Способ получения белкового гидролизата из отходов переработки трески атлантической Российский патент 2023 года по МПК A23J1/04 A23J3/04 

Изобретение относится к рыбной промышленности и направлено на получение ферментативного белкового гидролизата из отходов переработки трески атлантической и может быть использовано при производстве белкового гидролизата для пищевой, косметической, комбикормовой и других отраслей промышленности.

При обработке рыбного сырья образуется большое количество белоксодержащих отходов при выполнении таких операций, как разделка, зачистка, порционирование. При разделке рыбы на обесшкуренное филе в состав отходов входят головы, хрящи с остатками мышечных фрагментов, кожа, плавники. В настоящее время эти отходы мало используются в пищевых целях, большая их часть идет на получение кормовой продукции.

Известен способ получения гидролизатов из отходов мясо-, птице- и рыбоперерабатывающих производств (Пат. РФ № 2272418, опубл. 27.03.2006 г. ), включающий гидролиз сырья водой и соляной кислотой, с последующей нейтрализацией гидроксидом натрия, очистку от жира и взвешенных твердых частиц, гомогенизацию и сушку полученного гидролизата. Данный способ получения гидролизатов проводят в три стадии: водный гидролиз в течение 4-5 часов при температуре 100-120°С и массовом соотношении сырья и воды 1:2-1:3, отделение жидкой фракции гидролизата 1 с последующей очисткой и сушкой, твердый осадок подвергают кислотному гидролизу 1-2% раствором соляной кислоты в течение 4-5 часов при температуре 100-120°С, вновь отделяют жидкую фракцию гидролизат 2, которую нейтрализуют гидроксидом натрия, очищают и сушат, а твердый костный остаток повторно подвергают кислотному гидролизу 3-4% раствором соляной кислоты в течение 4-5 часов при температуре 120-140°С, полученную смесь гидролизат 3, нейтрализуют гидроксидом натрия, гомогенизируют и сушат. Недостатками данного способа являются длительность технологического процесса 15-20 часов, использование высоких температур +100°С+140°С и довольно концентрированных растворов кислот, 2 - 4% растворы соляной кислоты. При подобных жестких технологических режимах происходит разрушение термолабильных аминокислот и окисление жиров, что ухудшает качество конечного продукта и снижает его питательную ценность. Необходимость нейтрализации полученных гидролизатов гидроксидом натрия приводит к образованию большого количества поваренной соли, что также ограничивает возможности их использования в пищевых продуктах.

Известен способ получения аминокислотного гидролизата для пищевых целей (Пат. РФ № 2277795, опубл. 20.06.2006 г.) предусматривающий разделку и гомогенизацию рыбного сырья, образование реакционной среды посредством обработки гомогената ферментативным комплексом, выделенным из рыбного сырья, ферментативный гидролиз реакционной смеси, инактивацию ферментов нагреванием реакционной смеси, центрифугирование реакционной смеси с выделением гидролизата, его осветление и сушку с образованием сухого продукта. Недостатком данного способа является использование в качестве источника ферментативного комплекса содержимое утроб подвергнутого разделке рыбного сырья, что приводит к увеличению трудоемкости процесса за счет необходимости постоянного контроля технологических параметров процесса: регулирование рН реакционной среды и контроль содержания аминного азота, т.к. используемый комплекс ферментов не стандартизован (протеолитическая активность 50-300 ед. на 1 г гомогената рыбного сырья) и необходимая глубина гидролиза достигается за счет увеличения продолжительности ферментолиза с 8 до 15 часов.

Известен способ получения гидролизата рыбного коллагена (Пат. РФ № 2665589, опубл. 31.08.2018 г.), включающий подготовку и анализ сырья (шкуры промысловых рыб), ферментативное выделение гидролизата коллагена, получение кислой дисперсии гидролизата коллагена, формирование сухой формы гидролизата коллагена. Подготовку сырья осуществляют путем очистки рыбьих шкур, четырехкратная промывки их водой, замораживания, измельчения и перемешивания. Ферментативное выделение гидролизата коллагена осуществляют путем промывки подготовленного гомогенизированного продукта водой, заливки 1-3%-ным раствором протеолитического ферментного препарата при гидромодуле 1:2-1:5, выдерживания в течение 5 часов. Далее проводят фильтрацию продукта от примесей и получение кислой дисперсии, путем подкисления раствора раствором уксусной кислоты до рН 5,5-6,5. Формирование сухой формы осуществляют путем испарения воды из фильтрата без нагрева при температуре выше 50°С. Недостатком данного способа является наличие значительного количества промывных вод на стадии подготовки сырья и большой расход ферментного препарата не менее 20 г на 1 кг сырья, т.к. при ферментативной обработке 1 кг сырья необходимо приготовить не менее 2 л 1% раствора ферментного препарата.

Известен способ получения белкового гидролизата из вторичного рыбного сырья (Пат. РФ № 2711915, опубл. 23.01.2020 г., включающий следующие операции: промывку сырья проточной водой t=12°С в течение 2-6 часов; замачивание сырья в воде на 24 часа и повторная промывка; обезжиривание спирто-эфирной смесью в течение 2-4 часов; деминерализация 3% раствором уксусной кислоты в течение 12-24 часов при t=+18°С +25°С с последующей нейтрализацией 2,5% раствором гидроксида натрия до рН 5,8-6,2, промывкой и измельчением сырья; затем полученную массу гидролизуют раствором коллагеназы активностью 60 ед/г в количестве 0,3% к массе сырья в течение 12-24 часов при t=37°С; проводят термическую инактивацию фермента с последующим центрифугированием гидролизата; полученный гидролизат сушат и измельчают. Недостатком данного способа является длительность технологического процесса и большое количество промывных вод, которые необходимо утилизировать.

Известен способ получения белкового пищевого продукта (А.С. СССР № 1171003, опубл. 07.08.1985), включающий измельчение рыбы, обработку ее уксусной кислотой, разделение массы на фракции и сушку. Для упрощения способа, сокращения его продолжительности, увеличения выхода продукта и улучшения его качества перед обработкой рыбы в уксусную кислоту добавляют лимонную, а твердую фракцию перед сушкой смешивают со свиным жиром и сушат смесь при 103°С -130°С, после сушки осуществляют прессование. В результате отсутствия потерь белковых веществ, вызываемых влиянием щелочных растворов при высоких значениях рН, обеспечивается повышенное содержание белков. Белковый продукт имитирует мясные изделия из рыбы. Однако указанный известный способ использует только филе или необработанную нежирную рыбу.

Известен способ получения гидролизатов (А.С. СССР № 1559466, опубл. 27.10.1996), предусматривающий измельчение рыбы или отходов их переработки, смешивание с водой в соотношении 2:1-1:1, нагрев смеси до +40°С+45°С, внесение фермента протеолитического протосубтилина Г3х, проведение гидролиза в течение 0,5 ч -2,5 ч, фильтрацию и сушку сублимационную или распылительную. Изобретение направлено на повышение выхода целевого продукта, улучшение его качества. Благодаря мягкой температурной обработке сохраняется большое количество жирорастворимых витаминов А, Е.

Известен способ получения водорастворимого кормового рыбного белкового концентрата (А.С. СССР №1 238 748, опубл.23.06.1986), включающий измельчение сырья, ферментативный гидролиз, инактивацию ферментов нагреванием, отделение гидролизата от нерастворившегося остатка, обезжиривание гидролизата сепарированием, концентрирование упариванием и сушку гидролизата распылением. Для повышения качества гидролизата после измельчения сырье варят при 90°С - 100°С в течение 20 минут, затем разделяют на жидкую и твердую части, гидролизу подвергают твердую отпрессованную часть ферментной композицией протосубтилином Г20Х и протолихенином Г 20Х при соотношении 1:1 при рН 7,7 - 8,0 с помощью 1 н. раствора NaOH в течение 3 ч - 4 ч при постоянном перемешивании, по окончании гидролиза смесь нейтрализуют раствором 1н. соляной кислоты HCl. Жидкую часть обезжиривают и добавляют к гидролизату перед концентрированием. Непрогидролизованный остаток промывают водой в соотношении 1:1 и затем направляют на производство кормовой муки. Изобретение направлено на повышение качества целевого продукта. Полученный белковый водорастворимый концентрат используют в качестве заменителей цельного молока для выпойки с/х животных. В известном способе используют рыбу пониженной пищевой ценности, в т.ч. жирную.

Техническая задача - разработка эффективного способа получения белкового гидролизата из отходов переработки трески атлантической с повышенной биологической и пищевой ценностью.

Технический результат - получение обладающего довольно высокой биологической ценностью белкового гидролизата из отходов переработки трески атлантической при незначительной длительности технологического процесса.

Для достижения технического результата в способе получения белкового гидролизата из отходов переработки трески атлантической, включающем измельчение сырья, ферментативный гидролиз, инактивацию ферментного препарата нагреванием, отделение гидролизата от нерастворившегося осадка и сушку, после измельчения сырье смешивают с 0,5% - 1,0% раствором органической кислоты в соотношении 1:4 и выдерживают при температуре +15°С +20°С в течение 30 минут при постоянном перемешивании, затем смесь фильтруют, полученный осадок промывают холодной водой до значений рН промывных вод не менее 5,0, после промывки осадок смешивают с водой в соотношении 1:2, добавляют раствор гидрооксида натрия до рН 8,3, нагревают до +60°С, вносят ферментный препарат протозим в количестве 2 г - 4 г / кг исходного измельченного сырья и проводят гидролиз при +60°С в течение 2-4 часов при постоянном перемешивании, после сушки гидролизат измельчают и упаковывают.

В качестве органической кислоты используют уксусную или лимонную кислоту. Инактивацию ферментного препарата проводят при температуре +90°С в течение 10 минут. Гидролизат сушат до содержания влаги не более 8% с использованием лиофильной сушки.

Для получения белкового гидролизата используют отходы филетирования трески атлантической (хребты с остатками мышечных фрагментов, хвосты, плавники), которые измельчают и обрабатывают раствором органической кислоты - уксусной или лимонной-для улучшения органолептических показателей конечного продукта, обработка уже измельченных вторичных рыбных отходов позволяет значительно сократить продолжительность операции за счет увеличения поверхности обмена. Ферментативный гидролиз белоксодержащего сырья проводят в условиях, оптимальных для работы ферментного препарата Протозим, который разрешен для применения в пищевых производствах, обладает высокой протеолитической активностью (50000 ед./г) и обеспечивает глубокую степень расщепления белка при низких концентрациях (не более 0,5% от массы измельченного сырья).

Предлагаемый способ получения белкового гидролизата из отходов переработки трески атлантической иллюстрируется таблицами, представленными на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 представлен химический состав исходного сырья из отходов переработки трески атлантической, включающих хребты рыб с фрагментами мышечной ткани, плавники, хвосты, на фиг. 2- показатели качества белкового гидролизата.

Способ осуществляли следующим образом.

Вторичное рыбное сырье, отходы переработки трески атлантической - хребты с остатками мышечных фрагментов, хвосты, плавники, измельчают на волчке с диаметром отверстий решетки 5 мм, смешивают с 0,5 - 1,0% раствором органической кислоты, уксусной или лимонной, в массовом соотношении сырье: раствор кислоты 1:4 и выдерживают при температуре +15°С +20°С и постоянном перемешивании в течение 30 минут. Затем полученную смесь фильтруют, осадок, представляющий фарш, промывают холодной водопроводной водой до значений рН промывных вод не менее 5,0 ед. После промывки фарш смешивают с водой при соотношении сырье: вода 1:2, доводят рН реакционной среды до значений 8,3 ед. раствором гидроксида натрия, нагревают до температуры +60°С и добавляют ферментный препарат (ФП) протозим в количестве 2 г- 4 г на 1 кг исходного измельченного сырья. Время введения ФП считают началом гидролиза. Гидролиз проводят в течение 2-4 часов при температуре +60°С и постоянном перемешивании. По окончании процесса реакционную смесь нагревают до температуры +90°С для инактивации ФП, выдерживают при этой температуре в течение 10 минут и фильтруют для удаления негидролизованного остатка, состоящего из 2 частей: приблизительно 1/3 суспензия серого цвета и 2/3 - измельченные хребты. Серую сметанообразную массу можно вновь направить на гидролиз, но ее не так много, или утилизировать. Измельченные хребты, представляющие собой белый осадок, можно промыть, измельчить и использовать как минеральную кормовую добавку, богатую фосфором, кальцием. Фильтрат, прозрачный очищенный гидролизат, сушат до содержания влаги в продукте не более 8% с применением лиофильной сушки. Высушенный гидролизат измельчают, упаковывают и направляют на хранение. Ферментативный белковый гидролизат представляет собой однородный мелкодисперсный порошок белого или светло-желтого цвета, хорошо растворимый в воде. Показатели качества полученного гидролизата представлены в таблице (фиг. 2).

Преимущество данного способа состоит в том, что обработку вторичного рыбного сырья раствором органической кислоты проводят после измельчения рыбных отходов, что позволяет сократить продолжительность операции за счет увеличения поверхности обмена и способствует повышению качества продукции. Ранее было установлено, что обработка измельченных рыбных отходов в течение 30 минут разбавленными растворами органических кислот не приводит к деструкции белковых молекул, а значит потери белка при обработке и последующей промывке незначительны. Ферментативный гидролиз проводят в условиях, оптимальных для работы ферментного препарата. Выбранный фермент протозим сохраняет свою активность в широком диапазоне значений рН реакционной среды - рН_оптим=6,0 - 10,0, что упрощает процесс регулирования технологических параметров. Кроме того, более высокая температура обработки +60°С, при которой протозим стабилен, позволяет сократить продолжительность гидролиза за счет увеличения скорости реакции.

Данный способ обеспечивает рациональное использование рыбного сырья, позволяет получить продукт с высокими качественными показателями, уменьшить продолжительность его обработки, упростить технологию получения гидролизата.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Вторичное рыбное сырье 1 кг (отходы переработки трески атлантической- хребты с остатками мышечных фрагментов, хвосты, плавники) измельчают на волчке с диаметром отверстий решетки 5 мм, смешивают с 0,5% раствором лимонной кислоты в массовом соотношении сырье: раствор кислоты 1:4 и выдерживают при температуре +20°С и постоянном перемешивании в течение 30 минут. Затем полученную смесь фильтруют, осадок (фарш) промывают холодной водопроводной водой до значений рН промывных вод не менее 5,0 ед. После промывки фарш смешивают с водой в массовом соотношении сырье : вода=1:2, доводят рН реакционной среды до значений 8,3 ед. раствором гидроксида натрия, нагревают до температуры +60°С и добавляют ферментный препарат (ФП) протозим в количестве 2 г на 1 кг исходного измельченного сырья. Время введения ФП считают началом гидролиза. Гидролиз проводят в течение 2 часов при температуре +60°С и постоянном перемешивании. По окончании процесса реакционную смесь нагревают до температуры +90°С для инактивации ФП, выдерживают при этой температуре в течение 10 минут и фильтруют для удаления негидролизованного сырья. Фильтрат, прозрачный очищенный гидролизат, сушат до содержания влаги в продукте не более 8% с применением лиофильной сушки. Высушенный гидролизат измельчают, упаковывают и направляют на хранение.

Пример 2.

Способ осуществляли аналогично примеру 1 за исключением того, что обработку измельченного сырья проводили 1,0% раствором уксусной кислоты и выдерживают при температуре +15°С.

Пример 3.

Способ осуществляли аналогично примеру 1 за исключением того, что ферментативный гидролиз проводили в течение 4 часов.

Пример 4.

Способ осуществляли аналогично примеру 1 за исключением того, что ферментативный гидролиз проводили в течение 4 часов, концентрация ферментного препарата составила 4 г на 1 кг исходного измельченного сырья.

В качестве сырья для получения белковых гидролизатов использовали отходы переработки атлантической трески (Gadus morhua), которые представляют собой хребты рыб с фрагментами мышечной ткани, плавники, хвосты. Химический состав белоксодержащего сырья представлен в таблице (фиг. 1).

Органолептические и физико-химические показатели качества белкового гидролизата представлены в таблице (фиг. 2). Анализ данных показал, что полученный гидролизат характеризуется высоким содержанием белка и представляет собой однородный мелкодисперсный порошок белого или светло-желтого цвета, хорошо растворимый в воде.

Предлагаемый способ получения белкового гидролизата из отходов переработки трески атлантической позволяет получить готовый протеиновый продукт, состоящий из биологически активных пептидов с молекулярной массой 30-60 кДа и с высокими качественными показателями, сократить длительность технологического цикла, упростить процесс регулирования технологических параметров.

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для получения белкового гидролизата из отходов переработки трески атлантической. Предложен способ получения белкового гидролизата из отходов переработки трески атлантической. Способ предусматривает измельчение сырья, обработку измельченного сырья 0,5-1,0% раствором уксусной кислоты или лимонной кислоты при температуре 15 -20°С и соотношении масс сырья и раствора кислоты 1:4, отделение осадка и его промывку холодной водой до нейтральных значений рН промывных вод и последующий гидролиз под действием ферментного препарата протеолитического действия протозима, взятого в количестве не более 0,5% к массе исходного сырья, при температуре +60°С. По окончании гидролиза реакционную смесь нагревают до температуры +90°С для инактивации ферментного препарата, полученный гидролизат фильтруют, сушат, затем измельчают и упаковывают. Изобретение позволяет утилизировать отходы переработки трески атлантической и получить протеиновую добавку, состоящую из биологически активных пептидов с молекулярной массой 30-60 кДа. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.

1. Способ получения белкового гидролизата из отходов переработки трески атлантической, включающий измельчение сырья, ферментативный гидролиз, инактивацию ферментного препарата нагреванием, отделение гидролизата от нерастворившегося осадка и сушку, отличающийся тем, что после измельчения сырье смешивают с 0,5%-1,0% раствором органической кислоты в соотношении 1:4 и выдерживают при температуре +15°С - +20°С в течение 30 минут при постоянном перемешивании, затем смесь фильтруют, полученный осадок промывают холодной водой до значений рН промывных вод не менее 5,0, после промывки осадок смешивают с водой в соотношении 1:2, добавляют раствор гидрооксида натрия до рН 8,3, нагревают до +60°С, вносят ферментный препарат протозим в количестве 2 г - 4 г / кг исходного измельченного сырья и проводят гидролиз при +60°С в течение 2-4 часов при постоянном перемешивании, после сушки гидролизат измельчают и упаковывают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органической кислоты используют уксусную или лимонную кислоту.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инактивацию ферментного препарата проводят при температуре +90°С в течение 10 минут.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидролизат сушат до содержания влаги не более 8% с использованием лиофильной сушки.