CZ2014395A3 - Způsob zpracování peří - Google Patents

Abstract

Způsob zpracování peří hydrolytickou reakcí za vzniku hydrolyzátu s obsahem aminokyselin, podle kterého se peří podrobí hydrolýze v prostředí reakční směsi obsahující vodu a oxid uhličitý v hmotnostním poměru oxidu uhličitého k vodě 1:50 až 1:10, při teplotě v rozmezí 100 až 200 .degree.C a při minimálním tlaku od 1 MPa. Po ukončení hydrolýzy se vzniklá suspenze rozdělí na kapalnou a pevnou fázi, přičemž kapalná fáze se použije pro přípravu hnojiva a tuhá fáze se použije jako krmivo nebo jako organické hnojivo.

Description

Způsob zpracování peří

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zpracování peří hydrolytickou reakcí za vzniku hydrolyzátu s obsahem aminokyselin. Výchozí surovinou je přednostně peří pocházející z jatečně drůbeže.

Dosavadní stav techniky

Peří z porážky jatečných kuřat, kachen nebo hus obvykle obsahuje až 45 % vlhkosti, 55 az 60 % hm. surové bílkoviny, 1 až 2 % hm tuků a 4 až 5 % hm popelovin. Surová bílkovina obsahuje vedle podílu vlákniny a krve jako hlavní složku keratin. Keratin je sesiťovaná bilkovmna^složka a podle stupně sesíťování se dělí keratin na měkký, který obsahuje do 2 % hni Cysteinu a tvrdý, který obsahuje do 20 % h^cysteinu a šeřinu. Cystein a serin jsou aminokyseliny obsahující síru,a jsou právě tím činidlem zapříčiňujícím sesíťování keratmu₍ a tím určují i jeho pevnostní vlastnosti včetně energie na jeho destrukci. Měkký keratin lze proto snadněji rozložit než keratin tvrdý.

Vhodný způsob pro rozklad peří je degradace keratinu vodní parou při vysokém tlaku. Obvyklé^podmínky jsou dány teplotou v rozmezí 180 až 25q°C a tlaku vodní páry od 2Q do 3$) Λ A barů. US fřatenť 426^865 uvádí podmínky tlaků až 40 MPa. Za těchto podmínek dochází k destrukci některých aminokyselin, jako jsou metionin, lysin nebo tryptofan a vznikají nezadouci aminokyseliny jako je lysoalanin nebo lanthothion. Podobné výsledky udává US> patent' 2^702^245. V případě využití hydrolyzátu pro krmné účely je tak snížena nutriční hodnota vzniklé směsi. Podobné podmínky lišící se teplotou a tlakem udávají také patenty RU^413422, kde se využívá pro hydrolýzu peří ohřev ve vodě od 120t200Ýc. Podobným způsobem je popsáno zpracování peří v patentu JP^1124346 a JPS^878546, které využívají pro hydrolýzu proudu přehřáté páry o teplotě 150<L8Ófc. Částečně se této metody dotýká také zpracování peří popsané v patentu GB 2^73^07, kde se využívá částečně autolýza peří, která spočívá v jeho úpravě ohřevem ve vodě při teplotě do 140fC, která předchází enzymatické hydrolýze.

Druhý ze způsobů degradace peří je jeho zpracování ve vodném prostředí pomocí hydroxidů y y a kyselin, což popisují patenty CN103145823, CNfL01791047, JPS^ř59213367. Lze případně užít ^Λ Λ _Λ i zvýšeného tlaku nebo teploty. Alkalické nebo kyselé prostředí a zvýšený tlak jsou faktory, které vhodně působí na rozrušení disulfidických a peptidických vazeb v keratinu a tím dochází k jeho degradaci. Nevýhodou tohoto způsobu je spotřeba velkého množství energie pro samotnou degradaci keratinu a nezřídka v takových extrémních podmínkách dochází k likvidaci nutričně hodnotných aminokyselin jako je lysin, histidin nebo metionin za vzniku lysoalaninu, lanthothionu a dalších. V důsledku nutnosti užití vyšších koncentrací kyseliny, aby bylo dosaženo degradačních podmínek, dochází k vysoké korozi aparátů nebo k značným nárokům na speciální úpravu zařízení. Samotná hydrolýza trvá někdy až desítky hodin ve vztahu k pracovním podmínkám. Pro potřeby v krmivářství je třeba následné neutralizace hydrolyzátu, což zapříčiňuje nežádoucí zanášení anorganických solí do produktu. Dále je nutné takto upravený hydrolyzát sušit, což vyvolává následné náklady na přípravu krmné moučky z hydrolyzátu.

V současné době se peří obvykle likviduje v kafileriích a louženec z kafilerie se mele a dále se zpracovává jako krmivo pro všežravce jako jsou právě drůbež a prasata. Likvidace v kafilériích spočívá ve vystavení peří zvýšenému tlaku a teplotě ve vodě, kde produktem je pouze pevný zbytek, který je částečně hydrolyzovaný a nazývá se louženec. Ten se dále tedy mele a zpracovává na krmivo. Jedná se především o masokostní moučku, krevní moučku a moučku z peří. S rostoucí veterinární ochranou chovaných zvířat před krmivý obsahujícími nebezpečné bílkoviny typu prionů (BSE) jsou tyto kafilerní loužence spalovány. Krmné moučky^ resp. kafilérní loužence, mohou být využity pro krmivářské procesy pouze tehdy, pokud jsou vyrobeny zpřísněnými technologickými postupy. Způsob ochrany hydrolýzou při extrémních podmínkách před vznikem prionů v krmných produktech je popsán v patentu WO 200^083082^X2 kde je diskutován způsob destrukce bílkovin prionů, který spočívá

J v úpravě biologického materiálu ohřevem ve vodě nebo v páře při teplotách kolem 150i^bC a dále následnou enzymatickou hydrolýzu.

Podstata vynálezu

Podstata způsobu zpracování peří hydrolytickou reakcí za vzniku hydrolyzátu s obsahem aminokyselin spočívá v tom, že peří se podrobí hydrolýze v prostředí reakční směsi · ►·.. ^Λ'·: · ' , ... 7. - : ’ · ./'· » -· i .1>

‘ *’ obsahující vodu a oxid uhličitý v hmotnostním poměru oxidu uhličitého k vodě 1:50 až 1:10, při teplotě v rozmezí 100 až 200 °C a při minimálním tlaku od 1 MPa.

Dále jsou uvedeny další možné varianty způsobu podle vynálezu, které jeho podstatné znaky dále rozvíjejí nebo konkretizují.

Hmotnostní poměr oxidu uhličitého k vodě je s výhodou 1:25 až 1:35, teplota reakce 130 až 170 C a doba reakce 15 až 120 minut. Hydrolýza se provádí za tlaku v rozmezí od 1 do 5 MPa. Minimální vlhkost peří na vstupu do reakce je 40 % hm. Ohřev reakční směsi se provádí pomocí mikrovlnné energie.

Po ukončení hydrolýzy se vzniklá suspenze rozdělí na kapalnou a pevnou fázi, přičemž kapalná fáze se použije pro přípravu hnojivá a tuhá fáze se použije jako krmivo nebo jako organické hnojivo.

Způsobu zpracování peří z jatečně drůbeže podle vynálezu vycházíme skutečnosti, že peří obsahuje ve velké míře měkký keratin, který lze snadněji hydrolyzovat vodou v přítomnosti oxidu uhličitého. Pro tyto podmínky je možné označit vstupní směs vody a oxidu uhličitého jako loužicí kapalinu. Výhodou procesu hydrolýzy peří v přítomnosti oxidu uhličitého je to, že oxid uhličitý působí jako kyselinotvorná látka s katalytickým účinkem, avšak po ukončení reakce se snadno separuje. Nezůstává v roztoku hydrolyzátu, jako alkálie nebo minerální kyseliny. Vzniklý hydrolyzát, tedy tekutý produkt, není třeba neutralizovat a zvyšovat tak jeho solnost, která je nežádoucí. Na rozdíl od hydrolýzy vodou, resp. parou, bez přítomnosti oxidu uhličitého oba produkty, tj. hydrolyzát, jako tekutý produkt, a louženec, jako tuhý, částečně hydrolyzovaný pevný zbytek, nepodléhají nežádoucí destrukci na lysoalanin nebo lanthothion. Další výhodou hydrolýzy peří v přítomnosti oxidu uhličitého je to, že vzniklý hydrolyzát je zbaven aminokyseliny L-prolinu, což je stresová látka v metabolismu rostlin. Díky tomu, že hydrolyzát neobsahuje tuto aminokyselinu, je navíc zcela vhodný pro ochranu zemědělských plodin. Naproti tomu je L-prolin izolován v pevném zbytku - louženci, což je výhodou zejména pro využití tohoto produktu v krmivářství, neboť Lprolin způsobuje rychlou regeneraci chrupavek, což má za následek i rychlejší růst jatečných zvířat.

Způsob podle vynálezu eliminuje nebezpečí použití produktů hydrolýzy pro krmné účely kvůli možnému vzniku prionů, jak bylo zmíněno v popisu dosavadního stavu techniky. Právě použití oxidu uhličitého vede k zvýšení destrukce nejen keratinu, ale i nebezpečných bílkovin, z čehož vyplývá, že tato metoda je využitelná právě pro výrobu druhotných krmiv, neboť splňuje přísnější technologické požadavky pro jeho výrobu. Tohoto účinku je dosaženo zvýšením tlaku vhydrolýze, přičemž se sníží hodnota pH loužicí kapaliny na hodnoty pod 4. Další výhodou tohoto procesu je využití mikrovlnné energie pro proces ohřevu reakční směsi, neboť dle provedených pokusů, bylo zjištěno, že mikrovlnný ohřev urychluje hydrolýzu peří v přítomnosti oxidu uhličitého až dvojnásobně a zvyšuje konverzi reakce až o 20 %. Způsobem podle vynálezu lze tedy dosáhnout vysokého stupně destrukce peří a vzniklou suspenzi lze použít jako přírodní organické hnojivo s obsahem sirných aminokyselin nebo jako veterinární krmivo právě pro svůj obsah sirných organických sloučenin.

Příklad 1.

Do autoklávu o obsahu 2,5 I bylo vloženo 1000 g neodmaštěného, vlhkého peří, které bylo vyprodukováno z porážkové technologie z jatek a obsahovalo minimálně 40 % vody. Dále bylo do autoklávu vloženo množství 1 kg pitné vody a z tlakové bomby bylo nadávkováno 30 g plynného oxidu uhličitého. Vlhkost peří byla 42 % hm. Tlak v autoklávu stoupl na 1,4 MPa. Autokláv byl elektricky vyhříván na teplotu 132 °C. Pak bylo topení vypnuto a teplota dostoupila na 140 °C. Teplota byla udržována po dobu 30 min na konstantní hodnotě. Pak byl reaktor volně chlazen proudem vzduchu na teplotu 40 °C. Po odtlakování autoklávu byla suspenze filtrována, čímž se oddělila kapalná frakce, tj. hydrolyzát a pevná frakce, tj. louženec. Takto získaný hydrolyzát tvoří produkt a je využitelný pro ochranu rostlin nebo hnojení. Vlhký louženec byl po filtraci izolován jako filtrační koláč, který byl usušen. Vzniklo tak po usušení 497 g loužence, tj. hydrolyzovaného peří. Takto získaný louženec byl použit jako krmivo pro chovná či hospodářská zvířata, nebo díky přítomnosti L-prolinu, což je stresující aminokyselina v metabolismu rostlin, jako hnojivo pro trávníky, které by se udržovali zelené, ale nevyžadovaly by tak častou údržbu sečením.

Celkové množství aminokyselin v hydrolyzátu bylo 18,5 g/l. Z toho obsah šeřinu, glycinu a alaninu byl s malou odchylkou kolem 20 % a kyseliny asparagové 13 % a cysteinu a metioninu kolem 1 %. Po vychladnutí filtrátu se na hladině vyloučil nehydrolyzovaný tuk. Po oddělení ho bylo 0,86g.

Příklad 2.

Do autoklávu o obsahu 2,5 I bylo vloženo 1000 g neodmaštěného peří o vlhkosti 40 /o hm. a 1 kg pitné vody. Z tlakové bomby bylo nadávkováno 40 g plynného oxidu uhličitého. Tlak v autoklávu byl 1,85 MPa. Autokláv byl zahřát na teplotu 16dfC. Teplota byla udržována po dobu 30 minut. Pak byl reaktor volně chlazen proudem vzduchu na teplotu 40 °C. Po odtlakování autoklávu byla suspenze finalizována podle příkladu 1 filtrováním a sušením. Vzniklo tak po usušení 421 g sušiny hydrolyzovaného peří.

Celkové množství aminokyselin bylo 21,8 g/l. Po vychladnutí filtrátu se na hladině opět vyloučil nehydrolyzovaný tuk. Po oddělení ho bylo 0,88 g.

Příklad 3.

Do mikrovlnného autoklávu bylo vloženo 500 g odmaštěného, peří o vlhkosti 40 % hm., 200 g vody a z tlakové bomby bylo nadávkováno 20 g plynného oxidu uhličitého. Autokláv byl vyhříván mikrovlnným ohřevem na teplotu 150 °C. Teplota byla udržována po dobu 20 min na konstantní hodnotě. Pak byl ohřev vypnut a autokláv byl volně chlazen proudem vzduchu na teplotu 40 °C. Po odtlakování autoklávu byla suspenze filtrována a filtrační koláč byl usušen. Vzniklo tak po usušení 130 g sušiny hydrolyzovaného peří ve formě sypké moučky. Moučka neobsahovala tuk.

Celkové množství aminokyselin bylo 15,2 g/l hydrolyzátu. Mikrovlnným ohřevem bylo dosaženo vyšší konverze, tedy většího množství tekutého produktu oproti předchozím příkladům. Suspenze byla opět zpracována postupem dle příkladu 1.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný při způsobu zpracování peří, jehož výsledný produkt ve formě pevné frakce lze použít pro přípravou krmivá pro skot nebo kuřata na bázi hydrolyzovaných keratinových zbytků z peří a ve formě kapalné frakce - hydrolyzátu, jako organické hnojivo.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zpracování peří hydrolytickou reakcí za vzniku hydrolyzátu s obsahem aminokyselin, vyznačující se tím, že peří se podrobí hydrolýze v prostředí reakční směsi obsahující vodu a oxid uhličitý v hmotnostním poměru oxidu uhličitého k vodě 1:50 až 1:10, při teplotě v rozmezí 100 až 200 °C a při minimálním tlaku od 1 MPa.
2. 2. Způsob zpracování peří podle nároku 1 vyznačující se tím, že hmotnostní poměr oxidu uhličitého k vodě je 1:25 až 1:35, teplota reakce 130 až 170 °C a doba reakce 15 až 120 minut.
3. 3. Způsob zpracování peří podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že hydrolýza se provádí za tlaku v rozmezí od 1 do 5 MPa.
4. 4.
5. 5.
6. 6.

   Způsob zpracování peří podle kteréhokoli nárokuf 1 až 3^ vyznačující se tím, že minimální vlhkost peří na vstupu do reakce je 40 %.

   Způsob tlakové-hydrc4ýz'y-vlhkého-peří podle kteréhokoli nároku 1 až 4, vyznačující se tím, že ohřev reakční směsi se provádí pomocí mikrovlnné energie.

   Způsob zpracování peří podle kteréhokoli nároku 1 až 5y vyznačující se tím, že po ukončení hydrolýzy se vzniklá suspenze rozdělí na kapalnou a pevnou fázi, přičemž kapalná fáze se použije pro přípravu hnojivá a tuhá fáze se použije jako krmivo nebo jako organické hnojivo.