Способ получения кормового протеина из обрези сырых шкур КРС Российский патент 2025 года по МПК A23K10/26 A23J1/10 

Область техники

Изобретение относится к сельскому хозяйству, производству кормов для домашних животных, и касается производства кормовых добавок в рацион животных, птицы и рыбы.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время практически отсутствует практика переработки обрези сырых шкур крупного рогатого скота (КРС) для получения кормовых добавок в рацион животных.

В большинстве случаев шкуры либо поступают на кожевенные заводы для дальнейшего дубления и получения готовой кожи, либо становятся сырьем для производства функционального коллагенового белка.

При производстве кормового белка из отходов кожевенной промышленности сырьем для производства служат обрезки кожевенного полуфабриката WET BLUE, прошедшего первичную химическую переработку, предусмотренную в технологии кожевенных заводов – мездрение, обезволашивание, отмока, золение (действие щелока), и после подвергшегося тяжелым химическим процессам дубления с использованием хромосодержащих соединений. То есть сырьем служит дубленая кожа, не шкура (из дубленой кожи изготавливают, например, линолеум). Полуфабрикат WET BLUE легко подвергается экструдированию, практически не содержит жира, полученный кормовой белок имеет довольно высокую усвояемость и отличается высоким содержанием протеина (см., например, RU2249047 «Способ получения белкового гидролизата из твердых хромсодержащих отходов кожевенного производства», опубликовано 27.03.2005). Однако полученный кормовой белок содержит большое количество тяжелых металлов, а именно токсичного хрома, что делает его нежелательным для кормовой промышленности, и с большой вероятностью в будущем его использование может быть запрещено. Существующие методы снижения содержания токсичного хрома при переработке полностью убрать его не позволяют.

При производстве пищевого коллагена из шкур КРС на переработку направляется нижний слой целых шкур КРС (спилок), подвергшийся первичной химической переработке, предусмотренной в технологии кожевенных заводов – мездрение, обезволашивание, отмока, золение (действие щелока). Для придания белого цвета сырье подвергается химическому воздействию (перекись водорода). Полученный коллагеновый белок является функциональным белком, то есть не обладает питательной ценностью для использования как источник протеина, а используется исключительно для удержания влаги (его функция – при набухании удерживать влагу в разы больше своего веса, тем самым позволяя использовать меньше дорогостоящего мяса для изготовления, например, колбасных изделий) (см., например RU2609635 «Способ получения коллагенового белка из сырья животного происхождения, коллагеновые продукты и способы их использования», опубликовано 02.02.2017). В целом данная технология достаточно дорогостоящая, и применение ее целесообразно только для получения пищевого коллагена. При этом питательной ценности такой белок не имеет, так как практически не усваивается организмом.

В современном животноводстве для максимально интенсивного получения привесов живой массы сельскохозяйственных животных, а значит, и прибыли, важное значение имеет правильно сбалансированный рацион кормления, достаточность в нем всех необходимых питательных веществ, в том числе белка. Чаще всего для получения кормового белка используют боенские отходы, отходы переработки рыб, рыбопродуктов и др. При этом известные методы получения кормового белка и его гидролизатов в большинстве своем включают использование ферментных препаратов (см., например, RU2574682 «Белковая кормовая добавка "BIOLSOW" для рациона питания сельскохозяйственных животных», опубликовано 10.02.2016; RU2760741 «Способ комплексной переработки боенских отходов в белково-пептидный концентрат и костную муку», опубликовано 30.11.2021), необходимых для проведения ферментативного гидролиза. Однако присутствие остаточных количеств ферментов может повлиять на качество корма из-за их взаимодействия с ингредиентами корма.

Кормовые белки являются ценной пищевой добавкой в рацион не только сельскохозяйственных и домашних животных, но и промышленно разводимой птицы и рыбы, поэтому актуальной является разработка новых эффективных способов их получения.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является разработка нового способа получения кормового протеина c получением питательной кормовой добавки, в составе которой отсутствуют токсичные и нежелательные примеси. Еще одной задачей также является получение кормового белка высокого качества из отходов производств при экологическом подходе.

Решение поставленной задачи осуществляется путем разработки способа получения кормового протеина (белкового концентрата) из обрези или мездры сырых шкур крупного рогатого скота, включающего следующие последовательные этапы:

- промывка сырья водой,

- измельчение сырья до состояния фарша с размером кусочков не более 5 мм,

- термическая обработка сырья при температуре 60-80°С в течение 2-3 ч в воде при жидкостном коэффициенте не менее 2,

- отделение белковой массы от жира и ее высушивание до достижения влажности 20-35 %,

- экструдирование при давлении 60-80 атм и температуре 120-180°C в течение 60-90 секунд,

- высушивание полученного продукта.

В некоторых вариантах осуществления изобретения промывку сырья водой проводят в течение не менее 2 ч. В некоторых частных вариантах изобретения на этапе промывки сырья в воду добавляют протусубтилин в количестве не более 0,1%.

В некоторых вариантах изобретения белковую массу при отделении от жира высушивают до достижения влажности 30%.

В некоторых вариантах осуществления изобретения высушивание полученного продукта на заключительном этапе осуществляют с помощью аэродинамической сушки.

В некоторых предпочтительных вариантах изобретения полученный высушенный продукт подвергают дроблению и просеиванию с получением кормового протеина в виде порошка с размером частиц не более 1-2 мм.

Решение поставленной задачи также осуществляется получением кормового протеина вышеописанным способом. Полученный кормовой протеин имеет следующие состав и характеристики:

белок – не менее 75 мас.%, более предпочтительно, не менее 80 мас.%,

жир – не более 6 мас.%,

зола – не более 6 мас.%,

клетчатка – не более 2 мас.%,

влажность – не более 9%.

В некоторых частных вариантах изобретения кормовой протеин имеет следующие состав и характеристики:

белок – 78-87 мас.%, более предпочтительно, 80-85 мас.%,

жир – 2-6 мас.%,

зола – 4-6 мас.%,

клетчатка – 0-2 мас.%,

влажность – 6-9 мас.%.

В результате осуществления изобретения достигаются следующие технические результаты:

- при получении кормового протеина используется только безопасное сырье, не содержащее хрома, других ядовитых веществ или каких-либо трансгенных материалов, что обеспечивает получение токсически и биологически безопасной конечной продукции;

- разработанный подход позволил исключить ферментативный гидролиз из процесса получения, в результате чего в конечном продукте исключено возможное присутствие остаточных количеств фермента, что обеспечивает получение кормового протеина строго одинакового конечного состава, который не будет изменяться со временем под воздействием остаточного фермента;

- разработанный подход также позволил исключить из процесса получения кормового протеина этап обезжиривания сырья щелочами, в результате чего в конечном продукте исключено возможное присутствие остаточных количеств щелочей, кроме того, отсутствует необходимость выравнивания рН до нейтральных значений, что, в свою очередь, исключает присутствие в конечном продукте и этих реагентов;

- получаемый кормовой протеин является высококачественным белковым концентратом животного происхождения с содержанием протеина не менее 75 мас.% (в большинстве случаев, около 80-85%), имеющий пониженную зольность, практически полное отсутствие клетчатки, очень низкое содержание жира и хороший аминокислотный профиль, включающий практически все протеиногенные аминокислоты, в том числе незаменимые, который показан для включения в корма для любых видов сельскохозяйственных животных, птицы, рыбы, пушных зверей, домашних питомцев;

- получаемый кормовой белок имеет стабильный аминокислотный профиль (в отличие, например, от продуктов из отходов рыбной и мясокостной переработки), высокую степень усвоения, а также обладает хорошей сыпучестью;

- разработанный способ обеспечивает возможность производства больших объемов кормового протеина с получением из крайне неоднородного сырья продукта, строго однородного по составу, однородность состава которого обеспечивается не только непосредственно на выходе, но и в процессе хранения и дальнейшего использования;

- способ не требует сложного технологического оборудования и реактивов, при этом позволяет рационально использовать отходы мясной промышленности.

Термины и определения

Если иное не оговаривается, все технические и научные термины, используемые в данной заявке, имеют то же самое значение, которое понятно для специалистов в данной области. Ссылки на методики, используемые при описании данного изобретения, относятся к хорошо известным методам, включая изменения этих методов и замену их эквивалентными методами, известными специалистам.

В документах данного изобретения термины «включает», «включающий» и т.п., а также «содержит», «содержащий» и т.п. интерпретируются как означающие «включает, помимо всего прочего» (или «содержит, помимо всего прочего»). Указанные термины не предназначены для того, чтобы их истолковывали как «состоит только из».

Термин «и/или» означает один, несколько или все перечисленные элементы.

Также здесь перечисление числовых диапазонов по конечным точкам включает все числа, входящие в этот диапазон.

Термин «необязательный» или «необязательно» или «опциональный» или «опционально», используемый в данном документе, означает, что описываемое впоследствии событие или обстоятельство может, но не обязательно, произойти, и что описание включает случаи, когда событие или обстоятельство происходит, и случаи, в которых оно не происходит.

Термин «жидкостный коэффициент» (ж.к.) – объем (м³ или дм³) обрабатывающей жидкости (воды, раствора), приходящийся на единицу массы сырья (соответственно, т или кг).

Если не определено отдельно, технические и научные термины в данной заявке имеют стандартные значения, общепринятые в научной и технической литературе.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение направлено на получение качественного коллагенового белкового концентрата для кормовой промышленности из обрези сырых шкур КРС. Способ позволяет перерабатывать те участки шкур, которые при существующей повсеместно технологической цепочке переработки на кожевенных заводах становятся отходами кожевенного производства. Полученный концентрат является ценнейшим продуктом с высоким содержанием протеина не менее 75 мас.% (в большинстве случаев, около 80-85 мас.%), низким содержанием золы и жира, не содержащим ГМО, токсичных веществ и тяжелых металлов, и не требующим сложного технологического оборудования. Предлагаемый метод производства не предполагает использования химических и ферментативных процессов, применяются только механические и термобарические способы обработки.

Получаемый в результате осуществления способа кормовой протеин оптимален для нормализации рационов всех видов сельскохозяйственных животных (птицы, жвачные, свиньи), рыбы, в том числе при промышленном разведении, домашних питомцев, пушных зверей на зверофермах (норка, соболь, песец), и может быть использован как в производстве различных кормов, комбикормов и специализированных кормов, так и для непосредственного добавления в рационы животных.

Для производства белка из обрези сырых шкур авторы изобретения разработали способ переработки, позволяющий получить белок без его денатурации и потери питательных свойств, при этом придав ему усвояемость, не присущую изначально этому виду белка,

а также смогли преодолеть следующие проблемы:

- проблему ворсоотделения, что достигнуто многократными промывками, а также термической обработкой (развариванием);

- проблему измельчения, что достигнуто разработкой режущих механизмов, способных проработать резистентное к перемалыванию и довольно эластичное сырье;

- проблему возможности доведения экструдата до состояния муки, что достигнуто экструдированием при определенных параметрах.

Источником для получения кормового протеина по изобретению служит обрезь, образующаяся при контурировании свежих шкур крупного рогатого скота (быков и коров).

Происхождение: мясокомбинаты, бойни, фермерские хозяйства.

Требования: пищевого качества, с ветеринарным сертификатом, без признаков тухлости/разложения.

Сырье может поставляться свежее, просоленное или замороженное.

При этом важно, что шкуры подвергаются первичной обработке до попадания на кожевенный завод.

Получение сырья для кормового протеина включает следующие технологические процессы:

Промывка, отмока: шкуры замачивают в воде, чтобы удалить грязь и соль, при наличии. В результате шкуры вновь набирают влагу, набухают, увеличиваются в объёме. Для смягчения возможно использование биологических увлажняющих средств. Сначала достигается предварительная мягкость, затем – основная.

Зачистка, обрядка (контурирование): обрезаются неровные края шкур, не имеющие ценности для переработки с целью получения кожи. Применение обрези как сырья дает возможность большей площади контурирования, что повышает ценность шкуры.

Мездрение: срезание нижнего слоя, состоящего из прирезей мяса, жира, жил. Получаемая мездра может достигать 20% от веса шкуры.

Далее подготовленные шкуры отправляют на кожевенные заводы, а обрезь и мездра – сырье для кормового белка – подвергаются дальнейшей переработке, включающей следующие этапы:

- многократная длительная промывка водой не менее 2-х часов в шнековом миксере. На этапе промывки могут применяться специальные ферменты или ферментные смеси, например протосубтилин, не более 0,1%. Цель данного этапа – разрыхлить, предварительно расщепить структуру сырья, позволить ему разбухнуть и размягчиться, разрушить ворс и ослабить его связи, удалить любые оставшиеся неорганические примеси;

- выгрузка, отжим, транспортирование в цех измельчения;

- измельчение в измельчителях разных видов (мясорубки, шредеры, куттеры) до однородного пастообразного состояния (в виде фарша с размером кусочков не более 5 мм);

- подача пасты транспортером в разварник, где фарш-паста подвергается длительной термической обработке (развариванию) в течение не менее 2-х часов (в предпочтительных вариантах – в течение 2-3 часов, в некоторых вариантах – 4-5 часов), при температуре 60-80°C, при жидкостном коэффициенте не менее 2, т.е. с двукратно превышающим массу пасты объёмом воды (в предпочтительных вариантах ж.к. = 2-3). В процессе разваривания бульон непрерывно и интенсивно перемешивается. Происходит отделение белка от жира.

- после разварника бульон подается на ленточный пресс для отжима. Получившийся фугат (раствор жира в воде) подвергается фильтрации и поступает в сепаратор для отделения технического жира;

- белковая паста после отжима, влажностью 20-35% (в предпочтительных вариантах 30%), подается на экструдер, где подвергается экструдированию под давлением 60-80 атм. и температуре 120-180°C в течение 60-90 с;

- экструдированный продукт направляется транспортером для высушивания с помощью аэродинамической сушки, с получением сухого кормового протеина;

- высушенный продукт подвергается дроблению и затем подается для просеивания на грохот с ситом 1-2 мм. Эти операции обеспечивают получение продукта с однородными по размеру частицами (в виде муки), что позволяет гомогенизировать продукт и облегчает его дальнейшее использование для смешивания с другими компонентами при получении комплексных кормов и кормовых добавок.

В результате осуществления способа получают белок, максимально сбалансированный по всем показателям. В отличие от белка, производящегося из обрези с кожевенных заводов (уже прошедших на них предварительную обработку), получаемый продукт не содержит хрома или других токсичных металлов и ядовитых веществ.

Поскольку при производстве кормового протеина по изобретению не используется сырье с содержанием каких-либо трансгенных материалов и патогенной микрофлоры, обеспечивается 100 % биологическая безопасность конечной продукции.

Более того, получаемый конечный продукт не содержит остаточных веществ какой-либо химической обработки, т.к. в предлагаемом способе таковая отсутствует.

Получаемый кормовой протеин, по сути, представляет собой продукт частичного разрушения коллагена (а также других белков), в котором разрушена его волокнистая структура, что обеспечивает его высокую степень усвояемости (биодоступности).

Протеин по изобретению обладает стабильным и полноценным аминокислотным профилем (содержит большинство протеиногенных аминокислот, включая незаменимые), и высокой усвояемостью (не менее 90 %), что позволяет использовать его как основной источник протеина в кормах (в отличие от функционального коллагенового белка, который, хоть и является белком, но, из-за того, что он имеет волокнистую структуру и обладает крайне низкой биодоступностью (порядка 10-20 %), использоваться может только для функции удержания влаги (влагоудерживающие свойства) и жира (жироудерживающие свойства) в продукте, и не обладает свойствами, указанными выше). Эти характеристики получаемого кормового протеина (а также специфические цвет и запах) позволяют отличить белок, получаемый способом по изобретению, от других белков, получаемых другими способами.

Содержание белка в полученном кормовом протеине составляет не менее 75 мас.%, при этом белок имеет усвояемость не менее 90% и минимальное количество примесей: жир – не более 6 мас.%, зола – не более 6 мас.%, клетчатка – не более 2 мас.%, влажность – не более 9%, а также характеризуется отсутствием хрома, ферментов, щелочей.

Предлагаемый способ не требует сложного технологического оборудования и реактивов, при этом позволяет рационально использовать отходы мясной промышленности, позволяя предприятиям минимизировать свои убытки и сократить количество отходов. В совокупности с возможностью легко масштабировать производство (в отличие от способов получения, основанных на ферментативном гидролизе) с получением однородного конечного продукта, способ позволяет получать высококачественный продукт по доступной цене.

Возможность объективного проявления технического результата при осуществлении изобретения подтверждена достоверными данными, приведенными ниже в примерах, содержащих сведения экспериментального характера, полученные в процессе проведения исследований по методикам, принятым в данной области.

Следует понимать, что приведенные в материалах заявки примеры не являются ограничивающими и приведены только для иллюстрации настоящего изобретения.

Пример 1.

Обрезь, образовавшуюся при контурировании свежих шкур крупного рогатого скота, промыли проточной водой в течение двух часов, а затем измельчили с помощью мясорубки до однородного пастообразного состояния. Полученную массу поместили в разварник, залив водой в массе, в 2 раза превышающей массу фарша, и подвергли развариванию при температуре 60°С в течение двух часов. После этого полученную массу вместе с бульоном подали на ленточный пресс и подвергли отжиму. Отделенную в результате отжима белковую массу влажностью порядка 30% подвергли экструдированию под давлением 60 атм и температуре 120°C в течение 90 с. Полученный продукт высушили с помощью аэродинамической сушки. Далее высушенный продукт поместили в дробилку, после чего провели просеивание продукта для удаления частиц с размером более 1-2 мм.

Полученный конечный продукт представляет собой коричневый порошок, обладающий хорошей сыпучестью, без плотных, не рассыпающихся при надавливании комков диаметром более 1-2 мм, имеющий специфический запах.

Выход готового продукта составил 50 % от массы сырья, с содержанием белка 86 мас.%. Массовая доля в готовом продукте жира – 3,8 %, массовая доля золы – 3,5 %, массовая доля клетчатки – 0,2 %. Микробиологический и токсикологический анализы показали, что патогенных микроорганизмов и токсичных элементов в продукте не обнаружено.

Пример 2.

Поступившее сырье – замороженные шкуры КРС – замочили в воде для удаления грязи и соли. После того, как шкуры набрали влагу, их подвергли зачистке, обрядке и мездрению. Полученные в результате обрезь и мездру промыли проточной водой в течение 2,5 часов, а затем измельчили с помощью мясорубки до однородного пастообразного состояния. Полученную массу поместили в разварник, залив водой в массе, в 3 раза превышающей массу фарша, и подвергли развариванию при температуре 80°С в течение трех часов. После этого полученную массу вместе с бульоном подали на ленточный пресс и подвергли отжиму. Отделенную в результате отжима белковую массу влажностью 20 % подвергли экструдированию под давлением 80 атм и температуре 180°C в течение 60 с. Полученный продукт высушили с помощью аэродинамической сушки. Далее высушенный продукт поместили в дробилку, после чего провели просеивание продукта для удаления частиц с размером более 1-2 мм.

Полученный конечный продукт представляет собой коричневый порошок, обладающий хорошей сыпучестью, без плотных, не рассыпающихся при надавливании комков диаметром более 1-2 мм, имеющий специфический запах.

Выход готового продукта составил 52 % от массы сырья, с содержанием белка 82 мас.%. Массовая доля жира составляет 3,6 %, массовая доля золы – 3,0 %, массовая доля клетчатки – 0,2 %. Микробиологический и токсикологический анализы показали, что патогенных микроорганизмов и токсичных элементов в продукте не обнаружено.

Пример 3.

Определение аминокислотного состава кормового протеина по изобретению было проведено согласно ГОСТ 32195-2013 «Корма, комбикорма. метод определения содержания аминокислот» (протеин подвергают гидролизу с соляной кислотой, полученные аминокислоты разделяют ионообменной хроматографией и детектируют при длине волны 570 нм (440 нм для пролина)) (метод позволяет определить только определенный перечень аминокислот, указанный в ГОСТ 32195-2013). Определение триптофана проведено согласно МИ 103.5-105-11. Результаты анализа представлены в таблице ниже.

Таблица 1. Результаты анализа аминокислотного состава кормового белка по изобретению.

Наименование аминокислоты Содержание аминокислоты г/100 г продукта Аспарагиновая кислота 6,03±0,90 Глутаминовая кислота 7,20±1,08 Серин 3,24±0,49 Гистидин 1,93±0,29 Глицин 5,26±0,79 Треонин 6,02±0,90 Аргинин 4,56±0,68 Аланин 4,81±0,72 Тирозин 2,80±0,42 Цистин 2,37±0,36 Валин 2,47±0,37 Метионин 3,23±0,49 Фенилаланин 1,50±0,22 Изолейцин 4,11±0,62 Лейцин 5,31±0,80 Лизин 7,49±1,12 Пролин 6,86±1,03 Триптофан 045±0,09

Как видно из таблицы, проведенный анализ аминокислотного состава полученного кормового протеина показывает, что белковые фракции содержат практически полный набор протеиногенных аминокислот, включая незаменимые.

Пример 4.

Перевариваемость полученного кормового белка исследовали в экспериментах in vitro с помощью методики Boisen, S. и Fernandez, J.A. (1995). Результаты анализа представлены в таблице ниже.

Таблица 2. Результаты оценки перевариваемости кормового белка по изобретению.

Показатель Результат (%) Переваримость сырого протеина с пепсином и панкреатином (3 часа) 93,56 Переваримость сырого протеина с пепсином и панкреатином (24 часа) 94,16

В результате проведенного исследования установлено, что перевариваемость в ЖКТ у животного кормового протеина по изобретению составляет более 90 %, что свидетельствует о его высокой биодоступности и усвояемости.

Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные случаи приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть, понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, производству кормов и кормовых добавок. Способ получения кормового протеина из обрези или мездры сырых шкур крупного рогатого скота включает следующие последовательные этапы: промывка сырья водой, измельчение сырья до состояния фарша с размером кусочков не более 5 мм, термическая обработка сырья при температуре 60-80°С в течение не менее 2 ч в воде при жидкостном коэффициенте не менее 2, отделение белковой массы от жира и ее высушивание до достижения влажности 20-35%, экструдирование при давлении 60-80 атм и температуре 120-180°C в течение 60-90 с, высушивание полученного продукта, дробление и просеивание высушенного продукта с получением продукта в виде порошка с размером частиц не более 1-2 мм. Изобретение позволяет получить кормовой белок высокого качества из отходов производств при экологическом подходе. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

1. Способ получения кормового протеина из обрези или мездры сырых шкур крупного рогатого скота, включающий следующие последовательные этапы:

- промывка сырья водой;

- измельчение сырья до состояния фарша с размером кусочков не более 5 мм;

- термическая обработка сырья при температуре 60-80°С в течение не менее 2 ч в воде при жидкостном коэффициенте не менее 2;

- отделение белковой массы от жира и ее высушивание до достижения влажности 20-35%;

- экструдирование при давлении 60-80 атм и температуре 120-180°C в течение 60-90 с;

- высушивание полученного продукта;

- дробление и просеивание высушенного продукта с получением продукта в виде порошка с размером частиц не более 1-2 мм.

2. Способ по п.1, в котором промывку сырья водой проводят в течение не менее 2 ч.

3. Способ по любому из пп.1, 2, в котором термическую обработку сырья проводят в течение 2-3 ч.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором белковую массу при отделении от жира высушивают до достижения влажности 30%.