Способ получения белкового гидролизата
Владельцы патента RU 2375385:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Восточно-Сибирский государственный технологический университет (RU)
Способ получения белкового гидролизата предусматривает термообработку недубленых коллагенсодержащих отходов в течение 2-3 ч при температуре 90-110°С в водном растворе гидроксида натрия, взятом в количестве 3-5% от массы отходов, при жидкостном коэффициенте, равном 1. Технический результат - повышение качества белкового гидролизата (усиление поверхностно-активных свойств), сокращение расхода химических материалов. 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к меховой и кожевенной промышленности, в частности к технологии переработки недубленых отходов (мездры после отмоки, некондиционного сырья) с получением белковых гидролизатов, применяющихся в кожевенно-меховой промышленности в качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Известен способ получения белкового гидролизата термической обработкой хромированных отходов кожевенного производства с использованием щавелевой кислоты (до 60 г/дм3), этилксантогената или сульфгидрата калия (до 0,5-1,5 г/дм3), Превоцелла (до 0,5 г/дм3) и воды (см. SU №1240788, М. кл.2 С14С 3/32, С08Н 1/06, 30.06.1986).
Недостатком этого способа является недостаточная глубина гидролиза коллагена (молекулярная масса продукта составляет 72000-100000 углеродных единиц), т.е. не обеспечивается получение аминокислот и низкомолекулярных пептидов. Низкое значение рН получаемого гидролизата (1,5) ограничивает использование продукта в меховом производстве, так как оно может стать причиной потускнения волосяного покрова мехового сырья.
Известен способ получения белкового гидролизата, основанный на термической обработке дубленых отходов кожевенного производства с использованием отходов мыловаренного производства (до 15-30 мас.%), гидроксида натрия (до 2-4 г/дм3) и воды (см. SU №1454860, М. кл.2 С14С 3/32, 30.01.1989).
Недостатком указанного способа является его длительность (до 10 ч) и то, что в качестве сырья используют дубленые отходы (хромовая обрезь, хромированная стружка), что не решает проблемы утилизации коллагенсодержащих отходов, образующихся на подготовительных этапах кожевенно-меховой промышленности.
Общими недостатками известных способов являются длительность и недостаточная глубина гидролиза коллагенсодержащих отходов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ утилизации отходов, содержащих животные белки, предусматривающий водно-термическую обработку в присутствии щелочи. Смешивают отходы, воду и щелочь в соотношении 1:(1,8-2,0):(0,09-0,46), приготовленную смесь подвергают водно-термической обработке при 120-180°С в течение 25-90 мин (RU №2291164, С08Н 1/06, С07К 1/12, С07С 227/28, B01J 19/28, 10.01.2007).
Недостатком данного способа является жесткий температурный режим и высокая концентрация щелочи в растворе (до 38% от массы отходов), что увеличивает себестоимость продукта, его щелочность.
Предлагаемое изобретение позволит упростить и интенсифицировать процесс при одновременном снижении себестоимости и улучшении качества белкового гидролизата.
Техническим результатом изобретения является повышение качества белкового гидролизата (усиление поверхностно-активных свойств), сокращение расхода химических материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения белкового гидролизата путем термической обработки недубленых коллагенсодержащих отходов кожевенного и мехового производства в присутствии водного раствора гидроксида натрия согласно изобретению гидроксид натрия берут в количестве 3-5% от массы отходов при жидкостном коэффициенте, равном 1, при этом обработку ведут в течение 2-3 ч при температуре 90-110°С.
Отличительными признаками предлагаемого способа получения белкового гидролизата являются новые условия термической обработки, а именно: гидроксид натрия берут в количестве 3-5% от массы отходов при жидкостном коэффициенте, равном 1, а обработку ведут в течение 2-3 ч при температуре 90-110°С. При этом полученный белковый гидролизат не поддается гниению и термической денатурации вследствие высоких значений рН, следовательно, подлежит длительному хранению и может использоваться в широком интервале температур.
Для осуществления предлагаемого изобретения были проведены исследования, в ходе которых установлены оптимальные режимы термообработки сырья, определена эффективная концентрация гидроксида натрия.
Известно, что растворы сильных щелочей способствуют распаду коллагена при отсутствии нагревания. При повышенной температуре процесс гидролиза коллагена интенсифицируется, наступают следующие изменения: большинство сопровождающих протеинов и мукополисахаридов переходит в раствор; омыляется большая часть амидных связей глютамина и аспарагина; расщепляются связи, обеспечивающие поперечное сшивание структуры коллагена, и часть пептидных связей. На основании этого в качестве сильной щелочи, с учетом стоимости химических материалов, предложен гидроксид натрия.
При концентрациях гидроксида натрия ниже 3% гидролиз коллагена протекает с недостаточной интенсивностью, то есть образуются продукты с высокой молекулярной массой, что затрудняет их проникновение в кожевую ткань, снижает поверхностную активность. При концентрации щелочи выше 5% интенсивность и глубина гидролиза практически не усиливаются, при этом возрастает рН продукта и расход гидроксида натрия. Таким образом, оптимальная концентрация гидроксида натрия составляет 3-5%.
Жидкостный коэффициент при 30-70%-ной влажности отходов (мездры) равен 1, то есть сырье и воду берут в соотношении 1:1. Оптимальное соотношение воды и сырья было подобрано исходя из того, что уменьшение жидкостного коэффициента приводит к снижению эффективности гидролиза, так как не позволяет осуществить равномерную обработку сырья, увеличение жидкостного коэффициента приводит к пропорциональному снижению концентрации белковых веществ и, следовательно, ослаблению поверхностной активности продукта.
Оптимальное время термообработки установлено в пределах 2-3 ч. Продолжительность термообработки менее 2 ч не позволяет полностью растворить сырье и получить гомогенный продукт. Продолжительность обработки более 3 ч не снижает объема осадка, не повышает концентрации белковых веществ и качества продукта и экономически нецелесообразна.
Таким образом, реализация технического результата изобретения возможна при соблюдении вышеуказанных оптимальных параметров.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа получения белкового гидролизата из недубленых отходов кожевенно-меховой промышленности. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как более близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Коллагенсодержащие отходы, образующиеся в результате мездрения после отмоки пушно-мехового и овчинно-шубного сырья, некондиционное кожевенное сырье после предварительного измельчения крупных фрагментов (площадью более 5 дм2) помещают в котел, заливают водным раствором гидроксида натрия концентрацией
3-5% от массы отходов при жидкостном коэффициенте 1 (соотношение воды и сырья 1:1) и кипятят в течение 2-3 ч при температуре 90-110°С. Образовавшуюся смесь отстаивают до разделения на слои: верхний слой содержит омыленные и неомыленные жировые вещества, средний слой представляет собой продукт щелочного растворения коллагена - белковый гидролизат, в нижнем слое содержатся минеральные примеси, нерастворимые белковые соединения. Верхний слой снимают, белковый гидролизат фильтруют через плотную ткань, отделяя жировые вещества и нерастворимую фракцию.
Заявляемый способ поясняется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1
Сырье: коллагенсодержащие отходы, образующиеся в результате мездрения шкур медведя после отмоки и отжима влажностью 65%.
Параметры термообработки:
- Концентрация NaOH - 3% от массы сырья;
- Жидкостный коэффициент - 1;
- Температура - 90°С;
- Продолжительность - 2 ч.
Отстаивание - 0,5 ч при температуре 20°С.
Продолжительность фильтрования - 0,5 ч.
Коллагенсодержащие отходы, образующиеся в результате мездрения шкур медведя после отмоки и отжима, после предварительного измельчения крупных фрагментов (площадью более 5 дм2) помещают в котел, заливают водным раствором гидроксида натрия и кипятят в течение 2 ч. Образовавшуюся смесь отстаивают до разделения на слои: верхний слой содержит омыленные и неомыленные жировые вещества (22-25% объема смеси), средний слой представляет собой продукт щелочного растворения коллагена - белковый гидролизат (65-70% объема смеси), в нижнем слое содержатся минеральные примеси, нерастворимые белковые соединения (5-8% объема смеси). Верхний слой снимают, белковый гидролизат фильтруют через плотную ткань, отделяя жировые вещества и нерастворимую фракцию.
Белковый гидролизат представляет собой гомогенную красно-коричневую жидкость с характерным запахом, при встряхивании наблюдается сильное вспенивание, концентрация белковых веществ 8,03 г/дм3, средняя молекулярная масса белковых фрагментов 213 углеродных единиц.
Пример 2
Сырье: коллагенсодержащие отходы, образующиеся в результате мездрения оленьих лап после отмоки влажностью 76,5%.
Параметры термообработки:
- Концентрация NaOH - 5% от массы сырья;
- Жидкостный коэффициент- 1;
- Температура - 110°С;
- Продолжительность - 3 ч.
Отстаивание - 0,5 ч при температуре 20°С.
Продолжительность фильтрования - 0,5 ч.
Коллагенсодержащие отходы, образующиеся в результате мездрения оленьих лап после отмоки, не требуют предварительного измельчения, так как обладают небольшими размерами. Сырье помещают в котел, заливают раствором щелочи и кипятят 3 ч. Отстаивают смесь до разделения на слои: верхний слой содержит омыленные жировые вещества (4-7% объема смеси), средний слой - собственно белковый гидролизат (88-93% объема смеси), нижний слой - минеральные примеси, нерастворимый остаток (3-5% объема смеси). Отделение белкового гидролизата так же, как и в Примере 1.
Белковый гидролизат из мездры оленьих лап представляет собой темно-коричневую жидкость с характерным запахом. Концентрация белковых веществ 5,84 г/дм3, средняя молекулярная масса белковых фрагментов 280 углеродных единиц.
Пример 3
Сырье: шкура крупного рогатого скота (КРС) пресно-сухого способа консервирования, влажность кожевой ткани 51%.
Параметры термообработки:
- Концентрация NaOH - 3,5% от массы сырья;
- Жидкостный коэффициент- 1;
- Температура - 110°С;
- Продолжительность - 3 ч.
Отстаивание - 0,5 ч при температуре 20°С.
Продолжительность фильтрования - 0,5 ч.
Коллагенсодержащие отходы, представляющие собой некондиционные шкуры КРС, без предварительного измельчения помещают в котел, заливают раствором щелочи и кипятят 3 ч. Отстаивают смесь до разделения на слои: верхний слой содержит омыленные жировые вещества (3-5% объема смеси), средний слой - собственно белковый гидролизат (91-95% объема смеси), нижний слой - минеральные примеси, нерастворимый остаток (2-4% объема смеси). Выделение белкового гидролизата так же, как и в Примере 1.
Белковый гидролизат из шкур КРС представляет собой гомогенную жидкость коричневого цвета с характерным запахом. Концентрация белковых веществ 2,2 г/дм3, средняя молекулярная масса белковых фрагментов 102 углеродные единицы.
Характеристики белковых гидролизатов представлены в таблице.
| Показатели | Пример | ||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | |
| Внешний вид, цвет при 20°С | Жидкость красно-коричневого цвета | Жидкость темно-коричневого цвета | Жидкость коричневого цвета |
| Концентрация белковых веществ, г/дм3 | 8,03 | 5,84 | 2,19 |
| Поверхностное натяжение водных растворов, мН/м | 28,62 | 32,4 | 27,71 |
| рН | 11,07 | 10,94 | 11,2 |
| Угол смачивания | 107 | 100 | 115 |
Результаты, представленные в таблице, свидетельствуют, что все примеры переработки коллагенсодержащих отходов кожевенной и меховой промышленности позволяют получить белковый гидролизат, обладающий поверхностной активностью. Это позволяет применять данные продукты в подготовительных процессах кожевенного и мехового производства.
Способ получения белкового гидролизата путем термической обработки недубленых коллагенсодержащих отходов кожевенного и мехового производства в присутствии водного раствора гидроксида натрия, отличающийся тем, что гидроксид натрия берут в количестве 3-5% от массы отходов при жидкостном коэффициенте, равном 1, обработку ведут в течение 2-3 ч при температуре 90-110°С.
