猪皮超声波乳化脱脂工艺的研究

陈丽清，陈 清，韩佳冬，马 良，2，张宇昊，2，*

（1.西南大学食品科学学院，重庆 400716；2.重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆 400716）

猪皮超声波乳化脱脂工艺的研究

陈丽清1，陈 清1，韩佳冬1，马 良1，2，张宇昊1，2，*

（1.西南大学食品科学学院，重庆 400716；2.重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆 400716）

以新鲜猪皮为原料，以脱脂率和胶原损失率为评价指标，研究超声波结合NP-10、AEO-9和SDBS等表面活性剂对猪皮的乳化脱脂效果，优化最适工艺参数。结果表明，猪皮超声波乳化脱脂效果明显优于单独使用超声波脱脂效果，其中以超声波SDBS乳化脱脂效果最好，最适脱脂工艺参数为0.75%SDBS、脱脂时间2h、料液比1∶2.5。该条件下鲜猪皮的脱脂率可达68.67%、胶原损失率为10.01%。

猪皮，超声波，表面活性剂，脱脂

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

我国是世界最大的猪肉生产和消费国。猪肉在生产过程中伴随产生大量猪皮，猪皮中胶原蛋白含量丰富，约占总蛋白的80%以上。但这些副产品除一部分用于皮革、食品等行业外，大部分猪皮都未能得到很好的利用，导致资源浪费，环境污染。因此，开发利用猪皮中的胶原蛋白是我国利用猪皮下脚料的主要方向之一[1]。然而，猪皮脂肪组织发达，油脂的脱除仍是一大难题。目前所用的脱脂方法主要有压榨法、乳化法、酶法、皂化法、有机溶剂萃取法等，这些方法存在脱脂率低、处理时间长、成本高、操作繁琐、环境污染、胶原蛋白损失或变性等缺陷[2]。超声波是频率大于20kHz的声波，它是一种波动形式，可作为探测与负载信息的载体或媒介；同时又是一种能量形式，可用于影响、改变以至破坏媒质的状态、性质及结构[3]。作为一种能量形式，超声波可破坏组织细胞，促进油脂外溢，提高油脂提取率（或脱除率），国内外已有许多超声波辅助油脂提取（或脱脂）的报道[4-10]。Li等[9]研究表明，分别以正己烷和异丙醇为溶剂结合超声波提取大豆油3h，较之单独使用正己烷和异丙醇，油脂提取率可分别提高10.1%和16.4%。张玲等[10]研究表明，用0.3%NaOH皂化8h，猪皮的脱脂率为55.2%，而在该条件下结合超声波脱脂（超声波累计作用90min），脱脂率可上升至65.8%。本实验将超声波和乳化剂（NP-10、AEO-9、SDBS）相结合对猪皮进行脱脂处理，在尽量不破坏胶原蛋白、充分脱去猪皮中脂肪的情况下，优化超声波结合乳化剂工艺参数，为今后胶原蛋白的提取及开发利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

猪皮 购于重庆市北碚区天生丽街永辉超市，原料获取后洗净，刮除表层脂肪，切成4mm×4mm小块，冻藏于冰箱中备用；化学试剂均为分析纯。

JA1003A电子分析天平 上海恒平科学仪器有限公司；KQ-100B超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；QL 901 Vortex旋涡混合器 海门市其林贝尔仪器制造有限公司；BCD-185FM冰箱 美的集团电冰箱制造（合肥）有限公司；752紫外可见分光光度计 上海箐华科技有限公司；DGX-9243电热恒温干燥箱 上海福玛实验设备有限公司；NH-8数显恒温水浴锅 常州澳华仪器有限公司。

1.2 分析方法

1.2.1 猪皮基本成分测定方法 水分含量：直接干燥法，依照GB 5009.3-2010进行测定[11]；脂肪含量：索氏抽提法，依照GB/T 5009.6-2003进行测定[12]；蛋白质含量：凯氏定氮法，依照GB 5009.5-2010进行测定[13]；灰分含量：马弗炉高温灼烧法，依照GB 5009.4-2010进行测定[14]；胶原蛋白测定（以羟脯氨酸计）：分光光度法，依照GB/T 9695.23-2008/ISO3496：1994进行测定[15]。

1.2.2 猪皮脱脂率 猪皮脱脂率（%）=（原料脂肪含量-脱脂处理后脂肪含量）/原料脂肪含量×100

1.2.3 猪皮胶原损失率 猪皮胶原损失率（%）=（原料胶原蛋白含量-脱脂处理后胶原蛋白含量）/原料胶原蛋白含量×100

1.3 实验方法

1.3.1 猪皮脱脂工艺流程 猪皮→清洗、去毛、刮除表层脂肪、切成4mm×4mm小块→加入脱脂剂置于超声波清洗器内进行脱脂处理（120W，25℃）→漂洗（以30℃纯水为漂洗液）→烘干（103℃，3h）→测定残余脂肪量

1.3.2 脱脂剂的选择 基于脱脂剂的说明书及其在文献报道中的使用条件[2，16-18]，分别以水、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%十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为脱脂剂在料液比为1∶3的条件下超声波脱脂2h，以脱脂率和胶原损失率为评价指标，筛选出脱脂效果最好的脱脂剂。

1.3.3 单因素实验设计 猪皮脱脂单因素实验的基本条件定为：脱脂剂浓度1.0%，脱脂时间为3h，料液比1∶4。改变其中一个条件，固定其他条件以分析脱脂剂浓度、脱脂时间、料液比对猪皮乳化脱脂效果的影响。各因素梯度分别为：脱脂剂浓度：0%、0.5%、1.0%、1.5%；脱脂时间：1、2、3、4h；料液比：1∶2、1∶3、1∶4、1∶5。每个因素重复实验3次，结果取平均值。

1.3.4 正交实验设计 在单因素实验结果的基础上，确定脱脂剂浓度、脱脂时间、料液比3因素的取值水平范围（见表1），以脱脂率为指标，通过3因素3水平正交实验设计进一步优化工艺参数。

表1 正交实验的因素水平设计Table 1 Factors and levels of orthogonal test

2 结果与讨论

2.1 猪皮化学组成

从表2可看出，猪皮的胶原蛋白含量近20%，占总蛋白的77%，是提取和利用胶原蛋白的理想原料。同时，猪皮中粗脂肪含量达到10%，若不充分脱除，将对胶原的提取以及皮革和明胶的制备产生不良影响。胶原中一旦有脂肪混入，无论进行中性还是酸性提取都无法除去，只能得到乳浊状的胶原溶液[19]；制革时油脂若除去不尽，不但影响染色，成革还会出现“浸油”现象[20-21]；在明胶生产中，脂肪的存在会导致油脂凹点的增加，使明胶等级降低[22]。

2.2 猪皮超声波乳化脱脂工艺条件的确定

2.2.1 脱脂剂的选择 由图1可知，超声波单独使用脱脂率为40.96%，而三种脱脂剂结合超声波乳化脱脂的脱脂率均在49%以上。可见表面活性剂和超声波组合脱脂的效果要明显优于单独使用超声波的效果。超声波作用不仅可以使猪皮脂腺组织受破坏、大部分游离脂肪细胞破裂，油脂外溢，还能促进油脂的乳化和分散[16-17，21，23]。而表面活性剂分子同时具有亲水基和疏水基，可显著降低油脂与水之间的界面张力，从而产生润湿、渗透、乳化、分散、增溶等多种作用，使油脂由憎水变为亲水，脱离皮层而分散到液相（水相）中[10，18]。两种脱脂方法结合使用，具有协同增效的作用，促进油脂外溢进而分散到液相中，再通过温水清洗除去。

三种表面活性剂和超声波结合脱脂时，胶原损失率相近，大约10%左右。NP-10、AEO-9属于非离子型表面活性剂，主要靠乳化作用去除脂肪，且对脂肪细胞膜有部分地破坏作用，使得细胞内脂肪渗出[2]。而SDBS属于阴离子表面活性剂，具有良好的润湿、乳化、分散等性能[24]。本研究结果还显示，SDBS的脱脂率达到54.93%，略高于其他两种非离子型表面活性剂作用效果。考虑到SDBS价格低廉和使用剂量少等因素，本实验选择SDBS作为脱脂剂结合超声波进行猪皮脱脂工艺参数优化实验研究。

2.2.2 SDBS浓度对脱脂率的影响 由图2可知，在浓度低于1%时，脱脂率随着SDBS浓度增加呈上升趋势，浓度为1%时，脱脂率达到59.54%；浓度超过1%后，脱脂率呈下降趋势。这可能是由于随着SDBS浓度增加，体系内有效分子增加，乳化脱脂作用增强，而浓度过高则会限制SDBS分子自由移动，从而降低乳化脱脂效果。因此，SDBS的浓度以1%左右为宜。

表2 猪皮化学成分（%）Table 2 Chemical composition of pigskin（%）

2.2.3 脱脂时间对脱脂率的影响 由图3可知，脱脂时间在2h以内时，脱脂率随时间延长直线上升，2h时达到60.65%；脱脂时间超过2h后，随着处理时间进一步延长，脱脂率呈下降趋势。这是因为在2h以内，随着脱脂时间增加，存在于纤维间的胞外油脂先被除去，接着由于超声波的空化效应，脂肪细胞破裂，在超声波和SDBS的乳化作用下，胞内脂肪向外迁移并分散于水相中。但随着脱脂时间进一步增加，超声波机械振动产生的热能增大了脂肪与皮的结合力，导致脱脂率变化减缓，呈现下降的趋势。因此，猪皮脱脂时间以2h左右为宜。

图2 SDBS浓度对猪皮脱脂效果的影响Fig.2 Effect of SDBS concentration on degreasing rate of pigskin

图3 脱脂时间对猪皮脱脂效果的影响Fig.3 Effect of extracting time on degreasing rate of pigskin

2.2.4 料液比对脱脂率的影响 由图4可知，料液比从1∶2增加到1∶3时，脱脂率变化较为平缓，为65%左右；随着料液比进一步增加，脱脂率明显降低。有研究表明，料液比的增加会阻碍超声波破碎细胞的能力，猪皮脂肪主要存在于脂腺组织中，随着料液比增加可能会降低超声波对猪皮脂腺细胞的破坏程度，进而影响脂腺内油脂的脱除，导致脱脂率降低[25]。综合考虑脱脂率和经济因素，猪皮脱脂的料液比以1∶2左右为宜。

图4 料液比对猪皮脱脂效果的影响Fig.4 Effect of material-liquid ratio on degreasing rate of pigskin

2.2.5 猪皮最优脱脂条件的选择 由表3正交实验极差分析结果可知，料液比对猪皮脱脂率影响最为显著，其次是脱脂时间，脱脂剂浓度的影响最小。由正交实验结果可以看出A1B2C3的平均脱脂率最高，即SDBS浓度0.75%，超声脱脂时间为2h，料液比为1∶2.5。

表3 正交实验结果Table 3 Results of orthogonal test

2.2.6 验证实验 按2.2.5节最佳工艺条件进行验证实验，猪皮的脱脂率为68.67%±0.83%，胶原损失率为10.01%±0.46%，证明正交实验得出的最佳提取工艺合理可行。

有研究表明，皂化法对切碎的猪皮进行脱脂时，脱脂率可达55.2%[10]；对绞碎的猪皮进行脱脂处理时，无水乙醇、异丙醇、乙二醇、乙醚和丙酮等有机溶剂中以异丙醇的脱脂率最高，达到64.50%，非离子型脱脂剂（AXAUT-50）的脱脂率高达67%[2]；而将碱性脂肪酶Greasex 50L加入小块盐湿猪皮的脱灰工序中处理1h，脱脂率可达60%[26]。本实验以切碎的猪皮为原料，优化后的脱脂率与报道中AXAUT-50（质量分数10%，处理6h）的相当，但脱脂剂用量明显降低，处理时间明显缩短，且若将猪皮绞碎增大接触面积，脱脂率可能更高[2]。综上所述，本法不仅脱脂率较高，而且操作简便、快速，克服了现有方法中存在的成本高、污染大、操作繁琐、耗时等缺陷，显示出优越性。

3 结论

超声波结合NP-10、AEO-9和SDBS对猪皮的乳化脱脂效果明显优于单独使用超声波的效果。其中超声波结合SDBS的脱脂率最高（54.93%），最优乳化脱脂工艺参数组合为：0.75%SDBS，超声时间2h，料液比1∶2.5，其脱脂率可达68.67%，胶原损失率为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 *通讯联系人

陈丽清（1987-），女，硕士研究生，研究方向：食品化学与营养学。