利用碎牛皮重組成型寵物咬膠用牛皮的工藝研究

李 鵬，張修修 ，孫福成，王志榮

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266109；2.青島天地薈食品有限公司，山東 青島 266400）

近年來，越來越多的中國家庭開始在家中飼養(yǎng)寵物，狗是最常見的寵物之一。據(jù)中國寵物產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟聯(lián)合多家機構(gòu)發(fā)布的《2016年度中國寵物行業(yè)白皮書》顯示，2016年中國寵物行業(yè)市場總體消費規(guī)模達1 220億元，預(yù)計到2020年，國內(nèi)寵物市場規(guī)模將超2 000億元，年均增速有望達到20%［1］。寵物食品是專門為寵物提供的食品，介于人類食品與傳統(tǒng)畜禽飼料之間，其作用主要是為各種寵物提供最基礎(chǔ)的生命保證、生長發(fā)育和健康所需的營養(yǎng)物質(zhì)，具有營養(yǎng)全面、消化吸收率高、配方科學(xué)、飼喂方便以及可預(yù)防某些疾病等優(yōu)點［2］。目前，我國的寵物食品行業(yè)處于起步階段，但也是我國消費品中增長最快的行業(yè)之一，寵物食品需求量的年平均增速已高達30%以上。按照功能來劃分，寵物食品主要可分為：寵物主食、寵物零食和寵物保健品等［3-4］。

狗咬膠是一種供寵物狗食用的寵物零食，近年來受到了越來越多飼養(yǎng)者的青睞［5-6］。現(xiàn)在市場上比較常見的咬膠類或其他零食類主要原料由牛、豬等動物的二層皮制成。牛皮中含有豐富的蛋白質(zhì)，還具備韌性強、彈性好、耐磨的優(yōu)點，合乎寵物狗喜歡啃咬的本性，制成的咬膠外形各不相同，有骨頭形、圓球形、塊狀和粒狀等形狀。此外，牛皮也是生產(chǎn)其他寵物食品或玩具的主要原料，用途非常廣泛，對于牛皮的需求量也非常大。在實際生產(chǎn)過程中，由于產(chǎn)品形狀、規(guī)格的要求以及生產(chǎn)的方便性，基本采用比較完整的牛皮進行裁剪，這樣就會產(chǎn)生很多的碎牛皮邊角料而無法加以利用，造成了資源浪費,增加了生產(chǎn)成本，也由此帶來環(huán)境污染的問題［7］。

為了能夠把這些生產(chǎn)中產(chǎn)生的碎片邊角料充分利用起來，用來重新加工口味、質(zhì)地比較理想的寵物食品，筆者研究了利用生產(chǎn)中產(chǎn)生的碎牛皮通過加工而制成重組成型牛皮的品質(zhì)特性，以此作為生產(chǎn)寵物狗咬膠類零食的原料，為今后碎牛皮在實際生產(chǎn)中的循環(huán)再利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

碎牛皮，青島天地薈食品有限公司提供；NaOH，購自天津市巴斯夫化工有限公司，分析純；丙二醇，購自東營市海科新源化工有限責(zé)任公司；丙三醇，購自天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司，分析純；淀粉，購自臨沂恒源實業(yè)有限公司；大豆分離蛋白，購自臨沂松山生物制品有限公司；谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶，購自北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TD10001C電子天平，天津市天馬衡基儀器有限公司產(chǎn)品；HH-S型恒溫水浴鍋，金壇市恒豐儀器廠產(chǎn)品；電磁爐，澳柯瑪生活電器有限公司產(chǎn)品；螺旋測微器，青島量具刀刃有限責(zé)任公司產(chǎn)品；TA.XTPlus物性分析儀，英國SEM公司產(chǎn)品；烘箱，上海?，攲嶒炘O(shè)備有限公司產(chǎn)品；JYLC50T料理機，九陽股份有限公司產(chǎn)品；CR-400色差儀，日本柯尼卡美能達公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 皮料漿的制備

1.3.1.1 前處理：稱取碎牛皮20 g作為原料，將其剪切成小塊牛皮碎片，放在清水中清洗2次，以去除牛皮表面的污漬和雜塵。

1.3.1.2 堿處理：將清洗好的牛皮碎片放入大燒杯中，加入0.1 mol/L的NaOH溶液120 mL，將燒杯置于沸水浴中持續(xù)加熱使其軟化，直到牛皮的表面呈松散狀態(tài)，軟化時間大約1.5 h。

1.3.1.3 打漿：將經(jīng)過軟化的牛皮清洗后轉(zhuǎn)移至料理機中進行打漿，打漿時間約為3～5 min，直至皮料漿呈黏稠、均勻狀態(tài)即可。

1.3.2 調(diào)配：將上述1.3.1制備所得的皮料漿與水按比例進行混合，攪勻；再添加配料：甘油2%、丙二醇1%、淀粉4%和一定比例的大豆分離蛋白，充分混合均勻得到料漿，備用。

1.3.3 谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶催化：將上述1.3.2所得的料漿放入恒溫水浴鍋中加熱并不斷攪拌，溫度上升到55℃時，按料漿重量的百分比添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶，邊加邊攪拌。

1.3.4 固化烘干、成型：將1.3.3所得的漿液攪拌均勻，然后將其倒入平皿中，放入烘箱以先高溫、再低溫的方式進行烘干定型，其中高溫烘干條件為65℃、6 h，低溫烘干條件為 35℃、4 h，待成型后揭下重組牛皮，將揭下的重組牛皮放在室溫下進行水分平衡，再用保鮮膜包好，放在干燥器內(nèi)待用。

1.3.5 正交試驗設(shè)計：參考周平晉［8］和鄭京敏［9］利用碎動物皮進行重組整皮的制作方法，并進行修改，可知影響重組牛皮性能的決定性因素主要有料液比、大豆分離蛋白添加量、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量、甘油添加量等，并結(jié)合該試驗前期研究基礎(chǔ)，最終選定料液比 （A）、大豆分離蛋白添加量（B）、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量（C）為主要因素，進行L9（33）正交試驗設(shè)計，考察不同工藝條件對重組牛皮性能的影響。正交試驗因素及水平見表1。

1.4 重組牛皮的性能測試

1.4.1 重組牛皮的厚度測試：由于制成牛皮呈圓形，采取在牛皮的圓周上間隔相同距離分別取4個點，在圓心位置再取1個點，共5點的方式，用螺旋測微器分別測其5個點的厚度，計算其平均值，單位為mm，即為重組牛皮的厚度。

1.4.2 感官特性分析：參考翁武銀等［10］建立的方法對重組牛皮進行感官評定，包括重組牛皮的氣味、顏色、透光性、韌性以及表面光滑度等基本指標(biāo)，并進行分析比較。

1.4.3 重組牛皮重量：將所制得的各組牛皮分別放在電子天平上進行稱量，依次讀取并記錄各組的重量。

1.4.4 重組牛皮機械性能的測定：機械強度主要包括抗拉強度（tensile strengths，TS）和硬度（hardness）。測定方法參考劉小楠等［6］報道的方法，稍作修改。

抗拉強度：抗拉強度指重組牛皮在軸向拉伸力的作用下，斷裂之前所承受的最大應(yīng)力。利用質(zhì)構(gòu)儀測定重組牛皮的抗拉強度，每組牛皮測定3個樣品，每個樣品為尺寸是5.0 cm×1.0 cm的長條，采用A/TG探頭，設(shè)定位移為100 mm，速度為2.0 mm/s，記錄重組牛皮斷裂時的拉力和伸長量?？估瓘姸雀鶕?jù)公式（1）求得。

表1 正交試驗因素及水平

公式（1）中：TS表示重組牛皮的抗拉強度，單位為MPa；F表示重組牛皮斷裂時的拉力，單位為N；S表示被測重組牛皮的橫截面積，單位為m2。

硬度：利用質(zhì)構(gòu)儀測定重組牛皮的硬度，采用A/LKB-F探頭，設(shè)定測試前速度為1.00 mm/s，測試速度為5.00 mm/s，測試后速度為5.00 mm/s，壓縮比為75%，時間為5.00 s。

1.4.5 重組牛皮溶解性的測試：將所制得的重組牛皮恒溫干燥，稱取其質(zhì)量，記為W1，然后放入盛有40 mL水的培養(yǎng)皿中，在25℃下溶解24 h。之后將重組牛皮用鑷子夾起，并用濾紙吸干牛皮表面的水分，在105℃的烘箱中干燥至恒重，稱其質(zhì)量，記為W2。按公式（2）計算重組牛皮的溶解性。

公式（2）中：S表示重組牛皮的溶解性，單位為%；W1表示浸泡前試樣的重量，單位為g；W2表示浸泡后試樣的重量，單位為g。

2 結(jié)果與討論

2.1 重組牛皮感官指標(biāo)分析

表2所示為正交試驗所設(shè)計的9組處理所得到的重組牛皮的感官性狀指標(biāo)評定結(jié)果。由表2可以看出，第2、8、9組重組牛皮的效果較理想。由于添加甘油、丙二醇、淀粉后，重組牛皮的顏色稍微變黃，表面光滑度整體較好，無異味，可用作寵物咬膠的原料。第1、5組重組牛皮的顏色偏黃且透明度較差，可能是由于添加大豆分離蛋白和淀粉過多導(dǎo)致的結(jié)果；由此制得的牛皮在韌性和強度等方面都很難滿足生產(chǎn)的需求，所以實際生產(chǎn)中不宜選擇該類產(chǎn)品作為寵物咬膠的原料。第1、3、4、5、6、7 組重組牛皮稍有異味， 可能是由于脫堿不充分或是與其他輔料成分相互作用導(dǎo)致的結(jié)果；該類異味的存在導(dǎo)致在嗅覺上和寵物有直接的沖突，寵物一般不會選擇該類食物進食，所以在實際生產(chǎn)中應(yīng)該加強原料的處理，以盡可能使各項指標(biāo)達到理想的狀態(tài)。

表2 重組牛皮的感官指標(biāo)評定結(jié)果

表3 正交試驗所得到的重組牛皮綜合性能指標(biāo)評價結(jié)果

該試驗結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，隨著大豆分離蛋白添加量由10%～20%遞增時，重組牛皮的透光性明顯下降，顏色偏黃。這主要是由于大豆分離蛋白本身為淺黃色，由其制成的重組牛皮顏色也較原牛皮偏黃，導(dǎo)致透光性下降，所以應(yīng)該選擇合適的比例來添加。

表4 正交試驗處理結(jié)果與分析

2.2 重組牛皮綜合性能評價

該研究選取抗拉強度（TS）、硬度（H）和溶解性（S）3項指標(biāo)作為綜合性能評價指標(biāo)，參考司守奎［11］和李鵬等［12］報道的方法，采用加權(quán)法和分段插值法對重組牛皮的綜合性能進行評分，滿分為100 分。各項性能分值為：TS，35 分；H，35 分；S，20分；其他，10分。

觀察重組牛皮的表面光滑程度、揭皮的難易程度、揭皮的破損情況，酌情給分。根據(jù)上述評價標(biāo)準(zhǔn)，由L9（33）正交試驗所得到的重組牛皮的抗拉強度、硬度和溶解性指標(biāo)評價結(jié)果見表3。表4則顯示了通過加權(quán)法對重組牛皮的綜合性能評分及正交試驗的分析結(jié)果。由表4可知，第8、9組所制得的重組牛皮綜合性能較好，第9組的綜合評分最高；第6組的綜合評分最低，性能最差。

對極差R值進行直觀分析可知，試驗所考慮的3個因素對重組牛皮性能影響的主次順序為：A＞B＞C，即料液比對重組牛皮性能影響最大，其次是大豆分離蛋白的添加量，而谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的添加量對重組牛皮的性能影響最小。最佳處理條件為A3B3C2，即料液比為3∶1，大豆分離蛋白添加量為10%，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量為0.5%。該組合條件下的重組牛皮不論在韌性還是硬度上都占有絕對優(yōu)勢，對后續(xù)加工工藝的優(yōu)化具有參考價值。

3 結(jié)論

通過研究，確定軟化20 g原料牛皮到適宜加工程度的條件為：100℃水浴、120 mL 0.1 mol/L NaOH溶液、加熱1.5 h左右即可；料液比、大豆分離蛋白添加量、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量對重組牛皮的質(zhì)量有很大影響，最佳比例為：料液比為3∶1、大豆分離蛋白添加量為10%、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶添加量為0.5%。

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