食用豬皮脫毛工藝優(yōu)化研究

劉冬敏，王建輝，劉永樂，譚 力，李達青，唐曉雙

（1. 湖南科技學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院， 湖南 永州425199； 2. 湖南省水生生物資源食品加工工程技術(shù)研究中心， 湖南 長沙410114）

我國是豬肉消費大國，也是豬肉生產(chǎn)大國，全國豬肉產(chǎn)量約占全世界的1/2[1]。豬皮是豬肉加工的主要副產(chǎn)物，其質(zhì)量約占胴體質(zhì)量的10%[2]。豬皮營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高達26.4%，尤其富含膠原蛋白，其獨特的口感也備受消費者親睞[3]。但是豬皮多毛且難以脫除，尤其豬頭和豬腳毛難以脫盡，嚴(yán)重限制了豬皮食品的加工。據(jù)統(tǒng)計，除少部分豬皮用于皮革加工外，應(yīng)用于食品工業(yè)的極少，近60%的豬皮資源未得到有效利用。目前，我國主要采用堿鹽浸泡、機械刮擦、明火燒烙等方法脫毛，都存在脫毛周期長、小毛不凈、損傷皮質(zhì)膠原、脫毛不均勻、生產(chǎn)難以連續(xù)化等諸多缺點[4]。從豬毛的著生方式和皮、毛的連接特性上看，可采用蛋白酶和糖酶水解毛囊周圍和基底膜中的粘蛋白、類粘蛋白以及皮質(zhì)纖維間的粘多糖，使毛與毛囊分離，實現(xiàn)豬毛的簡單脫除[5]。脫毛后的酶解液可直接用于蛋白水解產(chǎn)物的制備，避免了環(huán)境污染問題，達到經(jīng)濟效益和環(huán)境效益雙贏[6]。筆者以新鮮未脫毛豬皮為原料，以脫毛率為主要指標(biāo)，以中性蛋白酶用量及處理時間、α-淀粉酶用量及處理時間為研究因素，在單因素試驗的基礎(chǔ)上采用正交試驗對食用豬皮酶法脫毛工藝進行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料 新鮮未脫毛豬皮，購于永州市屠宰場。

1.1.2 試劑與儀器 供試試劑：中性蛋白酶、α-淀粉酶（上海華藍化學(xué)科技有限公司）；羥脯氨酸、氯胺T、對二甲氨基苯甲醛（上海寶曼生物科技有限公司）；高氯酸、異丙醇、鹽酸、硫酸（國藥集團）。供試儀器：分析天平、干燥箱、水浴箱、冰箱、手術(shù)刀、三角尺、高壓水槍噴頭（北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司）；組織搗碎機（天津泰斯特儀器有限公司）；HH 數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇金壇金城國勝實驗儀器廠）；BCD-215KA DZ 家用電冰箱（青島海爾集團）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海和杰科技有限公司）；BL-620S、AUY120 島津電子天平（日本島津）；真空抽濾機（諸城市國一輕工機械有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 豬皮預(yù)處理 取新鮮未脫毛的背面豬皮，去污物、雜質(zhì)及皮下脂肪，切成約8 cm×5 cm 小塊后備用。1.2.2 豬皮脫毛處理 挑選3 份預(yù)處理好的未脫毛新鮮豬皮，按3 m L/g 豬皮的量加入蒸餾水，調(diào)節(jié)pH值至6.5，按適當(dāng)比例加入中性蛋白酶，混勻后于4℃酶解處理。撈起豬皮放入加有適量枯草桿菌α-淀粉酶的溶液中，混勻后調(diào)節(jié)溫度至60℃酶解處理。過濾排除酶解液以備重復(fù)利用，用高壓水槍噴洗豬皮表面，過濾除去殘留小毛，計算脫毛率。

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 單因素試驗 （1）中性蛋白酶用量對豬皮脫毛率的影響：向處理好的豬皮樣品中分別加入2 000、2 500、3 000、3 500、4 000 U/100g 豬皮的中性蛋白酶，混勻后于4 ℃酶解處理70 m in，再用4 000 U/100g 豬皮的α-淀粉酶于60℃酶解處理40 m in，過濾、噴洗脫毛后計算脫毛率；（2）中性蛋白酶處理時間對豬皮脫毛率的影響：于4 ℃條件下，用3 500 U/100g 豬皮的中性蛋白酶分別處理豬皮50、60、70、80、90 m in 后，再用4 000 U/100g 豬皮的α-淀粉酶于60℃酶解處理40 m in，噴洗脫毛后計算脫毛率；（3）α-淀粉酶用量對豬皮脫毛率的影響：于4 ℃條件下，用3 500 U/100g中性蛋白酶處理豬皮80 m in 后，分別用2 000、3 000、4 000、5 000、6 000 U/100 g 豬皮的α-淀粉酶于60 ℃酶解處理40 m in，噴洗脫毛后計算脫毛率；（4）α-淀粉酶處理時間對豬皮脫毛率的影響：于4 ℃條件下，用3 500 U/100g 豬皮的中性蛋白酶處理豬皮80 m in 后，用4 000 U/100 g 豬皮的α-淀粉酶于60 ℃下分別處理豬皮30、40、50、60、70 m in，噴洗脫毛并計算脫毛率。1.3.2 正交試驗 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以豬皮脫毛率為主要考察指標(biāo)，選定中性蛋白酶用量（A）、α-淀粉酶用量（B）、中性蛋白酶處理時間（C）、α-淀粉酶處理時間（D）這四因素進行L9（34）正交試驗，采用極差分析方法，對豬皮脫毛工藝進行優(yōu)化，并衡量脫毛后豬皮膠原蛋白的損失。試驗設(shè)計如表1 所示。

1.4 數(shù)據(jù)計算

1.4.1 豬皮脫毛率的計算 采用五點取樣法，根據(jù)記上不記下，記左不記右的原則，每個點選取1 cm2的豬皮面積，數(shù)出每個單位面積內(nèi)的豬毛根數(shù)，計為a1，b1，c1，d1，e1，取其平均值g1；脫毛完成后，采取同樣的方法數(shù)出單位面積內(nèi)的豬毛根數(shù)a2，b2，c2，d2，e2，取其平均值g2。脫毛率計算公式如下：

表1 L9（34）正交試驗因素水平設(shè)計

1.4.2 豬皮膠原蛋白損失率的測定 （1）羥脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線測定：按照藍蔚青[7]、楊芳寧[8]等的方法測定羥脯氨酸含量。準(zhǔn)確配制濃度為0 、0.5、1.0、1.5、2.0 μg/m L 的羥脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)工作液，吸取4 m L 于具色管中，加入2 m L 氯胺T，搖勻后置于室溫條件下20 m in，加入2 m L 顯色劑，搖勻后置于60 ℃保溫20 m in，迅速冷卻，在558 nm 處測定吸光度值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。（2）豬皮羥脯氨酸含量的測定：取豬皮樣品4 g左右于錐形瓶中，在105 ℃硫酸溶液（3 mol/L）中水解16 h，過濾到250 m L 容量瓶并定容至刻度。稀釋該溶液中的羥脯氨酸濃度至0.5～2.0 μg/m L，取4 m L 經(jīng)氯胺T 氧化，測定反應(yīng)液558 nm 處的吸光度值。樣品中羥脯氨酸含量計算公式如下：

式中，W 為豬皮中羥脯氨酸含量（mg/g）；C 為標(biāo)準(zhǔn)曲線上相應(yīng)的羥脯氨酸濃度（μg/m L）；F 為稀釋倍數(shù)；M 為稱取樣品質(zhì)量（g）。

豬皮膠原蛋白損失率計算公式如下：

式中，R 為豬皮膠原蛋白損失率（%）；W0為脫毛前（不含毛）豬皮羥脯氨酸含量（mg/g）；W1為脫毛后豬皮羥脯氨酸含量（mg/g）。

2 結(jié)果與分析

2.1 羥脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的制定

按1.4.2 的方法制定羥脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示，其回歸方程為：y=0.183x +0.008 2，相關(guān)系數(shù)R2為0.998。

2.2 單因素試驗

2.2.1 中性蛋白酶用量對豬皮脫毛率的影響 考察不同中性蛋白酶用量對豬皮脫毛率的影響，結(jié)果如圖2 所示，豬皮脫毛率隨中性蛋白酶用量的增加而提高，酶用量達到3 500 U/100g 豬皮時脫毛率達到92.13%。之后，隨酶用量的增加脫毛率增加緩慢。這說明3 500 U/100g 豬皮的酶用量已經(jīng)足夠水解毛囊中的粘蛋白及類粘蛋白，促進α-淀粉酶滲入，使毛松動而脫離[9]。為減少膠原蛋白損失，選擇3 500 U/100g 豬皮為最佳中性蛋白酶用量。

圖1 羥脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖2 中性蛋白酶用量對豬皮脫毛率的影響

2.2.2 中性蛋白酶處理時間對豬皮脫毛率的影響考察不同中性蛋白酶處理時間對豬皮脫毛率的影響，結(jié)果如圖3 所示，豬皮脫毛率先提高后下降，并于80 m in 時達到最大值93.62%。這說明中性蛋白酶透過豬皮肉層脂肪及外表面角質(zhì)層到達并作用于毛囊需要足夠的時間。但若中性蛋白酶作用時間太長，由于酶活性、產(chǎn)物或底物的限制，加上粘附在豬皮粒面的中性蛋白酶對α-淀粉酶活性的削弱，脫毛率反而下降。為減少豬皮膠原蛋白的損失，選擇80 m in 為最佳的中性蛋白酶處理時間。

圖3 中性蛋白酶處理時間對豬皮脫毛率的影響

2.2.3 α-淀粉酶用量對豬皮脫毛率的影響 考察不同α-淀粉酶用量對豬皮脫毛率的影響，結(jié)果如圖4所示，隨α-淀粉酶用量的增加，豬皮脫毛率也逐漸提高并達到平穩(wěn)狀態(tài)，4 000 U/100 g 豬皮濃度時脫毛率達到94.79%。α-淀粉酶能水解皮質(zhì)纖維間的粘多糖，適當(dāng)松散皮質(zhì)纖維，從而促進毛的脫落[10]。試驗結(jié)果表明，4 000 U/100 g 豬皮的α-淀粉酶用量已經(jīng)具有良好的脫毛效果。

圖4 α-淀粉酶用量對豬皮脫毛率的影響

2.2.4 α-淀粉酶處理時間對豬皮脫毛率的影響 考察不同α-淀粉酶處理時間對豬皮脫毛率的影響，結(jié)果如圖5 所示，隨α-淀粉酶處理時間的延長，豬皮脫毛率先增后降，于40 m in 時達到最大值95.79%。適度的α-淀粉酶處理能起到松散皮質(zhì)纖維，促進毛脫落的作用，但長時間酶解處理會使豬皮蛋白質(zhì)部分變性，豬皮漲發(fā)、變硬，反而不利于脫毛。因此，選擇40 m in 為最佳的α-淀粉酶處理時間。

圖5 α-淀粉酶處理時間對豬皮脫毛率的影響

2.3 正交試驗

由表2 的極差分析可知，影響豬皮脫毛率的因素主次關(guān)系為：中性蛋白酶用量（A）＞α-淀粉酶處理時間（D）＞α-淀粉酶用量（B）＞中性蛋白酶處理時間（C）。最優(yōu)方案為A2B2C2D1，即中性蛋白酶用量3 500 U/100 g，α-淀粉酶用量4 000 U/100 g，中性蛋白酶處理時間80 min，α-淀粉酶處理時間35 min，此結(jié)果與單因素試驗結(jié)果基本一致。

表2 正交實驗結(jié)果與分析

2.4 驗證試驗

為驗證正交試驗結(jié)果的可靠性與重現(xiàn)性，按2.2所得的最佳工藝進行3 次平行試驗，脫毛率分別為97.68%、98.05%、97.91%，平均脫毛率為97.88%，滿足食用豬皮加工的脫毛要求。測定脫毛前后豬皮的羥脯氨酸含量，結(jié)果如表3 所示，脫毛后豬皮膠原蛋白損失率僅為5.81%。最優(yōu)條件下的豬皮脫毛效果如圖6 所示。

表3 脫毛后豬皮膠原蛋白的損失率

圖6 最優(yōu)脫毛工藝條件下的豬皮脫毛效果

3 討論與結(jié)論

脫毛是豬皮食品加工的關(guān)鍵工序，利用α-淀粉酶和中性蛋白酶對豬皮粘多糖、粘蛋白和類粘蛋白的水解作用，能有效削弱毛與皮間的聯(lián)結(jié)而輕松脫毛[11]。這種酶法脫毛安全性高，作用條件溫和，設(shè)備要求低，不僅有效解決了傳統(tǒng)脫毛方法中脫毛不凈、皮質(zhì)損傷、有害物質(zhì)殘留等問題，還可避免環(huán)境污染和資源浪費問題。

該研究通過單因素試驗和正交試驗，系統(tǒng)探討了食用豬皮的酶法脫毛條件，試驗結(jié)果表明，用3 500 U/100g 豬皮的中性蛋白酶酶解處理80 m in 后，再用4 000 U/100g 豬皮的α-淀粉酶酶解處理35 m in，豬毛脫除率可達97.88%，膠原損失率為5.81%，滿足豬皮加工要求。

[1]中華人民共和國國家統(tǒng)計局.中華人民共和國統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2011.

[2]孫衛(wèi)青，劉 陽.食用豬皮加工的研究[J].肉類工藝，2004，（12）：24-27.

[3]Choe J H，Kim H Y，Lee JM，et al.Quality of frankfurter-type sausageswith added pigskin and wheat fibermixtureas fat replacers[J].Meatscience，2013，93（4）：849-854.

[4]丁立威.食用豬皮規(guī)范加工方法[J].科學(xué)種養(yǎng)，2012，（11）：56.

[5]Kandasamy N，Velmurugan P，SundarvelA，etal.Eco-benign enzymatic dehairing of goatskins utilizing a protease from a Pseudomonas fluorescens species isolated from fish visceral waste[J].Journal of Cleaner Production，2012，（25）：27-33.

[6]羅發(fā)興，薛新順，羅志剛.酸溶液對豬皮中膠原蛋白溶出率的影響[J].中國釀造，2006，25（9）：9-11.

[7]藍蔚青，王 川，李 燕，等.豬皮中羥脯氨酸含量的測定[J].現(xiàn)代食品科技，2006，22（3）：232-234.

[8]楊芳寧，張慧蕓，康懷彬.豬皮膠原蛋白制備及其抗氧化肽水解條件優(yōu)化[J].食品研究與開發(fā)，2013，34（4）：65-69.

[9]Paul T，Das A，Mandal A，et al.Effective dehairing properties of keratinase from Paenibacilluswoosongensis TKB2 obtained under solid state fermentation[J].Waste and Biomass Valor ization，2014，5（1）：97-107.

[10]王學(xué)川，李飛虎，任龍芳.等.酶法脫毛技術(shù)的研究進展與展望[J].中國皮革，2012，41（13）：49-51.

[11]Zambare V P，Nilegaonkar SS，Kanekar PP.Production of an alkaline protease by Bacillus caraus MCM B-326 and its application as a dehairing agent[J].World JMicrobiol Biotechnol，2007，（23）：1569-1574.