牛蛙皮主要成分测定及明胶提取工艺对比

杨莉莉 梁吕保 蔡雯雯 黄丹

牛蛙凭借适应性强、对养殖条件要求不高、耐运输、杂食、生长快、个体大、易养殖、利润较高等特点，养殖规模和养殖范围均得到了较快的增长。2021年全国多地引进了牛蛙养殖，年产量已超50万吨，仅在粤东、闽南一带年产量就可达到20多万吨，养殖区域出现由南向北扩散的趋势。目前牛蛙在中国各地均有大规模的养殖，已成为我国重要的经济养殖动物。

牛蛙的皮肤组织重量约占其体量的5%，食用过程中常被丢弃，造成了大量生物资源的浪费。从牛蛙皮肤组织中提取优质胶原，深入开发高附加值产品，既能够解决废弃物带来的污染问题，又推动了生物质资源的综合开发与高值利用，可以创造良好的环境效益和经济效益。作为一种生物性高分子物质，胶原是动物体内含量最多、分布最广的功能性蛋白，明胶则是胶原部分降解得到的产物，广泛应用于食品、化妆品及医药工业等领域。基于此，本实验对牛蛙皮的主要成分进行分析，并对比牛蛙皮经过3种预处理工艺后的提胶得率、胶液在570nm的透过率（%）、胶液b值、粘度、冻力指标，以期为工业化利用牛蛙皮生产明胶提供参考。

一、材料与设备

1.材料与试剂。牛蛙皮，收集自当地农贸市场，置于铝箔袋中密封，放置在冰箱的-18℃冷冻室内冻结备用。盐酸、硫酸、氢氧化钠，均为分析纯；食盐、碳酸钠，均为食品级。

2.仪器与设备。101-1电热恒温干燥箱，上海博迅实业有限公司；SX2-4-10N箱式电阻炉，上海一恒科学仪器有限公司；DDS-307精密电导率仪，上海仪电科学仪器股份有限公司；PHS-3C型精密pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司；78-1磁力加热搅拌，天津市欧诺仪器仪表有限公司；UV-1100紫外分光光度计 上海美谱达仪器有限公司；ZE6000分光测色仪，日本电色工业株式会社；PAL-1糖度计，ATAGO（爱拓）株式会社；1000mL索式提取器，四川蜀玻（集团）有限责任公司；AR224CN电子分析天平，美国奥豪斯仪器（上海）有限公司；ND-1勃氏粘度测试仪，天津市国铭医药设备有限公司；JS-2冻力测试仪，天津市国铭医药设备有限公司。

二、实验与方法

1.样品的预处理。按照1：3的料液比，将牛蛙皮用0.5%（w/w）氢氧化钠溶液浸泡处理2h，再用三倍样品量的水冲洗5次，加盐酸调节pH至6.5-8，然后用三倍样品量的水冲洗3次，自然沥水后制得样品1。将牛蛙皮和自来水按照1：3的料液比混合，用硫酸调节pH至1左右，浸泡处理3h，再用三倍样品量的水冲洗5次，自然沥水后制得样品2。将牛蛙皮和自来水按照1：3的料液比混合浸泡，然后水洗5次，自然沥水后制得样品3。

2.胶原的提取。按照1：2的料液比向样品中加入自来水，加硫酸调节pH至4.0-4.5，在水浴锅中恒温60℃提胶，提胶时间为3h。经棉过滤得到胶液，再将胶液平摊在不锈钢托盘上，置于电热恒温干燥箱中，在50℃条件下烘干得到干胶片。

3.理化指标的测定。（1）牛蛙皮水分测定。采用GB/T 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的直接干燥法。

（2）牛蛙皮脂肪测定。采用GB 5009.6-2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法。

（3）牛蛙皮灰分测定。采用GB 5009.4-2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》中的馬福炉灰化法。

（4）牛蛙皮粗蛋白含量测定。采用GB 5009.5-2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法。

（5）牛蛙提胶收率测定。牛蛙皮加酸、热水提胶，手持浓度计测定胶液浓度，按照如下公式计算收率，0.77为手持糖度计的校正系数。

（6）明胶色度指数B值的测定。在30℃条件下，测定10%明胶溶液，用分光测色仪对胶液进行检测，然后读数记录结果。

（7）明胶透过率的测定。在45℃条件下，测定6.67%明胶溶液，用分光光度计于波长570nm处对胶液进行检测，然后读数记录结果。

（8）透视度的测定。将牛蛙皮水洗后的清洗液体装入底部带有十字标识、侧面有高度标识的量筒中，从上至下目视量筒底部的十字标识，通过排放管调整液位，当视线透过液体量筒底部的十字标识清晰可见时，读取量筒的高度，将其记录为透视度。

（9）明胶粘度的测定。在60℃条件下，测定100mL的6.67%明胶溶液流过标准毛细管所需要的时间。

（10）明胶冻力的测定。将待测定的6.67%明胶溶液放入（10±0.1）℃低温恒槽内冷却16-18h，然后将直径为12.7mm的圆柱压入6.67%明胶的胶冻表面以下4mm时所施加的力记为冻力，以B1oom g为单位。

三、结果与分析

1.牛蛙皮的主要成分含量。对自然沥水后的牛蛙皮进行水分、粗脂肪、灰分、粗蛋白含量测定，结果详见表1。

由表1可知，牛蛙皮的水分含量为68.50%、粗脂肪含量为1.93%、灰分含量为5.58%、粗蛋白含量为20.87%，与杨远帆等人的测定结果接近。与罗非鱼皮相比，牛蛙皮的粗蛋白含量偏低，灰分含量较高，水分、脂肪含量较为接近，其脱脂预处理工艺可以参考罗非鱼皮的预处理工艺，因此后期工业化生产时所使用的脱脂清洗设备也可能比较接近。牛蛙皮的脂肪含量为1.93%，远低于牛皮和猪皮的脂肪量（3%-30%），表明牛蛙皮更易于脱脂和浸提。另外，牛蛙皮的胶原蛋白含量约为13.8%，占总蛋白的74.39%，说明牛蛙皮是提取和利用明胶的理想原料。

2.不同预处理方法后牛蛙皮的理化指标比较。根据采用不同预处理方法后牛蛙皮的理化指标（表2）可以看出，样品1的灰分最高，与预处理前的5.58%相比，灰分含量反而更高，可能是因为使用盐酸调整pH时，盐酸与氢氧化钠发生了酸碱反应生成了氯化钠和水，然后由于水洗不够充分，残留的氯化钠没有被彻底洗出，反而使得灰分含量增加。样品1经过预处理后，电导率最低，可能是由于酸碱中和后溶液中的离子量减少而造成的。样品1经过预处理后，清洗溶液的透视度最低、收率也最低，可能与牛蛙皮进行碱洗时，部分杂蛋白、脂类等被去除有关，另外水洗不够充分，残留的氯化钠也会影响透视度。

样品2预处理后水分最高，收率最高，这是因为稀酸溶液可以有效作用于胶原蛋白分子间的氢键，使胶原纤维膨胀展开，泡酸后牛蛙皮吸水发胀。经泡酸预处理后，牛蛙皮的灰分最低，说明样品2预处理方法脱灰的效果最好，这与牛蛙皮内的磷、钙等无机成分与酸反应产生可溶性的盐，再经水洗被去除有关。样品2预处理后的电导率最高，可能是由于水洗不够彻底，溶液中离子含量高所造成的，增加弱碱（例如碳酸钠）进行中和，再经水洗就可解决这个问题。

样品3只经过3次水洗，预处理后的水分含量为79.61%，处理前则为68.50%，高了11.11%，这与自然沥水的方法有很大关系，因为牛蛙皮自然沥水时堆放过厚不容易沥出水，水分含量就比较高。

对比3个样品可以看出，预处理后样品2的灰分最低，与罗非鱼皮的灰分接近。3个样品经过处理后，水分均较原始牛蛙皮的水分有所上升，因此原料采购时需要在合同内约定好原料的水分范围，不能只以“自然沥水至不滴水”为验收标准。

3.不同预处理方法的牛蛙皮制得明胶理化指标的比较。根据不同预处理方法的牛蛙皮制得明胶的理化指标（表3）可以看出，经过泡酸预处理的样品2提取得到的胶液透过率最高，b值最低，颜色最浅。样品3提取出的胶液透过率最低，b值最高，颜色最深，这是因为样品3的牛蛙皮只进行了水洗，没有经过酸或碱除杂的处理，其中的脂肪极易氧化产生臭味，使胶原蛋白溶液变浑浊，此外也与杂蛋白、粘多糖、矿物质等含量高有着直接的关系。样品1的牛蛙皮在预处理时使用氢氧化钠浸泡，水洗很难将其清洗干净，残留的氢氧化钠在提取时又与硫酸反应生成硫酸钠，也会影响胶液的透过率与b值。

经过碱处理后，样品1胶液的粘度与冻力最高；经过酸处理后，样品2胶液的粘度最低；只经过水洗处理的样品3收率最高，这一结果与牛蛙皮没有经过酸或碱除杂的处理，其中杂蛋白、粘多糖、矿物质等含量高有关。

对比3个样品，从经过碱洗预处理的牛蛙皮中提取得到的明胶冻力最高，但在工业化生产时，不宜使用氢氧化钠进行碱洗，因为残留的氢氧化钠很难清洗干净，最终会影响到产品的品质。从经过酸洗预处理的牛蛙皮中提取得到的明胶感官指标最好，但是冻力低，收率也最低。在酸法预处理中，泡酸会使牛蛙皮吸酸溶胀，明胶能够更好地释放出来，但如果酸的浓度过低或处理时间不充足，牛蛙皮溶胀不完全，明胶析出量较少，产量就会较低。

综上所述，牛蛙肉质细嫩鲜美、营养丰富，但食用时会产生大量的蛙皮副产物，因此有必要设计蛙皮明胶生产工艺，既可制备高品质明胶，又可增加蛙皮附加值。2021年全国牛蛙年产量为50万吨，牛蛙皮比重按5%进行计算，每年约可产出2.5万吨的牛蛙皮，约可产出0.25万吨明胶。随着牛蛙逐渐形成产业化的养殖、加工、销售规模，牛蛙皮在未来极有可能用于工业化生产明胶，作为水产动物来源明膠的有力补充。