猪皮两步法有机溶剂脱脂的研究

张 琦， 王进美， 王 为

(西安工程大学纺织与材料学院, 陕西 西安 710048)

0 前言

从动物的皮、骨中提取生物活性胶原，是近年来研究的一个热门话题.提取胶原所用的原料皮多为猪皮，但猪皮中天然油脂含量很高，达70%～80%,猪皮的的脂腺发达，而且皮下组织全由脂肪细胞组成，此外真皮中还有一些游离的脂肪细胞，这些脂腺及游离的脂肪细胞包裹在胶原纤维的周围造成了提取上的困难[1].本实验以新鲜猪皮为原料，研究了用两步有机溶剂脱脂的方法对胶原提取率的影响，在单因素分析的基础上采用正交试验确定了单步猪皮脱脂的最佳条件，并对两步法进行优选，以期找到一种最佳的脱脂方法，充分脱去猪皮表皮和皮下游离的脂肪，为胶原的提取或其他的生产活动奠定基础.

1 实验部分

1.1 实验准备

1.1.1 主要试剂及仪器

实验材料：新鲜猪皮，购于西安市场； 无水乙醇：分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；异丙醇：分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；二氯甲烷：分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；索式提取器：成都科龙化工试剂厂；KQ-100E型超声波清洗器：昆山市超声波仪器有限公司；DHZ-D(Ⅲ)循环水真空泵：巩义市英裕华玉仪器厂；DZ-2A型真空干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司；定性滤纸：抚顺市民政滤纸厂；精密滤纸：上海三爱思试剂有限公司；广泛试纸：上海经济区试剂公司.

1.1.2 猪皮的前处理

将新鲜猪皮的皮下脂肪剔除，切成1 cm×1 cm的小块,在40 ℃温水中用3倍(g/g)的4%醋酸处理15 min，以除去杂蛋白及脂肪，中和，清洗待用.

在40 ℃ 条件下，用0.1%的Na2S处理除去杂蛋白及脂肪的新鲜猪皮，除去猪皮表面的猪毛，清洗待用.

对于处理过的猪皮用料理机或皮粉机打碎，制成碎皮液，待用.

1.2 有机溶剂脱脂

把制备好的碎皮液分别用无水乙醇、异丙醇在超声波条件下进行处理[2]，比较各单因素对猪皮脱脂率的影响[3]，并通过正交试验确定猪皮脱脂的最佳工艺.比较无水乙醇-异丙醇和异丙醇-无水乙醇两步法脱脂的优劣，选出两步法脱脂的最优工艺.用常规二氯甲烷萃取物测定法[4]测定脱脂碎皮液及两步法脱脂前后皮中脂肪含量的变化.

2 实验结果和讨论

2.1 单因素工艺优化

分别对无水乙醇和异丙醇处理碎猪皮液进行研究，对超声时间、液比、有机溶剂的浓度、温度做单因素比较.

2.1.1 无水乙醇单因素工艺优化

(1)超声时间对脱脂的影响.从图1可以看到超声波时间低于2 h时，脱脂液的脱脂率随时间增加，在超声时间为1～2 h时脱脂率增加的速率较快，这是因为随着超声波脱脂时间的增加，先是表皮的脂肪被除去，接着表皮细胞中的脂肪细胞破裂；而当超声波时间超过2.5 h后振动产生热能，增大了脂肪与皮的结合力，引起脱脂效率变化缓慢，且有下降的趋势，所以选择2 h作为优化实验的数据.

(2)液比对脱脂的影响.液比与脱脂率的关系如图2所示.由图可见，随着浓度的增大，脂肪间的作用力减小，脂肪易被分解；而当液比高于1∶2时，混合液的浓度降低，对脂肪的作用相对变小，所以脱脂作用变小.根据液比与脱脂率变化的关系曲线，选择液比为1∶2.2作为优化实验的数据.

(3)无水乙醇的浓度对脱脂的影响.在无水乙醇的浓度低于11%时，随着浓度的增加，无水乙醇对脂肪的作用增加，脱脂率增加；浓度高于11%后，脱脂率增加不大，所以从经济环保的角度出发选择无水乙醇的浓度为11%作为优化实验的数据.

(4)温度对脱脂的影响.胶原蛋白的变性温度为40 ℃，随着温度的增加胶原与脂肪间的活性增大，易于被无水乙醇溶解，温度接近40 ℃时，相应的结合能力也增加，考察不同温度下的脱脂率，优化温度选择为30 ℃、35 ℃、40 ℃.

图1 超声时间对脱脂率的影响 图2 液比对脱脂率的影响

图3 无水乙醇浓度对脱脂率的影响 图4 温度对脱脂率的影响

2.1.2 异丙醇单因素工艺优化

(1)超声时间对脱脂的影响.由图5可见,超声波时间低于3 h时，脱脂液的脱脂率随时间增加，这是因为随着超声波脱脂时间的增加，先是表皮的脂肪被除去，接着表皮细胞中的脂肪细胞破裂；而当超声波时间超过3 h后振动产生结合能，引起脱脂效率稍有下降的趋势,所以选择超声时间为3 h作为优化实验的数据.

(2)液比对脱脂的影响.由图6可见,浓度增大时，脂肪间的作用力减小，脂肪易被分解；而当液比高于1∶2时，混合液的浓度减少，使平衡向逆方向发展，并且随液比增加，异丙醇的浓度减少也使脱脂作用变弱.根据液比与脱脂率变化的关系曲线选择液比为1∶2作为优化实验的数据.

(3)异丙醇的浓度对脱脂的影响.由图7可见,在异丙醇的浓度低于10%时，随着浓度的增加，异丙醇对脂肪的作用增加，脱脂率增加；浓度高于10%后，脱脂率稍有下降，从经济环保的角度考虑选择异丙醇的浓度为10%作为优化的基础.

(4)温度对脱脂的影响.胶原蛋白的变性温度为40 ℃，由图8可见,随着温度的升高胶原与脂肪间的活性增大，易于被异丙醇溶解，温度接近40 ℃时，相应的结合能力也增加，当温度达到38 ℃时，分解能力和结合能力有明显的分界，所以优化温度选择为36 ℃、38 ℃、40 ℃.

图5 超声时间对脱脂率的影响 图6 液比对脱脂率的影响

图7 异丙醇浓度对脱脂率的影响 图8 温度对脱脂率的影响

2.2 正交试验确定最佳工艺

2.2.1 无水乙醇脱脂的最佳工艺

通过正交试验确定猪皮无水乙醇脱脂的最佳工艺，试验设计及结果如表1、表2所示.

表1 正交试验因素表

从表2可以得到，用无水乙醇处理鲜皮液脱脂率在75.88%～91.76%的范围内，2号试验工艺的脱脂率最高，达到91.76%，其所对应的条件为超声波时间1.5 h、液比1∶2.2、无水乙醇的浓度11%、温度35 ℃.

表2 无水乙醇脱脂正交试验结果

2.2.2 异丙醇脱脂的最佳工艺

通过正交试验确定猪皮异丙醇脱脂的最佳工艺，试验设计及结果如表3、表4所示.

表3 正交试验因素表

表4 异丙醇脱脂正交试验结果

从表4可以得到，用异丙醇处理鲜皮液脱脂率在64.70%～92.35%的范围内，3号试验工艺的脱脂率最高，达到92.35%，其所对应的条件为超声波时间2.5 h，液比1∶2.5，异丙醇浓度12%,温度40 ℃.

表5 两种脱脂方法的比较

2.3 两种两步脱脂方法的比较

用无水乙醇、异丙醇两步有机溶剂脱脂的方法有：

(1)先用无水乙醇在最优条件下脱脂，再用异丙醇在优化条件下脱脂，即无水乙醇-异丙醇法.

(2)先用异丙醇在优化条件下脱脂，再用无水乙醇在优化条件下脱脂，即异丙醇-无水乙醇法.

比较两种两步脱脂方法对同样质量的脱脂碎液的脱脂率，结果如表5所示.

由表5可以看出先对碎猪皮液进行异丙醇脱脂处理，再用无水乙醇在最优条件对初步处理的皮液进行处理的效果较好，脱脂效率达95.68%，由此可见两步法脱脂效果比单步脱脂的效果好.而先用异丙醇进行脱脂处理，可以降低液体中的脂肪的浓度，使无水乙醇的处理更充分，从而提高了脱脂的效果.采用先用无水乙醇处理的两步法同样可以提高脱脂效果，但是却不明显，这与无水乙醇和异丙醇的脱脂效果有关.

3 结论

(1)单步法脱脂时，无水乙醇脱脂的最优工艺为超声波时间1.5 h、液比1∶2.2、无水乙醇浓度11%、温度35 ℃,脱脂率可达91.76%.

(2)单步法脱脂时，异丙醇脱脂的最优工艺为超声波时间2.5 h、液比1∶2.5、异丙醇浓度12%、温度40 ℃，其脱脂效率可达92.35%.

(3)两步法脱脂时，先用异丙醇再用无水乙醇处理的两步法效果比先用无水乙醇再用异丙醇的效果好.

(4)两步法脱脂的效果比单步法脱脂的效果好，两步法脱脂的脱脂率达到95.68%，优于单步法.

[1] 赵 帅，巩 旭，李英国.猪皮的不同脱脂方法对胶原提取率的影响[J].中国皮革，2007,(9):33-36.

[2] 杨雨滋，金宝仲，王国璋.三种脱脂剂对猪皮脱脂效果的探讨[J].中国皮革,1986，12:30-31.

[3] 孙丹红，韩 劲，曹明蓉,等.超声波对裸皮脱脂的影响[J].皮革科学与工程，2003，(3):17-20.

[4] 薛俊田.生皮脱脂[J].中国皮革，1982，(11):28-30.

[5] 马清河.胡常英,张欣杰,等.皮革脱脂技术应用进展[J].河北省科学院学报，2005，(9):59-62.

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