畜禽骨的综合利用研究现状与发展趋势

◎ 张露娟

（上海食品科技学校，上海 201599）

我国是肉类生产和消费大国，猪肉、牛肉和鸡肉等肉类消耗量均位居世界前列[1]。据国家统计局数据显示，2019 年，我国肉类总产量7 758.78 万t，畜禽骨作为肉品加工产业的副产物，年产量约有2 000 万t，是世界上最大的骨源食品原料生产国，骨类具有相当大的资源优势[2]。畜禽骨是一种营养十分丰富的天然资源，被食品科学和营养学家们誉为“21 世纪功能食品”和“21 世纪新型食品”[3]。我国脊椎动物骨骼作为药用的历史悠久，《本草纲目》《本草经集注》等医书中有记载：“猪骨性温，味甘、咸，入脾、胃经，有补脾气、润肠、生津液、丰机体、补中益气、养血健骨之功效”[4]。长久以来，由于人们观念、对骨的营养价值认识不充分、技术与装备适应性差等原因，导致畜禽骨资源未被很好地利用。目前，虽然我国几乎对畜禽骨所有部位都进行了利用，但深加工利用率不足10%，大部分都被用于加工低端产品或直接被遗弃。畜禽养殖和加工业是工农业生产中一种碳排放很高的产业，这些极其宝贵的资源若未被很好利用，将给环境带来沉重负担。在我国人口持续增长、蛋白质资源短缺、畜禽养殖环境承载力有限等形势下，随着食品加工装备、技术及生物工程技术的发展和循环经济政策的实施，如何对畜禽骨资源进行精深加工和高值化利用，开发新型、绿色、天然食品及食品添加剂已成为当下畜禽骨资源综合利用的一个重要方向[5]。本文主要介绍了畜禽骨的资源概况，探讨了国内外畜禽骨综合利用现状，并对畜禽骨的高值化应用前景进行了分析，以期为更好地开发利用畜禽骨资源提供参考。

1 骨的结构和组成

骨是动物的结构器官，脊椎动物骨包含软骨、坚硬骨、骨髓等几种类型的组织，主要由骨膜、骨质和骨髓三部分构成。其中，骨膜是覆盖在骨骼表面的一层结缔组织膜，内含丰富的神经和血管，起营养骨质的作用，同时，骨膜内还有能增生骨层，使受损的骨组织愈合和再生的成骨细胞。骨质根据构造的致密程度分为骨松质和骨密质。骨松质位于骨内层，较为疏松多孔，外层较坚硬致密，为骨密质。骨髓分黄骨髓和红骨髓。黄骨髓主要为脂肪，红骨髓是造血的器官，含血管、细胞较多，成年动物体内的黄骨髓含量较多，而幼龄动物体内的红骨髓含量多。骨的化学成分主要是有机物和无机物，有机物主要为蛋白质，赋予骨一定的韧度，而无机物主要为钙质和磷质，使骨具备一定的硬度，因此骨既有韧度又有硬度[6]。

2 骨的营养价值

畜禽骨在胴体重量中的比例分别为：猪骨12%～20%，牛骨15%～20%，羊骨8%～17%，鸡骨8%～17%。畜禽鲜骨中富含蛋白质、脂肪和矿物质等营养成分，表1 为部分畜禽骨、肉与其他食物主要成分含量的对比。数据表明，骨中的蛋白质和脂肪含量可与鲜肉媲美，主要营养成分及含量指标接近于甲鱼[7]。

2.1 优质的蛋白质

新鲜畜骨中蛋白质含量为11%～15%，以胶原、骨胶原及软骨素为主，约占90%。其中，胶原蛋白对机体和脏器起着支持、保护、结合及形成间隔等作用，是一种较为全价的可溶性蛋白，生物效价高。研究表明，摄取一定量的胶原蛋白有加强皮层细胞代谢和延缓衰老的作用。构成骨中蛋白质的所有氨基酸，比例均衡，属于优质蛋白质，包含8 种人体必需的氨基酸[8]。骨中的氨基酸及其衍生物既是重要的活性物质，又是食品的主要风味成分，如谷氨酸钠（C5H8NNaO4）具有鲜味，有些氨基酸还具有酸味、甜味、苦味等，所有这些呈味物质都赋予了骨制品鲜美的味道。

2.2 合理的脂肪酸比例

畜骨中脂肪含量高，是重要的动物脂肪源。骨中含有的脂肪酸比例较为合理，饱和脂肪酸主要有软脂酸（16：0）和硬脂酸（18：0），不饱和脂肪酸主要有油酸（18：1）和亚油酸（18：2）。饱和与不饱和脂肪酸含量比例近1 ∶1，符合营养协会DRIs 推荐所摄入脂肪酸的组成比例。骨中还含有微量的豆蔻酸（14：0）、豆蔻油酸（14：1）、棕榈油酸（16：1）和亚麻酸（18：3）等不饱和脂肪酸，各种脂肪酸具有的特殊香味和滋味都可赋予骨制品特殊的风味[4]。

2.3 丰富的矿物质

畜骨中含有丰富的矿物质，如钙（Ca）、磷（P）、铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、镁（Mg）、钠（Na）和钾（K）等的盐类。Ca 在物质代谢、生命维持等方面起着极为重要的作用。在骨中，Ca 的存在形式主要是羟基磷灰石结晶[Ca10（PO4）6（OH）2]和无定形磷酸钙（CaHPO4）两种骨盐。Ca 和P 是骨盐中主要的无机成分，属于人体必需的常量矿物元素[9]，且其比例（Ca ∶P ≈2 ∶1）是人体吸收Ca、P 的最佳比例，是理想的天然钙源，尤其适于婴幼儿补钙。骨中含有的丰富微量元素如铁（Fe）、钴（Co）、铜（Cu）、锰（Mn）、硅（Si）、钒（V）和锌（Zn）等也是人和动物所必需的。其中含量最高的是Fe，其含量约为同种肉类的3 倍。相对于植物食品中的Fe 而言，动物性食品（尤其是肉类及其副产物）中的Fe 较易被吸收利用，适用于补血。

2.4 其他营养成分

鲜骨中还含有多种生物活性物质，有丰富的脑组织发育不可缺少的可加强皮下细胞代谢的磷脂质、磷蛋白；有防衰老、抗肿瘤、抗凝血、抗炎症及降血脂等生理活性的硫酸软骨素（酸性粘多糖）；还有促进肝功能的蛋氨酸和神经传递物质等活性物质；此外，畜骨中还有维生素A（VA）、维生素D（VD）和维生素B1（VB1）、维生素B2（VB2）和维生素B12（VB12）等。其中，VB12是唯一含有矿物质磷的维生素，对维持骨骼硬度起着重要作用[10]。畜骨中的维生素还可用于食品的保湿、乳化和祛除异味，在化妆品中，可调节皮肤的细胞代谢促进营养的吸收、保持水分和改善发质等，因此，畜骨是名副其实的营养宝库。

3 畜禽骨加工利用简况

3.1 国外加工利用简况

动物鲜骨的开发利用起步较晚，直到20 世纪80年代才逐渐受到世界各国的重视[11]。其中英国、丹麦、瑞典、美国和日本等一部分发达国家起步相对较早，丹麦、瑞典等在20 世纪70 年代成功研制出畜骨加工机械，并研发出了骨泥、骨粉等产品，骨利用率几乎达到100%；而后很快在日本、美国等国家得到推广，且迅速走在世界前列，骨产品市场十分活跃[12]。日本从20 世纪80 年代开始成立了“有效利用委员会”等有关组织，该国还通过超微粉碎机开发出了食用骨糊、骨粉、骨胶等营养丰富的系列食品，产品销售遍及亚、澳、欧等地区。20 世纪80 年代，美国连珠公司开发出Linproll（林谱诺）可溶性蛋白。随后，前苏联从骨中提取了食用蛋白干品；英国用鲜骨研制出了生产高质量蛋白质、骨质磷酸盐和脂肪的方法，并应用于食品中；丹麦运用酶法酶解动物骨头，生产食用蛋白粉和明胶[7]。进入20 世纪90 年代，欧洲和美国等相继利用高新技术研发骨糊产品，如肉肠产品、老年食品、儿童食品等，其市场价格并不低于肉食品，却大受欢迎。日本将猪骨、牛骨、鸡骨和鸭骨加工成骨味素、骨味汁、骨味酱和骨松等系列产品，并将其加入汤类、调味品食品中，骨味食品发展为全社会的高级营养保健品，风靡东南亚。日本东京国际贸易株式会社还生产出了骨汤，供社会需要，同时利用骨头提取物作为营养强化剂生产功能性食品[13]。21 世纪以来，国外对骨资源的研究主要集中在完善骨泥及骨粉工艺、提取骨蛋白、制备骨多肽等方面；近年来，骨素及骨提取物在食品调味料生产、开发生物态补钙制品方面的开发利用逐渐成为研究热点。

3.2 国内加工利用简况

虽然我国在骨类食品开发方面起步较晚，但研究人员也做了不懈的努力，从20 世纪80 年代开始，陆续引进丹麦、瑞典和日本等肉类加工发达国家的先进技术，并取得阶段性进展。20 世纪80 年代末，一批研制骨泥加工机械的工厂和科研单位先后涌现，如山东泰安市农科所、长春饮食机械厂、长春市食品工程应用研究所和黑龙江商学院等[3]。20 世纪90 年代，我国四川、山东等地开始加工骨泥，之后陆续有许多企业开展对鲜骨的加工利用。1995 年，由漯河双汇生物工程技术公司从日本引进了首条以动物骨为原料，加工生产骨提取物的全套生产设备，是我国骨提取物生产的首创[14]。同时期，南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所（现为国家特种超细粉体工程技术研究中心）研制出了超微细加工设备，实现了鲜骨超细化加工，产品粒径小于5 ～10 μm，且性能优异。2014 年，由中国农业科学院农产品加工研究所主持，山东悦一生物科技有限公司等6 家单位共同完成的“骨素加工关键技术装备研发与应用”项目在骨素热压高效抽提、真空梯度膜浓缩偶联等方面实现了技术突破与创新，在原料骨前处理、骨素热压抽提、骨素衍生化加工关键装备研制等方面实现了自主创新，整体技术水平达到了国际领先水平。目前，众多大型屠宰与肉类加工企业，如双汇、金锣、独凤轩、得利斯、河南大用及佳品佳味等均已建立骨加工生产线，其中双汇、金锣等企业可工业化生产骨素[2]。近十几年来，我国的广大科研单位和企业对骨提取工艺不断优化，技术不断进步，如酶解技术获得更高的得率，利用常压提取技术获得风味更自然的骨汤产品等。在畜禽骨开发利用装备、关键技术水平上，我国已获得了长足的发展，正逐渐拉近与技术先进国家的距离，且部分技术还走在了世界前列，如热压抽提技术、膜浓缩技术等新型技术，此外，我国利用鲜软骨生产的硫酸软骨素也达到国际水平，驰名海外市场。

4 畜禽骨产品的开发

4.1 骨粉

骨粉是指以畜骨为原料制成的粉状产品。因骨骼中含有丰富的畜禽生长与代谢所需的重要活性物质，故若将畜禽骨加工成骨粉，同样具有丰富的营养成分。食用的骨粉不仅可以添加到食品中，制成骨粉饼干、挂面等骨食品，且可制成保健品，如骨髓壮骨粉、骨精及各种钙制剂等。还可作为肉味香精的前体，通过美拉德反应制成风味各异的肉味香精，前景十分广阔。但为了提高人体对骨粉营养成分的吸收与利用，骨粉在被应用于食品加工前，还需进行必要的改造和处理以提高其使用价值[15]。由于工艺的合理性对骨粉的品质和利用都有着重要影响，故其工艺需要不断改良，如在骨粉加工中，常用超细微粉碎代替常规粉碎，使刚性的骨骼粉碎细化，得到超细骨粉，其粒径比一般骨粉的粒径小得多，物理变化最大限度地保留了骨中天然营养成分，故较容易被人体吸收。超细骨粉广泛应用于餐饮、休闲、方便、膨化、保健食品及调味香精等，如补钙食品、快挂面、香肠、锅巴、薯片和元宵等[16]。

4.2 骨泥

骨泥是根据动物骨的构成特点，采用不同的粉碎原理，针对不同组分进行粉碎及细化制得的产品。近年来，骨泥系列食品已成为国际市场上的一种新型营养食品。骨泥不仅充分利用了骨上附着的肉，还获得了骨中的蛋白质、钙以及骨髓中对人体有益的软骨素、磷脂质、丰富的氨基酸和多种人体必需维生素及微量元素。一些国家和地区已将食品应用的骨泥用于制作骨泥酱、肉丸、肉松、肉脯和灌肠，抑或是作为营养强化剂添加到糕点和饼干中，制成软糖、汤圆、富钙骨泥膨化营养米果等，也可配以适当的蔬菜、香辛料搅拌成馅，可制成速冻包子、饺子、烧卖等食品，方便快捷，休闲又补钙。通过超微粉碎骨泥加工技术生产的食用骨泥广泛应用在动物罐头食品、高温肉制品中，是我国近年新发掘的食物源。骨泥不仅可替代肉食或作为营养剂添加到肉制品、仿肉制品或肉味食品中改善营养，且开辟了一条极为有效的补钙捷径[17]。

4.3 骨素

骨素又称鲜骨抽提物，是以畜禽骨、鱼骨副产物为原料，借助食品分离提取技术，获取畜禽骨或鱼骨中的骨胶原蛋白、矿物质等营养成分，再经脱脂和相关衍生化加工而得到的一类骨源食品[18]。由于在骨素抽提中部分蛋白质分解，降解为相对分子质量较低的多肽物质和具有生物活性的游离氨基酸，因此富含多样营养物质，如人体所必需的赖氨酸和蛋氨酸含量特别丰富，同时含有钙、磷及大脑不可缺少的磷蛋白、磷脂质等。这些成分经过降解，变成易溶于水的小分子物质，更易被人体消化吸收，因此骨素营养非常丰富。骨素中天然鲜味物质含量非常高（主要是谷氨酸盐），能最大限度地发挥氨基酸的呈味、呈鲜功能，且骨素中还含有重要的香气成分及其他呈味物质，不仅保留了畜禽肉中天然的香气成分，还具有浓厚的口感，可赋予产品自然柔和的风味，被广泛应用于方便面（调味包）、火锅底料及肉制品等产品的生产中[19]。此外，骨素还可作为肉类调料和香精生产的原料，或是最终消费品，如各类骨汤及骨调味料，其开发利用市场前景广阔。

4.4 硫酸软骨素

硫酸软骨素是从动物软骨中提取的粘多糖类物质，主要分为硫酸软骨素钠盐和硫酸软骨素钙盐等，其中以硫酸软骨素钠盐最为常见。硫酸软骨素由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰-D 氨基半乳糖以1，3-苷键连接形成二糖，二糖单位之间以β-1，4-苷键连接而成，分子质量为25 000 ～30 000[20]。据报道，硫酸软骨素参与细胞分化、增殖、迁移、形态发生、细胞间的相互识别、炎症调节以及神经网络的发育、再生和可塑性等许多生物学过程和病理过程的调控，在抗癌转移、促神经细胞生长等方面也显示出了潜在应用前景。此外，硫酸软骨素钠盐在防治心血管疾病、关节病神经痛、偏头痛及改善老年退行性关节炎、风湿性关节炎等很多方面发挥着重要的作用，是目前市场上较为重要的生化产品。据报道，全球大约有3.55 亿人患有多种关节病，我国的骨关节炎患者也有1 亿以上，且发病率还在增加。近年来，随着硫酸软骨素的用途不断扩大，国际市场需求旺盛[21]。

4.5 胶原多肽

胶原多肽是由骨胶原或者明胶经蛋白酶等降解处理后制得的具有较强的水溶性的一类多肽混合物，因经过净化提纯、酶解、过滤和浓缩等工艺处理后发生了分子链断裂，故易被人体吸收[22]。胶原多肽具有特殊生理功能，可抗高血压、抗氧化、抗衰老、治疗胃溃疡、预防与治疗关节炎及骨质疏松、促进皮肤胶原代谢及促进矿物质吸收等[23]。据中国居民营养与健康状况调查显示，我国居民钙摄入量不足，普遍存在缺钙现象，传统的补钙制剂存在缺陷。近年来，许多学者研究胶原多肽螯合钙，为补钙产品提供了新思路，胶原多肽作为其原料的一部分，与钙螯合后可以帮助钙的转运和吸收，被一起摄入后兼补了两种营养素。此外，胶原多肽还具有良好的加工特性，作为一种天然的生物资源，其高度的生物相容性和可降解性使其他高分子材料望尘莫及，且欧洲食品安全局（EFSA）已经证实其安全性。将胶原蛋白肽制成药物包衣，不仅无毒害，达到使药物缓释的作用，同时在摄入药品时一并摄入胶原蛋白肽，一举两得，而且能有效解决环境白色污染，充分利用生物资源。故已成为食品、化妆品、医疗及新型生物材料等领域的“新宠”。

4.6 明胶

明胶是胶原在剧烈的外力作用下，如高温、酸和碱等，造成胶原的共价键和氢键断裂，空间结构中三股螺旋解旋生成的无规则卷曲变性产物。明胶为白色或淡黄色半透明的薄片或粉状物，无臭、无特殊味道。明胶的氨基酸组成和胶原相同，其中脯氨酸和羟脯氨酸的含量最多，同样具有良好的生物相容性[24]。明胶的蛋白质含量在80%以上，除营养价值高外，还具有优良的理化性能，其不溶于冷水，但能慢慢吸水膨胀软化，当吸收约为自身体积2 倍的水时，加热至40 ℃便融化成溶胶[7]。明胶被广泛应用在食品、医药、照相胶片、造纸、印刷、炸药和电镀等工业及家具生产等方面。例如，在食品工业中，通常用作胶冻剂、乳化剂、澄清剂、粘合剂和稳定剂等，还可用于腊肠肠衣、肉冻、软糖、酱类和明胶菜食等的制作；医药上用来制丸剂、胶囊、膏药；此外，还可用作微生物的培养基、木器粘合剂、织物糊粘等，故明胶比骨胶具有更高的实用价值[25]。

4.7 骨油

骨油是以畜禽骨为原料，通过破碎、提取、精制分离和后序过程而得到的一种动物油脂[26]。畜骨中含油脂10%左右，骨油的加工一般采用水煮法、蒸汽法和有机溶剂抽提法等3 种较传统但成熟的工艺[27]。一般情况下，专门提取骨油作为食用骨油的生产企业较少，骨油大多数情况下作为骨素提取的副产物。骨油是一种宝贵的化工原料，可用于制造润滑油，广泛运用在国防用品、仪表仪器、精密机械等行业中；还可作为生产甘油、硬脂酸和肥皂等的原料；质量较好的骨油可食用。食用畜禽骨油中含有大量的不饱和脂肪酸及磷酸酯，食用后不积存，可防止肥胖症，是一种新型的保健油脂，骨油还可用于制造人造奶油、方便面食品的调味包及加工成营养高、使用方便的调味油，产品色泽新鲜，具有较好的口感。

5 结语

我国是畜禽生产大国，骨骼作为畜禽屠宰后的主要副产物，其综合利用效果对畜牧业、食品工业等相关产业的健康发展有重要影响。虽然近年来我国畜禽骨利用水平逐渐提高，但其在产品的技术创新及产品的科技含量方面还不高，生产发展中仍然存在一些亟待解决的问题，如原料骨收集困难、优良科研成果转化的规模效益还不够理想、我国居民对骨类产品认识还不够充分以及产品相关标准还不健全等。针对以上存在问题，国家及相关部门应该在政策、科技、市场等方面加强畜禽骨综合利用的扶持力度，例如，在综合利用关键技术、装备研发及人才培养方面，加大资金投入、科技研发，加快产业发展；加强畜禽副产物加工企业与高校、科研院所的合作交流，提升畜禽副产物精深加工技术研究与创新能力，促进优秀的科研成果转化为现实的生产力；打造规模化、集约化的屠宰厂，做好骨的收集工作，防止骨的污染变质；充分发挥行业组织作用，鼓励行业组织积极参与国家、地方有关政策法规、食品安全标准的制（修）订工作；加强畜禽骨及其产品价值的宣传和普及，提高消费者认识度和认可度[28]。21 世纪的经济发展是以资源高效利用和循环利用为核心的，利用畜禽骨生产高附加值、高科技含量的产品成为未来发展趋势，具有广阔的市场前景和发展潜力。