張 琦， 王進美， 王 為

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院, 陜西 西安 710048)

0 前言

從動物的皮、骨中提取生物活性膠原，是近年來研究的一個熱門話題.提取膠原所用的原料皮多為豬皮，但豬皮中天然油脂含量很高，達70%～80%,豬皮的的脂腺發(fā)達，而且皮下組織全由脂肪細(xì)胞組成，此外真皮中還有一些游離的脂肪細(xì)胞，這些脂腺及游離的脂肪細(xì)胞包裹在膠原纖維的周圍造成了提取上的困難[1].本實驗以新鮮豬皮為原料，研究了用兩步有機溶劑脫脂的方法對膠原提取率的影響，在單因素分析的基礎(chǔ)上采用正交試驗確定了單步豬皮脫脂的最佳條件，并對兩步法進行優(yōu)選，以期找到一種最佳的脫脂方法，充分脫去豬皮表皮和皮下游離的脂肪，為膠原的提取或其他的生產(chǎn)活動奠定基礎(chǔ).

1 實驗部分

1.1 實驗準(zhǔn)備

1.1.1 主要試劑及儀器

實驗材料：新鮮豬皮，購于西安市場； 無水乙醇：分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；異丙醇：分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；二氯甲烷：分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；索式提取器：成都科龍化工試劑廠；KQ-100E型超聲波清洗器：昆山市超聲波儀器有限公司；DHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水真空泵：鞏義市英裕華玉儀器廠；DZ-2A型真空干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；定性濾紙：撫順市民政濾紙廠；精密濾紙：上海三愛思試劑有限公司；廣泛試紙：上海經(jīng)濟區(qū)試劑公司.

1.1.2 豬皮的前處理

將新鮮豬皮的皮下脂肪剔除，切成1 cm×1 cm的小塊,在40 ℃溫水中用3倍(g/g)的4%醋酸處理15 min，以除去雜蛋白及脂肪，中和，清洗待用.

在40 ℃ 條件下，用0.1%的Na2S處理除去雜蛋白及脂肪的新鮮豬皮，除去豬皮表面的豬毛，清洗待用.

對于處理過的豬皮用料理機或皮粉機打碎，制成碎皮液，待用.

1.2 有機溶劑脫脂

把制備好的碎皮液分別用無水乙醇、異丙醇在超聲波條件下進行處理[2]，比較各單因素對豬皮脫脂率的影響[3]，并通過正交試驗確定豬皮脫脂的最佳工藝.比較無水乙醇-異丙醇和異丙醇-無水乙醇兩步法脫脂的優(yōu)劣，選出兩步法脫脂的最優(yōu)工藝.用常規(guī)二氯甲烷萃取物測定法[4]測定脫脂碎皮液及兩步法脫脂前后皮中脂肪含量的變化.

2 實驗結(jié)果和討論

2.1 單因素工藝優(yōu)化

分別對無水乙醇和異丙醇處理碎豬皮液進行研究，對超聲時間、液比、有機溶劑的濃度、溫度做單因素比較.

2.1.1 無水乙醇單因素工藝優(yōu)化

(1)超聲時間對脫脂的影響.從圖1可以看到超聲波時間低于2 h時，脫脂液的脫脂率隨時間增加，在超聲時間為1～2 h時脫脂率增加的速率較快，這是因為隨著超聲波脫脂時間的增加，先是表皮的脂肪被除去，接著表皮細(xì)胞中的脂肪細(xì)胞破裂；而當(dāng)超聲波時間超過2.5 h后振動產(chǎn)生熱能，增大了脂肪與皮的結(jié)合力，引起脫脂效率變化緩慢，且有下降的趨勢，所以選擇2 h作為優(yōu)化實驗的數(shù)據(jù).

(2)液比對脫脂的影響.液比與脫脂率的關(guān)系如圖2所示.由圖可見，隨著濃度的增大，脂肪間的作用力減小，脂肪易被分解；而當(dāng)液比高于1∶2時，混合液的濃度降低，對脂肪的作用相對變小，所以脫脂作用變小.根據(jù)液比與脫脂率變化的關(guān)系曲線，選擇液比為1∶2.2作為優(yōu)化實驗的數(shù)據(jù).

(3)無水乙醇的濃度對脫脂的影響.在無水乙醇的濃度低于11%時，隨著濃度的增加，無水乙醇對脂肪的作用增加，脫脂率增加；濃度高于11%后，脫脂率增加不大，所以從經(jīng)濟環(huán)保的角度出發(fā)選擇無水乙醇的濃度為11%作為優(yōu)化實驗的數(shù)據(jù).

(4)溫度對脫脂的影響.膠原蛋白的變性溫度為40 ℃，隨著溫度的增加膠原與脂肪間的活性增大，易于被無水乙醇溶解，溫度接近40 ℃時，相應(yīng)的結(jié)合能力也增加，考察不同溫度下的脫脂率，優(yōu)化溫度選擇為30 ℃、35 ℃、40 ℃.

圖1 超聲時間對脫脂率的影響 圖2 液比對脫脂率的影響

圖3 無水乙醇濃度對脫脂率的影響 圖4 溫度對脫脂率的影響

2.1.2 異丙醇單因素工藝優(yōu)化

(1)超聲時間對脫脂的影響.由圖5可見,超聲波時間低于3 h時，脫脂液的脫脂率隨時間增加，這是因為隨著超聲波脫脂時間的增加，先是表皮的脂肪被除去，接著表皮細(xì)胞中的脂肪細(xì)胞破裂；而當(dāng)超聲波時間超過3 h后振動產(chǎn)生結(jié)合能，引起脫脂效率稍有下降的趨勢,所以選擇超聲時間為3 h作為優(yōu)化實驗的數(shù)據(jù).

(2)液比對脫脂的影響.由圖6可見,濃度增大時，脂肪間的作用力減小，脂肪易被分解；而當(dāng)液比高于1∶2時，混合液的濃度減少，使平衡向逆方向發(fā)展，并且隨液比增加，異丙醇的濃度減少也使脫脂作用變?nèi)?根據(jù)液比與脫脂率變化的關(guān)系曲線選擇液比為1∶2作為優(yōu)化實驗的數(shù)據(jù).

(3)異丙醇的濃度對脫脂的影響.由圖7可見,在異丙醇的濃度低于10%時，隨著濃度的增加，異丙醇對脂肪的作用增加，脫脂率增加；濃度高于10%后，脫脂率稍有下降，從經(jīng)濟環(huán)保的角度考慮選擇異丙醇的濃度為10%作為優(yōu)化的基礎(chǔ).

(4)溫度對脫脂的影響.膠原蛋白的變性溫度為40 ℃，由圖8可見,隨著溫度的升高膠原與脂肪間的活性增大，易于被異丙醇溶解，溫度接近40 ℃時，相應(yīng)的結(jié)合能力也增加，當(dāng)溫度達到38 ℃時，分解能力和結(jié)合能力有明顯的分界，所以優(yōu)化溫度選擇為36 ℃、38 ℃、40 ℃.

圖5 超聲時間對脫脂率的影響 圖6 液比對脫脂率的影響

圖7 異丙醇濃度對脫脂率的影響 圖8 溫度對脫脂率的影響

2.2 正交試驗確定最佳工藝

2.2.1 無水乙醇脫脂的最佳工藝

通過正交試驗確定豬皮無水乙醇脫脂的最佳工藝，試驗設(shè)計及結(jié)果如表1、表2所示.

表1 正交試驗因素表

從表2可以得到，用無水乙醇處理鮮皮液脫脂率在75.88%～91.76%的范圍內(nèi)，2號試驗工藝的脫脂率最高，達到91.76%，其所對應(yīng)的條件為超聲波時間1.5 h、液比1∶2.2、無水乙醇的濃度11%、溫度35 ℃.

表2 無水乙醇脫脂正交試驗結(jié)果

2.2.2 異丙醇脫脂的最佳工藝

通過正交試驗確定豬皮異丙醇脫脂的最佳工藝，試驗設(shè)計及結(jié)果如表3、表4所示.

表3 正交試驗因素表

表4 異丙醇脫脂正交試驗結(jié)果

從表4可以得到，用異丙醇處理鮮皮液脫脂率在64.70%～92.35%的范圍內(nèi)，3號試驗工藝的脫脂率最高，達到92.35%，其所對應(yīng)的條件為超聲波時間2.5 h，液比1∶2.5，異丙醇濃度12%,溫度40 ℃.

表5 兩種脫脂方法的比較

2.3 兩種兩步脫脂方法的比較

用無水乙醇、異丙醇兩步有機溶劑脫脂的方法有：

(1)先用無水乙醇在最優(yōu)條件下脫脂，再用異丙醇在優(yōu)化條件下脫脂，即無水乙醇-異丙醇法.

(2)先用異丙醇在優(yōu)化條件下脫脂，再用無水乙醇在優(yōu)化條件下脫脂，即異丙醇-無水乙醇法.

比較兩種兩步脫脂方法對同樣質(zhì)量的脫脂碎液的脫脂率，結(jié)果如表5所示.

由表5可以看出先對碎豬皮液進行異丙醇脫脂處理，再用無水乙醇在最優(yōu)條件對初步處理的皮液進行處理的效果較好，脫脂效率達95.68%，由此可見兩步法脫脂效果比單步脫脂的效果好.而先用異丙醇進行脫脂處理，可以降低液體中的脂肪的濃度，使無水乙醇的處理更充分，從而提高了脫脂的效果.采用先用無水乙醇處理的兩步法同樣可以提高脫脂效果，但是卻不明顯，這與無水乙醇和異丙醇的脫脂效果有關(guān).

3 結(jié)論

(1)單步法脫脂時，無水乙醇脫脂的最優(yōu)工藝為超聲波時間1.5 h、液比1∶2.2、無水乙醇濃度11%、溫度35 ℃,脫脂率可達91.76%.

(2)單步法脫脂時，異丙醇脫脂的最優(yōu)工藝為超聲波時間2.5 h、液比1∶2.5、異丙醇濃度12%、溫度40 ℃，其脫脂效率可達92.35%.

(3)兩步法脫脂時，先用異丙醇再用無水乙醇處理的兩步法效果比先用無水乙醇再用異丙醇的效果好.

(4)兩步法脫脂的效果比單步法脫脂的效果好，兩步法脫脂的脫脂率達到95.68%，優(yōu)于單步法.

[1] 趙 帥，鞏 旭，李英國.豬皮的不同脫脂方法對膠原提取率的影響[J].中國皮革，2007,(9):33-36.

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[3] 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(xué)與工程，2003，(3):17-20.

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