим результатом является повышение эффективности получения коллагенсодержащих материалов из шкур, сокращение продолжительности технологического цикла, снижение расхода реагентов, получение целевого продукта необходимого качества.

Способ характеризуется сокращенной продолжительностью технологического цикла, сниженным количеством используемых реагентов и образующихся стоков, не используются токсичные реагенты, в частности сульфиды и поверхностно-активные вещества.

Данная цель достигается тем, что:

1. Измельчение сырья производится в начале технологического цикла, сразу после операций обрядки и отмывки. Это позволяет повысить эффективность всех последующих операций, сократить количество реагентов, объемы промывочных вод и стоков.

2. Обезжиривание производится методом горячего прессования.

3. Исключаются операции мездрения и обезжиривания с использованием ПАВ.

4. Обезволашивание производится перекисно-щелочным методом с сокращенным расходом реагентов без использования сульфидов.

5. Сушка материала производится на пневматической (воздушно-сепарационной) сушилке мгновенного высушивания. Это позволяет минимизировать термическую деструкцию (денатурацию) коллагена и обеспечить высокую функциональность получаемого белка.

Для достижения заявленной цели заявляемый способ осуществляют следующим образом. В качестве сырья используют шкуры крупного рогатого скота парные или мокросоленые. Проводят обрядку шкур. Затем сырье измельчают на куски не крупнее 2 на 2 см на мездрорезке, волчке, или иным способом. Измельченное сырье смешивают с горячей водой в соотношении 1 к 1, нагревают до 70оС подачей острого пара. Нагретое сырье подается на декантирование или горячее прессование для отделения водно-жировой смеси. Далее твердая фаза промывается горячей водой.

Для обезволашивания отмытое сырье загружается в барабан, где смешивается с раствором, содержащим 3,5% гидроксида натрия и 2,5% (в пересчете на 100%-ную) перекиси водорода, и подвергается механической обработке при вращении барабана. Гидромодуль - 1 к 0,9, время обработки - 60 минут.

Затем смесь выгружается на решетчатый или сетчатый фильтр, рабочий раствор сливается, сырье дважды промывается водой, далее нейтрализуется раствором пищевой кислоты до рН 5,5-8 и вновь промывается водой для удаления солей, образующихся при нейтрализации щелочных реагентов.

Нейтрализованное отмытое сырье подается на сушку в пневматическую (воздушно-сепарационную) сушилку быстрого высушивания, где одновременно с высушиванием происходит измельчение материала.

Высушенный агломерат подается на окончательное измельчение (180-100-50 меш.) на воздушно-классификационной мельнице.

В зависимости от присутствия в технологической схеме операции термообработки (пропаривания) сырья, и от настроек скорости вращения ротора сушилки и рабочих элементов мельницы, целевой коллагенсодержащий продукт может быть получен в виде волокнистого материала с размером волокон до 300 мкм, или в виде порошка с размером частиц от 80 до 150 мкм.

Получаемый коллагенсодержащий материал полностью соответствует требованиям ГОСТ 33692-2015 на белки животные соединительнотканные, и может применяться при изготовлении мясопродуктов, путем приготовления композиций для фаршевых колбасных изделий, либо добавляться с этой же целью в составе функциональной смеси, используемой в фаршевых мясопродуктах самостоятельно, или взамен части мясного сырья. Получаемый материал позволяет расширить ассортимент мясопродуктов за счет включения в их состав коллагена в виде фракций с различными функционально-технологическими характеристиками, увеличить выход готового продукта, сократить время получения продукта.

Таким образом, данный способ позволяет получить порошкообразный коллагенсодержащий продукт пищевого качества из предварительно необработанного сырья при сокращенной продолжительности технологического цикла, с использованием уменьшенного количества реагентов и с уменьшенным количеством образующихся стоков. В процессе не используются токсичные реагенты, в частности сульфиды и поверхностно-активные вещества.

Предполагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники показано, что ранее неизвестна заявленная совокупность операций, и не обнаружено способа, которому присущи все признаки, идентичные признакам, перечисленным в формуле изобретения, а именно: получению волокнистого или порошкового соединительнотканного белка из необработанного кожевенного сырья за счет нехимического обезжиривания в измельченном виде, перекисно-щелочного обезволашивания, быстрого высушивания на флэш-сушилке и тонкого измельчения высушенного материала.

Способ имеет изобретательский уровень, поскольку предлагаемая совокупность технологических операций позволяет существенно поднять эффективность, сократить продолжительность, повысить экономичность процесса получения целевого продукта необходимого качества. При этом не выявлены технические решения, имеющие признаки, полностью совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение может быть реализовано в промышленном производстве порошкообразного или волокнистого коллагенсодержащего материала для мясопродуктов. Цеховые испытания способа подтвердили его реализуемость в промышленном масштабе. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ обработки шкур крупного рогатого скота для получения коллагенсодержащего материала пищевого назначения включает обрядку, измельчение, отмывку, при этом в качестве сырья используют необезволошенные, немездреные, недвоеные шкуры крупного рогатого скота, после обрядки шкуры производят измельчение сырья на куски не крупнее чем 2 × 2 см, смешивают измельченное сырье с горячей водой, нагревают до 70°С подачей пара, затем производят декантирование или горячее прессование для отделения водно-жировой смеси, после чего промывают сырье и проводят обработку перекисно-щелочным методом без использования сульфидов и поверхностно-активных веществ в сочетании с механической обработкой, затем промывают сырье и осуществляют нейтрализацию раствором пищевой кислоты, после чего промывают и сушат в пневматической сушилке, затем окончательно измельчают. Изобретение позволяет повысить эффективность получения продукта, сократить продолжительность технологического цикла, снизить расход реагентов и получить продукт необходимого качества. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки шкур крупного рогатого скота для получения сухого волокнистого или порошкообразного коллагенсодержащего материала пищевого назначения, включающий обрядку, измельчение, отмывку, отличающийся тем, что используют предварительно необработанное кожевенное сырье: необезволошенные, немездреные, недвоеные шкуры крупного рогатого скота, после обрядки шкуры производят измельчение сырья на куски не крупнее чем 2 × 2 см, смешивают измельченное сырье с горячей водой, нагревают до 70°С подачей пара, затем производят декантирование или горячее прессование для отделения водно-жировой смеси, после чего промывают сырье и проводят обработку перекисно-щелочным методом без использования сульфидов и поверхностно-активных веществ в сочетании с механической обработкой, затем промывают сырье и осуществляют нейтрализацию раствором пищевой кислоты, после чего промывают и сушат в пневматической сушилке, затем окончательно измельчают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высушивание производят на пневматической (флэш) сушилке горячим воздухом температурой 150°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что необходимую степень измельчения готового продукта достигают помолом на классификационной мельнице с воздушным охлаждением.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают коллагенсодержащий продукт в виде волокнистого материала с размером волокон до 300 мкм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают коллагенсодержащий продукт в виде порошка с размером частиц от 80 до 150 мкм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обезволашивания отмытое сырье загружают в барабан, смешивают с раствором, содержащим гидроксид натрия и перекись водорода, и подвергают сырье механической обработке при вращении барабана.