CS241740B1 - Způsob přípravy disperzí vláknité celulózy s fibrilárním kysele zbotnalým kolagenem a jejich zpracování na kompozitní materiály vhodné zejména pro potravinářství - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu přípravy disperzí vláknité celulózy s fibrilárním kysele zbotnalým kolagenem a jejich zpracování na kompozitní materiály vhodné zejména pro potravinářství.

V potravinářském průmyslu se pro řadu uzenářských výrobků používají umělá střeva na základě kolagenu nebo jiných materiálů, jako plastů, regenerované celulózy a klíženého papíru. Dále jsou známy kompozitní materiály na základě fibrilárního kolagenu a regenerované celulózy či stálého derivátu celulózy, které jsou popsány v popise vynálezu k čs. autorskému osvědčení číslo 235 857. Posledně zmíněné materiály se připravují nejprve v alkalickém prostředí, kde jsou výchozí polymerní složky dobře mísitelné, potom v prostředí kyselém, kde dochází k přeměně výchozího derivátu celulózy za vzniku kompozitního polymerního materiálu a látek balastní povahy.

Uvedený způsob přípravy kompozitních materiálů má však některé nedostatky:

— klade velké nároky na výrobní zařízení s hlediska koroze, — vznikají zde balastní látky, z nichž některé jsou zdravotně závadné, — produkt se musí zbavovat nežádoucích příměsí důkladným praním ve vodě, — vzniká zde větší množství odpadních vod, — nutnost likvidace balastních látek a čištění odpadních vod, které jsou zpravidla spojeny s řadou ekologických problémů.

Proto jsou hledány cesty, jak připravit disperze čisté vláknité celulózy s fibrilárním kolagenem. Toto naráží na řadu technických obtíží. Především je nesnadné míchat spolu dva materiály s velmi odlišnými rheologic241740 kými vlastnostmi. Kysele zbotnalá kolagenní hmota má při obsahu sušiny kolem 10 % hmot. značnou viskozitu. Vodná suspenze vláknité celulózy, běžně získávaná mletím listové celulózy na holendrech, snadno sedimentuje za oddělování nadbytečné vody. Obsah sušiny zde bývá kolem 6 % hmot., zpravidla však méně. Na zpracovatelském zařízení, které se běžně používá v průmyslu umělých střev, se přímé míšení těchto nepříbuzných materiálů prakticky nedaří. Přídavek vodné suspenze celulózy k promíchávané kolagenní hmotě má za následek pohlcení nadbytečné vody a odloučení celulózy ve formě tuhých kousků. Agregáty vláknité celulózy se za běžných podmínek míchání s kolagenní hmotou nespojí a hrubě nesourodou hmotu nelze dále zpracovat.

Dokonalé homogenizace fibrilárního kysele zbotnalého kolagenu s vláknitou celulózou je možné dosáhnout podle vynálezu.

Podstatou způsobu přípravy disperzí vláknité celulózy s fibrilárním kysele zbotnalým kolagenem a jejich zpracování na kompozitní materiály je:

a) převedení vodné suspenze vláknité celulózy do formy polotuhého hydrogelu přídavkem vhodných vysokomolekulárních látek, bj smísení gelovitého materiálu, sub a, s kysele zbotnalou kolagenní hmotou,

c) zpracování viskózní hmoty, sub b, do tvaru hadice, fólie, vlákna apod.

V kterémkoliv z uvedených kroků a až c je možné případně podávat pomocné látky jako jsou změkčovadla, plniva, barviva a síťovadla.

Podle přítomného vynálezu lze k přípravě kompozitních materiálů využívat bůžných druhů celulózy, které se získají obecně známými zpracovatelskými postupy. Výhodně zde používáme vodné suspenze vláknité celulózy, které se připravují mletím na holendrech a mívají obsah sušiny kolem 6 % hmot. nebo i méně.

K převedení vodné suspenze vláknité celulózy do formy polotuhého hydrogelu je je možno použít zdravotně nezávadných vysokomolekulárních látek, které mají hydrofilní charakter a jsou vybrány ze skupiny polysacharidů, polypeptidů či bílkovin. Tyto látky mají molekulovou hmotnost nejméně 10⁴ a výše. Příkladem vhodných vysokomolekulárních látek jsou zejména: škrob, dextrin, agar, gelující kolagenní bílkoviny, želatina, klíh a kasein. Zvláštním případem může být i samotná kysele zbotnalá kolagenní hmota, která zpravidla obsahuje určitý podíl denaturovaných kolagenních bílkovin, tj. želatinu. Tyto denaturované bílkoviny vznikají v průběhu chemického a mechanického zpracování výchozí klihovkové suroviny. V tomto případě je však nezbytné zředění kysele zbotnalé kolagenní hmoty na obsah sušiny v rozmezí 1 až 7 % hmot. Takto zředěná kolagenní hmota pak má vhodné Theologické vlastnosti, které umožňují její snadné míšení se suspenzí vláknité celulózy.

Uvedené vysokomolekulární látky musí v přítomnosti vody vytvářet polotuhý hydrogel, který je stálý při teplotách pod 25 °C. K přípravě hydrogelu je možné i předchozí ohřátí výchozích složek na vyšší teplotu, například 40 až 50 °C. Viskózní roztok, jež obsahuje suspendovanou vláknitou celulózu, následně ochladíme na teplotu, při které pomocná vysokomolekulární látka dobře geluje. Tímto se dosáhne rovnoměrné dispergace celulózy v celém objemu uvedeného hydrogelu.

Vznik polotuhého hydrogelu je zde prostředkem k vytvoření stabilních disperzí vláknité celulózy a jejich úspěšného spojení s kysele zbotnalou kolagenní hmotou. Hydrogel s dispergovanou celulózou se přidává ke kysele zbotnalé kolagenní hmotě, jejíž bližší vlastnosti jsou dostatečně známy v průmyslu umělých střev. Poměr hmotností obou míchaných hmot se řídí zvoleným poměrem jejich suchých složek. Obsah vláknité celulózy je však nejvýše 25 % hmot. a obsah kolagenních bílkovin je nejméně 50 % hmot., vztaženo na celkovou sušinu výsledné polymerní kompozice. Zbytek do 100 % celkové sušiny tvoří pomocná vysokomolekulární látka, použitá k přípravě disperze vláknité celulózy.

Viskózní hmota obsahující kysele zbotnalý kolagen, vláknitou celulózu a pomocnou vysokomolekulární látku, případně další aditiva, se dále zpracovává způsobem obvyklým ve výrobě umělých střev, tj. do tvaru tenkostěnné hadice. Tuto hmotu lze však také zpracovat do tvaru fólie, vlákna apod., podle zamýšleného použití výrobku.

Kompozitní materiály připravené podle přítomného vynálezu mohou nalézt uplatnění hlavně v průmyslu masném jako umělá střeva. Je však možné i jejich využití v oblasti biologie nebo medicíny, například jako kultivační podložky pro buněčné či tkáňové kultury, dialyzační mebrány apod.

Dále uvedené příklady zde slouží pro ilustraci vynálezu a nijak nevymezují počet možných kombinací výchozích složek, ani jejich poměrné zastoupení ve výsledném výrobku.

Příklad 1

Ke 100 g vodné suspenze bělené sulfátové celulózy, o sušině 6 °/o hmot., bylo za míchání v hnětáku kuchyňského robotu přidáno 12 g pšeničného za studená botnavého škrobu. Směs byla promíchávána po dobu 10 minut při teplotě místnosti. Potom k ní bylo přidáno za důkladého míchání 365 g kysele zbotnalé kolagenní hmoty, o sušině 11,5 % hmot., předem vychlazené na +4 °C. Během 10 až 12 minut hnětení došlo k homogennímu promísení hmoty. Výsledná viskózní hmota měla celkovou sušinu 12,6 % hmot. Z toho bylo 70 % hmot. kolagenních bílkovin, 20 % hmot. škrobu a 10 % hmot. celulózy. Podobných výsledků bylo dosaženo při použití stejného množství dextrinu nebo kaseinu namísto škrobu.

Příklad 2

Ke 100 g vodné suspenze nebělené sulfitové celulózy, o sušině 3,2 % hmot., bylo za míchání přidáno 3,2 g práškového agaru. Směs byla ponechána volně stát 1 hodinu při teplotě místnosti a pak byla míchána 20 minut při 50 °C na vodní lázni. Nádoba s promíchávanou směsí byla pak ochlazena studenou vodou. Po krátké době se původně tekutá směs změnila v kousky gelu s dispergovanou celulózou. K tomuto materiálu bylo v hnětáku kuchyňského robotu přidáno 223 g kysele zbotnalé kolagenní hmoty o sušině

11,5 % hmot. a směs byla promíchávána 20 minut při teplotě místnosti. Získaná těstovitá hmota měla celkovou sušinu 9,8 % hmot. Z toho bylo 80 % hmot. kolagenních bílkovin, 10 % hmot. agaru a 10 °/o hmot. celulózy. Hmota obsahovala vlákna celulózy rovnoměrně rozptýlená a žádné agregované kousky. Toto svědčí o účinnosti použitého postupu míchání.

Příklad 3

Postupováno podle příkladu 2, avšak namísto agaru bylo použito dvojnásobné množství potravinářské želatiny, tj. 6,4 g. Také v tomto případě bylo dosaženo dokonalé homogenizace vláknité celulózy s fibrilárním kysele zbotnalým kolagenem.

Podobně se choval i komerčně dostupný kostní klih.

Příklad 4

Na kutru bylo během 5 minut rozmícháno 20 kg kolagenní kysele zbotnalé kolagenní hmoty o sušině 11 % hmot. a 30 litrů studené vody. Pak bylo přidáno 30 kg vodné suspenze sulfátové bělené celulózy o sušině 6 °/o hmot. a směs byla promíchávána dalších 5 minut. Tento materiál byl pak rozmíchán v ramenové míchačce s 75 kg rozvlákněné kolagenní suroviny o sušině 14 % hmot. Hmota byla promíchávána 2 hodiny, za chlazení pláště míchačky pomocí studené vody. Po této bylo dosaženo dokonalé homogenizace směsi, která měla celkovou sušinu 8,76 °/o hmot. Z toho připadlo 15 % hmot. na celulózu a 85 % hmot. na kolagenní bílkoviny.

Část této hmoty byla tažena na laboratorním zařízení, které mělo tažnou hlavu o 0 20 mm. Pokusné střevo bylo homogenní.

Příklad 5

Mícháním na kutru bylo připraveno 270 kg gelovité směsi, která obsahovala 30 kg pšeničného za studená botnavého škrobu a 240 kilogramů vodné suspenze sulfátové bělené celulózy o sušině 6 % hmot. Tento materiál byl pak rozmíchán v provozní míchačce ve 2 080 kg rozvlákněné kolagenní suroviny o sušině 14 % hmot. Viskozita hmoty byla upravena přídavkem 600 litrů vody a dále přidáno 1 % hmot. glyoxalu, vztaženo na sušinu 12,19 % hmot., kyselost 27,12 mg HCl/g sušiny a pH 2,65. Tato hmota byla dále zpracována na tažném stroji 0 60 mm. Během tažení nebyly pozorovány žádné obtíže a na hotovém výrobku nebyly přítomny nehomogenity. Také praktická zkouška v masném průmyslu proběhla bez závad. Narážen byl měkký salám do 56 kusů pokusných střev. Narážení, udění a vaření probíhalo bez jakýchkoliv závad.

Claims (6)

1. PŘEDMĚT

   1. Způsob přípravy disperzí vláknité celulózy s fibrilárním kysele zbotnalým kolagenem, vyznačený tím, že se výchozí vodná suspenze celulózy převede do formy polotuhého hydrogelu přídavkem vhodných zdravotně nezávadných vysokomolekulárních látek, vybraných ze skupiny polysacharidů, polypeptidů či bílkovin, o molekulární hmotnosti 10⁴ a výše, a vzniklá gelovitá hmota s rovnoměrně rozptýlenou celulózou se přidá za míchání k běžné kysele zbotnalé kolagenní surovině v předem zvoleném poměru, přičemž obsah celulózy je nejvýše 25 % hmot., obsah kolagenních bílkovin je nejméně 50 % hmot., zbytek do· 100 % celkové sušiny představuje výše uvedená vysokomolekulární látka, a výsledná těstovitá hmota se zpracuje do tvaru tenkostěnné hadice nebo fólie či vlákna.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že pomocná vysokomolekulární látka, použitá k přípravě hydrogelové disperze vláknité celulózy, se vybere ze skupiny obsahující škrob, dextrin, agar, gelující kolagenní bílkoviny, želatinu, klíh a kasein.
3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že jako pomocné vysokomolekulární látky se použije kysele zbotnalé kolagenní hmoty, která je zředěna vodou na obsah sušiny 1 až 7 % hmot.
4. 4. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že pomocná vysokomolekulární látka, například želatina, klíh nebo agar, se rozpustí ve vodě a tepla, například při 50 °C, a ve vzniklém viskózním roztoku se pak suspenduje vláknitá celulóza, nebo se naopak rozpustí uvedená vysokomolekulární látka v zahřáté vodné suspenzi vláknité celulózy a tekutá směs se následně ochladí na teplotu pod 25 °C, kdy uvedená směs vytváří polotuhý hydrogel.
5. 5. Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že se v průběhu přípravy nebo zpracování disperze vláknité celulózy s kysele zbotnalých fibrilárním kolagenem přidávají pomocné látky, jako jsou změkčovadla, plniva, barviva či síťovadla.
6. 6. Způsob podle bodů 1 až 5, vyznačený tím, že zpracovávaná kompozitní hmota se zpracuje na konečný tvar umělého střeva, například salámového.