Технологическая схема производства протеолитических ферментов

     МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

     ФЕДЕРАЦИИ 
 

     Тихоокеанский  государственный экономический  университет

     Кафедра пищевой биотехнологии 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

Аппаратно-технологическая  схема производства протеолитических ферментов 
 
 
 

                                                                  Выполнил: студентка 441Пб

                                                                                      Чуркина О.В.

                                                                   Проверил: к.т.н. доцент Макарова  Е.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Владивосток

2011г. 
 

Содержание.

          Введение……..………………………………………………………………3

1. Технологическая схема производства протеолитических ферментов….4
2. Аппаратурное оформление………………………………………………...6
1. Замораживание………………………………………………………….6
2. Измельчение……………………………………………………………..8
3. Экстракция……………..……………………………………………….15
4. Разделение………………………………………………………………18
5. Осаждение……………………………………………………………….22

Заключение…………………………………………………………………..24

Список  использованной литературы……………………………………...25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Протеолитические  ферменты, протеазы, пептид — гидролазы, ферменты класса гидролаз; содержатся во всех живых организмах; катализируют гидролиз пептидных связей в клеточных белках и белках пищи. Протеолтические ферменты делят на пептидазы (экзопептидазы) и протеиназы (эндопептидазы). Пептидазы гидролизуют преимущественно внешние пептидпые связи в белках и пептидах, протеиназы — внутренние. В зависимости от особенностей строения активного центра протеолитические ферменты подразделяют на сериновые, тиоловые (цистеиновые), кислые протеиназы и металлоферменты, содержащие в активном центре атом металла (чаще Zn). К металлоферментам относится большинство известных пептидаз. Протеиназы различают также по субстратной специфичности, т. е. способности гидролизовать связи между определёнными аминокислотными остатками. Установлена последовательность аминокислот в молекулах ряда протеолитических ферментов, а с помощью рентгеноструктурного анализа и полная пространственная структура нескольких важнейших протеиназ — пепсина, трипсина, химотрипсина. Протеолитические ферменты поджелудочной железы синтезируются в форме неактивных предшественников — проферментов и поэтому не разрушают белков ткани, в которой образовались. Препараты протеолитических ферментов применяют в лабораториях (для установления строения белков и пептидов), в пищевой (например, для мягчения мяса, в сыроварении) и лёгкой (удаление шерсти со шкур и мягчение кож) промышленности, в медицине (для рассасывания тромбов, удаления катаракт и др.). 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Технологическая схема производства протеолитических ферментов по каждой операции

     В общем виде технология получения ферментных препаратов из тканей и органов животных основана на следующих основных операциях:

• хранение сырья;
• измельчение сырья;
• экстракция ферментов;
• отделение твердой фазы;
• выделение и очистка ферментов;
• обессоливание;
• стерилизация, высушивание;
• упаковывание.

Наибольшее  распространение в производственных условиях получили обработка низкими  температурами и хранение до момента переработки в замороженном состоянии при температуре минус 15-18°С. Вместо замораживания применяют метод обезвоживания измельченного сырья при низких температурах ацетоном или этиловым спиртом, что позволяет удалить из сырья 80- 90% воды.[4]

     Степень измельчения сырья в значительной мере влияет на полноту извлечения ферментов. При измельчении сырья не рекомендуется стремиться к очень тонкому помолу, так как это может значительно затруднить дальнейшую переработку за счет образования устойчивых суспензий; поэтому, как правило, строго контролируется степень диспергирования сырья при выборе измельчителя; обычно для этой цели используются куттер или волчок.

     Экстракция  ферментов, как правило, проводится водно-солевыми растворами, реже - водой, иногда применяется подкисление или подщелачивание.

Отделение твердой фазы проводится с целью как можно полнее освободить экстракт от суспензированных частиц; при этом используют как центрифугирование, так и фильтрацию, обычно под вакуумом. Выделение и очистка ферментов проводятся осаждением и фракционированием органическими растворителями (этиловый, метиловый, изопропиловый спирты, ацетон, хлороформ, диоксан), солями (сульфаты аммония, натрия, магния, ацетат натрия, хлорид натрия). Полученные препараты могут быть очищены диализом, ультрафильтрацией, сконцентрированы вакуум-выпариванием, вымораживанием.

     В 1970-е гг. в ТИНРО начались работы по получению комплекса протеолитических ферментов из внутренностей скумбрии, которые были затем продолжены в АтлантНИРО. В результате этих работ предложена схема получения ферментного препарата (рисунок 1), основанная на гидролизе измельченных внутренностей рыб в щелочной среде (рН 8,5±0,2), создаваемой добавлением карбоната натрия, при температуре 40°С в течение 4 ч и последующем отделении жидкой части, содержащей активные компоненты.[4] 
 

     Рисунок 1. Технологическая схема получения  протеолитических ферментов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Или

     2. Аппаратурное оформление.

     2.1 Замораживание

     В общем объеме производства рыбной продукции  на долю мороженой рыбы приходится более 70%. В летние и зимние месяцы равномерность переработки рыбы поддерживается, главным образом, за счет замороженного сырья, которое  поступает в виде блоков, отдельных  экземпляров рыб или россыпью.

     Как вертикальные, так и горизонтальные плиточные морозильные установки  эффективно замораживают упаковки правильной геометрической формы или блоки. Поштучное замораживание рыбы в  плиточных морозилках неэффективно вследствие недостаточного контакта между  рыбой и плитами и соответственно низкой скорости теплопередачи. Оба  типа плиточных морозилок устанавливаются  в термоизолированных помещениях с целью уменьшения теплопритоков извне и замедления нарастания снеговой шубы на плитах.

     Горизонтальные  плиточные скороморозильные аппараты.

Плиточные скороморозильные аппараты предназначены  для быстрой заморозки больших  объемов мяса, рыбы, морепродуктов  и прочих пищевых продуктов как  контактным, так и воздушным методом.

Контактный  метод заморозки предусматривает отсутствие воздушного зазора между поверхностями заложенного продукта и плит, иначе процесс заморозки будет более длительным. В связи с этим порядок работ по загрузке морозильника следующий: сырье, предназначенное для замораживания, укладывается на противни и помещается на плиты, начиная с самой нижней. Затем производится прессовка продукции.

Воздушный метод заморозки применяется там, где недопустимо прессование продукта, например, креветoк, или полуфабрикатов. Принцип работы воздушных скороморозильных аппаратов основан на свободной циркуляции воздуха между продуктом и поверхностью плиты, которые не должны плотно соприкасаться друг с другом. Поэтому, перед замораживанием требуется оставлять небольшие воздушные зазоры между сырьем и плитой. Широко используются при заморозке продукции марикультуры, овощей и блоков мяса, идеальны для заморозки филе рыбы.

Вертикальные  плиточные морозильные  аппараты. 

Рис.2.  Вертикальные плиточные морозильные аппараты. [8] 
 
 
 
 

2.2 Измельчение

     Измельчение рыбного сырья может быть предварительным, грубым и тонким. К машинам для  предварительного измельчения относятся  порционирующие и другие машины (ленточные  пилы, рыборезки-дробилки и т.д.), разрезающие  сырье и мороженые блоки на куски. Основным видом техники для  грубого измельчения сырья являются сепараторы типа «Фарш» и волчки. Для  тонкого измельчения полуфабриката  применяются куттеры, коллоидные мельницы, гомогенизаторы.[1]

     Грубое  измельчение условно подразделяется на крупное, среднее и мелкое, а тонкое измельчение – на тонкое и сверхтонкое.

Процесс измельчения рыбного сырья режущими инструментами сопровождается значительным выделением тепла в контактируемой зоне,

что может отрицательно влиять на качество выпускаемого полуфабриката (фарша). Данный эффект наглядно проявляется при попытках производить тонкоизмельченный полуфабрикат, минуя другие стадии измельчения (предварительное и грубое). В этих случаях при значительных объемах выработки полуфабриката происходит его нагрев и быстрое окисление жидкой фазы. В связи с этим обычно сырьем для тонкого и сверхтонкого измельчения является фарш грубого измельчения.[2]

Оборудование  для грубого измельчения  сырья

     Наибольшее  распространение в промышленности получили установки  типа «Фарш» и волчки различной производительности.

     Рыбный  сепаратор «Фарш-4-500» предназначен для грубого измельчения рыбного сырья с одновременным отделением кожи от костей от вырабатываемого рыбного фарша. Он перерабатывает филе или тушки рыб длиной до 400 мм и используется на судах и береговых предприятиях.

     Технологический процесс грубого измельчения  сырья осуществляется следующим  образом. Сырье загружается в лоток приемного бункера сепаратора, после чего попадает под ножевой барабан для предварительного разрезания его на куски. Далее сырье попадает на ленту, которая огибает перфорированный баран. Движение ленты и поверхности барабана совпадают по направлению, но несколько отличаются по числовым значениям скоростей. Сырье перемещается лентой к поверхности двигающегося барабана и затягивается между барабаном и лентой. Мясо продавливается через отверстие в барабане в его внутреннюю полость, а кости и кожа остаются между лентой и наружной поверхностью барабана. При дальнейшем движении ленты кости и кожа отводятся в лоток. Фарш из

     внутренней  полости барабана передается на дальнейшую обработку. Продавливание мяса сырья  через перфорацию барабана регулируется прижимными роликами, установленными с обратной стороны ленты.

     Нож служит для очистки наружной поверхности  барабана.  На этом принципе работает ряд отечественных сепараторов, а

     также некоторые импортные сепараторы (например, фирмы «Баадер»).

     Производительность  сепаратора 450-500 кг/ч, диаметр перфорированного барабана 400 мм, диаметр перфорации 5 мм, мощность электродвигателя 2 кВт, число обслуживающего персонала 1 человек.[2]

     Волчки (мясорубки) различной производительности с принудительной и без принудительной подачей сырья применяются для измельчения рыбного филе. Принцип действия разных волчков одинаков, за основную характеристику обычно принимают диаметр решетки

     режущего  механизма, который для промышленных волчков колеблется в пределах 60-200 мм. Производительность волчков достигает 5000 кг/ч.

     Общий вид простейшего промышленного  волчка показан на рис. 3.

     Подобные  волчки широко применяются в столовых, производственных цехах при выпуске  полуфабрикатов и кулинарии. Они  могут измельчать сырое и вареное  мясо, сало, рыбное и другое сырье. 

Рис.3. Общий вид волчка: 1 – корпус цилиндра; 2 – станина; 3 -загрузочная воронка; 4 – шнек; 5 – крупная решетка; 6 – электродвигатель; 7 – приводной вал; 8 – шип; 9 – щиток; 10 – гайка; 11 – мелкая решетка; 12 – двусторонний нож. 

     Работает  волчок следующим образом. От двигателя 6, расположенного в станине 2, посредством  системы клиноременной и зубчатой передач вращение передается на приводной вал 7 и далее через шип 8 на шнек 4. Консольная часть шнека расположена в неподвижном цилиндре 1, внутри которого в его конечной части находится режущий механизм, включающий крупную 5 и мелкую 11 неподвижные решетки, а также двухсторонний крестовидный нож 12, вращающийся вместе со шнеком. Нож к решеткам поджимается гайкой 10. Сырье поступает в загрузочную воронку 3 и далее продвигается к шнеку 4. Щиток 9 устанавливается у горловины воронки с целью избежания травматизма при ручной загрузке волчка сырьем. При вращении шнека сырье перемещается к решетке 5 с крупными отверстиями. По мере перемещения сырьевая масса прессуется за счет уменьшения шага витков шнека и продольного давления от них. Выступающее из решетки 5 сырье срезается правой режущей частью крестовидного ножа 12. При дальнейшем перемещении сырья левой режущей частью двухстороннего ножа 12 производится среднее или мелкое измельчение. Через мелкую решетку 11 полученный фарш отводится из волчка. Подобные волчки с двумя решетками и одним или двумя ножами достигают производительности до 1200 кг/ч по рыбному фаршу. Более производительные волчки имеют значительно усложненный режущий механизм. [2]

Оборудование  для тонкого измельчения  сырья

     При тонком измельчении сырья преследуется цель получить после окончания процесса однородную гомогенную массу, которая  может быть использована при производстве деликатесной продукции, например, камабоко, рыбных палочек, колбас, сосисок, детского питания. Чтобы получить высокое качество измельчения, часто сырье (фарш) предварительно охлаждают до температуры, близкой к 0 °С. Это позволяет избежать резкого повышения температуры в измельченной массе

     и окисления ее жидкой фазы. Иногда процесс  тонкого измельчения совмещается  с процессом перемешивания основного  сырья с различными ингредиентами (соль, перец, душистый горошек и  т.п.), которые обычно предварительно измельчаются. Совмещенный процесс  зачастую осуществляется с помощью  куттеров, когда производство настроено  на выпуск продукции определенного  вида.

     В рыбной промышленности для тонкого  измельчения сырья чаще всего  применяются куттеры с различной  производительностью, а также коллоидные мельницы, агрегаты типа АТИМ, протирочные  машины.

     Куттеры различной производительности применяются для тонкого измельчения рыбного фарша при производстве кулинарной продукции типа колбасных изделий, паст и др. Сырье в куттерах измельчается при помощи быстровращающихся серповидных ножей, которые последовательно проходят через его массу, расположенную во вращающейся чаше. Процесс может происходить в открытых чашах и под вакуумом.

     Схема работы куттера периодического действия. Вращающаяся чаша, жестко связанная с вертикальным валом,

     закрепленном  в подшипнике, предварительно (во время  выстоя) загружается сырьем (сырье заштриховано параллельными вертикальными линиями). Серповидные ножи вращаются относительно центра приводного вала по стрелке. Во время вращения ножи поочередно внедряются в сырье, прорезая его массу по контуру сечения.

     Крышка  закрывает рабочую зону ножей, гребенка и скребки

     способствуют  очистке ножей и стенок чаши от налипшего фарша с одновременным  направлением его под режущий  инструмент. При работе куттера зазор  между внутренней поверхностью чаши и режущей кромкой серповидного ножа должен быть минимальным. Число  ножей на приводном валу должно быть не менее двух.

     Загрузка  куттеров периодического действия производится вручную или с использованием загрузочных устройств. Измельченный продукт выгружают из чаши вручную  в напольную ванну, установленную  на тележке, или с помощью разгрузочных тарелок через борт чаши. Основной показатель технической характеристики куттера – вместимость чаши. В  рыбной промышленности наиболее распространены куттеры с

     вместимостью  чаши 15-120 л.

     Коллоидная  мельница К6-ФКМ предназначена для особо тонкого измельчения фарша, зачастую перемешенного с компонентами.

     Машина  работает непрерывно.

     Сырье загружается в бункер, после чего поступает к режущему узлу. Режущий инструмент мельницы состоит из ротора и статора. Вращающийся ротор выполнен в виде косозубой шестерни с шагом нарезки, уменьшающимся в направлении движения сырья. Благодаря наклонному профилю зубьев и возникающей при вращении ротора центробежной силе, сырье последовательно проходит зоны измельчения. В последней зоне происходит окончательное измельчение фарша. Зазор между ротором и статором регулируется в пределах 0-1,5 мм, что позволяет изменять степень измельчения фарша и производительность

     мельницы. После окончания процесса измельчения  готовый продукт направляется из машины по выходному патрубку.

     Производительность  мельницы 1000-2000 кг/ч, вместимость бункера 50 л, мощность электродвигателя 22 кВт, обслуживающий персонал 1 человек.

     Протирочная машина Т1-КПХ предназначена для тонкого измельчения сырого и вареного рыбного фарша. Она используется на предприятиях, выпускающих рыбные паштеты, пасты и т.д. Машина имеет горизонтальный перфорированный барабан, во внутреннюю полость которого с помощью шнека загружается фарш грубого измельчения. Режущий узел с вращающимся пропеллерным ножом способствует разрыхлению и дополнительному измельчению сырья. Две группы протирочных лопастей при работе жестко

     связанных с приводным валом, вращаясь, протирают разрыхленный продукт через отверстия в барабане. Во время остановки машины расстояние между внутренней поверхностью барабана и лопастями может

     регулироваться, что влияет на степень измельчения  получаемого продукта, его влажность  и производительность. Протертый  тонкоизмельченный фарш попадает в  бункер, из которого отводится из машины.

     Производительность  машины 400-600 кг/ч, диаметр перфорации

     барабана 1,5 мм; 1,2 мм, мощность электродвигателя 1,1 кВт, обслуживающий персонал 1 человек. [2] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.3 Экстрагирование

     Экстракция — метод извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью подходящего растворителя. Для извлечения из раствора применяются растворители, не смешивающиеся с этим раствором, но в которых вещество растворяется лучше, чем в первом растворителе.

     Экстракция  может быть разовой (однократной  или многократной) или непрерывной (перколяция).

     Простейший  способ экстракции из раствора — однократная  или многократная промывка экстрагентом в делительной воронке. Делительная воронка представляет собой сосуд с пробкой и краном для слива нижнего слоя жидкости. Для непрерывной экстракции используются специальные аппараты — экстракторы, или перколяторы.

     Для извлечения индивидуального вещества или определённой смеси из сухих  продуктов в лабораториях широко применяется непрерывная экстракция по Сокслету.

     В лабораторной практике химического  синтеза экстракция может применяться  для выделения чистого вещества из реакционной смеси или для  непрерывного удаления одного из продуктов  реакции из реакционной смеси  в ходе синтеза.

     Ступенчатые смесительно отстойные экстракторы состоят из нескольких ступеней (смеситель фаз и отстойник), где обе жидкости интенсивно перемешиваются и затем разделяются. Перемещение и смешение жидкостей производится с помощью мешалок, насосов, инжекторов и т.д. Ступени экстракции могут располагаться как в одной горизонтальной плоскости (на едином основании), так и на разноуровневых несущих конструкциях (эстакадах).

     Гравитационно колоночные экстракторы распылительно-противоточного, ситчато-тарельчатого и насадочного типов, представляют из себя полные колонны к верхней и нижней частям которых подводятся различные жидкие фазы в проточном режиме. Внутреннее содержимое колонн состоит из полочных, тарельчатых или ситчатых элементов, контактной загрузки (кольца Рашига, дробленые куски минерала или кокса, пластиковые элементы и т.д.). Гравитационные экстракторы отличаются простой конструкции, низкой стоимостью оборудованиями и эксплуатационных затрат.[6]

     Распылительный  экстрактор представляет собой полую колонну, заполненную тяжеленной жидкостью, которая перемещается сверху вниз.  В нижней части колонны смонтирован распылитель. Легкая жидкость, пройдя распылитель, распадается на маленькие капли, всплывающие наверх. В высшей части колонны капли соединяются и образуют маленький слой. Из этого слоя через верхний патрубок легкая жидкость, обогащенная извлекаемым компонентом, выводится из колонны. [9]

     Рис.4 Распылительный экстрактор

     Дифференциально-контактные экстракторы обеспечивают непрерывный контакт между фазами и плавное непрерывное изменение концентраций в фазах. За счет продольного перемешивания фаз в таких аппаратах может иметь место значительное снижение средней движущей силы по сравнению с аппаратами идеального вытеснения.

     Для диспергирования жидкой фазы требуются  затраты энергии. В зависимости  от вида затрачиваемой энергии экстракторы  могут быть без подвода внешней  энергии и с подводом ее. Внешняя  энергия во взаимодействующие фазы может вводиться перемешивающими устройствами, вибраторами и пульсаторами, например в вибропульсационных экстракторах, в виде центробежной силы в центробежных экстракторах, кинетической энергии струи в инжекторных и эжекторных экстракторах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.4 Разделение

     Центрифуги могут быть с вертикальным и горизонтальным расположением вала и барабана, периодического действия (подвод суспензии и выгрузка осадка производятся периодически), полунепрерывного (суспензия подается непрерывно, а осадок выгружается периодически) и непрерывного действия (подача суспензии и выгрузка осадка осуществляются непрерывно).[1]

     ROTIXA 50S - центрифуга для разделения широкого диапазона образцов: пищи и напитков, взвесей клеток, осадков химических реакций, крови и компонентов крови.

     ROTIXA 50S приспособлена для конических пробирок с навинчивающимися колпачками, микротитрационных планшетов и флаконов для центирифугирования объемом до 1000 мл.

     Рис. 5. Центрифуга Hettich Rotixa 50S

     Характеристики:

• Максимальная скорость вращения: 4900об/мин (RPM)
• Максимальное ускорение: 5530 (RCF)
• Время центрифугирования 999 мин. 59 сек или постоянно
• Максимальная вместимость 4 Х 1000 мл
• Короткое время разгона и торможения
• Режим кратковременного центрифугирования
• Автоматическое распознавание ротора
• Отключение при дисбалансе загрузки пробирок
• Блокировка крышки во время работы, до полной остановки
• Защита двигателя от перегрева

     Габариты:

     Размеры: 1030х650х720 мм

     Примерный вес: 115 кг (модель R -172 кг)   [10]

     Фильтрация – процесс отделения осадка от суспензий при помощи пористых, фильтрующих перегородок, которые задерживают осадок и пропускают осветленную жидкость.

     Фильтрование  осуществляется под действием разности давлений перед фильтрующей перегородкой и после нее или в поле центробежных сил.

  Интенсивность фильтрования зависит от качества суспензий, полученных на Предыдущих стадиях технологического процесса: дисперсной системы с пониженным сопротивлением осадка, без смолистых, слизистых и коллоидных веществ.