DE102005028578A1 - Pretreatment of collagen-containing material such as bones or pig skin for production of gelatin, involves cleavage of crosslinks by treatment with liquid ammonia, optionally in presence of ammono-acid or -base - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von kollagenhaltigen tierischen Rohstoffen wie entmineralisierten Knochen, Schweineschwarten, Rinderspalt etc. mit dem Ziel, die intra- und intermolekularen Quervernetzungen zwischen den Kollagenketten teilweise zu spalten. Diese Spaltung erfolgt durch Inkontaktbringen der Rohstoffe mit flüssigem Ammoniak bei gegenüber Atmosphärendruck erhöhtem Druck in einem Druckgefäss und anschliessende Entspannung des Drucks auf Normaldruck.The The invention relates to a method for the treatment of collagen-containing animal raw materials such as demineralized bone, pigskin, Bovine cleft etc. with the aim of intra- and intermolecular cross-linking partially split between the collagen chains. This split is done by contacting the raw materials with liquid ammonia at opposite Atmospheric pressure increased pressure in a pressure vessel and subsequent relaxation of the pressure to normal pressure.
Kollagenhaltige tierische Rohmaterialien, aus denen Gelatine hergestellt werden soll, müssen vor der Extraktion der Gelatine Vorbehandlungen unterzogen werden.collagen-containing animal raw materials from which gelatine is produced should, have to the extraction of the gelatin are subjected to pretreatments.
Diese dienen dazu, das Kollagen zu quellen und zu erweichen sowie intermolekulare Peptidbindungen und Quervernetzungen zwischen den helikalen Polypeptidsträngen – teilweise – hydrolytisch zu lösen.These serve to swell and soften the collagen and intermolecular Peptide bonds and cross-links between the helical polypeptide strands - partially - hydrolytic to solve.
Zur Gewinnung von Gelatine wird Kollagen nach zwei Verfahren behandelt (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, © 2000–2004, Vol. 15, 471 ff.).For the production of collagen gelatin is treated by two methods (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, © 2000-2004, Vol. 15, 471 ff.).
Das saure Verfahren, das in den dreissiger Jahren in den USA entwickelt wurde, dient zur Herstellung von Typ-A-Gelatine (A = acid processed). Es wird hauptsächlich zur Erzeugung von Gelatine aus Schweineschwarten angewandt. Bei diesem Rohmaterial ist der Quervernetzungsgrad des Kollagens wegen des niedrigen Alters der Tiere noch nicht so hoch. Daher genügt eine Säurevorbehandlung über 24–48 Stunden bei pH-Werten um 1–2, um eine spätere gute Gelatinextrahierbarkeit zu erreichen.The acidic process that developed in the thirties in the US was used to produce type A gelatin (A = acid processed). It will be mainly used to produce gelatin from pork rinds. at This raw material is due to the degree of cross-linking of the collagen of low age of animals not so high. Therefore, one is enough Acid pretreatment for 24-48 hours at pH values around 1-2, for a later to achieve good gelatin extractability.
Das klassische, alkalische Verfahren zur Gewinnung von Typ-B-Gelatine (B = basic processed) findet hauptsächlich zur Gewinnung von Gelatine aus Rinderspalt und Knochen Verwendung. Dabei werden Ossein oder Rinderspalt einer 8–12 wöchigen Behandlung mit einer Calciumhydroxid-Suspension unterzogen („Äscherung" genannt). Während dieses Verfahrensschrittes, der bei 15–20°C abläuft, wird das Reaktionsmedium mehrfach erneuert, und durch schonende mechanische Bewegung wird eine gleichmässige Verteilung des Materials gewährleistet. Daneben ist bei Rinderhaut eine ein- bis zweiwöchige „Äscherung" mit verdünnter Natronlauge üblich.The classical, alkaline methods for obtaining type B gelatin (B = basic processed) finds mainly for the production of gelatin from cattle and bone use. This will be Ossein or Rinderspalt a 8-12 Weekly treatment subjected to a suspension of calcium hydroxide (called "shearing"). During this process step, which expires at 15-20 ° C, that will Reaction medium renewed several times, and by gentle mechanical Movement becomes even Distribution of the material guaranteed. In addition, a one to two-week "shearing" with dilute sodium hydroxide solution is usual in cattle skin.
Die Vorbehandlung der Rohmaterialien bei pH-Werten von 12–13 beim Typ-B-Verfahren verfolgt die Ziele:
- • Extraktion von alkalilöslichen, nicht kollagenen Proteinen (Proteoglycane, Blutserumalbumine)
- • Entfernung unerwünschter Komponenten des Bindegewebes (Nukleinsäuren, Kohlenhydrate)
- • Verseifung des Restfettgehaltes
- • Hydrolyse von kovalenten Quervernetzungen des Kollagens („reife", nicht reduzierbare Quervernetzungen).
- • Extraction of alkali-soluble, non-collagenous proteins (proteoglycans, blood serum albumins)
- Removal of unwanted connective tissue components (nucleic acids, carbohydrates)
- • saponification of the residual fat content
- • Hydrolysis of covalent cross-links of collagen (mature, non-reducible crosslinks).
Kollagen besteht aus drei Polypeptidketten in Form spezieller linksgewundener Helices, die wiederum rechtsgängig umeinander gedreht sind (Tripelhelix).collagen consists of three polypeptide chains in the form of special left-handed Helices, which turn right rotated around each other (triple helix).
Kollagene nehmen – einmal gebildet – nicht weiter am Stoffwechsel teil und altern durch regelmässige Zunahme der Vernetzung infolge Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen, Ester-Bindungen von Aminosäure- mit Zuckerresten und von Isopeptid-Bindungen zwischen langgestreckten Aminosäureketten.collagens take - once formed - not further participate in the metabolism and age through regular increase in cross-linking due to formation of hydrogen bonds, ester bonds of Amino acid- with sugar residues and isopeptide bonds between elongated ones Amino acid chains.
Diese führen zu der eingangs erwähnten Quervernetzung, die wiederum für die Stabilität des Kollagens gegenüber thermischen, mechanischen und enzymatischen Belastungen verantwortlich sind.These to lead to the cross-linking mentioned above, in turn for the stability of collagen responsible for thermal, mechanical and enzymatic stress are.
Vor der eigentlichen Gelatineextraktion werden die vorbehandelten Rohstoffe säurefrei (Typ-A-Verfahren) oder alkalifrei gewaschen (Typ-B-Verfahren). Aus dem so erhaltenen kollagenreichen Rohmaterial gewinnt man in mehreren Schritten Gelatine. Die Rohgelatine wird chargenweise aus dem weitgehend salzfrei gewaschenen Ausgangsmaterial extrahiert.In front The actual gelatin extraction will be the pretreated raw materials acid-free (type A process) or alkali-free washed (Type B method). From the thus obtained collagen rich Raw material is obtained in several steps gelatin. The raw gelatin is batchwise from the largely salt-free washed starting material extracted.
Die Vorbehandlungen nach dem Stand der Technik weisen einige Nachteile auf. So sind die Behandlungen beim alkalischen Verfahren zeitlich sehr aufwendig. Die langen Verweildauern bedingen die Verwendung relativ grossvolumiger Reaktoren. Die mehrfache Erneuerung des Reaktionsmediums verursacht Kosten bei der Aufarbeitung der Extrakte.The Prior art pretreatments have some disadvantages on. So the treatments are in the alkaline process time very expensive. The long residence times require the use relatively large-volume reactors. The multiple renewal of the reaction medium causes costs in the processing of the extracts.
Die Verwendung der starken Laugen gibt Anlass zur Abspaltung von Ammoniak unter Aldiminbildung.The Use of strong alkalis gives rise to the elimination of ammonia under aldimine formation.
Der Einsatz starker Laugen erfordert deren Neutralisation mit Säuren. Die dabei gebildeten Salze müssen vor der Extraktion der Rohgelatine ausgewaschen werden.Of the Use of strong alkalis requires their neutralization with acids. The thereby formed salts must be washed out before extraction of the crude gelatin.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorbehandlung von kollagenhaltigen Rohmaterialien für die Herstellung von Gelatine zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik zu vermindern bzw. beseitigen in der Lage ist.The invention is therefore based on the object to provide a method for the pretreatment of collagen-containing raw materials for the production of gelatin, which reduce or eliminate the disadvantages of the prior art is able to.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Verfahren zur Behandlung kollagenhaltiger tierischer Rohmaterialien durch Inkontaktbringen dieser Materialien mit flüssigem Ammoniak bei gegenüber Amosphärendruck erhöhtem Druck in einem Druckgefäss und anschliessende Entspannung des Drucks auf Normaldruck, wobei
- – die tierischen Materialien einen hohen Wassergehalt (> 50 Masse %) aufweisen
- – die tierischen Materialien in zerkleinerter Form eingesetzt werden
- – man das Ammoniak bei Raumtemperatur oder bei einer höheren Temperatur als Raumtemperatur auf die Rohmaterialien einwirken lässt
- – man nach der Entspannung das im Druckgefäss dann noch verbliebene Ammoniak bis auf einen Minimalgehalt entfernt
- – man wahlweise dem flüssigen Ammoniak vor dem Beginn der Behandlung eine Ammonobase oder Ammonosäure als Katalysator für die Ammonolyse der intermolekularen und intramolekularen Quervernetzungen beigibt.
- - The animal materials have a high water content (> 50% by mass)
- - The animal materials are used in crushed form
- - The ammonia is allowed to act on the raw materials at room temperature or at a higher temperature than room temperature
- - After the expansion, the remaining in the pressure vessel then ammonia removed to a minimum level
- - It is optionally added to the liquid ammonia before the start of treatment, an ammonia or ammonio acid as a catalyst for the ammonolysis of the intermolecular and intramolecular cross-links.
Infolge der Selbstionisation des flüssigen Ammoniaks (pKa = 34) sind Ammoniumsalze in flüssigem Ammoniak Protonsäuren (Ammonosäuren) und Amide sind Ammonobasen. Da Wasser einen pKa-Wert von 14 aufweist, zeigen Substanzen, die in Wasser keine Säuren sind, mit pKa-Werten im Bereich 14 bis 34 Säurecharakter in flüssigem Ammoniak (G.Jander, H.Spandau und C.C. Addison „Chemie in nichtwässrigen ionisierenden Lösungsmitteln" Friedr. Vieweg und Sohn, Braunschweig 1963, Teilband 2 by Herchel Smith)As a result of the self-ionization of liquid ammonia (p Ka = 34), ammonium salts in liquid ammonia are protic acids (ammonic acids) and amides are ammonobases. Since water has a p Ka value of 14, substances which are not acids in water show p Ka values in the range of 14 to 34 acid character in liquid ammonia (G.Jander, H. Spandau and CC Addison "Chemie in non-aqueous ionizing solvents "Friedr. Vieweg and Sohn, Braunschweig 1963, sub-band 2 by Herchel Smith)
Bevorzugt wählt man als Mengenverhältnis 5 Masseeinheiten Ammoniak zu 10 Masseeinheiten kollagenhaltigem Rohmaterial bis zu 20 Masseeinheiten Ammoniak zu 10 Masseeinheiten kollagenhaltigem Rohmaterial (Masseeinheiten Rohmaterial sind hier als Trockenmasse zu verstehen).Prefers you choose as quantity ratio 5 mass units of ammonia to 10 mass units of collagen-containing Raw material up to 20 mass units ammonia to 10 mass units collagen-containing raw material (mass units of raw material are here to be understood as dry matter).
Ein zu hoher Wassergehalt kann in einem vorgeschalteten Behandlungsschritt durch Zugabe von flüssigem Ammoniak zu den stark wasserhaltigen Rohmaterialien und Abziehen der wässrigen Ammoniaklösung auf das gewünschte Mass vermindert werden.One Too high a water content may occur in an upstream treatment step by adding liquid Ammonia to the highly hydrous raw materials and stripping the aqueous ammonia solution the wished Mass be reduced.
Ferner ist es bevorzugt, dass man die Entfernung des nach der Entspannung im Druckgefäss verbliebenen Ammoniaks durch Absaugen, Abpumpen, Abblasen oder durch Erwärmen des Inhalts des Druckgefässes auf eine Temperatur, die mindestens der Raumtemperatur entspricht, bewerkstelligt.Further It is preferable to consider the distance of the after relaxation in the pressure vessel Remaining ammonia by suction, pumping, blowing or by Heat the contents of the pressure vessel to a temperature that is at least room temperature, accomplished.
Schliesslich ist es noch bevorzugt, dass das bei der Entspannung entweichende gasförmige Ammoniak aufgefangen und wieder zu flüssigem Ammoniak verdichtet wird. Das gleiche gilt für das gasförmige Ammoniak, das nach der Entspannung aus dem behandelten Rohmaterial noch entfernt wird.After all it is still preferable that the escape during the relaxation gaseous Ammonia collected and compressed again to liquid ammonia becomes. The same applies the gaseous Ammonia, which after relaxation from the treated raw material is still removed.
Für das erfindungsgemässe Verfahren wird ein Druckgefäss, also ein druckfestes Gefäss eingesetzt. An die Art dieses Druckgefässes sind keine besonderen Anforderungen zu stellen. Der Begriff „Druckgefäss" soll im Sinne der Erfindung weitestgehend verstanden werden. Das Druckgefäss kann beispielsweise ein Autoklav sein.For the inventive method becomes a pressure vessel, So a pressure-resistant vessel used. On the nature of this pressure vessel are no special To make demands. The term "pressure vessel" as far as possible in the context of the invention be understood. The pressure vessel may be for example an autoclave.
Die Verwendung von Ammoniak als Base anstelle von Calciumhydroxid oder Natronlauge hat den Vorteil, dass Ammoniak oberhalb seines Siedepunktes von –33°C als Gas leicht aus dem zu behandelnden Rohmaterial ausgetrieben werden kann. Auf eine Neutralisation unter Zugabe von Säuren kann demnach weitgehend verzichtet werden. Ammoniaklösungen in Wasser weisen ab Gehalten von 60 Masse-Prozent Ammoniak pH-Werte von mehr als 12,4 auf.The Use of ammonia as a base instead of calcium hydroxide or Sodium hydroxide has the advantage that ammonia is above its boiling point of -33 ° C as gas can be easily expelled from the raw material to be treated. On a neutralization with the addition of acids can therefore largely be waived. ammonia solutions in water, from 60% by mass, ammonia has pH values from more than 12.4 up.
Flüssiges Ammoniak kann auf die Quervernetzungen des Kollagens in mehrfacher Hinsicht einwirken.:
- – Flüssiges Ammoniak ist ein hervorragendes Quellmittel. Wasserstoffbrückenbindungen werden durch Ammoniak aufgehoben.
- – Flüssiges Ammoniak ist in der Lage, nicht-kollagene Proteine und Nukleinsäuren zu lösen. Kohlenhydrate niedriger Molmasse werden ebenfalls gut gelöst.
- – Fette können durch Ammoniak verseift werden
- – Ester, wie zwischen Aminosäuren und Zuckerresten, können durch flüssiges Ammoniak ebenfalls ammonolytisch gespalten werden.
- – Isopeptide unter Beteiligung end- oder seitenständiger Diaminocarbonsäuren oder Aminodicarbonsäuren können durch Ammoniak gespalten werden.
- - Liquid ammonia is an excellent swelling agent. Hydrogen bonds are abolished by ammonia.
- - Liquid ammonia is able to dissolve non-collagenous proteins and nucleic acids. Carbohydrates of low molecular weight are also dissolved well.
- - Fats can be saponified by ammonia
- - Esters, as between amino acids and sugar residues, can also be split ammonolytically by liquid ammonia.
- Isopeptides with the participation of terminal or pendant diaminocarboxylic acids or aminodicarboxylic acids can be cleaved by ammonia.
Dass
Ammoniak zur vollständigen
Spaltung von Amidbindungen in der Lage ist, geht beispielsweise
hervor aus
Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:
- – da das erfindungsgemässe Verfahren nicht bei tiefen Temperaturen stattfindet, kann auf aufwendige Kühlapparaturen verzichtet werden
- – mit dem erfindungsgemässen Verfahren können wesentlich kürzere Behandlungsdauern erreicht werden
- – mit dem erfindungsgemässen Verfahren findet keine Deaminierung des Kollagens unter Ammoniakentwicklung statt
- – mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Salzbildung stark verringert
- – mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Menge an Waschwasser stark verringert, was wiederum den Aufwand für die Aufarbeitung der wässrigen Waschextrakte zu minimieren ermöglicht
- – mit dem erfindungsgemässen Verfahren werden die Kosten für die Gelatineproduktion deutlich verringert
- - Since the inventive method does not take place at low temperatures, can be dispensed with expensive cooling equipment
- - With the inventive method much shorter treatment periods can be achieved
- - With the inventive method no deamination of the collagen takes place under evolution of ammonia
- - With the inventive method is the Salt formation greatly reduced
- - With the inventive method, the amount of wash water is greatly reduced, which in turn allows to minimize the effort for the workup of the aqueous washing extracts
- - With the inventive method, the cost of gelatin production are significantly reduced
Für das Verfahren nach der Erfindung wurde ein zylindrischer Autoklav mit einem Fassungsvermögen von 750 ml eingesetzt. Der Autoklav war mit einer elektrischen Heizung mit Thermostatenregelung versehen. In diesen Autoklaven wurden 50 g kollagenhaltiges Material (Schweineschwarten) mit einem Wassergehalt von 80% gegeben. Durch ein Ventil an der Oberseite des Autoklaven wurden 100 g flüssiges Ammoniak in den nunmehr geschlossenen Autoklaven eingeleitet, wonach das Ventil geschlossen wurde. Die Temperatur im Autoklaven betrug 20°C. Nach Einleitung des Ammoniaks sank die Temperatur etwas, der Druck im Autoklaven war 5 Bar. Mittels der geregelten elektrischen Heizung wurde der Autoklav auf 70°C (30 Bar) aufgeheizt. Unter diesen Bedingungen wurde der Autoklav für 2 Tage und 16 Stunden belassen. Nach Ablauf dieses Zeitraums wurde das zuvor erwähnte Ventil am Autoklaven geöffnet, wodurch das Ammoniak schlagartig entwich und der Inhalt des Autoklaven auf Atmosphärendruck entspannt war. Nach dem Öffnen des Autoklaven wurde das ammoniakbehandelte Rohmaterial entnommen. Im Gegensatz zu unbehandeltem Rohmaterial war das ammoniakbehandelte Rohmaterial in kaltem Wasser teilweise löslich.For the procedure According to the invention, a cylindrical autoclave with a capacity of 750 ml used. The autoclave was with an electric heater equipped with thermostatic control. In this autoclave were 50 g Collagenous material (pork rind) with a water content given by 80%. Through a valve on the top of the autoclave were 100 g of liquid Ammonia introduced into the now closed autoclave, after which the valve was closed. The temperature in the autoclave was 20 ° C. After introduction of the ammonia, the temperature dropped slightly, the pressure in the autoclave was 5 bar. By means of the regulated electric heating was the Autoclave at 70 ° C (30 bar) heated up. Under these conditions became the autoclave for 2 days and leave for 16 hours. At the end of this period, the previously mentioned Valve on autoclave open, whereby the ammonia abruptly escaped and the contents of the autoclave relaxed to atmospheric pressure was. After opening of the autoclave, the ammonia-treated raw material was taken out. Unlike untreated raw material, this was ammonia-treated Raw material partially soluble in cold water.
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DE200510028578 DE102005028578A1 (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Pretreatment of collagen-containing material such as bones or pig skin for production of gelatin, involves cleavage of crosslinks by treatment with liquid ammonia, optionally in presence of ammono-acid or -base |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108949885A (en) * | 2018-08-16 | 2018-12-07 | 东北农业大学 | A kind of pair of osteoblastic proliferation has the preparation method and application of the pigskin gelatin peptide of facilitation |
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2005
- 2005-06-21 DE DE200510028578 patent/DE102005028578A1/en not_active Withdrawn
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CN108949885A (en) * | 2018-08-16 | 2018-12-07 | 东北农业大学 | A kind of pair of osteoblastic proliferation has the preparation method and application of the pigskin gelatin peptide of facilitation |
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Legal Events
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |