способ получения пористого белкового текстурата

Формула изобретения

1. Способ получения пористого белкового текстурата путем приготовления белоксодержащей дисперсии, доведения pH среды до требуемого значения, замораживания, выдерживания в замороженном состоянии, оттаивания, отличающийся тем, что доведение pH среды до требуемого значения осуществляется последовательной обработкой белоксодержащей дисперсии сначала до pH 2,5-4,0, далее до pH 4,5-5,5 или сначала до pH 2,5-4,0, далее pH 10,5-12,5 с последующим доведением pH до 7,0-10,0, а замораживание проводят в течение 6-12 ч при температуре -5...-40^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии приготовления белоксодержащей дисперсии вводят от 1 до 15% хитозана или керамита в расчете на сухой вес белка.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после оттаивания проводят дубление и обработку пластификаторами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии биополимеров, в частности к процессам получения пористых текстуратов на основе фибриллярных белков животного происхождения с использованием приемов криотропного гелеобразования, т.е. путем формирования белковых текстуратов замораживанием-оттаиванием исходной системы. Пористые белковые текстураты находят применение в биотехнологии, косметологии, медицине и пищевой промышленности.

Одним из известных приемов структурирования является криогенная обработка, позволяющая формировать пористые белковые гели - криогели (криоструктураты, криотекстураты). Как правило, получение пористых белоксодержащих текстуратов включает следующие операции: выделение белка из исходного сырья, далее либо растворение в воде или водных растворах, либо приготовление тем или иным способом водной дисперсии (суспензии), далее с помощью кислоты или щелочи доведение значения pH системы до требуемой величины, замораживание в присутствии или без сшивающего агента, после оттаивания иногда обработка дубителями, пластификаторами, в результате получают пористый белоксодержащий материал.

Например, известен способ (1) получения пористого коллагенового материала для медицины, предусматривающий ферментативное выделение структурного белка соединительных тканей животных - коллагена, его измельчение до образования тонкодисперсной системы (длина волокна 1-10 мм) с последующим ее криоструктурированием в кислой среде при pH 2-3,5 в присутствии сшивающих агентов.

Однако этот способ трудоемок и не технологичен, т.к. необходимо использование дорогостоящих ферментов, а стадия ферментации продолжительна. Кроме того, осуществление этого способа строго ограничено по параметру кислотности среды и невозможно без применения сшивающих агентов. При использовании сшивающих агентов часто требуется дополнительная промывка конечного продукта, так как в большинстве случаев эти вещества являются токсичными.

Также известен способ (2) получения пористого белкового геля путем замораживания-оттаивания, при этом в белковое сырье вводят денатурирующий агент в количестве 0,5-15% в расчете на общую массу композиции, имеющей pH 1-12, которую замораживают при (-3)... (-196)^oC в течение 0,2-48 ч с последующим оттаиванием известными способами.

Недостатком этого способа является использование химических агентов, ограничивающих применение гелей в пищевой промышленности. Кроме этого, при выполнении способа для каждой конкретной исходной системы требуются определенные условия проведения процесса структурирования, что снижает универсальность способа.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является, принятый за прототип, способ получения пористого коллагенового материала, включающий выделение коллагена в виде водной дисперсии волокон с длиной 2-4 мм и диаметром 0,06-0,16 мм из коллагенсодержащего сырья, криоструктурирование, которое проводят при pH среды в интервале 1,0-2,0 или 8,5-13,0, и затем дубление, а обработку пластифицирующим компонентом осуществляют перед криоструктурированием или после дубления (3).

Хотя этот способ и позволяет в широких пределах регулировать размер пор, а следовательно, физико-механические свойства пористого коллагенового материала, в целом структура последнего остается анизотропной. Поэтому основным недостатком способа является тесная зависимость свойств пористого коллагенового материала от параметров криогенной обработки (прежде всего от температуры). Кроме того, структураты, полученные при сильнокислотных или сильнощелочных значениях pH, неизбежно требуют дополнительного доведения pH до величин, удобных для использования материала в медицине, биотехнологии или пищевой промышленности.

Задачей предлагаемого изобретения является преодоление недостатков известных технических решений, т.е. повышение технологичности способа получения пористых белковых текстуратов, повышение его универсальности в отношении набора исходных систем, из которых можно сформировать целевые продукты, и увеличение ассортимента последних.

Указанная задача решается тем, что пористый белковый текстурат получают из белкового сырья путем приготовления белоксодержащей дисперсии, доведения pH среды до требуемого значения, сначала до pH 2,5 - 4,0, далее до pH 4,5 - 5,5 или сначала до pH 2,5 - 4,0, далее до pH 10,5 - 12,5 с последующим доведением pH до 7,0 - 10,0, затем полученный продукт замораживают при температуре -5 ... -40^oC в течение 6-12 часов и далее оттаивают. После оттаивания проводят дубление и обработку пластификаторами.

На стадии приготовления белоксодержащей дисперсии вводят от 1 до 15% хитозана или кератина в расчете на сухой вес белка.

Предлагаемый способ реализуется согласно такой последовательности операций.

Готовят белоксодержащую дисперсию, дисперсная фаза которого образована по меньшей мере одним типом белка или смесью биополимеров, состоящей из коллагена, актомиозина, хитозана, кератина. В качестве белоксодержащего сырья используются золеные шкуры крупного рогатого скота, соединительные и мышечные ткани животных, птиц и рыб. На стадии приготовления белоксодержащей дисперсии может проводится ее промывка.

С помощью последовательных добавок кислоты, щелочи корректируется необходимое значение pH соответствующей белковой системы. В качестве кислот используют минеральные или органические кислоты (соляная, серная, уксусная). В качестве щелочи используют растворы гидроокиси натрия и калия.

Приготовленную таким образом композицию замораживают любым известным способом в течение определенного времени, а затем оттаивают также известными приемами.

Далее в зависимости от назначения полученный белковый криотекстурат может быть дополнительно обработан дубителями (водный раствор таннина, формальдегида или глутарового альдегида) и пластификаторами (касторовым маслом, глицерином и пр. ). Оказалось, что при выполнении такой последовательности операций заявляемого способа происходит формирование изотропного пористого текстурата. Исключение любой стадии процесса, например, первой кислотной обработки белоксодержащей дисперсии (пример 8), не дает возможности получить целевой белковый текстурат.

Выбор конкретных составов исходных систем, значений pH подготовленной к замораживанию композиции, режимов криогенной обработки и последующих видов обработки размороженных криотекстуратов обусловлен следующими моментами.

Состав и концентрация белковых компонентов зависит от вида белкового сырья, перерабатываемого по предлагаемому способу.

Значение pH замораживаемой композиции зависит от вида белковых объектов. Так, например, граничные значения диапазона pH 2,5-4,0 соответствуют требуемой максимальной степени набухания актомиозина. При значении pH ниже 2,5 происходит разрушение надмолекулярной организации структурных элементов частиц дисперсии белка, что нежелательно. При значении pH выше 10,5 диапазона pH 10,5-12,5 может происходить растворение актомиозина, а при pH выше 12,5 - частичное растворение коллагена. Граничные значения диапазонов pH 4,5-5,5 и 7,0-10,0 определяются различной способностью используемого белоксодержащего сырья к структурированию, эти диапазоны найдены экспериментально. Изобретение иллюстрируют примеры 1-8.

Пример 1.

Спилковую обрезь золеных шкур крупного рогатого скота фрагментируют на куски размером 2х2 см и промывают водой при перемешивании в течение 60 минут, затем промывают 0,3%-ным водным раствором едкого натрия (pH смеси около 12), содержащим 0,3% хлорида натрия, при перемешивании в течение 60 минут. После этого набухшее сырье отжимают, промывают водой в течение 30 минут и измельчают на диспергаторе ножевого типа до получения 10-20%-ной водной дисперсии коллагена с размером частиц до 0,2 мм. Величина pH среды при этом составляет около 10.

Далее водную дисперсию подкисляют 0,2 М раствором серной кислоты до pH 2,5, перемешивают, затем доводят pH системы 0,5 М раствором гидроокиси калия до 11,5. Далее дисперсию обрабатывают 0,4 М раствором соляной кислоты до значения pH 9,0. Концентрация сухих веществ в системе составляет 2%, ее замораживают при температуре - 15^oC в течение 12 часов. Размораживание полученного пористого продукта проводят на воздухе при температуре 4^oC. После этого материал промывают водой, дубят 1% водным раствором формальдегида в течение 40 минут, пластифицируют 20%-ным водным раствором глицерина в течение 1 часа и сушат на воздухе. Размер пор коллагенового текстурата 1-3 мм.

Пример 2.

Дисперсию коллагена, полученную аналогично примеру 1, подкисляют 0,2 М раствором соляной кислоты до pH 3, затем доводят pH системы 0,5 М раствором гидроокиси натрия до pH 4,5. Концентрация сухих веществ в системе составляет 5%. Систему замораживают при температуре -15^oC в течение 12 часов. Размораживание полученного пористого продукта проводят на воздухе при температуре 4^oC. Размер пор коллагенового текстурата 1-3 мм.

Пример 3.

Чистую соединительную ткань животных (птицы и рыбы) нарезают на куски размером 2х2 см, измельчают и гомогенизируют в диспергаторе ножевого или червячного типа до размера частиц не более 0,2 мм.

Далее водную дисперсию подкисляют 0,2 М раствором уксусной кислоты до pH 3,0, затем 0,5 М раствором гидроокиси натрия доводят pH среды до значения 12,5, после чего 0,2 М раствором соляной кислоты доводят pH до 10. Концентрация сухих веществ составляет 5%. Дисперсию замораживают при температуре -30^oC в течение 6 часов, размораживают на воздухе при комнатной температуре. После этого промывают водой, дубят 5% водным раствором таннина в течение 2 часов и сушат на воздухе. Размер пор коллагенового текстурата 1-2 мм.

Пример 4.

Мышечную ткань (с/х животных, птицы и рыбы) измельчают и гомогенизируют на диспергаторах ножевого или червячного типа до размера частиц 0,1 мм. Полученную пасту промывают водой и отделяют центрифугированием (5000 об/мин в течение 30 минут). Далее водную белоксодержащую дисперсию подкисляют 0,4 М раствором соляной кислоты до pH 4,0, затем 0,5 М раствором гидроокиси натрия доводят pH среды до 10,5, после чего 0,1 М раствором соляной кислоты доводят pH до 7. Концентрация сухих веществ в белоксодержащей системе 8%, ее замораживают при температуре -5^oC в течение 8 часов. Размораживают на воздухе при температуре 4^oC. Размер пор полученного белоксодержащего текстурата 1-3 мм.

Пример 5.

Мышечную ткань, полученную аналогично примеру 4, подкисляют 0,3 М раствором уксусной кислоты до pH 3,5, затем доводят pH дисперсии 0,4 М раствором гидроокиси калия до pH 5,5. Концентрация сухих веществ в системе составляет 7%. Систему замораживают при температуре -40^oC в течение 8 часов. Размораживание полученного пористого продукта проводят на воздухе при температуре 4^oC. Размер пор коллагенового текстурата 0,5-1 мм.

Пример 6.

Дисперсию коллагена, полученную аналогично примеру 2, и дисперсию, содержащую актомиозин и приготовленную по примеру 3, смешивают в отношении 1:2 и проводят последовательную обработку кислотами и щелочами по примеру 1. Далее проводят замораживание при температуре -30^oC в течение 6 часов, после чего размораживают при комнатной температуре. Концентрация сухих веществ в дисперсии перед замораживанием 15%. Размер пор в полученном белоксодержащем текстурате - до 200 мкм.

Пример 7.

В дисперсию коллагена, приготовленную аналогично примеру 2, вводят 1%-ный раствор хитозана или 1%-ную дисперсию кератина. Обработку дисперсии кислотой и щелочью проводят аналогично примеру 1. Дисперсию замораживают при температуре -10^oC в течение 12 часов. Размер пор белоксодержащего текстурата 1-3 мм.

Пример 8.

Дисперсию коллагена, полученную аналогично примеру 1, подщелачивают 0,5 М раствором гидроокиси натрия до pH 11,5, перемешивают, а затем 0,2 М раствором соляной кислоты доводят pH до 8,0. Концентрация сухих веществ в системе 2%. Далее осуществляют замораживание при температуре -15^oC в течение 12 часов. После размораживания на воздухе при температуре 4^oC получают неструктурированную пастообразную систему.

Предлагаемый способ получения пористых белоксодержащих текстуратов позволяет использовать концентрированные суспензии фибриллярных белков различного происхождения. Новый способ позволяет расширить ассортимент конечных продуктов, благодаря возможности комбинирования белковых препаратов, а также белков в смеси с небелковыми компонентами. Достоинством способа является то, что для осуществления процесса структурирования не требуется сшивающих и денатурирующих химических агентов. Разработанный способ включает последовательную кислотно-щелочную обработку до замораживания, что позволяет получить однородный по объему продукт с близким к нейтральному значению pH. Криогенную обработку осуществляют при более высоких отрицательных температурах (-5. . .-40^oC), чем в аналогах и прототипе (-5...-60^oC), что повышает технологичность заявляемого способа за счет использования типового холодильного оборудования.

Материал, полученный по заявляемому способу, может быть использован в биотехнологических процессах, косметологии, медицине, легкой и пищевой промышленности.