骨渣的综合利用

虞欢欢，肖懿雪，皮汶灵，冉志文，邢 巧，胥正浩，王 锴

(重庆第二师范学院生物与化学工程学院，重庆 400067)

0 引言

在肉类的加工过程中，往往会获得大量的骨头，其中残留的一部分鲜肉难以用人工方法去除，这种残留鲜肉的骨头通常被称为骨肉或肉骨，经初步破碎后俗称为骨渣[1]。骨渣是目前我国在畜牧养殖过程中最主要的副产品之一。它富含多种营养成分，如蛋白质、脂肪和矿物质等，具有较高的营养价值。但骨渣常被认为是一种廉价的产品，或作为肥料，或加工为骨粉作为饲料，有些甚至被直接丢弃，而中国作为当今世界上肉食消费量的一个大国，每年都会有将近1 000万t的各类禽畜骨头无法得到有效利用[2]。这不仅是对骨资源的巨大浪费，还对环境造成了严重的污染。因而，如何高效加工利用骨渣已成为人们非常关注的研究课题，为此国内外学者对其做了大量的研究。本文对国内外骨渣的相关研究进行梳理，以期为进一步对骨渣中营养物质的开发利用提供一定的参考。

1 骨渣的营养及利用价值

在对畜禽骨的逐步深入研究中，人们发现其中含有非常丰富的营养物质[3]，如表1所示。除此之外，还含有大量矿物质、骨胶原、软骨素以及VA、VD、VB12等，可开发利用的营养价值很高。

表1 牛、猪、羊、鸡骨渣中的主要营养成分 单位：%

骨渣中的蛋白质含量较高，经研究发现，骨蛋白的溶出物中包含了几乎全部的蛋白质和一些人体必需的氨基酸，而且其比例平衡，是一种高质量的蛋白质[4]。骨脂肪是一类优质的油脂，它含有对人体至关重要的必需脂肪酸(亚油酸)和其他各种脂肪酸。

骨渣中的营养成分与鲜肉极为相似，当中不仅包含了绝大部分鲜肉中所含有的营养成分，而且其中的蛋白质和脂类的含量已经可与鲜肉媲美，不仅如此，骨渣当中的钙、铁、磷等元素的含量更是超出肉类数倍[5]，如表2所示。由此可见，畜禽骨渣是一个货真价实的营养宝库，具有非常广阔的利用前景。

表2 猪、牛骨渣与肉的营养成分比较

2 骨渣的开发利用现状

2.1 骨素的开发利用

2.1.1 骨素概念的产生

骨素这一概念开始于1974年[6]，当时日本发生了一场石油危机，由此引发了化学调味品的价格飙升和产量暴跌。制造商们已经不再采用来自于动植物原料的自然调味料，而是采用了新鲜的骨头提取物。因其“正宗、天然、营养、可口”的特点而深受广大消费者喜爱，尤其是随着日本的消费者对食品卫生和食品的重视，其发展迅猛，成为日本现代调味品的主流，并于3～5年在日韩市场占有一席之地。漯河双汇生物工程公司于1995年从日本引进了第一套完整的动物骨提取物生产设备，并在中国率先创立了骨提取液生产工艺，那时，骨提取液还没有一个正式的名字，双汇生物公司的总经理张留安先生就将其取名为“骨素”。大家都觉得这名称既优雅，也简洁，于是就流传下来了。目前，“骨素”这个词已被广泛地称为“以动物骨提取液”为主要原料生产的一种产品。

2.1.2 骨素的提取

提取骨素的方法主要有酸法、碱法和酶法3种方法，其中最传统的方法是用相对成熟且水解彻底的酸水解，水解产物基本上是氨基酸和低分子量肽，其是肉类风味前体的合适来源[7]。但酸法大多都是基于具有强烈腐蚀作用的强酸，在温度较高的条件下反应，实验设备易被破坏，现在已经被逐渐淘汰[8]；碱处理容易引起氨基酸的外消旋反应，L-氨基酸会转变成D-氨基酸，甚至可能产生毒性作用[9]，因此在实际生产中使用很少；酶法水解由于其反应温度低、时间短、无环境污染而成为使用最广泛的一种方法。酶法生产骨素的优点主要有两点：①酶法生产的骨素味自然、圆润，品质稳定。化学调味品如味精等，虽然味道较为浓烈，但味单一，不圆润。而酶法生产的天然调味品如骨素等，则赋予了食品多层次、圆润的味道，同时也能弥补化学调味品因生产工艺等而产生的过酸、过甜、过焦等味道，这些都是化学调味品所无法达到的[10]。②工艺简单，经济效益高。相对于酸法及碱法，利用酶法生产骨素操作方便，生产周期短，又因没有引入外来的杂质，其下游处理十分简单，从而降低了生产成本，提高了经济效益。其不足之处在于利用单一的酶法生产骨素容易产生苦味，这会大大降低骨素的口感。如果要改善这种情况，可以采用内切酶和外切酶复配的方法，这样就能降低苦味，并且由于各个酶的酶切位点不同，可以产生更多的短肽，提高骨素的营养价值。不过由于各种酶的最适酶解条件不同，可能会出现一种酶将另一种酶分解的现象，从而降低了复配酶的效用[6]。因而，如何进行酶的复配已经成为酶法生产骨素的研究重点和关键技术。

2.1.3 骨素的应用

因为骨素具有良好的营养功能、理化性质和生理功能，所以它在食品中有着广泛的应用。在肉制品中，骨素与糖等物质在高温下会发生美拉德等复杂的热化学反应，产生天然、醇厚、芳香的物质，不仅赋予和提升了肉制品的肉香味，还防止了异味的产生，使肉制品口感更加鲜美可口[11]。在乳制品中，骨素可应用于椰奶、花生牛奶等果奶和其他各种乳酸饮品中，使果汁能够在原有的营养风味保持不变的基础上，提供更多蛋白质，增强了果汁的营养且更易于人体吸收。此外，加入骨素后的产品不易沉淀，稳定性得到提高[12]；在食品添加剂中，根据其固有的肉类味可将其添加到肉制品(如火腿肠、香肠等)、味精、酱类食品和糕点类中，可以有效增强食品风味[13]。骨素是深受消费者青睐的调味品，具有天然和无毒副作用等独特的优势，如今已被我国很多肉制品和方便面生产企业都用来提高自身产品的品质和档次，同时也需要不断改善骨素生产技术，以满足消费者对更高质量的需求。

2.2 骨蛋白的综合利用

2.2.1 骨蛋白的提取

畜禽骨骼中的蛋白质含量很高，杨桂苹[14]的一项研究表明，骨粉中的蛋白质含量高达35.7%。不仅如此，骨蛋白还具有较高的吸收率和生物学利用率，是一种优质的蛋白质来源。在骨蛋白的提取上，由于大多数酶法水解的反应条件都较为温和，耗费时间短，不会对环境造成污染，所得到的产物主要以多肽和L-型游离氨基酸为主，具有很高的营养价值和溶解度，且人体吸收率高[8]。因此，酶法水解骨蛋白的应用一直是众多研究者关注的焦点。如：Surowka和Fic[15]利用猪胃蛋白酶对鸡头骨酶解，确定了在温度为55℃，pH为1.5时水解效果最好，并测定了酶解液中氮的含量，得到氮的回收率约为67%；Miche Linder等[16]用酶法水解小牛骨骼，确定了最佳水解条件，成功回收了小牛骨蛋白；Beak[17]研究了酶法处理牙鳕废弃物，在将其废弃物绞碎之后，再分别用中性和碱性蛋白酶水解，确定了最优酶以及最佳反应条件，所得产物蛋白质含量高达79.97%。国内在这方面的研究有：解蕊等[18]以价廉又营养的鸡骨架为原料，利用木瓜蛋白酶水解鸡骨泥制取蛋白水解液，在实验中反应6h，水解度约为18%；谭晓怡[19]对提取出的鳕鱼骨蛋白分别用风味蛋白酶和胰蛋白酶进行酶解，通过比较二者的水解度和氮回收率得出风味蛋白酶的酶解效果较好，但得到的水解液苦味值均较大；王朝旭等[20]开展了酶法水解鲜猪骨的研究，确定了胰蛋白酶的水解效果最好，最适条件是温度为50℃，pH值为7。李帆等[21]通过对比中性蛋白酶、菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶对牦牛骨的水解能力，确定了水解能力最强的是木瓜蛋白酶，在反应时间为8h，温度为60℃的最佳反应条件下，牦牛骨蛋白的水解度可以达到8.53%。由此可见，我国对鱼和牛骨蛋白酶解利用研究较多，而对其他动物骨利用报道较少，因此酶解羊等其他动物骨以及如何去除苦味，提高水解产物品质，将是下一步研究的方向。

2.2.2 骨蛋白的利用

胶原蛋白在骨蛋白中占有主导地位，它除本身具有加强皮下细胞代谢能力、延缓皮肤衰老的作用[22]外，其水解物胶原多肽更是极大程度上发挥了胶原的各种功能，比如：保护胃黏膜，抵抗溃疡以及抑制血压升高[23]等。我国的骨资源很丰富，蛋白质资源却比较紧缺，所以要充分利用好骨中的蛋白质。目前骨蛋白质的利用按加工方式可分为以下2种：①将动物骨加工成粉末、纸浆或糊状直接利用。②通过一定的提取工艺，将动物骨中的蛋白质进行提取后再加以利用。如：何建军[24]制备出了淡水鱼露，鱼露是一类由水产品生物发酵加工而成的高档氨基酸调味品。实验中，研究者们采用酶法分解小杂鱼和链鱼下脚料中的蛋白质，再通过恒温发酵得到淡水鱼露，基于传统自然发酵方法的基础上，缩短了生产周期，降低了产品盐分，提高了产率。周涛等[25]开发了一种理想的蛋白质强化剂，通过将木瓜蛋白酶与胰蛋白酶混合后再对鲐鱼下脚料进行酶解，控制水解液的水解度在30%左右，最终得到的低分子肽制品无苦味且水溶性好。余杰、陈美珍[26]研制出一种营养丰富、海鲜风味浓郁的海鲜调味料，运用中性蛋白酶与木瓜蛋白酶双酶混合对鳗鱼头进行水解，明确了以水解鱼蛋白为基料制备风味调料的最适配方。丹麦1992年生产出一款优质的肉骨蛋白粉，在58℃～62℃条件下用中性蛋白酶处理骨骼和碎肉，再用常规方法加工出优质肉骨蛋白粉，该实验证明了将酶工程技术引进食品工艺的可行性[27]。以上可以看出，蛋白质水解物通常是被开发成营养强化剂用于增强食品的蛋白质水平，或调配成调味品、汤料来给食物增鲜，途径较为单一，并且远远没有达到骨蛋白所应具备的利用价值。开拓酶解蛋白物新的应用途径，提高骨蛋白的附加值仍是应重点研究的方向之一。

2.3 骨钙的开发利用

2.3.1 骨钙的提取

动物鲜骨中富含各种营养素，可利用钙质含量可以达到19.30%，且氨基酸和脂肪酸的种类繁多，是一种十分宝贵的食物资源。但骨骼中的钙是以羟磷灰石结晶形式存在的，该晶体由磷酸钙在胶原纤维上沉积而成，几乎不溶于水，常温下亦难溶于酸或碱[28]，所以骨中丰富的钙质很难被人体直接利用和吸收。为了提高人体对骨钙的充分吸收和利用，有必要在动物骨加工之前对其进行处理，以提高其食用价值。提取骨渣中的可溶性钙的方法通常为酸法、碱法、酶法和微生物发酵法。朱迎春等[29]选用盐酸、乳酸、乙酸、柠檬酸来提取骨渣中的钙，发现利用3 mol/L的盐酸在高压下可获得最大的钙转化率(76.80%)，可溶性钙溶出率为22.45%，不过其得到的产物盐含量高，可能会影响进一步开发利用。碱解法不但会破坏大量蛋白质，而且由此产生的产物会与肠道中的草酸、植酸等其他物质发生反应，形成沉淀，不利于人体的消化和吸收[30]。酶解法可大大提高骨的营养价值和功能特性，但酶解产生的有机物会阻碍进一步水解，致使提取率较低。微生物发酵则可以利用肠道有益菌——乳酸菌[31]来发酵骨渣，释放出骨渣中的可溶性钙。同时，乳酸菌是肠道有益菌，可大大改变肠道的消化吸收功能，有利于钙的吸收。唐勇等[32]利用肠道有益菌对超微粉碎骨进行发酵，实验表明骨粉的粒径越小，蛋白质的水解率越高，最高可达63%，为后续猪骨的深度开发利用与相关补钙制品的研制提供了理论基础。骨中的可溶性钙被提取后通常情况下会被用来制成像氨基酸钙、乳酸钙、有机酸钙等钙制剂。骨渣被人们视为一种天然钙源，需要进一步去研究才可以开创骨渣利用的新局面。

2.3.2 骨钙的应用

钙是人体内必不可少的元素，在人体生长发育过程中起着不可或缺的重要作用。研究证明，在儿童期、青春期及成年早期，摄入适量的钙有助于获得最佳的骨密度峰值；而中老年人摄入足量的钙可降低骨量的丢失速率。市场上的补钙剂主要成分常为碳酸钙，但其很难被人体吸收。骨渣中的钙含量高且易于吸收，对骨钙的加工利用，不光满足了人们的生理需求，也反映了人们对食品多样化的追求。在国内的相关实验研究中，许顺干[33]以鱼骨为原料，经高温、皂化、脱脂、除胶、脱臭等工艺制备了钙制剂，通过临床试用表明，淡水鱼骨粉钙剂具有良好的钙吸收率；毕景硕等[34]采用新鲜鹿骨进行粉碎酶解试验制成了超微鹿骨粉，采用单因素及正交试验设计，确定了中性蛋白酶用量为16 000 IU，底物浓度7%，酶解时间为4h时，酶解液的水解度最高，酶解后所得超微鹿骨粉的钙含量增加，达到了增加骨钙溶出率的目的；邵明栓等[35]开发了鲶鱼骨粉，以鲶鱼骨为实验材料，对鲶鱼骨粉进行脱脂处理，再采用柠檬酸和苹果酸酸化；孟昌伟[36]在斑点叉尾闽鱼排下脚料的基础上研究获得了复合氨基酸螯合钙和骨胶原多肽螯合钙，两种螯合钙的补钙效果在血液和股骨计量学各项指标中均显示效果较好。实验过程中，首先采用复合酶水解去除了鱼排上残留的肉，其次分别通过酸解和酶解从鱼骨中提取出骨胶原复合氨基酸和骨胶原多肽，最后在一定的条件下与Ca2+进行鳌合制得成品。骨钙除被用作制成如骨钙粉和螯合钙等补钙剂外，还可作为鱼糜凝胶的增加剂。有研究表明，将鱼骨粉加入鱼糜后，其中的钙离子可以激活内源性转谷氨酰胺酶(TGase)，并催化鱼肉肌球蛋白使之发生共价交联，增强凝胶强度，这对于缓慢加热或在低温下凝胶化加热的凝胶增强效果尤为明显[37]。

2.4 其他物质的开发利用

骨渣中不单含有大量的蛋白质和钙，还有着丰富的脂肪、骨胶和硫酸软骨素等营养组分。骨中的油脂含量为5%～15%，大多数情况下都被人们加工作骨油用。工业中用的骨油，颜色一般呈棕色，味道难闻且易腐败，普遍用来生产肥皂、甘油或硬脂酸等；少量用无污染骨制得的骨油可用于生产奶油等食品工业中[38]。常用的骨油生产方法有水煮法、蒸汽法和抽提法，这些方法虽然比较成熟，但耗能大，出油率少。骨胶的强度高，黏结性好，容易定型，被广泛应用于纺织业、印刷等行业，可用作黏结剂和施胶剂。骨胶还是医药、食品、感光材料等不可缺少的原材料[28]。硫酸软骨素是一种广泛分布于动物软骨、喉骨和鼻骨中的酸性粘多糖。其外观呈白色，无臭无味，易溶于水，具有吸水性。硫酸软骨素普遍应用于医药行业，以它为原料制成的药品可用于医治牛皮癣，降低血液中胆固醇含量，缓解关节疼痛，预防动脉硬化和减少心脏病发生[39]。

3 结语

当前，我国对于骨渣的加工工艺还处于较为传统的阶段。尽管许多骨制品已经成为工业生产的重要原料，但由于加工方法的局限，其附加值并未得到明显提升。像调味料、补钙剂等，用途有限，产品形式也比较单一。其实骨渣中的许多营养物质都远远没有达到其应用价值，因此要提高对其营养价值的认识，充分开发利用，这样既可解决动物废弃物的处理问题，带动绿色环保，又能提高人们日常膳食的营养水平。随着国家“三孩”政策的开放以及“两型”社会建设理念的提出，骨资源的开发利用特别是在儿童食品中的应用前景广泛，将进一步带动骨类产品需求量的上升。相信随着我国科技的发展，在不久的将来，骨制食品的市场将更加琳琅满目。