Щелочная и кислотная обработка сырья

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 1609

Даже в деминерализованной кости (оссеине), не говоря уже о мягких необработанных тканях, коллагеновые волокна более или менее прочно связаны с другими составными частями кос­ти, образуя сложные морфологические структурные элементы тканей. Следовательно, выделение коллагена из тканей сопря­жено с необходимостью разрушения этих морфологических структур и удалением из сырья тех составных частей, которые являются балластными или вредными.

Большинство неклейдающих веществ, содержащихся в сырье (белки, жиры, пигменты и т.д.), не только затрудняют извлече­ние желатина и клея, но, попадая в бульон, обусловливают ухудшение качества готовой продукции: темный цвет, мутность, пенистость, неприятный запах, снижение вязкости и желатинизации. Поэтому перед вываркой желатина эти вещества необхо­димо удалить.

Сами коллагеновые волокна являются сложными морфоло­гическими образованиями, в которых коллагеновые фибриллы связаны в пучки тончайшими оболочками и тяжами иного происхождения.Коллагеновые фибриллы, как об этом уже упоминалось, представляют собою систему двух белков (проколлагена и колластромина) и углевода. Выделению из этой системы продуктов белкового распада должно предшествовать разруше­ние связей в системе. Естественно, чем меньше разрушены эти многочисленные и разнообразные структурные связи перед из­влечением желатина, тем более жесткий режим требуется для извлечения.

Степень набухания коллагена, а отсюда и степень ослабле­ния его элементарной структуры, которые достигаются простымобводнением сырья, не приводят к существенному снижению температуры сваривания коллагена и достаточному ослаблению, связей между полипептидными цепочками в структуре.

Разрушения морфологических структурных элементов, раз­ложения вредных и балластных примесей и дополнительного расшатывания связей в структуре коллагеновых фибрилл и са­мого коллагена можно добиться длительной обработкой сырья сильными основаниями и кислотами. Продолжительность обра­ботки должна быть достаточной для полного насыщения щелоч­ной (0,25-0,34 мэкв/г) и кислотной (0,82-0,92 мэкв/г) емко­сти коллагена. При этом условии достигается максимум набу­хания коллагена.

Обработка щелочью (золение).Щелочью обрабатывают ос­сеин и все виды мягкого сырья, за исключением свиной шкуры. Щелочь более энергично, чем кислота, разрушает ткани и их составные части (включая жиры и кератин), но зато вызывает и более глубокую деструкцию коллагена.

В принципе золение можно производить любой щелочью. Одноосновные щелочи быстрее и полнее разрушают белковые вещества и обусловливают большую величину набухания. Од­нако в промышленной практике употребляют двухосновные ще­лочи, обычно гидроокись кальция, имеющую ряд преимуществ. Она меньше разрушает коллаген и лучше обезволашивает сырье. Гидроокись кальция обладает сравнительно небольшой растворимостью. При потреблении для золки суспензии извести в воде можно поддерживать постоянную небольшую концентра­цию щелочи за счет растворения взвешенного в растворе ее из­бытка, когда устанавливается равновесие (1.19):

Са(ОН)₂ Са(ОН)₂ + Са⁺⁺ + 2ОН^-. (1.19 )

осадок раствор

Действие щелочи носит постепенный характер. В течение первой недели при температуре не выше 20 ⁰C разрушается эпидермис, межуточное вещество и белки, связанные с колла­геном. Растворение белковых веществ увеличивает проницае­мость тканей и способствует миграции щелочи внутрь сырья. С течением времени все большее значение приобретает разрых-ление коллагеновых волокон. При обработке сырья, покрытого волосом, известь разрыхляет волосяные сумки и этим способст­вует удалению волоса.

В результате разрушения альбуминов, глобулинов, муцинов, мукоидов, содержащихся в сырье, в раствор переходят продукты их распада. В зольной жидкости обнаружены полипептиды, ами­нокислоты, амины, мочевина, аммиак и т. д. Большинство из них обладает стабилизирующим действием на суспензию изве­сти и этим самым способствует гидролизу коллагена. Большие количества аммиака могут накапливаться и вследствие разви­тия гнилостных процессов.

Под действием извести часть жиров омыляется, образуя не­растворимые кальциевые мыла. Часть этих мыл уносятся золь­ной жидкостью, часть удаляется при последующей промывке.

Известь уменьшает прочность оболочек коллагеновых пуч­ков и волокон и частично разрушает их. Диаметр коллагеновых пучков сильно увеличивается, а межпучковые щелевидные про­странства исчезают. Мембраны и перетяжки, стягивающие во­локна в пучках и ограничивающие их набухание, ослабляются и частично размываются. При длительной обработке контуры коллагеновых волокон расплываются, сами волокна расщепля­ются на нити (фибриллы). Вследствие разрыва в фибриллах мукопротеидных связей, исчезает поперечная исчерченность. Величина рН зольной жидкости доходит до 12,0-13,0. В этих условиях коллаген сильно набухает. Сырье при этом по­глощает значительное количество воды и сильно разрыхляется. При длительном воздействии щелочи вследствие необратимых изменений коллагена степень набухания сырья сохраняется и после его последующей нейтрализации и промывки.

Под действием извести и в результате набухания коллагена расшатываются и частично разрываются связи между полипеп­тидными цепями в его структуре. В отличие от кислоты щелочь ослабляет и солевые мостики. Это ведет к снижению темпера­туры сваривания коллагена и способствует его пептизации и об­разованию глютина. Максимум набухания совпадает с макси­мумом поглощения щелочи.

Наряду с этим коллаген претерпевает и более глубокие хи­мические изменения: происходит гидролиз полипептидных це­пей, отщепление аммиака от амидов (глютамина и аспарагина), почти полностью исчезает тирозин и уменьшается количество серина. Вследствие гидролиза и разрушения амидных групп изоэлектрическая точка коллагена после золения сдвигается до рН 4,6-5,0. В результате всех этих изменений часть коллагена (около 0,6 % его азота к общему) теряется. Таким образом, в результате золки возрастает не только вели­чина выплавляемости желатина, но растет также и величина распада коллагена.

Скорость процесса золения зависит от температуры. Но повышение температуры одновременно и в большей степени ускоряет распад коллагена. При температуре золения 15 ⁰С вязкость готового желатина на протяжении 35 су­ток золения возрастала, а при температуре 25 ⁰С вначале воз­растала, а после 20 суток снижалась. Таким образом, повыше­ние температуры золки приводит к излишним потерям коллаге­на, уменьшению выхода и снижению качества продукта, а пони­жение температуры замедляет процесс золки. Обычно золку производят при температуре 12-20 ⁰С. Оптимальной следует считать температуру около 15 ⁰С.

Золение производят в железобетонных прямоугольных чанах - зольниках. В его нижней части, близ угла, имеется патру­бок с задвижкой, предназначенной для спуска отработанной жидкости. Патрубок отгорожен от сырья вертикальной решет­кой. В некоторых случаях зольники имеют ложные днища. Известковое молоко готовят крепостью 2-4 Ве, жидкостный ко­эффициент в конце загрузки 1,0-1,5. Для равномерной кон­центрации извести и поддержания ее на требуемом уровне за счет растворения той части, которая взвешена в воде, во время загрузки, а затем не реже одного раза в сутки в течение 10 - 20 минсырье барботируют сжатым воздухом.

С течением времени известь расходуется, в растворе накап­ливаются продукты разложения, вызываемого действием изве­сти; сырье на отдельных участках слеживается. Это замедляет золку. Снижение рН раствора до 8-9 делает среду благоприят­ной для развития микроорганизмов, в том числе гнилостных и кислотообразующих. Кислоты, выделяемые микробами, нейтра­лизуют известь и дают соли кальция, которые уменьшают набу­хание сырья. В связи с этим возникает необходимость в перио­дической смене известкового раствора - перезолке. При пере­золке зольную жидкость сливают, сырье промывают, а затем снова заливают свежим известковым молоком. При наличии в зольнике ложного днища отработанную жидкость откачивают из-под него насосом, сырье промывают водой, а затем зольник заполняют свежим известковым молоком, которое подается под ложное дно.

Первую перезолку для желатинового сырья производят че­рез 1 и 3 суток, остальные - в зависимости от хода процесса, но не реже, чем через 7 суток. При этом учитывают изменение цвета молока (пожелтение), изменение запаха сырья, содержа­ние активной извести, величину рН, которая должна быть не ниже 11,0. Общая продолжительность золения 25-35 суток, для сухожилий до 50-60 суток.

Существуют различные приемы ускорения процесса золения. По способу ВНИИМПа вначале пользуются известью (до 14 суток), а затем 2 %-ным раствором едкого натра (3-5 суток) при 20 ⁰С. Общая продолжительность процесса при этом снижа­ется до 17-19 суток.

Обеззоливание.После золения в сырье остается до 4-6 %- окиси кальция. Из этого количества около 0,6% прочно свя­зано с сырьем, остальное удерживается за счет адсорбции, ка­пиллярности и механически в порах и на поверхности. Кроме извести, в сырье остается некоторое количество продуктов рас­пада белков, кальциевых мыл и других примесей и загрязне­ний. Эти механические примеси и загрязнения, а также известь легко удаляются при промывке сырья водой. Капиллярно свя­занная известь требует очень тщательной промывки. Адсорби­рованную известь и химически связанный кальций можно уда­лить лишь обработкой сырья сильной кислотой.

Часть ионов кальция во время золки образует солеобразные соединения с карбоксильными группами боковых цепей колла­гена (коллагенаты).

Эти солеобразные соединения не полностью диссоциируют (примерно на 40 %), а поэтому и не полностью гидролизуются водой. Их разрушают сильной соляной кислотой. Образуется хлористый кальций, удаляющийся с водой. В связи с небольшой степенью диссоциации коллагенатов теоретически подсчитанное количество соляной кислоты достаточно для удаления лишь около 70 % извести. Поэтому, необходим избыток сильной кис­лоты, но и в этом случае некоторое количество ионов кальция в глубоких слоях остается связанным коллагеном, а зольность коллагена возрастает почти на одну треть.

В результате обработки сырья избытком сильной кислоты его кислотность возрастает. Во время последующей выварки желатина и клея, это может привести к повышению скорости гидролиза коллагена и, следовательно, к падению вязкости го­тового продукта. Поэтому кислота, удерживаемая сырьем, дол­жна быть удалена, что достигается промывкой его водой.

Таким образом, процесс обеззоливания складывается из трех операций: промывки сырья для удаления части извести и загрязнений, нейтрализации оставшейся извести соляной кисло­той, промывки сырья с целью удаления из пего избытка кис­лоты.

Промывают сырье водой в аппаратах различного типа. В крупных производст­вах промывку ведут в специальных аппаратах - конроллерах и мездромойках.

В мездромойках промывка происходит в условиях интенсив­ного перемешивания сырья при интенсивной циркуляции жид­кости. Они обеспечивают более совершенную промывку

Продолжительность промывки проточной водой колеблется от 24 до 34 ч. Промывка считается законченной если рН жид­кости, отжимаемой от сырья, не превышает 8,5. Продолжитель­ность промывки может быть сокращена, если зольную жидкость из сырья перед промывкой отжимать, например, на вальцах.

Остаток извести в сырье нейтрализуют соляной кислотой в тех же аппаратах. Преимущества соляной кислоты перед дру­гими кислотами не только в том, что она дает с кальцием хоро­шо растворимые соли, но также и в том, что при нейтрализации этой кислотой потери коллагена наименьшие. Количество соля­рной кислоты берется из расчета 3-5 % кислоты плотностью 1,14 к массе сырья.

По окончании нейтрализации подкисленную воду спускают и сырье промывают проточной водой, не содержащей примесей соединений железа, аммиака и сероводорода. Продолжи­тельность промывки 6-8 ч. Промывку считают законченной, ес­ли концентрация ионов хлора в отжиме не превышает 75 мг/л(реакция с азотнокислым серебром), а рН для оссеина 5,8-6,2, для других видов сырья 5,8-6,6.

Так, обработка сырья 0,5 %-ной серной кислотой, позволила полу­чить желатин с несколько более высокой вязкостью и значи­тельно более высокой крепостью студня. Применение 1,5 %-ной ортофосфорной кислоты дало возможность получить желатин с вязкостью вдвое выше, чем вязкость желатина, выработанного с применением соляной кислоты.

Перед кислотной обработкой сырье промывают холодной проточной водой в течение 3-4 ч.После этого заливают рас­твором соляной кислоты при жидкостном коэффициенте 2,5-3,0 и выдерживают в нем при 15-18 ⁰С в течение 8-10 ч, пе­риодически перемешивая. После кислотной обработки сырье промывают проточной холодной водой до достижения рН среды 5,8-6,0.

Транспортировка сырья В процессе мацерации, золения и обеззоливания возникают многократные погрузочно-разгрузочные операции большой тру­доемкости. Существуют различные приемы механизации этих операций. Применяют передвижные агрегаты, с помощью которых извлекают сырье из зольников, промывают его и, смешав со свежим известковым молоком, загружают в свободный ближайший зольник. Но такие агрегаты не решают задачи механической транспортировки сырья в целом.