Способ упрочнения коллагеновых оболочек

1 Восстановленный коллаген широко используется в изготовлении трубчатых оболочек для колбас. Коллаген, используемый в этих оболочках, обычно вырабатывают из слоя соединительной ткани шкур крупного рогатого скота. Коллагеновое сырье тонко измельчают, смешивают с агентом набухания с образованием однородной дисперсии, из которой формуют непрерывную трубку. Затем эту трубку нейтрализуют введением газообразного аммиака или путем контакта с жидким раствором соли. Оболочку промывают в воде для удаления образовавшихся при нейтрализации солей, пластифицируют пропусканием ее через последовательно расположенные ванны с жидкостью и сушат в надутом состоянии. Примеры таких способов описаны в патентах США 3535125, 3821439 и 4388331. Было разработано много способов с целью улучшить прочность во влажном состоянии и термическую стойкость коллагеновых оболочек. Для упрочнения восстановленной оболочки использовали ряд способов с образованием поперечных связей с помощью альдегидов. Rose,патент США 3413130, использовал раствор глутарового альдегида; McNight, патент США 3151990, использовал декстрозу, a Miller, патент США 3894158, применял жидкий состав для копчения в качестве источника альдегида. Хотя эти способы являются удовлетворительными для использования в коллагеновых оболочках,применяемых в сосисках и сухих колбасах, они непригодны для использования при изготовлении свежих свиных колбас. Пищевое качество(нежность) этого продукта снижается, а оболочка может разрушаться в процессе приготовления пищи потребителем, то есть при обжаривании на решетке или во фритюре. Для преодоления вышеупомянутых недостатков Lieberman, патент США 3123482, применил тепловую обработку, при которой высушенную гофрированную оболочку нагревают в печи с форсированной тягой при 80 С и 27% относительной влажности в течение 24 ч. Полученная таким образом оболочка имеет достаточную прочность во влажном состоянии и может удовлетворительно выдержать жесткие условия приготовления пищи. К сожалению, способ тепловой обработки не пригоден в качестве непрерывного способа изготовления оболочки. Гофрированные жгуты оболочек должны быть помещены в специально сконструированные ящики с отверстиями и высушены при относительно низкой температуре воздуха, чтобы избежать денатурации протеинов. Затем температуру повышают до максимального желаемого уровня обработки и выдерживают на этом уровне в течение времени от четырех до шестнадцати часов. Высушенные термообработанные жгуты перед упаковкой должны быть снова увлажнены. 2 Другим недостатком способа термообработки является то, что продукт гофрируют при низкой влажности, то есть при 12% вместо влажности окончательного продукта, которая обычно составляет 18%. Так делают, поскольку добавленная влага должна быть впоследствии удалена перед достижением соответственной температуры термообработки во избежание разложения продукта. Более низкая влажность при гофрировании приводит к большему повреждению продукта (потере прочности) и меньшему сжатию жгута. Кроме того, повторное увлажнение термообработанного жгута приводит к расширению гофрированного продукта. Эти условия приводят к уменьшению внутреннего канала и к меньшей жесткости жгута, что является недостатком при высокоскоростном автоматическом заполнении трубки. Еще одним недостатком способа термообработки является то, что внешняя кромка складок на гофрированном жгуте затвердевает из-за большего воздействия тепла и окисления. Это приводит к дефекту, известному как скручивание в спираль, когда заполненные оболочки подвергают термообработке и окрашивают окунанием. Подвергнутая дополнительному воздействию поверхность складок оболочки не поглощает краситель с той же скоростью, что оставшаяся поверхность, формируя таким образом неокрашенную линию по периметру заполненной оболочки. Таким образом, задачей данного изобретения является получение новой и улучшенной коллагеновой оболочки, пригодной для широкого применения в колбасной промышленности и не имеющей недостатков, присущих ранее существующим способам. Задачей данного изобретения также является непрерывная, в оперативном режиме, термообработка коллагеновой оболочки, что дает возможность избежать требующей больших затрат времени и дающей различные результаты периодической процедуры термообработки. Кроме того, задачей данного изобретения является изготовление улучшенной оболочки для использования при обработке заключенных в оболочку колбас в процессе термического окрашивания без возникновения типичной спиральной линии, возникающей на оболочках,приготовленных с применением традиционного процесса термообработки. Задачей данного изобретения является также получение непрерывно термообрабатываемой коллагеновой оболочки, обладающей повышенной однородностью в отношении прочности и термической стойкости. Задачей данного изобретения, кроме того,является получение высокопрочной коллагеновой оболочки, имеющей улучшенные механические свойства. Механические свойства изготовленной обычным способом съедобной трубчатой обо 3 лочки улучшают, подвергая ее воздействию ультрафиолетового излучения в диапазоне от 180 до 420 нм. Обработанную таким образом оболочку увлажняют, складывают и наматывают на катушку. Катушку с трубчатой оболочкой можно транспортировать к месту использования, где ее разматывают, надувают, гофрируют и нарезают на куски желаемой длины. Как было показано, ультрафиолетовое облучение модифицирует протеины вообще(Cooper и Davidson, 1965; Nishigai, 1964). Эффект воздействия ультрафиолетового излучения на кожу был интерпретирован как вызывающий старение в коллагене вследствие образования поперечных связей внутри волокон коллагена(Bottoms и Shuster, 1963). В патенте США 4076846 (Nakatsuka et al) описано использование ультрафиолетового излучения при образовании поперечных связей в съедобной, водорастворимой, термопластичной литьевой композиции. С помощью ультрафиолетового облучения формованному изделию можно придать любые свойства в диапазоне между водостойкостью и растворимостью в воде. В патентной заявке Германии 10 DE 42 OB 435 А 1, 28 октября 1993, описан способ получения водостойких, но биологически разлагаемых пленок из желатины. Эти пленки полимеризуют после формования посредством облучения известными источниками УФ-излучения. В патенте США 5480427 описаны биологически совместимые продукты реакций коллагена, которые полимеризуются под воздействием УФизлучения. Этот материал формуют с образованием необходимых для медицинской имплантации изделий. В патенте США 5322648 описан способ изготовления изделий определенной формы из водных коллагенсодержащих материалов, которые имеют применение для чечевицеобразных устройств, используемых для офтальмологической обработки травм. Пластинку из высушенного коллагена подвергают воздействию УФ-излучения, чтобы в продукте образовались поперечные связи. В патенте США 5571216 описан способ соединения двух коллагеновых материалов, по которому соединяемые поверхности сшивают посредством УФизлучения. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показана схема производства оболочки, изображающая коагуляцию, промывку/пластифицирование, сушку и наматывание. На фиг. 2 представлено схематическое изображение последующей стадии, показывающее облучение УФ-излучением. На фиг. 3 показано схематическое изображение гофрирования оболочки и упаковки ее в картон. Подготовка шкур Шкуры свежезабитых животных взвешивают и складывают в партии по 2700 кг. Их 4 промывают в течение трех часов в проточной воде при температуре 20-21 С. В чан с крыльчаткой соответствующей емкости загружают 6130 кг воды и 2700 кг промытых шкур. В чан добавляют двадцать два килограмма карбоната натрия и включают перемешивание на полтора часа. Затем добавляют пятьдесят четыре килограмма кислого сульфида натрия и включают перемешивание еще на один час; по истечении этого времени добавляют восемь килограммов сульфида натрия. Включают крыльчатку на 15 мин перед добавлением еще 54 кг кислого сульфида натрия и 81 кг гашеной извести. После этого добавления перемешивание включают на шесть с половиной часов. По истечении этого времени раствор химикатов сливают из чана, и шкуры промывают проточной водой с температурой 21 С в течение трех часов. Затем их вынимают для первого мездрения. Шкуры с удаленной мездрой возвращают в чан с крыльчаткой, чисто промывают свежей водой при температуре 15 С; воду сливают. В чан с лопастями снова загружают 6130 кг воды, добавляют 22,5 кг бикарбоната натрия плюс 81 кг гашеной извести. Включают перемешивание на 12-18 ч. Затем шкуры удаляют из чана и, после необходимой зачистки, разделяют на распиловочной машине для отделения лицевого слоя от соединительной ткани. Слой соединительной ткани разрезают пополам, производят второе мездрение и помещают в барабан для окончательной 30-минутной промывки свежей водой. Обычный выход соединительной ткани составляет 700 кг. Буферирование соединительной ткани Коллагеновый слой бычьей дермы, полученный как указано выше, должен быть обработан буферным раствором до рН 4,6 перед дальнейшим применением, чтобы сделать его пригодным к использованию для изготовления коллагеновой оболочки. Буферирование производят следующим образом: В большой барабан из стекловолокна (емкостью 2000 кг) загружают 700 кг коллагена соединительной ткани, приготовленного, как указано выше. Добавляют тысячу сто двадцать (1120) кг воды с температурой 20 С и 3,5 кг сульфата аммония и барабан вращают в течение 1 ч и 50 мин. Раствор для обработки сливают и в барабан снова загружают такое же количество воды и сульфата аммония, и шкуры обрабатывают вторично в течение одного часа и 50 мин. По истечении этого времени раствор для обработки сливают, и соединительную ткань промывают в проточной воде, доведенной до нужной температуры, в течение двух с половиной часов при скорости течения воды 120 л/мин. После полного слива воды в барабан загружают 1120 кг воды при температуре 20 С, к которой добавляют 4,9 кг лимонной кислоты и 616 кг цитрата натрия. Барабан вращают в течение 12-14 ч. Периодически (через два часа) производят измерения рН буферного раствора. На основании результатов этих периодических измерений добавляют лимонную кислоту для поддержания рН при 4,6. В конце буферной обработки буферированную соединительную ткань промывают для удаления оставшегося цитрата перед закладкой в холодильник на хранение до использования. Подготовка массы для экструзии Шкуры, с которых волосы были сняты известью, с последующей отмывкой от извести,затем измельчают и перемалывают до размера частиц примерно в одну четверть дюйма. Размолотые частицы в количестве 15,35 кг,содержащие 4,05 кг сухого твердого вещества шкур, смешивают с 29,65 кг воды и смесь пропускают через высокоскоростную мясорубку,где частицы шкур измельчают с образованием гидратированной массы волокнистого характера. В емкости из нержавеющей стали тщательно диспергируют 0,85 кг волокон целлюлозы в 43,58 кг воды. К этой дисперсии целлюлозы добавляют 0,566 кг 31,5% соляной кислоты(при полном смешивании). Массу волокнистого гидратированного коллагена из высокоскоростной мясорубки и смесь кислоты, целлюлозы и воды смешивают с образованием разбухшей коллагеновой массы, или геля. После хранения в течение 20 ч смесь целлюлозы и набухшего в кислоте коллагена дополнительно диспергируют гомогенизатором, снабженным двухходовым клапаном и работающим при перепаде давления 10346 кПа (1500 фунтов/кв.дюйм) на стадию. Затем смесь гомогенизируют вторично при 13784 кПа (2000 фунтов/кв. дюйм). Гомогенизированную смесь перекачивают в емкость для хранения, деаэрируют под вакуумом и подвергают старению в течение 24 ч при 20 С. Полученная таким образом дисперсия имеет следующий состав: Твердые вещества шкур Целлюлоза Соляная кислота Экструзия Гомогенизированную дисперсию перекачивают из емкости для хранения через плетеный проволочный фильтр, а затем в дозирующий насос со скоростью 296 г/мин. Массу экструдируют через дисковый экструдер типа экструдера, показанного на фиг. 1 патента США 3122788, который включен сюда путем ссылки. 6 Экструдер охлаждают циркуляцией в рубашке жидкости с температурой 9 С. Экструдированную коллагеновую оболочку, поддерживаемую лентой транспортера, надувают воздухом до диаметра 32 мм и коагулируют безводным аммиаком. Коагулированную, нейтрализованную оболочку сплющивают между захватывающими валками, и она спадает с конца ленты в поддерживающие корзины, расположенные в емкости для промывки водой. Оболочку перемещают через ряд отделений внутри этой емкости посредством направляющих и приводят в тесный контакт с промывной водой, которая циркулирует через отверстия в стенках каждого отделения. Общее время пребывания оболочки в емкости для промывки водой составляет 20 мин. Пластифицирующий состав внутри емкости для пластифицирования представляет собой водный раствор 4,5% глицерина и 1,0% КМЦ(карбоксиметилцеллюлозы). Время пребывания оболочки в емкости для пластифицирования составляет 7,5 мин. Затем оболочку надувают воздухом и подают непосредственно в сушильную камеру,нагретую до температуры 71,1 С (160F). Время пребывания оболочки в первой секции сушильной камеры составляет приблизительно 2,5 мин. Затем раздутая оболочка поступает во вторую секцию сушильной камеры, нагретую до 55,6 С(132F). Время пребывания оболочки во второй секции сушильной камеры составляет около одной минуты. Затем расправленная оболочка поступает в третью секцию сушильной камеры,где температура составляет около 32,2 С (90F),а время пребывания составляет около половины минуты. По мере того, как оболочка выходит из третьей секции сушилки, ее складывают и наматывают на катушку. На фиг. 1 схематически изображена последняя стадия, на которой экструдированную оболочку коагулируют в камере 10, затем промывают и пластифицируют в чане 11. Затем оболочку подают транспортером в сушилку 12,которая в данном случае является многосекционной сушилкой. Наконец, сложенную оболочку наматывают на приемную катушку 13. Пример 1. На фиг. 2 показана коллагеновая оболочка,полученная ранее описанными способами предварительной обработки, которую разматывают с катушки 14 и подают через камеру 15 ультрафиолетовой обработки, снабженную верхней и нижней ртутными лампами, испускающими излучение ультрафиолетового спектра в диапазоне от 180 нм до 420 нм. Каждая лампа имеет длину 29,48 см (12 дюймов) и рабочую мощность 118,1 Вт/см (300 Вт/дюйм). Для обеспечения однородной обработки всей поверхности оболочки используют параболические рефлекторы. Между ультрафиолетовой лампой и оболочкой установлены кварцевые фильтры, чтобы отфильтровать инфракрасный спектр, который мог бы вызвать избыточный разогрев. Для того,чтобы свести к минимуму разогрев, используют также воздуходувки. Расстояние от лампы до поверхности оболочки составляет 11,43 см (4,5 дюйма). Оболочку подают через камеру для обработки со скоростью 60,96 м/мин (200 футов/мин). Обработанную ультрафиолетом оболочку затем пропускают через увлажняющую камеру 17 для повышения содержания влаги в оболочке приблизительно от 12-13% до приблизительно 18%. Затем ее покрывают тонким слоем минерального масла перед тем, как ее гофрируют на аппарате, подобном описанному и заявленному в патенте США 3315300, который включен сюда путем ссылки. Приготовленная вышеописанным способом оболочка имеет улучшенную прочность,позволяющую выдерживать механические воздействия оборудования для высокоскоростной набивки и перевязки сосисок, а также сохраниться в жестких условиях процедур термообработки, используемых при копчении и кулинарной обработке. Эту оболочку можно затем намотать на катушку 18 и транспортировать в таком виде в конечное место назначения для использования. Такое использование показано на фиг. 3, где катушку с оболочкой 19 разматывают, оболочку надувают и покрывают тонким слоем минерального масла перед гофрированием на аппарате 20, подобном описанному в патенте США 3315300, включенном сюда посредством ссылки. Гофрированный продукт нарезают на куски необходимой длины и обычно упаковывают в картонную упаковку 21. Пример 2. Гомогенизированную дисперсию, приготовленную как описано ранее, экструдируют под давлением с получением коллагеновой трубки с тонкими стенками диаметром приблизительно 21 мм. Эту трубку раздувают воздухом и коагулируют безводным газообразным аммиаком, который подают к поверхности оболочки внутри и снаружи. Коагулированную, нейтрализованную оболочку сплющивают между захватывающими роликами и обрабатывают в водной промывочной ванне. Затем оболочку переносят в ванну с пластификатором, содержащую 5,5% глицерина и 1,35% КМЦ (7LF). В эту ванну с пластификатором был также добавлен карамельный пищевой краситель, имеющий торговое название Maillose 300100, выпускаемый RedMaillose представляет собой прозрачную коричневую жидкость со следующими химическими свойствами: Содержание сухих веществ по ареометру Брикса Плотность рH 8 Связанная DEAE окраска Содержание связанного фосфорила Общий азот Общая сера Сахара Концентрация Maillose в растворе пластификатора составляла 1000 млн.ч (ррm). Время пребывания оболочки в пластификаторе составляет восемь (8) мин. Затем оболочку надували воздухом, высушивали приблизительно до 12% влажности и наматывали на катушку. Пример 3. Коллагеновую оболочку, приготовленную способами по примеру 2, разматывали с катушки и подавали через камеру ультрафиолетовой обработки, снабженную двумя параллельными ультрафиолетовыми лампами (AUV 941221 МСВ), установленными перпендикулярно движению оболочки. Обе лампы были установлены над проходящей оболочкой. Участок пути, облучаемый лампой, составлял 12,7 см (5 дюймов), а скорость движения оболочки составляла 30,48 м/мин (100 ф/мин). Лампы работали при 11,81 Вт/мм (300 Вт/дюйм). После того, как оболочка была обработана с одной стороны, ее тут же переворачивали и подавали в УФ-камеру вторично с той же скоростью, чтобы равномерно обработать обе поверхности оболочки. После ультрафиолетовой обработки оболочки увлажняли до номинальной влажности 18%. Физические испытания продукта проводили с использованием способов, описанных в патенте США 4388331, который полностью включен сюда путем ссылки. Испытания сравнительной прочности оболочек приведены ниже: Без Maillose 1000 ррm Maillose Прочность при растяжении во влажном состоянии 3,34 кг 3,98 кг ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ улучшения механических свойств коллагеновой пищевой оболочки,включающий обработку указанной пищевой оболочки излучением ультрафиолетового спектра в диапазоне от 180 до 420 нм. 2. Способ улучшения механических свойств коллагеновой пищевой оболочки по п.1,в котором обработанную ультрафиолетом оболочку увлажняют до содержания воды приблизительно 18%. 3. Способ улучшения механических свойств коллагеновой пищевой оболочки,включающий обработку указанной оболочки водным раствором, содержащим карамель, с последующей обработкой указанной оболочки излучением ультрафиолетового спектра в диапазоне от 180 до 420 нм. 4. Способ улучшения механических свойств коллагеновой пищевой оболочки по п.3,в котором обработанную ультрафиолетом оболочку увлажняют до содержания воды приблизительно 18%. 5. Способ изготовления коллагеновой пищевой оболочки, включающий экструзию суспензии тонкоизмельченного коллагена с получением трубки, коагуляцию экструдированной трубки, сушку указанной трубки до содержания воды примерно от 12 до 13% и затем обработку указанной трубки излучением ультрафиолетового спектра в диапазоне от 180 до 420 нм с последующим повторным увлажнением указанной трубки до содержания воды приблизительно 18%. 6. Продукт, полученный способом по п.3. 7. Продукт, полученный способом по п.5. 8. Способ изготовления коллагеновой пищевой оболочки, включающий экструзию суспензии тонкоизмельченного коллагена с получением трубки, коагуляцию экструдированной трубки, сушку указанной трубки до содержания воды от 12 до 13%, складывание указанной трубки, наматывание указанной трубки на катушку с последующим разматыванием указанной трубки с указанной катушки и затем обработку указанной трубки излучением ультрафиолетового спектра в диапазоне от 180 до 420 нм,повторное увлажнение указанной трубки до содержания воды приблизительно 18%, складывание и повторную намотку указанной трубки на катушку. 9. Способ изготовления коллагеновой пищевой оболочки, включающий экструзию суспензии тонкоизмельченного коллагена с получением трубки, коагуляцию экструдированной трубки, сушку указанной трубки до содержания воды от 12 до 13%, складывание указанной трубки, наматывание указанной трубки на катушку с последующим разматыванием указанной трубки с указанной катушки, затем обработку указанной трубки излучением ультрафиолетового спектра в диапазоне от 180 до 420 нм,повторное увлажнение указанной трубки до 10 содержания воды приблизительно 18%, складывание и повторное наматывание указанной трубки на катушку, разматывание указанной трубки с катушки, надувание указанной трубки,гофрирование указанной трубки, разрезание указанной гофрированной трубки на куски выбранной длины и упаковку указанных кусков гофрированной трубки. 10. Способ изготовления коллагеновой пищевой оболочки, включающий экструзию суспензии тонкоизмельченного коллагена с получением трубки, коагуляцию экструдированной трубки, обработку указанной трубки водным раствором, содержащим карамель, сушку указанной трубки до содержания воды от 12 до 13%, складывание указанной трубки, наматывание указанной трубки на катушку с последующим разматыванием указанной трубки с указанной катушки, затем обработку указанной трубки излучением ультрафиолетового спектра в диапазоне от 180 до 240 нм, повторное увлажнение указанной трубки до содержания воды приблизительно 18%, складывание и повторную намотку указанной трубки на катушку. 11. Способ изготовления коллагеновой пищевой оболочки, включающий экструзию суспензии тонкоизмельченного коллагена с получением трубки, коагуляцию экструдированной трубки, обработку указанной трубки водным раствором, содержащим карамель, сушку указанной трубки до содержания воды от 12 до 13%, складывание указанной трубки, намотку указанной трубки на катушку с последующим разматыванием указанной трубки с указанной катушки, затем обработку указанной трубки излучением ультрафиолетового спектра в диапазоне от 180 до 420 нм, повторное увлажнение указанной трубки до содержания воды приблизительно 18%, складывание и повторное наматывание указанной трубки на катушку, разматывание указанной трубки с катушки, надувание указанной трубки, гофрирование указанной трубки, разрезание указанной гофрированной трубки на куски выбранной длины и упаковку указанных кусков гофрированной трубки.