Спосіб виробництва харчової протеїнової добавки рибного і тваринного походження та добавка, одержана цим способом

Винахід належить до переробної галузі агропромислового комплексу з використання харчових добавок спортсменами та юнаками для розвитку м'язів і зв'язок, а також усіма категоріями населення для дієтичного харчування. В даний час відомо багато харчових білкових добавок. Так, наприклад, рибна харчова мука виробляється з тушки риби, тобто всі гормони переходять в готову продукцію. Спосіб виробництва її на обладнанні періодичної дії внаслідок низької теплопровідності сировини призводить до збільшення часу її термічної обробки. Крім цього, весь процес проходить в присутності жиру, виточує мого з сировини. Ці фактори сприяють розпаду цінних речовин, підвищенню кислотного числа жиру. Харчові добавки тваринного походження в основному виробляються з ембріонів, тому в готовій продукції присутні гормони. Відомі також харчові добавки з курячих лапок та іншої сировини, при виготовленні яких передбачається обробка колагенових волокон ферментами, фосфатами та іншими хімічними речовинами, що знижує їх біологічну цінність. Такі добавки не можуть використовуватися для дитячого харчування, так як містять осеїн-кістковий протеїн. Для виробництва добавок тваринного походження також використовують обладнання періодичної дії. При нагріванні змінюється фізико-біологічний стан білків. Нагрівання при температурах до 100°С призводить до денатурації розчинюючихся білкових сполук, зварюванню і гідротермічному розпаду колагену. При денатурації зменшуються гідрофільні властивості білкових молекул, що супроводжується скороченням їх гідратації і втратою вологи. Основна маса білків денатурується, коли температура сировини досягає 70°С, внаслідок чого збільшується реакційна властивість їх до протеолітичних ферментів. За цією ознакою помірно денатурировані білки краще перетравлюються організмами тварин, птиці та риб, що має найбільше значення при виробництві кормової продукції. Але при довготривалих теплових процесах в апаратах періодичної дії відбуваються дезамінірування і декарбоксилізація деяких амінокислот, в першу чергу латіоніну, серіну, треоніну і тирозіну, деструкція окремих сірковміщуючих амінокислот, аміногрупи лізину, що призводить до повного розпаду частини амінокислот з утворенням аміаку та інших смердючих газів. Тим самим знижується вміст перетравного протешу в готовому продукті. Відомий також патент США №3010829 від 28 листопаду 1961 року на спосіб одержання ароматизаторів м'яса з голяшок, голів, серця та інших органів тварин. М'ясо подрібнюють і екстрагують гарячою водою, одержуючи водорозчинну фракцію. Нерозчинений залишок відокремлюють і підвергають кислотному гідролізу. Обидві фракції з'єднують і одержують ароматизатор. Але цей процес довготривалий трудоемкий, потребує нейтралізації залишків кислоти, а потім фільтрації від небажаних домішок. За останні 20-30 років в закордонній літературі поширилася інформація про вивчення значної ролі малоцінних частин туші тварин і риби для обміну речовин людини. В даний час в Європі поширилось приготування в кафе, бістро і на вулицях запечених і відварених ніжок (копитна частина) і голяшок. В основу винаходу поставлено задачу створення харчових протеїнових без гормональних добавок рибного та тваринного походження і спосіб їх виробництва на комплекті обладнання, який використовується за новим призначенням: лінія АВЖ, барабан для сушіння, екструдер. Для добавки рибного походження сировиною є без гормональні частини тушки риби, а саме: шкіра, луска, плавальний міхур, кінцева частина м'яса і хряща на хвості. Для добавки тваринного походження сировиною є жилки (з'єднувальна тканина), отримані від жилкування м'яса, м'ясо з голяшок, шкіра птиці. Вибір сировини для харчових добавок проведений згідно з вмістом в неї амінокислот. Основою сировини для виробництва добавок рибного походження у луски - хітин, у шкірі і плавальному міхурі - колаген; добавок тваринного походження у жилок і шкіри - колаген. Від інших білків колаген відрізняється збільшеним вмістом азоту. Хімічний склад колагену ссавців приведений у таблиці 1, амінокислотний склад добавок тваринного походження - у таблиці 2, добавок рибного походження - у таблиці 3. Характерною ознакою амінокислотного складу колагену є вміст в ньому оксипроліну, в значних обсягах лізину, гліцину, і разом з тим відсутність триптофану, цистеїну, внаслідок чого колаген вважається неповноцінним білком. Продукт з колагену рекомендовано додавати 15-20% до їжі, яка вмішує всі повноцінні білки, що сприяє перетворенню білкових речовин в організмі. Хітин вміщує всі незамінні амінокислоти, але потребує попередньої обробки - замочування. В сировині присутні й інші сполуки, в подальшому розглядається вплив технологічної обробки на колаген, як найбільш представлену і важкогідролізуєму речовину. Амінокислотний склад колагену риб є іншим, ніж у ссавців і птиць. При цьому має значення не тільки вид організму, але І характер тканини, яка вміщує колаген, вік, місце відбору проби. В тому разі, коли для дослідів потрібен особливо чистий колаген, його виділяють з сухожилля і хвостів кенгуру або інших ссавців, а також з ахіллесової зв'язки. В той же час всі колагенові поліпептиди, синтезовані в клітках організмів, мало відрізняються один від одного. Спосіб виробництва харчових добавок рибного та тваринного походження складається з наступних технологічних операцій подрібнювання і зволожування сировини, тонке подрібнення, сушіння, екструдування. Для відтворення нового способу комплект обладнання, котре відоме і діє в даний час в Україні, використано за новим призначенням і створено з нього безперервно діючу лінію у складі: лінія АВЖ (без сепараторів), барабан для сушіння, екструдер Хмельницького ВАТ "Термогоіаставтомат". Ознаки нового способу відмінні від ознак способів, викладених в п.1.2, а саме: здійснення технологічного процесу без застосування хімічних речовин, безперервність виробництва, мінімальна тривалість термічного впливу на сировину і напівфабрикат для одержання високоякісної продукції, висока ступінь вилучення жиру і вологи із сировини, деструктуризація макромолекул білкових сполук до перетравної форми, запобігання розпаду і втрат білків сировини. Враховуючи вологопоглинаючу властивість колагену в цьому способі передбачається зволожування сировини фузою від НОГШ - 325. При цьому відбувається поглинання білками вологи, такі набухлі білки при екструзії не згорають(не перетворюються в золу), а перетворюються в перетравні форми. Крім того, є інша мета цього процесу. Патентом США №2961324 від 22 листопада 1960 року запропонований варіант розм'якшувального препарату для обробки м'яса у складі: водна дисперсія протеолітичного ферменту тваринного або рослинного походження, бажано в частково гідролізованому стані в даному способі. Фуза, яка запропонована для зволожування сировини, є сумішшю желатину і ферментів, та повністю відповідає ознакам розм'якшувального препарату. Така дія фузи необхідна для твердих тканин сировини: добавок тваринного походження - жил; рибного походження - шкіри осетрових риб та інших, що мають міцний покрив, луски. Використання лінії АВЖ обумовлено ознаками, які мають таку ж дію і при виконанні основної функції на лінії АВЖ - переробки жиросировини: - подрібнення в процесі переробки сировини та перетворення тканин в тонко здрібнену суміш; - проведення процесу при температурах 65-85°С в тонкому шарі впродовж 4-6 хвилин, що дозволяє одержати слабо денатурований білковий напівфабрикат без втрати вітамінів та інших корисних речовин; - одержання високоякісного жиру без збільшеного вмісту вільних жирних кислот та погіршення кольору; - всі основні операції здрібнення, прогріву сировини виконуються у відцентровому режимі з великою частістю обертів; В екструдері проходить подальший процес деструкції макромолекул під дією тиску і температури. В екструдованому продукті є всі незамінні амінокислоти, особливо лізинат аргініна, глідина, аланіна, глютамінової кислоти, проліна, оксипроліна. Вміст сирого протеїна від 55% до 96%, жиру від 1 до 15%, в залежності від сировини. При екструдуванні зберігаються жиророзчинні вітаміни A, D, Е, К. В жирі не утворюються летучі жирні кислоти, вільні кислоти, перекисли, які відсутні у готовому продукті при тривалій тепловій обробці і є токсичними речовинами. Таким чином, всі ознаки підтверджують велику біологічну цінність нових харчових білкових безгормональних добавок. Технічними результатами є: виробництво харчових білкових добавок із безгормональної колагенвмішуючої сировини; одержання білкових добавок з великим вмістом сирого протеїну до 85%, перетравного протеїну до 85%, від загального числа незамінних амінокислот до 25%, а також без втрат вітамінів; фуза (рідинна частина емульсії, одержаної від центрифуги НОГШ-325) являє собою клітинний сік сировини з вмістом розчинних білків та інших сполук і може використовуватися для фармацевтичної і косметичної галузей, а також для приготування вологої мішанки при відгодуванні тварин і птиці, а також як замінник курячих яєчок в лікувально-дієтичних препаратах для молодняку. Особливі умови використання цього способу: переробка сировини без ознак розпаду; при переході виробництва на даній лінії з одного виду сировини на інший, обов'язкова обробка обладнання та приміщення дезинфікуючими і мийними розчинами з ретельним ополіскуванням; обладнання електричним обігрівом (ТЕНами) корпусів м'ясорубки, машини АВЖ-245, шнекової центрифуги НОГШ-325. Таблиця 1 Хімічний склад колагену ссавців Хімічний елемент Азот Вуглець Кисень Водень Сірка % від ваги білка 17,65 50,53 25,43 5,8 0,1 Таблиця 2 Амінокислотний склад харчової добавки тваринного походження мг в 100г продукту № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Харчова добавка тваринного походження Незамінні амінокислоти Лізин 2,67 Оксилізин 0,72 Метіонін 0,54 Валін 2,00 Гістидін 0,46 Фенілаланін 1,33 Лейцин 2,5 Ізолейцин 1,2 Треонін 1,0 Амінокислоти 10 11 12 13 Аргінін Цистін Гліцин Тирозин 6,33 0,15 14,78 0,55 14 15 16 17 18 19 Замінні амінокислоти Серін Аланін Аспарагінова кислота Глютамінова кислота Пролін Оксипролін 2,25 7,24 3,23 8,28 12,46 7,34 Таблиця 3 Склад амінокислот в колагені рибного походження № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Залишок амінокислоти Гликоколь Аланін Валін Лейцин Ізолейцин Серій Треонін Метіонін Фенілалнін Тирозін Лізин Оксилізин Аргінін Гістидін Аспарагінова кислота Глютамінова кислота Пролін Оксипролін % залишків від загальної їх кількості в поліпептидному ланцюзі Плавальний міхур коропа Шкіряний покрив акули 33,1 33,8 12,5 10,6 1,8 2,5 2,0 2,5 1,0 1,5 3,7 6Д 2,7 2,3 1,6 1,8 1,3 1,3 0,3 0,3 2,6 2,6 0,7 0,6 5,2 5Д 0,4 1,2 4,7 4,3 7,1 6,8 11,6 10,6 7,6 5,9 Молюски 32,1 7,2 2,2 2,4 1,2 6,0 2,8 од 1,0 0,9 0,8 0,8 5Д 0,3 6,7 9,9 10,4 10,0 Всі амінокислотні залишки мають однакову довжину поліпептидного ланцюга, але значно відрізняються за вагою. Тому в таблиці №3 приведено вміст амінокислотних залишків в % від їх загальної кількості в поліпептидному ланцюзі. Сировина є в достатньому обсязі на рибообробних та м'ясообробних підприємствах. Для запровадження даного способу виробництва харчових добавок пропонується безперервнодіюча лінія, яка складена з відомого в Україні обладнання переробної галузі агропромислового комплексу, що використовується за новим призначенням. Лінія АВЖ декілька десятків років використовується на м'ясокомбінатах для виробництва харчових тваринних жирів, барабан для сушіння - в багатьох галузях переробної промисловості, екструдер - в зернообробній галузі. Потужність нової лінії визначається за потужністю екструдеру. Потужність лінії АВЖ - 500кг/год сировини. Послідовність дій однакова при виробництві добавок рибного і тваринного походження. Сировину накопичують як найменше на 2 години роботи лінії, тримають її в холодильній камері з температурою від 4°С до 8°С. Враховуючи те, що сировина рибного й тваринного походження вміщує 30-35% вологи, передбачається зволожування сировини охолодженою фузою (від центрифуги НОГШ) за пропорцією 1:0.5 (сировина:фуза). Процес зволожування продовжується від 0.5 до 4-5 годин. Перший етап - це розігрів обладнання ТЕНами і гарячою водою температури 95°С, котру насосом прокачують починаючи з м'ясорубки і закінчуючи центрифугою. Вода знаходиться в оберті з обов'язковим повторним підігрівом до 95°С. Цей етап продовжується до розігріву внутрішніх частин обладнання до 85°С. Екструдер розігрівається до 125°С, під час екструдування обігрівачі вимикають. В окремому приміщенні сировину подрібнюють на м'ясорубці (отвори 8-15мм), після чого її по лотку подають у відцентрову машину АВЖ-245. Основним робочим органом машини є перфорований барабан, що обертається, з 152 отворами діаметром 6мм на його поверхні. В центрі барабану закріплюється рухомий ніж, передбачений для первинного подрібнювання сировини та відкидання її на стінку барабану. На внутрішній стороні барабану розміщені 2 нерухомих ножі, котрі підрізають удавлені в отвори барабану частки сировини. Частота обертів барабану - 1460об/хвил. Барабан призволиться в дію електродвигуном потужністю 14КВт. При переробці сировини в машину АВЖ-245 не подаються ні пар, ні вода. Це є так званий "сухий" спосіб, при якому не вимивається частка сухих речовин. Приймальний бункер і корпус машини АВЖ обладнується ТЕНами для підтримки температури в ній на рівні 80-85°С. Частки сировини потрапляють під комбінований вплив подрібнення і теплонагрівання, що призводить до початку руйнування не тільки тканин сировини, а й багатоланцюгових сполук, з виділенням з тканин сировини вологи та жиру. Утворюється суміш з емульсії та суспензії твердих часток. Ця маса витискується машиною АВЖ в напірний накопичувач, а з нього самопливом потрапляє до безперевнодіючої горизонтальної шнекової центрифуги НОПП-325 для відокремлювання шквари від емульсії. Напівфабрикат шнеком подають у барабан для сушіння (діаметром 1м, довжиною 4м), до якого нагнітають гаряче повітря температурою 100°С. З барабану напівфабрикат по лотку поступає в екструдер, в якому процес проходить при температурі 130°С і тиску в 6 атмосфер. На виході з екструдеру продукт формується матрицею. Транспортер, на якому проходить охолодження, подає продукт до сховища. Емульсія від центрифуги НОГШ-325 самопливом зливається в приймальний бак, звідки малою відцентровою машиною АВЖ-130 перекачується у відстійник. Там відбувається відшарування й злив до окремої місткості. Осад, котрий вміщує найменші частки напівфабрикату, повертають для подальшої переробки в барабан. Фуза (рідинна частина суміші) накопичується у відстійнику, а потім направляється в господарства на відгодівлю тварин і птиці, або на фармацевтичні чи косметологічні підприємства. Фугат від шнекового пресу є концентрованою емульсією жиру, яку перекачують у відстійник для розшарування. Після закінчення роботи проводять обов'язкову щоденну мийку обладнання в зв'язку з тим, що залишки сировини будуть запивати, залишки напівфабрикату і продукту при подальшій термічній обробці будуть пригорати і всі ці компоненти можуть попасти у готову продукцію, що погіршить її якість.