RU2728468C1 - Method for production of a protein food additive from meat and bone raw material - Google Patents
Method for production of a protein food additive from meat and bone raw material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2728468C1 RU2728468C1 RU2020102481A RU2020102481A RU2728468C1 RU 2728468 C1 RU2728468 C1 RU 2728468C1 RU 2020102481 A RU2020102481 A RU 2020102481A RU 2020102481 A RU2020102481 A RU 2020102481A RU 2728468 C1 RU2728468 C1 RU 2728468C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- protein
- fraction
- meat
- additive
- fat
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23J—PROTEIN COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS; WORKING-UP PROTEINS FOR FOODSTUFFS; PHOSPHATIDE COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS
- A23J1/00—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites
- A23J1/10—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from hair, feathers, horn, skins, leather, bones, or the like
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Meat, Egg Or Seafood Products (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к пищевой и биотехнологической промышленности и направлено на получение из белковой части вторичного мясокостного сырья (трубчатые и реберные кости крупного рогатого скота (КРС) и свиней, костный шрот, лапы, кости и головы птиц и др.), характеризующегося высоким содержанием коллагена и минеральных веществ, пищевых водорастворимых протеиновых добавок высокой усвояемости. При этом используются эффективные методы гидролиза данного белка, обеспечивающие его максимальное извлечение водной экстракцией из сырья за счет уменьшения его молекулярной массы, что обусловливает высокую усвояемость протеиновой добавки. Способ также позволяет получать из мясокостного сырья ценные сопутствующие продукты - жировую и минеральную композиции животного происхождения. The invention relates to the food and biotechnological industry and is aimed at obtaining from the protein part of secondary meat and bone raw materials (tubular and rib bones of cattle (cattle) and pigs, bone meal, paws, bones and heads of birds, etc.), characterized by a high content of collagen and minerals, food water-soluble protein supplements of high digestibility. At the same time, effective methods of hydrolysis of this protein are used, ensuring its maximum extraction by water extraction from raw materials by reducing its molecular weight, which leads to a high digestibility of the protein supplement. The method also makes it possible to obtain valuable by-products from meat and bone raw materials - fat and mineral compositions of animal origin.
Известен способ получения гидролизатов белка из животного белоксодержащего сырья в водной среде нагреванием в течение 25-45 мин. при температуре 180-220°С и давлении 50-75 бар, при этом образуются две фракции: 1 - осадок, содержащий нерастворимые высокомолекулярные белки и минеральные вещества, и водный верхний слой, содержащий водорастворимые белки, образованные в результате высокотемпературного расщепления коллагенсодержащих нерастворимых белков до низкомолекулярного растворимого состояния (RU 2374893. МПК A23J 3/30, опубл. 10.12.2009 г.).A known method of obtaining protein hydrolysates from animal protein-containing raw materials in an aqueous medium by heating for 25-45 minutes. at a temperature of 180-220 ° C and a pressure of 50-75 bar, while two fractions are formed: 1 - a precipitate containing insoluble high molecular weight proteins and minerals, and an aqueous upper layer containing water-soluble proteins formed as a result of high-temperature cleavage of collagen-containing insoluble proteins to low molecular weight soluble state (RU 2374893. IPC A23J 3/30, publ. 10.12.2009).
Недостатком данного способа является невысокий удельный вес перехода нерастворимых высокомолекулярных белков в растворимую форму при использовании коллагенсодержащего высокоминерализованного мясного сырья крупного рогатого скота (КРС), например, говяжьих трубчатых костей. Неполнота выхода обусловлена однократностью процесса термогиролиза под действием высоких температур и давления. При таком способе всего 30-40% коллагенсодержащего минерализованного белка расщепляется до растворимого в воде состояния и экстрагируется в воду, а в осадочной части остается 60-70% его первоначального содержания в сырье. Способ не эффективен по степени водной экстракции белковых веществ, поскольку после сушки раствора массовая доля протеиновой водорастворимой добавки составляет всего 4-5% от массы сырья, что является низким показателем, а содержание в ней белка составляет 67-71% от его содержания в сырье. При таком способе даже после фракционирования жидкого гидролизата (например, центрифугированием) и отделения жировой и осадочной частей протеиновая добавка не является чистой по химическому составу и содержит минеральные вещества (7-13%) и жир (12-18%), вытопленный из костей.The disadvantage of this method is the low specific gravity of the transition of insoluble high molecular weight proteins into a soluble form when using collagen-containing highly mineralized meat raw materials of cattle (cattle), for example, beef tubular bones. The incompleteness of the output is due to the one-time process of thermogyrolysis under the influence of high temperatures and pressure. With this method, only 30-40% of collagen-containing mineralized protein is broken down to a water-soluble state and extracted into water, and 60-70% of its initial content in the raw material remains in the sedimentary part. The method is not effective in terms of the degree of water extraction of protein substances, since after drying the solution, the mass fraction of the water-soluble protein additive is only 4-5% of the raw material mass, which is a low indicator, and the protein content in it is 67-71% of its content in the raw material. With this method, even after fractionating the liquid hydrolyzate (for example, by centrifugation) and separating the fat and sedimentary parts, the protein additive is not pure in chemical composition and contains minerals (7-13%) and fat (12-18%) melted from the bones.
Известен способ получения пищевых добавок из измельченного коллагенсодержащего рыбного сырья (головы, кости, чешуя) при температурной обработке любым известным способом, например, варкой в воде или горячей сушкой, при температуре 100-130°С (RU 2002102173. МПК A23L 1/325, A23L 1/30, опубл. 10.04.2004 г.).A known method of producing food additives from crushed collagen-containing fish raw materials (heads, bones, scales) by heat treatment by any known method, for example, by cooking in water or hot drying, at a temperature of 100-130 ° C (RU 2002102173. IPC A23L 1/325, A23L 1/30, publ. 10.04.2004).
Недостатком способа является невозможность за один цикл термообработки перевести в водорастворимое состояние весь белок (преимущественно коллаген) из коллагенсодержащего высокоминерализованного мясокостного сырья КРС (например, говяжьих трубчатых костей). В рыбе вообще отсутствуют трубчатые кости, костный аппарат включает позвоночные хребты с реберными костями и кости головы, которые гораздо менее прочные, чем в несущем аппарате наземных животных. Мясокостное рыбное сырье содержит существенно меньше соединительной ткани, кости менее минерализованы, что в совокупности позволяет высокотемпературной варкой или сушкой получить водорастворимую белковую субстанцию. При реализации предложенного способа на мясокостном животном сырье (например, при обработке трубчатых костей КРС) выход белковой части в растворенное состояние (степень экстракции) составляет всего 15-27% от первоначального содержания белка в сырье. После сушки раствора массовая доля белковой водорастворимой добавки составляет всего 2-3% от массы сырья, при этом добавка также содержит сопутствующие вещества даже после их отделения фракционированием (минеральные вещества и жир), что свидетельствует о низкой эффективности способа.The disadvantage of this method is the impossibility for one cycle of heat treatment to transfer to a water-soluble state all protein (mainly collagen) from collagen-containing highly mineralized meat and bone raw materials of cattle (for example, beef bones). In fish, there are no tubular bones at all, the bony apparatus includes vertebral ridges with rib bones and head bones, which are much less strong than in the supporting apparatus of terrestrial animals. Fish meat and bone raw materials contain significantly less connective tissue, bones are less mineralized, which together allows high-temperature cooking or drying to obtain a water-soluble protein substance. When implementing the proposed method on meat and bone animal raw materials (for example, when processing long bones of cattle), the yield of the protein part in a dissolved state (extraction rate) is only 15-27% of the initial protein content in the raw material. After drying the solution, the mass fraction of the water-soluble protein additive is only 2-3% of the raw material mass, while the additive also contains accompanying substances even after they are separated by fractionation (minerals and fat), which indicates the low efficiency of the method.
Известен способ получения водорастворимых препаратов коллагена из медузы ропилемы Rhopilema Asamushi с использованием ультразвуковой обработки и ферментативного гидролиза, при котором переводится в растворимую форму до 74% от исходного состава коллагена. Обработку ультразвуком проводят при мощности излучения 130 Вт (Т.Н. Пивненко Ю.М. Позднякова, А.Н. Ковалев Исследование способов получения низкомолекулярного коллагена из медузы Ропилемы RHOPILEMA ASAMUSHI (Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет). Научные труды Дальрыбвтуза. 2017. № 4 (т. 43), с.74-82).A known method of obtaining water-soluble collagen preparations from the ropilema jellyfish Rhopilema Asamushi using ultrasonic treatment and enzymatic hydrolysis, in which up to 74% of the original composition of collagen is converted into a soluble form. Ultrasonic treatment is carried out at a radiation power of 130 W (T.N. Pivnenko Yu.M. Pozdnyakova, A.N. Kovalev Investigation of methods for obtaining low molecular weight collagen from the Ropilema jellyfish RHOPILEMA ASAMUSHI (Far Eastern State Technical Fisheries University). Scientific works of Dalrybvtuz. 2017. No. 4 (v. 43), pp. 74-82).
Недостатком способа является низкое качество коллагеновых растворов, поскольку при данных условиях происходит образование наряду с низкомолекулярными водорастворимыми пептидами крупных нерастворимых молекул, агрегирующих в нерастворимые набухшие ассоциированные конгломераты. Важно также, что при обработке по данному способу высокомолекулярного высокоминерализованного мясокостного сырья получение санитарно безопасной пищевой добавки невозможно, поскольку способ не предусматривает термообработки, гарантирующей уничтожение термостойких возбудителей болезней животных, потенциально возможных в исходном сырье. Следует отметить, что при использовании данного способа для переработки мясокостного сырья выход водорастворимой протеиновой жидкой фракции будет менее 6% водной фракции от массы сырья. Это составляет менее 1% сухой формы протеиновой фракции от массы сырья, что является очень низким показателем. Данный факт обусловлен тем, что глубокое полное разрушение минерализованных коллагеновых фибрилл, характерных для костей животных, в отличие от коллагена гидробионтов, невозможно только ферментативным гидролизом, даже при одновременном воздействии ультразвуком. Предлагаемый способ не эффективен для качественного получения протеиновой высоко усвояемой безопасной добавки из мясокостного сырья.The disadvantage of this method is the low quality of collagen solutions, since under these conditions, along with low molecular weight water-soluble peptides, large insoluble molecules are formed, aggregating into insoluble swollen associated conglomerates. It is also important that when processing high-molecular highly mineralized meat and bone raw materials by this method, it is impossible to obtain a sanitary safe food additive, since the method does not provide for heat treatment that guarantees the destruction of heat-resistant pathogens of animal diseases that are potentially possible in the feedstock. It should be noted that when using this method for processing meat and bone raw materials, the output of the water-soluble protein liquid fraction will be less than 6% of the water fraction of the raw material mass. This is less than 1% of the dry form of the protein fraction based on the mass of raw materials, which is a very low indicator. This fact is due to the fact that deep complete destruction of mineralized collagen fibrils, characteristic of animal bones, in contrast to the collagen of aquatic organisms, is impossible only by enzymatic hydrolysis, even with simultaneous exposure to ultrasound. The proposed method is not effective for high-quality production of highly assimilable protein supplements from meat and bone raw materials.
Наиболее близким техническим решение является способ получения пищевых добавок, в том числе пищевой протеиновой добавки, из вторичного рыбного сырья с применением гидролиза, включающий измельчение сырья, гомогенизацию в жидкой среде, ферментативный гидролиз, термообработку при температуре 150-170°С и давлении 10-12 бар в течение 2-4 часов, охлаждение, фракционирование с разделением на осадочную и жидкую фракции, обезжиривание и сушку жидкой фракции. При этом ферментативную обработку проводят под действием собственных ферментов в водно-спиртовом растворе экстракта листьев мяты, а охлаждение суспензии с целью наиболее полного обезжиривания ведут в два этапа, удаляя жировую фракцию в жидком и замороженном (твердом) состояниях (RU 2681352. МПК A23L 17/00, A23L 33/18, A23L 33/115, A23J 1/10, опубл. 06.03.2019 г.).The closest technical solution is a method of obtaining food additives, including a food protein additive, from secondary fish raw materials using hydrolysis, including grinding the raw materials, homogenization in a liquid medium, enzymatic hydrolysis, heat treatment at a temperature of 150-170 ° C and a pressure of 10-12 bar for 2-4 hours, cooling, fractionation with separation into sediment and liquid fractions, degreasing and drying of the liquid fraction. In this case, the enzymatic treatment is carried out under the action of its own enzymes in an aqueous-alcoholic solution of the extract of mint leaves, and the cooling of the suspension for the most complete defatting is carried out in two stages, removing the fat fraction in liquid and frozen (solid) states (RU 2681352. IPC A23L 17 / 00, A23L 33/18, A23L 33/115, A23J 1/10, publ. 03/06/2019).
Недостатком способа является его неэффективность применительно к мясокостному коллагенсодержащему высокоминерализованному сырью. Выход жидкой протеиновой водорастворимой фракции из данного сырья, например, при обработке трубчатых говяжьих костей, составляет 5-7% массы сырья, что после сушки раствора эквивалентно значению выхода протеиновой добавки всего 2-3% от массы сырья. Это объясняется особенностями и существенными различиями химических составов вторичного рыбного и мясокостного сырья, что обусловливает соответствующие выходы после высокотемпературной обработки водной суспензии, из которой получают протеиновые пищевые добавки. В рыбном вторичном сырье отходы менее минерализованы, чем в мясокостном сырье (прежде всего, в трубчатых костях КРС). Поэтому для перехода коллагеновых минерализованных белков в водорастворимое состояние не достаточно ферментации под действием собственных ферментов (рыбных или мясных) даже при длительной их выдержке в спиртовой среде мяты перечной. Собственные ферменты не гидролизуют мясокостное сырье, для деградирования которого требуются специфичные (специализированные) протеолитические ферменты. Поэтому эффект перевода в растворимое состояние высокоминерализованных высокомолекулярных белков будет незначительным. При этом существенно, что в жировой фракции рыбной суспензии после термообработки содержится много фосфолипидов, что является особенностью вторичного рыбного сырья. Образующиеся фосфолипиды являются хорошими эмульгаторами, мешающими разделению фракций, они уменьшают выход чистой протеиновой фракции. Для их удаления и получения протеиновой фракции без примесей необходим сложный путь обезжиривания, минимально в 2 этапа, с замораживанием. Однако этот путь не эффективен для обработки мясокостного сырья. Но основным недостатком способа является низкий удельный вес извлечения из высокоминерализованного коллагенсодержащего сырья низкомолекулярных протеинов и высокий процент примесей в получаемой протеиновой добавке.The disadvantage of this method is its inefficiency in relation to the meat and bone collagen-containing highly mineralized raw materials. The yield of a liquid protein water-soluble fraction from this raw material, for example, when processing tubular beef bones, is 5-7% of the mass of the raw material, which after drying the solution is equivalent to the value of the yield of a protein supplement of only 2-3% of the mass of the raw material. This is due to the peculiarities and significant differences in the chemical composition of secondary fish and meat and bone raw materials, which determines the corresponding outputs after high-temperature processing of an aqueous suspension, from which protein food additives are obtained. In fish secondary raw materials, waste is less mineralized than in meat and bone raw materials (primarily, in cattle tubular bones). Therefore, for the transition of collagen mineralized proteins into a water-soluble state, fermentation under the action of their own enzymes (fish or meat) is not enough, even with their prolonged exposure in an alcoholic medium of peppermint. Own enzymes do not hydrolyze meat and bone raw materials, for the degradation of which specific (specialized) proteolytic enzymes are required. Therefore, the effect of solubilizing highly mineralized high molecular weight proteins will be insignificant. At the same time, it is important that the fat fraction of the fish suspension after heat treatment contains many phospholipids, which is a feature of secondary fish raw materials. The resulting phospholipids are good emulsifiers that interfere with the separation of fractions, they reduce the yield of the pure protein fraction. To remove them and obtain a protein fraction without impurities, a complex way of defatting is required, at least in 2 stages, with freezing. However, this way is not effective for the processing of raw meat and bone. But the main disadvantage of this method is the low specific gravity of the extraction of low molecular weight proteins from highly mineralized collagen-containing raw materials and a high percentage of impurities in the resulting protein supplement.
Изобретение решает задачу повышения эффективности способа получения протеиновой пищевой добавки из мясокостного сырья путем увеличения выхода и повышения качества экстрагируемых протеиновых компонентов из коллагенсодержащих и высокоминерализованных тканей за счет создания условий для интенсифицированного, более глубокого и специфичного гидролиза всех тканей сырья, в том числе высокомолекулярных нерастворимых белков, до низкомолекулярных водорастворимых пептидов, следствием чего является практически полное их экстрагирование водой из сырья, четкое разделение фракций при фракционировании, практически полное удаление жировых и минеральных примесей из гидролизованной массы и высокое качество целевого продукта - сухой протеиновой добавки.The invention solves the problem of increasing the efficiency of a method for producing a protein food supplement from meat and bone raw materials by increasing the yield and improving the quality of extracted protein components from collagen-containing and highly mineralized tissues by creating conditions for an intensified, deeper and more specific hydrolysis of all tissues of the raw materials, including high-molecular-weight insoluble proteins, to low molecular weight water-soluble peptides, which results in their almost complete extraction with water from raw materials, clear separation of fractions during fractionation, almost complete removal of fatty and mineral impurities from the hydrolyzed mass and high quality of the target product - a dry protein supplement.
Целевой эффект достигается тем, что осуществляют измельчение сырья, гомогенизацию в жидкой среде, термогидролиз при температуре 150-170°С и давлении 10-12 бар в течение 2-4 ч, охлаждение, фракционирование с разделением на осадочную белково-минеральную фракцию, жир и протеиновую жидкую фракцию, затем полученную осадочную белково-минеральную фракцию подвергают ферментативному гидролизу путем добавления водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, как 1:1-1:3, и смесь выдерживают в течение 1-3 ч при температуре 35-45°С, после чего смесь термообрабатывают при температуре 150-170°С и давлении 10-12 бар в течение 2-4 ч, затем охлаждают и фракционируют с разделением на жир, минеральные вещества и жидкую протеиновую фракцию, которую соединяют с жидкой протеиновой фракцией, полученной после термогидролиза, после чего полученную смесь концентрируют и высушивают, при этом операции термогидролиза, ферментативного гидролиза и термообработки осуществляют под воздействием ультразвука с частотой 22-26 кГц при мощности 140-150 Вт.The target effect is achieved by crushing the raw materials, homogenizing in a liquid medium, thermohydrolysis at a temperature of 150-170 ° C and a pressure of 10-12 bar for 2-4 hours, cooling, fractionation with separation into a sedimentary protein-mineral fraction, fat and protein liquid fraction, then the resulting sedimentary protein-mineral fraction is subjected to enzymatic hydrolysis by adding an aqueous solution of a proteolytic enzyme of collagenase specificity with a sediment: solution ratio of 1: 1-1: 3, and the mixture is kept for 1-3 hours at a temperature of 35- 45 ° C, after which the mixture is heat treated at a temperature of 150-170 ° C and a pressure of 10-12 bar for 2-4 hours, then cooled and fractionated with separation into fat, minerals and a liquid protein fraction, which is combined with a liquid protein fraction obtained after thermohydrolysis, after which the resulting mixture is concentrated and dried, while the operations of thermohydrolysis, enzymatic hydrolysis and heat treatment Ki is carried out under the influence of ultrasound with a frequency of 22-26 kHz at a power of 140-150 W.
Поставленная задача повышения эффективности способа получения протеиновой пищевой добавки из мясокостного сырья решается за счет максимального перевода трудно растворимых высокомолекулярных (молекулярная масса ММ 500-1000 кДа) и высокоминерализованных (содержание минеральных веществ MB 32-39%) коллагеновых белков сырья в растворимое состояние за счет уменьшения их молекулярной массы до значений ММ 10-100 кДа. что достигается лишь при указанных операциях, режимах и параметрах способа. При этом полностью переходят в свободное состояние сопутствующие жировые (триглицериды) и минеральные компоненты (кальций и фосфор). Данный эффект обусловлен рациональным сочетанием и одновременностью воздействия в гидролизной системе физических и химических факторов при их определенных значениях. Ключевым моментом является обработка непрогидролизованной белково-минеральной осадочной фракции, оставшейся после термогидролиза сырья, раствором протеолитического фермента коллагеназной специфичности, что обусловливает глубокое «разрыхление» минерализованных коллагеновых молекул мясокостного осадка эндо- и экзопептидазами, разрыв пептидных и ионных связей и четкое разделение на минеральную (нерастворимую) и протеиновую (водорастворимую) части. Далее проферментированная протеино-минеральная суспензия подвергается повторному высокотемпературному гидролизу под давлением, результатом которого является окончательное термическое раздробление протеиновых молекул до низкомолекулярного пептидного состояния и экстракция этих «осколков» водой с образованием водного протеинового раствора. При этом окончательно освобождаются из клеток жировые молекулы (триглицериды) и переходят в свободное состояние минеральные вещества (кальций и фосфор). В образующейся смеси при отстаивании (или центрифугировании) полностью осаждается освобожденная тяжелая минеральная часть, а сверху в системе собирается более легкая по удельному весу жировая фракция, при этом между фракциями формируются четкие границы. Декантированием или трикантированием все три фракции четко разделяются, собираются, при этом жировая и минеральная фракции (в совокупности с данными фракциями, полученными при термогидролизе) используются по различным назначениям (производство мыла, удобрения и др.), а протеиновый водный раствор направляется на получение протеиновой пищевой добавки высокого качества. Для этого раствор низкомолекулярных пептидов соединяется с протеиновой фракцией, полученной при высокотемпературном термогидролизе сырья, а итоговая композиция обезвоживается (например, сублимированием).The posed task of increasing the efficiency of the method for producing a protein food supplement from meat and bone raw materials is solved by maximizing the conversion of hardly soluble high molecular weight (molecular weight MM 500-1000 kDa) and highly mineralized (MB mineral content 32-39%) collagen proteins of raw materials into a soluble state by reducing their molecular weight up to MW values of 10-100 kDa. which is achieved only with the specified operations, modes and method parameters. In this case, the accompanying fatty (triglycerides) and mineral components (calcium and phosphorus) completely pass into a free state. This effect is due to the rational combination and simultaneous action of physical and chemical factors in the hydrolysis system at their certain values. The key point is the processing of the non-hydrolyzed protein-mineral sedimentary fraction remaining after the thermohydrolysis of the raw material with a solution of the proteolytic enzyme of collagenase specificity, which causes a deep "loosening" of the mineralized collagen molecules of the meat-and-bone sediment with endo- and exopeptidases, rupture of peptide and ionic bonds and a clear separation into ) and protein (water-soluble) part. Further, the fermented protein-mineral suspension is subjected to repeated high-temperature hydrolysis under pressure, the result of which is the final thermal fragmentation of protein molecules to a low-molecular peptide state and the extraction of these "fragments" with water to form an aqueous protein solution. In this case, fatty molecules (triglycerides) are finally released from the cells and mineral substances (calcium and phosphorus) pass into a free state. In the resulting mixture during settling (or centrifugation), the liberated heavy mineral part is completely precipitated, and a lighter fat fraction in terms of specific gravity is collected from above in the system, while clear boundaries are formed between the fractions. By decanting or tricantizing, all three fractions are clearly separated, collected, while the fat and mineral fractions (in conjunction with these fractions obtained by thermohydrolysis) are used for various purposes (production of soap, fertilizers, etc.), and the protein water solution is sent to obtain protein high quality food additive. For this, a solution of low molecular weight peptides is combined with a protein fraction obtained by high-temperature thermohydrolysis of raw materials, and the final composition is dehydrated (for example, by sublimation).
Следует отметить, что указанные эффекты (практически полный гидролиз всех тканей мясокостного сырья, прежде всего, высокомолекулярных минерализованных молекул тропоколлагеновых волокон, последующая экстракция водорастворимых низкомолекулярных пептидов размером 10-100 кДа, ценный аминокислотный состав пептидов) достигаются только в результате постоянного ультразвукового воздействия на систему на основных операциях способа (термогидролиз, ферментация осадка, термогидролиз проферментированной массы) при определенных параметрах УЗ-обработки. За счет внешнего УЗ-воздействия в мясокостной системе возникает хаотическое броуновское движение сначала связанных, а потом свободных молекул, повышается равномерность температурного поля (что особенно важно при термогидролизе), интенсифицируется диффузии ферментов в коллагеновые белки (что важно при фермент-субстратном взаимодействии). Это в совокупности приводит к глубокому распаду всех клеток сырья и их коллагеновых оболочек, в том числе жировых клеток, следствием чего является полный выход жира в свободное состояние, полная деградация коллаген-минеральных комплексов с отделением минеральной части и полный распад высокомолекулярных коллагеновых белков сырья до низкомолекулярные пептидов, которые полностью переходят в водную среду. В результате после 2-х высокотемпературных термообработок мясокостного сырья (нативного и ферментированного осадка) образуются две системы, которые после разделения (отстаиванием, центрифугированием) четко формируют 3 фракции (верхняя - жировая, средняя - водорастворимые протеины, нижняя - минеральные вещества). Эти системы легко обезжириваются и деминерализуются ди- или трикантированием. В результате получают 2 водные фракции низкомолекулярных пептидных растворов, которые соединяют и высушивают, образуя одну протеиновую порошкообразную добавку. It should be noted that these effects (almost complete hydrolysis of all tissues of meat and bone raw materials, primarily high molecular weight mineralized molecules of tropocollagen fibers, subsequent extraction of water-soluble low molecular weight peptides 10-100 kDa in size, valuable amino acid composition of peptides) are achieved only as a result of constant ultrasonic action on the system on the main operations of the method (thermohydrolysis, sludge fermentation, thermohydrolysis of the fermented mass) under certain parameters of ultrasonic processing. Due to the external ultrasound effect in the meat and bone system, a chaotic Brownian movement of first bound and then free molecules arises, the uniformity of the temperature field increases (which is especially important in thermohydrolysis), the diffusion of enzymes into collagen proteins is intensified (which is important in the enzyme-substrate interaction). Together, this leads to a deep disintegration of all cells of raw materials and their collagen membranes, including fat cells, resulting in a complete release of fat into a free state, complete degradation of collagen-mineral complexes with separation of the mineral part and complete disintegration of high-molecular-weight collagen proteins of raw materials to low molecular weight peptides that completely pass into the aquatic environment. As a result, after 2 high-temperature heat treatments of meat and bone raw materials (native and fermented sediment), two systems are formed, which, after separation (settling, centrifugation), clearly form 3 fractions (upper - fatty, middle - water-soluble proteins, lower - mineral substances). These systems can be easily degreased and demineralized by di- or tricantization. As a result, 2 aqueous fractions of low molecular weight peptide solutions are obtained, which are combined and dried to form one protein powder supplement.
Только совокупность заявленных операций и режимов обеспечивает итоговый количественный выход 94-98% протеиновой части сырья, в зависимости от его вида, и получение после сушки протеиновой добавки, состоящей на 95-98% из низкомолекулярных высоко усвояемых пептидов (ММ 10-100 кДа). Такой показатель содержания и значения молекулярной массы пептидов свидетельствуют об их высокой усвояемости и биологической активности. Массовый выход сухой протеиновой добавки составляет 19-33% массы исходного сырья, в зависимости от его вида, что свидетельствует о практически полной депротеинизации мясокостного сырья, в зависимости от исходного содержания белка. Принимая во внимание факт получения добавки без химических реагентов, с применением высоких стерилизующих температур, можно констатировать санитарно-гигиеническую безопасность сушеного протеинового порошка и рациональность его применения в пищевых целях. При этом целевой продукт является не только свободным от токсичной микрофлоры, но и высококачественным по составу и биологической ценности, поскольку в его пептидах содержатся такие аминокислоты, как глицин, аланин, пролин, лизин, входящие в состав тропоколлагена мясокостного сырья и освободившиеся при гидролизе. Данные аминокислоты, а также олигопептиды (1-10 аминокислотных остатков в молекуле), образованию которых способствует ферментация осадочной части протеолитическими ферментами коллагеназной специфическими, чрезвычайно востребованы организмом на пластические, метаболические и энергетические цели. Их отдельное употребление или внесение в качестве обогащающей добавки в пищевые продукты является физиологически полезным организму.Only the combination of the stated operations and modes provides the final quantitative yield of 94-98% of the protein part of the raw material, depending on its type, and the receipt, after drying, of a protein supplement consisting of 95-98% low-molecular highly assimilable peptides (MW 10-100 kDa). This indicator of the content and values of the molecular weight of peptides indicate their high digestibility and biological activity. The mass yield of a dry protein supplement is 19-33% of the mass of the raw material, depending on its type, which indicates an almost complete deproteinization of meat and bone raw materials, depending on the initial protein content. Taking into account the fact of obtaining additives without chemical reagents, using high sterilizing temperatures, we can state the sanitary and hygienic safety of dried protein powder and the rationality of its use for food purposes. At the same time, the target product is not only free from toxic microflora, but also of high quality in composition and biological value, since its peptides contain such amino acids as glycine, alanine, proline, lysine, which are part of tropocollagen of meat and bone raw materials and released during hydrolysis. These amino acids, as well as oligopeptides (1-10 amino acid residues in the molecule), the formation of which is facilitated by the fermentation of the sedimentary part with specific collagenase proteolytic enzymes, are extremely demanded by the body for plastic, metabolic and energy purposes. Eating them alone or adding them as a food fortification supplement is physiologically beneficial to the body.
Достижение цели изобретения гарантируется специфическим сочетанием операций и количественных значений их параметров, предлагаемых в способе, обеспечивающих увеличение выхода и повышения качества готовой продукции, по следующим причинам.Achievement of the objective of the invention is guaranteed by a specific combination of operations and quantitative values of their parameters, proposed in the method, providing an increase in yield and an increase in the quality of finished products, for the following reasons.
Мясокостное сырье (прежде всего, трубчатые и реберные говяжьи кости) на 21-33% состоит из фибриллярного белка коллагена, который, в зависимости от вида, имеет следующие показатели химического состава: жирность 16-35%, содержание минеральных веществ 31-40%, содержание воды 17-20%. Коллаген этого сырья находится в тропоколлагеновой форме и представляет собой левозакрученную спираль из трех α-цепей с молекулярной массой более 500-1000 кДа, длиной 300 нм и более, толщиной около 1,5 нм. Основу молекулы составляют три аминокислотных остатка (глицин, пролин, лизин) вперемежку с аланином и другими аминокислотами, в том числе специфическими, характерными только для мясокостного животного сырья (3-гидроксипролин, 4-гидроксипролин и 5-гидроксилизин). Особенностью коллагена мясокостного сырья является химическая связь спиралей с 2-х валентными металлами (кальций, фосфор), что формирует чрезвычайно прочную конструкцию, не разрушающуюся даже под действием природных факторов миллионы лет. Закрученные в пучки коллагеновые полукристаллические фибриллы, образующие тропоколлагеновые волокна, устойчивы к действию кислот, щелочей, температуры, механической деформации и др. повреждающих факторов. Именно такая природа трубчатых и реберных костей КРС является основной причиной сложности их переработки. Meat and bone raw materials (primarily tubular and rib beef bones) are 21-33% of the fibrillar collagen protein, which, depending on the type, has the following chemical composition: fat content 16-35%, mineral content 31-40%, water content 17-20%. Collagen of this raw material is in tropocollagen form and is a left-handed spiral of three α-chains with a molecular weight of more than 500-1000 kDa, a length of 300 nm or more, and a thickness of about 1.5 nm. The basis of the molecule is made up of three amino acid residues (glycine, proline, lysine) interspersed with alanine and other amino acids, including specific ones, characteristic only for meat and bone raw materials (3-hydroxyproline, 4-hydroxyproline, and 5-hydroxylysine). A feature of the collagen of meat and bone raw materials is the chemical bond of spirals with 2-valent metals (calcium, phosphorus), which forms an extremely strong structure that does not collapse even under the influence of natural factors for millions of years. Collagen semi-crystalline fibrils twisted into bundles, forming tropocollagen fibers, are resistant to acids, alkalis, temperature, mechanical deformation and other damaging factors. This very nature of cattle tubular and rib bones is the main reason for the complexity of their processing.
Повышение эффективности способа за счет увеличения выхода и повышения качества протеиновых компонентов в форме низкомолекулярной усвояемой пищевой добавки при переработке мясокостного сырья по предлагаемому способу во многом обусловлено параллельным непрерывным воздействием на суспендированную систему ультразвуковом на основных операциях способа при указанных параметрах. Именно при таких режимах способа интенсифицируется фермент-субстратное взаимодействие межу коллагеновыми полукристаллическими фибриллами и протеолитическим ферментом коллагеназной специфичности, фибриллы энзимологически размягчаются, под действием ультразвука происходит разрыв оболочек, усиленный высокотемпературным воздействием. В итоге все физические и химические связи в системе (ионные, ковалентные, водородные, ван-дер-ваальсовые, металлические, которые осмотически и диффузионно обеспечиваются в пептидных конструкциях) разрываются. При этом первичная мясокостная система образует смесь (дисперсию) молекулярного уровня, которая состоит из хаотично смешанных белковых, жировых и минеральных молекул. УЗ-обработка акустическим давлением при указанных параметрах существенно интенсифицирует разрыв всех полимеров до мономеров, а также всех органических комплексов (белково-жировых; белково-минеральных) до монофракций. Эффекты гидролиза всех тканей ускоряются кавитационной эрозией с хаотичным схлопыванием пузырьков с капиллярными и вихревыми закручиваниями, обусловливающими макро- и микропотоки в системе, термическую и молекулярную диффузию. В итоге вся твердая и прочная мясокостная масса претерпевает глубокое разрушение, происходит ее распад на монофракционные осколки пептидной, жировой и минеральной природы. Высокоминерализованные коллагеновые молекулы образуют низкомолекулярные пептиды с ММ 10-100 кДа, которые хорошо растворимы в воде, и освобожденные минеральные вещества (в основном, кальций и фосфор). Последние водонерастворимы и под действием силы тяжести или центробежных сил отделяется от пептидов и осаждается в виде осадочной минеральной фракции (35-40% массы сырья). При этом освобожденный из разорванных жировых клеток костный жир, как самая легкая фракция, поднимается в верх системы и образует четкий верхний слой (15-34% массы сырья). В совокупности это позволяет максимально (на 94-98% от содержания белка в сырье) извлекать протеиновые компоненты из гидролизованной системы простой водной экстракцией и получать после обезжиривания (снятия верхнего слоя), деминерализации (удаления осадка) и сушки протеиновую добавку в порошкообразном виде, состоящую на 95-98% из низкомолекулярных высоко усвояемых биологически активных пептидов. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 19-33% массы исходного сырья.Increasing the efficiency of the method by increasing the yield and improving the quality of protein components in the form of a low-molecular-weight digestible food additive during the processing of raw meat and bone according to the proposed method is largely due to the parallel continuous action on the suspended system by ultrasonic at the main operations of the method with the specified parameters. It is with such modes of the method that the enzyme-substrate interaction between collagen semi-crystalline fibrils and the proteolytic enzyme of collagenase specificity is intensified, the fibrils are enzymatically softened, under the action of ultrasound, the membranes are ruptured, enhanced by high-temperature exposure. As a result, all physical and chemical bonds in the system (ionic, covalent, hydrogen, van der Waals, metallic, which are osmotically and diffusionally provided in peptide structures) are broken. In this case, the primary meat and bone system forms a mixture (dispersion) of the molecular level, which consists of randomly mixed protein, fat and mineral molecules. Ultrasonic treatment with acoustic pressure at the specified parameters significantly intensifies the rupture of all polymers to monomers, as well as all organic complexes (protein-fatty; protein-mineral) to monofractions. The effects of hydrolysis of all tissues are accelerated by cavitation erosion with chaotic collapse of bubbles with capillary and vortex swirling, causing macro- and micro-flows in the system, thermal and molecular diffusion. As a result, all solid and durable meat and bone mass undergoes deep destruction, it breaks down into monofractional fragments of peptide, fatty and mineral nature. Highly mineralized collagen molecules form low molecular weight peptides with a molecular weight of 10-100 kDa, which are readily soluble in water, and liberated minerals (mainly calcium and phosphorus). The latter are water-insoluble and, under the action of gravity or centrifugal forces, is separated from the peptides and precipitated as a sedimentary mineral fraction (35-40% of the mass of raw materials). At the same time, the bone fat released from the torn fat cells, as the lightest fraction, rises to the top of the system and forms a clear top layer (15-34% of the raw material mass). Taken together, this allows the maximum (94-98% of the protein content in the raw material) to extract protein components from the hydrolyzed system by simple water extraction and obtain, after defatting (removing the top layer), demineralization (removing sediment) and drying, a protein supplement in powder form, consisting of 95-98% from low molecular weight highly assimilable biologically active peptides. The output of dry protein food additive is 19-33% of the mass of the feedstock.
Повышение эффективности способа переработки мясокостного сырья при достижении повышенного выхода и улучшенного качества протеиновой пищевой добавки имеет место только при осуществлении способа по указанным операциям в пределах количественно обозначенных параметров.An increase in the efficiency of the method for processing meat and bone raw materials upon achieving an increased yield and improved quality of a protein food supplement takes place only when the method is carried out according to the specified operations within the quantitatively indicated parameters.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции термообработанного мясокостного сырья при добавлении водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, как 1:2, и выдержке смеси в течение 2 часов при температуре 40°С, последующей повторной термообработке при температуре 160°С и давлении 11 бар в течение 3 часов и постоянном воздействии на смесь после измельчения на всех операциях до ее охлаждения ультразвуком с частотой 24 кГц при мощности 145 Вт, обезжиривания и деминерализации образующихся жидких фракций получают сначала жидкий протеиновый полуфабрикат, который после сушки представляет собой протеиновую пищевую добавку со следующими показателями качества. Внешний вид: мелкодисперсный порошок светло-кремового цвета, вкус и запах - свойственные мясной сушеной продукции, натуральные, без неприятных и порочащих признаков, с легким запахом запеченного мяса. Содержание (в % массы): белка - 93, жира - 0,1, минеральных веществ - 0,6, воды - 6,3. Выход протеинов (степень экстракции) составляет 98% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 51,7 кДа, что свидетельствует об их высокой растворимости и хорошей усвояемости при отсутствии горечи. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 25% от массы сырья. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации составляют соответственно 98,5% и 97,9%. Пищевая протеиновая добавка с такими показателями качества хранится без признаков порчи при положительных температурах 18-20°С и без вакуумной упаковки 2 года. Цель изобретения достигается.During enzymatic hydrolysis of the sedimentary fraction of heat-treated meat and bone raw materials with the addition of an aqueous solution of a proteolytic enzyme of collagenase specificity at a sediment: solution ratio of 1: 2, and holding the mixture for 2 hours at 40 ° C, followed by repeated heat treatment at 160 ° C and pressure 11 bar for 3 hours and constant exposure to the mixture after grinding in all operations until it is cooled with ultrasound at a frequency of 24 kHz at a power of 145 W, defatting and demineralization of the resulting liquid fractions, first a liquid protein semi-finished product is obtained, which after drying is a protein food supplement with the following quality indicators. Appearance: fine powder of light cream color, taste and smell characteristic of dried meat products, natural, without unpleasant and defamatory signs, with a slight smell of baked meat. Content (in% mass): protein - 93, fat - 0.1, minerals - 0.6, water - 6.3. The yield of proteins (degree of extraction) is 98% of their content in the raw material. The average molecular weight of proteins in the supplement is 51.7 kDa, which indicates their high solubility and good digestibility in the absence of bitterness. The yield of a dry protein food supplement is 25% of the raw material mass. The degree of separation of fat and mineral fractions during defatting and demineralization is 98.5% and 97.9%, respectively. A food protein supplement with such quality indicators is stored without signs of deterioration at positive temperatures of 18-20 ° C and without vacuum packaging for 2 years. The purpose of the invention is achieved.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции термообработанного мясокостного сырья при добавлении водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, как 1:1, и выдержке смеси в течение 1 ч при температуре 35°С, последующей повторной термообработке при температуре 150°С и давлении 10 бар в течение 2 часов и постоянном воздействии на смесь после измельчения на всех операциях до ее охлаждения ультразвуком с частотой 22 кГц при мощности 140 вт, обезжиривания и деминерализации образующихся жидких фракций, их сушки получают жидкий протеиновый полуфабрикат, который после сушки представляет собой протеиновую пищевую добавку со следующими параметрами качества. Внешний вид: мелкодисперсный порошок светло-бежевого цвета, вкус и запах - свойственные мясной сушеной продукции, натуральные, без неприятных и порочащих признаков, с легким приятным запахом мясного бульона. Содержание (в % массы): белка - 91, жира - 1,1, минеральных веществ - 0,8, воды - 7,1. Выход протеинов (степень экстракции) составляет 96,3% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 87,7 кДа, что свидетельствует об их полной растворимости и усвояемости при отсутствии горечи. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 19% от массы сырья. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации составляют соответственно 94,5% и 95,9%. Пищевая протеиновая добавка с такими показателями качества хранится без признаков порчи при положительных температурах 18-20°С и без вакуумной упаковки 1 год 10 месяцев. Цель изобретения достигается.During enzymatic hydrolysis of the sedimentary fraction of heat-treated meat and bone raw materials with the addition of an aqueous solution of a proteolytic enzyme of collagenase specificity at a sediment: solution ratio of 1: 1, and holding the mixture for 1 h at a temperature of 35 ° C, followed by repeated heat treatment at a temperature of 150 ° C and pressure 10 bar for 2 hours and constant exposure to the mixture after grinding in all operations until it is cooled by ultrasound with a frequency of 22 kHz at a power of 140 W, degreasing and demineralization of the resulting liquid fractions, drying them, a liquid protein semi-finished product is obtained, which after drying is a protein food additive with the following quality parameters. Appearance: fine powder of light beige color, taste and smell characteristic of dried meat products, natural, without unpleasant and defamatory signs, with a slight pleasant smell of meat broth. Content (in% mass): protein - 91, fat - 1.1, minerals - 0.8, water - 7.1. The yield of proteins (degree of extraction) is 96.3% of their content in the raw material. The average molecular weight of proteins in the supplement is 87.7 kDa, which indicates their complete solubility and digestibility in the absence of bitterness. The output of dry protein food supplement is 19% of the raw material mass. The degree of separation of fat and mineral fractions during defatting and demineralization is 94.5% and 95.9%, respectively. A food protein supplement with such quality indicators is stored without signs of spoilage at positive temperatures of 18-20 ° C and without vacuum packaging for 1 year 10 months. The purpose of the invention is achieved.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции термообработанного мясокостного сырья при добавлении водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, как 1:3, и выдержке смеси в течение 3 часов при температуре 45°С, последующей повторной термообработке при температуре 170°С и давлении 12 бар в течение 4 часов и постоянном воздействии на смесь после измельчения на всех операциях до ее охлаждения ультразвуком с частотой 26 кГц при мощности 150 Вт, обезжиривания и деминерализации образующихся жидких фракций, их сушки получают жидкий протеиновый полуфабрикат, который после сушки представляет собой протеиновую пищевую добавку со следующими параметрами качества. Внешний вид: мелкодисперсный порошок светло-коричневого цвета, вкус и запах - свойственные мясной сушеной продукции, натуральные, без неприятных и порочащих признаков, с легким приятным запахом поджаренного мяса. Содержание (в % массы): белка - 94,3, жира - 0,05, минеральных веществ - 0,45, воды - 5,2. Выход протеинов (степень экстракции) составляет 98% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 12,3 кДа, что свидетельствует об их значительной растворимости и отличной усвояемости при отсутствии горечи. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 31% от массы сырья. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации составляют соответственно 99,1% и 98,3%. Пищевая протеиновая добавка с такими показателями качества хранится без признаков порчи при положительных температурах 18-20°С и без вакуумной упаковки 2 года и 2 месяца. Цель изобретения достигается.During enzymatic hydrolysis of the sedimentary fraction of heat-treated meat and bone raw materials with the addition of an aqueous solution of a proteolytic enzyme of collagenase specificity at a sediment: solution ratio of 1: 3, and holding the mixture for 3 hours at a temperature of 45 ° C, followed by repeated heat treatment at a temperature of 170 ° C and pressure 12 bar for 4 hours and constant exposure to the mixture after grinding in all operations until it is cooled with ultrasound at a frequency of 26 kHz at a power of 150 W, degreasing and demineralization of the resulting liquid fractions, drying them, a liquid protein semi-finished product is obtained, which, after drying, is a protein food additive with the following quality parameters. Appearance: fine powder of light brown color, taste and smell characteristic of dried meat products, natural, without unpleasant and defamatory signs, with a slight pleasant smell of roasted meat. Content (in% mass): protein - 94.3, fat - 0.05, minerals - 0.45, water - 5.2. The yield of proteins (degree of extraction) is 98% of their content in the raw material. The average molecular weight of proteins in the supplement is 12.3 kDa, which indicates their significant solubility and excellent digestibility in the absence of bitterness. The output of a dry protein food supplement is 31% of the raw material mass. The degree of separation of fat and mineral fractions during defatting and demineralization is 99.1% and 98.3%, respectively. A food protein supplement with such quality indicators is stored without signs of spoilage at positive temperatures of 18-20 ° C and without vacuum packaging for 2 years and 2 months. The purpose of the invention is achieved.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции после термообработки путем добавления водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, ниже заявленного нижнего уровня соотношения (1:1, например 1:0,5) и выдержке смеси, менее заявленного минимального времени (1 ч), например, при 0,5 ч, при температуре, менее 35°С (например, при 33°С), и последующей повторной термообработке при температуре, ниже предлагаемого нижнего уровня (150°С), например, при 145°С, и давлении, ниже рекомендуемого (10 бар), например, при 9 бар, в течение времени, менее 2-4 ч (например, в течение 1,5 ч ), при постоянном воздействии на смесь после измельчения на всех операциях до ее охлаждения ультразвуком с частотой, менее 22-26 кГц (например, при 21 кГц), при мощности, менее 140-150 Вт (например, при 135 Вт), получают протеиновую добавку, содержащую белка менее 80%.In the case of enzymatic hydrolysis of the sediment fraction after heat treatment by adding an aqueous solution of a proteolytic enzyme of collagenase specificity with a sediment: solution ratio below the declared lower level of the ratio (1: 1, for example 1: 0.5) and holding the mixture less than the declared minimum time (1 h) , for example, at 0.5 h, at a temperature of less than 35 ° C (for example, at 33 ° C), and subsequent re-heat treatment at a temperature below the suggested lower level (150 ° C), for example, at 145 ° C, and pressure below the recommended (10 bar), for example, at 9 bar, for a time less than 2-4 hours (for example, for 1.5 hours), with constant exposure to the mixture after grinding in all operations until it is cooled with ultrasound with with a frequency less than 22-26 kHz (for example, at 21 kHz), at a power of less than 140-150 W (for example, at 135 W), a protein supplement is obtained containing less than 80% protein.
Готовый продукт представляет собой слипшуюся массу светло-бежевого цвета с сероватыми оттенками, при растворении остается осадок, при этом вкус и запах раствора имеют не совсем свойственные мясной сушеной продукции оттенки, с некоторыми неприятными признаками окислившегося жира. Неотделенные до конца минеральные вещества оставляют осадок при растворении добавки и обусловливают некоторый «скрип» на зубах. Содержание в добавке (в % массы): белка - 74,8, жира - 5.2, минеральных веществ - 7,4, воды - 12,6. Выход протеинов в добавку (степень экстракции) составляет 81,6% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 255,2 кДа, что свидетельствует об их невысокой растворимости и усвояемости. Массовый выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 15,1% от массы сырья, что указывает на неполную протеиновую экстракцию. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации составляют соответственно 84,2% и 82,7%, что свидетельствует о незаконченности процессов фракционирования. Протеиновая добавка с такими показателями качества не соответствует требованиям, предъявляемым к водорастворимым протеиновым добавкам по содержанию основного вещества и качеству, и не подлежит использованию и хранению.The finished product is a sticky mass of light beige color with grayish shades, when dissolved, a precipitate remains, while the taste and smell of the solution have shades not quite typical for dried meat products, with some unpleasant signs of oxidized fat. Mineral substances not completely separated leave a residue when the additive is dissolved and cause some "creak" on the teeth. The content in the additive (in% mass): protein - 74.8, fat - 5.2, minerals - 7.4, water - 12.6. The yield of proteins in the additive (degree of extraction) is 81.6% of their content in the raw material. The average molecular weight of proteins in the supplement is 255.2 kDa, which indicates their low solubility and assimilation. The mass yield of a dry protein food supplement is 15.1% of the raw material mass, which indicates incomplete protein extraction. The degree of separation of fat and mineral fractions during defatting and demineralization is 84.2% and 82.7%, respectively, which indicates the incomplete fractionation processes. A protein supplement with such quality indicators does not meet the requirements for water-soluble protein supplements in terms of basic substance content and quality, and is not subject to use and storage.
Неполный выход белковой фракции из мясокостного сырья и негативные следствия способа обусловлены невыраженностью синергических эффектов от совокупности ферментативно-термического и УЗ-воздействия на осадочную фракцию при данных параметрах. В итоге разрыв оболочек всех клеток сырья, прежде всего, тропоколлагеновых фибрилл и спиралевидных минерализованных молекул коллагена не происходят до конца, следствием чего является недостаточно глубокий гидролиз, образование и переход лишь незначительной части белковых осколков в раствор, сушкой которого получают некачественную протеиновую пищевую добавку. При данных условиях способа образуется повышенное количество средне- и высокомолекулярных продуктов гидролиза коллагена (ММ 100-250 кДа), которые формируют гелеобразные включения (конгломераты), затрудняющие последующую сушку и образование протеиновой добавки требуемого качества. При этом костный жир, освобождающийся при деградации мясокостных тканей, не образует отдельной фракции при фракционировании гидролизованной системы, он связывается с гелеобразными протеиновыми включениями, в итоге полностью не отделяется, попадает в протеиновую фракцию, ухудшая качество целевого продукта и его хранимоспособность. Цель изобретения не достигается. Incomplete yield of the protein fraction from meat and bone raw materials and the negative consequences of the method are due to the lack of expression of synergistic effects from the combination of enzymatic-thermal and ultrasound effects on the sedimentary fraction at these parameters. As a result, the rupture of the membranes of all raw material cells, primarily tropocollagen fibrils and spiral-shaped mineralized collagen molecules, does not occur to the end, which results in insufficiently deep hydrolysis, the formation and transition of only a small part of protein fragments into a solution, by drying which a low-quality protein food supplement is obtained. Under these conditions of the method, an increased amount of medium- and high-molecular products of collagen hydrolysis (MW 100-250 kDa) is formed, which form gel-like inclusions (conglomerates) that impede subsequent drying and the formation of a protein supplement of the required quality. At the same time, bone fat, released during the degradation of meat and bone tissues, does not form a separate fraction during fractionation of the hydrolyzed system, it binds to gel-like protein inclusions, as a result, it is not completely separated, enters the protein fraction, deteriorating the quality of the target product and its storage capacity. The purpose of the invention is not achieved.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции, полученной после термообработки мясокостного сырья, путем добавления водного раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, превышающем предлагаемый верхний уровень заявленной величины (1:3), например, при 1:3,5, и выдержке смеси, более заявленного верхнего времени (3 ч), например, в течение 3,5 ч, при температуре, более заявленного верхнего уровня (45°С), например, при 50°С, при последующей повторной термообработке при температуре, более 170°С (например, при 175°С) и давлении, более 12 бар (например, 13 бар) в течение, более 4 ч (например 4,5 ч), при постоянном воздействии на смесь после измельчения на всех операциях до ее охлаждения ультразвуком с частотой, более 26 кГц (например, 27 кГц) при мощности, более 150 Вт (например, 155 Вт), получают сухую протеиновую добавку с массовым выходом, менее 15% от массы сырья. In the case of enzymatic hydrolysis of the sedimentary fraction obtained after heat treatment of meat and bone raw materials, by adding an aqueous solution of a proteolytic enzyme of collagenase specificity with a sediment: solution ratio exceeding the proposed upper level of the declared value (1: 3), for example, at 1: 3.5, and holding the mixture , more than the declared upper time (3 hours), for example, for 3.5 hours, at a temperature higher than the declared upper level (45 ° C), for example, at 50 ° C, with subsequent repeated heat treatment at a temperature of more than 170 ° C (for example, at 175 ° C) and a pressure of more than 12 bar (for example, 13 bar) for more than 4 hours (for example, 4.5 hours), with constant exposure to the mixture after grinding in all operations until it is cooled with ultrasound at a frequency , more than 26 kHz (for example, 27 kHz) at a power of more than 150 W (for example, 155 W), a dry protein supplement is obtained with a mass yield of less than 15% of the raw material mass.
Готовый продукт представляет собой слипшийся порошок темно-коричневого цвета с сероватыми оттенками, при растворении образуется осадок, вкус и запах раствора имеют не свойственные мясной сушеной продукции оттенки, с выраженными неприятными привкусами окислившегося жира и некоторой горечи. Содержание в продукте (в % массы): белка - 72,8, жира - 8,2, минеральных веществ - 5,4, воды - 13,6. Выход протеинов (степень экстракции) составляет 72,3% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 213,4кДа, что свидетельствует об их невысокой растворимости и усвояемости. Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 14,1% от массы сырья, что указывает на неполную протеиновую экстракцию. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации суспензии составляют соответственно 76,7% и 79,8%, что свидетельствует о неполном обезжиривании и деминерализации добавки. Добавка с такими показателями качества не соответствует требованиям, предъявляемым к водорастворимым протеиновым пищевым добавкам, и не подлежит использованию и хранению.The finished product is a sticky powder of dark brown color with grayish shades, when dissolved, a precipitate is formed, the taste and smell of the solution have shades that are not characteristic of dried meat products, with pronounced unpleasant aftertastes of oxidized fat and some bitterness. The content in the product (in% mass): protein - 72.8, fat - 8.2, minerals - 5.4, water - 13.6. The yield of proteins (degree of extraction) is 72.3% of their content in the raw material. The average molecular weight of proteins in the supplement is 213.4 kDa, which indicates their low solubility and digestibility. The yield of dry protein food supplement is 14.1% of the raw material mass, which indicates incomplete protein extraction. The degree of separation of fat and mineral fractions during defatting and demineralization of the suspension is 76.7% and 79.8%, respectively, which indicates incomplete defatting and demineralization of the additive. A supplement with such quality indicators does not meet the requirements for water-soluble protein food supplements and should not be used or stored.
Пониженный количественный выход протеинов из сырья и ухудшенная качественная характеристика добавки обусловлены несколькими факторами. При росте соотношения осадка и раствора протеолитического фермента коллагеназной специфичности происходит нежелательное оводнение системы. При этом в фермент, находящийся в разбавленном состоянии, претерпевающий более продолжительную выдержку в системе при одновременном УЗ-воздействии деградирует. Инактивация нативных свойств фермента наступает под действием повышения температуры, интенсифицирующегося за счет более мощного УЗ-воздействия, трансформирующееся в тепловую энергию, в результате чего повышается температура во всей системе. В итоге фермент, имеющий белковую природу, денатурирует, теряет нативные свойства и энзимологический эффект гидролиза не достигается. При этом кинетическая энергия захлопывающихся пузырьков, образующихся при УЗ-воздействии, сконцентрированная в уменьшенном объеме, превращается в силовой импульс, возникают электрокинетические явления, обусловленные направленным движением заряженных частиц, которые нарушают направленность и диффузию в системе. В результате снижается эффективность ферментации осадочной части, а вместо невязкого водного раствора низкомолекулярных протеинов образуется неравномерная каше- и киселеобразная масса, включающая нерастворимые частицы сырья. Эта масса чрезвычайно плохо сушится, при обезвоживании образуется липкая неоднородная масса, поэтому заданного качества в протеиновой добавке не формируется. Цель изобретения не достигается. The decreased quantitative yield of proteins from raw materials and the deteriorated qualitative characteristics of the additive are due to several factors. With an increase in the ratio of the sediment to the solution of the proteolytic enzyme of collagenase specificity, an undesirable hydration of the system occurs. In this case, the enzyme, which is in a diluted state, which undergoes a longer exposure in the system with simultaneous ultrasound exposure, degrades. The inactivation of the native properties of the enzyme occurs under the influence of an increase in temperature, intensified by a more powerful ultrasound effect, transforming into thermal energy, as a result of which the temperature in the entire system rises. As a result, the enzyme, which has a protein nature, denatures, loses its native properties and the enzymological effect of hydrolysis is not achieved. In this case, the kinetic energy of collapsing bubbles formed during ultrasound exposure, concentrated in a reduced volume, turns into a force pulse, electrokinetic phenomena arise due to the directional movement of charged particles, which violate the directionality and diffusion in the system. As a result, the efficiency of fermentation of the sedimentary part decreases, and instead of a non-viscous aqueous solution of low molecular weight proteins, an uneven porridge and jelly-like mass is formed, including insoluble particles of raw materials. This mass is extremely poorly dried, when dehydrated, a sticky heterogeneous mass is formed, therefore, the desired quality is not formed in the protein supplement. The purpose of the invention is not achieved.
При ферментативном гидролизе осадочной фракции термообработанного мясокостного сырья при добавлении водного раствора протеолитического фермента неколлагеназной специфичности (например, пепсина) при осуществлении способа по операциям и режимам в количественных пределах, заявленных в способе, получают протеиновую добавку с массовым выходом менее 10% от массы сырья. При этом добавка характеризуется следующим содержанием основных веществ (в % массы): белка - 68,1, жира - 12,1, минеральных веществ - 7,6, воды - 12,2. Выход протеинов (степень экстракции) составляет 67,3% от их содержания в сырье. Средняя молекулярная масса протеинов в добавке составляет 198,2 кДа, что свидетельствует об их невысокой растворимости и усвояемости. Выход сухой протеиновой добавки составляет 8,1% от массы сырья, что указывает на неэффективную протеиновую экстракцию. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации суспензии составляют соответственно 71,3% и 73,8%, что свидетельствует о низком обезжиривании и деминерализации добавки. Добавка с такими показателями качества не соответствует требованиям, предъявляемым к водорастворимым протеиновым пищевым добавкам, и не подлежит использованию и хранению.During the enzymatic hydrolysis of the sedimentary fraction of heat-treated meat and bone raw materials with the addition of an aqueous solution of a proteolytic enzyme of non-collagenase specificity (for example, pepsin) during the implementation of the method according to the operations and modes within the quantitative limits stated in the method, a protein supplement is obtained with a mass yield of less than 10% by weight of the raw material. The additive is characterized by the following content of basic substances (in% mass): protein - 68.1, fat - 12.1, minerals - 7.6, water - 12.2. The yield of proteins (degree of extraction) is 67.3% of their content in the raw material. The average molecular weight of proteins in the supplement is 198.2 kDa, which indicates their low solubility and assimilation. The dry protein supplement yield is 8.1% of the raw material weight, which indicates ineffective protein extraction. The degree of separation of fat and mineral fractions during defatting and demineralization of the suspension is 71.3% and 73.8%, respectively, which indicates a low defatting and demineralization of the additive. A supplement with such quality indicators does not meet the requirements for water-soluble protein food supplements and should not be used or stored.
Пониженные количественные характеристики качества и уменьшенный выход протеинов из сырья обусловлены отсутствием коллагеназной специфичности у протеолитического фермента пепсина. Пепсин гидролизует в основном пептидные связи, образованные ароматическими аминокислотами (тирозином и фенилаланином), которые практически отсутствуют в мясокостном сырье. При этом пепсин осуществляет свои гидролизные функции расщепления белков и пептидов в диапазоне рН 1,9-3,9, т.е. в очень кислой среде, которой не создается в мясокостной системе при предлагаемых условиях гидролиза. В связи с этим энзимологическая (ферментативная) составляющая способа при данном варианте его осуществления не работает и цель изобретения не достигается.Decreased quantitative characteristics of quality and reduced yield of proteins from raw materials are due to the lack of collagenase specificity in the proteolytic enzyme pepsin. Pepsin hydrolyzes mainly peptide bonds formed by aromatic amino acids (tyrosine and phenylalanine), which are practically absent in meat and bone raw materials. In this case, pepsin carries out its hydrolysis functions of cleaving proteins and peptides in the pH range 1.9-3.9, i.e. in a very acidic environment, which is not created in the meat and bone system under the proposed hydrolysis conditions. In this regard, the enzymological (enzymatic) component of the method in this embodiment does not work and the object of the invention is not achieved.
Заявленное изобретение поясняется конкретными примерами его исполнения.The claimed invention is illustrated by specific examples of its implementation.
Пример 1.10 кг костей трубчатых говяжьих костей с кулаками (мослов) производства ЛЭАР «Голубево» Калининградской области, имеющих химический состав (в % массы): воды - 16,6; белка - 32,1;жира - 17,8; минеральных веществ - 33,5, измельчают, добавляют 20 л воды, гомогенизируют в жидкой среде. Смесь помещают в гидроклав с мешалкой, в котором проводят термообработку при температуре 160°С под давлением 11 бар в течение 3 часов при перемешивании и одновременном воздействии ультразвуком с частотой 24 кГц при мощности 145 Вт, что обеспечивается встроенным в гидроклав УЗ-прибором. После термообработки содержимое охлаждают до 40°С и центрифугируют при скорости вращения 3500 об/мин., что приводит к фракционированию смеси с образованием 3-х фракций с четкими границами: 1 -верхняя, сметанообразная (жировая), 2 - средняя, жидкая (протеиновая) и 3 - осадочная, твердая (белково-минеральная). Путем трикантирования все 3 фракции без потерь отделяются друг от друга, при этом получают 21,8 кг протеиновой жидкой фракции с содержанием белка 12,7%, жир в количестве 1,5 кг и осадочную белково-минеральную часть в количестве 6,7 кг. Последнюю направляют обратно в гидроклав на ферментативный гидролиз, для чего к ней добавляют 13,4 кг водного раствора протеолитического фермента алкалаза L 2,5, имеющего коллагеназную специфичность, с концентрацией 2,0% при соотношении осадок : раствор, как 1:2, получая при этом 20,1 кг смеси. Эту смесь выдерживают при перемешивании в гидроклаве 2 ч при температуре 40°С и одновременном воздействии ультразвуком с частотой 24 кГц при мощности 145 Вт. В течение данного времени под действием фермента и УЗ-обработки происходит физико-химический распад минерализованных коллагеновых комплексов на белковую и минеральную части. Далее смесь опять помещают в тот же гидроклав и термообрабатывают при температуре 160°С и давлении 11 бар в течение 3 часов при постоянном воздействии ультразвуком с частотой 24 кГц при мощности 145 Вт. Полученную в гидроклаве при вторичном термогидролизе смесь после охлаждения до 40°С фракционируют центрифугированием при 3500 об/мин, при этом получают три четких фракции (жировая, протеиновая и минеральная), которые без потерь разделяют трикантированием, получая 0,27 кг жира, 4,83 кг влажных минеральных веществ и 1,6 кг обезжиренной и деминерализованной жидкой протеиновой фракции с содержанием белка 25,5%. Эта протеиновая фракция соединяется с протеиновой фракцией, полученной при термогидролизе сырья (21,8 кг с содержанием белка 12,7%), в результате получается жидкая протеиновая масса в количестве 23,4 кг. Данный протеиновый водный раствор концентрируют в вакуумно-выпарном аппарате до содержания сухих веществ 50%, потом концентрат переносят в сублимационную установку, где высушивают до равновесного состояния влаги, получая 3,21 кг сухой протеиновой добавки. Полученная добавка имеет вид мелкодисперсного порошка светло-кремового цвета, полностью растворимого в воде, при этом вкус и запах приятные, свойственные натуральному сухому мясному бульону, без нехарактерных и порочащих признаков, с легким оттенком запеченного мяса. Содержание в протеиновой добавке (в % массы): белка - 95,0; воды - 4,85; жира - 0,05; минеральных веществ - 0,1. Молекулярная масса полученных протеинов составляет диапазон от 13,2 до 67,3 кДа (в среднем 40,3 кДа). Выход сухой протеиновой пищевой добавки составляет 32,1% от массы сырья. Степень экстракции протеинов из сырья составляет 96%. Степень отделения жировой и минеральной фракций при обезжиривании и деминерализации составляют соответственно 98,5% и 97,9%. Пищевая протеиновая добавка с такими показателями качества хранится без признаков порчи при положительных температурах 18-20°С и без вакуумной упаковки 2 года. Дополнительно получают 1,77 кг жира и 3,25 кг минеральной добавки влажностью 32,7%, которые используют соответственно на производство мыла и минеральных удобрений. Процесс эффективен, поскольку целевые параметры достигаются.Example 1.10 kg of bones of tubular beef bones with fists (wordbook) produced by LEAR "Golubevo" of the Kaliningrad region, having a chemical composition (in% mass): water - 16.6; protein - 32.1; fat - 17.8; mineral substances - 33.5, crushed, add 20 liters of water, homogenized in a liquid medium. The mixture is placed in a hydroclave with a stirrer, in which heat treatment is carried out at a temperature of 160 ° C under a pressure of 11 bar for 3 hours with stirring and simultaneous exposure to ultrasound at a frequency of 24 kHz at a power of 145 W, which is provided by an ultrasound device built into the hydroclave. After heat treatment, the contents are cooled to 40 ° C and centrifuged at a rotation speed of 3500 rpm, which leads to fractionation of the mixture with the formation of 3 fractions with clear boundaries: 1 - top, creamy (fatty), 2 - medium, liquid (protein ) and 3 - sedimentary, solid (protein-mineral). By tricantizing, all 3 fractions are separated from each other without loss, thus obtaining 21.8 kg of a protein liquid fraction with a protein content of 12.7%, fat in an amount of 1.5 kg and a sedimentary protein-mineral part in an amount of 6.7 kg. The latter is sent back to the hydroclave for enzymatic hydrolysis, for which 13.4 kg of an aqueous solution of the proteolytic enzyme alkalase L 2.5, having collagenase specificity, with a concentration of 2.0% with a sediment: solution ratio of 1: 2, is added to it, obtaining with 20.1 kg of the mixture. This mixture is kept under stirring in a hydroclave for 2 h at a temperature of 40 ° C and simultaneous exposure to ultrasound at a frequency of 24 kHz at a power of 145 W. During this time, under the action of the enzyme and ultrasound processing, the physicochemical decomposition of mineralized collagen complexes into protein and mineral parts occurs. Then the mixture is again placed in the same hydroclave and heat treated at a temperature of 160 ° C and a pressure of 11 bar for 3 hours under constant exposure to ultrasound at a frequency of 24 kHz at a power of 145 W. The mixture obtained in a hydroclave during secondary thermohydrolysis, after cooling to 40 ° C, is fractionated by centrifugation at 3500 rpm, thus obtaining three clear fractions (fatty, protein and mineral), which are separated without loss by tricantization, obtaining 0.27 kg of fat, 4, 83 kg wet minerals and 1.6 kg defatted and demineralized liquid protein fraction with a protein content of 25.5%. This protein fraction combines with the protein fraction obtained by thermohydrolysis of raw materials (21.8 kg with a protein content of 12.7%), resulting in a liquid protein mass in the amount of 23.4 kg. This protein aqueous solution is concentrated in a vacuum evaporator to a dry matter content of 50%, then the concentrate is transferred to a sublimation unit, where it is dried to an equilibrium state of moisture, obtaining 3.21 kg of dry protein supplement. The resulting additive has the form of a finely dispersed powder of light cream color, completely soluble in water, while the taste and smell are pleasant, characteristic of natural dry meat broth, without uncharacteristic and defamatory signs, with a slight shade of baked meat. The content in the protein supplement (in% mass): protein - 95.0; water - 4.85; fat - 0.05; mineral substances - 0.1. The molecular weight of the obtained proteins ranges from 13.2 to 67.3 kDa (average 40.3 kDa). The output of a dry protein food supplement is 32.1% of the raw material mass. The degree of protein extraction from raw materials is 96%. The degree of separation of fat and mineral fractions during defatting and demineralization is 98.5% and 97.9%, respectively. A food protein supplement with such quality indicators is stored without signs of deterioration at positive temperatures of 18-20 ° C and without vacuum packaging for 2 years. Additionally, 1.77 kg of fat and 3.25 kg of a mineral additive with a moisture content of 32.7% are obtained, which are used, respectively, for the production of soap and mineral fertilizers. The process is efficient as the target parameters are met.
Способ по данным параметрам рекомендуется. The method according to these parameters is recommended.
Другие примеры осуществления способа с возможными вариантами сочетания параметров приведены в таблице 1. В примерах способа, приведенных в таблице 1, начиная с № 1-24, используется протеолитический фермент коллагеназной специфичности (алкалаза L 2,5); в примере № 25 - протеолитический фермент неколлагеназной специфичности (пепсин).Other examples of the implementation of the method with possible variants of the combination of parameters are shown in Table 1. In the examples of the method shown in Table 1, starting from No. 1-24, a proteolytic enzyme of collagenase specificity (alkalase L 2.5) is used; in example No. 25 - a proteolytic enzyme of non-collagenase specificity (pepsin).
1 h
12
2 h
12
2 h
12
2 h
верх170 ° C
top
12
2 h
13
3 h
Вт160
W
Вт160
W
Вт130
W
Вт130
W
Вт130
W
Вт160
W
Вт160
W
Вт160
W
Вт160
W
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности способа получения протеиновой пищевой добавки из мясокостного сырья, типа трубчатых и реберных костей крупного рогатого скота, которое практически не перерабатывается из-за высокой минерализации и повышенной прочности, за счет увеличения выхода и улучшения качества готовой продукции. Повышение выхода протеиновой части сырья в воду при практически полной экстракции гидролизованных до растворимого состояния коллагеновых и проколлагеновых белков сырья и улучшения качества конечных продуктов гидролиза обусловлены образованием из высокомолекулярных белков низкомолекулярных пептидов (ММ 10-10 кДа). Качество целевого продукта повышается также за счет практически полной очистки продуктов гидролиза от сопутствующих веществ (минеральных фракций и жира), распадающихся до нерастворимого в воде состояния, что в совокупности повышает содержание в протеиновой добавке биологически активных пептидов и улучшает ее хранимоспособность. The proposed invention solves the problem of increasing the efficiency of the method for producing a protein food supplement from meat and bone raw materials, such as tubular and rib bones of cattle, which is practically not processed due to high mineralization and increased strength, by increasing the yield and improving the quality of the finished product. An increase in the yield of the protein part of the raw material into water with an almost complete extraction of collagen and procollagen proteins of the raw material hydrolyzed to a soluble state and an improvement in the quality of the final hydrolysis products are due to the formation of low molecular weight peptides (MW 10-10 kDa) from high molecular weight proteins. The quality of the target product is also increased due to the almost complete purification of hydrolysis products from accompanying substances (mineral fractions and fat), which decompose to a state insoluble in water, which together increases the content of biologically active peptides in the protein supplement and improves its storage capacity.
Описанный целевой эффект достигается совокупностью предлагаемых операций и сочетанием их количественных параметров. Ключевым моментом изобретения является введение ферментативного гидролиза осадочной части сырья протеолитическими ферментами коллагеназной специфичности и повторной термообработки ферментированной мясокостной смеси, проводимых под действием ультразвука на этих операциях, а также при термогидролизе натурального сырья. Это позволяет углубить процессы деструкции всех клеток и полимерных молекул сырья, прежде всего, высокоминерализованных высокомолекулярных коллагеновых молекул, перевести их в состояние низкомолекулярных протеинов и пептидов, которые растворимы в воде и поэтому практически полностью экстрагируются водой, что позволяет достичь цели способа в части повышения выхода и качества протеиновой добавки. При таких способах и режимах обработки разрушаются практически все клетки тканей сырья, в том числе жировые и белково-минеральные комплексы, что обусловливает практически полный переход в свободное состояние не только протеинов, но и костного жира, а также связанных минеральных веществ. В таком состоянии они подлежат четкому разделению, обусловленному чистотой фракций и разницей удельных весов, что позволяет в дальнейшем без потерь отделять от протеинов жировые и минеральные части и достигать, таким образом, повышенной химической чистоты целевой добавки. Качество последней также повышается за счет существенного уменьшения молекулярной массы протеинов в 10-100 раз, что гарантирует получение низкомолекулярных водорастворимых пептидов повышенной физиологической активности с ММ 10-100 кДа, которые отличаются быстрой усвояемостью организмом, проявлением многих полезных биологических эффектов (антиоксидантного, иммуномодулирующего, анаболического и др.), а также характеризуются антиаллергенностью. Повышение эффективности способа обусловлено также дополнительным получением жирового и минерального продуктов, потенциально используемых на технические и сельскохозяйственные цели, которые востребованы в различных отраслях промышленности. The described target effect is achieved by a combination of the proposed operations and a combination of their quantitative parameters. The key point of the invention is the introduction of enzymatic hydrolysis of the sedimentary part of the raw material with proteolytic enzymes of collagenase specificity and repeated heat treatment of the fermented meat-and-bone mixture, carried out under the action of ultrasound during these operations, as well as during thermohydrolysis of natural raw materials. This makes it possible to deepen the processes of destruction of all cells and polymer molecules of raw materials, first of all, highly mineralized high-molecular-weight collagen molecules, to transfer them into the state of low-molecular-weight proteins and peptides, which are soluble in water and therefore are almost completely extracted with water, which allows achieving the goal of the method in terms of increasing the yield and the quality of the protein supplement. With such methods and modes of processing, almost all cells of the tissues of the raw material, including fatty and protein-mineral complexes, are destroyed, which leads to an almost complete transition to a free state of not only proteins, but also bone fat, as well as associated minerals. In this state, they are subject to clear separation due to the purity of the fractions and the difference in specific gravity, which allows further separation of fat and mineral parts from proteins without loss and thus achieve an increased chemical purity of the target additive. The quality of the latter also increases due to a significant decrease in the molecular weight of proteins by 10-100 times, which guarantees the production of low-molecular water-soluble peptides with increased physiological activity with a molecular weight of 10-100 kDa, which are characterized by rapid assimilation by the body, the manifestation of many beneficial biological effects (antioxidant, immunomodulatory, anabolic and others), and are also characterized by antiallergenicity. The increase in the efficiency of the method is also due to the additional production of fatty and mineral products, potentially used for technical and agricultural purposes, which are in demand in various industries.
Для получения необходимого технического результата в способе получения протеиновой пищевой добавки из мясокостного сырья, включающем измельчение сырья, гомогенизацию в жидкой среде, ферментативный гидролиз, термообработку при температуре 150-170°С и давлении 10-12 бар в течение 2-4 часов, охлаждение, фракционирование с разделением на осадочную и жидкую фракции, обезжиривание и сушку жидкой фракции, после термообработки осадочную фракцию подвергают ферментативному гидролизу, для чего добавляют водный раствор протеолитического фермента коллагеназной специфичности при соотношении осадок : раствор, как 1:1-1:3, и смесь выдерживают в течение 1-3 часов при температуре 35-45°С, затем повторно термообрабатывают полученную смесь, кроме того, операции ферментативного гидролиза и термообработки осуществляют под воздействием ультразвука с частотой 22-26 кГц при мощности 140-150 Вт.To obtain the required technical result in a method for producing a protein food supplement from raw meat and bone, including grinding the raw material, homogenization in a liquid medium, enzymatic hydrolysis, heat treatment at a temperature of 150-170 ° C and a pressure of 10-12 bar for 2-4 hours, cooling, fractionation with separation into sedimentary and liquid fractions, defatting and drying of the liquid fraction, after heat treatment, the sedimentary fraction is subjected to enzymatic hydrolysis, for which an aqueous solution of a proteolytic enzyme of collagenase specificity is added at a sediment: solution ratio of 1: 1-1: 3, and the mixture is kept for 1-3 hours at a temperature of 35-45 ° C, then the resulting mixture is re-heat treated, in addition, the operations of enzymatic hydrolysis and heat treatment are carried out under the influence of ultrasound with a frequency of 22-26 kHz at a power of 140-150 W.
Достоинством предложенного способа является получение специфических пептидов, состав и свойства которых определяются не только их химической чистотой, но и аминокислотным составом. Уникальность последнего обусловлена как исходным составом аминокислот в коллагеновых волокнах мясокостного сырья, так и специфическими режимами и параметрами предлагаемого способа. В получаемой по способу добавке содержатся биологически активные аминокислоты (в % массы белка): 12,6 глицина; 9,4 пролина и его производных (9,5 оксипролина); 9,3 глютаминовой кислоты; 7,2 аргинина; 6,1 аспарагиновой кислоты; 5,8 аланина; 3,6 лейцина; 2,7 лизина и других аминокислот натурального происхождения. Именно эти аминокислоты, поступая в организм в составе пищевой добавки, обусловливают эффективные пластические процессы, обеспечивают рост и регенерацию костей и хрящей опорно-двигательного аппарата, балансируют все метаболические процессы, нормализуют нервную деятельность, положительно влияют на многие другие физиологические функции организма.The advantage of the proposed method is the production of specific peptides, the composition and properties of which are determined not only by their chemical purity, but also by their amino acid composition. The uniqueness of the latter is due to both the initial composition of amino acids in the collagen fibers of meat and bone raw materials, and the specific modes and parameters of the proposed method. The additive obtained by the method contains biologically active amino acids (in% of the mass of protein): 12.6 glycine; 9.4 proline and its derivatives (9.5 hydroxyproline); 9.3 glutamic acid; 7.2 arginine; 6.1 aspartic acid; 5.8 alanine; 3.6 leucine; 2.7 lysine and other amino acids of natural origin. It is these amino acids, entering the body as part of a dietary supplement, determine effective plastic processes, ensure the growth and regeneration of bones and cartilage of the musculoskeletal system, balance all metabolic processes, normalize nervous activity, and have a positive effect on many other physiological functions of the body.
Важным преимуществом способа является использование для получения эффективной и биологически ценной протеиновой добавки дешевого сырья, практически не перерабатываемого на пищевые цели (трубчатые и реберные кости КРС). При стоимости их 20-30 руб/кг из 10 кг, в зависимости от вида, получают 2,7-3,1 кг чистой пищевой протеиновой добавки рыночной стоимостью 500-1000 руб./кг. При этом дополнительно способ позволяет получить 1-2 кг костного жира и 3-4 кг минеральной кальциево-фосфорной добавки, имеющих рыночную стоимость соответственно 300-400 руб./кг и 100-200 руб./кг. Потенциальная комплексность переработки повышает экономическую рентабельность предлагаемого способа.An important advantage of the method is the use of cheap raw materials that are practically not processed for food purposes (long and rib bones of cattle) to obtain an effective and biologically valuable protein supplement. At a cost of 20-30 rubles / kg out of 10 kg, depending on the type, they receive 2.7-3.1 kg of pure food protein supplements with a market value of 500-1000 rubles / kg. In addition, the method makes it possible to obtain 1-2 kg of bone fat and 3-4 kg of a mineral calcium-phosphorus supplement, having a market value of 300-400 rubles / kg and 100-200 rubles / kg, respectively. The potential complexity of processing increases the economic profitability of the proposed method.
Внедрение предлагаемого способа в производство позволит развивать в мясной отрасли комплексность и безотходность производства, получать ценные продукты дополнительной стоимости из дешевого недоиспользуемого сырья, обеспечить экологичность процессов, внедрять высокотехнологичные линий, гарантировать постоянство химического состава целевого продукта.The introduction of the proposed method into production will make it possible to develop the complexity and wastelessness of production in the meat industry, obtain valuable products of additional value from cheap underutilized raw materials, ensure environmental friendliness of processes, introduce high-tech lines, and guarantee the constancy of the chemical composition of the target product.
Получаемую из мясокостного сырья протеиновую добавку рекомендуется использовать в пищевой отрасли в качестве самостоятельно употребляемого продукта (при белковом дефиците в питании), а также в качестве обогащающего аминокислотами элемента (например, при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий, бедных протеинами). Применение получаемой добавки будет целесообразным в технологии соусов (в качестве стабилизатора и эмульгатора), в производстве аналоговых и функциональных продуктов, биологически активных добавок в спортивном и геродиетическом питании. Потенциально возможно использовать добавку для получения микробиологических сред, в кормопроизводстве, косметической и фармацевтической отраслях в составе кремов и питательных композиций. Реализация способа повысит качество жизни людей через биологически активное белковое питание, дефицит которого особенно ощутим среди социально значимых слоев населения.The protein supplement obtained from meat and bone raw materials is recommended to be used in the food industry as a self-consumed product (with a protein deficiency in the diet), as well as an element enriching with amino acids (for example, in the production of bakery and confectionery products, poor in proteins). The use of the resulting additive will be appropriate in the technology of sauces (as a stabilizer and emulsifier), in the production of analog and functional products, biologically active additives in sports and dietary nutrition. It is potentially possible to use the additive for the production of microbiological media, in the feed industry, in the cosmetic and pharmaceutical industries, in the composition of creams and nutritional compositions. The implementation of the method will improve the quality of life of people through biologically active protein nutrition, the deficit of which is especially noticeable among socially significant segments of the population.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020102481A RU2728468C1 (en) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | Method for production of a protein food additive from meat and bone raw material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020102481A RU2728468C1 (en) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | Method for production of a protein food additive from meat and bone raw material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2728468C1 true RU2728468C1 (en) | 2020-07-29 |
Family
ID=72086076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020102481A RU2728468C1 (en) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | Method for production of a protein food additive from meat and bone raw material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2728468C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112552370A (en) * | 2020-12-11 | 2021-03-26 | 中国药科大学 | Method for extracting water-soluble protein from shrimp meat |
| CN114181924A (en) * | 2021-11-19 | 2022-03-15 | 山东龙盛食品股份有限公司 | Constant-temperature biological complex enzyme compound for rapidly degrading livestock bones and use method thereof |
| RU2809512C1 (en) * | 2023-04-07 | 2023-12-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" | Method of production of fish oil from secondary smoked fish raw materials |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1593605A1 (en) * | 1988-05-13 | 1990-09-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт мясной промышленности | Method of obtaining protein from bone |
| RU2031597C1 (en) * | 1992-02-12 | 1995-03-27 | Сергей Александрович Каспарьянц | Method for preparing of collagen sol |
| RU2096966C1 (en) * | 1995-11-21 | 1997-11-27 | Воронежская государственная технологическая академия | Method of preparing collagen-containing raw material for production of sausage casing |
| RU2166950C1 (en) * | 2000-06-30 | 2001-05-20 | Демина Нина Сергеевна | Bacterial collagenase-base pharmaceutical composition |
| CN109287841A (en) * | 2018-09-04 | 2019-02-01 | 王书敏 | A method of Yak Bone is processed by biotechnology |
| RU2681352C1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-03-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Биотех" | Method of obtaining food additives from secondary fish raw materials using hydrolysis |
| CN110024901A (en) * | 2019-04-30 | 2019-07-19 | 集美大学 | A kind of collagen peptide and its production method and process units and application |
-
2020
- 2020-01-22 RU RU2020102481A patent/RU2728468C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1593605A1 (en) * | 1988-05-13 | 1990-09-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт мясной промышленности | Method of obtaining protein from bone |
| RU2031597C1 (en) * | 1992-02-12 | 1995-03-27 | Сергей Александрович Каспарьянц | Method for preparing of collagen sol |
| RU2096966C1 (en) * | 1995-11-21 | 1997-11-27 | Воронежская государственная технологическая академия | Method of preparing collagen-containing raw material for production of sausage casing |
| RU2166950C1 (en) * | 2000-06-30 | 2001-05-20 | Демина Нина Сергеевна | Bacterial collagenase-base pharmaceutical composition |
| RU2681352C1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-03-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Биотех" | Method of obtaining food additives from secondary fish raw materials using hydrolysis |
| CN109287841A (en) * | 2018-09-04 | 2019-02-01 | 王书敏 | A method of Yak Bone is processed by biotechnology |
| CN110024901A (en) * | 2019-04-30 | 2019-07-19 | 集美大学 | A kind of collagen peptide and its production method and process units and application |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112552370A (en) * | 2020-12-11 | 2021-03-26 | 中国药科大学 | Method for extracting water-soluble protein from shrimp meat |
| CN114181924A (en) * | 2021-11-19 | 2022-03-15 | 山东龙盛食品股份有限公司 | Constant-temperature biological complex enzyme compound for rapidly degrading livestock bones and use method thereof |
| RU2809512C1 (en) * | 2023-04-07 | 2023-12-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" | Method of production of fish oil from secondary smoked fish raw materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bhagwat et al. | Isolation, characterization and valorizable applications of fish scale collagen in food and agriculture industries | |
| JPH05507624A (en) | Method for producing proteinaceous products by digestion of raw animal parts | |
| RU2275816C2 (en) | Fractionation and treatment of feed meal from oily seeds | |
| RU2728468C1 (en) | Method for production of a protein food additive from meat and bone raw material | |
| US20210000136A1 (en) | Process to improve enzyme hydrolysis and resultant protein flavor and bio-activity of fish offcuts | |
| KR20200062213A (en) | Pea protein composition with improved nutritional quality | |
| US20150305389A1 (en) | Small Particle Sized Protein Compositions And Methods Of Making | |
| RU2331202C1 (en) | Method of production of food protein products | |
| JP2000001499A (en) | Peptide having biological activity, its use and its production | |
| NZ553206A (en) | Method for production of peptides/amino acids from animal and aquatic material using natural decomposing enzymes | |
| RU2388350C1 (en) | Protein-peptide module for production of functional and specialised food products for persons experiencing intensive physical strain | |
| FR2548214A1 (en) | PROCESS FOR TREATING BIOMASS FOR SEPARATION OF AMINO ACIDS AND LIPIDS | |
| CN109234342A (en) | The preparation method of turtle peptide | |
| RU2734034C1 (en) | Method for production of food collagen-containing products | |
| RU2718862C1 (en) | Fish scale processing method for production of functional beverage, functional food additive and cosmetic scrub | |
| RU2202259C2 (en) | Drink from kernel of cedar nut and method of its production | |
| RU2808050C1 (en) | Method for obtaining protein hydrolyzate from atlantic cod processing waste | |
| RU2390252C1 (en) | Method of producing protein additive from animal-origin raw materials | |
| RU2372790C1 (en) | Method of obtaining fodder based on protein hydrolysate | |
| JPS6128370A (en) | Fish protein hydrolyzate and production thereof | |
| EP3766355B1 (en) | Method of preparing a protein hydrolysate from raw material of animal origin | |
| Chandra et al. | Fish processing waste management | |
| RU2366263C2 (en) | Broth with preventive properties, containing protein hydrolisate and protein hydrolisate production method | |
| RU2481772C2 (en) | Fish wastes protein concentrate production method | |
| RU2088104C1 (en) | Method for producing protein hydrolyzers of protein- containing raw material |