猪皮中胶原蛋白的提取及其应用.pdf

综合利用猪皮中胶原蛋白的提取及其应用李开雄赵志远刘霞(新疆石河子大学食品科学系,832003)随着人类社会的不断发展,世界肉类生产也不断地发生着变化。据统计,世界肉类总产量从1991年的17912百万吨上升到1993年18412百万吨,其中牛肉总产量略有下降,羊肉持平,猪肉产量明显上升。发达国家肉类总产量略有下降,发展中国家则有明显上升的趋势。这也说明肉类生产在发展中国家有着潜在的发展优势。见表1。表1世界肉类总产量(单位:百万吨)分类1991年1992年1993年世界肉类总产量179121801918412牛541153135218羊919918919猪701671167318禽411142164412其他肉类316316316发展中国家肉类总产量761080108316牛191820102016羊518610612猪3335103710禽151416181810其他肉类210210210改革开放十几年来,我国经济增长很快,人均食肉量逐年增加。1991年我国肉类总产量为314414万吨,人均占有量2711kg,其中猪肉占8013%;到1993年肉类总产量达3780万吨,人均占有量增加到3211kg。见表2。表2我国肉类总产量和人均量(单位:百万吨)肉产量1991年1992年1993年肉类总产量314414340917378010人均占有量2711kg2911kg3211kg由于人民生活水平的普遍提高,我国的养猪业发展也很快。1991年生猪出栏317亿头,到1993年生猪出栏头数增加到3182亿头;猪肉产量从1991年的252618万吨上升到1993年的2915万吨。在数量上要比亚洲及一些发达国家的增长快得多,见表3。随着肉类产量的增加,随着养猪业的增长,随着人民需求水平的不断提高,肉类加工业必将发生巨大的变化,分割包装肉将取代白条肉而成为肉类销售的主要形式。而在加工分割肉的过程中,猪皮则被作为下脚料,其利用效率很低,除少部分用于制革工业外,大部分则有待开发和利341996年第4期肉类研究用,由此而造成猪皮的营养价值和功用没有得到充分的发挥。一般猪皮约占胴体重的10%左右,对于一个年屠宰生猪10万头的小型肉联厂来说,每年约有600吨的猪皮产生,如果不对猪皮进行合理的综合利用,必然对企业的经济效益造成很大的损失。因此,如何利用猪皮,如何用好猪皮,这在当前也是国内各肉联企业所面临的问题。我们本着这一目的,对猪皮中胶原蛋白的提取及应用进行了试验和研究。表31991年-1993年世界生猪出栏与猪肉产量表地区生猪出栏头数(千头)猪肉产量(千吨)1991年1992年1993年1991年1992年1993年亚洲4431800452188455715309001332772183459510中国370975379739381950252681027400102915010韩国504655055503530106001062510日本113351096810802148310143019140213印度104501050011000364103801040010泰国500051005200340103331033010欧洲181625174875173670211861820390162089812北美洲648846789066979838712903611926113美国544775768456841758010783114809712加拿大104041029310135112910120415118319一、猪皮的食用价值及利用现状猪皮的结构是由表皮层、真皮层皮下结缔组织构成,其主要成分为真皮层。真皮层含有大量的胶原蛋白纤维(Collagenous Fiber),其含量可占干物质的99%。根据文献记载,猪皮的蛋白质含量可高达33%,其中胶原蛋白含量为8718%;而瘦猪肉的蛋白含量仅为18%左右。由此看来,猪皮的蛋白质含量远高于瘦猪肉,其营养价值十分可观。因此将猪肉加工成胶原蛋白应用于肉类食品,其前景十分广阔。目前在国外对于猪皮的利用比较多,如德国的赫斯特公司已发明了一种猪皮软化剂,经软化处理的猪皮质地柔软,很容易进行加工处理成多种猪皮食品;又如德国的汉诺威袋装香肠中猪皮的添加量竟高达36%。而我国在猪皮的利用方面极少报道,笔者调阅了“中国畜牧文献数据库管理系统(XMW X数据库)”,在1992年9月以前的所有文章中仅有一篇关于肉皮资源开发利用的文章。因此,如何利用这些猪皮,使其“变粗为精”,“变废为宝”,为社会创造更多的经济效益,是摆在我们肉类加工与研究工作者面前的一个重大课题。二、原理胶原蛋白(Collagen)是存在于真皮组织、软骨、骨、韧带等组织中,构成大量胶原纤维的白色纤维蛋白质。胶原纤维直径为20m,很多根原纤维聚集成束状,每束呈波浪形,排列无定向,纵横交错。构成胶原纤维的胶原蛋白,其分子量约为60000,等电点pH值为7-8,但若用酸或碱处理可使其pH值接近5。胶原纤维受热会收缩,但在40下胶原纤维无明显变化。在酸或碱溶液中具有膨胀润性。将胶原纤维与水同时加热到62-63,可产生不可逆的收缩,长度浓缩到原来的1?3-1?4。胶原纤维是由胶原原纤维(Collagenous fibril)组成,胶原原纤维分子量约300000-360000。它又由三条螺旋形的肽链所构成,遇热到62-63以后,多肽链之间的氢键破裂,蛋白分子的螺旋立体结构44肉类研究1996年第4期遭到破坏,就出现沿大分子纵轴收缩的现象。如果长时间在80的温度中将胶原蛋白与水一起加热处理,胶原蛋白分子便发生热分解生成水溶性明胶。其分子量约为胶原蛋白分子量的1?3。将皮与水加热成粗明胶的2%溶液置于室温下就会凝胶化,这种凝胶化是可逆的,提高温度就会变成溶液。胶原蛋白、弹性蛋白和网状蛋白均属硬性蛋白,它们构成了结缔组织,如果利用等渗盐溶液处理结缔组织,一部分胶原就析出,然后再用稀醋酸溶液处理剩余物,即可提取称为原胶原的蛋白质。在提取中首先产生了用等渗盐溶液提取的蛋白质,随着在盐溶液中的变化,而形成原胶原最终转变成完全不溶性胶原。醋酸对组织穿透速度很快,它对组织和细胞具有膨胀作用,且不能凝固细胞质中的蛋白质,因而不会使组织硬化,但醋酸能使细胞核中的蛋白质得以固定。也正是因为这个原因,我们在胶原蛋白的提取工艺中,将醋酸提取放在了盐析提取的后面。三、猪皮中胶原蛋白提取的工艺流程确定11 主要用料:猪皮、醋酸、等渗盐水。21 主要用具:水溶锅、斩拌机、烧杯、容器、温度计。31 工艺流程的确定:根据以上原理,我们设计了四组不同温度(80为上限),在其它条件均相同的提取工艺下进行试验筛选。见表4。提取工艺流程如下:选料修整脱脂盐提过滤清洗酸提过滤清洗斩拌冻存表4不同温度提取时所需的时间提取温度2537-406070提取时间115-2h115-2h115h115h盐溶液自配N aCl等渗液酸溶液自配醋酸缓冲液经过试验的筛选,我们选用了60条件下的提取工艺。41 主要技术要求:(1)选料:选取新鲜猪皮作为原料皮,注意从冷库中提取的猪肉皮,库存时间不能超过三个月,否则,提取效果不佳。(2)修整:将新鲜猪皮去污,刮去毛根,然后用刀剔去皮下脂肪。将剔脂后的猪皮切成0153cm或13cm不等的皮条,在35下将皮条清洁两次。(3)脱脂:先配制脂液,即将N a2CO3配成浓度为5-10%的脱脂液。脱脂时,先将皮条放在一定的容器中,加4-5倍40的温水,然后再加一半的脱脂液,充分搅拌10分钟后,滤去温水再按上方法重复一次即可,最后用清水漂洗两次。(4)盐提:用恒温锅控制温度。取猪皮加等量的等渗盐水于锅内,在60下保持115小时。恒温期间要不停地搅拌,便于猪皮均匀受热。在该条件下处理试验表明,猪皮不会变褐,一般在加热半小 时后用手就很容易把皮条扯断。但非新鲜猪皮在这一步就需要适当延长加热时间。然后过滤,滤液留存,准备下一步酸提。(5)酸提:用与猪皮等量的醋酸缓冲液于60条件下处理,方法与盐相同。经过盐提和酸提之后的剩余物已基本无猪本身的皮毛气味和其它异味,其成分为胶原原蛋白和胶原蛋白大分子。(6)斩拌:斩拌机转速要求在1500转?分以上,即将提取剩余物放入斩拌机内斩拌至1-2mm541996年第4期肉类研究为宜,边斩拌边加滤液。在此期间须注意,控制机内温度不得超过20。(7)冻存:将斩拌后的胶原蛋白于0左右条件下冻存待用。四、影响胶原蛋白质量的主要因素与控制11 提取温度:是工艺过程中最难控制的因素,温度过低,会造成提取不完全,若温度过高,则容易使猪皮褐变而造成色泽变深,因此合格的产品色泽呈白色或乳白色。21 脱脂液的浓度:如果脱脂不完全将会影响成品的存放时间:若N a2CO3的残存量过大又会影响后面的酸提过程。因此脱脂液的浓度应该视原料皮的情况而有一个变动范围,并且在脱脂后尽量清洗干净。31 含水量:按我们工艺流程中的加水量最为适宜,如果含水量过低,则影响胶原蛋白的充分提取和产量;若过高,则在以后的肠馅添加中起不到粘结和乳化的作用。因此水的添加量不可过高或过低。五、胶原蛋白的应用与分析我们将胶原蛋白的添加试验设计了五组,每组的原料相同,都是红肠馅,用量都是4kg。同时,我们还对红肠添加胶原蛋白后的蛋白质进行了测定,蛋白质含量明显提高。其添加比例和蛋白质变化测定结果见表5。表5红肠中胶原蛋白添加比例及蛋白质含量的变化组号012345添加量(g)0160320480640800添加比例(%)048121620蛋白质含量(%)91521113212172141361517017121以上不同比率的产品经有关专家品尝结果表明,以添加12%的效果为好,红肠弹性好,粘结性好,手感有力,口感适中,切面整齐坚实,有咬劲。胶原蛋白与其它蛋白质一样,具有良好的染色性。在红肠的制作中,我们采用了食用色素,染色效果很好,在红肠的切面上基本分不出肉糜中的胶原蛋白小颗粒。胶原蛋白中含有大量的甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸等,其中羟脯氨酸只存在于胶原蛋白中,约占14%;脯氨酸约含14%;甘氨酸约含27%;丙氨酸约含11%。虽然胶原蛋白质中必需氨基酸含量很低属不完全蛋白质,但据报道,胶原蛋白饲喂小白鼠的试验证明,是完全被消化的,其热值是酪素的86%。我国中医素有“以血补血,以皮养颜”的说法,常食用富含胶原蛋白的食物,能增加皮肤细胞的储水能力,增强和维护肌肤的良好弹性,能起到护肤美容、延缓表皮老化和保持青春活力的良好作用。最值得一提的是:灌肠类添加猪皮胶原蛋白后,增加了产品的弹性、切片性和咀嚼能力,从而提高了产品的档次。六、经济效益分析随着我国人们生活节奏的加快,西式熟制品在不断地增多,因此猪皮胶原蛋白添加于肉制品中的前景愈加显得广阔。一般1公斤猪皮最少可提取1公斤的湿重胶原蛋白,特别是对于一个年屠宰生猪10万头的肉类联合加工厂,每年可生产上百吨的胶原蛋白湿制品。若按12%添加于灌肠等馅制肉制品中,则胶原蛋白的净增值就是该产品的10%,如果再加上市场因素,效益极为可观。这样不仅降低了成本和提高了产品质量,同时还为猪副产品的综合利用开辟了广阔的道路。(下转第48页)64肉类研究1996年第4期二、城乡流通活跃根据有关部门上半年的统计,牛肉的全国城乡集贸成交量为8214万吨(占全国牛肉总产量的3816%),较上年同期成交量7516万吨,增加8196%。国营商业的销售量,约占城乡集贸成交总量的10%左右。牛肉的城市集贸成交价上半年平均每公斤17104元,较上年同期上升617%;农村的平均成交价每公斤16164元,较上年同期上升4113%。成交价上升的幅度是近几年最小的。原因是牛肉生产发展迅猛,货源充足;受猪肉价格平稳的拉动。牛肉成交量居前六位的是广东7109万吨,山西6104万吨,江苏4168万吨,湖南4142万吨,湖北4139万吨,辽宁4108万吨。三、出口雨过天晴自今年3月20日英国政府承认有疯牛病,并认为有可能传染给人类之后,在世界不少地方引起恐慌。有不少吃进口牛肉的国家的居民,不问青红皂白,产生了“恐牛病”,不敢吃牛肉,牛肉的国际贸易顿时受到影响,香港市场牛肉档萧条,曾影响了我供港牛肉。欧盟国家禁止从英国进口牛肉,还有拉美、亚非等国家,泰国、新加坡、日本、新西兰等国家都停止进口英国肉牛,已进口的库存英国牛肉,全部销毁。上述国家中,有部分可能转向我国采购牛肉。沙特阿拉伯害怕疯牛病,已增加从我国进口牛肉,首批牛肉已运抵吉达港,另有2500吨也将陆续到达。台湾农委会考虑到居民对疯牛病的恐慌,已要求当局不从英国进口牛肉罐头。自香港卫生署表示中国内地没有疯牛病之后,香港客商采购牛肉纷纷转向国内,居民的“恐牛病”已有所降温。另外,俄罗斯去年粮食减产14,牛饲养量从1995年的4350万头,减到今年的3920万头,今年肯定要增加牛肉及罐头等制品的进口。出口牛肉较多的澳洲,去年因牛肉含农药超标而质量不合格,已引起美、日、韩等国及台湾等买主的重视,曾禁止进口。美国还发现澳洲的部分屠宰场,不符合卫生处理标准,不接受对方牛肉,影响了澳洲牛肉在国际市场的信誉。以上种种客观条件,为扩大我国牛肉出口提供了良机,不可错过。(上接第46页)参考文献11 日天野庆之等著:肉制品加工,中国轻工业出版社,1992年21 日渡边笃二著:新蛋白食品知识,中国轻工业出版社,1987年31 赵森林、刘静明:“猪皮结构及其热变化”,肉类研究,1991年第二期41 杜卓民:实用组织学技术,人民卫生出版社,1982年51 贲长恩:组织学与胚胎学,上海人民出版社1985年10月61蛋白质资源的开发与利用,中国轻工业出版社71“城乡居民菜篮子日渐丰盈”,人民日报,1994年6月1日,第一版81GlobalM eat Production RegainsM omentumM eat Processing,199311084肉类研究1996年第4期