Коллагеновый порошок и термопластичная композиция на основе коллагена для приготовления сформованных изделий

Коллагеновый порошок и термопластичная композиция на основе коллагена для приготовления сформованных изделий

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к новой технологии на основе коллагена и в особенности к новому предшественнику на основе коллагена, к способу его приготовления и к его использованию при приготовлении гомогенной композиции на основе коллагена, изготовленной так, что она является термопластичной. Настоящее изобретение также относится к твердым сформованным изделиям, образованным из указанной термопластичной композиции, и к способам их изготовления.

Уровень техники

Коллаген является одним из наиболее успешно применяемых белков, используемых, в частности, в пищевой промышленности в качестве белка, образующего пленку, дающего плоские или трубчатые пищевые и/или биологически перерабатываемые пленки, используемые в качестве покрывающих материалов в упаковке пищевых продуктов. Коллаген - это групповой термин для группы белков, представители которой могут быть найдены в любом многоклеточном организме. На сегодняшний день в литературе описаны более чем 20 различных типов коллагена. Для промышленных целей существуют источники коллагена, которые с точки зрения доступности, архитектуры ткани и экономии особенно подходят для получения коллагена. Одним из таких источников является бычья шкура.

Одна из наиболее известных на сегодняшний день технологий на основе коллагена связана с изготовлением колбасных оболочек на основе коллагена. Эта технология старается серьезно защитить волокна коллагена от потери их первоначальной молекулярной структуры, так как существенная часть успеха обработки и механические свойства конечных трубчатых или плоских пленок коллагена зависят от его фибриллярной структуры. Таким образом, главной целью этой технологии является сохранение волокнистой структуры коллагена в течение всех промышленных стадий извлечения и очистки коллагена из исходных тканей животных, таких как бычья или свиная кожа. Поэтому в уровне техники существуют тщательно спроектированные процессы, где получаются массы высокогидратированных, первоначально не тронутых набухших в результате добавления кислоты коллагеновых волокон, которые могут быть экструдированы в плоские или трубчатые пленки. Хорошо известно, что контроль температуры в течение приготовления и экструзии масс коллагена является очень важным фактором для предупреждения волокон коллагена от гидролиза и поэтому загустевания.

Хотя набухшие в результате добавления кислоты водные массы волокнистого коллагена показали превосходные свойства в производстве пленок путем экструзии при низкой температуре, огромная вязкость массы даже при низкой концентрации твердого вещества (коллагена) вызывает то, что этот материал не показывает реологических свойств, которые позволили бы легко его обработать традиционным оборудованием для экструзии, известным из обработки пластиков. Например, патент США 3 123 482 и патент США 3 346 402 могут дать представление о том, как сложные и специализированные оборудование для экструзии и условия используются в области изготовления коллагеновых оболочек.

Более того, после прохождения через отверстие на выходе экструзионной головки трубчатая или плоская пленка, образованная из коллагеновой массы, должна быть стабилизирована коагуляцией и сушкой, что означает, что большие количества воды должны быть удалены из сформированного геля, что приводит к большим энергетическим затратам. В таком процессе коллагеновые волокна физически ориентированы и во многих случаях при непосредственных или при последующих химических обработках сшиты поперечно для того, чтобы дать трехмерную матрицу с структурой сети в виде необратимо встроенных волокон. Это, с другой стороны, представляет недостаток в том, что продукт, полученный этим видом технологии, не может быть возвращен и использован повторно при повторении процесса. Кроме того, любое другое сформованное трехмерное изделие, отличное от изделия, полученного путем экструзии в пленки, трубки или нити, является невыполнимым, если оно не предназначается в качестве водосодержащих мягких текстильных товаров, таких как коллагеновые мягкие рыболовные наживки и приманки или оптические линзы, так, при процессе сушки и в процессе затвердевания указанное сформованное трехмерное изделие сильно сжимается до потери его первоначальной формы. Более того, высоководосодержащие дисперсии фибриллярного коллагена, хотя они и являются используемыми в их традиционных формах применения, не имеют свойств, подходящих для образования трехмерных твердых изделий путем обычных методик обработки термопластиков, подобно горячей экструзии и литьевому формованию, без сопутствующего риска гидротермического гидролиза коллагена до такой степени, чтобы привести к очень разбавленным растворам желатина. В результате твердые изделия на основе коллагена с низким уровнем содержания воды все еще не получены.

Таким образом, полученные из коллагена набухаюшие в воде гели хотя и способны выступать в качестве термопластичных материалов, не имеют структуры, стабильности или прочности для выступления в качестве сформованного твердого изделия; даже когда они высушены с получающимися при этом расходами, они не будут стабильно выступать в условиях повышенной влажности.

Другая технология на основе коллагена характеризуется переработкой коллагена в желатин, животные клеи и гидролизаты. Такие продукты гидролиза, полученные из коллагена, различающиеся в степени их гидролиза, используются в широком разнообразии промышленных направлений, таких как пищевая, косметических компонентов и животных клеев. В соответствии с этой технологией молекулы коллагена гидролизуются под действием ферментов или тепловой обработки кислой или щелочной дисперсией фибриллярного коллагена в воде до разрушения основных структурных единиц с образованием желатина. Средний молекулярный вес этих новых пептидных продуктов различен и всегда ниже 500 кДа. Для практических целей главной характеристикой желатина является его способность давать физические гидрогели даже при очень низких концентрациях твердого вещества, которые являются терморегенирируемыми при температуре около 40°С. Эта способность определяет определенные преимущества в процессах обработки и формовки, так как желатиновые гидрогели могут быть нагреты выше температуры плавления для налива или влива в форму и на следующей стадии их затвердевания путем охлаждения. Однако их жесткость и прочность низкие и зависят от содержания воды и от степени количества поперечных сшивок. В попытке формирования сформованных изделий также возникают технические проблемы из-за сильной сжатости, которая происходит в течение сушки водосодержащего продукта. Изготовление сформованных изделий, состоящих из желатина или желатинового гидролизата со средним молекулярным весом менее чем 3 кДа, невозможно.

Были предложены некоторые новые способы для превращения желатина в продукт, подобный термопластичному, для сформованных изделий (см. патент США 4 992 100 и патент США 5 316 717) путем пластификации порошкообразного желатина с добавлением воды в аппарат для экструзии и помещение его в высокие температуры и сдвигающие силы для получения текучего гомогенного расплава, который после выпуска из выходной части сегментированного мундштука экструдера может быть гранулирован. Гранулы могут быть обработаны как продукт, подобный термопластичному, который представляет преимущество работы при низком содержании воды и сохранение некоторых свойств желатина, где сжимаемость сформованных изделий, изготовленных с использованием указанных гранул, очень незначительна, и ее можно устанавливать путем добавления добавок, например пластификаторов. Тем не менее, желатин является продуктом, который первым изготовляется из коллагена с целесообразным производством и прибавочной стоимостью. Более того, его молекулярная структура определяет плохое поведение при хранении сформованных изделий или в условиях повышенной влажности, что приводит к выводу, что в действительности, насколько это известно, это никогда не найдет промышленного применения в формовании изделий.

Для того чтобы сократить процесс изготовления предшественников желатина и клея (также называемых клеевыми материалами), в немецком патенте DE 19712400 был предложен другой способ. Этот способ начинается с сырья, богатого коллагеном, и позволяет избежать всех влажных и термохимических ранее требуемых стадий, требующих времени с высокой стоимостью выполнения, путем выполнения стадий, состоящих из: а) перемалывания коллагенового сырья до волокон; b) доведения этого материала до содержания влаги до 5%-40%; с) воздействия на влажный материал сдвигающими силами в течение не более чем 60 минут и при введении тепла до того, как волокна потеряют свою природную трехмерную структуру для того, чтобы перевести материал в гомогенную гидропластическую массу с основным компонентом, имеющим средний молекулярный вес по крайней мере 500 кДа, который полностью или частично растворим в воде при около 45°С; d) обработки этой гидропластической массы для получения гранул, нитей или листов, способных к прямой переработке до желатина или клеев. Эти материалы рассматриваются в качестве предшественников желатина и клеев и имеют твердую и хрупкую консистенцию, являются частично растворимыми в теплой воде и не способны образовывать гибких пленок и изделий, которые могли бы заменить эксплуатационные качества существующих на сегодня коллагеновых пленок.

Одно из важных достижений продвижений в поиске новых промышленных применений коллагена в качестве биологически перерабатываемого и (в принципе) годного в пищу материала могло бы быть достижение новой технологии для сформованных изделий, начинающейся от природного коллагена без требования предварительного изготовления желатина. Поэтому важным достижением в изготовлении продуктов на основе коллагена, таких как экструдированные трубчатые или плоские пленки и сформованные твердые изделия может быть разработка процесса, способного избегать стадии изготовления предварительно получаемой пластической «влажной» массы на основе водных дисперсий волокон коллагена с высоким содержанием кислоты или щелочи. Этот тип гелеподобных дисперсий имеет недостатки в виде повышенной стоимости продукта, низкой текучести (высокой вязкости) и в результате сложной обработки и нуждается в удалении воды после формования и/или экструзии.

С точки зрения вышесказанного, в технике существует потребность в альтернативной технологии на основе коллагена для производства продуктов на основе коллагена с различными формами, включая плоские пленки или пленки в форме трубок и трехмерные изделия различных форм и размеров. Благоприятно, что указанная технология может избегать, с одной стороны, изготовления желатиновых промежуточных соединений, связанного с затратами времени и дорогостоящих процессов. С другой стороны, указанная технология может также избегать недостатков, связанных с использованием вышеуказанного исходного коллагена, и недостатков, связанных с водными дисперсиями коллагеновых волокон, которые сложно обрабатывать, как отмечалось выше.

Поэтому существует потребность в состоянии техники в новом коллагеновом предшественнике, который может быть использован в приготовлении композиции на основе коллагена, выполняющейся, подобно термопластичной.

Также существует потребность в альтернативной композиции на основе коллагена, которая может быть успешно обработана с использованием методик для пластика, известных в технике, и которая является удобной для формования в твердые сформованные изделия, которые съедобны и способны к биоразложению. Более того, указанные изделия являются термоотверждающимися и показывают лучшие свойства, чем изделия на основе коллагена, известные в технике, такие как, среди прочих, устойчивость к воде, прочность на разрыв, минимальная сжимаемость образованных изделий.

Сущность изобретения

Таким образом, основная цель настоящего изобретения - это приготовление коллагенового предшественника для использования в новой технологии на основе коллагена. Изобретатели сделали открытие, что возможно приготавливать сухой порошок коллагена в качестве коллагенового прекурсора. Когда этот порошок коллагена смешивается с водой и подвергается соответствующим условиям действия сдвигающих сил, температуры и давления, получается гомогенная композиция на основе коллагена, которая ведет себя преимущественно, как термопластичная. Эта композиция может быть затем переработана в соответствии с общими процессами для пластиков и сформована в улучшенные твердые изделия. Поэтому другая цель настоящего изобретения - это способ для приготовления указанного коллагенового предшественника, являющегося сухим коллагеновым порошком.

Дальнейшая цель - это приготовление гомогенной термопластичной композиции на основе коллагена, полученной из сухого порошка коллагена для использования в изготовлении твердых сформованных изделий.

Дальнейшая цель - это твердое сформованное изделие, сформованное из гомогенной термопластичной композиции на основе коллагена.

Еще одна дальнейшая цель изобретения - это предоставление способа для изготовления гомогенной термопластичной композиции по изобретению. Еще одна цель - это приготовление процесса изготовления твердого сформованного изделия.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение предоставляет сухой коллагеновый порошок в качестве прекурсора, который подходит для приготовления гомогенной термопластичной композиции на основе коллагена. Этот сухой коллагеновый порошок, в дальнейшем сухой коллагеновый порошок по изобретению, основан на коллагене, образующемся из фибрилл, который является денатурированным или частично денатурированным, предоставляя средний молекулярный вес по крайней мере 500 кДа, растворимость, равную или большую чем 25%, в воде при 60°С, и средний размер частиц заключается между 30 мкм и 350 мкм. В предпочтительном варианте осуществления сухой коллагеновый порошок по изобретению предоставляет средний размер частиц, заключенный между 50 мкм и 100 мкм.

Выражение «коллаген, образующийся из фибрилл» включает коллаген типа I, типа II, типа III, типа V, типа IX и их смеси.

Выражение «частично денатурированный», как используется в этом описании, означает степень денатурации коллагена по крайней мере 30%, более предпочтительно более чем 70% и наиболее предпочтительно более чем 90%. Денатурация может быть легко определена средствами Дифференциальной сканирующей калориметрии (DCS) путем повторной гидратации образца коллагена в течение ночи с водой; введением таким образом полученного продукта в DNS ячейку, которая непроницаемо изолирована, и записи DSC со скоростью нагрева 5 K/мин. Для полностью исходного коллагена наблюдается пик на графике DSC при около 60°С, тогда как для полностью денатурированного коллагена не наблюдается никакого пика около 60°С и либо не наблюдается пика, либо наблюдается маленький пик между 25°С и 40°С. Из относительных площадей под пиком около 60°С может быть сделана оценка в отношении степени денатурации коллагенового образца.

Как используется в описании, выражение «сухой» означает содержание воды, выраженное в процентном соотношении веса относительно общего веса сухого порошка коллагена, заключенное между 3% по весу и 15% по весу, предпочтительно между 6% по весу и 10% по весу.

Сухой порошок коллагена по изобретению получается по следующему способу, который является другой целью настоящего изобретения. Указанный способ включает следующие стадии:

а) размалывание коллагенового сырья до цилиндрических частиц;

b) сушку указанных цилиндрических частиц при температуре, равной или большей температуры денатурации коллагена, до того момента, как полное поперечное сечение отдельных частиц станет высушенным и хрупким;

с) размалывание частиц, полученных ранее на стадии b);

d) получение сухого порошка коллагена по изобретению.

Коллагеновое сырье является «основанным на коллагене, образующимся из фибрилл», не принимая во внимание происхождение ткани, из которой оно получено. В соответствии с изобретением коллагеновое сырье включает исходный коллаген и химически или ферментативно модифицированный коллаген, образующийся из фибрилл. Коллагеновое сырье, которое подходит для внедрения в практику по настоящему изобретению, может быть получено из любого подходящего источника коллагена, включая ткань, такую как кожа, шкура, оссеин, полученный из костей, сухожилий, внутренних органов и хрящей, из животных, включая быка, свинью, теленка, ягненка, овцу, козла, лошадь, кенгуру, верблюда, курицу, страуса, крокодила, и рыбы, такой как лосось и сельдь. В предпочтительном варианте осуществления используются кожа и шкура, которые известны в уровне техники как наиболее подходящие для получения коллагена с точки зрения доступности, архитектуры ткани и экономии для промышленных целей. В предпочтительном варианте осуществления указанные ткани выбраны из шкуры быка и кожи свиньи.

Источники коллагена обычно предварительно обрабатывают по способам, известным в технике, для того чтобы получить коллагеновое сырье. В этом смысле источники коллагена не используются напрямую как таковые в коллагеновой промышленности, а сначала очищаются путем механических и химических обработок, которые известны в технике. В частном варианте осуществления указанные механические и/или химические обработки - это обработки, обычно применяемые в дубильнях. Один из примеров стадии простой механической очистки - это расщепление кожи свиньи для того, чтобы удалить внутреннюю часть кожи свиньи с высоким содержанием жира, как описано в патентной заявке WO 2004/073407. Другой пример обычно применяемой химической обработки - это обработки, проводимые в дубильнях, для проведения удаления волос со шкуры свиньи или сочетание щелочных и кислых стадий процесса, направленное на расщепление шкуры быка в процессе ее очистки для использования в изготовлении съедобных колбасных оболочек, как описано в DE 972854.

Необходимая степень очистки коллагенового сырья, которая достигается этими механическими и/или химическими обработками, может зависеть от требований, связанных с дальнейшей обработкой коллагенового сырья. В соответствии с настоящим изобретением степень очистки коллагенового сырья может зависеть от требований, связанных с получением сформованного изделия на основе коллагена, как будет описано далее ниже.

Предпочтительные коллагеновые сырьевые материалы - это непобеленные шкуры, побеленные лоскуты шкуры.

В более предпочтительном варианте осуществления указанное коллагеновое сырье - это лоскуты побеленной бычьей шкуры, как те, которые используются в изготовлении коллагеновых колбасных оболочек или в желатиновой промышленности, которые легко доступны из дубилен.

Стадия а) обозначенного выше процесса включает перемалывание коллагенового сырья до цилиндрических частиц.

Выражение «цилиндрические частицы» относится к нитям в форме червей с диаметром их поперечного сечения около 2 мм.

Стадия а) проводится с использованием соответствующего оборудования, известного специалисту, такого как оборудование, которое обычно используется в изготовлении коллагеновых колбасных оболочек. В частном варианте осуществления указанное оборудование - это мельница, такая как мельница Wolfking grinder.

В частном варианте осуществления стадия а) включает замачивание побеленных лоскутов бычьей шкуры или кож в качестве коллагенового сырья в воде при комнатной температуре в дубильном цилиндре до того момента, как коллагеновое сырье станет полностью насыщенным; выпуск воды для замачивания; размалывание повторно гидратированного коллагенового сырья в куски, имеющие диаметр около 10 мм; прохождение таким образом полученного материала под большим давлением через набор плиток с отверстиями, при этом последний диск имеет отверстия с диаметром 2 мм; получение конечного размолотого материала, состоящего из цилиндрических частиц. С тем чтобы температура коллагенового материала не превышала около 50°С, регулируется охлаждение аппаратуры.

Стадия b) проводится при температуре, достаточно высокой, чтобы вызвать денатурацию или частичную денатурацию коллагенового материала путем любых соответствующих средств нагрева, известных в технике. Температура денатурации коллагена, которая обычно равна или больше чем около 65°С, как известно из техники, зависит от факторов, таких как содержание воды, присутствие или отсутствие гидротропных добавок, таких как хлорид кальция, мочевина и тому подобного и степень природного количества поперечных сшивок. В соответствии со стадией b) коллаген денатурируется или частично денатурируется до степени по крайней мере 30%, предпочтительно более чем 70% и более предпочтительно более чем 90%. В частном варианте осуществления стадия b) проводится путем сушки воздухом цилиндрических частиц, полученных из стадии а) при температуре, заключенной между 60°С и 80°С. В стадии b) может быть использовано любое соответствующее оборудование. В дальнейшем частном варианте осуществления стадия b) проводится в печи, такой как подовая печь. Обычно цилиндрические частицы высушиваются после 16 часов при 80°С в печи, как описано в Примере 1. Стадия b) проводится в условиях, которые обеспечивают цилиндрические частицы, демонстрирующие полное поперечное сечение, являющееся сухим и ломким, демонстрирующие содержание воды в % по массе, заключенное между 3% по массе и 15% по массе, предпочтительно между 4% по массе и 8% по массе.

Изобретатели обнаружили, что частицы, которые поступают на стадию b), достигают подходящей степени хрупкости, которое, как было найдено, является предварительным условием для размалывания цилиндрических частиц в достаточно тонкоизмельченный коллагеновый порошок в соответствии с настоящим изобретением, демонстрируя размер частиц, заключенный между 30 мкм и 350 мкм, предпочтительно между 50 мкм и 100 мкм. Изобретатели также обнаружили, что, с другой стороны, частицы, которые сушились в мягких условиях, таких как температура окружающей среды, все же демонстрируют коллагеновую неденатурированную фибриллярную структуру и не достигают требуемой степени хрупкости для того, чтобы в дальнейшем быть перемолотыми в порошок с частицами, имеющими предпочтительный размер.

Наконец, стадия с) процесса проводится тонким измельчением сухих и хрупких частиц, полученных из стадии b), для получения сухого порошка коллагена по настоящему изобретению со средним размером частиц, заключенным между 30 мкм и 350 мкм, предпочтительно между 50 мкм и 100 мкм. Размалывание может быть проведено посредством любого правильного оборудования, известного в технике, такого как турбороторная дробилка (TRM, Görgens Company, Germany). Распределение размеров частиц сухого порошка коллагена может быть изменено путем установки различных скоростей вращения турборотора. В частном варианте осуществления при скорости потока через мельницу от 200 г/мин и скорости вращения турборотора 4221 об/мин средний размер частиц порошка, как было обнаружено, является меньшим чем 60 мкм.

В частном варианте осуществления способа для приготовления сухого порошка коллагена по изобретению перед стадией а) коллагеновое сырье может быть предварительно обработано для достижения денатурации или частичной денатурации коллагена. Соответственно коллагеновое сырье моется перед дальнейшей обработкой, и его денатурация или частичная денатурация достигается обычным нагревом или, например, посредством микроволнового нагрева моющей воды до температуры выше температуры денатурации коллагена в течение времени, заключенного обычно между 10 и 120 минутами. Полученный коллагеновый материал затем в дальнейшем крошится, сушится до того момента, как цилиндрические частицы становятся хрупкими и перемалываются в соответствии с описанным выше процессом. Для процесса приготовления сухого коллагенового порошка по изобретению важно, чтобы коллагеновое сырье являлось денатурированным или частично денатурированным для того, чтобы достичь требуемой степени хрупкости, как описано выше в отношении стадии b). Эта денатурация может иметь место перед проведением стадии а) или в течение любой стадии b).

Сухой порошок коллагена по изобретению, который приготовлен в соответствии с описанным выше способом, может затем храниться в соответствующих условиях, например в соответствующей емкости для хранения. При хранении сухой коллагеновый порошок по изобретению может набирать воду. Например, при обычных условиях хранения 22°С/60% относительной влажности и в течение 48 часов сухой порошок коллагена набирает вплоть до 7% по весу воды. Или же сухой коллагеновый порошок может быть напрямую использован в дальнейшем в приготовлении гомогенной термопластичной композиции на основе коллагена, которая является другой целью настоящего изобретения.

Поэтому дальнейшая цель настоящего изобретения - это использование сухого порошка коллагена по изобретению в приготовлении гомогенной термопластичной композиции на основе коллагена. В этом смысле изобретатели обнаружили, что сухой порошок коллагена, демонстрирующий средний размер частиц, равный или меньший 350 мкм, требуется для приготовления гомогенной термопластичной композиции на основе коллагена.

Дальнейшая цель настоящего изобретения - это гомогенная термопластичная композиция на основе коллагена, в дальнейшем композиция по изобретению, включающая сухой порошок коллагена по изобретению и воду. Как используется здесь, и если не оговорено особо, процентные соотношения компонентов выражены по весу и относятся к весу общей композиции по изобретению. В частном варианте осуществления композиция по изобретению включает от около 20% по массе до около 95% по массе сухого коллагенового порошка по изобретению и от около 5% по массе до около 80% по массе воды, предпочтительно от около 50% по массе до около 85% по массе сухого порошка коллагена по изобретению и от около 15% по массе до около 50% по массе воды и более предпочтительно от около 60% по массе до около 75% по массе сухого порошка коллагена по изобретению и от около 25% по массе до около 40% по массе воды.

В предпочтительном варианте осуществления композиция по изобретению включает в дальнейшем добавку, являющуюся пластификатором. Пластификаторы, которые используются в композиции по изобретению, включают полиолы и высокомолекулярные спирты, например глицерин, пропиленгликоль, сорбитол, бутандиол, этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, низкомолекулярные полиэтиленгликоли и полипропиленгликоли и их смеси, но не ограничиваются ими. В более предпочтительном варианте осуществления указанным пластификатором является глицерин. В частном варианте осуществления настоящего изобретения указанный пластификатор присутствует в количестве, заключенном между около 5% по массе и 50% по массе.

В общем, пластификаторы могут действовать как влагопоглотитель, связывающий воду в составе композиции по изобретению, предохраняя их от высушивания в течение манипулирования ими и при их хранении на открытом воздухе. Однако некоторые пластификаторы могут действовать не только как влагопоглотители, но и как пластификаторы сами по себе для обеспечения определенных свойств композиции по изобретению и/или изделий, сформованных из композиции по изобретению, таких как пластичность, гибкость, пригодность для обработки и эластичность.

Пластификаторы, действующие как связывающие воду влагопоглотители, могут защищать твердое сформованное изделие, полученное из композиции по изобретению, как описано далее ниже, от высыхания ниже описанного ранее содержания воды. В общем, чем суше твердое сформованное изделие на основе композиции по изобретению, тем оно менее гибкое и более хрупкое. Поэтому можно значительно воздействовать на механические свойства твердого сформованного изделия путем регулирования содержания воды рассматриваемой композиции. Один из путей достижения такого регулирования - это добавление определенного количества воды к композиции по изобретению и после изготовления сформованного изделия, если необходимо, упаковка указанного изделия в водонепроницаемую упаковку для предотвращения потери воды. Другая возможность - это введение эффективного количества пластификатора в композицию по изобретению, выступающего в качестве влагопоглотителя, сохраняющего требуемое содержание воды в полученном твердом сформованном изделии, что предохраняет его от высушивания.

В предпочтительном варианте осуществления композиция по изобретению включает: (i) от около 40% по массе до около 65% по массе сухого коллагенового порошка по изобретению; от около 20% по массе до около 40% по массе воды и от около 10% по массе до около 20% по массе пластификатора. В более предпочтительном варианте осуществления указанным пластификатором является глицерин.

Композиция по изобретению может также включать одну или более других добавок, выбранных из группы белков, биологически перерабатываемых полимеров, вспенивателей, модификаторов, наполнителей, смазок, агентов, образующих поперечные сшивки, консервантов, красителей, веществ, улучшающих текучесть, вкусовых добавок и ароматизаторов, питательных веществ и их смесей. Указанные добавки могут быть добавлены для того, чтобы модифицировать или корректировать свойства твердых сформованных изделий по изобретению, которые дополнительно описаны ниже.

Подходящие белки выбраны из белка животного происхождения, белка растительного происхождения и их смесей. В частном варианте осуществления изобретения содержание коллагенового порошка в композиции по изобретению относительно общего содержания белка составляет от около 30% по массе до около 100% по массе, предпочтительно от около 50% по массе до около 90% по массе. В предпочтительном варианте осуществления содержание сухого коллагенового порошка больше чем 50% по весу от общего содержания белка. Белки животного происхождения включают козеины или сывороточные белки, получаемые из молока, альбумин, полученный из крови или яиц, яичный белок, желатин, кератин, эластин и их смеси, но не ограничиваются ими. Белки растительного происхождения включают соевый белок, глютен, глиадин, глютенин, зеин, бобовые белки, люцерновый белок, белки, выделенные из гороха, семени хлопчатника, семени подсолнечника, семени люпина и тому подобного, белки, полученные из злаковых и их смеси, но не ограничиваются ими. В предпочтительном варианте осуществления используется глютен. Кроме того, в качестве добавки к композиции по изобретению подходят микробные белки. В частном варианте осуществления к композиции по изобретению добавляется дрожжевой белок.

Биоразлагаемый полимер может быть добавлен к композиции по изобретению для регулирования механических свойств или способности разрушаться твердых изделий по изобретению, что описано далее ниже. Подходящие биоразлагаемые полимеры являются природными или синтетическими термопластиками, включая полиоксиалканат, такой как полигидроксибутират (PHB), или сополимер, такой как полигидроксибутират-валерат (PHBV), полиалкиленэфиры, полимолочная кислота (PLA), полилактид (PLLA), поли-ε-карболактон (PLC), поливиниловый эфир, поливиниловый спирт и их смеси.

Вспениватели также подходят для использования в композиции по изобретению. Вспениватель может быть добавлен к композиции по изобретению для получения пенопластовых твердых сформованных изделий с низким коэффициентом расширения, которые дополнительно описаны ниже. Вода может действовать как первичный вспениватель, а физические и химические вспениватели предпочтительно используются в качестве вспомогательных вспенивателей. Физические вспениватели включают инертные газы, такие как азот, диоксид углерода или благородный газ, и агенты, которые находятся в жидком состоянии при температуре окружающей среды и имеют низкие температуры кипения, такие как спирты, такие как этанол, 2-пропанол, углеводороды, такие как бутаны, или их сочетания, но не ограничиваются ими. Химические вспениватели являются в основном более сложно контролируемыми, чем физические агенты, которые поэтому предпочтительно используются в способе. Указанные химические агенты включают карбонат аммония, гидрокарбонат натрия, азид натрия и сочетания кислот и карбонатов, известные специалисту, но не ограничиваются ими. В частном варианте осуществления вспениватель является сжатым газом, который смешивается и диспергируется в композиции по изобретению. В частном варианте осуществления указанный агент является диоксидом углерода. Предпочтительная концентрация диоксида углерода составляет от около 0,2% по массе до около 5% по массе от массы композиции по изобретению. Диоксид углерода растворяется в композиции по изобретению.

Модификаторы могут быть добавлены к композиции по изобретению и используются для улучшения определенных механических свойств твердых сформованных изделий по изобретению, таких как эластичность, прочность на раздир и других свойств, связанных с текстурными и органолептическими особенностями. В частном варианте осуществления модификатор добавляется в случае некоторых съедобных или жевательных твердых сформованных изделий, сформованных из композиции по изобретению, для увеличения привлекательности для животных. Модификаторы также могут быть использованы для улучшения некоторых свойств обработки, таких как выполнение вспенивания. Типичные модификаторы, которые могут быть использованы в композиции по изобретению, включают синтетические полимеры, такие как поливиниловый спирт, полимолочную кислоту, поликарболактон, полиэфирамид, природные биополимеры, такие как каучуки и другие гидроколлоиды, но не ограничиваются ими.

Наполнители могут быть добавлены для улучшения механических свойств и для обеспечения структурного упрочнения твердых сформованных изделий, образованных из композиции по изобретению, как описано далее ниже. Наполнители в основном уменьшают затраты на их производство. В частном варианте осуществления композиция содержит от около 1% по массе до около 25% по массе наполнителя, предпочтительно от около 5% по массе до около 20% по массе, более предпочтительно от около 10% по массе до около 15% по массе. Предпочтительно наполнитель выбирается из производного целлюлозы, фибриллярного коллагена с поперечными сшивками, целлюлозного волокна, природного крахмала, химически или физически модифицированного крахмала, неорганических материалов, таких как карбонат кальция и диоксид кремния, и их смесей.

Смазка может быть добавлена в эффективном количестве для обеспечения эффекта смазки формы или красителя, когда композиция по изобретению формуется в требуемое твердое сформованное изделие, например путем помощи при высвобождении твердого сформованного изделия из формы. Водонерастворимые смазки могут также увеличивать водоустойчивость твердых сформованных изделий по изобретению. Примеры подходящих смазок, которые могут быть использованы в композициях, включают соединения, известные специалисту, такие как соевое масло, рапсовое масло, подсолнечное масло, пальмовое масло, фосфолипиды, такие как лецитин, моно- и диглецириды жирных кислот, предпочтительно насыщенных жирных кислот; растительное масло, предпочтительно гидрогенезированные фосфорнокислые производные сложных эфиров полигидроксисоединений, животные липиды, предпочтительно гидрогенезированные для предотвращения окисления, минеральные масла и тому подобное и их смеси, но ими не ограничиваются. Предпочтительными смазками являются соевое масло и лецитин. В частном варианте осуществления количество смазки, включенной в композицию по изобретению, составляет от около 0,1% по массе до около 10% по массе, предпочтительно от около 0,5% по массе до около 5% по массе.

Вещества, вызывающие образование поперечных сшивок, могут обеспечивать высокую степень механической прочности твердых сформованных изделий, приготовленных из композиции по изобр