Процесс получения рыбьего жира

Использование: изобретение относится к рыбной промышленности и может быть использовано для получения жиров, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами, и жиров, содержащих в основном насыщенные жирные кислоты. Сущность изобретения: в способе, осуществляемом путем измельчения сырья, его электрообработки, выделения жира и его первичного фракционирования с последующей низкотемпературной кристаллизацией жидкой фракции, процесс электрообработки прекращают в момент достижения определенного значения плотности тока, первичное фракционирование проводят в два или три этапа в зависимости от определяемой расчетным путем криоскопической температуры жира, а процесс низкотемпературной кристаллизации ведут ступенчато. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к рыбной промышленности, а именно к извлечению из рыбьего сырья жира и последующему фракционированию рыбьих жиров на ряд продуктов с высоким содержанием биологически активных жирных кислот.

Известен способ выделения жира из мышечной ткани путем измельчения сырья, барботирования горячим паром, отжима жидкой фазы, отстаивания бульона и сепарирования рыбьего жира [1]. В случае необходимости использования рыбьего жира на медицинские цели продукт после сепарирования дополнительно подвергают фильтрации.

Получаемый этим способом продукт имеет полный набор жирных кислот, однако его биологическая ценность недостаточно высока из-за невысокого содержания биологически активных жирных кислот группы омега-3, таких как эйкозапентаеновая, докозагексаеновая, арахидоновая.

Известен способ выделения жира [2], в котором наряду с известными ранее приемами используют электрический ток при напряженности поля 25-100 В/см и предварительное увлажнение сырья добавлением 20-40% воды. Количество добавляемой воды зависит от содержания жира в сырье; верхний и нижний пределы напряженности поля обусловлены тем, что при напряженности поля выше 100 В/см излишне расходуется электроэнергия и начинается процесс кипения в приэлектродных зонах, а при напряженности ниже 25 В/см не полностью обрабатывается сырье и при оптимальной скорости перекачки продукта в гидролизатор увеличивается время электрообработки.

При проведении электрообработки происходит разрушение пластической структуры клетки и ситообразное измельчение мембран. Последующая термическая обработка заканчивает этот процесс. При этом резко повышается электрическая проводимость и проницаемость клеточной мембраны. В результате выход жира увеличивается на 10-14%, однако содержание биологически активных ненасыщенных кислот также невелико.

Известен способ получения кормовой рыбной муки и жира [3], в котором также применяется электрообработка. Способ включает измельчение сырья, тепловую обработку, удаление жира и сушку жома. Перед тепловой обработкой сырье подвергают воздействию переменного электрического тока плотностью 0,1-1,7 А/см2 и напряженностью поля 5-150 В/см до температуры начала коагуляции белковых веществ 32-35oC, а тепловую обработку проводят при 60-75oC в течение 8-10 мин. Перед электрообработкой измельченное сырье смешивают с водой в количестве 8-15% массы сырья до получения гомогенной массы.

Однако и в этом способе содержание биологически активных жирных кислот в получаемом жире остается на уровне традиционных технологий выделения жира.

Как в способе [2] так и в способе [3] процесс электрообработки измельченного и смешанного с водой сырья ведется при заданном фиксированном значении плотности тока.

Известен способ концентрирования эйкозапентаеновой кислоты из рыбьих жиров [4]. По этому способу в рыбий жир добавляется ацетон при температуре ниже минус 25oC, перемешивается и после выдержки в течение 1-5 ч отфильтровывается при той же температуре. Затем ацетон удаляется и получается концентрированный жир, содержащий до 29,0% эйкозапентаеновой кислоты вместо 17,5% в исходном жире.

Одним из наиболее очевидных недостатков данного способа является то, что при реализации недостаточно эффективно происходит использование биологически ценных компонентов жира: в целевой продукт переходит только 38-40% эйкозапентаеновой кислоты, содержащейся в исходном сырье, а более половины этой жирной кислоты теряется вместе с отходами.

Предлагаемый способ позволяет с лучшей эффективностью извлекать такие биологически активные полиненасыщенные жирные кислоты, как эйкозапентаеновая и докозагексаеновая кислоты, повысив их выход до 60%. Кроме того, существенно расширяется диапазон пригодного к использованию сырья. Эффективность способа повышена также за счет рационального использования получаемых в качестве отходов выделенных твердых продуктов, имеющих высокую степень чистоты.

Это достигается следующим образом.

Подаваемое на переработку сырье предварительно в лабораторных условиях подвергают электрообработке для определения методом математического планирования эксперимента основных параметров этой стадии: оптимальной напряженности поля Еопт, начальной плотности тока jнач и коэффициента К для определения j = Kjнач А/см2. Полученные значения используют затем при проведении стадии электрообработки сырья в основном процессе осуществления способа.

Разделанные тушки рыб морских и речных пород измельчают до кашеобразного состояния и сразу передают на стадию электрообработки при напряженности поля от 5 до 150 В/см до достижения расчетной плотности тока. Затем электрообработанное сырье подвергают термообработке при температуре от 60 до 80oC в течение 5-10 мин и разделяют любым известным способом, например сепарированием, на белковую, водяную и жировую фракции, отпрессовывают и выделяют жир. Выделенную белковую фракцию направляют на производство кормовой муки или фарша, а водная фракция утилизируется. В жировой фракции на основании жирно-кислотного состава вычисляют средневзвешенную температуру плавления-затвердевания и криоскопическую температуру, от которых в дальнейшем зависит количество необходимых этапов фракционирования. Охлаждение на каждом этапе фракционирования ведут до начала выпадения образующихся кристаллов в осадок. Фракционирование жира со значениями криоскопической температуры, равными или меньшими 2oС проводят в два этапа, а при значении, равном или большем 3oC проводят в количестве этапов больше двух. Продолжительность охлаждения жира составляет 3-4 ч. Охлажденный жир немедленно подают на фильтрацию для отделения твердых глицеридов. Фильтрация жира происходит, например, на камерном фильтр-прессе через салфетки из бельтинга или другого соответствующего материала, выдерживающего давление 40 атм. Можно также использовать рамные фильтр-прессы с гидравлическим или винтовым зажимами. Выделенные твердые триглицериды используют в производстве стеариновых свечей, в качестве жировой основы для кремов и мазей и т.д. Профильтрованный прозрачный жир отправляют на последующие этапы фракционирования. Получаемый жир обогащен полиненасыщенными омега-3 жирными кислотами и может выступать в качестве готового продукта или использоваться как полуфабрикат для выработки концентрата омега-3 жирных кислот путем дополнительной низкотемпературной кристаллизации.

Для концентрирования полиненасыщенных омега-3 жирных кислот обогащенный жир подают в герметичную смесительную емкость, снабженную мешалкой, и добавляют органический растворитель, например ацетон, в пропорции 1:(8-10) соответственно. Затем смесь после перемешивания и полного растворения жира прокачивают в герметичный реактор — кристаллизатор, снабженный охлаждаемой рубашкой, мешалкой, скребковым устройством, узлом отсасывания жидкой фазы и узлом шнековой выгрузки осадка, охлаждают до температуры ниже минус 35oC и выдерживают в течение 5-10 ч. Время выдержки зависит от требуемой концентрации полиненасыщенных жирных кислот в готовом продукте. После отделения осадка жидкую часть, направляют на отгонку растворителя, которая проводится при температурах 55-60oC в глубоком вакууме и в потоке инертного газа. Полученный экстракт содержит биологически активные полиненасыщенные жирные кислоты, выход которых достигает 60%. Твердый осадок тугоплавких глицеридов после отгонки от них растворителя направляют на использование в технических, кормовых и пищевых целях, а также для нужд парфюмерно-косметической промышленности и для производства моющих средств.

Предлагаемый способ позволяет расширить сырьевую базу для производства жира и последующих биологически активных продуктов. За счет новых физико-химических параметров проведение стадии извлечения жира происходит процесс разрушения клеточных структур сырья, в которых содержится 70-90% клеточных липидов, что и приводит к извлечению из более глубинных структур сырья целевых продуктов, таких как высоконенасыщенные жирные кислоты омега-3 c более высоким выходом.

Предложено также проводить фракционирование в два и более этапов, определяя количество этапов величиной криоскопической температуры жира, а охлаждение на каждой ступени вести до начала образования кристаллов и выпадения их в осадок. Такой жир хорошо фильтруется, обеспечивая хорошую производительность процесса, уменьшает потери целевого продукта и повышает его чистоту.

Таким образом, предложено не просто увеличение количества этапов охлажденного фракционирования, а проведение его с оптимальным результатом.

На этапе низкотемпературной кристаллизации предлагаемая выдержка смеси в течение 30-60 мин позволяет максимальному количеству тугоплавких глицеридов перейти в твердое состояние и соответственно повысить степень очистки.

П р и м е р 1. 1000 кг анчоуса жирностью 17,0%, иодное число жира рыбы 120% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 11,0%, докозагексаеновой 5,6% . Отбирают пробу и в лабораторных условиях определяют Еопт = 35 В/см, jнач = 0,087 А/см2, K = 2,41.

Измельченное сырье подвергают электрообработке при напряженности поля Е = 35 В/см и прекращают при достижении плотности тока j = 2,41 0,087 = 0,21 А/см2; при этом температура обрабатываемого сырья достигает 32oC. Электрообработанное сырье подвергают термообработке при 70oC в течение 10 мин, затем отпрессовывают и выделяют жир; его отправляют на очистку. Выход отсепарированного жира 144,5 кг, т.е. 85% от содержащегося в данном сырье. Степень его непредельности — иодное число 138%, содержание эйкозапентаеновой кислоты 13,02% , докозагексаеновой 6,5%. На основании определения жирно-кислотного состава жира высчитывают средневзвешенную температуру плавления — затвердения и криоскопическую температуру (Ткр.) жира, равную 3,33oC.

Следовательно, такой жир должен быть подвергнут трехэтапному фракционированию. На первом этапе жир постепенно охлаждают до 12oC, после чего фильтруют при возрастающем от 0,1 до 0,7 кг/см2 давлении. Получают 25,9 кг твердых триглицеридов и 115,6 кг жидкой фракции, которую направляют на второй этап охлаждения до 4oC. Затем жир фильтруют, получают 38,8 кг твердых глицеридов и 72,8 кг жидкой фракции, которую направляют на третий этап охлаждения до температуры минус 2oC и последующую фильтрацию. Получают 28,3 кг твердых глицеридов и 41,7 кг жидкой фракции, в которой 18,0% эйкозапентаеновой кислоты и 9,0% докозагексаеновой кислоты. Жидкую фракцию смешивают с 417 л ацетона в соотношении 1:10 в течение 15 мин. Смесь подают в реактор, охлаждают до криоскопической температуры смеси Ткр. = минус 10oC и выдерживают 30 мин. Далее температуру смеси снижают до минус 50oC и выдерживают 6 ч при постоянном перемешивании со скоростью 15 об/мин. Охлажденную и выдержанную смесь направляют на вакуум-фильтрацию. В результате получают фракцию тугоплавких глицеридов и жидкую ацетоновую фракцию полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) в количестве 26,4 кг, иодное число которого 198% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 31,98% или 8,45 кг, а докозагексаеновой кислоты 16,42% или 4,34 кг. Выход эйкозапентаеновой кислоты составляет 45,0% от содержания ее в жире анчоуса. Твердая фракция утилизируется.

П р и м е р 2. Сырье обрабатывают аналогично примеру 1 за исключением того, что электрообработку проводят при достижении плотности тока j = 0,16 А/см2, т. е., коэффициент К меньше 2. В результате снижается выход жира на этой стадии и составляет 80% или 136 кг от содержания его в сырье, иодное число 122% иода.

П р и м е р 3. Сырье обрабатывают аналогично примеру 1 за исключением того, что фракционирование на стадиях охлаждения ограничивают двумя этапами, как в известном способе. Получают 18,8 кг концентрата ПНЖК, иодное число 190% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 26,3% или 7,52 кг, докозагексаеновой кислоты 12,2% или 2,29 кг. Выход эйкозапентаеновой кислоты составляет 40%.

П р и м е р 4. 1000 кг сельди иваси жирностью 18,0% иодное число жира 14,5% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 14,2%, докозагексаеновой кислоты 8,0% измельчают на волчке с диаметром отверстий 3-5 мм и подвергают электрообработке при напряженности поля Еопт = 40,0 В/см, jнач = 0,106 А/см2, обработку заканчивают при достижении плотности тока j = 0,27 А/cм2. Температура обрабатываемого сырья 33,4oC. Термообработку проводят аналогично примеру 1.

Получают 157,0 кг жира (87%), иодное число 158% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 15,1%, докозагексаеновой кислоты 8,8%. Криоскопическая температура жира сельди иваси, рассчитанная теоретически, Ткр. = 0,72oC. Следовательно, стадию фракционирования охлаждением достаточно проводить в два этапа. На первом этапе жир охлаждают до 7oC в течение 3 ч, отфильтровывают твердые глицериды, получают 117,8 кг жира, иодное число 170% иода. На втором этапе охлаждают до температуры минус 3oC в течение 3 ч и отфильтровывают твердые глицериды. Получают 63,5 жира, иодное число 182% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 18,3%, докозагексаеновой кислоты 10,1% . Жир смешивают с 571,5 л ацетона (соотношение 1:9), охлаждают до криоскопической температуры смеси минус 12oC, в течение 45 мин выдерживают, затем снижают температуру до минус 10oC и при постоянном помешивании выдерживают еще 9 ч. Разделение жидкой и твердой фаз проводят аналогично примеру 1. Получают 34,9 кг концентрата ПНЖК, иодное число которого 204% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 35,0% или 12,2 кг, докозагексаеновой кислоты 17,2% или 6,0 кг. Выход эйкозапентаеновой кислоты составляет 51,0% от ее содержания в выделенном жире сельди иваси.

П р и м е р 5. Сырье обрабатывают аналогично примеру 4 до стадии низкотемпературной кристаллизации в ацетоне. Время выдержки при Ткр, смеси уменьшают на 20 мин, получают 33 кг ПНЖК, иодное число которого 201% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 34,0% или 11,2 кг, докозагексаеновой кислоты 17,8% или 5,2 кг. Выход эйкозапентаеновой кислоты составляет 46,9% от ее содержания в жире сырья, что на 4% меньше, чем в примере 4.

П р и м е р 6. 300 кг очищенного сепарированием жира, представляющего собой смесь жиров скумбрии, иваси, салаки и сельди баренцовой, иодное число — 160% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 16,02% и докозагексаеновой кислоты 9,94% , расчетная величина Ткр= -0,4oC, подвергают первичному фракционированию в два этапа. На первом этапе жир постепенно охлаждают до 4oC в течение 4 ч, затем фильтруют, получают 60 кг твердых глицеридов и 234 кг жира (выход 78,0%), иодное число 175% иода, жир направляют на второй этап охлаждения до минус 6oC в течение 3 ч. После фильтрации получают 85,0 кг тугоплавких глицеридов и 140,4 кг жира, иодное число 189,0% иода. Полученный жир направляют на низкотемпературную кристаллизацию, для чего смешивают с ацетоном в соотношении 1:8, охлаждают до криоскопической температуры смеси Ткр = минус 14oC, выдерживают в течение 60 мин, охлаждают до минус 38oC и выдерживают еще 10 ч. Далее аналогично примерам 1 и 4. Получают 60,6 кг твердых глицеридов и 73,85 кг концентрата ПНЖК, иодное число 206% иода, содержание эйкозапентаеновой кислоты 39,01% или 28,8 кг, докозагексаеновой кислоты 19,97% или 14,77 кг. Выход эйкозапентаеновой кислоты 60% от ее содержания в исходном жире.

В известном способе выход этой кислоты не превышает 40%.

Полученный продукт прошел медико-биологические испытания, которые показали что он не содержит загрязнений хлорорганическими пестицидами, ртутью и другими тяжелыми металлами, не оказывает отрицательного воздействия. Препарат обладает ярко выраженным иммуностимулирующим и гипохолестеринемическим действием. Концентрат содержит больше эйкозапентаеновой кислоты, чем любой другой известный источник ПНЖК омега-3 и поэтому имеет преимущества перед ними при использовании его в лечебной практике. Способ освоен рыбоперерабатывающей и фармацевтической промышленностью и продукт выпускается в различных лекарственных формах.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЫБЬЕГО ЖИРА, включающий извлечение из измельченного рыбного сырья жира, его очистку, смешивание с органическим растворителем, охлаждение смеси до отрицательных температур с выдержкой, фильтрацию для отделения жидкой фракции от твердой, отгонку для удаления растворителя и получение концентрата полиненасыщенных жирных кислот, отличающийся тем, что извлечение жира из измельченного сырья осуществляют путем его электрообработки при напряженности поля 5 — 150 В/см до достижения плотности тока j= Kjнач А/см2, где K — коэффициент, экспериментально устанавливаемый для каждого вида сырья и больший или равный 2,0, и термообработки с последующим разделением на белковую, водную и жировую фракции, а после очистки жир фракционируют охлаждением по меньшей мере в два этапа, число которых зависит от криоскопической температуры жира, и охлаждение на каждом этапе ведут до начала выпадения образующихся кристаллов в осадок, при этом охлаждение смеси жира с органическим растворителем сначала осуществляют до криоскопической температуры смеси с выдержкой в течение 30-60 мин, а затем до температуры ниже -35oС с выдержкой в течение 5-10 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фракционирование жира при значении криоскопической температуры жира, равном или меньшем 2oС, проводят в два этапа, а при значении криоскопической температуры жира, равном или большем 3oС, проводят в количестве этапов больше 2.