Производство желатина и клея

Размещено на http://www.allbest.ru/

Описание технологической диаграммы производства клея

Клей вырабатывают костяной и мездровый (из мягких тканей, содержащих коллаген). Мездровый клей обладает несколько большей клеящей способностью, чем костяной. Клей производят в следующем ассортименте: твердый плиточный, мелкодробленый, крупнодробленый и галерту (клеевой студень, содержащий не менее 49 % товарно-сухого клея). Клей может вырабатываться в виде таблеток, гранул и чешуек.

За исключением галерты, клей бывает I, II и III сорта. Сортность клея зависит от его клеящей способности (предела прочности на скалывание склеенных образцов), которая колеблется для различных сортов от 4000 до 8800 н/м2 и более. Влажность клея не должна превышать 17 %, иначе он может загнить. В зависимости от сорта содержание золы должно составлять не более 3-3,5 % и жира (к весу сухого вещества) 0,3-0,5 %. Стандартный раствор клея при 30 0С должен иметь вязкость не менее 1,8- 2,5 0Е (стандартный раствор содержит 18 % товарно-сухого клея, в составе которого 15 % влаги и 2 % золы). Клей должен обладать ограниченной способностью к пенообразованию, иначе наносимый на поверхность слой будет неравномерным по толщине.

Клей употребляется на многие цели в разных отраслях промышленности. Низкосортный клей идет на изготовление клеевых красок.

Мягкое сырье. Оно может поступать на выработку клея и желатина с мясоперерабатывающих предприятий, с пунктов заготовки шкур для кожевенной промышленности и с кожевенных заводов. В табл.1.3 приведен перечень разновидностей мягкого сырья, перерабатываемого на желатин и клей, и примерные выходы продукции.

Одним из лучших видов сырья для производства пищевого желатина является свиная шкура, в особенности ее хребтовая часть. Желатин получается прозрачный и образует студень высокой крепости.

К мягкому сырью, направляемому на производство желатина, предъявляют те же санитарные требования, что и к кости. Сырье не должно содержать большого количества прирезей мяса и жировой ткани, остатков крови и случайных загрязнений. Оно должно быть без признаков гнилостного разложения (ослизнения, гнилостного или аммиачного запаха).

Несмотря на существенные различия в деталях, в целом производства желатина и клея имеют много общего и могут быть расчленены на четыре основных этапа:

- подготовка сырья к извлечению из него желатинизирующих и клееобразующих вешеств;

- извлечение из сырья желатинизирующих и клееобразующих веществ в виде водных растворов (бульонов);

- очистка, концентрирование и подготовка бульонов к сушке;

- сушка желатина и клея.

Характер подготовительных операций зависит от вида и состояния сырья, от вида и свойств вырабатываемой продукции и способа обезжиривания сырья.

На мясных предприятиях производство желатина и клея целесообразно организовывать преимущественно на основе использования собственного сырья. Поэтому их вырабатывают лишь на предприятиях достаточно большой мощности, а в производство поступает ограниченный ассортимент сырья: свежая кость (в том числе после выварки костного жира) и свежее (или консервированное) мягкое сырье - отходы пищевых производств (сухожилия, добаши, обрезки шкуры, уши). На мясных предприятиях не применяют обезжиривания кости летучими растворителями. При необходимости ее обезжиривают горячей водой.

Подготовку сырья начинают с сортировки, которая в условиях мясных предприятий в основном сводится к распределению сырья па группы, для которых характерен примерно одинаковый выход продукции при одних и тех же условиях переработки [1].

Обезжиривание, мацерация и золка сырья, а также извлечение желатина или клея из сырья связаны с диффузионным обменом между обрабатываемым материалом и технологическим агентом (горячей водой или химическим реагентом). Процесс обменной диффузии между твердым материалом и окружающей его жидкостью складывается из трех фаз: обменной диффузии между поверхностью материала и окружающей жидкостью, диффузионно-осмотического процесса внутри материала и выравнивания концентрации диффундирующих веществ в окружающей среде.

Интенсивность переноса веществ внутри материала наименьшая, так как он осложняется рядом побочных явлений: осмосом, адсорбцией, капиллярностью. Поэтому продолжительность диффузионных процессов внутри образца определяется его толщиной.

Интенсивность обменной диффузии между окружающей жидкостью и материалом зависит от поверхности раздела твердой и жидкой фаз. Поэтому продолжительность процессов, связанных с внешним переносом, зависит от удельной поверхности раздела фаз, т. е. от размеров частиц.

Следовательно, чем меньше размеры образца, тем меньше продолжительность процесса. Но существующие технологические приемы обработки сырья не позволяют в полной мере реализовать это теоретическое положение вследствие ряда возникающих при этом осложнений: слеживания обрабатываемого материала, сложности отделения твердой фазы от жидкой, а отсюда потерь сырья. Кроме того, до сих пор еще неясно влияние высокой степени измельчения сырья на качество получаемой продукции. Поэтому в технологической практике сырье измельчают до размеров, которые позволяют в наибольшей степени сократить продолжительность диффузионных процессов и избежать при этом указанных осложнений. Измельчение сырья увеличивает также коэффициент использования рабочей емкости аппаратуры, а в некоторых случаях облегчает транспортировку обрабатываемого материала по трубам.

Поступающую в производство кость, исключая перешиб, решетку и роговой стержень перед обезжириванием дробят на дробильных машинах до размеров 20-50 мм. Роговой стержень распиливают дисковой пилой на куски размером до 100 мм.

Для дробления кости пригодны дробилки различного типа: молотковые, вальцовые, гребенчатые. Наиболее подходящей является двухвальная костедробильная машина КД-0,5. В этой машине спарены две дробилки, одна из которых расположена над другой. Верхняя ломает кость, нижняя дробит ее до размеров 25-50 мм [2].

Жир, содержащийся в кости, является цепным техническим продуктом. Кроме того, оставаясь в сырье, он затрудняет проведение ряда технологических операций и снижает качество готовой продукции. В частности, являясь гидрофобным веществом, жир замедляет диффузионные процессы в водной среде, уменьшает клеящую способность клея и способность желатина к застудневанию. Поэтому чем меньше жира остается в кости, тем лучше. Обезжирить кость водой можно тремя способами: в кипящей воде, импульсным, напорно-скоростным.

Обезжиривание в кипящей воде. Кость в течение 5-6 ч обрабатывают водой при слабом кипении. Обезжирить кость горячей водой можно в открытых котлах любой конструкции, снабженных ложным днищем и обогреваемых острым паром. Наиболее удобны котлы с выемкой корзиной, снабженные устройством для верхнего слива жира. Количество воды, заливаемой в котел, должно быть достаточным, чтобы покрыть кость. Обезжиренную кость промывают (полируют) в барабанах периодического или непрерывного действия. Жир очищают от примесей обычными способами.

Импульсный способ обезжиривания. Гидромеханические импульсы в виде больших переменных давлений, достаточных для разрушения мягких и твердых животных тканей, могут быть возбуждены быстрым движением рабочего органа машины в жидкой среде.

Достоинства импульсного метода -- простота конструкции, возможность непрерывнопоточной организации производства, а также извлечения жира при низких температурах, что сказывается па качестве самого жира и кости как сырья для клея. Степень обезжиривания кости 83-87 % (с учетом промывки ее от жира). Остаток жира 3-6 % на сухое вещество.

Недостаток способа - сложность отделения жира от водно-жировой массы, сильно засоренной белками и остатками кости. Около 30-40 % обезжиренной кости разрушается до размеров менее 5 мм. При производстве желатина значительная часть мелкой кости теряется в процессах мацерации и промывки. Небольшие размеры кусочков кости затрудняют выварку желатина и клея.

Полировка-это удаление остатков мягких тканей (мяса, хрящей и пр.) с поверхности обезжиренной кости вследствие трения кусков кости один о другой и о стенки барабана.

Кость, обезжиренную вываркой в кипящей воде, полируют в промывных барабанах (число оборотов 30-35 в 1 мин) с подачей сильной струи горячей воды. Кость, обезжиренную методом гидродинамического напора, можно очистить после высушивания в полировочных барабанах. Полировка в перфорированных барабанах невозможна из-за больших потерь мелкой кости через его отверстия.

При сухой полировке кость очищают в медленно вращающихся полировочных барабанах. В процессе полировки примеси, загрязнения, мелкая кость и кусочки кости, отламывающиеся во время полировки, проходят сквозь решетку стенки барабана, образуя так называемый азотистый отход. Его используют в качестве удобрения.

Полировочные барабаны могут быть как периодического, так и непрерывного действия. Продолжительность полировки в непрерывно действующих барабанах около 2-3 ч, коэффициент заполнения 0,6-0,7 объема барабана. Их производительность выше производительности барабанов периодического действия, расход электроэнергии меньше, но качество полировки хуже.

Продолжительность полировки в барабанах периодического действия также 2-3 ч, но коэффициент заполнения выше. Поэтому и качество полировки высокое [3].

Размеры кости, направляемой на выварку клея и желатина не должны превышать оптимальных пределов. При размерах, не превышающих 25 мм, получается более концентрированные бульоны, более высокие выхода и достигается экономия пара, расходуемого на обесклеивание кости и упаривание бульонов. Поэтому полированный шрот целесообразно калибровать, т.е. разделять на партии по размерам, а кость, размеры которой превышают 25 мм, повторно дробить. При калибровке кость (исключая роговой стержень), разделяют по размерам на три категории: более 25 мм, от 13 до 25 мм и 12 мм и менее. Первую после повторного дробления снова калибруют, последнюю освобождают от мелочи (размером до 3 мм) на грохоте. Разделение кости на партии размерами до 12 и до 25 мм позволяет работать с более однородным материалом и подбирать наиболее благоприятный режим для каждой из них.

Кость калибруют в агрегате, работающем по принципу замкнутого цикла. В его состав входит: калибровочный барабан, грохот, дробилка и транспортные устройства для передачи кости (обычно элеватор или шнек и элеватор). Кость вначале подают в калибровочный барабан, откуда куски до 12 и до 25 мм, проходя через соответствующие отверстия в стенках барабана, попадают в бункер, а размером более 25 мм -- в дробилку. После повторного дробления кость транспортными устройствами подают снова в калибровочный барабан [4].

В процессе выварки желатина и клея происходит гидротермический распад коллагена и выход продуктов его распада в бульон. Скорость распада зависит от прочности связей, удерживающих полипептидные цепи в структуре коллагена. В обезвоженном коллагене они удерживаются наиболее прочно, а в полностью обводненном до равновесного состояния - наименее прочно.

Обводнение в воде. Обводнение в воде имеет то преимущество, что после него не требуется удаление химического агента. Это не только устраняет дополнительный процесс промывки, но делает возможным производить обводнение в котле (диффузоре) перед вываркой клея. В этом случае время обводнения учитывается графиком работы батареи диффузоров. клей обезжиривание консервирование бульон

Продолжительность обводнения кости после повторного дробления около 24 ч (хотя вполне удовлетворительный результат достигается и к 12 ч). При повышенной температуре в этот период возможно развитие гнилостной микрофлоры. Во избежание этого обводнение лучше вести при возможно более низкой температуре и в проточной воде. Однако снижение температуры несколько уменьшает скорость обводнения, но зато, увеличивает влагоемкость коллагена.

Мацерацией называется обработка кости сильными кислотами с целью ее деминерализации. Кость, предназначенную для производства желатина, мацерируют обычно слабым раствором соляной кислоты. Под действием соляной кислоты происходит полная деминерализация кости, так как соляная кислота растворяет углекислые и фосфорнокислые соли кальция, составляющие ее минеральную основу. Одновременно происходит кислотное набухание коллагена, органические ткани существенно не разрушаются.

Повышение температуры и увеличение концентрации кислоты ускоряет мацерацию. В определенных границах эти факторы сами по себе мало влияют на выход и качество желатин (например, повышение температуры до 25 0С при концентрации кислоты до 5 % не увеличивает потерь коллагена во время мацерации). Однако меняющиеся в связи с этим условия последующей золки сказываются на выходе и качестве желатина. Оптимальными условиями являются: начальная концентрация кислоты около 5 % и температура около 15 0С. Слишком низкая концентрация кислоты, замедляя процесс мацерации, приводи к уменьшению выхода желатина.

Продолжительность мацерации зависит от сорта и калибра кости, от температуры и от концентрации кислоты. Она колеблется от 5 до 15 суток. Кость молодых животных и пористая кость мацерируется быстрее. Плохое обезжиривание замедляет мацерацию. Особенно большое значение имеет степень дробления кости: кость размером 1 мм мацерируется в 5 раз быстрее кости размером 8 мм. Значительного сокращения продолжительности мацерации можно достигнуть барботированием жидкости сжатым воздухом. Мацерацию считают законченной, если кость просвечивает, легко режется ножом, упруга при сгибании.

Выход мацерироваиной кости (оссеина), в среднем составляет около 70 % к массе загружаемой кости. Средний состав оссеина, %: влаги - 65,0; коллагена-26,5; минеральных веществ-3-3,5; жира- 1-2,5; посторонних примесей-2-3 %.

Жидкость, образующаяся после мацерации (мацерационный щелок), содержит до 4 % фосфорного ангидрида и используется для производства удобрения - преципитата.

Кость загружают в чаны по сортам и калибрам. По окончании мацерации ее промывают холодной водой, в тех же чанах или в промывных барабанах. В первом случае, отключив хвостовой чаи батареи, сменяют воду 2-3 раза, каждый раз после сорокаминутного настаивания. Конец промывки определяют по кислотности: промывная вода не должна давать розового окрашивания с метилоранжем. Промывка в чанах позволяет, избежать перегрузки оссеина в промывные аппараты, зато для промывки в барабане требуется меньше времени и лучше качество продукции. После выгрузки оссеина чан загружают костью и подключают в батарею как головной.

В составе соляной кислоты, употребляемой для мацерации, не должно содержаться более 0,5 % серной кислоты. При большем количестве мацерация замедляется, так как образующийся сернокислый кальций тонкой пленкой покрывает поверхность кости и закупоривает поры.

Выход деминерализованного сырья-оссеина - в зависимости от состава кости составляет 50-70 %. Он содержит 20-24 % белков, 1-2 % минеральных веществ 1-4 % жира и 70-75 % воды [5].

Решающее значение для выхода, свойств и качества извлекаемого горячей водой продукта имеет температура, при которой производится обработка сырья. Чем выше температура, тем глубже гидролиз коллагена и тем хуже качество продукта. Выварка в течение 7 ч при температуре не выше 60 0С сопровождается очень незначительным падением вязкости бульона; при температуре 70 0С вязкость падает примерно на 1 0Е, при температуре 80 0С на 1,3, и при температуре 90 0С на 2,3. С другой стороны, чем ниже температура, тем меньше выход желатина и клея. Так, вываркой при 60 0С в течение 7 ч удается выделить лишь около одной трети коллагена. Практически полное извлечение коллагена в виде глютина и продуктов его распада из прозоленного сырья достигается лишь многократной вываркой при постепенном повышении температуры до 100 0С. Из сырья, не подвергавшегося золке, добиться достаточно полного извлечения коллагена удается лишь при температурах порядка 130-140 0С.

Во избежание ухудшения качества продукта и для наиболее полного извлечения желатина и клея в технологической практике процесс выварки организуют с таким расчетом, чтобы воздействию высоких температур подвергалось минимальное количество коллагена. Существуют три способа организации выварки: фракционный, батарейный и смешанный.

Фракционный способ заключается в том, что выварку производят последовательно, фракциями, повышая температуру для каждой следующей фракции. Благодаря этому каждая фракция содержит продукт определенного качества в зависимости от температуры выварки. Таким путем удается получить значительное количество желатина или клея при минимальной температуре и, значит, наиболее высокого качества. В этом преимущество фракционного способа. Наряду с этим последние фракции вываривают при высоких температурах, и поэтому удается почти полностью извлечь желатин или клей. Фракционным способом обычно пользуются для выработки желатина.

Батарейный способ выварки - это способ последовательного насыщения, когда чистой водой при наиболее высокой температуре обрабатывают почти обесклеенную кость, содержащую незначительное количество коллагена, а по мере насыщения желатином или клеем бульон перепускают в более богатое коллагеном сырье, одновременно снижая температуру выварки. Благодаря этому удается получать концентрированные бульоны, не подвергая большую часть коллагена воздействию слишком высоких температур. Этот способ более экономичен, но таким путем можно получить продукт только среднего качества. Обычно им пользуются для выварки клея из кости.

При необходимости можно сочетать оба способа выварки,, отделяя первые фракции, содержащие наиболее высококачественный продукт при батарейном способе выварки [6].

Обработка бульонов заключается в консервировании, очистке их от примесей, осветлении, концентрировании путем упаривания или осаждения из них клеевых веществ.

Консервирование и отбелка. Бульоны при благоприятных температурных условиях являются хорошей питательной средой для микроорганизмов, в том числе протеолитических (в 10 %-ном желатиновом бульоне, содержащем 200 бактерий в 1 мл, после 12 ч при 30 0С их количество возросло до 1 млрд. в 1 мл, а бульон потерял способность к желатинизации). Поэтому сразу после выварки бульоны необходимо, консервировать. Если они подлежат упариванию, их консервируют в два приема, вводя часть консерванта сразу после слива, другую - после упаривания.

Наиболее распространенным консервирующим средством является сернистый газ, который обладает и отбеливающим действием. Преимуществами этого консерванта является то, что в небольших дозах он не ядовит. Сернистый газ, однако, не уничтожает микробов полностью, а лишь резко снижает их количество в бульоне и подавляет их дальнейшее развитие. Для пищевого желатина иногда бульоны последовательно обрабатывают сернистой кислотой и перекисью водорода.

Количество сернистой кислоты, вводимой в бульон (в % сернистого ангидрида к сухому веществу), составляет для пищевого желатина 0,10-0,15, для технического - 0,20-0,30. Количество консерванта, вводимого до упаривания, должно быть не более 0,1 %. К техническому желатину, кроме того, добавляют 1,5-2,0 % сернокислого цинка, который образует гидросульфит цинка, обладающий хорошим отбеливающим действием.

Для консервирования и отбеливания клеевых бульонов, которые имеют темную окраску, пользуются различными веществами, обладающими как консервирующим, так и сильным отбеливающим действием.

Чаще всего клеевые бульоны консервируют, насыщая их сернистым газом с добавлением цинковой пыли.

Фильтрование бульонов. Вываренные бульоны содержат значительное количество примесей различного происхождения и различной степени дисперсности вплоть до коллоидных. К их числу относятся остатки кости « мягких тканей, кальциевые соли и кальциевые мыла, белковые частицы, жир и пр. Эти примеси делают желатин и клей мутными, ухудшают желатинизацию и уменьшают клеящую способность.

Часть этих примесей может быть удалена отстаиванием перед сливом бульона из варочного котла. Часть можно отделить фильтрованием через ткань. Однако значительное количество примесей представляет собой настолько мелкие взвеси, что их не задерживает самая плотная ткань. Поэтому бульоны очищают фильтрованием через целлюлозную массу, задерживающую примеси не только вследствие незначительного диаметра фильтрующих пор, по и их адсорбции сильно развитой поверхностью фильтрующей массы. Такая фильтрация уменьшает также содержание жира в бульоне.

Хорошей очистки и осветления бульона можно достигнуть обработкой его активированным углем. Таким путем можно удалить из бульона не только взвеси, но и вещества, придающие желатину нежелательный привкус и запах, если сырье было недостаточно хорошо подготовлено к выварке. Активированный уголь с активностью не менее 85 %, добавляют к бульону в количестве 0,3 % к массе при тщательном перемешивании.

Обсзвоживание желатина и клея придает им устойчивость к микроорганизмам, увеличивает содержание полезных веществ в единице массы и объема готового продукта и делает их более транспортабельными. В промышленной практике в настоящее время обезвоживается желатин и клей сушкой.

Сушка желатинового и клеевого студня. Клеевой и желатиновый студни сушат преимущественно конвективным способом. Тип сушилки и технику сушки подбирают, сообразуясь с размерами и формой образцов (плитки, пластины, кубики, гранулы и пр.). Наиболее перспективны способы сушки в мелких образцах, размеры которых обеспечивают большую суммарную поверхность влагообмена и, следовательно, минимальную продолжительность сушки. Тем не менее, пока наиболее широко распространена сушка студня в плитках и пластинах.

Подбор режима сушки клея и желатина в плитках (пластинках) начинают с температуры воздуха на выходе из сушилки. Она должна быть несколько ниже температуры плавления студня, поступающего в сушилку: около 20 0С для клея и около 25 0С для желатина.

Сушка в малых образцах. Большая продолжительность сушки клея и желатина в плитках и пластинах снижает экономичность производства. Наиболее эффективный путь уменьшения продолжительности сушки студня - это уменьшение размеров сушимых образцов. Благодаря этому увеличивается удельная площадь поверхности и уменьшается длина пути диффузии внутри образца. Некоторое значение имеет форма образца. Если, например, при равной массе образцов эффективность сушки для шарообразной формы принять за единицу, то для куба она составит около 0,6, а для бруска - около 0,66.

Для случая сушки клеевого студня с начальной влажностью 139 % при температуре 25-41 0С и относительной влажности воздуха 35-30 % величина NО оказалась равной около 76 %, т. е. в 5 раз больше, чем для плиток. Соответственно этому продолжительность сушки снизилась до 20 ч.

Клеевой и желатиновый студень в мелких образцах сушат в более совершенных сушилках, конструкции которых позволяют механизировать вспомогательные работы, перейти к работе на поточных линиях и лучше использовать гидродинамические условия сушки. Это ленточные и барабанные сушилки с поперечным продувом сушильного агента, шкафные сушилки с сетчатыми полками и с продувом воздуха снизу.

Цельные пластинки желатина упаковывают вручную или на упаковочной машине в пачки массой по 250 г, перевязывают ленточками или нитками и завертывают в пергаментную бумагу. Ломаные, а если необходимо и цельные пластины дробят на молотковой дробилке или дезинтеграторе. Дробленый желатин рассевают на три калибра; до 1 мм, от 1 до 10 мм и более 10 мм. Последний калибр направляют на повторное дробление. Необходимость в калибровке вызвана тем, что мелкие частицы при подготовке к растворению быстро набухают, налипают на крупные и затрудняют их набухание.

Клей выпускают или в плитках или дробят. В последнем случае его калибруют на две партии: крупнодробленый (проходящий через сито с 4 отверстиями на 1 см 2) и мелкодробленый (проходящий через сито с 20 отверстиями на 1 см2) (2) [7].

Список использованных источников

1. Журавская Н. К., Технохимический контроль производства мяса и мясопродуктов: учебное пособие/ Н. К. Журавская, Б. Б. Гутник, Н. А. Журавская - М.: «Колос», 2001 - 176 с.

2. Рогов И. А., Общая технология мяса и мясопродуктов/ И. А. Рогов, А. Г. Забашта, Г. П. Казюлин - М.: «Колос», 2000 - 367с.

3. Рогов И. А., Технология мяса и мясопродуктов/ И. А. Рогов, Л. Т. Алехина, А. С. Большаков, В. Г. Боресков - М.: «Агропромиздат», 1988 - 576 с.

4. Житенко П. В., Переработка и хранение продуктов животноводства, М.: «Россельхозиздат», 1981 - 286 с.

5. Виннинкова Л. Г., Технология переработки мяса и мясопродуктов/ Л. Г. Винникова - Спб: «Инкос», 2006 - 516 с.

6. Тимошенко Н. В., Технология хранения, переработки и стандартизации мяса и мясных продуктов/ А. М. Патиева - М.: «КубГАУ», 2010 - 615 с.

7. Коряжков В. П., Технология продуктов убоя животных/ Г. М. Таршис - М.:Издательство «Колос», 1967 - 370 с.

Размещено на Allbest.ru