PL208934B1 - Sposób wytwarzania żelatyny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania żelatyny z kości zwierząt.

Żelatyna jest białkiem zwierzęcym, które nie występuje w przyrodzie, lecz jest otrzymywana metodami chemiczno-termicznymi z kolagenu. Surowcem do produkcji żelatyny jest kolagen występujący w skórze, kościach i innych rodzajach tkanki łącznej. Kolagen ma bardzo skomplikowaną i rozwiniętą strukturę białkową, która podczas procesu wytwarzania żelatyny ulega częściowej redukcji, co w konsekwencji powoduje zmiany charakterystycznych właściwości fizycznych i chemicznych kolagenu.

Wytwarzanie żelatyny z kości zwierzęcych jest procesem o dużym stopniu komplikacji. Pierwszym etapem procesu jest odpowiednie przygotowanie surowca kostnego. Etap ten polega na tym, że kości stanowiące produkt odpadowy z uboju zwierząt, po uprzednim wykrojeniu mięsa i wstępnym sortowaniu, rozdrabnia się na śrut kostny i prowadzi się odtłuszczanie za pomocą gorącej wody lub pary. Wysuszony i odtłuszczony śrut kostny poddaje się procesowi demineralizacji - maceracji, traktując go rozcieńczonym, kilkuprocentowym kwasem solnym przez kilka lub kilkanaście dni. Tak oczyszczony surowiec kostny, zwany osseiną, służy do wytwarzania żelatyny. Wytrącony z kwaśnego ekstraktu kostnego produkt uboczny zawierający sole wapnia, jest stosowany jako składnik in. mieszanek paszowych.

Przygotowaną metodą kwasową osseinę poddaje się wielostopniowej ekstrakcji przy pomocy gorącej wody, podnosząc temperaturę procesu w kolejnych ekstrakcjach. Pierwsze frakcje, uzyskane przy najniższej temperaturze, dają żele najwyższej jakości. Pozostały po pierwszej ekstrakcji materiał poddaje się ponownie ekstrakcji przy pomocy świeżej wody o wyższej temperaturze. Proces ten jest tak długo kontynuowany, aż resztki żelatyny przejdą do roztworu. Otrzymany w wyniku ekstrakcji roztwór żelatyny jest następnie oczyszczany różnymi znanymi metodami, na przykład na wysokosprawnych wirówkach i filtrach, ze śladowych ilości tłuszczu i włókienek pochodzących z surowca. Kolejne etapy procesu to zagęszczanie, chłodzenie, suszenie, mielenie, mieszanie żelatyny i konfekcjonowanie.

Liczne problemy technologiczne są związane z pierwszym etapem przygotowania surowca do produkcji żelatyny, w którym wytwarza się śrut kostny, a zwłaszcza z etapem odtłuszczania surowca kostnego. W procesie odtłuszczania surowca kostnego przed poddaniem maceracji konieczne jest wprowadzenie do surowca dużej ilości wody o temperaturze bardzo wysokiej, a następnie odprowadzenie tej wody wraz z wypłukanym tłuszczem. W procesie odtłuszczania usuwa się z surowca około 70% tłuszczu wprowadzonego wraz z kośćmi, w postaci wodno-tłuszczowej emulsji stanowiącej trudne do dalszego przerobu pozostałości poprocesowe, z których powstają znaczne ilości ścieków. Ze względu na dużą objętość wody wprowadzonej do surowca objętość ścieków powstających na tym etapie też jest znacząca, co powoduje powstanie dużych kosztów związanych z zabezpieczeniem środowiska przed negatywnymi skutkami. Nie bez znaczenia dla całości procesu jest także to, iż proces odtłuszczania prowadzi się w wysokiej temperaturze, co wiąże się z dużym zużyciem energii elektrycznej i cieplnej koniecznej do podgrzania i utrzymywania w wysokiej temperaturze zawartości reaktora. Energia elektryczna i cieplna jest także zużywana w procesie suszenia produktu w bardzo wysokiej temperaturze i dalszego segregowania śrutu kostnego.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO 9421739 znana jest metoda wytwarzania żelatyny z różnego rodzaju surowca zawierającego kolagen. W metodzie według zgłoszenia surowiec mieli się na cząstki o wielkości nie przekraczającej 1 mm i miesza się zmielony surowiec z wodą w celu uzyskania zawiesiny. Do zawiesiny dodaje się kwas do ustalenia pH na poziomie od 2 do 5 i podgrzewa się zawiesinę do temperatury 60-1300°C w czasie od 1 sekundy do 1 godziny. W kolejnym etapie do zawiesiny dodaje się zasadę w celu podwyższenia wartości pH i zawiesinę rozdziela się na fazę ciekłą zawierającą żelatynę i fazę stałą, po czym z fazy ciekłej odzyskuje się żelatynę poprzez filtrację i oczyszczanie. Etapem wstępnym w metodzie według wynalazku może być odtłuszczanie surowca do zawartości tłuszczu na poziomie około 3%. Etap ten jest wskazany jako niekonieczny, jednak należy mieć na względzie, że metoda według zgłoszenia znajduje zastosowanie dla różnego rodzaju surowca, także surowca o niewielkiej zawartości tłuszczu (np. skóry wołowe), a w takim przypadku odtłuszczanie rzeczywiście może okazać się zbędne. Analiza treści opisu, a zwłaszcza przykładów, pozwala na stwierdzenie, że w przypadku użycia kości zwierzęcych jako surowca zawierającego kolagen przeprowadza się wstępny etap odtłuszczania przy użyciu technologii i stosownych urządzeń według Alfa Laval Centribone.

W metodzie wedł ug zgł oszenia WO 9421739 etap maceracji prowadzi się w wysokiej temperaturze. Wprawdzie można w ten sposób skrócić czas trwania procesu wytwarzania żelatyny, jednak

PL 208 934 B1 w wysokiej temperaturze szybkość reakcji znacząco rośnie, a tym samym rośnie szybkość rozkładu materiału organicznego. W takich warunkach ustalenie czasu maceracji niezbędnego do uzyskania w dalszej części procesu żelatyny o z góry założonej jakości staje się niezwykle trudne. Ponadto konieczność mielenia surowca do bardzo małych cząstek i dodawania do nich dużej ilości wody oraz prowadzenie maceracji w wysokiej temperaturze wiąże się z dużym zużyciem energii. W przypadku wykorzystania jako surowca kości zwierzęcych proces według zgłoszenia WO 9421739 jest niewątpliwie prowadzony ze wstępnym odtłuszczaniem, ponieważ zarówno na schematycznym przedstawieniu etapów procesu, jak i w opisie wynalazku nie ma żadnej informacji o usuwaniu wprowadzonego z kośćmi tł uszczu w innym niż wstę pny etapie, a tł uszcz z pewnoś cią musi być usunię ty ze ś rodowiska reakcji.

Celem wynalazku było opracowanie takiego sposobu wytwarzania żelatyny, w którym problemy związane ze wstępnym odtłuszczaniem surowca w postaci rozdrobnionych kości zostałyby usunięte, zwłaszcza zostałaby zmniejszona objętość szkodliwych dla środowiska ścieków, a także obniżony zostałby poziom zużycia energii elektrycznej i cieplnej.

Sposób wytwarzania żelatyny według wynalazku polega na tym, że rozdrobnione kości zwierzęce poddaje się procesowi maceracji przy użyciu kwasu o stężeniu nie wyższym niż 34%, w czasie od 1 do 14 dni, w trakcie maceracji lub po jej zakończeniu z ługów pomaceracyjnych oddziela się sole wapnia, a uzyskaną tak osseinę, po usunięciu resztek kwasu, korzystnie na drodze płukania wodą, ewentualnie z dodatkiem substancji zasadowej, poddaje się co najmniej jednokrotnej ekstrakcji wodą w temperaturze od 40 do 1200°C. W celu otrzymania żelatyny oczyszcza się ekstrakt wodny ż elatyny znanymi metodami, zatęża się ekstrakt, ewentualnie suszy się i mieli. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że tłuszcz usuwa się ze środowiska reakcji w czasie procesu maceracji i/lub ekstrakcji i/lub po zakończeniu procesu maceracji i/lub ekstrakcji na drodze rozdzielania fazy wodnej i fazy tłuszczowej lub, w przypadku gdy tłuszcz usuwa się po zakończeniu procesu ekstrakcji, na drodze rozdzielenia fazy wodnej zawierającej żelatynę, fazy tłuszczowej i fazy stałej lub na drodze rozdzielenia fazy wodnej zawierającej żelatynę od fazy tłuszczowej połączonej z fazą stałą.

Rozdzielanie fazy tłuszczowej i fazy wodnej prowadzi się metodą ciągłą lub okresową.

Korzystnie jako kwas stosuje się kwas solny.

Przed etapem maceracji kości można poddać odmięśnieniu.

Korzystnie rozdrobnione i ewentualnie odmięśnione kości zwierzęce płucze się wodą.

Proces maceracji prowadzi się z mieszaniem zawartości reaktora lub bez mieszania zawartości reaktora.

Korzystnie kwas w procesie maceracji podaje się do reaktora z dołu i/lub z boku, a ługi pomaceracyjne odbiera się z góry reaktora.

Korzystnie kwas w procesie maceracji podaje się z od góry reaktora, a ługi pomaceracyjne odbiera się od dołu i/lub z boku reaktora.

Korzystnie kwas w procesie maceracji podaje się z boku reaktora, a ługi pomaceracyjne odbiera się od góry i/lub z dołu i/lub z boku reaktora.

Korzystnie kości segreguje się według gatunku zwierząt i/lub rodzaju kości.

Istotą wynalazku jest usuwanie tłuszczu na etapie i/lub po etapie ekstrakcji i/lub maceracji, a nie. jak w znanych procesach, przed poddaniem surowca kostnego maceracji kwasem. Przesunię cie etapu odtłuszczania do fazy maceracji i/lub ekstrakcji pozwoliło na znaczące zmniejszenie objętości ścieków powstających w procesie ze względu na niewprowadzanie dużej ilości wody, gdyż, zgodnie ze sposobem według wynalazku, cały pierwszy etap procesu otrzymywania żelatyny, a mianowicie wytwarzanie odtłuszczonego śrutu kostnego, został wyeliminowany. Materiał kostny przekazywany z zakł adów przetwórstwa mię snego i innych miejsc wymaga jedynie rozdrobnienia, po czym, bez wstępnego odtłuszczania oraz bez suszenia, jest przekazywany do produkcji żelatyny. Ewentualnie kości poddaje się odmięśnieniu, jeżeli nie zostały uprzednio odmięśnione w zakładzie przetwórstwa mięsnego. W rezultacie następuje wyeliminowanie całego modułu maszyn i urządzeń wytwarzania odtłuszczonego śrutu kostnego oraz instalacji z nimi związanych i powierzchni produkcyjnej. Powoduje to bardzo dużą oszczędność energii elektrycznej i cieplnej i znaczne zmniejszenie kosztów związanych z obróbką ścieków z udziałem pewnych ilości tłuszczu i białka oraz znaczne zmniejszenie kosztów wytworzenia gotowego wyrobu. Tłuszcz usuwany na etapie ekstrakcji w zdecydowanie mniejszym stopniu zawiera wodę i dzięki temu można go znacznie łatwiej i taniej oddzielić, a następnie wykorzystać jako surowiec do różnych zastosowań, m. in. w przemyśle chemicznym.

PL 208 934 B1

Sposób według wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania, a schemat procesu wytwarzania żelatyny został przykładowo przedstawiony na rysunku.

P r z y k ł a d 1

Kości wieprzowe pochodzące z zakładów przetwórstwa mięsnego i innych miejsc wraz z pozostałą tkanką mięsną rozdrabnia się na części o wymiarach od 1 do 10 mm i odpłukuje się zimną wodą w celu usunię cia resztek krwi. Rozdrobnione koś ci wprowadza się do reaktora i zalewa się wielokrotnie kwasem solnym o stężeniu 3,8% w proporcji objętościowej kości do roztworu kwasu jak 1:2,27, do czasu uzyskania zmacerowania kości. W tym czasie z ługów pomaceracyjnych oddziela się poprzez wytrącenie sole wapnia. Po zakończeniu maceracji, która trwa od 1 do 14 dni, wytworzoną osseinę przemywa się wodą w celu usunięcia kwasu, aż do uzyskania pH nie wyższego niż 5. Następnie osseinę zalewa się wodą w ilości nie większej niż 5 objętości osseiny i podgrzewa się do temperatury 50°C. Proces ekstrakcji prowadzi się kilkakrotnie, do czasu przejścia żelatyny z osseiny do roztworu wodnego, a następnie odbiera się z reaktora roztwór żelatyny w wodzie. Fazę tłuszczową usuwa się okresowo z górnej części reaktora przez odpompowanie. Fazę wodną z żelatyną odbiera się z reaktora do zbiorników, a następnie prowadzi się jej oczyszczanie, dejonizowanie, ewentualnie z udziałem ultrafiltracji. Następnie prowadzi się zatężanie na wyparkach, chłodzenie, suszenie, mielenie, mieszanie i pakowanie gotowego wyrobu. Pozostałość po procesie ekstrakcji wyprowadza się z reaktora w celu oddzielenia pozostałości tłuszczu, roztworu żelatyny oraz części stałych. Uzyskano żelatynę o twardoś ci ż elu 253 bloom.

P r z y k ł a d 2

Kości wieprzowe pochodzące z zakładów przetwórstwa mięsnego i innych miejsc wraz z pozostałą tkanką mięsną rozdrabnia się na części o wymiarach od 1 do 10 mm. Rozdrobnione kości wprowadza się do reaktora i zalewa się wielokrotnie kwasem solnym o stężeniu 4.2% w proporcji objętościowej kości do roztworu kwasu jak 1:2,5 do czasu uzyskania zmacerowania kości. W tym czasie z ł ugów pomaceracyjnych oddziela się poprzez wytrą cenie sole wapnia. Po zakoń czeniu maceracji, która trwa od 1 do 14 dni, wytworzoną osseinę przemywa się wodą w celu usunięcia kwasu, aż do uzyskania pH nie wyższego niż 5. Następnie osseinę zalewa się wodą w ilości nie większej niż 5 objętości osseiny i podgrzewa się do temperatury 55°C. Proces ekstrakcji prowadzi się kilkakrotnie, do czasu przejścia żelatyny z osseiny do roztworu wodnego, a następnie odbiera się z reaktora roztwór żelatyny w wodzie. Po zakończeniu procesu ekstrakcji pozostałość znajdującą się w reaktorze przesyła się do oddzielnego zbiornika, w którym następuje wstępne odebranie tłuszczu przez odpompowanie. Następnie pozostałość przekazuje się do dekantera, gdzie następuje rozdzielenie pozostałego tłuszczu, fazy wodnej zawierającej żelatynę i fazy stałej. Fazy wodne zawierające żelatynę pochodzące z etapu ekstrakcji i odebrane po dekanterze oczyszcza się i poddaje dejonizacji, ewentualnie z udział em ultrafiltracji. Kolejne etapy to zatężanie na wyparkach, chł odzenie, suszenie, mielenie, mieszanie i pakowanie gotowego wyrobu. Uzyskano żelatynę o twardości żelu 302 bloom.

P r z y k ł a d 3

Z kości wieprzowych pochodzących z zakładów przetwórstwa mięsnego i innych miejsc usuwa się tkankę mięsną, po czym rozdrabnia się je na części o wymiarach od 1 do 10 mm i odpłukuje się zimną wodą w celu usunięcia resztek krwi. Rozdrobnione kości wprowadza się do reaktora i zalewa się wielokrotnie kwasem solnym o stężeniu 3,5% w proporcji objętościowej kości do roztworu kwasu jak 1:2,25. do czasu uzyskania zmacerowania kości. W tym czasie z ługów pomaceracyjnych oddziela się poprzez wytrącenie sole wapnia oraz, okresowo, fazę tłuszczową z górnej części reaktora. Podczas etapu maceracji usuwa się około 20% tłuszczu. Po zakończeniu maceracji, która trwa od 1 do 14 dni, wytworzoną osseinę przemywa się wodą z dodatkiem zasady, w celu usunięcia kwasu, aż do uzyskania pH nie wyższego niż 5. Następnie osseinę zalewa się wodą w ilości nie większej niż 5 objętości osseiny i podgrzewa się do temperatury 99°C. Proces ekstrakcji prowadzi się kilkakrotnie, podwyższając temperaturę, do czasu przejścia żelatyny z osseiny do roztworu wodnego, a następnie odbiera się z reaktora roztwór żelatyny w wodzie. Podczas każdej ekstrakcji fazę tłuszczową usuwa się okresowo z górnej części reaktora przez odpompowanie. Fazę wodną z żelatyną odbiera się z reaktora do zbiorników. Pozostałość po procesie ekstrakcji wyprowadza się z reaktora w celu oddzielenia pozostałości tłuszczu, roztworu żelatyny oraz części stałych. Fazy wodne zawierające żelatynę oczyszcza się, dejonizuje, ewentualnie z udziałem ultrafiltracji, zatęża się na wyparkach, chłodzi się, suszy, mieli, miesza i pakuje się gotowy wyrób. Uzyskano żelatynę o twardości żelu 248 bloom.

Claims (12)

1. Sposób wytwarzania ż elatyny polegają cy na poddaniu rozdrobnionych koś ci zwierzę cych procesowi maceracji przy użyciu kwasu o stężeniu nie wyższym niż 34% w czasie od 1 do 14 dni, oddzieleniu soli wapnia w trakcie maceracji lub po jej zakończeniu, usunięciu resztek kwasu, ewentualnie z dodaniem substancji zasadowej i następnie poddaniu tak uzyskanej osseiny co najmniej jednokrotnej ekstrakcji wodą w temperaturze od 40 do 1200°C, a następnie oczyszczeniu ekstraktu wodnego żelatyny, zatężeniu ekstraktu, ewentualnie suszeniu i ewentualnie mieleniu, znamienny tym, że tłuszcz usuwa się ze środowiska reakcji w czasie procesu maceracji i/lub ekstrakcji i/lub po zakończeniu procesu maceracji i/lub ekstrakcji, na drodze rozdzielania fazy wodnej zawierającej żelatynę i fazy tłuszczowej lub, w przypadku gdy tłuszcz usuwa się po zakończeniu procesu ekstrakcji, na drodze rozdzielenia fazy wodnej zawierającej żelatynę, fazy tłuszczowej i fazy stałej lub na drodze rozdzielenia fazy wodnej zawierającej żelatynę od fazy tłuszczowej połączonej z fazą stałą.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że usuwanie tłuszczu prowadzi się w sposób ciągły.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e usuwanie tłuszczu prowadzi się w sposób okresowy.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e jako kwas stosuje się kwas solny.

5. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e przed procesem maceracji koś ci poddaje się odmięśnieniu.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdrobnione i ewentualnie odmięśnione kości zwierzęce płucze się wodą.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces maceracji prowadzi się z mieszaniem zawartości reaktora.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces maceracji prowadzi się bez mieszania zawartości reaktora.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kwas w procesie maceracji podaje się do reaktora z dołu i/lub z boku, a ługi pomaceracyjne odbiera się z góry reaktora.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kwas w procesie maceracji podaje się od góry reaktora, a ługi pomaceracyjne odbiera się od dołu i/lub z boku reaktora.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kwas w procesie maceracji podaje się boku reaktora, a ługi pomaceracyjne odbiera się od góry i/lub z dołu i/lub z boku reaktora.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kości segreguje się według gatunku zwierząt i/lub rodzaju kości.