NO320736B1

NO320736B1 - Enzymatisk hydrolyseprosess for kollagen og proteinholdige rastoffer og en klaringstank for separasjon av kollagen, og anvendelser derav.

Info

Publication number: NO320736B1
Application number: NO20051216A
Authority: NO
Inventors: Tony Wahl
Original assignee: Wahl Process Systems As
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2006-01-23
Also published as: CA2600403A1; CL2009001376A1; US20090123965A1; DK1871177T3; US8067194B2; CN101160062B; EP1871177A4; JP5001253B2; EP1871177A1; BRPI0608692A2; PL1871177T3; EP2586317B1; KR101318310B1; JP2008532512A; KR20070114305A; ES2434331T3; ES2529494T3; PT2586317E; PL2586317T3; KR101331477B1

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for en enzymatisk hydrolyseprosess av kollagen og proteinholdige råstoffer, omfattende de følgende trinn: (1) at råstoffene hydrolyseres enzymatisk slik at tre følgende fraksjoner frembringes; (a) en fettholdig toppfraksjon, (b) en midtfraksjon omfattende vannløselige bestanddeler, deriblant vannløselige proteiner inkludert kollagen, og (c) en uløselig bunnfraksjon omfattende beinrester og uløselige proteiner; og (2) at (a), (b) og (c) separeres; og (3) at (b) videre fraksjoneres ved at (b) nedkjøles uten agitasjon til en temperatur i et tidsrom som er tilstrekkelig for å danne to fraksjoner; (d) en bunnfraksjon omfattende delvis eller helt stivnet kollagen, og (e) en flytende toppfraksjon omfattende de resterende vannløselige proteinene; og (4) (e) fjernes; og (5) (d) varmes opp til den blir flytende. Videre vedrører oppfinnelsen en hydrolysetank omfattende innløp for tilsetning av råvarer og utløp for produkter, en omdreibar røremekanisme, og en innrettning for varmeveksling omfattende en eller flere reverserbare skruer som er innrettet i utløp i bunnen av tanken. Videre vedrører oppfinnelsen en klaringstank for separasjon av kollagen, omfattende innløp for tilsetning av hydrolysat, og utløp for uttak av kollagen og de resterende komponenter, og et varmevekslingssystem som omfatter både varmekapper rundt tanken og vertikale varme/kjøle flater innvendig i tanken som eventuelt kan være bølgeformet for å øke flatearealet.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for en enzymatisk hydrolyseprosess av kollagen og proteinholdige råstoffer, omfattende de følgende trinn: (1) at råstoffene hydrolyseres enzymatisk slik at tre følgende fraksjoner frembringes;

(a) en fettholdig toppfraksjon,

(b) en midtfraksjon omfattende vannløselige bestanddeler, deriblant vannløselige proteiner inkludert kollagen, og (c) en uløselig bunnfraksjon omfattende beinrester og uløselige proteiner; og (2) at (a), (b) og (c) separeres; og

(3) at (b) videre fraksjoneres.

Oppfinnelsen vedrører også en klaringstank for separasjon av kollagen, omfattende innløp for tilsetning av hydrolysat, og utløp for uttak av kollagen og de resterende komponenter, samt anvendelser derav i en hydrolyseprosess av kollagen og proteinholdige råstoffer.

Introduksjon

Produksjon av matvarer, for eksempel innen fiskeindustrien og slakteindustrien, skaper store mengder biprodukter som er svært rike på verdifulle bestanddeler, blant annet proteiner, olje og kalsium. For å ivareta disse ressursene er det tidligere utviklet flere forskjellige prosesser som frigjør de verdifulle komponentene. Disse prosessene er ofte basert på ensilering eller enzymatisk hydrolyse. Dette resulterer imidlertid i proteiner og olje med en kvalitet som ikke tilfredsstiller kravene i næringsmiddelindustrien. De kan derfor kun benyttes til produksjon av dyrefor.

For å fremstille produkter som tilfredsstiller kvalitetskravene i næringsmiddelindustrien er det tidligere utviklet enzymer som kan spalte råmaterialet til sine enkelte bestanddeler. Disse enzymene muliggjør en enzymatisk hydrolyse av for eksempel slakteavskjær. Proteinene i råmaterialet løses da opp i vann slik at protein-, olje- og beinfraksjonene kan skilles fra hverandre. Disse enzymene er kommersielt tilgjengelige.

Innen fiskeindustrien produseres det store mengder biprodukter med høyt innhold av verdifulle proteiner og oljer. I dag foregår det en viss virksomhet basert på ensilering for å ivareta dette. Det har også vært gjort forsøk med enzymatisk hydrolyse.

Oppfinnelsen vedrører en prosess for å drive hydrolyseprosessen ikke-kontinuerlig. Kontinuerlige hydrolyseprosesser eksisterer allerede, men de har imidlertid en rekke svakheter. Fordi de er kontinuerlige prosesser, er der en viss fri flyt mellom tankene/prosesstrinnene. Dette fører til at råstoffet blir ujevnt hydrolysert. Det ferdige hydrolysatproduktet inneholder kollagen, noe som gjør det til et blandingsprodukt som har et begrenset bruksområde. Hydrolysater produsert ved slike prosesser er ikke egnet til mat for mennesker.

Oppfinneren av den foreliggende oppfinnelsen har utviklet en "batch" prosess for å drive enzymatisk hydrolyse av råstoffer fra fiskeindustrien og slakterindustrien. Denne prosessen gir et produkt som også er egnet som mat for mennesker.

Hydrolyseprosessen ifølge den foreliggende oppfinnelsen gjennomføres med

kommersielt tilgjengelige enzymer, men i en hydrolysetank som er nyutviklet av oppfinneren, som omfattes av Norsk patentsøknad no. 20054754 som er avdelt fra denne søknaden. Hydrolysetanken har en særdeles god sammenblandings-kapasitet, fordi store skruer i bunnen av tanken dytter innholdet deri tilbake mot midten av tanken, slik at røremekanismen får maksimal effektivitet. God sammenblanding og store varmeflater førertil at temperaturen kan holdes svært jevn, slik at hydrolyseprosessen er optimalisert. Siden dette er et lukket "batch" system, i motsetning til de kontinuerlige systemene som er mye i bruk i dag, kan ikke bare temperaturen reguleres svært bra men også tidsrommene hydrolysatet tilbringer ved ulike temperaturer.

Hydrolyseprosessen resulterer i tre fraksjoner, en av dem omfatter vannløselige proteiner, deriblant kollagen. Oppfinneren har utviklet en ny metode for å effektivt separere av kollagenet fra de resterende proteinene. Denne metoden omfatter å raskt kjøle ned de vannløselige proteinene uten agitasjon. Kollagenet, som var denaturert og derved flytende ved høye temperaturer, vil da skilles ut på bunnen av tanken i en renaturert, fast form. De resterende vannoppløste proteinene kan så pumpes ut, og kollagenet vil så oppvarmes til' en denaturert flytende tilstand slik at det også kan fjernes fra klaringstanken.

For å gjennomføre en effektiv separasjon av kollagen fra de resterende vannoppløselige proteinene i hydrolysatet, har oppfinneren utviklet en ny type klaringstank. Denne tanken kan kjøle ned og varme opp veske, i dette tilfellet hydrolysat, svært fort og svært jevnt. Siden nedkjølingen må skje uten agitasjon, kan ikke omrøring anvendes for å få en jevn temperaturfordeling. Derfor inneholder tanken store kjøle/varmeflater, slik at kjøle/varmeflate arealet blir svært stort i forhold til veskevolumet, og vesken nedkjøles/varmes fort og jevnt.

Fremgangsmåten i følge oppfinnelsen er således kjennetegnet ved at en midtfraksjon (b) omfattende vannløselige bestanddeler, deriblant vannløselige proteiner inkludert kollagen, nedkjøles uten agitasjon til en temperatur i et tidsrom som er tilstrekkelig for å danne to fraksjoner;

(d) en bunnfraksjon omfattende delvis eller helt stivnet kollagen, og

(e) en flytende toppfraksjon omfattende de resterende vannløselige proteinene; og

(e) fjernes; og

(d) varmes opp til den blir flytende.

Klaringstanken i følge oppfinnelsen er således kjennetegnet ved at den omfatter et varmevekslingssystem som omfatter både varmekapper rundt tanken og vertikale varme/kjøle flater innvendig i tanken som eventuelt kan være bølgeformet for å øke flatearealet.

Anvendelsen av klaringstanken i følge oppfinnelsen er således kjennetegnet ved separasjon av kollagen fra proteinholdige hydrolysater. I følge en annen variant av anvendelsen i følge oppfinnelsen blir klaringstanken anvendt i prosessen i følge oppfinnelsen.

Ytterligere utførelser av oppfinnelsen er angitt i underkravene 2-9.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til de vedlagte tegninger, hvori:

Figur 1 viser et flytskjema for en enzymatisk hydrolysprosess i følge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen. Figur 2 viser et tverrsnitt av en hydrolysetank i følge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen. Figur 3 viser snittet A-A i figur 2 sett ifra siden av hydrolysetanken.

Figur 4 viser et toppsnitt av hydrolysetanken i figur 2.

Figur 5 viser hydrolysetanken i figur 2 sett ovenifra.

Figur 6 viser et toppsnitt av en klaringstank ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen. Figur 7 viser tverrsnittet B-B av klaringstanken i figur 6.

Hydrolyseprosessen

Hydrolyseprosessen kan beskrives nærmere med henvisning til figur 1. Pilene på figur 1 viser hvor råstoff går inn og produkter kommer ut. Råstoff i form av biprodukter fra fiskeindustrien eller slakteindustrien fylles på en hydrolysetank (10). Råstoff fra fiskeindustrien kan være hel fisk eller deler av fisk som for eksempel fiskehoder, fiskeben, fiskeskinn eller fiskeinnvoller. Råstoff fra fiskeindustrien inkluderer også skalldyr. Tilsvarende råstoff fra slakterindustrien kan også benyttes, omfattende alle deler av et dyr, eller hele dyret. Uttrykket "dyr" er her ment å inkludere fugler, som for eksempel høns. Prosessen ifølge oppfinnelsen kan tilpasses alle slags råstoffer som omfatter protein og kollagen, det vil si bein, brusk, bindevev, og hud/skinn. Råstoffet vil typisk være en blanding av ulike råstoff som er biprodukter fra videreforedling fra industriene, men det kan selvsagt bestå av ett enkelt råstoff.

I hydrolysetanken(e) (10) blir råstoffet tilsatt varmt vann. Temperaturen reguleres slik at den er optimal for den enzymatiske hydrolysen. Den vil derfor variere alt etter hvilke enzym man velger å ta i bruk. Når den ønskede temperaturen er oppnådd tilsettes enzymene, og dette starter hydrolyse-reaksjonen. Enzymene katalyserer hydrolysen, og resultatet derav er at store deler av proteinene tilstedeværende i råstoffet løses opp i vannet. Foruten de vannløselige proteinene frigjøres da olje, ben og uløselige proteiner.

Når råstoffet er tilstrekkelig hydrolysert, vil enzymene typisk bli deaktivert ved at temperaturen økes. Blandingen settes til henstand. Etter kort tid oppstår da klart avskilte fraksjoner. Øverst ligger en oljefraksjon, under denne ligger en vannløselig fraksjon med de oppløste proteinene, og i bunnen av tanken ligger den tyngste fraksjonen, som består av uløselige proteiner og beinrester. I resten av beskrivelsen er disse fraksjonene omtalt som henholdsvis oljefraksjonen, hydrolysatet og beinfraksjonen.

Totalt tar hydrolysen vanligvis 3-4 timer alt etter som hvor fort en tilsetter råstoffer og fjerner produkter. Oljen fjernest først fra hydrolysetanken, vanligvis ved tapping, og kan for eksempel separeres i en oljeseparator (11). Hydrolysatet tappes så ut av hydrolysetanken mens beinfraksjonen forblir i hydrolysetanken. Beinfraksjonen fjernes til slutt fra bunnen av hydrolysetanken.

Etter fjerning fra hydrolysetanken filtreres hydrolysatet gjennom et konven-sjonelt filter (12). De siste restene av olje og ben fjernes så fra hydrolysatet i en kaskadetank (13), med påfølgende separator(14).

Fra separatoren strømmer hydrolysatet videre til en klaringstank (15). I denne tanken reduseres temperaturen uten agitasjon slik at kollagenet utfelles som gelatin, det vil si i en koagulert form. Hvilken temperatur som er tilstrekkelig lav nok til at kollagenet stivner vil variere med forskjellige råstoffer, og reflekterer ofte kroppstemperaturen til fisken/dyret/fuglen det stammer fra. Kollagen fra fisk stivner derfor ved lavere temperaturer enn kollagen fra dyr. Vanligvis må hydrolysatet avkjøles til 10-25°C for fisk, fortrinnsvis 20-22 °C, 25-40°C fordyr, fortrinnsvis 32-35°C, og 30-45°C for fugl, fortrinnsvis 33-40 °C, for at kollagenet skal stivne. Kollagenet har en høyere tetthet enn resten av hydrolysatet og vil derfor synke. I tanken oppstår da to klart avskilte faser. På bunnen ligger kollagenet i fast form, over dette ligger resten av hydrolysatet i en væskefase. Kollagenet stivner eller delvis stivner fordi temperaturen er redusert.

Etter avtapning av væskefasen til en buffertank (16) økes temperaturen i tanken slik at også kollagenet blir flytende og kan fjernes fra tanken, vanligvis ved at det pumpes og tappes ut. Hvor mye temperaturen økes kommer an på hva kollagenet skal anvendes til. Dersom det skal videre konserveres, tappes kollagenet ut så fort det blir flytende. Hvilken temperatur dette skjer ved varierer selvsagt alt etter hvilke råvarer som ble brukt til å fremstille kollagenet, vanligvis er denne temperaturen på 10-25°C mer enn temperaturen man nedkjølte hydrolysatet til for å separere kollagenet. Dersom kollagenet ikke skal konserveres, men anvendes til andre formål, må det oppvarmes til minst 65°C før tapping fra klaringstanken for å unngå mikrobiell oppblomstring. Hydrolysatet med kollagen fjernet kan nå viderebehandles med metoder kjente fra andre anvendelsesområder. Fortrinnsvis blir hydrolysatet behandlet i en inndamper (17), slik at tørrstoffinnholdet økes til det nivået man ønsker. Når kollagenet er fjernet ligger tørrstoffnivået vanligvis på 3-15 %, gjerne rundt 7 %. Hvor mye man velger å inndampe kommer an på hva hydrolysatet skal anvendes for. Dersom et hydrolysat fra fisk for eksempel skal tilbakeføres til fisken ved å sprøyte det inn i fiskekjøttet, må det ha nøyaktig det samme tørrstoffinnholdet som kjøttet det skal sprøytes inn i, som normalt sett ligger på rundt 15 %. Dersom man inndamper hydrolysatet til rundt 60 % blir det selvkonserverende, som selvsagt er en fordel ved langtidslagring. Men dess mer man ønsker å inndampe hydrolysatet dess dyrere er det, og dette setter vanligvis grensen for hvor mye hydrolysatet blir inndampet. Det er avgjørende for inndampningsprosessen at kollagenet er skilt ut fra hydrolysatet. Hydrolysat uten kollagen fjernet har en viskositet som er for høy, slik at inndamperen ikke kan fungere. Ved å fjerne kollagenet ved prosessen i følge oppfinnelsen kan det proteinholdige hydrolysatet viderebehandles til et tørrstoff med bedre lagrings-evne som er svært anvendbart på mange områder, inkludert i mat til mennesker og dyr.

Hydrolysatet kan selvsagt anvendes omgående etter inndamping, og vil i så tilfelle overføres til en produktblander (18), der det blandes med andre bestanddeler. Kollagenet kan nå tilbakeføres til hydrolysatet dersom dette er ønskelig. Man oppnår da ikke det samme produktet som dersom kollagenet ikke var fjernet fra resten av hydrolysatet, fordi en stor andel av vannet ble fjernet i inndamperen. Produktet er derfor mye mer konsentrert og lettere å lagre og frakte. Kollagenet trenger selvsagt ikke å bli tilbakeført til hydrolysatet, idet det etter at det er fjernet fra tanken kan beholdes separat og anvendes til andre formål.

Figur 1. viser en prosess omfattende to hydrolysetanker, to klaringstanker, og to buffertanker. Dette er en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, men det er ingenting i veien for å bruke bare én eller flere av disse tankene. Tankene representerer områder der prosessvesken skal oppholde seg en tid, så det kan være fordelaktig, men ikke nødvendig, å ha flere tanker av de ulike typene for å maksimere kapasiteten til hydrolyseanlegget.

Hydrolysetanken

Hydrolysetanken omfattes av Norsk patentsøknad nr. 20054754, som er avdelt fra den foreliggende søknaden.

For at hydrolysen skal bli så komplett som mulig, i løpet av minst mulig tid, er utformingen av hydrolysetanken viktig. Innholdet i tanken må kunne varmes opp jevnt og effektivt, og derfor er det viktig med agitasjon. Dette oppnås ved omrøring, slik at temperaturen er jevn i hele tanken. Omrøringen blir gjort mer effektiv ved at en skrue i bunnen av tanken dytter større bein osv. som har en tendens til å ville legge seg i bunnen inn i midten av tanken, der de bringes i kontakt med røremekanismen. I tilegg til å skape en jevn temperaturfordeling hjelper omrøringen også med å gi enzymene fysisk tilgang til alt råstoffet. For å oppnå dette, har oppfinneren konstruert en ny type hydrolysetank, nærmere beskrevet i figurene 2-6.

Hydrolysetanken (10) kan selvsagt variere i størrelse alt etter behov. I den utførelsen av oppfinnelsen som er beskrevet her, har tanken en kapasitet på 25.000 liter. Dette er en tank av en størrelse som kan konstrueres sentralt og så fraktes ut på smale veier. Men det er ingenting i veien for å lage mindre tanker for små fiskeoppdrettsanlegg, eller større tanker for andre typer frakt, eller svært store tanker for bruk der de konstrueres, og dimensjonene kan selvsagt forandres.

I bunnen av hydrolysetanken (10) er det ett eller flere utløp (20) for fjerning av beinfraksjonen. Utløpene (20) er fortrinnsvis plassert i fordypninger i tankbunnen, der de er skråstilt i forhold til horisontalplanet. Vinkelen fra utløpene til horisontalplanet kan være 5-45°, fortrinnsvis 15-30°, foretrukket 20°. Derved kan tyngdekraften hjelpe til når beinrester skal føres ut gjennom utløpene, men vinkelen er også liten nok til at skruene (21) i utløpene kan hjelpe til med å dytte råvarene inn mot midten av tanken i løpet av oppvarmingen og blandingen av råvarer, enzymer og vann. Utløpene inneholder skruer (21) som kan kjøres i begge retninger. Ved enden av utløpene er der utløpsventiler (22). Utløpene er omsluttet av varmekapper (23). Størrelsen på utløpene kan selvsagt variere. De må være store nok til å transporter ut beinrestene, som kan variere i størrelse alt etter hvilke råvarer man anvender. I den foretrukne utførelsen vist i figurene 2-5, er et utløp på 200mm diameter anvendt.

Hydrolyseanken har én eller flere innganger for damp (24), og ett eller flere uttak for damp og kondensasjon (25). Sideveggene (26), bunnen (27) og den innvendige sylinderen (28) er utstyrt med varmekapper (29). Det er derfor stor kontaktflate mellom prosessdamp og innholdet i tanken, som avgrenses av bunnen (27), sideveggene (26), den innvendige sylinderen (28) og taket (30) av tanken.

Hydrolyseanken kan monteres på forskjellige understell, men en foretrukket utførelse er 6 bein (31) med justerbar høyde.

Temperatur- og nivåtransmitter (32) er montert for at man skal kunne følge temperaturen i selve hydrolysatet. En stigbøyle (33) er montert for å lette adgangen til taket av hydrolysetanken.

På taket (30) av tanken er det montert et innløpsdeksel (34) for tilgang til innsiden av tanken. Der er også et innløp (35) hvor råstoff, vann og enzymer blir tilsatt. På taket er det også montert en ventil med hette (36) for utlufting av tanken. Over tanken er en bro (37) anordnet, hvorpå der er montert en motor (38) som driver røremekanismen. Broen (37) er både for strukturell støtte og for påmontering av rørverk.

Røremekanismen omfatter motoren (38) som driver en rotasjonsaksling (39) koblet til rotasjonsakslinger (40), og er viderekoblet til rørestag (41) som er koblet til selve rørebladene (42). Rørebladene (42) er montert i bunnen av tanken, slik at de stryker rett over bunnen når de er i bruk. Som man kan se av figur 5, har denne foretrukne utførelsen av oppfinnelsen tre røreblad, men man kan selvsagt anvende flere. En støtteaksling (43) kan også monteres fra rørestaget (41) til den innvendige sylinderen (28) for å gi ekstra støtte til røremekanismen.

Under en normal arbeidssyklus fylles tanken først med varmt vann og råstoff via innløpet (35). Dette blandes ved at røremekanismen roterer, og samtidig roterer skruene (21) i bunnen av tanken i retning innover i tanken (det vil si i motsatt retning av retningen som anvendes for å tømme tanken) slik at råstoffet stadig bringes inn til sentrum av tanken. Skruene er nye, og har ikke tidligere vært anvendt i hydrolysetanker. Dette gir en meget effektiv blanding av vann og råstoff og jevn temperatur i hele volumet.

Mens blandingen pågår reguleres temperaturen ved at damp slippes inn i varmekappene. Når vann og råstoff er blandet, tilsettes enzymer, fremdeles under omrøring. Reaksjonen starter da umiddelbart. Når reaksjonen er fullført innaktiviseres enzymene ved at mer damp slippes inn i varmekappene og blandingen kommer opp i enzymenes innaktiviseringstemperatur. I tanken er det meget god temperaturkontroll. Dette oppnås ved en kombinasjon av store oppvarmingsflater og effektiv omrøring.

Etter at innaktiviseringstemperaturen for de enzym anvendt er oppnådd, stanses omrøringen og fraksjonene skilles, basert på egenvekt. Utløp for oljetapping (44) er montert i forskjellige høyder, slik at man kan tappe ut av de utløp som er mest hensiktmessig. Ofte vil en først bruke utløp et stykke over overgangen mellom oljefraksjonen og hydrolysatet, for å forhindre at hydrolysatet virvles opp, og så mot slutten av tappingen bruke det utløpet som er nederst i oljefraksjonen. Avhengig av hva slags råstoff som anvendes vil oljemengden variere, slik det er ønskelig med utløp i forskjellige høyder, slik at så mye olje som mulig kan tappes av uten at hydrolysefraksjonen tappes. Figur 3 viser disse utløpene sett rett mot tanken, fra snitt A-A i figur 2. Figur 3 viser også vinduer (45) som man kan se inn i tanken gjennom. Derved kan man se hvor høyt oljenivået er, og ut i fra dette bestemme hvilke av utløpene (44) som det er mest hensiktsmessig å anvende. Et vindu med lyskilde (46) som er montert på lokket av tanken kan også anvendes for å se innsiden av tanken. Etter oljetappingen tappes hydrolysatet av over beinfraksjonen. Er nivået i tanken veldig høyt, kan dette skje først gjennom de nedre utløpene for olje (44). Utløp for hydrolysatet (47) blir så benyttet. Det er ønskelig å anvende utløp høyest mulig på tanken, og ikke begynne med utløpene nær bunnen, fordi dette kan forstyrre separasjonen av sjiktene slik at beinrester fra bunnfraksjonen blir virvlet opp i hydrolysatet. Det samme gjelder for oljetappingen. Dersom det er lite beinrester, slik at hydrolysatet kommer nedenfor det nederste av utløpene (47), kan man eventuelt pumpe dette gjennom skruene (21). De større beinrestene kan da fungere som en sil og forhindre at små beinpartikler følger med hydrolysatet. Til slutt fjernes selve beinfraksjonen via skruene (21). Retningen skuren (21) roterer er da den motsatte av retningen under omrøringen, de skyver nå beinrestene ut av tanken. Når denne fraksjonen fjernes, er også omrøreren i gang slik at massen faller ned i åpningene der skruene er plassert. Dette er meget rasjonelt siden fraksjonen er meget krevende å pumpe. Konvensjonelle hydrolysesystemer bruker også skruer, men til et helt annet formål. Skruene drives kontinuerlig i en retning for å hele tiden føre hydrolysatet videre. Hydrolysatet passerer således gjennom ulike temperatursoner, og tanken er at det skal gå jevnt gjennom systemet og tilbringe ønsket tid i de forskjellige temperatursonene. I praksis virker det imidlertid ikke helt slik, det er mye fri flyt inne i skruene, slik at hydrolysatet ikke går jevnt gjennom systemet, og ikke tilbringer optimal tid i de forskjellige temperatursonene.

Selv om denne tanken ble konstruert som del av en enzymatisk hydrolyseprosess, er anvendelse derav ikke begrenset til enzymatisk hydrolyse. Tanken er også svært egnet til hydrolyse ved ensilering. De samme råvarene anvendes da som beskrevet for enzymatisk hydrolyse, men i stedet for å tilsette vann og enzymer blir vann og syre tilsatt, eventuelt med tilleggskjemikalier. Hydrolyseprosessen foregår da under høye temperaturer, og i likhet med enzymatisk hydrolyse er det viktig med jevn temperatur og god blanding. Ved å anvende denne tanken får man en høy temperatur som kan holdes jevn under hele separasjonsfasen, i motsetning til i de systemer som anvendes i dag, der man får store temperatursvinginger fordi man anvender en forvarmer til å varme opp råvarene før de ensileres.

Klaringstanken

Kollagenet i hydrolysefraksjonen blir separert fra de resterende vannløselige proteinene i klaringstanken ved utfelling. Denne prosessen er ny, og klaringstanken er nyutviklet for å gjennomføre prosessen. Konseptet er enkelt: dersom hydrolysatet får stå i ro ved en temperatur lav nok til at kollagenet separeres og stivner i et bunnsjikt, kan resten av hydrolysatet, som vil forbli flytende etter at kollagenet har stivnet, tappes av og derved separeres fra kollagenet. Kollagen-sjiktet kan så varmes opp slik at det blir flytende igjen, og deretter tappes.

To faktorer er særdeles viktige for at separasjonen av kollagenet skal lykkes, og klaringstanken ifølge oppfinnelsen er konstruert med dette som formål. For det første er det viktig at hydrolysatet får stå helt i ro for at kollagenet skal stivne. Man kan derfor ikke bruke omrøring eller noen annen form for agitasjon for å oppnå den nødvendige temperaturfordelingen i hydrolysatet. Det er viktig at temperaturen er den samme gjennom hele tanken. Er temperaturfordelingen dårlig, vil kollagen i forskjellige områder av tanken stivne på ulike tidspunkt. Noe av det resterende hydrolysatet kan til og med fryse før alt kollagenet er stivnet, slik at det ikke kan tappes ut. For det andre er tidsperspektivet viktig, slik at prosessen ikke stopper opp på dette trinnet, men mest av alt fordi mikro-organismer lett kan blomstre opp og ødelegge produktet. For at prosessen skal kunne godkjennes for tilberedning av mat til mennesker, er det derfor svært viktig at nedkjølingen og oppvarmingen kan skje fort.

Klaringstanken er derfor konstruert med et stort antall hete/kjøleflater slik at innholdet av tanken kan nedkjøles hurtig uten agitasjon. Med flater menes de flater som er i kontakt med hydrolysatet. Figur 6 viser et snitt av klaringstanken sett ovenifra. Vann eller vanndamp ved forskjellige temperaturer brukes for å nedkjøle eller varme opp innholdet i tanken. Vannet strømmer inn innløpet (60) og ut igjen i utløpet (61). Vannet nedkjøler/varmer opp både en kappe på utsiden av klaringstanken (62), og vannfylte kjøle/varmeflater internt i tanken (63). Det er disse kjøle-/varmeflatene inne i tanken som gjør det mulig å oppnå en rask avkjøling og oppvarming av hydrolysatet og kollagenet. Figur 7 viser et snitt av klaringstanken sett ifra siden, der man kan se at kjøle-/varmeflatene (63) er store flater som strekker seg over store deler av høyden på tanken.

Kjøle-/varmeflatene (63) er hule plater slik at vannet kan strømme gjennom dem, fortrinnsvis med riller eller ribben for å ytterligere øke overflaten. Derved oppnår man en stor overflate for varmeveksling mellom vannet som strømmer gjennom varmeflatene og hydrolysatet inne i tanken. Antall kjøle-/varmeflater kan selvsagt variere, og det kan også dimensjonene på disse og selve klaringstanken. Det som er viktig er at overflaten til kjøle-/varmeflåtene er stor i forhold til volumet på hydrolysatet. Kjøle-/varmeflatene kan være bølgeformet for å øke flatearealet. Kjøle-/varmeflatene må stå vertikalt, dersom de er hori-sontale kan kollagenet legge seg oppå dem, i stedet for å fallet il bunnen av tanken. Ved bruk av bare varmekapper i sidene og bunnen på tanken, og ikke kjøle-/varmeflater inne i tanken, går nedkjølingen for seint. Man kan ikke bare bruke kaldere vann for å få nedkjølingen til å gå raskere, fordi vann selvsagt vil fryse, men selv om man bruker en annen kaldere veske eller gass, eller fører vannet fortere gjennom kappene, vill dette da føre til en ujevn temperaturfordeling, slik at tankinnholdet nær veggene blir for kaldt og fryser før det midt i tanken stivner. Problemet med å la nedkjølingen ta lengre tid, er at man da svært ofte får problemer med mikrobiell kontaminering, fordi innholdet i tanken da tilbringer for lang tid ved en temperatur som er gunstig for slik mikrobiell vekst. Ved bruk av klaringstanken i følge oppfinnelsen vil klaringsprosessen vanligvis ta under to timer, ofte omlag 1 !4 time.

Størrelsen på selve klaringstanken kan selvsagt variere på samme vis som størrelsen på hydrolysetanken kan variere.

Når klaringstanken først fylles med hydrolysatet kan det holde høy temperatur. Temperaturen vil variere, avhengig av hvilken enzymdeaktiveringstemperatur som ble brukt under hydrolysen, hvor lang tid det tok fra hydrolysatet ble fjernet fra hydrolysetanken til det tilsettes klaringstanken osv. Men vanligvis vil den være høy, gjerne 80-100°C. For å kjøle hydrolysatet ned raskt sirkuleres kaldt vann gjennom kjølekappen og i kjøleplatene, og når temperaturen er tilstrekkelig lav forandrer kollagenet konsistens fra flytende til geleaktig og synker til bunnen av tanken. Når det er etablert en klar grense mellom kollagen og væske omfattende de resterende vannløselige proteinene, tappes væsken av.

I likhet med hydrolysetanken, har klaringstanken et innløp men flere utløp for væsker. Utløpene er i likhet med utløpene for olje og hydrolysat fra hydrolysetanken lokalisert ved forskjellige høyder på tanken. Når væsken omfattende de resterende vannløselige proteinene skal tappes anvendes utløp som er lokalisert over kollagenet. Når kollagenet tappes anvendes et utløp nær eller i bunnen av tanken, slik at den kan tømmes helt.

Når væsken omfattende de resterende vannløselige proteinene er fjernet kan kollagenet varmes opp igjen ved at varmt vann sirkulerer i kjølekappen og kjøle/varmeflatene. Kollagenet går da tilbake til flytende form og kan pumpes ut av tanken for videre bearbeiding.

Claims

1. Fremgangsmåte for en enzymatisk hydrolyseprosess av kollagen og proteinholdige råstoffer, omfattende de følgende trinn: (1) at råstoffene hydrolyseres enzymatisk slik at tre følgende fraksjoner frembringes; (a) en fettholdig toppfraksjon, (b) en midtfraksjon omfattende vannløselige bestanddeler, deriblant vannløselige proteiner inkludert kollagen, og (c) en uløselig bunnfraksjon omfattende beinrester og uløselige proteiner; og (2) at (a), (b) og (c) separeres; og (3) at (b) videre fraksjoneres,

karakterisert ved at (b) nedkjøles uten agitasjon til en temperatur i et tidsrom som er tilstrekkelig for å danne to fraksjoner; (d) en bunnfraksjon omfattende delvis eller helt stivnet kollagen, og (e) en flytende toppfraksjon omfattende de resterende vannløselige proteinene;

og (4) (e) fjernes; og (5) (d) varmes opp til den blir flytende.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at under separasjonen i trinn (2) fjernes den uløselige fraksjon (c) ved anvendelse av en transportskrue anordnet i tilknytning til tankens bunnparti.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at det anvendes en transportskrue som er anordnet i en nedfelling i tankens bunnparti og forbundet med tankbunnen via en spalte, og hvor den uløselige bunnfraksjon under rørevirkningen faller ned i nedfellingen til skruens virkeområde og føres ut.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at det anvendes en transportskrue hvis rotasjonsretning er innrettet til å reverseres.

5. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at under hydrolysen holdes blandingen omrørt ved hjelp av et mekanisk røreverk, og rotasjonsretningen til transportskruen i tankens bunnparti reverseres for attføring av komponenter fra nedfellingen i skruens virkeområde og tilbake til tankvolumet.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at nedkjølingen under trinn (3) og oppvarmingen under trinn (5) gjennomføres i en beholder omfattende en varmeveksler som gjennomstrømmes av et tempereringsfluid, så som en et varmevekslingssystem som omfatter både varmekapper rundt beholderen og vertikale varme/kjøle flater innvendig i beholderen.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det anvendes kollagen og proteinholdige råstoffer fra fisk, skalldyr, dyr eller fugler.

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 7, karakterisert ved at det anvendes kollagen og proteinholdige råstoffer som er biprodukter fra fiskeindustrien og/eller slakteindustrien.

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at (b) nedkjøles uten agitasjon til en temperatur på10-25°C for fisk, fortrinnsvis 20-22 °C, 25-40°C for dyr, fortrinnsvis 32-35°C, og 30-45°C for fugl, fortrinnsvis 33-40 °C.

10. En klaringstank for separasjon av kollagen, omfattende innløp for tilsetning av hydrolysat, og utløp for uttak av kollagen og de resterende komponenter, karakterisert ved at klaringstanken omfatter et varmevekslingssystem som omfatter både varmekapper rundt tanken og vertikale varme/kjøle flater innvendig i tanken som eventuelt kan være bølgeformet for å øke flatearealet.

11. Anvendelse av klaringstanken i samsvar med krav 10, til separasjon av kollagen fra proteinholdige hydrolysater.

12. Anvendelse av klaringstanken i samsvar med krav 10, i en prosess i samsvar med krav 1.