Способ получения белкового гидролизата из кератинсодержащего сырья

Способ получения белкового гидролизата из кератинсодержащего сырья

Реферат

 

Настоящее изобретение относится к технологии получения белкового продукта из кератинсодержащего сырья животного происхождения и может быть применено в фармацевтической, косметической, пищевой промышленности, а также в животноводстве при изготовлении кормовых добавок. Получение белкового гидролизата осуществляют ферментативным методом с предварительной обработкой исходного сырья водным раствором сульфита натрия под давлением 0,1-0,3 МПа. Предпочтительно в качестве исходного сырья используют пух-перо птицы, которое обрабатывают 0,1-0,5%-ным раствором сульфита натрия при соотношении сырья и обрабатывающего раствора 1:10-1:20, а ферментативный гидролиз проводят в присутствии фермента с протеолитической активностью не менее 10000 ед/кг сырья при непрерывном перемешивании реактантов со скоростью 90-150 об/мин. Конечный продукт предпочтительно выделяют сепарацией и/или фильтрацией и сушкой, оптимально распылительной, а отработанный раствор сульфита натрия рециклизуют. Способ обеспечивает возможность эффективного разделения обработанного сырья и водного раствора сульфита натрия, что приводит к удешевлению способа при рециклизации химического реагента. 9 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к технологии получения белкового продукта ферментативным гидролизом кератинсодержащего сырья животного происхождения и может быть применено в косметической, фармацевтической, пищевой промышленности, в животноводстве при изготовлении кормовых добавок.

В качестве кератинсодержащего сырья животного происхождения, как известно, в указанных выше областях применяются отходы животноводства, в частности рога, кожа, волосы, шерсть, щетина, пух-перо сельскохозяйственных животных и птицы /заявка ЕПВ № 97/05885, А 61 К 35/32, 1997/. Белковый продукт из кератинсодержащего сырья в уже разработанных известных способах получают при его механической, химической либо физико-химической обработке с применением различных химических реагентов. В качестве химических реагентов при обработке кератинсодержащего сырья применяются неорганические соединения, такие как серная кислота и оксид кальция /СССР, патент № 1028236, А 61 К 1/10, 1983/, соляная кислота и оксид кальция /РФ, патент № 2083129, А 23 J 1/10, 1997/, ортофосфорная и азотная кислоты, пероксид натрия и перекись водорода /РФ, патент № 2113225, А 61 К 35/36, 1994/, аммиак и мочевина /РФ, патент № 2007096, А 23 J 1/10/. Химической обработке кератинсодержащего сырья предшествует его механическая обработка /сортировка, измельчение, промывка/, как это указано в цитированных патентах, а также применяется и физико-химическая обработка, например ультразвуком /СССР, а.с. № 1161064, А 23 J 1/10, 1985/. В последнем цитированном способе получения белкового гидролизата из кератинсодержащего сырья процесс гидролиза проводят ферментативным методом с применением протеолитического фермента амилоризина П 10Х. В этом способе предварительная обработка ультразвуком с частотой 0,9-1,2 МГц проводится в течение 45-60 минут до ферментативного гидролиза, а стадия гидролиза проводится в течение 6-7 часов при 43-47С. После гидролиза полученную смесь фильтруют и выделяют белковый гидролизат следующего состава, мас.%: общего азота 14-16,4, сырого протеина к сухому веществу 84-98,2, влаги 90-93%. Данный белковый гидролизат предложен как кормовая добавка, но не может быть применен для фармацевтических и косметических целей из-за своих качественных свойств - цвета, запаха, наличия солей. Указанное качество продукта объясняется недостаточной глубиной гидролиза в данном способе. Кроме того, обработка ультразвуком не является технологичной, так как не позволяет проводить обработку сырья в большом объеме, что тем самым не приводит к значительному разрыву дисульфидных связей в кератине сырья /пера/, что в конечном итоге отрицательно сказывается на глубине ферментативного гидролиза.

Новое изобретение - способ получения белкового гидролизата из кератинсодержащего сырья включает обработку исходного сырья водным раствором сульфита натрия под давлением 0,1-0,3 МПа. Предпочтительно в качестве кератинсодержащего сырья используют пух-перо птицы, предварительно обезжиренное, а затем обработанное водным раствором сульфита натрия, предпочтительно 0,1-1,0%-ной концентрации и при оптимальном весовом соотношении исходного сырья и водного раствора сульфита натрия, равном 1:10-1:20. Стадию ферментативного гидролиза сырья проводят предпочтительно в присутствии фермента с протеолитической активностью не менее 10000 ед. на 1 кг сырья при оптимальной скорости непрерывного перемешивания реактантов 90-150 об/мин. Выделение конечного продукта из гидролизата осуществляют предпочтительно сепарацией и/или фильтрацией с последующей сушкой, предпочтительно распылительной. Предпочтительно отработанный раствор сульфита натрия рециклизуется на стадию предварительной обработки и оптимально многократно.

Новый способ существенно отличается от способа-прототипа условиями проведения предварительной обработки, а именно использованием определенной физико-химической обработки, предшествующей ферментативному гидролизу, что позволяет получать высококачественный продукт, отвечающий требованиям фармацевтической и косметической промышленности. На эффективность процесса в новом способе и соответственно на качество конечного продукта оказывает выбор обрабатывающего химического реагента, в качестве которого используют водный раствор сульфита натрия предпочтительно 0,1-1%-ной концентрации. Данный химический реагент в способе выполняет роль промотора ферментативного гидролиза кератина, обеспечивающего специфический именно для этого реагента разрыв достаточной части дисульфидных связей кератина. Экспериментально доказано, что использование других, применяемых ранее для этих целей химических реагентов, например сульфида натрия, тетрабората натрия, тиосульфита натрия, тетрабората натрия, мочевины приводит к более значительному разрыву дисульфидных или водородных связей в кератине, что вызывает нежелательное окрашивание конечного продукта в серый цвет, что делает его неприменимым для косметики. Оптимальной является низкая концентрация сульфита натрия, которая оказывает незначительное влияние на изменение рН среды, которая в этих условиях стабильно находится на уровне 7,7-8,0, что совпадает с рН-оптимумом для действия протеолитических ферментов и исключает необходимость постоянного титрования щелочью в процессе ферментативного гидролиза. Отличительной особенностью нового способа являются и условия проведения химической обработки сырья, а именно поддержание в реакторе давления на уровне 0,1-0,3 МПа на стадии обработки кератинсодержащего сырья сульфитным водным раствором, что позволяет сохранить объемную форму кератинового белка и обеспечивает возможность эффективного разделения обработанного сырья и используемого химического реагента, а также дальнейшую многократную рециклизацию отработанного химического реагента. Многократное использование в технологической схеме отработанного сульфита натрия положительно влияет на эффективность процесса и приводит к его удешевлению без ухудшения качественных показателей конечного продукта.

В качестве кератинсодержащего сырья возможно применение любого сырья животного происхождения, а именно щетины, волос, кожи, шерсти, рогов животных, пуха-пера птиц. Однако, в случае применения готового продукта в косметической промышленности, в частности при изготовлении шампуней и бальзамов для волос предпочтительным является применение в качестве исходного сырья пуха-пера птицы, поскольку именно данное сырье по своему аминокислотному и химическому составу наиболее близко к аналогичному составу человеческого волоса. Кроме того, пух-перо домашней птицы является наиболее дешевым сырьем, что делает процесс получения из него белкового гидролизата наиболее доступным и эффективным. Для увеличения поверхности контакта кератинового сырья с ферментативным препаратом и для сокращения времени ферментативного гидролиза предпочтительно проводить механическое измельчение уже химически обработанного сырья любыми известными методами. На стадии ферментативного гидролиза допустимо применение различных протеолитических ферментов, однако предпочтительным является применение ферментативных препаратов с протеолитической активностью не менее 10000 ед/кг, например датского препарата Савиназа, выпускаемого фирмой Ново-Нордиск. Выбор высокоэффективного ферментативного препарата наряду с соблюдением других условий процесса позволяет увеличить массовую долю пептидов, улучшить качество конечного продукта и таким образом расширить область его применения. Предпочтительным условием ферментативного гидролиза является непрерывное перемешивание реактантов со скоростью 90-150 об/мин, что обеспечивает максимальный их контакт и повышает эффективность процесса. Ферментативный гидролиз проводят до полного растворения исходного сырья при визуальном наблюдении. Конечный продукт гидролиза является сложным по составу и содержит растворимый белок, пептиды, аминокислоты. Для выделения конечного продукта гидролизат может быть подвергнут любым известным методам обработки, а именно сепарации, фильтрации, упариванию и сушке. Предпочтительным методом сушки для данного способа является распылительная сушка, обеспечивающая наиболее оптимальную конфигурацию конечного продукта. Гидролизат кератина, получаемый данным способом, имеет молекулярную массу от 5 до 50 тысяч дальтон, что является оптимальным в косметике, в частности при изготовлении средств по уходу за волосами и ногтями. Качество получаемого продукта характеризуется нижеприводимыми физико-химическим и органолептическими показателями белкового гидролизата /табл. 1, 2/. Кроме того, новый способ характеризуется высокой степенью переработки исходного сырья, экологичностью и экономичностью благодаря рециклизации отработанного сульфита натрия и отсутствию стадии нейтрализации.

Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами и таблицами.

Пример 1. Берут 1 кг перопухового сырья, промывают водой, обезжиривают и заливают 10 л 0,1%-ного раствора сульфита натрия и обрабатывают под давлением 0,1 МПа в течение 2,5 часов. Раствор сульфита натрия сливают для повторного использования. Размягченное и набухшее цельное перо промывают водой для удаления остатков сульфита натрия. К обработанному перу добавляют раствор ферментативного препарата "Савиназы" в количестве 10000 ед. протеолитической активности и ведут гидролиз при непрерывном перемешивании со скоростью 110 об/мин при температуре 50С в течение 6 часов. После гидролиза полученную смесь сепарируют, фильтруют, упаривают и сушат в распылительной сушилке. В результате получают твердый продукт, содержащий 97% растворимого белка и пептидов и 3% аминокислот.

Пример 2. Осуществляют аналогично примеру 1 из 1 кг перопухового сырья, 10 л 0,3%-ного раствора сульфита натрия, при предварительной обработке этих компонентов под давлением 0,17 МПа и при проведении ферментативного гидролиза при скорости перемешивания реакционной массы, равной 120 об/мин. В результате получают продукт, содержащий 96% растворимого белка и пептидов и 4% аминокислот.

Пример 3. Проводят аналогично примеру 1 из 1 кг перопухового сырья, 15 л 0,1%-ного раствора сульфита натрия при обработке исходной массы под давлением 0,18 МПа и при перемешивании реактантов на стадии ферментативного гидролиза со скоростью 120 об/мин. Получают продукт, содержащий 98% растворимого белка и пептидов и 2% аминокислот.

Пример 4. Берут 1 кг щетины, промывают водой, распаривают и заливают 20 л 0,5%-ного раствора сульфита натрия и обрабатывают под давлением 0,20 МПа в течение 2,2 часов, промывают для удаления остатков сульфита натрия. К обработанному сырью добавляют ферментативный препарат и реакционную смесь перемешивают со скоростью 90 оборотов в минуту при температуре 40С в течение 5 часов. После гидролиза смесь фильтруют и сушат. В результате получают продукт, содержащий 94% белка и пептидов и 6% аминокислот.

Формула изобретения

1. Способ получения белкового гидролизата из кератинсодержащего сырья, включающий предварительную обработку исходного сырья, последующий ферментативный гидролиз и выделение конечного продукта, отличающийся тем, что на стадии предварительной обработки сырье обрабатывают водным раствором сульфита натрия под давлением 0,1-0,3 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют пух-перо птицы.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что сырье обрабатывают 0,1-0,5%-ным водным раствором сульфита натрия.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что массовое соотношение обрабатываемого сырья и водного раствора сульфита натрия составляет 1:10-1:20.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что сырье после предварительной обработки подвергают измельчению.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что ферментативный гидролиз проводят в присутствии фермента с протеолитической активностью не менее 10000 ед. на 1 кг сырья.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что ферментативный гидролиз проводят при непрерывном перемешивании со скоростью 90-150 оборотов в минуту.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что конечный продукт выделяют сепарацией и/или фильтрацией с последующей сушкой.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что конечный продукт подвергают распылительной сушке.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что отработанный водный раствор сульфита натрия рециклизуют на стадию предварительной обработки и оптимально многократно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2