兔皮明膠提取工藝優化

于 瑋，王雪蒙，馬 良,2，張宇昊,2,*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400716；2.西南大學 國家食品科學與工程實驗教學中心，重慶 400716）

兔皮明膠提取工藝優化

于 瑋1，王雪蒙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.西南大學 國家食品科學與工程實驗教學中心，重慶 400716）

以兔皮為原料， 研究稀鹽酸短時誘導兔皮制備明膠的工藝。以明膠提取率和凝膠強度為評價指標，對兔皮明膠制備工藝中的鹽酸質量分數、鹽酸處理時間、提膠pH值、提膠溫度4 個因素進行了優化，在此基礎上通過正交試驗確定最佳工藝為鹽酸質量分數1%、鹽酸處理時間10 min、提 膠溫度65 ℃、提膠pH 4。在此工藝條件下明膠 提取率高達（86.85±1.71）%，凝膠強度為（481.43±16.89）g。明膠基本性質符合GB 6783—2013《食品添加劑：明膠》要求。

兔皮；明膠；提取；提取率；凝膠強度

明膠是由動物皮膚、骨、肌膜、肌腱等結締組織中的膠原部分降解而成的天然生物高分子材料之一，被廣泛應用于食品工業[1]。常作為食品的膠凝劑、穩定劑、乳化劑、增稠劑、發泡劑、澄清劑等廣泛應用于甜點、低脂糊狀食品、奶制品、烘烤食品和肉類產品等各類食品中[2-3]。

傳統的明膠主要以牛、豬等牲畜的皮骨為原料生產，近年來受到瘋牛病和口蹄疫等人畜共患病的影響，不少國家限制或禁止牛、豬來源的明膠生產、進口或使用；另一方面，由于宗教信仰，印度教和伊斯蘭教地區不接受豬源明膠產品[4-5]。以水產加工副產物為原料開發明膠作為傳統豬、牛源明膠的替代物成為研究重點，但是水產明膠的凝膠特性較哺乳動物明膠差，大大限制了其應用范圍[6-8]。因此，以新型哺乳動物源為原料開發高

品質明膠產品取代豬、牛源明膠、水產明膠已成為明膠行業的發展新方向。

2005年我國一躍成為世界上兔肉生產第一大國，2013年我國兔肉產量約80萬 t，占世界兔肉總產量的40%。兔肉加工產業發展迅速，但宰殺兔子產生大量兔皮，肉兔兔皮附加值較低，因此如何利用作為副產物的兔皮，提高其附加值，成為目前兔加工企業迫切需要解決的問題。兔子屬于哺乳動物且兔皮明膠可以克服傳統哺乳動物源明膠在宗教和疫病方面的局限，同時兔皮明膠開發可以增加兔皮附加值。由此可見，建立兔皮明膠生產工藝，制備高品質兔皮明膠已成為當務之急。

本實驗以兔皮為原料，對影響明膠制備工藝的多種因素進行了系統研究，明確了明膠制備的最佳工藝參數。并對兔皮明膠的理化特性進行測定，旨在為實現兔皮明膠產業化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮伊拉兔皮 重慶市北碚區西南大學屠宰場。

鹽酸、氯化鈉、硫酸、硫化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鈉、石油醚（30～60 ℃）、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、乙醇、一水檸檬酸、無水乙酸鈉、氯胺T、對二甲氨基苯甲醛、高氯酸、正丙醇、異丙醇、甲醇、溴化鉀（均為分析純） 成都市科龍化工試劑廠；羥脯氨酸（分析純）上海楷洋生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

JA3003B電子天平 上海精天電子儀器有限公司；QL 901 Vortex旋渦混合器 海門市其林貝爾儀器制造有限公司；752紫外-可見分光光度計 上海箐華科技有限公司；PHS-25型數顯酸度計 杭州雷磁分析儀器廠；4-6型馬弗爐、8002型溫控水浴鍋 北京永光明醫療儀器廠；SHZ-B水浴恒溫振蕩器、CJ-78-1磁力攪拌器上海將任實驗設備有限公司；5810型臺式高速離心機 德國Eppendorf公司；101-4-S電熱恒溫鼓風干燥箱上海躍進醫療器械廠；HX-1005恒溫循環器 鄭州長城科工貿有限公司；TA.XT2i物性測定儀 英國Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 兔皮及明膠基本成分測定

水分含量：直接干燥法，依照GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》[9]進行測定；脂肪含量：索氏抽提法，依照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》[10]進行測定；蛋白質含量：凱氏定氮法，依照GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》[11]進行測定；灰分含量：馬弗爐高溫灼燒法，依照GB 5009.4—2008《肉與肉制品：總灰分測定》[12]進行測定；膠原蛋白測含量（以羥脯氨酸計）：分光光度法，依照GB/T 9695.23—2008《肉與肉制品：羥脯氨酸含量測定》[13]進行測定。

1.3.2 明膠提取率的計算

1.3.3 凝膠強度測定

參照GB 6783—2013《食品添加劑：明膠》[14]中凝膠強度的測定方法，配制質量分數為6.67%的明膠溶液，并在（10±0.1）℃恒溫循環器中凝凍16～18 h，采用TA.XT2i物性測定儀測定凝膠強度。用SMSP/0.5圓柱型探頭以1 mm/s的下壓速率壓入凝膠4 mm，得出凝膠強度數值[15]。以上實驗重復3 次。

1.3.4 透射比測定

參照GB 6783—2013[14]中凝膠強度的測定方法，配制質量分數為6.67%的明膠溶液，并恒溫至48 ℃。將分光光度計波長分別調節到450、620 nm，以水作基準校準儀器，將溶液倒入10 mm比色皿中，在45 ℃條件下測定試樣溶液的透射比。透射比直接用2 個波長的透射百分比（%）來表示，結果保留整數位。以上實驗重復3 次，結果取平行測定結果的算術平均值。在重復性條件下獲得的2 次獨立結果的絕對差值應不大于1%。

1.3.5 明膠的提取工藝

新鮮兔皮→前處理（浸泡、去脂肪）→脫毛→清洗→修剪→去除雜蛋白→明膠化處理（鹽酸處理）→提膠→離心→干燥→成品明膠

1.3.5.1 前處理

新鮮的兔皮水洗去污，按1∶20料液比將兔皮置于0.1 g/mL的NaCl溶液，浸泡24 h，刮除皮下脂肪后，瀝干水分。

1.3.5.2 脫毛、修剪

將脫毛劑（5%的Na2S溶液添加到Ca(OH)2至糊狀）均勻涂于兔皮上[16]，室溫條件下放置4 h，去毛清洗后將兔皮切成約2 mm×3 mm的小塊。

1.3.5.3 去除雜蛋白

按1∶5的料液比將兔皮浸泡于0.01 g/mL的NaCl溶液，以去除雜蛋白（浸泡時用磁力攪拌器攪拌6 h，每2 h換一次液），浸泡完后用純水洗滌3～4次，真空包裝凍藏備用。

1.3.5.4 明膠化、提膠

稱一定質量的皮塊，按1∶6的料液比加入一定質量分數鹽酸溶液浸泡一段時間，浸泡完后洗滌至接近中性以備提膠；然后按1∶3的比例加去離子水，調節pH值，于一定溫度條件下水浴振蕩提取6 h，過濾，膠液于8 500 r/min離心25 min，收集上清液于烘箱中60 ℃烘干，即為成品明膠。

1.3.6 明膠化工藝單因素試驗

單因素試驗的基本條件為鹽酸質量分數1%、鹽酸處理時間1 h、提膠pH 4、提膠溫度60 ℃。改變其中1 個條件，固定其他條件以分析鹽酸質量分數、鹽酸處理時間、提膠溫度、提膠pH值對明膠化效果（明膠提取率和凝膠強度）的影響。各因素梯度分別為鹽酸質量分數：0、0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%；鹽酸處理時間：0、1/12、1/4、1/2、1、6、12、24 h；提膠pH值：3、4、5、6、7、8；提膠溫度：30、40、50、60、70 ℃。每個因素重復試驗3 次，結果取平均值。

1.3.7 正交試驗

通過單因素試驗確定鹽酸質量分數、鹽酸處理時間、提膠溫度3 個因素的水平范圍，以提 取率和凝膠強度為明膠化效果評價指標進行正交試驗，試驗因素水平設計見表1。

表1 正交試驗因素水平設計Table 1 Factors and levels used i n orthogonal array tests

1.4 數據分析

數據分析處理采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0軟件。每次設置3 個平行實驗，數據以±s表示。

2 結果與分析

2.1 兔皮化學成分組成

表2 兔皮化學成分Table 2 Chemical composition of rabbit skin

由表2可看出，兔皮的膠原蛋白含量近15%，占總蛋白的74%，是提取和利用膠原蛋白的理想原料。兔皮中脂肪含量明顯低于豬皮等哺乳動物的皮，可以大大縮短浸酸的周期[17]。

2.2 鹽酸質量分數對明膠提取率及凝膠強度的影響

酸浸泡可以破壞膠原非共價鍵，利于膠原溶出，增強膠原的明膠化程度，使可溶性明膠在熱提取過程中轉化[18-19]。由圖1可以看出，鹽酸質量分數在0.5%以內，明膠提取率、凝膠強度均隨鹽酸質量分數的增加極顯著提高（P＜0.01）。這是因為鹽酸質量分數在0.5%以內時，膠原非共價鍵被破壞，膠原溶出，使明膠化程度增強。鹽酸質量分數為1%時，提取率達到最大值（84.69±2.11）%，隨著鹽酸質量分數的進一步增大提取率和凝膠強度均無顯著性變化（P＞0.05）。證明過程中1%～4%的鹽酸對兔皮進行1 h的鹽酸處理后，原料明膠化程度無顯著差異。由此確定鹽酸較優質量分數為1%。

圖1 鹽酸質量分數對提取率和凝膠強度的影響Fig. 1 Effect of HCl concentration on the yield and gel strength of gelatin

2.3 鹽酸處理時間對明膠提取率及凝膠強度的影響

圖2 鹽酸處理時間對提取率和凝膠強度的影響Fig. 2 Effect of HCl treatment time on the yield and gel strength of gelatin

研究表明雞皮、魚皮需酸或堿處理2～4 h，有時甚至10 h以上才能打破膠原非共價鍵和分子間的共價鍵，才能使膠原明膠化更容易轉化為可溶的明膠[4-5,20]。從圖2可以看出，鹽酸處理1/12 h（5 min），兔皮明膠提取率達到（85.13±0.45）%，凝膠強度達（446±32.50）g，這表明兔皮膠原比其他動物膠原更易明膠化。鹽酸處理時間超過5 min后，提取率無顯著變化（P＞0.05）； 1/4 h（15 min）后凝膠強度無顯著性變化（P＞0.05）。說明5～15 min鹽酸處理可破壞兔皮膠原蛋白分子內和分子間的非共價鍵交聯，使后期熱水提膠過程中，水分子更易進入膠原分子鏈間的空隙，造成維持膠原分子三螺旋結構的一些次級鍵斷裂，有利于膠原亞基組分的溶出[16,20-21]，從而 獲得高提取率和高凝膠強度的明膠。綜合考慮，較適鹽酸處理時間范圍為5～15 min。明膠生產制造過程中，長時間酸或堿處理會降低生產效率，由此可見，兔皮是一種很好的明膠提取來源。

2.4 提膠pH值對明膠提取率及凝膠強度的影響

由圖3可知，pH值在4以下時，隨提膠pH值升高明膠提取率及凝膠強度均無顯著性差異。pH 3時提取率達到最高（84.02±0.83）%，pH 4時凝膠強度最高為（491±14.77）g。隨提膠pH值進一步升高，明膠提取率

及凝膠強度均呈下降趨勢。這是因為一方面pH值升高酸性降低，膠原降解程度減小；另一方面酸性處理的膠原等電點在7～8，接近等電點處其溶解性降低，造成提取率較低，凝膠強度低，明膠品質相對較差[22-24]。綜合考慮，確定提膠pH值固定在4.0。提膠pH值對明膠凝膠強度影響不顯著，故不作為正交試驗考慮因素。

圖3 提膠pH值對提取率和凝膠強度的影響Fig. 3 Effect of extraction pH on the yield and gel strength of gelatin

2.5 提膠溫度對明膠提取率及凝膠強度的影響

圖4 提膠溫度對提取率和凝膠強度的影響Fig. 4 Effect of extraction temperature on the yield and gel strength of gelatin

如圖4所示，提膠溫度為60 ℃時，提取率為（81.99±3.32）%，凝膠強度為（497±20.42）g，兩項指標均顯著高于50 ℃時的值（P＜0.05）。加熱可以斷開膠原分子三螺旋結構的次級鍵及部分肽鍵，使膠原分子的單鏈、少量聚集體和單鏈斷裂組分進入溶液[20,23,25]，溶膠轉變為明膠。50 ℃以下時提膠溫度相對較低膠原轉化為明膠的速率慢，明膠提取率較低。溫度升高膠原轉化為明膠加速，隨提膠溫度的進一步升高，凝膠強度顯著降低（P＜0.05），明膠提取率則呈現略微升高趨勢。這是因為溫度過高，肽鏈發生肽鏈的斷裂，形成了更多的分子量較小的肽鏈小片段，盡管提取率逐漸增加，由于相對分子質量減小而使得明膠的凝膠強度下降[20,23,26]。因此，綜合考慮，較適提膠溫度為60～70 ℃。

2.6 兔皮明膠正交試驗結果

由表3可知，三因素對明膠提取率的影響次序為提膠溫度、鹽酸處理時間、鹽酸質量分數，但對凝膠強度的影響次序為提膠溫度、鹽酸質量分數、鹽酸處理時間，二者存在差異，因此進行方差分析。結果顯示在正交范圍內鹽酸處理時間、鹽酸質量分數和提膠溫度這3 個因素的明膠凝膠強度均值間差異均不顯著，但提取率差異顯著，故以明膠提取率為指標進行工藝參數的優化。根據分析結果，得到最優條件為A2B3C3，綜合考慮經濟和環境因素，確定最佳工藝為A2B2C2：提膠溫度65 ℃、鹽酸處理時間10 min、鹽酸質量分數1%、提膠pH 4。在此條件下，明膠提取率可達（86.85±1.71）%，凝膠強度可達（481.43±16.89）g。

表3 正交試驗設計及結果Table 3 Orthogonal array design with experimental results

2.7 兔皮明膠的基本性質

表4 兔皮明膠基本性質Table 4 Chemical properties of rabbit skin gelatin

通過單因素試驗和正交試驗分析，得到鹽酸法制備兔皮明膠最優工藝組合，由表4可知，該工藝制備的兔皮明膠提取率較高，凝膠強度、透射比等各項指標均達到GB 6783—2013要求，可成為水產品、豬、牛源明膠的有效替代品。

3 結 論

通過單因素試驗和正交試驗分析，得到鹽酸法制備兔皮明膠最優工藝組合為鹽酸質量分數1%、鹽酸處理時間10 min、提膠溫度65 ℃、提膠pH 4，在此條件下明膠提取率可達（86.85±1.71）%，凝膠強度可達（481.43±16.89）g。

稀鹽酸誘導兔皮處理時間短且明膠的提取率高，凝膠強度和透射率均達到GB 678 3—2013要求。稀鹽酸短時誘導對兔皮明膠品質的影響及相關機制尚需進一步探討。

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Optimization of Gelatin Extraction from Rabbit Skin

YU Wei1, WANG Xuemeng1, MA Liang1,2, ZHANG Yuhao1,2,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China; 2. National Food Science and Engineering Experimental Teaching Center, Southwest University, Chongqing 400716, China)

The extraction induced by short-term treatment with dilute hydrochloric acid of gelatin from rabbit skin was investigated in the current work. Optimization of 4 process parameters including HCl concentration, HCl treatment time, extraction pH and temperature for improved extraction yield and gel strength of gelatin was implemented using an orthogonal array design. The optimum extraction conditions were determined as follows: 10 min treatment with 1% HCl and subsequent extraction in water acidifi ed to pH 4 at 65 ℃. Under these conditions, the yield and gel strength of gelatin were (86.85 ± 1.71)% and (481.43 ± 16.89) g, respectively. The basic properties of rabbit skin gelatin met the requirements of the Chinese national standard (GB 6783—2013).

rabbit skin; gelatin; extraction; yield; gel strength

10.7506/spkx1002-6630-201610001

TS209

A

1002-6630（2016）10-0001-05

于瑋, 王雪蒙, 馬良, 等. 兔皮明膠提取工藝優化[J]. 食品科學, 2016, 37(10): 1-5. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610001. http://www.spkx.net.c n

YU Wei, WANG Xuemeng, MA Liang, et al. Optimization of gelatin extraction from rabbit skin[J]. Food Science, 2016, 37(10): 1-5. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610001. http://www.spkx.net.cn

2015-09-14

國家自然科學基金青年科學基金項目（31301425）；中央高校基本科研業務費重大項目（XDJK2015A015）；

中央高校基本科研業務費團隊項目（2362014xk11）；中國博士后科學基金面上項目（2014M562267）；

中國博士后科學基金特別資助項目（2015T80951）；第四批重慶市高等學校優秀人才支持計劃項目

于瑋（1989—），女，碩士研究生，研究方向為食品化學與營養學。E-mail：1192342295@qq.com

*通信作者：張宇昊（1978—），男，教授，博士，研究方向為蛋白和生物活性肽。E-mail：zhy1203@163.com