Порошковый коллагеновый материал и способ его получения Российский патент 2024 года по МПК A23J1/10 A23J3/04 A23J3/32 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способу получения коллагенового белка с нормированным содержанием жира за счет смешивания высокожирного коллагенового сырья - свиных шкур с низко жирным - гольевым спилком шкур крупного и мелкого рогатого скота, гольевой обрезью. За счет изменения соотношения двух видов сырья при их смешивании достигается требуемое содержание жира в конечном комбинированном продукте без обезжиривания сырья.

Изобретение позволяет получать порошкообразный пищевой коллаген высокого качества без применения технологически сложных способов обезжиривания.

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 в качестве сырья либо отходы переработки шкур крупного рогатого скота (спилок, спилковая обрезь), либо свиные шкуры. При этом коллаген из свиной шкурки выпускается в значительно меньших масштабах, что связано с низкой рентабельностью и технологической сложностью такого производства, обусловленными высоким содержанием жира в этом виде сырья. Еще одной причиной является широко распространенная практика прямой переработки свиной шкурки в полуфабрикаты - белково-жировые эмульсии, непосредственно использующиеся при производстве различных видов мясопродуктов (сосисок, вареных колбас, паштетов и т.п.).

Относительно высокое содержание жира в свиных шкурах приводит к получению коллагеновых продуктов с низкими механическими свойствами.

Механическое обезжиривание свиных шкур, как правило, недостаточно эффективно, так как жировые и коллагеновые слои в натуральной свиной шкуре морфологически не изолированы. Поэтому, в отличие от сырья на основе шкур крупного рогатого скота, обычно недостаточно просто отделить подкожный жировой слой механически.

Для дополнительного обезжиривание сырья применяют или щелочную обработку с последующей отмывкой жира, как например, в способах, описанных в патентах WO200301770 и WO2004073407; или замачивание в этиловом спирте, как в патенте KR20150096566; или используют ферментные препараты, как в патентах US 6482240, US 7022358, RU 2267933, CN113016850; или отпрессовывают жир из измельченной шкуры под давлением, как в WO 2007072064 A2.

Универсальный способ, позволяющий использовать различные виды соединительнотканного сырья, предложен в патенте US 5162506 A. Изобретение относится к производству коллагеновых волокон путем измельчения коллагеносодержащих тканей, сушки измельченного продукта и измельчения высушенного материала при поддержании температуры достаточно низкой, чтобы предотвратить существенное превращение коллагена в желатин. Получаемый волокнистый коллагеновый продукт может использоваться для реструктуризации плохо текстурированного мяса, субпродуктов, рыбы и других белковых продуктов с целью улучшения текстурных свойств, удержания воды, сохранения жира, сохранения формы, увеличения содержания белка. Однако и в данном способе при использовании высокожирного сырья предусмотрено его дополнительное (помимо механического) обезжиривание.

Наиболее близким к предлагаемому нами способу является способ в соответствии с патентом RU 2059383. Способ описывает получение полифункционального коллагенового препарата из разного, в том числе, смешанного сырья. Способ включает механическую обработку и измельчение коллагенсодержащего сырья, промывку водой и щелочно-солевым раствором, нейтрализацию или подкисление коллагеновой массы, гомогенизацию и сушку. Получаемый коллагеновый препарат обладает широким спектром функциональных свойств, таких как, эмульгирующая способность, пено- и гелеобразующая способность, влаго- и жироудерживающая способность и т.п.

Согласно указанному способу возможно выделение коллагенового препарата из коллагенсодержащих тканей различных типов и видового происхождения. Исходным сырьем могут служить как шкуры или обрезь шкур сельскохозяйственных животных, так и кожа сельскохозяйственной птицы, очищенная от чешуи кожа, кости и плавники промысловых рыб, мягкие соединительные ткани типа сухожилий, хрящей, артерий и вен и т.п.

Однако способ предусматривает различные виды предподготовки для сырья различных типов (разное количество промывок, стадий щелочной обработки, разный состав гидролизующих смесей и т.д.), что существенно снижает технологичность предлагаемого способа и повышает производственные издержки.

Кроме того, способ включает щелочную обработку сырья для разволокнения коллагена. Концентрация щелочного раствора в зависимости от вида сырья составляет от 1% до 7%, время обработки - от 10 часов до нескольких суток. Это существенно увеличивает продолжительность технологического цикла, повышает расход реагентов и количество сточных вод с высоким содержанием солей.

Сушка гомогенизированной коллагеновой дисперсии при рекомендуемых температурах 25-35°С является длительной и требует значительных сушильных площадей.

Недостатки вышеперечисленных известных способов, каждый отдельно или все вместе, обуславливают снижение технологической эффективности, повышение уровня технологических издержек, сложность масштабировании производства, не позволяют получить продукт с необходимыми свойствами.

Целью предполагаемого изобретения является получение сухого коллагенового белка пищевого качества с нормированным содержанием жира из смешанного коллагенсодержащего сырья - свиных шкур и гольевого кожевенного сырья.

Технический результат - упрощение получения коллагенового материала с различным уровнем содержания жира.

Технический результат достигается тем, что способ получения порошкового коллагенового материала пищевого качества включает:

• промывку свиных шкур, поступающих с мясоперерабатывающих предприятий в обезволошенном и тщательно зачищенном от прирезей жира, в воде для удаления загрязнений и консервирующих солей;

• измельчение свиных шкур на мездрорезке или волчке до размеров 15-20 мм;

• дополнительную промывку измельченных свиных шкур в моечной машине в холодной проточной воде в течение 1-2 ч.;

• двукратную промывку гольевого сырья водой при перемешивании для удаления избытка консервирующих агентов и реагентов, использовавшихся при обработке спилка;

• обработку промытого гольевого сырья 0,5%-ным раствором соляной кислоты до достижения рН сырья 6,0-7,5;

• двукратную промывку гольевого сырья водой при перемешивании;

• измельчение нейтрализованного и отмытого гольевого сырья на волчке до размеров 15-20 мм;

• смешивание двух видов подготовленного сырья в рассчитанном соотношении, определяемым требуемым содержанием жира в получаемом порошковом коллагеновом материале;

• прогрев смешанного сырья в теплообменнике, либо пропарнике до температуры 60°С в течение 7,5 мин.;

• сушку полученного сырья горячим воздухом при температуре 150°С не более 1 минуты;

• помол высушенного материала на воздушно-классификационной мельнице при температуре не выше 70°С до необходимой тонины конечного порошкового коллагенового продукта.

В качестве высокожирного сырья используют свиные шкуры и/или шкурку сельскохозяйственной птицы.

В качестве сырья низкой жирности используют гольевой спилок или обрезь шкур крупного рогатого скота, а также шкур коз и овец.

Также результатом реализации предложенного способа является получаемый комбинированный порошковый коллагеновый материал пищевого качества.

Указанные выше цели достигается тем, что в отличие от известных технических решений используется сочетание технологических приемов, ранее не применявшееся для производства порошкообразного коллагена:

1. За счет изменения соотношения разных видов сырья с разным содержанием жира на этапе смешивания обеспечивается требуемое содержание жира в конечном продукте. Количество (соотношение) двух видов сырья для получения готового продукта с требуемым уровнем жирности рассчитывается с учетом жирности и содержания сухих веществ в сырье, определяемым по результатам предварительных лабораторных анализов.

2. Подготовленное смешанное сырье подвергается дозированной тепловой обработке для достижения определенной степени денатурации (желатинизации) коллагенового материала. Термообработка осуществляется на теплообменнике/пропарнике со строго контролируемыми длительностью (время прохождения) и степенью (количество подаваемого пара) термообработки.

3. Остальные технологические операции выполняются в условиях, обеспечивающих минимизацию денатурирующего (теплового) воздействия. Сушка производится на роторной сушилке с временем пребывания продукта в зоне сушки не более 1 минуты. Помол производится на воздушно-классификационной мельнице с эффективным отведением тепла за счет использования больших объемов рабочего воздуха.

Для увеличения доли свиного сырья в комбинированном продукте свиные шкуры могут подвергаться дополнительному механическому обезжириванию путем отпрессовывания жира под давлением.

Для обеспечения высокого качества сырья, обеспечения необходимых сроков годности готовой продукции, а также хорошей органолептики на этапе смешивания в сырье могут вноситься антиоксиданты и другие разрешенные пищевые добавки, препятствующие окислительной порче жира.

Пример осуществления изобретения.

В качестве высокожирного коллагенсодержащего сырья используются свиные шкуры, поступающие с мясоперерабатывающих предприятий в количестве 1000 кг, с содержанием жира 25% на сухое вещество.

Свиные шкуры должны быть обезволошены и тщательно зачищены от прирезей жира. Замороженное сырье предварительно дефростируют. Если сырье поступает консервированное поваренной солью, то его предварительно тщательно промывают для удаления соли. Остаточное количество соли в сырье не должно превышать 0,1% к его массе. Далее шкуры измельчают на мездрорезке (волчке), снабженной решеткой с отверстиями диаметром 15-20 мм. Измельченное сырье насосом или другим способом загружают в моечную машину (мездромойку, конроллер и др.), в которой сырье последовательно промывают в холодной проточной воде в течение 1-2 ч.

В качестве сырья низкой жирности используют используется гольевой (не дубленый) спилок (внутренняя часть дермы) шкур крупного рогатого скота, прошедших операции золения и мездрения в количестве 2000 кг, с содержанием жира 2,8% на сухое вещество.

Гольевое сырье вначале промываются водой для удаления избытка консервирующего агента - извести, а также остаточных количеств реагентов, использовавшихся при обработке сырья на кожзаводах. Промывка проводится при гидромодуле 1 к 1 в течение 20 мин. при перемешивании, цикл промывки повторяется трижды. Затем производится обработка 0,4%-ным раствором перекиси водорода, продолжительность обработки - 3 часа при перемешивании при комнатной температуре. Эту операцию проводят для окисления примесей, остающихся в сырье после отмывки, а также для отбеливания получаемого продукта.

Затем гольевое сырье вновь промывают водой при гидромодуле 1 к 1 в течение 20 мин. при перемешивании, цикл промывки повторяется трижды.

Для нейтрализации и удаления оставшегося после первых промывок консервирующего щелочного агента (извести) и разложения остаточной перекиси сырье обрабатывается 0,5%-ным раствором соляной кислоты до достижения рН массы сырья 6,0-7,5.

Для улучшения внешнего вида (отбелки) и органолептических характеристик готового коллагенового материала допускается использовать при нейтрализации сырья растворов органических кислот, таких как лимонная (предпочтительно), уксусная, муравьиная, молочная.

Затем гольевое сырье вновь промывают водой при гидромодуле 1 к 1 в течение 20 мин. при перемешивании, цикл промывки повторяется трижды.

Далее сырье измельчают на волчке до размеров 15-20 мм.

Измельченное нейтрализованное и отмытое гольевое сырье смешивается с измельченной свиной шкурой в смешивающем устройстве шнекового типа. Соотношение сырья может варьироваться за счет использования любого подходящего дозирующего устройства. За счет изменения соотношения разных видов сырья на этом этапе обеспечивается необходимое содержание жира в конечном продукте.

Затем смешанное сырье прогревают в скребковом теплообменнике до температуры 60°С. Время прохождения материала через теплообменник не превышает 7,5 мин. Прогретое сырье подается на сушилку. Предпочтительно использование сушилок воздушно-сепарационного типа с минимальным временем высушивания (флэш-сушилки).

В качестве сушильного агента используется горячий воздух при температуре 150°С с высоким уровнем расхода. Желательно, чтобы время пребывания высушиваемого продукта в сушильной камере не превышало 1 мин.

Полученный сухой материал измельчается до требуемой тонины порошка. При помоле температура измельчаемого продукта не должна превышать 70°С. Это достигается за счет использования мельниц воздушно-классификационного типа с высоким расходом рабочего воздуха.

Выход конечного продукта с учетом стандартных потерь при измельчении, транспортировании, сушке и помоле составляет 760 кг сухого порошкообразного продукта с содержанием жира 12,2% на сухое вещество.

Готовый коллагеновый материал представляет собой светло-бежевый порошок тониной 100 меш с влажностью 6%. Содержание белка в готовом продукте при уровне жирности от 12,2% составляет от 83% на сухое вещество. Такое содержание коллагенового белка при условии минимальной его денатурации в процессе производства обеспечивает необходимый уровень функциональности готового продукта - хорошую диспергируемость, высокую желирующую способность, влагудерживающую способность на уровне от 1 к 8 до 1 к 10.

Основные характеристики готового продукта соответствуют требованиям к комбинированным соединительнотканным животным белкам по ГОСТ 33692-2015. В частности, содержание жира не превышает 8% на сухое вещество для белков высшей категории, и не более 16% для первой категории.

Предполагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники показано, что ранее не известна заявленная совокупность операций, и не обнаружено способа, которому присущи все признаки, идентичные признакам, перечисленным в формуле изобретения, а именно: получению коллагенового порошка с требуемой жирностью за смешивания в рассчитанном соотношении двух видов соединительнотканного сырья разной жирности, дозированной термобработки, высушивания и тонкого помола в условиях, обеспечивающих минимальную денатурацию коллагена.

Способ имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, 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 порошкового коллагена пищевого качества. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ получения порошкового коллагенового материала пищевого качества из смешанного коллагенсодержащего сырья включает подготовку двух видов сырья. Свиные шкуры с содержанием жира 25% на сухое вещество промывают в воде для удаления загрязнений и консервирующих солей. Далее их измельчают до размеров 15-20 мм и дополнительно промывают в холодной проточной воде в течение 1-2 ч. Подготавливают гольевой спилок крупного рогатого скота с содержанием жира 2,8% на сухое вещество путем двукратного промывания водой и обрабатывают промытый голевой спилок шкур крупного рогатого скота 0,5%-ным раствором соляной кислоты до достижения рН сырья 6,0-7,5. Затем измельчают гольевой спилок шкур крупного рогатого скота до размеров 15-20 мм и смешивают с подготовленным сырьем из свиных шкур. Прогревают смешанное сырье в теплообменнике или пропарнике до температуры 60°С в течение 7,5 мин и сушат горячим воздухом при температуре 150°С не более 1 мин. Высушенное смешанное сырье измельчают на воздушно-классификационной мельнице при температуре не выше 70°С с получением порошкового коллагенового материала пищевого качества тониной до 100 меш и влажностью 6%. Предлагаемый способ получения порошкового коллагенового материала пищевого качества из смешанного коллагенсодержащего сырья расширяет арсенал средств для получения востребованного продукта, позволяет получить продукт с высокими технологическими свойствами. 1 пр.

Способ получения порошкового коллагенового материала пищевого качества из смешанного коллагенсодержащего сырья, характеризующийся тем, что:

- свиные шкуры в количестве 1000 кг с содержанием жира 25% на сухое вещество, поступающие с мясоперерабатывающих предприятий в обезволошенном и тщательно зачищенном от прирезей жира, промывают в воде для удаления загрязнений и консервирующих солей;

- измельчают свиные шкуры на мездрорезке или волчке до размеров 15-20 мм;

- дополнительно промывают измельченные шкуры в моечной машине в холодной проточной воде в течение 1-2 ч;

- двукратно промывают гольевой спилок шкур крупного рогатого скота в количестве 2000 кг с содержанием жира 2,8% на сухое вещество водой при перемешивании для удаления избытка консервирующих агентов и реагентов, использовавшихся при обработке сырья;

- обрабатывают промытый гольевой спилок шкур крупного рогатого скота 0,5%-ным раствором соляной кислоты до достижения рН сырья 6,0-7,5;

- двукратно промывают гольевой спилок шкур крупного рогатого скота водой при перемешивании;

- измельчают гольевой спилок шкур крупного рогатого скота на волчке до размеров 15-20 мм;

- смешивают два вида подготовленного сырья;

- прогревают смешанное сырье в теплообменнике или пропарнике до температуры 60°С в течение 7,5 мин;

- сушат полученное смешанное сырье горячим воздухом при температуре 150°С не более 1 мин;

- измельчают высушенное смешанное сырье на воздушно-классификационной мельнице при температуре не выше 70°С с получением порошкового коллагенового материала пищевого качества тониной до 100 меш и влажностью 6%.