豬皮超聲波乳化脫脂工藝的研究

陳麗清，陳 清，韓佳冬，馬 良，2，張宇昊，2，*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400716；2.重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶 400716）

豬皮超聲波乳化脫脂工藝的研究

陳麗清1，陳 清1，韓佳冬1，馬 良1，2，張宇昊1，2，*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400716；2.重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶 400716）

以新鮮豬皮為原料，以脫脂率和膠原損失率為評價指標，研究超聲波結合NP-10、AEO-9和SDBS等表面活性劑對豬皮的乳化脫脂效果，優化最適工藝參數。結果表明，豬皮超聲波乳化脫脂效果明顯優于單獨使用超聲波脫脂效果，其中以超聲波SDBS乳化脫脂效果最好，最適脫脂工藝參數為0.75%SDBS、脫脂時間2h、料液比1∶2.5。該條件下鮮豬皮的脫脂率可達68.67%、膠原損失率為10.01%。

豬皮，超聲波，表面活性劑，脫脂

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

我國是世界最大的豬肉生產和消費國。豬肉在生產過程中伴隨產生大量豬皮，豬皮中膠原蛋白含量豐富，約占總蛋白的80%以上。但這些副產品除一部分用于皮革、食品等行業外，大部分豬皮都未能得到很好的利用，導致資源浪費，環境污染。因此，開發利用豬皮中的膠原蛋白是我國利用豬皮下腳料的主要方向之一[1]。然而，豬皮脂肪組織發達，油脂的脫除仍是一大難題。目前所用的脫脂方法主要有壓榨法、乳化法、酶法、皂化法、有機溶劑萃取法等，這些方法存在脫脂率低、處理時間長、成本高、操作繁瑣、環境污染、膠原蛋白損失或變性等缺陷[2]。超聲波是頻率大于20kHz的聲波，它是一種波動形式，可作為探測與負載信息的載體或媒介；同時又是一種能量形式，可用于影響、改變以至破壞媒質的狀態、性質及結構[3]。作為一種能量形式，超聲波可破壞組織細胞，促進油脂外溢，提高油脂提取率（或脫除率），國內外已有許多超聲波輔助油脂提取（或脫脂）的報道[4-10]。Li等[9]研究表明，分別以正己烷和異丙醇為溶劑結合超聲波提取大豆油3h，較之單獨使用正己烷和異丙醇，油脂提取率可分別提高10.1%和16.4%。張玲等[10]研究表明，用0.3%NaOH皂化8h，豬皮的脫脂率為55.2%，而在該條件下結合超聲波脫脂（超聲波累計作用90min），脫脂率可上升至65.8%。本實驗將超聲波和乳化劑（NP-10、AEO-9、SDBS）相結合對豬皮進行脫脂處理，在盡量不破壞膠原蛋白、充分脫去豬皮中脂肪的情況下，優化超聲波結合乳化劑工藝參數，為今后膠原蛋白的提取及開發利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

豬皮 購于重慶市北碚區天生麗街永輝超市，原料獲取后洗凈，刮除表層脂肪，切成4mm×4mm小塊，凍藏于冰箱中備用；化學試劑均為分析純。

JA1003A電子分析天平 上海恒平科學儀器有限公司；KQ-100B超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；QL 901 Vortex旋渦混合器 海門市其林貝爾儀器制造有限公司；BCD-185FM冰箱 美的集團電冰箱制造（合肥）有限公司；752紫外可見分光光度計 上海箐華科技有限公司；DGX-9243電熱恒溫干燥箱 上海福瑪實驗設備有限公司；NH-8數顯恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司。

1.2 分析方法

1.2.1 豬皮基本成分測定方法 水分含量：直接干燥法，依照GB 5009.3-2010進行測定[11]；脂肪含量：索氏抽提法，依照GB/T 5009.6-2003進行測定[12]；蛋白質含量：凱氏定氮法，依照GB 5009.5-2010進行測定[13]；灰分含量：馬弗爐高溫灼燒法，依照GB 5009.4-2010進行測定[14]；膠原蛋白測定（以羥脯氨酸計）：分光光度法，依照GB/T 9695.23-2008/ISO3496：1994進行測定[15]。

1.2.2 豬皮脫脂率 豬皮脫脂率（%）=（原料脂肪含量-脫脂處理后脂肪含量）/原料脂肪含量×100

1.2.3 豬皮膠原損失率 豬皮膠原損失率（%）=（原料膠原蛋白含量-脫脂處理后膠原蛋白含量）/原料膠原蛋白含量×100

1.3 實驗方法

1.3.1 豬皮脫脂工藝流程 豬皮→清洗、去毛、刮除表層脂肪、切成4mm×4mm小塊→加入脫脂劑置于超聲波清洗器內進行脫脂處理（120W，25℃）→漂洗（以30℃純水為漂洗液）→烘干（103℃，3h）→測定殘余脂肪量

1.3.2 脫脂劑的選擇 基于脫脂劑的說明書及其在文獻報道中的使用條件[2，16-18]，分別以水、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%十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）為脫脂劑在料液比為1∶3的條件下超聲波脫脂2h，以脫脂率和膠原損失率為評價指標，篩選出脫脂效果最好的脫脂劑。

1.3.3 單因素實驗設計 豬皮脫脂單因素實驗的基本條件定為：脫脂劑濃度1.0%，脫脂時間為3h，料液比1∶4。改變其中一個條件，固定其他條件以分析脫脂劑濃度、脫脂時間、料液比對豬皮乳化脫脂效果的影響。各因素梯度分別為：脫脂劑濃度：0%、0.5%、1.0%、1.5%；脫脂時間：1、2、3、4h；料液比：1∶2、1∶3、1∶4、1∶5。每個因素重復實驗3次，結果取平均值。

1.3.4 正交實驗設計 在單因素實驗結果的基礎上，確定脫脂劑濃度、脫脂時間、料液比3因素的取值水平范圍（見表1），以脫脂率為指標，通過3因素3水平正交實驗設計進一步優化工藝參數。

表1 正交實驗的因素水平設計Table 1 Factors and levels of orthogonal test

2 結果與討論

2.1 豬皮化學組成

從表2可看出，豬皮的膠原蛋白含量近20%，占總蛋白的77%，是提取和利用膠原蛋白的理想原料。同時，豬皮中粗脂肪含量達到10%，若不充分脫除，將對膠原的提取以及皮革和明膠的制備產生不良影響。膠原中一旦有脂肪混入，無論進行中性還是酸性提取都無法除去，只能得到乳濁狀的膠原溶液[19]；制革時油脂若除去不盡，不但影響染色，成革還會出現“浸油”現象[20-21]；在明膠生產中，脂肪的存在會導致油脂凹點的增加，使明膠等級降低[22]。

2.2 豬皮超聲波乳化脫脂工藝條件的確定

2.2.1 脫脂劑的選擇 由圖1可知，超聲波單獨使用脫脂率為40.96%，而三種脫脂劑結合超聲波乳化脫脂的脫脂率均在49%以上。可見表面活性劑和超聲波組合脫脂的效果要明顯優于單獨使用超聲波的效果。超聲波作用不僅可以使豬皮脂腺組織受破壞、大部分游離脂肪細胞破裂，油脂外溢，還能促進油脂的乳化和分散[16-17，21，23]。而表面活性劑分子同時具有親水基和疏水基，可顯著降低油脂與水之間的界面張力，從而產生潤濕、滲透、乳化、分散、增溶等多種作用，使油脂由憎水變為親水，脫離皮層而分散到液相（水相）中[10，18]。兩種脫脂方法結合使用，具有協同增效的作用，促進油脂外溢進而分散到液相中，再通過溫水清洗除去。

三種表面活性劑和超聲波結合脫脂時，膠原損失率相近，大約10%左右。NP-10、AEO-9屬于非離子型表面活性劑，主要靠乳化作用去除脂肪，且對脂肪細胞膜有部分地破壞作用，使得細胞內脂肪滲出[2]。而SDBS屬于陰離子表面活性劑，具有良好的潤濕、乳化、分散等性能[24]。本研究結果還顯示，SDBS的脫脂率達到54.93%，略高于其他兩種非離子型表面活性劑作用效果。考慮到SDBS價格低廉和使用劑量少等因素，本實驗選擇SDBS作為脫脂劑結合超聲波進行豬皮脫脂工藝參數優化實驗研究。

2.2.2 SDBS濃度對脫脂率的影響 由圖2可知，在濃度低于1%時，脫脂率隨著SDBS濃度增加呈上升趨勢，濃度為1%時，脫脂率達到59.54%；濃度超過1%后，脫脂率呈下降趨勢。這可能是由于隨著SDBS濃度增加，體系內有效分子增加，乳化脫脂作用增強，而濃度過高則會限制SDBS分子自由移動，從而降低乳化脫脂效果。因此，SDBS的濃度以1%左右為宜。

表2 豬皮化學成分（%）Table 2 Chemical composition of pigskin（%）

2.2.3 脫脂時間對脫脂率的影響 由圖3可知，脫脂時間在2h以內時，脫脂率隨時間延長直線上升，2h時達到60.65%；脫脂時間超過2h后，隨著處理時間進一步延長，脫脂率呈下降趨勢。這是因為在2h以內，隨著脫脂時間增加，存在于纖維間的胞外油脂先被除去，接著由于超聲波的空化效應，脂肪細胞破裂，在超聲波和SDBS的乳化作用下，胞內脂肪向外遷移并分散于水相中。但隨著脫脂時間進一步增加，超聲波機械振動產生的熱能增大了脂肪與皮的結合力，導致脫脂率變化減緩，呈現下降的趨勢。因此，豬皮脫脂時間以2h左右為宜。

圖2 SDBS濃度對豬皮脫脂效果的影響Fig.2 Effect of SDBS concentration on degreasing rate of pigskin

圖3 脫脂時間對豬皮脫脂效果的影響Fig.3 Effect of extracting time on degreasing rate of pigskin

2.2.4 料液比對脫脂率的影響 由圖4可知，料液比從1∶2增加到1∶3時，脫脂率變化較為平緩，為65%左右；隨著料液比進一步增加，脫脂率明顯降低。有研究表明，料液比的增加會阻礙超聲波破碎細胞的能力，豬皮脂肪主要存在于脂腺組織中，隨著料液比增加可能會降低超聲波對豬皮脂腺細胞的破壞程度，進而影響脂腺內油脂的脫除，導致脫脂率降低[25]。綜合考慮脫脂率和經濟因素，豬皮脫脂的料液比以1∶2左右為宜。

圖4 料液比對豬皮脫脂效果的影響Fig.4 Effect of material-liquid ratio on degreasing rate of pigskin

2.2.5 豬皮最優脫脂條件的選擇 由表3正交實驗極差分析結果可知，料液比對豬皮脫脂率影響最為顯著，其次是脫脂時間，脫脂劑濃度的影響最小。由正交實驗結果可以看出A1B2C3的平均脫脂率最高，即SDBS濃度0.75%，超聲脫脂時間為2h，料液比為1∶2.5。

表3 正交實驗結果Table 3 Results of orthogonal test

2.2.6 驗證實驗 按2.2.5節最佳工藝條件進行驗證實驗，豬皮的脫脂率為68.67%±0.83%，膠原損失率為10.01%±0.46%，證明正交實驗得出的最佳提取工藝合理可行。

有研究表明，皂化法對切碎的豬皮進行脫脂時，脫脂率可達55.2%[10]；對絞碎的豬皮進行脫脂處理時，無水乙醇、異丙醇、乙二醇、乙醚和丙酮等有機溶劑中以異丙醇的脫脂率最高，達到64.50%，非離子型脫脂劑（AXAUT-50）的脫脂率高達67%[2]；而將堿性脂肪酶Greasex 50L加入小塊鹽濕豬皮的脫灰工序中處理1h，脫脂率可達60%[26]。本實驗以切碎的豬皮為原料，優化后的脫脂率與報道中AXAUT-50（質量分數10%，處理6h）的相當，但脫脂劑用量明顯降低，處理時間明顯縮短，且若將豬皮絞碎增大接觸面積，脫脂率可能更高[2]。綜上所述，本法不僅脫脂率較高，而且操作簡便、快速，克服了現有方法中存在的成本高、污染大、操作繁瑣、耗時等缺陷，顯示出優越性。

3 結論

超聲波結合NP-10、AEO-9和SDBS對豬皮的乳化脫脂效果明顯優于單獨使用超聲波的效果。其中超聲波結合SDBS的脫脂率最高（54.93%），最優乳化脫脂工藝參數組合為：0.75%SDBS，超聲時間2h，料液比1∶2.5，其脫脂率可達68.67%，膠原損失率為10.01%。

[1]趙勝年.酶解鮮豬皮提取水解膠原蛋白的研究[J].食品工業科技，1998（5）：16-17.

[2]趙帥，鞏旭，李國英.豬皮的不同脫脂方法對膠原提取率的影響[J].中國皮革，2007，36（9）：33-36.

[3]馮若，李化茂.聲化學及其應用[M].合肥：安徽科學技術出版社，1992：27-55.

[4]李小平，羅海莉，陳錦屏.超聲波法輔助提取鴕鳥油[J].食品科學，2010，31（24）：182-185.

[5]王小溪，陳貴林.超聲波法提取南瓜籽油的工藝條件優化研究[J].食品科學，2009，30（8）：60-63.

[6]ABRAMOV O V，ABRAMOV V O，MYASNIKOV S K，et al.Extraction of bitumen，crude oil and its products from tar sandand contaminated sandy soil under effect of ultrasound[J].Ultrasonics Sonochemistry，2009，16（3）：408-416.

[7]ZHANG ZHEN SHAN，WANG LI JUN，LI DONG，et al.Ultrasound-assisted extraction of oil from flaxseed[J].Separation and Purification Technology，2008，62（1）：192-198.

[8]杜玉蘭，黎慶濤，楚文靖，等.超聲波破碎鼠尾藻細胞對脂質提取率的影響[J].食品工業科技，2008，29（4）：146-148.

[9]LI HAI ZHOU，PORDESIMO L，WEISS J.High intensity ultrasound-assisted extraction of oil from soybeans[J].Food Research International，2004，37（7）：731-738.

[10]張玲，芮漢明.超聲波介入鮮豬皮的脫脂工藝研究[J].現代食品科技，2006，22（3）：99-101.

[11]GB 5009.3-2010食品中水分的測定[S].北京：中國標準出版社，2010.

[12]衛生部食品衛生監督檢驗所.GB/T 5009.6-2003食品中脂肪的測定[S].北京：中國標準出版社，2003.

[13]GB 5009.5-2010食品中蛋白質的測定[S].北京：中國標準出版社，2010.

[14]GB 5009.4-2010食品中灰分的測定[S].北京：中國標準出版社，2010.

[15]中國商業聯合會商業標準中心，國家加工食品質量監督檢驗中心（廣州），廣州市產品質量監督檢驗所.GB/T 9695.23-2008/ISO3496：1994肉與肉制品羥脯氨酸含量測定[S].北京：中國標準出版社，2008.

[16]孫丹紅，韓勁，石碧，等.超聲波對生皮的作用[J].中國皮革，2003，32（9）：1-7.

[17]孫丹紅，韓勁，曹明蓉，等.超聲波對裸皮脫脂的影響[J].皮革科學與工程，2003，13（3）：17-20.

[18]楊宗邃，程鳳俠，靳立強，等.表面活性劑的結構、性能及其對豬皮的脫脂效果[J].精細化工，1995，12（2）：22-25.

[19]蔣挺大.膠原與膠原蛋白[M].北京：化學工業出版社，2006：90-94.

[20]周光宏.畜產品加工學[M].北京：中國農業出版社，2002：341-344.

[21]SIVAKUMAR V，CHANDRASEKARAN F，SWAMINATHAN G，et al.Towards cleaner degreasing method in industries：ultrasound-assisted aqueous degreasing processin leather making[J].Journal of Cleaner Production，2009，17（1）：101-104.

[22]徐潤，梁慶華.明膠的生產及應用技術[M].北京：中國輕工業出版社，1988：20-23.

[23]SIVAKUMAR V，RAO P G.Application of power ultrasound in leather processing：an eco-friendly approach[J].Journal of Cleaner Production，2001，9（1）：25-33.

[24]張驊，胡耿源.表面活性劑化學[M].杭州：浙江大學出版社，1996：28-29.

[25]方桂珍，馬艷麗，徐鳳英.超聲波法提取落葉松木材中的阿拉伯半乳聚糖[C]∥中國林學會木材科學分會第九次學術研討會論文集.哈爾濱：中國林學會木材科學分會，2004：19-24.

[26]陳萍，陳敏，廖隆理，等.堿性脂肪酶Greasex 50L在豬皮上的脫脂作用[J].中國皮革，2000，29（9）：22-24.

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 *通訊聯系人

陳麗清（1987-），女，碩士研究生，研究方向：食品化學與營養學。