способ деминерализации шрота при производстве желатина

Формула изобретения

СПОСОБ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ШРОТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЖЕЛАТИНА, включающий обработку шрота минеральной кислотой, отличающийся тем, что обработку шрота проводят фосфорной кислотой с концентрацией 10 - 25% в пересчете на фосфорный ангидрид в две стадии, на первой стадии кислоту вводят в количестве, превышающем стехиометрическую норму на содержание кальция в шроте, и обработку проводят при остаточном давлении 0,15 - 0,8 атм и температуре 15 - 35^oС в течение 0,5 - 3 ч, на второй стадии - в количестве, достаточном для поддержания концентрации свободной кислоты в смеси 10 - 25% в пересчете на фосфорный ангидрид, при этом вводят оборотную фосфорную кислоту и обработку проводят при атмосферном давлении и температуре, равной температуре первой стадии, в течение 5 - 7 сут.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства желатина, в частности к способу деминерализации костного сырья (шрота), и может быть использовано не жалетиновых заводах и мясокомбинатах, как одна из основных операций при выработке желатина.

Известен способ деминерализации (мацерации) шрота при производстве желатина, включающий стадийную обработку сырья слабым раствором сернокислого цинка (0,4 - 0,8% -ной концентрации) и последующую промывку выделенного шрота водой до нейтральной среды (авт. св. СССР N 92141, кл. C 02 H 1/02, 1949).

Способ технологически сложен и дорог; требуется строгая дозировка реагента, а также постоянный контроль концентрации сернокислого цинка в растворе, в желатине и в сточных водах производства. Указанный способ не нашел промышленного применения.

Известен способ деминерализации шрота при производстве желатина, включающий обработку сырья раствором соляной кислоты (2,5 - 5% -ной концентрации) и нейтрализацию обработанного шрота водой с щелочными добавками [1] , или способ деминерализации шрота, предусматривающий на стадии обработки сырья соляной кислотой воздействие на смесь импульсным ультразвуковым полем с длительностью импульса 50 - 60 с, интенсивностью 1,5 - 2 104 Вт/м2 и частотой импульса 18 - 20 кгц [2] .

По технической сущности и достигаемому эффекту последний указанный источник принят в качестве прототипа.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:

- сравнительно низкий выход коллагенового вещества (оссеина), который составляет 45 - 60% и соответственно низкий выход желатина, потери в сточные воды кальция и магния в виде хлористых солей;

- использование соляной кислоты сокращает срок службы оборудования и металлоконструкций, требует больших затрат на химзащиту и создает условия повышенной вредности для рабочих, так как создается постоянная опасность утечки кислоты, а также возможность заражения воздушного бассейна ее парами;

- способ не предусматривает замкнутого цикла водообеспечения. Имеет место значительный сброс стоков в канализацию, что отрицательно влияет на экономические показатели процесса деминерализации и производства желатина в целом;

- способ требует наличия больших емкостей для хранения кислоты и складских помещений.

Целью изобретения является повышение выхода белкового вещества и достижение безотходного и экологически чистого производства.

Цель достигается тем, что способ включает обработку шрота фосфоpной кислотой концентрации, равной 10 - 25% Р2О5, при этом обработку шрота кислотой осуществляют в две стадии, на первой из которых кислоту вводят в количестве, превышающем стехиометрическую норму на содержание кальция в шроте, и обработку проводят при остаточном давлении 0,15 - 0,8 атм, температуре 15 - 35оС, в течение 0,5 - 3 ч, а на второй - в количестве, достаточном для поддержания концентрации свободной кислоты в смеси, равной 10 - 25% Р2О5, путем введения оборотной фосфорной кислоты, а обработку проводят при атмосферном давлении, температуре, равной температуре первой стадии, и в течение 5 - 7 сут. В результате обработки получают оссеин, который отделяют от жира и водных растворов солей и далее осуществляют его промывку до нейтральной среды.

Составляющими костной системы позвоночных животных являются органическая и неорганическая части и жир. В неорганическую часть кости, в основном, вводят соли Са3(РО4)2 (более 78% ), СаСО3 (более 15% ) и Mg3(PO4)2 (около 2% ).

Технический процесс деминерализации (мацерации) шрота фосфорной кислотой осуществляется по следующим химическим реакциям:

Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ = 3Ca(H₂PO₄)₂ (1)

CaCO₃ + 2H₃PO₄ = Ca(H₂PO₄)₂ + H₂O + CO₂ (2)

Mg₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ = 3Mg(H₂PO₄)₂ (3)

В условиях первой стадии обработки шрота фосфорной кислотой протекают химические реакции (2) и (3), а в условиях второй стадии - реакция (1).

Определены новые свойства фосфорной кислоты по отношению к белковым компонентам, в частности выявлено, что она обладает меньшей деструктивной способностью, чем соляная кислота, что положительно сказывается на повышении выхода коллагенового белка (оссеина) и выхода получаемого из него желатина.

В процессе деминерализации кости образуются так называемые манерационные щелока. Состав последних существенно отличается от состава щелоков известных способов. Щелока по предложенному способу содержит монокальцийфосфат, фосфорную кислоту, органическую часть кости и воду, т. е. щелок представляет собой кальций-фосфорсодержащее сырье. Указанный материал является полупродуктом для производства белковой массы, используемой в качестве кормовой добавки для животных и птиц и для производства конверсионной фосфорной кислоты, которая может быть использована повторно в технологическом процессе на стадии обработки шрота. Кроме того, частично конверсионная фосфорная кислота может быть использована для производства дикальцийфосфата или сульфата кальция для медицинской промышленности. Таким образом, предложенный способ помимо повышения выхода белкового вещества обеспечивает безотходную и экологически чистую технологию деминерализации костного сырья. Известный способ - прототип лишен указанных преимуществ.

Предложенный способ по сравнению с известным исключает потери коллагена, повышая тем самым выход белкового вещества. В процессе деминерализации практически весь жир переходит в мацерационный щелок, тем самым повышая качество получаемого оссеина и его выход.

П р и м е р 1. На деминерализацию поступает шрот, представляющий собой обезжиренную, промытую, высушенную и измельченную до размеров 20 - 40 мм кость. Влажность кости составляет -10% .

Шрот в количестве 1 т загружают в рабочий реактор, который соединен с вакуум-системой и имеет "рубашку" для поддержания заданной температуры реакционной смеси. После загрузки реактора шротом в него подают фосфорную кислоту концентрации, равной 10% Р2О5 в количестве, превышающем стехиометрическую норму на содержание кальция в шроте. Реактор закрывают и доводят давление в нем до 0,15 атм, а температуру смеси до 15оС. При этих технологических параметрах в течение 30 мин осуществляют первую стадию обработки.

При необходимости осуществляют перемешивание смеси, осуществляемое мешалкой, которой снабжен реактор. Однако указанную операцию успешно осуществляет фосфорная кислота, которая поступает в реактор. Для "запуска" процесса деминерализации используют "свежий" раствор фосфорной кислоты. По мере накопления мацерационных щелоков и получения из них конверсионной фосфорной кислоты в процесс поступает только циркулирующая конверсионная кислота.

В результате первой стадии обработки шрота происходит частичная его деминерализация с получением продуктов Са(Н2РО4)2 Mg(Н2РО4)2 и СО2. По истечении времени обработки на первой стадии давление в реакторе доводят до атмосферного, температуру смеси оставляют прежней, т. е. 15оС, и при этих условиях в реактор вводят фосфорную кислоту в количестве, достаточном для поддержания концентрации свободной кислоты в смеси, равной 10% Р2О5. При этом на этой стадии вводят уже накопившуюся конверсионную фосфорную кислоту или же при отсутствии таковой - "свежую" фосфорную кислоту. При вышеуказанных условиях в течение 5 сут осуществляют вторую стадию обработки шрота.

На второй стадии деминерализации получают раствор Са(Н2РО4)2 в количестве более полутонны в пересчете на сухое вещество.

В результате двухстадийной деминерализации шрота фосфорной кислотой получают белковый продукт в виде оссеина. Последний отделяют от жира и водных растворов солей, промывают любым нейтральным реагентом до нейтральной среды и с влажностью до 80% (среднее значение) отправляют на дальнейшую переработку, а именно на производство желатина.

Выход белкового вещества из 1 т шрота составляет 2350 кг, в то время как по известному способу (прототипу) около 2000 кг.

После завершения деминерализации шрота жидкая фаза представляет собой щелок, общее количество которого, включая две стадии обработки, составляет более 9 т. В состав щелока входят монокальцийфосфат, фосфорная кислота, органическая часть и вода. В целом эта смесь представляет собой сырье для получения ортофосфорной кислоты, частично возвращаемой в процесс деминерализации, дикальцийфосфата, сульфата кальция и белковой массы, используемой в качестве кормовой добавки. Таким образом, предложенное техническое решение деминерализации шрота в комплексе с утилизацией отходов обеспечивает осуществление безотходное и экологически чистое производство.

П р и м е р 2. Исходным материалом является шрот и обработку осуществляют фосфоной кислотой как в примере 1. При этом на первой стадии кислоту вводят в количестве, превышающем стехиометрическую норму на содержание кальция в шроте и концентрации, равной 20% Р2О5. На этой стадии обработку ведут при остаточном давлении 0,4 атм, температуре смеси 25оС и в течение 2 ч. После истечения указанного времени вводят кислоту в количестве, достаточном для поддержания концентрации свободной кислоты в смеси, равной 20% Р2О5, температура при этом поддерживается, равной температуре первой стадии, а давление снижают до атмосферного значения. В этих условиях в течение 6 сут проводят вторую стадию деминерализации шрота.

В результате получают из 1 т шрота оссеин в количестве 2450 кг и мацерационный щелок, состав которого позволяет использовать его для получения вышеуказанных продуктов.

П р и м е р 3. Осуществляют деминерализацию как в примере 1, но на первой стадии обработки кислоту вводят в количестве, превышающем стехиометрическую норму на содержание кальция в шроте концентрации 25% Р2О5, а обработку проводят при остаточном давлении 0,8 атм, температуре 35оС и в течение 3 ч. Вторую же стадию обработки проводят при количестве кислоты в смеси, достаточной для поддержания концентрации свободной кислоты, равной 25% Р2О5, и которую поддерживают путем введения оборотной фосфорной кислоты. Давление на второй стадии обработки - атмосферное, температура равна температуре первой стадии и время обработки составляет 7 сут. В течение всего процесса деминерализации периодически осуществляют перемешивание смеси в реакторе.

Выход белкового вещества из 1 т оссеина составляет около 2480 кл, а мацерационный щелок является качественным полупродуктом, т. е. сырьем для производства вышеуказанных продуктов.

Качество получаемого оссеина отвечает требованиям ГОСТа на сырье для производства желатина, а выход его по сравнению с известным способом-прототипом увеличивается на 3 - 5% . Предложенный способ имеет перед известным преимущество в части возможности утилизации отходов, что существенно сказывается на экономических показателях всего производства деминерализации.

Указанные заданные пределы технологических параметров процесса деминерализации являются оптимальными, поскольку при ниже и выше указанных пределов каждого параметра положительный эффект снижается (по выходу белкового вещества).

Предложенный способ в исполнении прост, обеспечивает высокую рентабельность производства -58,6% , небольшой срок окупаемости капитальных вложений (4 года), безопасные условия труда рабочих, экономию энергозатрат по отношению к способу-прототипу, а также экологическую чистоту. (56) 1. Д. И. Вирвик и др. Производство клея и желатина. М. , Пищевая промышленность, 1969, с. 113 - 127.

2. Авторское свидетельство СССР N 518206, кл. A 23 J 1/10, 1974.