解析乳及乳制品中添加皮革水解蛋白問題

趙 洋，吳 穎，路 勇，馮 楠

(1.中國皮革和制鞋工業(yè)研究院，北京100016;2.北京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，北京100029;3.北京市食品安全監(jiān)控中心，北京100041)

解析乳及乳制品中添加皮革水解蛋白問題

趙 洋1，吳 穎2，路 勇3，馮 楠3

(1.中國皮革和制鞋工業(yè)研究院，北京100016;2.北京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，北京100029;3.北京市食品安全監(jiān)控中心，北京100041)

我國食品安全問題日益突出，其中乳制品摻假問題也倍受關注。乳及乳制品中添加皮革水解蛋白，對乳品的生產(chǎn)和消費產(chǎn)生很大負面影響，嚴重阻礙行業(yè)的發(fā)展。本文對乳及乳制品摻假的原因，皮革水解蛋白的提取工藝、特性、應用、對人體健康的損害、相關禁用限用法規(guī)、檢測分析方法等方面進行了系統(tǒng)解析。

乳及乳制品，皮革水解蛋白，乳品安全

Abstract:The problems of food safety are becoming more and more important，especially for adulteration in dairy products.The leather protein hydrolyzate added into milk and dairy products has very tremendous negative influence to the dairy product production and the consumption which is also a serious obstacle to development of the industry.The reasons for adulteration in milk，extraction technology，characteristics，applications，harm to health，restriction rules related as well as the testing methods of leather protein hydrolyzate were analyzed.

Key words:milk and dairy products;leather protein hydrolyzate;dairy safety

乳及乳制品中含有許多促進人類生長發(fā)育及維持健康水平所必需的營養(yǎng)成分，乳品工業(yè)在我國得到迅速發(fā)展，但是一些企業(yè)為謀取暴利，在乳及乳制品中添加有機化工原料、不合法的動植物蛋白等，以提高蛋白質(zhì)含量。2008年發(fā)生的“三聚氰胺”事件讓整個乳品產(chǎn)業(yè)瀕臨崩潰，同時也導致中國大量乳制品出口受阻。然而，時隔不到一年，國內(nèi)某企業(yè)向奶粉中添加皮革水解蛋白的重大違法事件再次被報道，使得尚處于恢復期的中國乳業(yè)再起波瀾。摻假乳不但降低了乳產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，還可能引起食物安全問題，直接影響了奶農(nóng)、生產(chǎn)廠家和消費者的利益。全社會強烈質(zhì)疑中國乳品質(zhì)量、譴責造假企業(yè)的同時，由于一些未經(jīng)深入調(diào)查、片面、不負責任的報道和炒作，使“皮革水解蛋白”成為眾矢之的，在聲討中掩蓋其本身的功用和價值，對其行業(yè)造成聲譽和經(jīng)濟的巨大損失。本文擬從乳及乳制品摻假的原因、皮革水解蛋白的提取工藝、特性、應用、對人體健康的損害、相關禁用限用法規(guī)、檢測分析方法等方面，全面、系統(tǒng)解析引起社會廣泛關注的乳及乳制品中添加皮革水解蛋白問題。

1 乳及乳制品摻假的原因

目前，國內(nèi)乳品企業(yè)的競爭集中于奶源的爭奪及質(zhì)量管理，并逐步實行以質(zhì)論價來控制原奶的質(zhì)量。蛋白質(zhì)含量、乳脂率、非脂干物質(zhì)含量是三項重要的計價指標。一些企業(yè)為了以低值成分冒充高值成分，摻水增重后再加植脂末、蛋白粉、有機化工原料來提高乳的比重及蛋白、脂肪含量。

乳蛋白是一種全價蛋白，在乳中含量為3.0%～3.5%，由18種以上的氨基酸組成，是接近完善的蛋白質(zhì)。它的主要作用是為初生動物提供氨基酸和氮。乳蛋白是乳營養(yǎng)中最重要的部分之一，其含量是現(xiàn)在許多原乳收購計價系統(tǒng)的基礎之一。由于乳及乳制品中蛋白含量要求較高且相對固定，因此，在乳粉尤其是在嬰幼兒配方乳粉中摻入皮革水解蛋白來冒充或替代乳蛋白，能很大程度降低生產(chǎn)成本。與三聚氰胺不同，盡管三聚氰胺俗稱“蛋白精”，但并非真正的蛋白質(zhì);而皮革水解蛋白是經(jīng)化學、生物技術處理，水解出皮革中原有的蛋白(膠原蛋白)，所以，添加在乳及乳制品中更為隱蔽，檢測難度更大［1］。此外，在常規(guī)檢測中，實驗結(jié)果是乳及乳制品中全部蛋白質(zhì)含量，無法顯示乳蛋白的實際含量。

2 皮革水解蛋白的提取工藝

傳統(tǒng)的制革工業(yè)在生產(chǎn)過程中僅產(chǎn)生占原料皮重20%左右的成品革，同時卻產(chǎn)出占原料皮重60%以上的固體廢棄物，其中蛋白質(zhì)的含量在30%以上，而膠原蛋白占蛋白質(zhì)含量的90%以上，主要為Ⅰ型(目前已證實存在的膠原蛋白有19種)［2］。隨著分子生物學的發(fā)展，人們對膠原蛋白的認識更加深入，其應用領域也更加廣泛。將膠原蛋白從革屑中提取出來加以利用是解決制革工業(yè)污染、提高廢棄物利用價值的一個重要途徑。早在1928年，意大利科學家已經(jīng)從皮革廢棄物中提取膠原蛋白;幾十年來，國外學者對此進行了廣泛的探索，而我國自80年代后期開始相關方面的研究。

脫除鉻鞣革(單獨使用鉻鹽，或是用少量只是輔助鉻鞣過程的其它鞣劑與鉻鹽一起鞣制的皮革，其它鞣劑的用量不足以改變鉻鞣革的特性，其革呈藍綠色)中的鉻以及將皮質(zhì)中的大分子鏈處理成適當?shù)亩屉牡鞍资翘崛∧z原過程中兩個關鍵的問題。根據(jù)所采用的脫鉻劑或處理劑的不同，可以將提取工藝分為酸法處理、堿法處理、氧化法處理和酶法處理四種。酸法處理的原理是在酸性條件下使鉻配合物的水解和配聚平衡向解聚方向進行，配合物的分子變小，失去鞣制作用，達到脫鉻的目的;堿法處理是利用游離的羥基與鉻的配位能力遠大于膠原羧基與鉻的配位能力這一性質(zhì)而對鉻革屑進行脫鞣的。氧化法是用H2O2等氧化劑對鉻革屑進行處理，將革屑中的Cr3+氧化成Cr6+，使其脫鞣，再經(jīng)過漂洗、過濾，將膠原和鉻分離;酶法處理的原理是應用酶復雜而特殊的作用機理，酶水解使膠原蛋白變成小肽和氨基酸，同時將皮屑表面或內(nèi)部的鉻釋放出來，達到脫鉻的目的［2］。

3 皮革水解蛋白的特性

皮革水解蛋白中90%以上是膠原蛋白，它是組成細胞間質(zhì)的最重要功能蛋白質(zhì)，幾乎存在于動物機體一切組織中，主要富集于皮、骨、肌腱、韌帶、血管及其它結(jié)締組織。目前已證實的脊椎動物膠原達13種，彼此從遺傳學到分子結(jié)構(gòu)均不相同，最常見的是Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型膠原。下面主要分析膠原蛋白的理化性質(zhì)和適用于食品的屬性。

3.1 膠原蛋白的理化性質(zhì)

動物皮是Ⅰ型膠原最豐富的資源，Ⅰ型膠原分子長度約300nm，直徑約1.5 nm，呈棒狀，由三條肽鏈組成，包括兩條α(Ⅰ)鏈、一條α(Ⅱ)鏈，α(Ⅰ)鏈和α(Ⅱ)鏈只是在氨基酸順序上有微小差異。膠原特有的左旋α鏈相互纏繞構(gòu)成膠原的右手復合螺旋結(jié)構(gòu)［3］，其天然獨特的骨架，使得動物皮大量用于制革。膠原蛋白的化學組成，交聯(lián)結(jié)構(gòu)和螺旋結(jié)構(gòu)決定其具有一定韌性和強度。據(jù)應力－應變實驗，天然膠原表現(xiàn)出彈性態(tài)和高彈態(tài)兩個階段的高分子力學性能;無螺旋結(jié)構(gòu)的變性膠原僅表現(xiàn)出少許彈性態(tài)性質(zhì)，其斷裂拉力僅為天然膠原的一半。此外，膠原的氨基酸組成使其具有優(yōu)良的成膜能力。膠原蛋白是組成細胞外間質(zhì)的四大族蛋白之首，它不僅對細胞有支持作用，還能積極參與細胞粘附、遷移、分化和增殖等行為，因此膠原有良好的細胞適應性，有助于細胞增長，促進傷口愈合;其天然結(jié)構(gòu)特別是四級結(jié)構(gòu)，使膠原具有良好的凝聚能力，能促進血小板凝聚和血漿結(jié)塊;膠原緊密牢固的螺旋結(jié)構(gòu)使得大多數(shù)蛋白酶只能打斷膠原側(cè)鏈。只有當膠原酶存在時，膠原肽鍵才會斷裂，螺旋結(jié)構(gòu)隨即破壞，因此其具有生物降解性。

3.2 膠原蛋白適用于食品的屬性

食用級膠原通常外觀為白色，口感柔和、味道清淡、易消化。此外，膠原的一些獨特品質(zhì)，使得它在許多食品中用作功能物質(zhì)和營養(yǎng)成分，具有其它替代材料不可比擬的優(yōu)越性。首先，膠原大分子的螺旋結(jié)構(gòu)和存在的結(jié)晶區(qū)，使其具有一定的熱穩(wěn)定性;天然緊密的纖維結(jié)構(gòu)，使膠原材料顯示出很強的韌性和強度，適用于薄膜材料的制備;由于膠原分子鏈上含有大量的親水基團，所以與水結(jié)合的能力很強，這一性質(zhì)使膠原在食品中可以用作填充劑和凝膠;膠原在酸性或堿性介質(zhì)中膨脹的性質(zhì)，也被應用于制備膠原基材料的處理工藝中。此外，一些來自食品科學的研究表明，用膠原膜包裝肉食具有抗氧化作用，在保鮮冷藏和冰凍保存的解凍過程中，能減少汁液的流出［4］。氨基酸組成分析表明，皮革水解蛋白中氨基酸總量可高達90%以上，同時含有18種以上含量與生皮膠原相當?shù)陌被幔f明在生產(chǎn)過程中膠原氨基酸沒有被破壞。此外，膠原蛋白中含有7種成人必需氨基酸和2種幼兒半必需氨基酸，是一種氨基酸種類與含量豐富的蛋白質(zhì)［5］。

4 皮革水解蛋白的應用

美國早在二十世紀九十年代便開始研究從鉻革屑中提取膠原蛋白應用于飼料添加劑、農(nóng)業(yè)化肥等領域;羅馬尼亞從制革下角料中提取膠原蛋白用于皮膚醫(yī)學、藥物和獸醫(yī)等的生物材料;日本除上述利用外，還將其加工成照相底片;我國在該領域的研究起步較晚，主要用于制備食品、保健品、飼料添加劑、皮革化工原料等。

4.1 食品

一些企業(yè)在乳及乳制品中摻水增重后，添加皮革水解蛋白來提高乳的蛋白質(zhì)含量。在美國，牛皮灰皮(處于浸灰工序及浸灰完成的皮，皮已膨脹，毛已去除)碎料已經(jīng)成為食用級膠原的主要來源，大約占牛皮產(chǎn)量的10%(二層灰皮或皮屑)用于該產(chǎn)品的生產(chǎn)［4］。此外，從皮革中提取的膠原蛋白具有良好的保水性及乳化力，在肉制品中添加，不僅可改善產(chǎn)品的品質(zhì)，還可提高蛋白含量;在雞肉臘腸中添加2%的膠原蛋白和20%左右的水時，可明顯改善臘腸的質(zhì)地和口感。目前，較成熟的技術是以灰皮下腳料或皮屑為原料，乳酸酸解制取膠原腸衣。在加熱處理過程中，隨著水分和油脂的蒸發(fā)與溶化，膠原幾乎與肉食品的收縮率保持一致，彌補了天然腸衣資源嚴重不足和再生纖維素腸衣不可食用，且在蒸煮過程中無法傳遞肉類釋放脂肪的缺點。

4.2 保健品

皮革水解蛋白可作為一種補鈣劑用于保健品，原因是血漿中來自膠原蛋白的羥基脯氨酸是將血漿中的鈣輸送到骨細胞的運載工具，而骨細胞膠原蛋白是羥基磷灰石的粘合劑;它還能降低血液中甘油三酯和膽固醇的濃度，用于制作減肥降血脂的保健品［2］;膠原蛋白還具有保護胃黏膜、抗氧化活性的作用，可作為相關保健品的原料。

4.3 飼料

水解膠原蛋白作為一種高效的動物性蛋白營養(yǎng)添加劑，可替代或部分替代進口魚粉用于飼料生產(chǎn)，其飼養(yǎng)效果和經(jīng)濟效益均超過進口魚粉［6］。此外，水解皮革蛋白具有一定的黏結(jié)性，可使國產(chǎn)飼料設備生產(chǎn)的顆粒飼料的破碎率從25%降低到5%以下，且顆粒大小均勻一致，較硬實不易碎斷，顆粒外表光滑無裂紋，切口整齊，顯著提高了顆粒飼料的外觀質(zhì)量，尤其提高了水產(chǎn)餌料在水中的穩(wěn)定性，是理想的蛋白型黏合劑［7］。

4.4 皮革化工原料

利用制革廢棄物水解后提取的蛋白產(chǎn)物作為化工原料，開發(fā)新的化學品，這種在以制革為中心的皮革工業(yè)內(nèi)部的循環(huán)使用，既充分利用資源，又最大程度防止了污染。主要產(chǎn)品有蛋白復鞣填充劑、蛋白類涂飾劑和加脂劑［8］。

5 對人體健康的損害

皮革生產(chǎn)工藝復雜，每個環(huán)節(jié)需添加不同的化學、生物制劑［9］，表1為皮革生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的有害物質(zhì)殘留。

表1 皮革生產(chǎn)過程中的有害物質(zhì)殘留

值得特別關注的是皮革生產(chǎn)過程中重金屬污染十分嚴重，如果向乳及乳制品中添加的膠原蛋白提取方法不當，大量重金屬元素無法有效去除，將通過消化系統(tǒng)被人體吸收，即便是人體必需元素，如果超過某個限量也會危害健康。重金屬元素進入人體后便不再以離子形式存在，而是與體內(nèi)有機成分結(jié)合成金屬配合物或金屬螯合物，從而對人體產(chǎn)生危害。蛋白質(zhì)、核糖、維生素、激素等都能與重金屬發(fā)生化學反應，使上述物質(zhì)喪失或改變原來的生理化學功能，產(chǎn)生病變。另外，重金屬還可能與酶的非活性部位結(jié)合而改變活性部位的構(gòu)象，或與起輔酶作用的金屬發(fā)生置換反應，致使酶的活性減弱甚至喪失，從而表現(xiàn)出毒性［10］。

由于兒童對重金屬的吸收能力遠高于成人，因此在嬰幼兒乳粉中添加含大量重金屬元素的皮革水解蛋白，對兒童的機體損害尤為嚴重。

6 相關禁用、限用法規(guī)

《中華人民共和國食品衛(wèi)生法》第九條第八款規(guī)定:“禁止生產(chǎn)經(jīng)營用非食品原料加工的，加入非食品用化學物質(zhì)的食品或者將非食品當作食品”。2009年2月28日第十一屆全國人民代表大會常務委員會第七次會議通過的《中華人民共和國食品安全法》第二十八條第一款規(guī)定:“禁止生產(chǎn)經(jīng)營用非食品原料生產(chǎn)的食品或者添加食品添加劑以外的化學物質(zhì)和其他可能危害人體健康物質(zhì)的食品，或者用回收食品作為原料生產(chǎn)的食品”。GB/T 5410－2008《乳粉(奶粉)》中規(guī)定全脂乳粉、部分脫脂乳粉、脫脂乳粉等“僅以乳為原料”。2004年5月21日，衛(wèi)生部發(fā)布《關于開展非食品原料生產(chǎn)加工食品清理整頓的緊急通知》，主要針對不法企業(yè)用皮革廢料等制備食用明膠、水解蛋白，并以其為原料生產(chǎn)加工乳制品、兒童食品和其他食品。《通知》中明確指出利用非食品原料制備的明膠和水解蛋白含有多種有害殘留物，食用后將會對人體健康造成危害，要求各地衛(wèi)生部門重點對生產(chǎn)食用明膠和水解蛋白企業(yè)，乳制品和兒童食品生產(chǎn)企業(yè)進行清理，追繳查封已經(jīng)流入食品生產(chǎn)加工企業(yè)的非食品原料生產(chǎn)的水解蛋白，嚴格按照《食品衛(wèi)生法》規(guī)定進行查處，造成嚴重后果的，要移送司法機關，依法追究刑事責任。隨后，衛(wèi)生部在給浙江省衛(wèi)生廳的批復中再次強調(diào)，使用工業(yè)雙氧水、鹽酸等加工牛皮下腳料作為奶粉原料的行為違反國家相關法律、標準規(guī)定，應按照《食品衛(wèi)生法》進行查處。2006年6月1日起實施的《食品添加劑明膠生產(chǎn)企業(yè)衛(wèi)生規(guī)范》中規(guī)定:“明膠生產(chǎn)禁止使用制革廠鞣制后的任何廢料”。2009年2月4日，全國打擊違法添加非食用物質(zhì)和濫用食品添加劑專項整治領導小組發(fā)布《食品中可能違法添加的非食用物質(zhì)名單(第二批)》，其中包括添加在乳及乳制品中以增加蛋白質(zhì)含量的皮革水解物。

7 檢測分析方法

鑒于乳及乳制品中添加皮革水解蛋白對消費者尤其對嬰幼兒身體健康的嚴重損害和潛在威脅，除了制定一系列禁用、限用法規(guī)，更應積極開展研究工作，開發(fā)科學、高效的檢測方法和分析技術，加強對乳及乳制品的衛(wèi)生監(jiān)控和檢測，為相關機構(gòu)制訂標準提供科學依據(jù)。

羥脯氨酸是膠原蛋白所特有的氨基酸，在正常膠原蛋白中含量約13.4%，在彈性蛋白中含量極少，而在其他蛋白中幾乎不存在。羥脯氨酸被認為是膠原中的特征性氨基酸，是衡量組織膠原含量的特異性指標之一。因此，可以通過測定羥脯氨酸的質(zhì)量濃度再乘以相應的系數(shù)從而得到乳及乳制品中皮革水解蛋白的含量。羥脯氨酸的檢測方法有高效液相色譜法、比色法(分光光度法、氯胺T法)、電泳法、氨基酸分析儀測定法、液相色譜－質(zhì)聯(lián)用法和氣相色譜－質(zhì)聯(lián)用法等。下面簡要介紹幾種當前普遍應用、效果較好的分析檢測方法。

7.1 高效液相色譜法

高效液相色譜法具有分離度高、選擇性好、靈敏、高效等優(yōu)點，自20世紀70年代以來，開始應用于氨基酸的分析測定，也是現(xiàn)在羥脯氨酸檢測中大量使用的方法之一。隨著研究的不斷深入，柱前衍生與高效液相色譜法相結(jié)合已成為氨基酸分離和分析的有力工具，常用的方法有鄰苯二甲醛柱后衍生法、2，4－二硝基氯苯柱前衍生法和異硫氰酸苯酯柱前衍生法［11］。

7.2 比色法

比色法利用羥脯氨酸難揮發(fā)，在紫外區(qū)有微弱的吸收，沒有熒光基團等性質(zhì)進行檢測。膠原蛋白在濃酸或濃堿的條件下，經(jīng)過高溫長時間水解，徹底變成游離的氨基酸。其中的羥脯氨酸首先用氯胺T氧化生成含吡咯環(huán)的物質(zhì)，然后以高氯酸溶液除去剩余的氯胺T，加入對－二甲基氨基苯甲醛溶液作為顯色劑，生成紅色化合物，用紫外可見分光光度計測定558nm處的吸光值，從而得到羥脯氨酸的質(zhì)量濃度［12］。

高效液相色譜法和比色法存在的問題是沒有考慮摻加其他物質(zhì)對水解蛋白測定的影響，尤其是摻加含有羥脯氨酸的物質(zhì)(如尿等)。原本尿中不含羥脯氨酸，但是由于奶牛膠原蛋白的新陳代謝作用，尿中會含有羥脯氨酸。如果牛乳中摻雜了尿，那么會干擾測定結(jié)果［11］。

7.3 超聲乳成分分析法

據(jù)超聲波檢測原理研制的超聲快速乳成分分析儀是通過測定超聲波脈沖信號經(jīng)過乳介質(zhì)時的聲速及振幅衰減等參數(shù)變化來達到檢測的目。該方法可迅速檢出乳密度、蛋白、脂肪、固形物、冰點及摻水量［13］。在對添加水解動物蛋白粉的牛乳進行檢測時發(fā)現(xiàn)，超聲乳成份分析法與Foss紅外分析法、GB/T 5409－1985《牛乳檢驗方法》相比，受水解蛋白干擾最小。

8 結(jié)束語

從制革固體廢棄物中提取附加值較高的膠原蛋白，無疑是有效解決制革工業(yè)污染，充分利用資源的重要途徑，具有可持續(xù)發(fā)展的重要意義。但是，由于目前所掌握和使用的皮革加工工藝有可能引入重金屬等有害物質(zhì)，在提取技術未能將其完全去除的情況下，并不適宜將水解產(chǎn)物應用于食品中，特別是對于已經(jīng)成為人們生活不可缺少的乳及乳制品。保障乳及乳制品的安全衛(wèi)生性至關重要，這就要求生產(chǎn)企業(yè)不可一味追求低成本、高利潤的經(jīng)營模式，要時刻以消費者的切身利益為出發(fā)點;國家相關部門應加強衛(wèi)生監(jiān)督和管理，維持市場正常的經(jīng)濟秩序;最后，不同學科領域需緊密合作，以科學、嚴謹、敏銳、負責的態(tài)度進行研究，為合理解決已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和潛在的問題提供有力的技術支持。

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Analysis of leather protein hydrolyzate in milk and dairy products

ZHAO Yang1，WU Ying2，LU Yong3，F(xiàn)ENG Nan3
(1.China Leather and Footwear Industry Research Institute，Beijing100016，China;2.Beijing Products Quality Supervision and Inspection Institute，Beijing100029，China;3.Beijing Foods Safety Monitoring Center，Beijing100041，China)

TS252.1

A

1002－0306(2010)08－0377－04

2009－07－10

趙洋(1985－)，男，在讀碩士，助理工程師，研究方向:鞋類、皮革等輕工產(chǎn)品理化檢驗。

國家自然科學基金資助項目(20776154);中國皮革和制鞋工業(yè)研究院項目(2009A－02)。