Способ получения белкового гидролизата из твердых хромсодержащих отходов кожевенного производства
Владельцы патента RU 2249047:
Московский государственный университет дизайна и технологии (МГУДТ) (RU)
Изобретение относится к биотехнологии и касается способа получения белковых веществ из твердых хромсодержащих отходов кожевенного производства. Способ получения белкового гидролизата из твердых хромсодержащих отходов кожевенного производства включает раздубливание, ферментативную обработку. Обработку отходов проводят в четыре стадии: на первой стадии - ферментом пепсином, на второй стадии - щавелевой кислотой, на третьей стадии - нейтральной или щелочной протеазой, на четвертой стадии - уксусной кислотой. Способ позволяет получить белковый гидролизат с низким содержанием минеральных веществ, высоким содержанием сухого остатка, молекулярной массой, соизмеримой с молекулярной массой коллагена /300-360 тыс./. 2 табл.
Изобретение относится к кожевенной промышленности, в частности к технологии получения белковых веществ из твердых хромсодержащих отходов кожевенного производства.
Известен способ получения белкового гидролизата из коллагенсодержащих отходов производства кож хромового дубления, предусматривающий их раздубливание в водном растворе гидроксида кальция 12 г/л при температуре 60-65°С, ферментативную обработку в водном растворе протеазы Alcalase - 12 г/л при температуре 60-65°С (М.М.Taylor, E.S.Diefendorf, G.C.Na. Enzymatic treatment of chrome shavings. - JALCA, vol.85, 1990, №8, р.264-274). К недостаткам данного способа относится:
- использование высоких температур, приводящих к изменению структуры белка, а следовательно, и его свойств;
- применение малорастворимого гидроксида кальция, способствующего загрязнению сточных вод, а также белкового гидролизата;
- использование ферментного препарата Alcalase, обладающего широкой субстратной специфичностью и обеспечивающего получение белкового гидролизата с низкой молекулярной массой, что ограничивает область применения последнего.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ получения белкового гидролизата из коллагенсодержащих отходов производства кож хромового дубления, предусматривающий их раздубливание в водном растворе оксида магния 12 г/л при температуре 70°С, ферментативную обработку в присутствии щелочной протеазы - 12 г/л при температуре 70°С (М.М.Taylor, L.F.Cabeza, W.N.Manner, E.M.Brown. Use of tryptec enzyme preparations in treatment of chrome shavings. - JALCA, vol.95, 2000, №7, р.243-251).
Использование в данном способе получения белкового гидролизата высокой температуры обработки (70°С) приводит к изменению структуры и свойств белка, что ограничивает область применения белкового гидролизата. Кроме того, данный способ характеризуется относительно низким содержанием сухого остатка в гидролизате (3,0-4,7 %), высоким содержанием минеральных веществ (11,8-18,6 %).
Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение получения белкового гидролизата, содержащего продукты растворения коллагена, максимально сохранившие структуру белка.
Поставленная задача достигается тем, что в способе обработки коллагенсодержащих отходов производства кож хромового дубления, включающем их раздубливание, ферментативную обработку, перед раздубливанием проводят обработку в водном растворе пепсина 0,1-5,0 г/л и температуре 30-40°С в течение 1-6 ч (1 стадия). Раздубливание выполняют в водном растворе щавелевой кислоты 1-20 г/л при температуре 10-30°С в течение 1-24 ч (2 стадия). Последующую ферментативную обработку проводят в водном растворе нейтральной или щелочной протеазы 0,1-15,0 г/л при температуре 30-40°С в течение 1-6 ч (3 стадия). Заключительную стадию выполняют в водном растворе уксусной кислоты 40-80 г/л в течение 20-100 ч при температуре 10-30°С (4 стадия).
Технический результат заключается в том, что получается белковый гидролизат с низким содержанием минеральных веществ, в т.ч. оксида хрома, высоким содержанием сухого остатка, молекулярной массой, соизмеримой с молекулярной массой коллагена (300-360 тыс.).
Неочевидность достижения качественно нового технического результата следует из того, что согласно данным специальной литературы (И.С.Шестакова, Л.В.Моисеева, Т.Ф.Миронова. Ферменты в кожевенном и меховом производстве. М.: Легпромбытиздат, 1990, с.40) пепсин действует на неизмененный коллаген, дубление ослабляет действие пепсина. Соблюдение же режима заявленного способа обеспечивает эффективную подготовку коллагенсодержащих отходов хромового дубления в присутствии пепсина к раздубливанию и последующему растворению.
Для осуществления третьей стадии способа - ферментативной обработки в качестве ферментного препарата могут быть использованы нейтральные или щелочные протеазы, выделенные, например, из штаммов Bacillus subtilis, Aspergillus oryzae, Streptomyces griseus, Streptomyces Spp. и других.
Варианты расхода используемых веществ предложенного способа приведены в табл. 1.
Способ по примерам 1-3 осуществляют следующим образом. Хромовую стружку обрабатывают водным раствором пепсина 0,1-5,0 г/л в течение 1-6 ч, при температуре 30-40°С, ЖК 5-10 (1 стадия). Затем проводят раздубливание в водном растворе щавелевой кислоты 1-20 г/л, в течение 1-24 ч, при температуре 10-30°С, ЖК 5-10 (2 стадия). Последующую ферментативную обработку осуществляют в водном растворе ферментного препарата “Прок” 0,1-15,0 г/л в течение 1-6 ч, при температуре 30-40°С, ЖК 5-10 (3 стадия). Растворение полученного продукта проводят в водном растворе уксусной кислоты 40-80 г/л в течение 20-100 часов при температуре 10-30°С, ЖК 10-30 (4 стадия).
Способ по ближайшему аналогу осуществляют следующим образом. Хромовую стружку раздубливают в водном растворе оксида магния 12 г/л, при температуре 70°С, в течение 3 ч, ЖК 5. Затем проводят ферментативную обработку в присутствии щелочной протеазы 10 г/л, рН 8,5-9,0, температуре 70°С, в течение 3 ч. Далее выполняют фильтрацию полученного продукта.
Показатели качества белкового гидролизата, выработанного по примерам 1-7 и по ближайшему аналогу, приведены в табл.2.
Как следует из табл. 2, предложенный способ позволяет получить белковый гидролизат с низким содержанием минеральных веществ, в т.ч. оксида хрома, высоким содержанием сухого остатка, молекулярной массой, соизмеримой с молекулярной массой коллагена (300-360 тыс.).
Нарушение заявленного расхода ферментных препаратов пепсина и протеазы “Прок” не обеспечивает достижения цели изобретения: уменьшается степень гидролиза белка (вариант 4-6), белковый гидролизат содержит фрагменты белка с молекулярной массой, значительно меньшей молекулярной массы коллагена (вариант 5, 7). Увеличение расхода щавелевой и уксусной кислоты, а также температуры обрабатывающей жидкости выше установленного предела нецелесообразно, т.к. не способствует улучшению качества продукта и интенсификации процесса. Уменьшение расхода щавелевой и уксусной кислоты, температуры обрабатывающей жидкости ниже установленного предела не обеспечивает получение белкового гидролизата соответствующего качества, т.к. в первом случае не достигается дехромирование коллагенсодержащих отходов, во втором случае - их растворение, а в третьем - и дехромирование, и растворение.
Полученный белковый гидролизат может быть использован в процессах кожевенного и мехового производства.
| Таблица 1 | |||||||
| Расход веществ, г/л | Примеры | ||||||
| оптимальные | контрольные | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Пепсин | 0,1 | 2,5 | 5,0 | 0 | 5,1 | 5,0 | 0,1 |
| Протеаза “Прок” | 15,0 | 7,5 | 0,1 | 15,0 | 7,5 | 0 | 16,0 |
| Таблица 2 | |||||||
| Вариант | Показатель | ||||||
| содержание в гидролизате сухого остатка, % | молекулярная масса продуктов гидролиза, 10-3 Да | ||||||
| Ближайший аналог | 4,5 | 10-30 | |||||
| 1 | 10,1 | 300-360 | |||||
| 2 | 12,5 | 300-360 | |||||
| 3 | 14,0 | 300-360 | |||||
| 4 | 3,5 | 400-500 | |||||
| 5 | 3,8 | 200-250 | |||||
| 6 | 3,4 | 400-500 | |||||
| 7 | 14,7 | 100-120 |
Способ получения белкового гидролизата из твердых хромсодержащих отходов кожевенного производства, включающий раздубливание, ферментативную обработку, отличающийся тем, что обработку отходов проводят в четыре стадии: на первой стадии - водным раствором пепсина 0,1-5,0 г/л в течение 1-6 ч, при температуре 30-40°С, на второй стадии - водным раствором щавелевой кислоты 1-20 г/л в течение 1-24 ч, при температуре 10-30°С, на третьей стадии - водным раствором нейтральной или щелочной протеазы 0,1-15,0 г/л в течение 1-6 ч, при температуре 30-40°С, на четвертой стадии - водным раствором уксусной кислоты 40-80 г/л в течение 20-100 ч, при температуре 10-30°С.
