PL210501B1 - Sposób wytwarzania hydrolizatu żelatyny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania hydrolizatu żelatyny z kości zwierząt.

Żelatyna i jej hydrolizat są białkiem zwierzęcym, które nie występuje w przyrodzie, lecz są otrzymywane metodami chemiczno-termicznymi z kolagenu. Surowcem do produkcji żelatyny i hydrolizatu żelatyny jest kolagen występujący w skórze, kościach i innych rodzajach tkanki łącznej. Kolagen ma bardzo skomplikowaną i rozwiniętą strukturę białkową, która podczas procesu wytwarzania żelatyny ulega częściowej redukcji, co w konsekwencji powoduje zmiany charakterystycznych właściwości fizycznych i chemicznych kolagenu.

Wytwarzanie żelatyny i hydrolizatu żelatyny z kości zwierzęcych jest procesem o dużym stopniu komplikacji. Pierwszym etapem procesu jest odpowiednie przygotowanie surowca kostnego. Etap ten polega na tym, że kości stanowiące produkt odpadowy z uboju zwierząt, po uprzednim wykrojeniu mięsa i wstępnym sortowaniu, rozdrabnia się na śrut kostny i prowadzi się odtłuszczanie za pomocą gorącej wody lub pary. Wysuszony i odtłuszczony śrut kostny poddaje się procesowi demineralizacji maceracji, traktując go rozcieńczonym, kilkuprocentowym kwasem solnym przez kilka lub kilkanaście dni. Tak oczyszczony surowiec kostny, zwany osseiną, służy do wytwarzania żelatyny. Wytrącony z kwaśnego ekstraktu kostnego produkt uboczny zawierający sole wapnia, jest stosowany jako składnik in. mieszanek paszowych.

Przygotowaną metodą kwasową osseinę poddaje się wielostopniowej ekstrakcji przy pomocy gorącej wody, podnosząc temperaturę procesu w kolejnych ekstrakcjach. Pierwsze frakcje, uzyskane przy najniższej temperaturze dają żele najwyższej jakości. Pozostały po pierwszej ekstrakcji materiał poddaje się ponownie ekstrakcji przy pomocy świeżej wody o wyższej temperaturze. Proces ten jest tak długo kontynuowany, aż resztki żelatyny przejdą do roztworu. Otrzymany w wyniku ekstrakcji roztwór żelatyny jest następnie oczyszczany różnymi znanymi metodami, na przykład na wysokosprawnych wirówkach i filtrach, ze śladowych ilości tłuszczu i włókienek pochodzących z surowca. Kolejne etapy procesu to zagęszczanie, chłodzenie, suszenie, mielenie, mieszanie żelatyny i konfekcjonowanie. Hydrolizaty żelatyny są wytwarzane także ze skór bydła i świń. Po długotrwałej maceracji alkalicznej cząsteczki kolagenu są rozkładane, z udziałem enzymów proteolitycznych, do mieszaniny polipeptydów o różnej długości łańcucha. Uzyskany płynny hydrolizat jest następnie sterylizowany, zagęszczany i suszony.

Liczne problemy technologiczne są związane z pierwszym etapem przygotowania surowca do produkcji żelatyny, w którym wytwarza się śrut kostny, a zwłaszcza z etapem odtłuszczania surowca kostnego. W procesie odtłuszczania surowca kostnego przed poddaniem maceracji konieczne jest wprowadzenie do surowca dużej ilości wody o temperaturze bardzo wysokiej, a następnie odprowadzenie tej wody wraz z wypłukanym tłuszczem. W procesie odtłuszczania usuwa się z surowca około 70% tłuszczu wprowadzonego wraz z kośćmi, w postaci wodno-tłuszczowej emulsji stanowiącej trudne do dalszego przerobu pozostałości poprocesowe, z których powstają znaczne ilości ścieków. Ze względu na dużą objętość wody wprowadzonej do surowca objętość ścieków powstających na tym etapie też jest znacząca, co powoduje powstanie dużych kosztów związanych z zabezpieczeniem środowiska przed negatywnymi skutkami. Nie bez znaczenia dla całości procesu jest także to, iż proces odtłuszczania prowadzi się w wysokiej temperaturze, co wiąże się z dużym zużyciem energii elektrycznej i cieplnej koniecznej do podgrzania i utrzymywania w wysokiej temperaturze zawartości reaktora. Energia elektryczna i cieplna jest także zużywana w procesie suszenia produktu w bardzo wysokiej temperaturze i dalszego segregowania śrutu kostnego.

Z mię dzynarodowego zgł oszenia patentowego WO 9421739 znana jest metoda wytwarzania żelatyny z różnego rodzaju surowca zawierającego kolagen. W metodzie według zgłoszenia surowiec mieli się na cząstki o wielkości nieprzekraczającej 1 mm i miesza się zmielony surowiec z wodą w celu uzyskania zawiesiny. Do zawiesiny dodaje się kwas do ustalenia pH na poziomie od 2 do 5 i podgrzewa się zawiesinę do temperatury 60-1300°C w czasie od 1 sekundy do 1 godziny. W kolejnym etapie do zawiesiny dodaje się zasadę w celu podwyższenia wartości pH i zawiesinę rozdziela się na fazę ciekłą zawierającą żelatynę i fazę stałą, po czym z fazy ciekłej odzyskuje się żelatynę poprzez filtrację i oczyszczanie. Etapem wstępnym w metodzie według wynalazku może być odtłuszczanie surowca do zawartości tłuszczu na poziomie około 3%. Etap ten jest wskazany jako niekonieczny, jednak należy mieć na względzie, że metoda według zgłoszenia znajduje zastosowanie dla różnego rodzaju surowca, także surowca o niewielkiej zawartości tłuszczu (np. skóry wołowe), a w takim przypadku odtłuszczanie rzeczywiście może okazać się zbędne. Analiza treści opisu, a zwłaszcza przykładów,

PL 210 501 B1 pozwala na stwierdzenie, że w przypadku użycia kości zwierzęcych jako surowca zawierającego kolagen przeprowadza się wstępny etap odtłuszczania przy użyciu technologii i stosownych urządzeń według Alfa Laval Centribone.

W metodzie według zgł oszenia WO 9421739 etap maceracji prowadzi się w wysokiej temperaturze. Wprawdzie można w ten sposób skrócić czas trwania procesu wytwarzania żelatyny, jednak w wysokiej temperaturze szybkość reakcji znacząco rośnie, a tym samym rośnie szybkość rozkładu materiału organicznego. W takich warunkach ustalenie czasu maceracji niezbędnego do uzyskania w dalszej części procesu ż elatyny o z góry zał o ż onej jakoś ci staje się niezwykle trudne. Ponadto konieczność mielenia surowca do bardzo małych cząstek i dodawania do nich dużej ilości wody oraz prowadzenie maceracji w wysokiej temperaturze wiąże się z dużym zużyciem energii. W przypadku wykorzystania jako surowca kości zwierzęcych proces według zgłoszenia WO 9421739 jest niewątpliwie prowadzony ze wstępnym odtłuszczaniem, ponieważ zarówno na schematycznym przedstawieniu etapów procesu, jak i w opisie wynalazku nie ma żadnej informacji o usuwaniu wprowadzonego z kośćmi tłuszczu w innym niż wstępny etapie, a tłuszcz z pewnością musi być usunię ty ze środowiska reakcji.

Celem wynalazku było opracowanie takiego sposobu wytwarzania hydrolizatu żelatyny, w którym problemy związane ze wstępnym odtłuszczaniem surowca w postaci rozdrobnionych kości zostałyby usunięte, zwłaszcza zostałaby zmniejszona objętość szkodliwych dla środowiska ścieków, a także obniżony zostałby poziom zużycia energii elektrycznej i cieplnej.

Sposób wytwarzania hydrolizatu żelatyny według wynalazku polega na tym, że rozdrobnione kości zwierzęce poddaje się procesowi maceracji przy użyciu kwasu o stężeniu nie wyższym niż 34%, w czasie od 1 do 14 dni, w trakcie maceracji lub po jej zakończeniu z ługów pomaceracyjnych oddziela się sole wapnia, a uzyskaną tak osseinę, po usunięciu resztek kwasu, korzystnie na drodze płukania wodą, ewentualnie z dodatkiem substancji zasadowej, poddaje się co najmniej jednokrotnej ekstrakcji wodą w temperaturze od 40 do 1200°C, po czym do ekstraktu wodnego dodaje się enzym proteolityczny, który następnie inaktywuje się, ekstrakt oczyszcza się znanymi metodami, zatęża się ewentualnie suszy i ewentualnie miele. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że tłuszcz usuwa się ze środowiska reakcji w czasie procesu maceracji i/lub ekstrakcji i/lub po zakończeniu procesu maceracji i/lub ekstrakcji na drodze rozdzielania fazy wodnej i fazy tłuszczowej lub, w przypadku gdy tłuszcz usuwa się po zakończeniu procesu ekstrakcji, na drodze rozdzielenia fazy wodnej zawierającej żelatynę, fazy tłuszczowej i fazy stałej lub na drodze rozdzielenia fazy wodnej zawierającej żelatynę od fazy tłuszczowej połączonej z fazą stałą.

Rozdzielanie fazy tłuszczowej i fazy wodnej prowadzi się metodą ciągłą lub okresową.

Korzystnie jako kwas stosuje się kwas solny.

Przed etapem maceracji kości można poddać odmięśnieniu.

Korzystnie rozdrobnione i ewentualnie odmięśnione kości zwierzęce płucze się wodą. Proces maceracji prowadzi się z mieszaniem zawartości reaktora lub bez mieszania zawartości reaktora.

Korzystnie kwas w procesie maceracji podaje się do reaktora z dołu i/lub z boku, a ługi pomaceracyjne odbiera się z góry reaktora.

Korzystnie kwas w procesie maceracji podaje się z od góry reaktora, a ługi pomaceracyjne odbiera się od dołu i/lub z boku reaktora.

Korzystnie kwas w procesie maceracji podaje się z boku reaktora, a ługi pomaceracyjne odbiera się od góry i/lub z dołu i/lub z boku reaktora.

Korzystnie kości segreguje się według gatunku zwierząt i/lub rodzaju kości.

Korzystnie enzym proteolityczny dodaje się w ilości nie mniejszej niż 0,01% w stosunku do suchej masy żelatyny zawartej w ekstrakcie.

Korzystnie enzym proteolityczny inaktywuje się na drodze podwyższenia temperatury ekstraktu zawierającego żelatynę.

Istotą wynalazku jest usuwanie tłuszczu na etapie i/lub po etapie ekstrakcji i/lub maceracji, a nie, jak w znanych procesach, przed poddaniem surowca kostnego maceracji kwasem. Przesunię cie etapu odtłuszczania do fazy maceracji i/lub ekstrakcji pozwoliło na znaczące zmniejszenie objętości ścieków powstających w procesie ze względu na nie wprowadzanie dużej ilości wody, gdyż, zgodnie ze sposobem według wynalazku, cały pierwszy etap procesu otrzymywania hydrolizatu żelatyny, a mianowicie wytwarzanie odtł uszczonego ś rutu kostnego, został wyeliminowany. Materiał kostny przekazywany z zakładów przetwórstwa mięsnego i innych miejsc wymaga jedynie rozdrobnienia, po czym, bez wstępnego odtłuszczania oraz bez suszenia, jest przekazywany do produkcji hydrolizatu

PL 210 501 B1 żelatyny. Ewentualnie kości poddaje się odmięśnieniu, jeżeli nie zostały uprzednio odmięśnione w zakładzie przetwórstwa mięsnego. W rezultacie następuje wyeliminowanie całego modułu maszyn i urzą dzeń wytwarzania odtł uszczonego ś rutu kostnego oraz instalacji z nimi zwią zanych i powierzchni produkcyjnej. Powoduje to bardzo dużą oszczędność energii elektrycznej i cieplnej i znaczne zmniejszenie kosztów związanych z obróbką ścieków z udziałem pewnych ilości tłuszczu i białka oraz znaczne zmniejszenie koszów wytworzenia gotowego wyrobu. Tłuszcz usuwany na etapie ekstrakcji w zdecydowanie mniejszym stopniu zawiera wodą i dzięki temu można go znacznie łatwiej i taniej oddzielić, a następnie wykorzystać jako surowiec do różnych zastosowań, m. in. w przemyśle chemicznym.

Sposób według wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania, a schemat procesu wytwarzania hydrolizatu żelatyny został przykładowo przedstawiony na rysunku.

P r z y k ł a d.

Kości wieprzowe pochodzące z zakładów przetwórstwa mięsnego i innych miejsc wraz z pozostałą tkanką mięsną rozdrabnia się na części o wymiarach od 1 do 10 mm. Rozdrobnione kości wprowadza się do reaktora i zalewa się wielokrotnie kwasem solnym o stężeniu 4.2% w proporcji objętościowej kości do roztworu kwasu jak 1:2.5 do czasu uzyskania zmacerowania kości. W tym czasie z ł ugów pomaceracyjnych oddziela się poprzez wytrą cenie sole wapnia. Po zakoń czeniu maceracji, która trwa od 1 do 14 dni, wytworzoną osseinę przemywa się wodą w celu usunięcia kwasu, aż do uzyskania pH nie wyższego niż 5,1. Następnie osseinę zalewa się wodą w ilości nie większej niż 5 objętości osseiny i podgrzewa się do temperatury 58°C. Proces ekstrakcji prowadzi się kilkakrotnie, do czasu przejścia żelatyny z osseiny do roztworu wodnego, a następnie odbiera się z reaktora roztwór żelatyny w wodzie. Po zakończeniu procesu ekstrakcji pozostałość znajdującą się w reaktorze przesyła się do oddzielnego zbiornika, w którym następuje wstępne odebranie tłuszczu przez odpompowanie. Następnie pozostałość przekazuje się do dekantera, gdzie następuje rozdzielenie pozostałego tłuszczu, fazy wodnej zawierającej żelatynę i fazy stałej. Do fazy wodnej zawierającej żelatynę pochodzącą z etapu ekstrakcji i odebraną po dekanterze dodaje się zasadę w celu podwyższenia pH do 7,5, po czym dodaje się enzym proteolityczny Bacilius amyloliquefacies (Mulitfect P-3000) w ilości 0,5% w stosunku do suchej masy żelatyny zawartej w fazie wodnej. Dodawanie zasady i enzymu odbywa się przy stałym mieszaniu zawartości reaktora. Po upływie 1 godziny temperaturę ekstraktu podnosi się do 80°C w celu inaktywacji enzymu, po czym ekstrakt oczyszcza się, zatęża i suszy rozpyłowo.

Claims (14)

1. Sposób wytwarzania hydrolizatu żelatyny polegający na poddaniu rozdrobnionych kości zwierzęcych procesowi maceracji przy użyciu kwasu o stężeniu nie wyższym niż 34% w czasie od 1 do 14 dni, oddzieleniu soli wapnia w trakcie maceracji lub po jej zakończeniu, usunięciu resztek kwasu, ewentualnie z dodaniem substancji zasadowej i następnie poddaniu tak uzyskanej osseiny co najmniej jednokrotnej ekstrakcji wodą w temperaturze od 40 do 1200°C, dodaniu enzymu proteolitycznego i jego późniejszej inaktywacji, a następnie oczyszczeniu ekstraktu wodnego żelatyny, zatężeniu ekstraktu, ewentualnie suszeniu i ewentualnie mieleniu, znamienny tym, że tłuszcz usuwa się ze środowiska reakcji w czasie procesu maceracji i/lub ekstrakcji i/lub po zakończeniu procesu maceracji i/lub ekstrakcji, na drodze rozdzielania fazy wodnej zawierającej żelatynę i fazy tłuszczowej lub, w przypadku gdy tł uszcz usuwa się po zakończeniu procesu ekstrakcji, na drodze rozdzielenia fazy wodnej zawierającej żelatynę, fazy tłuszczowej i fazy stałej lub na drodze rozdzielenia fazy wodnej zawierającej żelatynę od fazy tłuszczowej połączonej z fazą stałą.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że usuwanie tłuszczu prowadzi się w sposób ciągły.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że usuwanie tłuszczu prowadzi się w sposób okresowy.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako kwas stosuje się kwas solny.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed procesem maceracji kości poddaje się odmięśnieniu.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdrobnione i ewentualnie odmięśnione kości zwierzęce płucze się woda.

PL 210 501 B1

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e proces maceracji prowadzi się z mieszaniem zawartości reaktora.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces maceracji prowadzi się bez mieszania zawartości reaktora.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kwas w procesie maceracji podaje się do reaktora z dołu i/lub z boku, a ługi pomaceracyjne odbiera się z góry reaktora.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kwas w procesie maceracji podaje się od góry reaktora, a ługi pomaceracyjne odbiera się od dołu i/lub z boku reaktora.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kwas w procesie maceracji podaje się boku reaktora, a ługi pomaceracyjne odbiera się od góry i/lub z dołu i/lub z boku reaktora.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kości segreguje się według gatunku zwierząt i/lub rodzaju kości.

13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że enzym proteolityczny dodaje się w ilości nie mniejszej niż 0,01% w stosunku do suchej masy żelatyny zawartej w ekstrakcie.

14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że enzym proteolityczny inaktywuje się na drodze podwyższenia temperatury ekstraktu zawierającego żelatynę.