豬皮超聲波乳化脫脂工藝的研究

陳麗清，陳 清，韓佳冬，馬 良，2，張宇昊，2，*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716；2.重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶 400716）

豬皮超聲波乳化脫脂工藝的研究

陳麗清1，陳 清1，韓佳冬1，馬 良1，2，張宇昊1，2，*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716；2.重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶 400716）

以新鮮豬皮為原料，以脫脂率和膠原損失率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究超聲波結(jié)合NP-10、AEO-9和SDBS等表面活性劑對(duì)豬皮的乳化脫脂效果，優(yōu)化最適工藝參數(shù)。結(jié)果表明，豬皮超聲波乳化脫脂效果明顯優(yōu)于單獨(dú)使用超聲波脫脂效果，其中以超聲波SDBS乳化脫脂效果最好，最適脫脂工藝參數(shù)為0.75%SDBS、脫脂時(shí)間2h、料液比1∶2.5。該條件下鮮豬皮的脫脂率可達(dá)68.67%、膠原損失率為10.01%。

豬皮，超聲波，表面活性劑，脫脂

Abstract：The effect of ultrasound degreasing on pigskin was investigated with three surface active agents：NP-10，AEO-9，SDBS.The optimal degreasing process was established by testing the indexes of degreasing rate and collagen loss rate.The result showed that ultrasound together with emulsifying agents could improve degreasing rate remarkably and the degreasing effect of SDBS was the best.The optimal degreasing condition was 0.75%SDBS treatment for 2h under ultrasound at room temperature and 1∶2.5 of material-liquid ratio.Under this optimal condition，the degreasing rate and collagen loss rate were 68.67%and 10.01%，respectively.

Key words：pigskin；ultrasound；surface active agents；degreasing

我國是世界最大的豬肉生產(chǎn)和消費(fèi)國。豬肉在生產(chǎn)過程中伴隨產(chǎn)生大量豬皮，豬皮中膠原蛋白含量豐富，約占總蛋白的80%以上。但這些副產(chǎn)品除一部分用于皮革、食品等行業(yè)外，大部分豬皮都未能得到很好的利用，導(dǎo)致資源浪費(fèi)，環(huán)境污染。因此，開發(fā)利用豬皮中的膠原蛋白是我國利用豬皮下腳料的主要方向之一[1]。然而，豬皮脂肪組織發(fā)達(dá)，油脂的脫除仍是一大難題。目前所用的脫脂方法主要有壓榨法、乳化法、酶法、皂化法、有機(jī)溶劑萃取法等，這些方法存在脫脂率低、處理時(shí)間長、成本高、操作繁瑣、環(huán)境污染、膠原蛋白損失或變性等缺陷[2]。超聲波是頻率大于20kHz的聲波，它是一種波動(dòng)形式，可作為探測與負(fù)載信息的載體或媒介；同時(shí)又是一種能量形式，可用于影響、改變以至破壞媒質(zhì)的狀態(tài)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)[3]。作為一種能量形式，超聲波可破壞組織細(xì)胞，促進(jìn)油脂外溢，提高油脂提取率（或脫除率），國內(nèi)外已有許多超聲波輔助油脂提?。ɑ蛎撝┑膱?bào)道[4-10]。Li等[9]研究表明，分別以正己烷和異丙醇為溶劑結(jié)合超聲波提取大豆油3h，較之單獨(dú)使用正己烷和異丙醇，油脂提取率可分別提高10.1%和16.4%。張玲等[10]研究表明，用0.3%NaOH皂化8h，豬皮的脫脂率為55.2%，而在該條件下結(jié)合超聲波脫脂（超聲波累計(jì)作用90min），脫脂率可上升至65.8%。本實(shí)驗(yàn)將超聲波和乳化劑（NP-10、AEO-9、SDBS）相結(jié)合對(duì)豬皮進(jìn)行脫脂處理，在盡量不破壞膠原蛋白、充分脫去豬皮中脂肪的情況下，優(yōu)化超聲波結(jié)合乳化劑工藝參數(shù)，為今后膠原蛋白的提取及開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

豬皮 購于重慶市北碚區(qū)天生麗街永輝超市，原料獲取后洗凈，刮除表層脂肪，切成4mm×4mm小塊，凍藏于冰箱中備用；化學(xué)試劑均為分析純。

JA1003A電子分析天平 上海恒平科學(xué)儀器有限公司；KQ-100B超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；QL 901 Vortex旋渦混合器 海門市其林貝爾儀器制造有限公司；BCD-185FM冰箱 美的集團(tuán)電冰箱制造（合肥）有限公司；752紫外可見分光光度計(jì) 上海箐華科技有限公司；DGX-9243電熱恒溫干燥箱 上海福瑪實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；NH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司。

1.2 分析方法

1.2.1 豬皮基本成分測定方法 水分含量：直接干燥法，依照GB 5009.3-2010進(jìn)行測定[11]；脂肪含量：索氏抽提法，依照GB/T 5009.6-2003進(jìn)行測定[12]；蛋白質(zhì)含量：凱氏定氮法，依照GB 5009.5-2010進(jìn)行測定[13]；灰分含量：馬弗爐高溫灼燒法，依照GB 5009.4-2010進(jìn)行測定[14]；膠原蛋白測定（以羥脯氨酸計(jì)）：分光光度法，依照GB/T 9695.23-2008/ISO3496：1994進(jìn)行測定[15]。

1.2.2 豬皮脫脂率 豬皮脫脂率（%）=（原料脂肪含量-脫脂處理后脂肪含量）/原料脂肪含量×100

1.2.3 豬皮膠原損失率 豬皮膠原損失率（%）=（原料膠原蛋白含量-脫脂處理后膠原蛋白含量）/原料膠原蛋白含量×100

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 豬皮脫脂工藝流程 豬皮→清洗、去毛、刮除表層脂肪、切成4mm×4mm小塊→加入脫脂劑置于超聲波清洗器內(nèi)進(jìn)行脫脂處理（120W，25℃）→漂洗（以30℃純水為漂洗液）→烘干（103℃，3h）→測定殘余脂肪量

1.3.2 脫脂劑的選擇 基于脫脂劑的說明書及其在文獻(xiàn)報(bào)道中的使用條件[2，16-18]，分別以水、10%脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）、10%壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）和0.667%十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）為脫脂劑在料液比為1∶3的條件下超聲波脫脂2h，以脫脂率和膠原損失率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，篩選出脫脂效果最好的脫脂劑。

1.3.3 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 豬皮脫脂單因素實(shí)驗(yàn)的基本條件定為：脫脂劑濃度1.0%，脫脂時(shí)間為3h，料液比1∶4。改變其中一個(gè)條件，固定其他條件以分析脫脂劑濃度、脫脂時(shí)間、料液比對(duì)豬皮乳化脫脂效果的影響。各因素梯度分別為：脫脂劑濃度：0%、0.5%、1.0%、1.5%；脫脂時(shí)間：1、2、3、4h；料液比：1∶2、1∶3、1∶4、1∶5。每個(gè)因素重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，結(jié)果取平均值。

1.3.4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定脫脂劑濃度、脫脂時(shí)間、料液比3因素的取值水平范圍（見表1），以脫脂率為指標(biāo)，通過3因素3水平正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)。

表1 正交實(shí)驗(yàn)的因素水平設(shè)計(jì)Table 1 Factors and levels of orthogonal test

2 結(jié)果與討論

2.1 豬皮化學(xué)組成

從表2可看出，豬皮的膠原蛋白含量近20%，占總蛋白的77%，是提取和利用膠原蛋白的理想原料。同時(shí)，豬皮中粗脂肪含量達(dá)到10%，若不充分脫除，將對(duì)膠原的提取以及皮革和明膠的制備產(chǎn)生不良影響。膠原中一旦有脂肪混入，無論進(jìn)行中性還是酸性提取都無法除去，只能得到乳濁狀的膠原溶液[19]；制革時(shí)油脂若除去不盡，不但影響染色，成革還會(huì)出現(xiàn)“浸油”現(xiàn)象[20-21]；在明膠生產(chǎn)中，脂肪的存在會(huì)導(dǎo)致油脂凹點(diǎn)的增加，使明膠等級(jí)降低[22]。

2.2 豬皮超聲波乳化脫脂工藝條件的確定

2.2.1 脫脂劑的選擇 由圖1可知，超聲波單獨(dú)使用脫脂率為40.96%，而三種脫脂劑結(jié)合超聲波乳化脫脂的脫脂率均在49%以上?？梢姳砻婊钚詣┖统暡ńM合脫脂的效果要明顯優(yōu)于單獨(dú)使用超聲波的效果。超聲波作用不僅可以使豬皮脂腺組織受破壞、大部分游離脂肪細(xì)胞破裂，油脂外溢，還能促進(jìn)油脂的乳化和分散[16-17，21，23]。而表面活性劑分子同時(shí)具有親水基和疏水基，可顯著降低油脂與水之間的界面張力，從而產(chǎn)生潤濕、滲透、乳化、分散、增溶等多種作用，使油脂由憎水變?yōu)橛H水，脫離皮層而分散到液相（水相）中[10，18]。兩種脫脂方法結(jié)合使用，具有協(xié)同增效的作用，促進(jìn)油脂外溢進(jìn)而分散到液相中，再通過溫水清洗除去。

三種表面活性劑和超聲波結(jié)合脫脂時(shí)，膠原損失率相近，大約10%左右。NP-10、AEO-9屬于非離子型表面活性劑，主要靠乳化作用去除脂肪，且對(duì)脂肪細(xì)胞膜有部分地破壞作用，使得細(xì)胞內(nèi)脂肪滲出[2]。而SDBS屬于陰離子表面活性劑，具有良好的潤濕、乳化、分散等性能[24]。本研究結(jié)果還顯示，SDBS的脫脂率達(dá)到54.93%，略高于其他兩種非離子型表面活性劑作用效果?？紤]到SDBS價(jià)格低廉和使用劑量少等因素，本實(shí)驗(yàn)選擇SDBS作為脫脂劑結(jié)合超聲波進(jìn)行豬皮脫脂工藝參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究。

2.2.2 SDBS濃度對(duì)脫脂率的影響 由圖2可知，在濃度低于1%時(shí)，脫脂率隨著SDBS濃度增加呈上升趨勢，濃度為1%時(shí)，脫脂率達(dá)到59.54%；濃度超過1%后，脫脂率呈下降趨勢。這可能是由于隨著SDBS濃度增加，體系內(nèi)有效分子增加，乳化脫脂作用增強(qiáng)，而濃度過高則會(huì)限制SDBS分子自由移動(dòng)，從而降低乳化脫脂效果。因此，SDBS的濃度以1%左右為宜。

表2 豬皮化學(xué)成分（%）Table 2 Chemical composition of pigskin（%）

2.2.3 脫脂時(shí)間對(duì)脫脂率的影響 由圖3可知，脫脂時(shí)間在2h以內(nèi)時(shí)，脫脂率隨時(shí)間延長直線上升，2h時(shí)達(dá)到60.65%；脫脂時(shí)間超過2h后，隨著處理時(shí)間進(jìn)一步延長，脫脂率呈下降趨勢。這是因?yàn)樵?h以內(nèi)，隨著脫脂時(shí)間增加，存在于纖維間的胞外油脂先被除去，接著由于超聲波的空化效應(yīng)，脂肪細(xì)胞破裂，在超聲波和SDBS的乳化作用下，胞內(nèi)脂肪向外遷移并分散于水相中。但隨著脫脂時(shí)間進(jìn)一步增加，超聲波機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的熱能增大了脂肪與皮的結(jié)合力，導(dǎo)致脫脂率變化減緩，呈現(xiàn)下降的趨勢。因此，豬皮脫脂時(shí)間以2h左右為宜。

圖2 SDBS濃度對(duì)豬皮脫脂效果的影響Fig.2 Effect of SDBS concentration on degreasing rate of pigskin

圖3 脫脂時(shí)間對(duì)豬皮脫脂效果的影響Fig.3 Effect of extracting time on degreasing rate of pigskin

2.2.4 料液比對(duì)脫脂率的影響 由圖4可知，料液比從1∶2增加到1∶3時(shí)，脫脂率變化較為平緩，為65%左右；隨著料液比進(jìn)一步增加，脫脂率明顯降低。有研究表明，料液比的增加會(huì)阻礙超聲波破碎細(xì)胞的能力，豬皮脂肪主要存在于脂腺組織中，隨著料液比增加可能會(huì)降低超聲波對(duì)豬皮脂腺細(xì)胞的破壞程度，進(jìn)而影響脂腺內(nèi)油脂的脫除，導(dǎo)致脫脂率降低[25]。綜合考慮脫脂率和經(jīng)濟(jì)因素，豬皮脫脂的料液比以1∶2左右為宜。

圖4 料液比對(duì)豬皮脫脂效果的影響Fig.4 Effect of material-liquid ratio on degreasing rate of pigskin

2.2.5 豬皮最優(yōu)脫脂條件的選擇 由表3正交實(shí)驗(yàn)極差分析結(jié)果可知，料液比對(duì)豬皮脫脂率影響最為顯著，其次是脫脂時(shí)間，脫脂劑濃度的影響最小。由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出A1B2C3的平均脫脂率最高，即SDBS濃度0.75%，超聲脫脂時(shí)間為2h，料液比為1∶2.5。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of orthogonal test

2.2.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 按2.2.5節(jié)最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，豬皮的脫脂率為68.67%±0.83%，膠原損失率為10.01%±0.46%，證明正交實(shí)驗(yàn)得出的最佳提取工藝合理可行。

有研究表明，皂化法對(duì)切碎的豬皮進(jìn)行脫脂時(shí)，脫脂率可達(dá)55.2%[10]；對(duì)絞碎的豬皮進(jìn)行脫脂處理時(shí)，無水乙醇、異丙醇、乙二醇、乙醚和丙酮等有機(jī)溶劑中以異丙醇的脫脂率最高，達(dá)到64.50%，非離子型脫脂劑（AXAUT-50）的脫脂率高達(dá)67%[2]；而將堿性脂肪酶Greasex 50L加入小塊鹽濕豬皮的脫灰工序中處理1h，脫脂率可達(dá)60%[26]。本實(shí)驗(yàn)以切碎的豬皮為原料，優(yōu)化后的脫脂率與報(bào)道中AXAUT-50（質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，處理6h）的相當(dāng)，但脫脂劑用量明顯降低，處理時(shí)間明顯縮短，且若將豬皮絞碎增大接觸面積，脫脂率可能更高[2]。綜上所述，本法不僅脫脂率較高，而且操作簡便、快速，克服了現(xiàn)有方法中存在的成本高、污染大、操作繁瑣、耗時(shí)等缺陷，顯示出優(yōu)越性。

3 結(jié)論

超聲波結(jié)合NP-10、AEO-9和SDBS對(duì)豬皮的乳化脫脂效果明顯優(yōu)于單獨(dú)使用超聲波的效果。其中超聲波結(jié)合SDBS的脫脂率最高（54.93%），最優(yōu)乳化脫脂工藝參數(shù)組合為：0.75%SDBS，超聲時(shí)間2h，料液比1∶2.5，其脫脂率可達(dá)68.67%，膠原損失率為10.01%。

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Study on ultrasound degreasing of pigskin with emulsifying agents

CHEN Li-qing1，CHEN Qing1，HAN Jia-dong1，MA Liang1，2，ZHANG Yu-hao1，2，*
（1.College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400716，China；2.Chongqing Special Food Programme and Technology Research Center，Chongqing 400716，China）

TS251.1

B

1002-0306（2012）16-0265-04

2012－02－01 *通訊聯(lián)系人

陳麗清（1987-），女，碩士研究生，研究方向：食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)。