Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ РАСТВОРЕНИЯ КОЛЛАГЕНА

Изобретение относится к легкой промышленности и может быть использовано для получения продуктов растворения коллагена на основе отходов кожевенного производства и некондиционного кожевенного сырья.

Известен способ получения коллагена из кишок животных, который заключается в том, что исходный материал смешивают с ледяной водой при рН 5,5, смесь измельчают и затем нагревают до 40-42°С и гидролизуют при рН 10,5, используя протеолитический фермент. По окончании гидролиза рН снижают до 5,5, коллаген отделяют и собирают (см. патент RU №2094999, МПК А22С 13/00, С07К 1/36, опубл. 10.11.1997 г.).

Недостатком указанного способа является то, что при этом методе используются дорогостоящие протеолитические ферменты, а также то, что при повышенной температуре обработки происходит термический гидролиз пептидных связей, что снижает содержание высокомолекулярных соединений.

Известен способ получения коллагена, относящийся к медицине и биохимии, в частности к препаративным методам получения коллагена. Способ предусматривает получение коллагена из биологического материала путем его механического измельчения, обработку раствором щелочи, промывание водой, растворение в уксусной кислоте с последующим выделением целевого продукта и измельчением биологического материала на кусочки от 0,5 до 1,0 см², проведение обработки 10-20% раствором щелочи в течение 1 ч, а после растворения в уксусной кислоте приливание коллагена при постоянном помешивании в ацетоне (см. патент RU №2322249, МПК А61К 35/32, А61К 35/36, А61К 38/39, опубл. 20.04.2008 г.).

Недостатком известного способа является применение в качестве растворителя агрессивных и огнеопасных химических реагентов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения коллагенового золя, заключающийся в последовательной обработке коллагенсодержащего сырья щелочно-солевой смесью, солевой промывке сульфатом натрия, нейтрализации, повторной промывке проточной водой, растворении в органической кислоте, диализе и повторном растворении (см. патент RU №2031597, МПК A23J 1/10, С09Н 1/00, С14С 1/08, опубл. 27.03.1995 г.).

Недостатком известного способа является применение органических кислот в высоких концентрациях, а следовательно, сравнительно большие затраты на очистку сточных вод, значительное разрушение пептидных связей, что приводит к снижению молекулярной массы получаемого продукта.

Задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в разработке технологии получения продуктов растворения коллагена с использованием кисломолочной композиции при исключении из рабочей ванны агрессивных кислот, в частности уксусной, серной и т.д.

Техническим результатом изобретения является получение качественного продукта растворения коллагена.

Технический результат достигается тем, что в способе получения продуктов растворения коллагена, включающем измельчение и промывку коллагенсодержащего сырья, его щелочно-солевую обработку, солевую промывку сульфатом натрия, нейтрализацию, повторную промывку продукта и его растворение в кислотном агенте, согласно изобретению при растворении в качестве кислотного агента используют кисломолочную композицию, обладающую величиной титруемой кислотности 250-300°Т, концентрацией молочной кислоты не менее 25-30 г/дм³ и активной реакции среды рН не более 4,0, при этом обработку проводят при температуре 24±2°С, ЖК=1 и переменном механическом воздействии, продолжительности растворения в течение 11-13 суток.

Отличительной особенностью предлагаемого способа получения продуктов растворения коллагена является его растворение в кисломолочной композиции, обладающей высокой величиной титруемой кислотности 250-300°Т, позволяющей получить качественный продукт с высокими молекулярными массами, обладающими хорошими коллоидно-химическими свойствами, за счет сохранения в структуре коллагена значительного количества полипептидных групп.

Выбор параметров проведения растворения коллагена обусловлен проведенными экспериментальными исследованиями, в результате которых выявлено, что оптимальное растворение коллагеновых волокон дермы за счет разрушения кислотолабильных связей достигается в случае, если кисломолочная композиция обладает величиной титруемой кислотности 250-300°Т и активной реакции среды рН не более 4,0. Снижение величины титруемой кислотности до 200°Т и более не дает положительного результата в связи с недостаточным содержанием в кисломолочной композиции молочной кислоты. Повышение величины титруемой кислотности более 300°Т ведет к интенсивному разрыву межмолекулярных поперечных кислотолабильных связей в структуре зрелого коллагена за счет действия молочной кислоты, кисломолочных микроорганизмов и продуцируемых ими метаболитов. Результатом является получение продуктов растворения коллагена с худшими качественными показателями и низкими молекулярными массами за счет сокращения количества полипептидных групп.

Кисломолочная композиция представляет собой симбиоз кислототолерантных микроорганизмов, а также органических кислот и ферментов, продуцируемых ими. Температура обработки должна быть 24±2°С, так как снижение ее может вызвать ингибирование метаболических процессов микроорганизмов, а повышение температуры приведет к их гибели. Переменное механическое воздействие необходимо для более эффективного взаимодействия кисломолочной композиции с образцами дермы. Продолжительность растворения составляет 11-13 суток, при этом достигается оптимальное растворение кусочков дермы (с точки зрения органолептического критерия). Увеличение/сокращение продолжительности растворения приведет к ухудшению показателей готового продукта вследствие недостаточного/излишнего разупорядочения коллагеновых волокон.

Использование в предлагаемом изобретении кисломолочной композиции с величиной титруемой кислотности 250-300°Т и активной реакции среды рН не более 4,0 на этапе растворения при получении продуктов коллагена позволяет достичь хороших качественных показателей готового продукта при использовании в качестве сырья отходов кожевенного производства.

Заявителю известен способ пикелевания овчинно-мехового сырья (см. патент RU №2306345, МПК С14С 1/08, опубл. 20.09.2007 г., бюл. №26) в растворе, в качестве которого используют кисломолочную композицию, обладающую величиной титруемой кислотности не менее 300°Т, концентрацией молочной кислоты не менее 25 г/дм³ и активной реакцией среды не более 3,5. Процесс проводят при температуре 30±2°С, при продолжительности 16 ч, переменном механическом воздействии, ЖК=7, расходе хлорида натрия 20 г/дм³. Техническим результатом способа пикелевания овчинно-мехового сырья является повышение качества меховых овчин за счет снижения заката волосяного покрова и улучшения их упругопластических свойств.

В известном способе кисломолочная композиция используется с применением хлорида натрия. Последовательность обработки меховых овчин по патенту №2306345 и заявляемая последовательность технологии получения продуктов растворения коллагена полностью отличны друг от друга. Действие кисломолочной композиции основывается на разрыхлении структуры коллагеновых волокон и удалении межволоконных веществ за счет действия молочной кислоты. Отличием предлагаемого способа является дальнейшее разрыхление структуры коллагена вплоть до получения коллагеновой массы с высокими молекулярными массами за счет сохранения полипептидных цепочек. В результате получается конечный продукт, обладающий оптимальными коллоидно-химическими свойствами. Культивирование микробиоценоза проводят при температуре 36±2°С.

Из уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, заявитель не обнаружил источники, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа получения продуктов растворения коллагена, изложенным в формуле изобретения.

Для выполнения предлагаемого изобретения - способа получения продуктов растворения коллагена - были проведены экспериментальные полупроизводственные исследования, в ходе которых были определены режимы культивирования кисломолочной композиции, оптимальная величина титруемой кислотности, количество композиции.

Кисломолочную композицию готовят на основе вторичных продуктов молочной промышленности (см. патент RU №2306345, МПК С14С 1/08; опубл. 20.09.2007 г.), а именно пастеризованной творожной сыворотки и/или обезжиренного молока с жирностью до 0,1% и 0,05%, соответственно. Культивирование согласно патенту №2306345 проводят с использованием пастеризованного обезжиренного молока при температуре 22±2°С в течение 5 суток с периодическим механическим воздействием (два раза в сутки по 15 мин). При достижении величины титруемой кислотности кисломолочной композиции 280-300°Т добавляют сыворотку творожную пастеризованную и/или обезжиренное молоко, пастеризованное в суммарном количестве 100 см³ в течение 10-15 суток, постепенно увеличивая объем сыворотки творожной пастеризованной до полного исключения обезжиренного молока пастеризованного. По окончании культивирования проводят оценку величины титруемой кислотности, которая должна быть не менее 300°Т и активной реакции среды рН не более 3,5.

Отличием кисломолочной композиции по заявленному изобретению является повышение температуры культивирования. Это связано с тем, что в состав композиции входят только термотолерантные микроорганизмы. Оптимальная температура для их роста составляет 36±2°С, что позволяет сократить срок культивирования до 3 суток. Использование композиции с кислотностью 250-300°Т обусловлено лучшей подготовкой сырья.

Таким образом, кисломолочная композиция по предлагаемому способу обладает высокой титруемой кислотностью 250-300°Т, активной реакцией среды рН не более 4,0, что указывает на значительное содержание молочной кислоты в композиции - не менее 25-30 г/дм³, что должно обеспечить оптимальное разупорядочение коллагеновых волокон.

Полученную кисломолочную композицию предлагается хранить при температуре 4-7°С, в течение 40-60 дней. Титруемая кислотность в период хранения составляет 250-300°Т. Реактивацию кисломолочной композиции в предлагаемом изобретении следует проводить при температуре 36±2°С в течение 8 ч и двухкратном аэрировании. Доза добавляемого субстрата (пастеризованное обезжиренное молоко) составляет 30-40% от объема кисломолочной композиции.

Предлагаемый способ получения продуктов растворения коллагена осуществляют следующим образом. Отходы кожевенного производства и некондиционное кожевенное сырье подвергают процессу отмоки в течение 14 ч в чистой воде, ЖК=4,0. Процесс проводят при температуре 20-22°С, далее проводят обжорное золение длительностью 2 суток, используя зольную жидкость состава: (NH₄)₂SO₄ - 0,3%; Na₂S (60%) - 3,2%; Са(ОН)₂(96%) - 4,6%, которую по окончании сливают, а образцы подвергают промывке в течение 24 ч (τ=8°С). После процесса обеззоливания голья при расходе (NH₄)₂SO₄ - 0,3% промывают проточной водой в течение 1 ч, затем нарубают на кусочки размером 2×2 см, полученную массу взвешивают и подвергают солевой обработке при температуре 18-20°С, ЖК=3, концентрации Na₂SO₄ 40 г/дм³ и продолжительности обработки 4 ч.

Далее образцы направляют на щелочно-солевую обработку: NaOH 100 г/дм³ и Na₂SO₄ - 142 г/дм³, ЖК=3, при температуре 18-20°С, в течение 60 ч и промывку раствором Na₂SO₄ 40 г/дм³ при ЖК=3, температуре 20-22°С в течение 4 ч при периодическом перемешивании.

Для удаления избытка щелочи проводят нейтрализацию раствором (NH₄)₂SO₄ 10% от массы сырья при ЖК=5. Нейтрализацию проводят до отсутствия розового окрашивания фенолфталеином на срезе образца. Температуру рабочего раствора необходимо поддерживать в интервале 18-20°С.

Материал тщательно промывают проточной водой до отсутствия в промывных водах сульфат-ионов (качественная проба с BaCl₂).

Растворение коллагена в предлагаемом изобретении проводят в кисломолочной композиции с титруемой кислотностью 250-300°Т, концентрацией молочной кислоты не менее 25-30 г/дм³ и рН не более 4,0 при ЖК=1 (от исходного веса) при температуре 24±2°С и переменном механическом воздействии. Продолжительность растворения составляет 11-13 суток. При этом по окончании растворения образцы представляют собой почти прозрачные, рыхлые, набухшие кусочки дермы, легкоразрушающиеся при незначительном механическом воздействии.

После набухания и растворения проводят гомогенизацию путем 2-3-кратного измельчения.

Для удаления избытка ионов кислот в растворе продуктов растворения коллагена проводят диализ, обеспечивающий активную реакцию среды рН в пределах нейтральных показателей (6,0-7,0).

Полученный готовый продукт представляет собой вязкую, гелеобразную субстанцию, которая имеет прозрачный, несколько опалесцирующий цвет.

Примеры реализации предлагаемого способа получения продуктов растворения коллагена:

Пример 1

Отходы кожевенного производства и некондиционное кожевенное сырье подвергают процессу отмоки в течение 14 ч в чистой воде, ЖК=4,0. Процесс проводят при температуре 22°С.

Далее проводят обжорное золение длительностью 2 суток. Используют зольную жидкость состава: (NH₄)₂SO₄ - 0,3%; Na₂S (60%) - 3,2%; Са(ОН)₂(96%) - 4,6%. По окончании раствор сливают, а образцы подвергают промывке в течение 24 ч (t=8°C), обеззоливанию голья при расходе (NH₄)₂SO₄ - 0,3% в течение 1 ч и далее щелочно-солевой обработке.

Отходы кожевенного производства и некондиционное кожевенное сырье после процесса обеззоливания промывают проточной водой в течение 1 ч. Затем нарубают на кусочки размером 2×2 см и подвергают их солевой обработке при температуре 18°С, ЖК=3, концентрации Na₂SO₄ - 40 г/дм³, продолжительности обработки - 4 ч. После чего образцы направляют на щелочно-солевую обработку (t=20°C), которую осуществляют в растворе, содержащем NaOH - 100 г/дм³ и Na₂SO₄ - 142 г/дм³, ЖК=3 в течение 60 ч. По окончании обработки образцы подвергают промывке в растворе Na₂SO₄ - 40 г/дм³, ЖК=3, t=20°C в течение 4 ч.

Для удаления избытка щелочи проводят нейтрализацию раствором (NH₄)₂SO₄ - 10% от массы сырья, ЖК=3, t=18°C в течение 15 ч до полного отсутствия розового окрашивания фенолфталеином на срезе. Затем материал тщательно промывают в проточной воде (t=8°C) до отсутствия в промывных водах сульфат-ионов (качественная проба с BaCl₂).

Кислотное растворение коллагена проводят в кисломолочной композиции с величиной титруемой кислотности 252°Т, концентрацией молочной кислоты 25,8 г/дм³ и рН 3,7 при ЖК=1 (от исходного веса) при t=24°C. Продолжительность растворения составляет 13 суток.

После набухания и растворения проводят гомогенизацию путем 3-кратного измельчения.

Для удаления избытка кислоты в растворе продуктов растворения коллагена проводят диализ.

Характеристика полученного продукта представлена в таблице 1.

Пример 2

Отходы кожевенного производства и некондиционное кожевенное сырье подвергают процессу отмоки в течение 14 ч в чистой воде, ЖК=4,0. Процесс проводят при температуре 20°С.

Далее проводят обжорное золение длительностью 2 суток. Используют зольную жидкость состава: (NH₄)₂SO₄ - 0,3%; Na₂S (60%) - 3,2%; Са(ОН)₂(96%) - 4,6%. По окончании раствор сливают, а образцы подвергают промывке в течение 24 ч (t=8°C), обеззоливанию голья при расходе (NH₄)₂SO₄ - 0,3% в течение 1 ч и далее щелочно-солевой обработке.

Отходы кожевенного производства и некондиционное кожевенное сырье после процесса обеззоливания промывают проточной водой в течение 1 ч. Затем нарубают на кусочки размером 2×2 см и подвергают их солевой обработке при температуре 18°С, ЖК=3, концентрации Na₂SO₄ - 40 г/дм³, продолжительности обработки - 4 ч. После чего образцы направляют на щелочно-солевую обработку (t=20°C), которую осуществляют в растворе, содержащем NaOH - 100 г/дм³ и Na₂SO₄ - 142 г/дм³, ЖК=3 в течение 60 ч. По окончании обработки образцы подвергают промывке в растворе Na₂SO₄ - 40 г/дм³, ЖК=3, t=21°С в течение 4 ч.

Для удаления избытка щелочи проводят нейтрализацию раствором (NH₄)₂SO₄ - 10% от массы сырья, ЖК=3, t=19°C в течение 14 ч до полного отсутствия розового окрашивания фенолфталеином на срезе. Затем материал тщательно промывают в проточной воде (t=8°C) до отсутствия в промывных водах сульфат-ионов (качественная проба с BaCl₂).

Кислотное растворение коллагена проводят в кисломолочной композиции с величиной титруемой кислотности 278°Т, концентрацией молочной кислоты 26,3 г/дм³ и рН 3,4 при ЖК=1 (от исходного веса) при t=25°C. Продолжительность растворения составляет 12 суток.

После набухания и растворения проводят гомогенизацию путем 3-кратного измельчения.

Для удаления избытка кислоты в растворе продуктов растворения коллагена проводят диализ.

Характеристика полученного продукта представлена в таблице 2.

Пример 3

Отходы кожевенного производства и некондиционное кожевенное сырье подвергают процессу отмоки в течение 14 ч в чистой воде, ЖК=4,0. Процесс проводят при температуре 20°С.

Далее проводят обжорное золение длительностью 2 суток. Используют зольную жидкость состава: (NH₄)₂SO₄ - 0,3%; Na₂S (60%) - 3,2%; Са(ОН)₂(96%) - 4,6%. По окончании раствор сливают, а образцы подвергают промывке в течение 24 ч (t=8°C), обеззоливанию голья при расходе (NH₄)₂SO₄ - 0,3% в течение 1 ч и далее щелочно-солевой обработке.

Отходы кожевенного производства и некондиционное кожевенное сырье после процесса обеззоливания промывают проточной водой в течение 1 ч. Затем нарубают на кусочки размером 2×2 см и подвергают их солевой обработке при температуре 18°С, ЖК=3, концентрации Na₂SO₄ - 40 г/дм³, продолжительности обработки - 4 ч. После чего образцы направляют на щелочно-солевую обработку (t=20°C), которую осуществляют в растворе, содержащем NaOH - 100 г/дм³ и Na₂SO₄ - 142 г/дм³, ЖК=3 в течение 60 ч. По окончании обработки образцы подвергают промывке в растворе Na₂SO₄ - 40 г/дм³, ЖК=3, t=22°C в течение 4 ч.

Для удаления избытка щелочи проводят нейтрализацию раствором (NH₄)₂SO₄ - 10% от массы сырья, ЖК=3, t=20°C в течение 14 ч до полного отсутствия розового окрашивания фенолфталеином на срезе. Затем материал тщательно промывают в проточной воде (t=8°C) до отсутствия в промывных водах сульфат-ионов (качественная проба с BaCl₂).

Кислотное растворение коллагена проводят в кисломолочной композиции с величиной титруемой кислотности 299°Т, концентрацией молочной кислоты 28,1 г/дм³ и рН 3,2 при ЖК=1 (от исходного веса) при t=26°C. Продолжительность растворения составляет 11 суток.

После набухания и растворения проводят гомогенизацию путем 3-кратного измельчения.

Для удаления избытка кислоты в растворе продуктов растворения коллагена проводят диализ.

Характеристика полученного продукта представлена в таблице 3.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом (см. патент RU №2031597, МПК A23J 1/10, С09Н 1/00, С14С 1/08, опубл. 27.03.1995 г.) позволяет достичь следующие преимущества:

- повышение качества продуктов растворения коллагена с высокими молекулярными массами, обладающими хорошими коллоидно-химическими свойствами, за счет сохранения в структуре коллагена значительного количества полипептидных групп;

- снижение себестоимости готового продукта за счет использования отходов молочной промышленности (сыворотки творожной пастеризованной и/или обезжиренного молока пастеризованного) вместо органических кислот;

- использование для переработки отходов кожевенного производства и некондиционного кожевенного сырья;

- охрана окружающей среды за счет исключения из раствора агрессивных кислот, уксусной, в частности, и рациональное использование отходов кожевенного и молочного производства.