Электрогидроимпульсный способ получения белка из кости

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКА ИЗ КОСТИ(57) Настоящее изобретение относится к способам получения белка из кости и может быть использовано на предприятиях мясной и пищевой промышленности. В предложенном способе перед экстракцией белка осуществляется дополнительное измельчение кости на фракции размером 500 мкм, а экстракцию проводят при давлении 0,09-0,15 МПа и воздействуют ударными волнами, создаваемыми электрогидроимпульсами с удельной энергией 1,5 х 104 Дж/м при частоте следования импульсов 4-12 Гц в течение 5-30 мин.(72) Кусаиынов Каппас Нусупбеков Бекболат Рахишевич Сейсенбек Гульжазира Еламановна Картбаева Гульназ Толымбековна Кусаиынова Дарига Кусаиыновна(73) Республиканское государственное казенное предприятие Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова Министерства образования и науки Республики Казахстан 13612 Настоящее изобретение относится к способам получения белка из кости крупного рогатого скота и может быть использовано на предприятиях мясной и пищевой промышленности. Белок, содержащийся в кости, является биологическим продуктом, используемым для повышения пищевой ценности мясопродуктов и для частичной замены мяса при производстве колбасных изделий и консервов. Известен способ вытопки жира с помощью теплообменных приспособлений, нагревающих сырье и непрерывно перемешивающих его (патент США 4966733, кл. Б 11 В 1/12, 1990). Способ производства продуктов из мясокостного сырья и отходов мясоперерабатывающей промышленности, подвергающий твердые фракции термическому гидролизу (а.с. СССР 1367932, кл. А 23 К 1/10, А 231/10, 1988). Наиболее близким техническим решением является изобретение Способ получения белка из кости (а.с. СССР 1593605, кл. А 231/10, 1990). Костные остатки (100 кг), полученные после прессования комплекта трубчатой кости на дообвалочном комплексе и содержащие 18,1 белка, измельчают до размера частиц 10 мм и транспортируют на виброэкстрактор, входящий в комплект линии обезжиривания кости, с целью извлечения из нее жира, который затем отделяют. Обезжиренную кость промывают, измельчают на дезинтеграторе до размеров частиц 100-400 мкм и загружают с добавлением 200 кг воды в экстрактор для извлечения белка, в котором установлен гидродинамический или ультразвуковой вибратор. Смесь нагревают до 100130 С и подвергают ультразвуковой обработке с величиной интенсивности излучения 10-4 Вт/см 2 при частоте колебаний от 15 кГц до 30 кГц и при давлении 0,1-0,3 МПа в течение 10-60 мин. Затем давление уменьшают, смесь охлаждают до 8085 С и направляют в центрифугу или фильтр-пресс для разделения жидкой и твердой фракций. Полученный водно-белковой раствор упаривают до концентрации 40 , а затем высушивают до влажности 9-10 . Выход готового продукта составляет от 6,1 до 14 по отношению к массе сырой обезжиренной кости, а общая продолжительность процесса извлечения белка из кости составляет 1 ч. Недостатками аналогов прототипа является малая эффективность получения белка из минерального костного каркаса-матрикса, продолжительное время обработки смеси до 60 минут, температура обработки - 100130 С, необходимость измельчения кости до размеров 100-400 мкм и процесс обработки требует достаточно высокого давления, равного 0,1-0,3 МПа. При этом возникают технические сложности разделения минеральной и белковой части и увеличиваются энергозатраты на измельчение костного сырья на дезинтеграторе. Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего повысить эффективность выделения биологически ценного продукта - белка из костной массы электрогидродинамическим способом и экономия энергоресурсов. 2 Это достигается за счет создания в белкововодной смеси мощной ударной волны, сопровождающей электрические разряды в определенном частотном диапазоне. Сущность этого способа состоит в том, что в закрытой емкости внутри объема жидкой смеси осуществляют специально сформированный электрогидроимпульсный разряд, который сопровождается сверхвысокими гидравлическими давлениями. Смесь, получив ускорение от расширяющегося с большой скоростью канала разряда,перемещается от него во все стороны, образуя на том месте, где был разряд, значительную по величине кавитационную полость, вызывая первый (основной) гидравлический удар. Затем полость с большой скоростью смыкается, создавая вторичный кавитационный гидравлический удар. При образовании кавитационной полости от границ этой полости отрывается и уходит в жидкость ударная волна. По мере движения энергия, которую она несет,перекачивается на задний фронт волны. Когда граница кавитационной полости останавливается в своем движении и полость захлопывается, энергия сжатой смеси постепенно переходит на передний фронт обратной волны, т.е. на границу полости. При осуществлении последовательного ряда импульсных разрядов в смеси каждый последующий электрогидроимпульсный удар возникает только после того,как кавитационная полость от предыдущего разряда успеет захлопнуться, что и определяет возможную максимальную частоту следования разрядов. Таким образом, воздействия, осуществляемые при получении энергии ударных волн, приводят к разрушению морфологических образований костной ткани, в результате чего происходит выделение соединительно-тканных белков, пронизывающих минеральный костный каркас. На этом единичный цикл электрогидроимпульсного эффекта заканчивается и повторяется, соответственно, с заданной частотой следования разрядов (импульсов). Исследованиями установлено, что давление, возникающее в такой среде ударной волны значительно превышает давление, возникающее при кавитации пузырьков в результате ультразвукового воздействия в водной среде. По предлагаемому электрогидроимпульсному способу используют трубчатую кость, представляющую собой компонент животного организма,основным белком которого является коллаген,прочно связанный с минеральным матриксом. На рисунке представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Внутри экстрактора 1, заполненного белкововодной смесью 2, установлены электроды острие 3 с изолятором 4 и сфера 5. Электроды 3 и 5 через коммутирующее устройство 6 подсоединены к высоковольтному накопителю энергии 7. Предложенный электрогидродинамический способ разрушения минеральной части костной фракции для получения белка из матрикса реализуется следующим образом. 100 кг костного сырья, полученного после прессования трубчатой кости и содержащего 18,0 бел 13612 ка, измельчают до размеров 10 мм и транспортируют на виброэкстрактор для извлечения из нее жира,который затем отделяют, а полученную кость промывают. Обезжиренную кость измельчают на дезинтеграторе до размера 500 мкм и загружают в экстрактор с добавлением 100 кг воды для извлечения белка. Смесь нагревают в диапазоне температур 95110 С и подвергают с помощью электродов,установленных в экстракторе, к воздействиям ударной волны, возникающей при электрогидроимпульсном способе. При этом к рабочему электроду подводится удельная энергия, равная 1,5 х 104 Дж/м с частотой следования импульсов разряда от 4 Гц до 12 Гц до возникновения электрического разряда между электродами 3 и 5 и давлением от 0,09-0,15 МПа в течение 5-30 минут. Полученную белково-водную смесь охлаждают до 80 С для разделения на жидкую и твердую фракцию, направляют в центрифугу. Водный раствор упаривает до концентрации 40 , а затем высушивает до влажности 9-11 . Электрогидроимпульсное воздействие в жидкой среде частотой следования импульсов от 4-12 Гц позволяет интенсифицировать процесс извлечения ценного компонента из минерального костного каркаса и увеличить полноту их извлечения. Это обусловлено тем, что при воздействии частотой следования импульсов от 4-12 Гц в водной среде возникают ударные волны, а вода, проникая внутрь кости,способствует разрушению структуры костной ткани, в которой заключен белок, и вытесняет его. В связи с этим происходит эффект разрушения структуры минерального каркаса и переход белковой фракции в раствор. Частота следования импульсов от 4-12 Гц при электрогидроимпульсном воздействии обусловлена необходимостью создания ударной волны, необходимой для осуществления процесса экстракции белка из кости. Частотный диапазон установлен на основании экспериментальных исследований. Если частота следования импульсов ниже 4 Гц,наблюдается некоторое уменьшение извлечения белка ввиду того, что действует один фактор температурный режим обработки в структуре минерального каркаса частиц кости. Если частота следования импульсов превышает 12 Гц, возникает местный нагрев в области рабочих электродов, который приводит к денатурации белка,снижается его растворимость, ухудшаются функциональные свойства извлекаемого продукта. Температура в диапазоне 95 110 С позволяет разрушать минеральную часть частиц кости соединительно-тканных белков и извлекать их из минерального костного каркаса. Если температура ниже 95 С, то растворимость коллагена резко снижается и процесс извлечения замедляется в 2 раза. В случае превышения температуры вышеуказанного диапазона происходит интенсивная денатурация белка и,следовательно, ухудшаются его технические характеристики. Давление, создаваемое в среде, непосредственно связано с температурой. Установлено, что давление 0,09-0,15 МПа обеспечивает температуру водной среды 95 110 С. Размеры частиц кости 500 мкм обусловлены тем,что при указанных параметрах предлагаемого электрогидроимпульсного способа высокая степень дисперсности измельченной кости также способствует разрушению минеральной части, резко увеличивая поверхности частиц, что приводит к увеличению выхода белка. Однако опыты показали, что при размерах частиц более 500 мкм интенсивность выхода белка снижается, при размерах менее - 500 мкм выход белка повышается, к тому же возникают сложности разделения минеральной и белковой частей,находящихся в водной среде, что экономически невыгодно. Выбор величины удельной энергии 1,5104 Дж/м электрического разряда зависит от геометрических размеров экстрактора и температуры белкововодной смеси. При продолжительности процесса более 30 мин удлиняется процесс извлечения белка при том же выходе, что экономически нецелесообразно. Исследования по электрогидродинамическому способу показали, что биологическая ценность готового пищевого растворимого белка из кости превышает аналогичный показатель по сравнению с известным способом в среднем на 18 . При этом выход пищевого белка, полученного по предлагаемой технологии, повышается в среднем до 52-53 по сравнению с известными способами. Приведем несколько примеров, иллюстрирующих выбор указанного способа. Пример 1. Белково-водную смесь нагревают до 100 С и подвергают к электрогидроимпульсному воздействию с частотой следования импульсов разряда 4 Гц и давлением от 0,1 МПа в течение 5 минут. Выход готового продукта составляет 16,0 по отношению к массе сырой обезжиренной кости, а общая продолжительность процесса извлечения ценного компонента белка из кости составляют 30 мин. Пример 2. Электрогидроимпульсный способ осуществляется по примеру 1, за исключением того,что полученную смесь подвергают электрогидроимпульсным воздействиям с частотой следования импульсов 6 Гц в течение 15 мин, при температуре 105 С и давлении 0,15 МПа. Выход белка составляет 16,8 , продолжительность - 30 мин. Пример 3. Электрогидроимпульсный способ осуществляются по примеру 1, за исключением того, что полученную смесь подвергают электрогидроимпульсным воздействиям с частотой следования импульсов 8 Гц в течение 20 мин, температуре 110 С, давлении 0,15 МПа. Выход белка составляет 17,2 , продолжительность - 30 мин. Пример 4. Электрогидроимпульсный способ осуществляется по примеру 1, за исключением того,что полученную смесь подвергают электрогидроимпульсным воздействием с частотой следования импульсов 12 Гц в течение 20 мин, температуре 100 С, давление 0,1 МПа. Выход белка составляет 17,0 13612 Во всех приведенных примерах основные электрические характеристики электрогидроимпульсной установки поддерживались одинаковыми. Наиболее эффективное извлечение белка из кости достигается при большей амплитуде ударной волны, сопровождающей электрогидравлический разряд белково-водной среде (пример 3). Применение предлагаемого способа позволяет интенсифицировать технологический процесс извлечения белка из кости с одновременным повышением содержания белка, обладающего ценными потребительскими свойствами. Полученный по предлагаемому способу белок может быть использован для повышения пищевой ценности мясопродуктов,что позволяет увеличить ресурсы мясного сырья. Способ получения белка из кости, включающий измельчение исходного сырья, его последующую тепловую обработку с обезжириванием, водную экстракцию, разделение смеси на белково-водный раствор и минеральный костный остаток, концентрирование раствора и его сушку, отличающийся тем, что перед экстракцией осуществляют дополнительное измельчение кости до размеров частиц 500 мкм, а экстракцию смеси проводят, воздействуя ударными волнами, создаваемыми электрогидроимпульсами, посредством электродов, установленных в экстракторе, с удельной энергией 1,5 х 104 Дж/м при частоте следования импульсов 4-2 Гц в течение 5 3 0 минут при давлении белково-водной смеси 0,09-0,15 МПа.