Способ обработки коллагенсодержащего сырья

Способ обработки коллагенсодержащего сырья

Реферат

Изобретение относится к кожевенной промышленности, а именно к способам обработки отходов коллагенсодержащего сырья шкур рыб, образующихся в процессе их выделки.

Известен способ обработки коллагенсодержащего сырья, заключающийся в его измельчении, обезжиривании щелочью, нейтрализации минеральной кислотой, гомогенизации полученного коллагенсодержащего раствора (см. А.С. №282588, МКИ² С 14 С 1/06, 1970 г.).

Известен способ получения дисперсий коллагена, содержащий измельчение коллагенсодержащего сырья, обезжиривание щелочно-солевой обработкой 5-12%-ным раствором КОН и насыщенным К₂SO₄, промывку, нейтрализацию раствором KHSO₄ или борной кислотой, повторную промывку, гомогенизацию полученного коллагенсодержащего раствора (см. А.С.№171502, МКИ² С 14 С 1/08, 1965 г.).

Недостатками известных способов являются: длительная продолжительность обработки при значительном расходе реагентов, образование значительных объемов загрязненности стоков, невозможность получения качественного коллагенсодержащего раствора по причине специфических свойств данного вида сырья.

Известен также способ обработки коллагенсодержащего сырья путем его замораживания, измельчения, обезжиривания 5%-ным раствором NaOH, обработки в щелочно-солевой ванне 11-13%-ным NaOH, насыщенным сульфатом натрия при ЖК=12, промывки раствором Na₂SO₄ при ЖК=8-10, нейтрализации кислыми солями в три этапа с понижением концентрации кислоты от 15 до 0,25%, измельчения полученного коллагена, растворения его в органической кислоте, гомогенизации полученного коллагенсодержащего сырья (см. А.С. №562574, МКИ² С 14 С 1/08, 1977 г.).

Однако недостатками известного способа являются длительность процессов обезжиривания и нейтрализации растворов при значительном расходе реагентов, необходимость поддержания температурного режима в пределах 10-16°С в течение всего технологического цикла (70-80 часов), что влечет за собой дополнительный расход электроэнергии, трудоемкость, образование значительных объемов загрязненных сточных вод (ЖК=8-12).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ обработки коллагенсодержащего сырья, при котором сырье замораживают, измельчают, дефростируют, обезжиривают щелочно-солевой обработкой, промывают, нейтрализуют, растворяют в органической кислоте, гомогенизируют полученный коллагенсодержащий раствор. В качестве коллагенсодержащего сырья используют отходы шкур рыб, обезжиривание которых осуществляют щелочно-солевым раствором, содержащим 4-5% NaOH и 6-7% Na₂SO₄, при ЖК=3 в течение 18-20 часов, коллаген промывают водой в течение 30 мин, нейтрализуют в один прием раствором сульфата аммония с концентрацией 4,5-5% сульфата аммония от массы исходного сырья в течение 90-120 мин, при этом все технологические процессы проводят при комнатной температуре (см. Патент №2139937, МПК⁶ С 14 С 1/08, 13/00; С 08 Н 1/06, Бюл. №29 от 20.10.1999 г.).

Недостатками известного способа являются длительность процесса обезжиривания, большое количество технологических процессов и как следствие продолжительность технологического цикла и трудоемкость процесса, применение большого количества химических материалов и необходимость контроля на содержание ионов SO₄ ^2-.

Задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в разработке технологии переработки коллагенсодержащих отходов шкур рыб рыбной и кожевенной промышленности, позволяющей упростить технологию получения продуктов растворения коллагена, уменьшить количество используемых материалов, повысить качество конечного продукта.

Техническим результатом изобретения является повышение растворения коллагена, сокращение длительности технологических циклов, снижение расхода реагентов, объемов и загрязненности сточных вод.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки коллагенсодержащего сырья путем его замораживания, измельчения, дефростирования, подготовки к растворению, последующей промывки водой коллагена, растворения в щелочно-солевой ванне, гомогенизации полученного коллагенсодержащего раствора, проведения всех процессов при комнатной температуре, использования в качестве коллагенсодержащего сырья отходов шкур рыб, согласно изобретению после дефростирования осуществляют подготовку к растворению отходов шкур рыб кислотным раствором, содержащим 2-4% СН₃СООН, при жидкостном коэффициенте (ЖК)=5 и продолжительности 12 ч, а растворение проводят в щелочно-солевой ванне в присутствии 2-3% NaOH и 6-7% Na₂SO₄ при жидкостном коэффициенте = 5 и продолжительности 4 ч.

Отличительной особенностью предлагаемого способа обработки коллагенсодержащего сырья является осуществление после операции дефростирования подготовки к растворению отходов шкур рыб кислотным раствором, содержащим 2-4% СН₃СООН, при ЖК=5 и продолжительности 12 ч, позволяющему разрушить поперечные связи в макромолекуле коллагена и подготовить его к щелочному растворению. При этом коллаген достигает необходимой степени обводнения, становится прозрачным, что свидетельствует о разрушении его макромолекул. За счет уменьшения ЖК снижается количество сточных вод.

Отличительной особенностью предлагаемого способа обработки коллагенсодержащего сырья является также проведение растворения в щелочно-солевой ванне в присутствии 2-3% NaOH и 6-7% Na₂SO₄ при ЖК=5 и продолжительности 4 ч, позволяющего разрушить межмолекулярные связи и перевести набухший коллаген в растворенное состояние. При таком воздействии в раствор переходит практически 100% содержащегося в отходах коллагена за меньший период времени.

Выбор параметров проведения обработки коллагенсодержащего сырья обусловлен техническим результатом, а именно повышение растворения коллагена достигается в случае, когда кислотный раствор содержит 2-4% СН₃СООН при ЖК=5 и продолжительности 12 ч. Снижение величины концентрации менее 2% СН₃СООН при ЖК=5, продолжительности менее 12 ч требует увеличения длительности щелочного растворения, повышения концентрации щелочи, что сказывается на качестве коллагенсодержащего раствора. Увеличение концентрации более 4% СН₃СООН при ЖК=5, продолжительности более 12 ч нежелательно, так как при последующем щелочном растворении возможно расщепление коллагена до аминокислот.

Проведение растворения в щелочно-солевой ванне при концентрации менее 2% NaOH и 4% Na₂SO₄ приводит к снижению выхода коллагена от 5-10%, при этом наблюдается увеличение молекулярной массы коллагенсодержащего раствора. А при концентрации более 6% NaOH и 7% Na₂SO₄ при ЖК=5 и продолжительности более 4 ч наблюдается сильное разрушение коллагена и резкое уменьшение молекулярной массы получаемого раствора при максимальной растворимости.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа обработки коллагенсодержащего сырья. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как более близкого по совокупности признаков аналога - патент №2139937, опубликованный Бюл. №29 от 20.10.1999 г., МПК⁶ С 14 С 1/08, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату - повышению растворения коллагена, сокращению длительности технологических циклов, снижению расхода реагентов, объемов и загрязненности сточных вод, отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».

Способ обработки коллагенсодержащего сырья осуществляют следующим образом.

Отходы шкур рыб (щуки, окуня и др.) кожевенной и рыбной промышленности замораживают с целью консервирования, что приводит к образованию кристаллов льда в структуре кожевой ткани, вследствие чего разрушаются межмолекулярные связи и облегчается дальнейшее растворение. Мороженое сырье измельчают на кусочки 20×20 мм и дефростируют водопроводной водой при 2-3-кратной ее смене при комнатной температуре (18-20°С) в течение 2 часов. Затем сырье подготавливают к растворению, помещая его в кислотную ванну, содержащую 2-4% СН₂СООН, при ЖК=5 и продолжительности 12 часов.

Обработанное сырье промывают водой в течение 30 мин, а затем подвергают растворению в щелочно-солевой ванне в течение 4 часов, в присутствии 2-3% NaOH и 6-7% Na₂SO₄ при комнатной температуре (18-20°С), ЖК=5. Гомогенизацию коллагена осуществляют через капроновую ткань. Нерастворившийся чешуйчатый покров удаляют с капроновой ткани. Гомогенизированный коллаген можно хранить при 0-5°С в течение 3-4 месяцев. Пленки, изготовленные из раствора коллагена, хранятся длительное время при комнатной температуре без потери их качества и могут быть рекомендованы для использования в медицине и других отраслях народного хозяйства.

Способ обработки коллагенсодержащего сырья обеспечивает 100%-ное растворение коллагена.

Примеры, подтверждающие реализацию способа обработки коллагенсодержащего сырья.

Пример 1.

Коллагенсодержащее сырье (отходы шкур рыб кожевенной и рыбной промышленности) подвергают замораживанию. Мороженое сырье измельчают на кусочки 20×20 мм и дефростируют при мойке водопроводной водой при 2-3-кратной ее смене в течение 2 ч при температуре воды 18-20°С. Затем кусочки сырья помещают в раствор, содержащий 2% СН₃СООН, ЖК=5 и выдерживают в растворе при периодическом перемешивании в течение 12 ч при температуре 18-20°С. Отработанный раствор сливают. Полученный коллаген промывают проточной водой в течение 30 мин при температуре 18-20°С. Промытый коллаген растворяют в щелочно-солевой ванне в течение 4 часов в присутствии 3% NaOH и 7% Na₂SO₄ при комнатной температуре (18-20°С), ЖК=5. Гомогенизацию коллагена проводят через капроновую ткань. В процессе гомогенизации нерастворившийся чешуйчатый покров удаляют с капроновой ткани. Гомогенизированный коллаген можно хранить при комнатной температуре в течение суток, а при температуре 0-5°С в течение длительного времени (несколько месяцев).

Способ обеспечивает 100%-ное растворение коллагена. Продукты растворения коллагена, полученные по предлагаемому способу, могут найти широкое применение в народном хозяйстве, в частности для изготовления медицинских коллагенсодержащих препаратов.

Пример 2.

Коллагенсодержащее сырье (отходы шкур рыб кожевенной и рыбной промышленности) подвергают замораживанию. Мороженое сырье измельчают на кусочки 20×20 мм и дефростируют при мойке водопроводной водой при 2-3-кратной ее смене в течение 2 ч при температуре вода 18-20°С. Затем кусочки сырья помещают в раствор, содержащий 3% СН₃СООН, при ЖК=5 и выдерживают в растворе при периодическом перемешивания в течение 12 ч при температуре 18-20°С. Обработанный раствор сливают. Полученный коллаген промывают проточной водой в течение 30 мин при температуре 18-20°С. Промытый коллаген растворяют в щелочно-солевой ванне в течение 4 ч в присутствии 2,5% NaOH и 6,5% Na₂SO₄ при ЖК=5, при комнатной температуре 18-20°С. Гомогенизацию коллагена проводят через капроновую ткань. В процессе гомогенизации нерастворившийся чешуйчатый покров удаляют с капроновой ткани. Гомогенизированный коллаген можно хранить при комнатной температуре в течение суток, а при температуре 0-5°С в течение длительного времени (несколько месяцев). Способ обеспечивает 98-99%-ное растворение коллагена.

Пример 3.

Коллагенсодержащее сырье (отходы шкур рыб кожевенной и рыбной промышленности) подвергают замораживанию. Мороженое сырье измельчают на кусочки 20×20 мм и дефростируют при мойке водопроводной водой при 2-3-кратной ее смене в течение 2 ч при температуре вода 18-20°С. Затем кусочки сырья помещают в раствор, содержащий 4% СН₃СООН, при ЖК=5 и выдерживают в растворе при периодическом перемешивания в течение 12 ч при температуре 18-20°С. Обработанный раствор сливают. Полученный коллаген промывают проточной водой в течение 30 мин при температуре 18-20°С. Промытый коллаген растворяют в щелочно-солевой ванне в течение 4 ч в присутствии 2% NaOH и 6% Na₂SO₄ при комнатной температуре 18-20°С и ЖК=5. Гомогенизацию коллагена проводят через капроновую ткань. В процессе гомогенизации нерастворившийся чешуйчатый покров удаляют с капроновой ткани. Гомогенизированный коллаген можно хранить при комнатной температуре в течение суток, а при температуре 0-5°С в течение длительного времени (несколько месяцев). Степень извлечения коллагена составляет 100%.

По сравнению с прототипом (см. патент №2139937, МПК⁶ С 14 С 1/08, 13/00; С 08 Н 1/06, Бюл. №29 от 20.10.1999 г.) предлагаемый способ обработки коллагенсодержащего сырья позволяет:

- достичь 100%-ное растворение коллагена,

- сократить длительность технологического цикла с 46,5 ч до 18,5 ч за счет изменения последовательности технологических процессов, рН, концентрации веществ и ЖК,

- снизить расход реагентов путем применения кислотной обработки вместо щелочного обезжиривания,

- снизить объемы и загрязненность сточных вод за счет применения органической кислоты, снижения концентрации веществ, уменьшения количества процессов,

- упростить процесс обработки коллагенсодержащего сырья за счет изменения рН начальной и конечной стадии обработки,

- снизить расход электроэнергии за счет уменьшения длительности цикла обработки, снижения температуры процессов.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что заявленный способ обработки коллагенсодержащего сырья соответствует условию «промышленная применимость».

Способ обработки коллагенсодержащего сырья путем его замораживания, измельчения, дефростирования, подготовки к растворению, последующей промывки водой коллагена, растворения в щелочно-солевой ванне, гомогенизации полученного коллагенсодержащего раствора, проведения всех процессов при комнатной температуре, использования в качестве коллагенсодержащего сырья отходов шкур рыб, отличающийся тем, что после дефростирования осуществляют подготовку к растворению отходов шкур рыб кислотным раствором, содержащим 2-4% СН₃СООН, при жидкостном коэффициенте, равном 5, и продолжительности 12 ч, а растворение проводят в щелочно-солевой ванне в присутствии 2-3% NaOH и 6-7% Na₂SO₄ при жидкостном коэффициенте, равном 5, и продолжительности 4 ч.