Способ получения коллагена из биологического материала - RU2533218C1

Описание

Изобретение относится к способам получения коллагена из биологического материала.

Известен способ получения коллагена путем измельчения биологического материала, обработки насыщеннным раствором сульфата натрия, содержащим 10% раствор едкого натра, с временем экспозиции от 3 до 5 суток, нейтрализации щелочи водным раствором борной кислоты, промывания проточной водой, растворения обработанного материала в одномолярной уксусной кислоте и очищения диализом против дистиллированной воды в течение 3 суток (см. Хилькин A.M., Шехтер А.Б., Истранов Л.П., Леменев В.Л. Коллаген и его применение в медицине, 1976. - М.: Медицина. - С.47-50).

Недостатком известного способа является длительный период времени, требующийся для выделения готового продукта. Кроме того, для получения коллагена необходимы дорогостоящие реактивы.

Известен также способ получения коллагена из биологического материала, включающий измельчение сырья, жидкостную обработку биологического материала с получением коллагенсодержащей субстанции, которую разделяют на осадок и жидкую фракцию (см. RU №2322249, 2008 г.).

Однако использование в качестве растворителя уксусной кислоты, обусловливающей кислую реакцию конечного продукта, и наличие в нем избыточного содержания уксусной кислоты и ее солей, высокая (до 20%) концентрация едкого натра, длительная (в течение 24 часов) промывка обработанного материала приводят к ограничению применения способа. Кроме того, названные способы базируются на сравнительно ограниченном ассортименте сырьевых источников.

Задачей изобретения является обеспечение возможности получения нейтрального коллагена и расширение сырьевой базы для его производства.

Технический результат - обеспечение возможности получения нейтрального коллагена и расширение сырьевой базы для его производства.

Поставленная задача решается за счет того, что способ получения коллагена из биологического материала, включающий измельчение сырья, жидкостную обработку биологического материала с получением коллагенсодержащей субстанции, которую разделяют на осадок и жидкую фракцию, отличается тем, что в качестве биологического материала используют медузу, предпочтительно Rhopilema, предпочтительно ее купол, который измельчают предпочтительно до 1-2 мм, при этом для получения коллагенсодержащей субстанции подготовленный таким образом материал смешивают с питьевой водой при соотношении по массе сырья к воде как 1:2 и экстрагируют в течение 6-12 часов при комнатной температуре, после чего полученный экстракт разделяют на жидкую фракцию и осадок, который затем обезвоживают до массовой влаги в нем не более 10%, после чего фасуют и упаковывают. Кроме того, жидкую фракцию экстракта используют для производства напитков.

Rhopilema asamushi считается наиболее ценной медузой из промышляемых на пищевые цели 12-ти видов сцифоидных желетелых. В настоящее время эта медуза реализуется в странах Европы и Юго-Восточной Азии главным образом в виде солено-сушеного полуфабриката, обрабатываемого различными квасцами, используемыми в качестве консервантов для увеличения срока хранения изделия и стабилизаторов его структуры. В России медуза как продукт питания широко не используется. Иностранные способы заготовки и использования медуз в пищу не приемлемы для российского потребителя из-за применения запрещенных нашими санитарно-гигиеническими нормативами пищевых добавок при производстве полуфабриката медузы.

Основным способом обработки медуз отряда Rhizostomeae за рубежом [Goy J., Toulemont A. Meduses. - Monako: Musee oceanographique, 1997. - 160 p.] является производство солено-сушеной продукции. За рубежом сушеная и солено-сушеная продукция из медузы пользуется большим спросом и имеет высокую розничную цену. Продукт употребляется в пищу солено-сушеным в качестве закуски с соевым соусом, в жареном виде, добавляется к салатам и т.д.

По пищевой принадлежности сцифоидные медузы как важные виды нерыбного сырья являются наиболее высокоценными продуктами питания, что обусловлено содержанием в них хорошо усвояемого и полноценного белка, биологически ценного жира, разнообразных витаминов, минеральных веществ и биологически активных компонентов.

Это подтверждают гистологические и микроструктурные исследованиями. Ткань медузы содержит в большом количестве биологически ценные нуклеиновые кислоты, повышающие иммунитет организма человека. Белок медузы представлен биологически и фармацевтически ценным коллагеном - желатиноподобным протеином, основной органической составляющей соединительной ткани и органическим компонентом костей, что подтверждается эффективностью действия при лечении артритов [Hsieh Y-H.P., Leong F.-М. and Rudloe J. Jellyfish as food // Hydrobiology. 2001. V.451. P.11-17]. Между коллагеновыми и эластическими волокнами по матриксу мезоглеи располагаются биологически активные фибробласты - клетки, продуцирующие коллагеновые волокна в местах их повреждений.

Белок медузы хорошо сбалансирован по аминокислотному составу, содержащему все жизненно необходимые эссенциальные аминокислоты, а также широкий набор свободных аминокислот, благотворно влияющих на метаболические процессы в организме, что характеризует биологическую и пищевую полноценность продуктов из тихоокеанских желетелых.

Исследования фракционного и жирнокислотного состава липидов медуз свидетельствуют о том, что липиды зонтичной части и ротовых лопастей медузы содержат триглицериды, фосфолипиды, ди- и моноглицериды, стерины, эфиры стеринов и свободные жирные кислоты.

В составе жирных кислот тихоокеанских сцифоидных медуз содержатся насыщенные, мононенасыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты. Исследование жирных кислот, находящихся в ковалентно связанной форме в составе липидов различных классов, свидетельствует о том, что липиды тихоокеанских медуз имеют большую биологическую ценность, так как жирные кислоты на 16-20% состоят из ряда эссенциальных, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма полиненасыщенных кислот: линолевой, линоленовой, арахидоновой и эйкозапентаеновой.

Минеральный состав медузы представлен широким набором макро- и микроэлементов, превалирующими среди которых являются железо, хлор, йод, натрий, хром, алюминий, фтор, марганец, бром.

Себестоимость медуз в России ниже себестоимости объектов морского промысла (рыба и ценные морепродукты).

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию “новизна”.

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи

Признаки «в качестве биологического материала используют медузу» позволяют привлечь для производства коллагена новый вид биологического материала, ресурс которого практически неограничен.

Признаки, указывающие на использование медузы «предпочтительно Rhopilema», обеспечивают использование вида медуз, значительный период использования в пищу которого в восточной кулинарии подтвердил его съедобность.

Признаки, указывающие на использование предпочтительно купола медуз, обеспечивают возможность вовлечения в оборот отходов переработки медуз, поскольку в восточной кухне используют предпочтительно щупальца.

Признаки, указывающие, что купол «измельчают предпочтительно до 1-2 мм», обеспечивают ускоренную экстракцию коллагенсодержащих материалов из измельченного материала за счет повышения удельной площади поверхности его частиц.

Признаки, указывающие, что для получения коллагенсодержащей субстанции измельченный биоматериал «смешивают с питьевой водой при соотношении по массе сырья к воде как 1:2 и экстрагируют в течение 6-12 часов при комнатной температуре», упрощают процесс переработки биоматериала, исключают необходимость использования реагентов и обеспечивают возможность эффективной утилизации жидких отходов данного процесса (за счет использования для производства напитков).

Признаки, указывающие, что «полученный экстракт разделяют на жидкую фракцию и осадок», обеспечивают разделение экстракта на отходы (жидкую фракцию) и промежуточный продукт, содержащий коллаген.

Признаки, указывающие, что осадок «затем обезвоживают до массовой влаги в нем не более 10%», обеспечивают реализацию последней стадии получения коллагена.

Признаки, указывающие, что готовый продукт «фасуют и упаковывают», обеспечивают «придание» продукту товарного вида.

Признаки второго пункта формулы изобретения обеспечивают утилизацию жидких отходов производства коллагена с получением полезного продукта.

Для изготовления коллагена используют медузу-сырец (ТУ 9250-327-00472012-09) или медузу мороженую (ТУ 9265-330-00472012-2010).

Используемые сырье и материалы по гигиеническим требованиям безопасности пищевых продуктов должны соответствовать Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю), и сопровождаться документами, подтверждающими его качество.

Вода, используемая для технологических целей, должна соответствовать СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

Допускается использовать морскую воду чистую, которая соответствует требованиям СанПиН 2.3.4.050-96.

Все технологическое оборудование, используемое при изготовлении коллагена, должно соответствовать требованиям СанПиН 2.3.4.050-96 «Предприятия пищевой и перерабатывающей промышленности (технологические процессы, сырье). Производство и реализация рыбной продукции. Санитарные правила и нормы».

Прием сырья и материалов, хранение до переработки проводят в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.

Поступившую на обработку медузу-сырец промывают от посторонних примесей чистой проточной морской или питьевой водой температурой не выше 15°C. Промытую медузу направляют на разделку. Разделку медузы осуществляют вручную следующим образом: у медузы отрезают купол и ропалии (щупальца). Купол медузы надрезают вдоль и удаляют внутренности. Крупный купол разрезают на куски размером не более 5×5×7 см. Купол и/или куски купола и ропалии направляют на мойку. Купол и/или куски купола, ропалии по отдельности каждый вид сырья помещают в деревянную или пластмассовую тару, выстланную полиэтиленовой пленкой, и промывают 2-3-кратно от загрязнений струей питьевой воды, допускается использовать морскую воду чистую температурой от 15 до 20°C. После стекания воды продукт направляют на измельчение.

Мороженую медузу оттаивают до температуры от 0 до -2°C внутри блока материала и после промывания направляют на разделку, как выше сказано.

Сырье (в т.ч. размороженное) измельчают на электрической мясорубке с диаметром отверстия 1-2 мм. Возможно использование гомогенизаторов и аппаратов тонкого измельчения материалов (АТИМ) согласно их инструкции по эксплуатации.

К измельченному сырью добавляют питьевую воду в соотношении 1:2, смесь тщательно перемешивают и оставляют для экстракции при температуре 15-18°C на 6-12 часов, при этом проводят периодическое перемешивание.

По завершении этапа экстракции осуществляют сепарирование экстракта, который разделяют на осадок и жидкую часть с использованием сепаратора известной конструкции, например Ж5-ас-2Ж при частоте вращения 6500 об/мин согласно его инструкции по эксплуатации.

По завершении этапа сепарирования осуществляют высушивание и измельчение полученного осадка. Процесс производят известным образом, в вакуум-сушильном аппарате барабанного типа. Процесс сушки начинают с прогрева вакуумного котла в течение 30 мин. Температура теплоносителя составляет 70°C. Затем производят загрузку полученного материала в аппарат в количестве 20 кг. Люк котла герметизируют, включают вакуумный насос (остаточное давление 2 кПа). Температура внутри котла составляет 35°C. Включают вращение котла, угол его вращения не должен превышать 360°. Через 3,5 ч сушки останавливают вращение котла, сбрасывают вакуум, в котел загружают мелющие тела для измельчения продукта. Сушку продолжают в течение 2,5 ч с теми же параметрами. Затем температуру теплоносителя снижают до 50°C и продолжают процесс сушки еще 2,0 ч. Затем вращение котла останавливают, сбрасывают вакуум, открывают люк котла, в его центральную часть вводят сито и сборник готового продукта. Люк закрывают, котел вновь приводят во вращение. Остановку котла производят после прекращения осыпания порошка со стенок аппарата.

Допускается использование сублимационной сушки согласно инструкции по эксплуатации установки, реализующей такой процесс.

Готовый продукт с массовой долей влаги не более 10% направляют на фасование и упаковывание.

Фасуют продукцию по ГОСТ 7630-96 в пакеты из полимерных материалов по ОСТ 15-390-2005 предельной массой 1,0 кг с последующим упаковыванием в ящики из гофрированного картона по ОСТ 15-409-2002, ГОСТ 13511-2006, ГОСТ 13516-86 предельной массой 20,0 кг. Ящики оклеивают клеевой лентой на бумажной основе по ГОСТ 18251-87 или полиэтиленовой лентой с липким слоем по ГОСТ 20477-86.

Упаковывание продукции в пакеты из полимерных материалов производится в соответствии с «Инструкцией по упаковыванию пищевой рыбной продукции в пакеты и мешки-вкладыши из пленочных материалов».

Тара и упаковочные материалы, используемые для упаковки продукции, должны быть чистыми, прочными, сухими, без постороннего запаха и изготовлены из материалов, разрешенных уполномоченными органами для контакта с данным видом продукта.

Коллаген хранят при температуре не выше 20°C и относительной влажности воздуха не более 80%, оберегая от солнечных лучей. Срок годности продукции с даты изготовления - 24 месяца.

Предлагаемый способ получения коллагена экономичен, не требует использования реагентов. Конечный продукт имеет нейтральную реакцию и очищен от солей и других примесей, что определяет возможность его широкого применения.

Жидкую фракцию, полученную по завершении этапа сепарирования экстракта, используют для приготовления напитков, предпочтительно изотонических, предназначенных для восполнения минерально-солевого баланса организма людей, занятых в тяжелых условиях или спортсменов, например, смешивая ее с чистой питьевой водой, подсластителями, подкислителями и т.п. ингредиентами.

Реферат

Изобретение относится к фармацевтической промышленности и представляет способ получения коллагена из биологического материала, включающий измельчение сырья, жидкостную обработку биологического материала с получением коллагенсодержащей субстанции, которую разделяют на осадок и жидкую фракцию, отличающийся тем, что в качестве биологического материала используют медузу, предпочтительно Rhopilema, предпочтительно ее купол, который измельчают предпочтительно до 1-2 мм, при этом для получения коллагенсодержащей субстанции подготовленный таким образом материал смешивают с питьевой водой при соотношении по массе сырья к воде как 1:2 и экстрагируют при температуре предпочтительно 15-18°С в течение 6-12 часов с периодическим перемешиванием, после чего полученный экстракт разделяют на жидкую фракцию и осадок, содержащий коллаген, который затем обезвоживают до массовой влаги в нем не более 10%, после чего фасуют и упаковывают. Изобретение обеспечивает расширение арсенала способов получения нейтрального коллагена.

Формула