利用碎牛皮重组成型宠物咬胶用牛皮的工艺研究

李 鹏，张修修 ，孙福成，王志荣

（1.青岛农业大学食品科学与工程学院，山东 青岛 266109；2.青岛天地荟食品有限公司，山东 青岛 266400）

近年来，越来越多的中国家庭开始在家中饲养宠物，狗是最常见的宠物之一。据中国宠物产业联盟联合多家机构发布的《2016年度中国宠物行业白皮书》显示，2016年中国宠物行业市场总体消费规模达1 220亿元，预计到2020年，国内宠物市场规模将超2 000亿元，年均增速有望达到20%［1］。宠物食品是专门为宠物提供的食品，介于人类食品与传统畜禽饲料之间，其作用主要是为各种宠物提供最基础的生命保证、生长发育和健康所需的营养物质，具有营养全面、消化吸收率高、配方科学、饲喂方便以及可预防某些疾病等优点［2］。目前，我国的宠物食品行业处于起步阶段，但也是我国消费品中增长最快的行业之一，宠物食品需求量的年平均增速已高达30%以上。按照功能来划分，宠物食品主要可分为：宠物主食、宠物零食和宠物保健品等［3-4］。

狗咬胶是一种供宠物狗食用的宠物零食，近年来受到了越来越多饲养者的青睐［5-6］。现在市场上比较常见的咬胶类或其他零食类主要原料由牛、猪等动物的二层皮制成。牛皮中含有丰富的蛋白质，还具备韧性强、弹性好、耐磨的优点，合乎宠物狗喜欢啃咬的本性，制成的咬胶外形各不相同，有骨头形、圆球形、块状和粒状等形状。此外，牛皮也是生产其他宠物食品或玩具的主要原料，用途非常广泛，对于牛皮的需求量也非常大。在实际生产过程中，由于产品形状、规格的要求以及生产的方便性，基本采用比较完整的牛皮进行裁剪，这样就会产生很多的碎牛皮边角料而无法加以利用，造成了资源浪费,增加了生产成本，也由此带来环境污染的问题［7］。

为了能够把这些生产中产生的碎片边角料充分利用起来，用来重新加工口味、质地比较理想的宠物食品，笔者研究了利用生产中产生的碎牛皮通过加工而制成重组成型牛皮的品质特性，以此作为生产宠物狗咬胶类零食的原料，为今后碎牛皮在实际生产中的循环再利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

碎牛皮，青岛天地荟食品有限公司提供；NaOH，购自天津市巴斯夫化工有限公司，分析纯；丙二醇，购自东营市海科新源化工有限责任公司；丙三醇，购自天津市恒兴化学试剂制造有限公司，分析纯；淀粉，购自临沂恒源实业有限公司；大豆分离蛋白，购自临沂松山生物制品有限公司；谷氨酰胺转氨酶，购自北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

TD10001C电子天平，天津市天马衡基仪器有限公司产品；HH-S型恒温水浴锅，金坛市恒丰仪器厂产品；电磁炉，澳柯玛生活电器有限公司产品；螺旋测微器，青岛量具刀刃有限责任公司产品；TA.XTPlus物性分析仪，英国SEM公司产品；烘箱，上海福玛实验设备有限公司产品；JYLC50T料理机，九阳股份有限公司产品；CR-400色差仪，日本柯尼卡美能达公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 皮料浆的制备

1.3.1.1 前处理：称取碎牛皮20 g作为原料，将其剪切成小块牛皮碎片，放在清水中清洗2次，以去除牛皮表面的污渍和杂尘。

1.3.1.2 碱处理：将清洗好的牛皮碎片放入大烧杯中，加入0.1 mol/L的NaOH溶液120 mL，将烧杯置于沸水浴中持续加热使其软化，直到牛皮的表面呈松散状态，软化时间大约1.5 h。

1.3.1.3 打浆：将经过软化的牛皮清洗后转移至料理机中进行打浆，打浆时间约为3～5 min，直至皮料浆呈黏稠、均匀状态即可。

1.3.2 调配：将上述1.3.1制备所得的皮料浆与水按比例进行混合，搅匀；再添加配料：甘油2%、丙二醇1%、淀粉4%和一定比例的大豆分离蛋白，充分混合均匀得到料浆，备用。

1.3.3 谷氨酰胺转氨酶催化：将上述1.3.2所得的料浆放入恒温水浴锅中加热并不断搅拌，温度上升到55℃时，按料浆重量的百分比添加谷氨酰胺转氨酶，边加边搅拌。

1.3.4 固化烘干、成型：将1.3.3所得的浆液搅拌均匀，然后将其倒入平皿中，放入烘箱以先高温、再低温的方式进行烘干定型，其中高温烘干条件为65℃、6 h，低温烘干条件为 35℃、4 h，待成型后揭下重组牛皮，将揭下的重组牛皮放在室温下进行水分平衡，再用保鲜膜包好，放在干燥器内待用。

1.3.5 正交试验设计：参考周平晋［8］和郑京敏［9］利用碎动物皮进行重组整皮的制作方法，并进行修改，可知影响重组牛皮性能的决定性因素主要有料液比、大豆分离蛋白添加量、谷氨酰胺转氨酶添加量、甘油添加量等，并结合该试验前期研究基础，最终选定料液比 （A）、大豆分离蛋白添加量（B）、谷氨酰胺转氨酶添加量（C）为主要因素，进行L9（33）正交试验设计，考察不同工艺条件对重组牛皮性能的影响。正交试验因素及水平见表1。

1.4 重组牛皮的性能测试

1.4.1 重组牛皮的厚度测试：由于制成牛皮呈圆形，采取在牛皮的圆周上间隔相同距离分别取4个点，在圆心位置再取1个点，共5点的方式，用螺旋测微器分别测其5个点的厚度，计算其平均值，单位为mm，即为重组牛皮的厚度。

1.4.2 感官特性分析：参考翁武银等［10］建立的方法对重组牛皮进行感官评定，包括重组牛皮的气味、颜色、透光性、韧性以及表面光滑度等基本指标，并进行分析比较。

1.4.3 重组牛皮重量：将所制得的各组牛皮分别放在电子天平上进行称量，依次读取并记录各组的重量。

1.4.4 重组牛皮机械性能的测定：机械强度主要包括抗拉强度（tensile strengths，TS）和硬度（hardness）。测定方法参考刘小楠等［6］报道的方法，稍作修改。

抗拉强度：抗拉强度指重组牛皮在轴向拉伸力的作用下，断裂之前所承受的最大应力。利用质构仪测定重组牛皮的抗拉强度，每组牛皮测定3个样品，每个样品为尺寸是5.0 cm×1.0 cm的长条，采用A/TG探头，设定位移为100 mm，速度为2.0 mm/s，记录重组牛皮断裂时的拉力和伸长量。抗拉强度根据公式（1）求得。

表1 正交试验因素及水平

公式（1）中：TS表示重组牛皮的抗拉强度，单位为MPa；F表示重组牛皮断裂时的拉力，单位为N；S表示被测重组牛皮的横截面积，单位为m2。

硬度：利用质构仪测定重组牛皮的硬度，采用A/LKB-F探头，设定测试前速度为1.00 mm/s，测试速度为5.00 mm/s，测试后速度为5.00 mm/s，压缩比为75%，时间为5.00 s。

1.4.5 重组牛皮溶解性的测试：将所制得的重组牛皮恒温干燥，称取其质量，记为W1，然后放入盛有40 mL水的培养皿中，在25℃下溶解24 h。之后将重组牛皮用镊子夹起，并用滤纸吸干牛皮表面的水分，在105℃的烘箱中干燥至恒重，称其质量，记为W2。按公式（2）计算重组牛皮的溶解性。

公式（2）中：S表示重组牛皮的溶解性，单位为%；W1表示浸泡前试样的重量，单位为g；W2表示浸泡后试样的重量，单位为g。

2 结果与讨论

2.1 重组牛皮感官指标分析

表2所示为正交试验所设计的9组处理所得到的重组牛皮的感官性状指标评定结果。由表2可以看出，第2、8、9组重组牛皮的效果较理想。由于添加甘油、丙二醇、淀粉后，重组牛皮的颜色稍微变黄，表面光滑度整体较好，无异味，可用作宠物咬胶的原料。第1、5组重组牛皮的颜色偏黄且透明度较差，可能是由于添加大豆分离蛋白和淀粉过多导致的结果；由此制得的牛皮在韧性和强度等方面都很难满足生产的需求，所以实际生产中不宜选择该类产品作为宠物咬胶的原料。第1、3、4、5、6、7 组重组牛皮稍有异味， 可能是由于脱碱不充分或是与其他辅料成分相互作用导致的结果；该类异味的存在导致在嗅觉上和宠物有直接的冲突，宠物一般不会选择该类食物进食，所以在实际生产中应该加强原料的处理，以尽可能使各项指标达到理想的状态。

表2 重组牛皮的感官指标评定结果

表3 正交试验所得到的重组牛皮综合性能指标评价结果

该试验结果也发现，随着大豆分离蛋白添加量由10%～20%递增时，重组牛皮的透光性明显下降，颜色偏黄。这主要是由于大豆分离蛋白本身为浅黄色，由其制成的重组牛皮颜色也较原牛皮偏黄，导致透光性下降，所以应该选择合适的比例来添加。

表4 正交试验处理结果与分析

2.2 重组牛皮综合性能评价

该研究选取抗拉强度（TS）、硬度（H）和溶解性（S）3项指标作为综合性能评价指标，参考司守奎［11］和李鹏等［12］报道的方法，采用加权法和分段插值法对重组牛皮的综合性能进行评分，满分为100 分。各项性能分值为：TS，35 分；H，35 分；S，20分；其他，10分。

观察重组牛皮的表面光滑程度、揭皮的难易程度、揭皮的破损情况，酌情给分。根据上述评价标准，由L9（33）正交试验所得到的重组牛皮的抗拉强度、硬度和溶解性指标评价结果见表3。表4则显示了通过加权法对重组牛皮的综合性能评分及正交试验的分析结果。由表4可知，第8、9组所制得的重组牛皮综合性能较好，第9组的综合评分最高；第6组的综合评分最低，性能最差。

对极差R值进行直观分析可知，试验所考虑的3个因素对重组牛皮性能影响的主次顺序为：A＞B＞C，即料液比对重组牛皮性能影响最大，其次是大豆分离蛋白的添加量，而谷氨酰胺转氨酶的添加量对重组牛皮的性能影响最小。最佳处理条件为A3B3C2，即料液比为3∶1，大豆分离蛋白添加量为10%，谷氨酰胺转氨酶添加量为0.5%。该组合条件下的重组牛皮不论在韧性还是硬度上都占有绝对优势，对后续加工工艺的优化具有参考价值。

3 结论

通过研究，确定软化20 g原料牛皮到适宜加工程度的条件为：100℃水浴、120 mL 0.1 mol/L NaOH溶液、加热1.5 h左右即可；料液比、大豆分离蛋白添加量、谷氨酰胺转氨酶添加量对重组牛皮的质量有很大影响，最佳比例为：料液比为3∶1、大豆分离蛋白添加量为10%、谷氨酰胺转氨酶添加量为0.5%。

参考文献：

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［11］司守奎.数学建模算法与程序［M］.北京：国防工业出版社，2011.

［12］李鹏，甄天元，王玲玲，等.花生分离蛋白可食性膜最佳成膜条件研究 ［J］. 食品工业科技，2014，35（10）：316-318.