CZ307665B6

CZ307665B6 - Biotechnologický způsob výroby potravinářské želatiny z drůbežího jatečného odpadu

Info

Publication number: CZ307665B6
Application number: CZ2017-722A
Authority: CZ
Inventors: Pavel Mokrejš; Robert Gál; Petr Mrázek
Original assignee: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-02-06
Also published as: CZ2017722A3; WO2019091502A1; EP3707215B1; EP3707215A1

Abstract

Jatečný odpad se v postupných krocích propláchne ve vodě, předmrazí na teplotu -2 až -5 °C v jádře suroviny, dvoufázově rozmělní suroviny na kousky o velikosti do 3 mm, načež následuje intenzifikovaná separace nekolagenních bílkovin a pigmentů z rozmělněné suroviny vymytím roztokem NaOH, separace tuku extrakcí rozpouštědlovou směsí etanol + petroléter a předúprava bílkovinného izolátu proteolytickým enzymem. Po odfiltrování bílkovinného hydrolyzátu a promytí zbobtnalého bílkovinného izolátu vodou pak následuje první fáze extrakce želatin, inaktivace zbytků proteolytického enzymu, separace želatinového roztoku od zbylého nerozloženého podílu bílkovinného izolátu filtrací, druhá fáze extrakce želatin – vícestupňová extrakce želatin ze zbobtnalého bílkovinného izolátu při teplotě zvyšující se v každém stupni a formování želatin z extrahovaných roztoků a biotechnologické zpracování zbylého nerozloženého podílu na kolagenní hydrolyzát.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká biotechnologického způsobu výroby potravinářské želatiny z drůbežího jatečného odpadu, zejména pak z drůbežích běháků.

Dosavadní stav techniky

Želatina je štěpný produkt kolagenu a získává se extrakcí z kolagenních surovin - např. z hovězích a vepřových kůží a kostí. Výchozí surovina se vyznačuje vysokým stupněm zesíťování, což vyžaduje předúpravu suroviny, jejímž výsledkem je rozrušení příčných vazeb, které dovolí extrakci želatiny vodou. Opracování se provádí při nízkých, respektive vysokých hodnotách pH; v případě želatin typu A v kyselém prostředí při pH 1,5 až 3,0 a v případě želatin typu B v alkalickém prostředí při pH 12,0. Kyselý způsob je vhodný pro vepřovicové kůže a doba opracování je obvykle 18 až 30 h, alkalický způsob se využívá převážně pro hovězí kůže a doba opracování je obvykle 2 až 3 měsíce, ale v některých případech až 6 měsíců. Předupravená surovina se po důkladném promytí ve studené vodě podrobí extrakci horkou vodou (50 až 100 °C). Po filtraci získaný želatinový roztok se podrobuje dalším operacím (deionizace, zahušťování, sterilizace, formování konečného tvaru).

Principiálně podobná technologie se používá k produkci rybí želatiny, kde jsou výchozí surovinou kůže a kosti; opracování výchozí suroviny se provádí většinou v kyselém prostředí.

Vedle uvedených způsobů získávání hovězí, vepřové a rybí želatiny se ukazuje jako perspektivní také získávání želatiny s drůbežího jatečného odpadu - např. pro osoby a společenství odmítající hovězí či vepřové produkty (např. zákaz konzumace hovězího masa v Indii, odmítání vepřového masa v souvislosti s islámskými a židovskými náboženskými předpisy), případně pro výrobu určitých druhových výrobků v potravinářském průmyslu, kde např. přídavek hovězí želatiny do pokrmu označeného jako „kuřecí“ může přinést problémy s akceptací takového produktu u některých zákazníků, ale naproti tomu např. kuřecí hamburger s přídavkem kuřecí želatiny bude 100% kuřecím produktem.

V současné době jsou známy způsoby výroby želatiny např. z kuřecích kůží, hlav nebo spodních částí nohou - běháků. Uvedené procesy obvykle obsahují dílčí kroky separace tuku, separace nekolagenních bílkovin, enzymatické předúpravy a extrakce želatiny, separaci želatinového roztoku a jeho zpracování na želatinu. Jedná se sice o fungující technologie, které ale neposkytují výtěžek želatiny odpovídající potenciálu suroviny. Stávající technologie nejsou v tomto směru z hlediska dílčích operací (kroků) ani dostatečně optimalizovány.

Pokud k nějaké optimalizaci procesů dochází, je motivována spíše získáváním speciálních druhů želatiny - např. způsob zpracování drůbežích běháků podle mezinárodní přihlášky PCT WO 2017050775 k získání farmakologicky použitelné želatiny s antihypertenzní aktivitou.

Podstata vynálezu

K odstranění výše uvedeného nedostatku výtěžnosti známých způsobů výroby želatiny přispívá do značné míry biotechnologický způsob výroby potravinářské želatiny z drůbežího jatečného odpadu, zejména z drůbežích běháků, podle vynálezu.

Jeho podstata spočívá v tom, že jatečný odpad se v postupných krocích

a) propláchne ve vodě, případně podchladí na teplotu 0 až 5 °C nebo hluboce zmrazí na teplotu až

- 1 CZ 307665 B6

-36±2 °C pro mrazírenské skladování při teplotě -20±2 °C, načež dále pak následuje

b) předmrazení nebo úprava teploty suroviny na teplotu -2 až -5 °C v jádře suroviny,

c) dvoufázové rozmělnění suroviny v 1. fázi na kousky o velikosti 20 až 30 mm a ve 2. fázi pak o velikosti do 3 mm,

d) intenzifikovaná separace nekolagenních bílkovin a pigmentů z rozmělněné suroviny vymytím roztokem NaOH o koncentraci 0,08 až 0,15 % hmotn. ve hmotn. poměru 1:8 a následným třepáním při pokojové teplotě ve 3 až 5 cyklech po dobu 30 až 50 min,

e) následná separace tuku extrakcí rozpouštědlovou směsí etanol + petroléter (smíchaných v obj. poměru 1:2 až 2:1) ve hmotn. poměru 1:6 za třepání po dobu až 72 h při pokojové teplotě s výměnou rozpouštědlové směsi po 6, 24 a 48 h,

f) předúprava bílkovinného izolátu proteolytickým enzymem v dávkování 0,3 až 0,6 % hmotn. třepáním ve vodném prostředí ve hmotn. poměru 1:9 při neutrálním pH 7,5±0,3, při pokojové teplotě po dobu 15 až 25 h a po

g) odfiltrování bílkovinného hydrolyzátu a promytí zbobtnalého bílkovinného izolátu vodou následuje

h) první fáze extrakce želatin - smísení zbobtnalého bílkovinného izolátu s vodou ve hmotn. poměru 1:7 až 1:10 a vlastní extrakce při teplotě 50 až 60 ° C za míchání po dobu 40 až 60 min, načež pak následuje

i) inaktivace zbytků proteolytického enzymu uvedením směsi do varu vařením po dobu 4 až 8 min,

j) separace želatinového roztoku od zbylého nerozloženého podílu bílkovinného izolátu filtrací,

k) druhá fáze extrakce želatin - vícestupňová extrakce želatin ze zbobtnalého bílkovinného izolátu při teplotě zvyšující se v každém stupni v rozmezí 60 až 100 ° C,

l) formování želatin z extrahovaných roztoků a biotechnologické zpracování zbylého nerozloženého podílu na kolagenní hydrolyzát.

Propláchnutý jatečný odpad (z kroku a) nebo rozmělněná surovina (z kroku c) se může podchladit na teplotu 0 až 5 °C pro skladování po dobu až 36 h, případně šokově zmrazí při teplotě -36±2 °C s možností skladování při teplotě -20±2 °C po dobu až 24 měsíců.

Vícestupňová extrakce želatin (v kroku k) může být s výhodou provedena ve 3 stupních s tím, že

1. stupeň probíhající při teplotě do 60 ° C a 2. stupeň probíhající při teplotě do 80 °C poskytnou roztoky k získání želatiny 1. jakosti a 3. stupeň probíhající při teplotě do 95 až 100 °C poskytne roztok k získání želatiny 2. jakosti.

Želatinové roztoky získané v jednotlivých fázích, resp. stupních extrakce želatin se podrobí dalším technologickým operacím výroby želatin typu A, resp. B, jako je zahušťování, sterilizace, bělení, formování konečného tvaru - lití roztoku nebo extruze podchlazeného gelu, vysušení, rozemletí na požadovanou jemnost, balení.

Přínos způsobu podle vynálezu spočívá ve využití vedlejší kolagenní suroviny, která vzniká (a zatím se minimálně využívá), při porážce jatečně drůbeže. Zpracování suroviny na výrobu želatiny přináší jejich producentům/zpracovatelům výhody: ekonomičtější zhodnocení suroviny, potenciál pro rozšíření nabídky produktů, environmentální aspekty.

Způsob zpracování kuřecích běháků na želatiny podle vynálezu lze přitom označit za prakticky bezodpadovou technologii, a to především z následujících důvodů:

a) tukový podíl suroviny vyextrahovaný organickými rozpouštědly lze po oddestilování rozpouštědel využít pro různé průmyslové aplikace (např. jako přísadu do krmiv, na výrobu biopaliv 2. generace či na výrobu mýdel);

b) kapalný podíl odpadající po enzymové předúpravě suroviny obsahuje část hydrolyzované bílkoviny; tento bílkovinný hydrolyzát lze využít např. v potravinářství či krmivářství;

c) tuhý podíl zbylý po extrakci želatin lze dále biotechnologicky zpracovat s přídavkem proteolytického enzymu na kolagenní hydrolyzát nebo využít jako přísadu do krmiv k obohacení bílkovinami;

-2CZ 307665 B6

d) odpadní vody lze bez problémů zpracovat v čistírnách odpadních vod.

Za inovativní lze považovat biotechnologický (enzymový) postup předúpravy výchozí suroviny. V současné době se totiž drtivá většina surovin před extrakcí předupravuje v kyselém či alkalickém prostředí (želatiny typu A, respektive B). Enzymový způsob předúpravy výchozí suroviny se v současné době v praxi nevyužívá. Prezentovaný enzymový způsob technologického opracování výchozí suroviny je mnohem výhodnější z hlediska:

a) ekonomického - proces probíhá za atmosférického tlaku a mírných teplot a hodnot pH prostředí, výrazně kratší dobu (než výroba želatin typu B), s malými dávkami enzymu;

b) environmentálního - používané enzymy jsou „food-grade“ a nepřináší takovou zátěž pro životní prostředí, jako používání kyselin či zásad; výrazně menší spotřeba vody na praní suroviny po její předúpravě (vypírání zbytků enzymu nevyžaduje takovou spotřebu vody, jako vypírání kyselin či zásad).

Za přínos vynálezu lze bezesporu považovat i to, že se jedná o optimalizaci způsobu výroby nového druhu želatiny. Jak již bylo uvedeno, v současné době se na trhu vyskytují zejména želatiny hovězího a vepřového původu, dále pak želatina rybí. Rozšíření trhu o kuřecí želatinu může přinést řadu výhod:

a) pro osoby, společenstva a náboženství odmítající hovězí či vepřové produkty (např. posvátná kráva - zákaz konzumace hovězího masa v Indii; odmítání vepřového masa - islámské a židovské náboženské předpisy);

b) při výrobě určitých druhových výrobků, zejména v potravinářském průmyslu: např. přídavek hovězí želatiny do pokrmu označeného jako „kuřecí“ může přinést problémy při jeho prodeji/kontrole potravinářskými inspekcemi apod. Např. kuřecí hamburger s přídavkem kuřecí želatiny bude bez jakékoliv diskuze 100% kuřecím produktem.

Příklad uskutečnění vynálezu

Příprava výchozí suroviny (rozemletí na požadovanou strukturu - jemnost) na další biotechnologické zpracování je velmi důležitým krokem. V příkladném provedení způsobu podle vynálezu bylo proto nutné nastavit takové podmínky, aby nedocházelo k denaturaci (kolagenní) bílkoviny a aby přeměna kolagenu na želatinu při biotechnologickém zpracování proběhla s optimální účinností a vedla k přípravě jakostních želatin.

Prvotním předpokladem kvalitního a hygienicky nezávadného potravinářského produktu drůbeží želatiny - bylo dodržení základních hygienických podmínek při získávání drůbežích běháků. Důležitým aspektem v tomto je, ihned po oddělení běháků tuto surovinu propláchnout ve vodě. V jatečném provozu při zpracování drůbeže se běháky přepravují plavícím a zároveň čisticím systémem potrubní dopravy, ve kterém dojde k prvotnímu očistění a zároveň potřebnému zchlazení této cenné suroviny.

Do sběrných nádob (kontejnerů) se umisťuje tato surovina přečištěná po odkapání přebytečné vody. Zásobní kontejnery je nutno umístit, pokud má být finální produkt (želatina) určen pro potravinářské využití, v chlazených prostorech, tak aby se zabránilo negativnímu mikrobiálnímu pomnožení a znehodnocení suroviny. Skladování běháků je doporučeno při optimální teplotě 0 až 5 °C max. 36 hodin od porážky nebo pro delší skladování při teplotě -20±2 °C po hlubokém zmrazení na teplotu až -36±2 °C.

Homogenizace (rozemletí suroviny) celých drůbežích běháků, je nutno provádět co nejrychleji po jatečném vytěžení, při zajištění chladicího řetězce skladování 0 až 5 °C. Před vlastní homogenizací je doporučeno mírné předmrazení suroviny na teplotu -2 až -5 °C v jádře suroviny. Tato teplota zajistí stabilitu následně získaného kolagenu.

První i druhá fáze mělnění probíhala na standardních průmyslových řezačkách masa. Při prvním

-3 CZ 307665 B6 mělnění - předemletí, se využívala řezací deska se čtyřramenným nožem. Otvory řezné desky tvaru ledviny s velikostí otvorů 20 až 30 mm. Druhá fáze mělnění probíhala na stejném typu řezačky masa, s řeznou deskou s velikostí otvorů 3 mm s využitím stejného čtyřramenného nože. Teplota mělněné suroviny se během mělnění zvyšuje; při této operaci nesmí přesáhnout 12 °C. Při využití výše zmíněného postupu dvoufázového mletí je reálné navýšení teploty finální suroviny na cca 0 až 3 °C. Pokud se takto zpracovaná surovina dále nezpracuje do max. 24 hodin, je nutno takto homogenizovanou surovinu zabalit do vakuových obalů o tloušťce stěny min. 80 pm, které jsou vhodné pro uložení při nízkých teplotách. Zabalená surovina je pak následně hluboce zamražena (šokové mrazení), při teplotě -36±2 °C. Takto zamražená surovina je následně skladována v mrazících skladech při teplotě -20±2 °C. Doba použití takto zpracované a zamrazené suroviny je 24 měsíců.

Drůbeží běháky obsahují v sušině přibližně 35 % tuku, který je distribuován v různých částech suroviny; dále obsahují rozpustné bílkoviny a pigmenty. Tyto doprovodné části bylo nutné před vlastním zpracováním na želatiny odstranit, aby nezpůsobovaly problémy při zpracování a neznehodnocovaly kvalitu připravené želatiny.

Nekolagenní bílkoviny a pigmenty se odstranily tak, že se surovina smísila s 0,10% roztokem NaOH v poměru 1:8 a byla třepána po dobu 45 min při pokojové teplotě. Po filtraci a promytí vodou byl postup opakován ještě 3x.

Po mechanickém odvodnění se surovina smísila ve hmotnostním poměru v poměru 1:6 se směsí rozpouštědel etanol + petroléter (1:1) a byla třepána po dobu 72 h při pokojové teplotě; po 6, 24 a 48 h se směs rozpouštědel odfiltrovala a vyměnila za novou. Výsledkem tohoto technologického kroku byl izolát kolagenní bílkoviny.

Předúprava suroviny před extrakcí želatin spočívala v tom, že se izolát kolagenní bílkoviny smísil s vodou ve hmotnostním poměru 1:9 a pH směsi se upravilo na hodnotu odpovídající maximální účinnosti použitého proteolytického enzymu - v našem případě 7,5±0,3. Bylo přidáno 0,4 % hmotn. proteolytického enzymu (vztaženo na navážku izolátu kolagenní bílkoviny) a směs byla třepána 20 h při pokojové teplotě. Poté byl kapalný podíl (hydrolyzát) odfiltrován a zbobtnalý izolát kolagenní bílkoviny promyt vodou.

První stupeň extrakce želatin spočíval v tom, že se zbobtnalý izolát kolagenní bílkoviny smísil s vodou ve hmotnostním poměru 1:9, směs se začala míchat (hřídelovým míchadlem) a zahřívat na teplotu 50 až 60 °C a po dosažení této teploty se extrahovala po dobu 50 min. Směs se poté zahřála na 100 °C a při této teplotě se udržovala 5 min, aby došlo k inaktivaci enzymu.

Zelatinový roztok byl odfiltrován a podroben dalším standardním operacím používaným při průmyslové výrobě želatin (viz dále).

K zajištění maximálního zužitkování vstupní suroviny (zbobtnalého izolátu kolagenní bílkoviny) byly následně provedeny další fáze extrakce želatin (vícestupňová extrakce želatin): 2. stupeň extrakce při 70 až 80 °C a 3. stupeň extrakce při 90 až 100 °C. Takto provedená třístupňová extrakce vedla k přípravě vysoce jakostních želatin získaných po 1. a 2. stupni extrakce a želatin

2. jakosti získané po 3. stupni extrakce. Množství zbylého tuhého podílu po posledním stupni třístupňové extrakce bylo minimální.

Z tuhého podílu zbylého po posledním stupni extrakce byl pak ještě biotechnologickým zpracováním připraven kolagenní hydrolyzát 1. jakosti.

Želatinové roztoky získané v jednotlivých fázích, resp. stupních extrakce želatin byly podrobeny standardním technologickým operacím, které se používají při výrobě želatin typu A či B, tj. zahušťování, sterilizaci, případně bělení a formování konečného tvaru. K formování konečného tvaru byla využita

-4CZ 307665 B6

a) technika přímého vysušení roztoku želatiny odlitého do formy, což se v praxi používá při výrobě plátkové želatiny nebo alternativně

b) technika podchlazení želatinového roztoku do formy gelu, následná extruze želatinového gelu do tzv. želatinových nudlí, které se poté přesušily a nakonec rozemlely na požadovanou jemnost.

Průmyslová využitelnost

Způsob výroby podle vynálezu je využitelný k získání potravinářské želatiny z drůbežího jatečného odpadu, zejména pak z drůbežích běháků. Je optimalizován z hlediska efektivnějšího zhodnocení vstupní suroviny - výtěžek želatiny odpovídá více potenciálu suroviny, než je tomu u technologií stávajících a představuje prakticky bezodpadovou technologii.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Biotechnologický způsob výroby potravinářské želatiny z drůbežího jatečného odpadu, zejména z drůbežích běháků, obsahující dílčí kroky separace tuku, separace nekolagenních bílkovin, enzymatické předúpravy a extrakce želatiny, separaci želatinového roztoku a jeho zpracování na želatinu, vyznačující se tím, že jatečný odpad se v postupných krocích ajpropláchne ve vodě, případně podchladí na teplotu 0 až 5 °C nebo hluboce zmrazí na teplotu až -36±2 °C pro skladování při teplotě -20±2 °C, načež dále pak následuje

c) dvoufázové rozmělnění suroviny v 1. fázi na kousky o velikosti 20 až 30 mm a ve 2. fázi pak o velikosti do 3 mm, djintenzifikovaná separace nekolagenních bílkovin a pigmentů z rozmělněné suroviny vymytím roztokem NaOH o koncentraci 0,08 až 0,15 % hmotn. a následným třepáním při pokojové teplotě ve 3 až 5 cyklech po dobu 30 až 50 min,

e) následná separace tuku extrakcí rozpouštědlovou směsí tvořenou etanolem a petroléterem v obj. poměru 1:2 až 2:1 za třepání po dobu až 72 h při pokojové teplotě s výměnou rozpouštědlové směsi po 6, 24 a 48 h,

f) předúprava bílkovinného izolátu proteolytickým enzymem v dávkování 0,3 až 0,6 % hmotn. třepáním ve vodném prostředí při neutrálním pH 7,5±0,3, při pokojové teplotě po dobu 15 až 25 h a po

h) první fáze extrakce želatin spočívající ve smísení zbobtnalého bílkovinného izolátu s vodou ve hmotn. poměru 1:7 až 1:10 a vlastní extrakce při teplotě 50 až 60 ⁰ C za míchání po dobu 40 až 60 min, načež pak následuje

k) druhá fáze extrakce želatin spočívající ve vícestupňové extrakci želatin ze zbobtnalého bílkovinného izolátu při teplotě zvyšující se v každém stupni v rozmezí 60 až 100 °C,

2. Biotechnologický způsob výroby potravinářské želatiny podle nároku 1, vyznačující se tím, že propláchnutý jatečný odpad (z kroku a) nebo rozmělněná surovina (z kroku c) se podchladí na teplotu 0 až 5 °C pro skladování po dobu až 36 h.

3. Biotechnologický způsob výroby potravinářské želatiny podle nároku 1, vyznačující se tím, že propláchnutý jatečný odpad (z kroku a) nebo rozmělněná surovina (z kroku c) se šokově zmrazí při teplotě -36±2 °C; poté se skladuje při teplotě -20±2 °C po dobu až 24 měsíců.

-5 CZ 307665 B6

4. Biotechnologický způsob výroby potravinářské želatiny podle nároku 1, vyznačující se tím, že vícestupňová extrakce želatin (v kroku k) probíhá ve 3 stupních, přičemž první stupeň probíhající při teplotě do 60 °C a druhý stupeň probíhající při teplotě do 80 °C poskytují roztoky

5 k získání želatiny první jakosti a třetí stupeň probíhající při teplotě do 95 až 100 °C poskytuje roztok k získání želatiny druhé jakosti.

5. Biotechnologický způsob výroby potravinářské želatiny podle nároku 1, vyznačující se tím, že želatinové roztoky získané v jednotlivých stupních extrakce želatin se podrobují dalším ío technologickým operacím výroby želatin jako zahušťování, sterilizaci, bělení, formování konečného tvaru litím roztoku nebo extruzí podchlazeného gelu, vysušení, rozemletí na požadovanou jemnost, balení.