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    畜禽屠宰骨副產物工程化加工關鍵技術與裝備

    2013-08-03      來源:中國農業科學院農產品加工研究所       作者:張春暉   
     
    內容摘要:目前我國對畜禽骨副產物的精深加工和高值化利用比例不足3%,屠宰副產物資源利用率低下,已經成為制約畜禽屠宰加工產業發展的瓶頸。開展畜禽骨產品精深加工關鍵技術研究、開發創新性產品和研制核心裝備勢在必行。以大宗低值畜禽骨為原料,以骨素產品產業化開發為目標,實現技術-產品-裝備一體化突破,勢在必行。
      1、引言
      我國是世界肉類生產大國,近年來肉類總產量一直高達7,000萬噸以上,已經連續19年位居世界第一位。我國畜禽屠宰加工產業的持續發展,每年產生1,100多萬噸的畜禽骨副產品,約含165萬噸動物蛋白,按目前我國人均日消耗75g蛋白計,足夠滿足6,000萬人對蛋白質的年需求。然而,目前我國對畜禽骨副產物的精深加工和高值化利用比例不足3%,屠宰副產物資源利用率低下,已經成為制約畜禽屠宰加工產業發展的瓶頸。開展畜禽骨產品精深加工關鍵技術研究、開發創新性產品和研制核心裝備勢在必行。以大宗低值畜禽骨為原料,以骨素產品產業化開發為目標,實現技術-產品-裝備一體化突破,勢在必行。
      2、技術與裝備需求分析
     ?。?)提高骨副產品高值化加工水平,是畜禽產業的共性需求
      我國是世界肉類生產大國,肉類工業產值占我國食品工業產值近10%,產量已超過歐美產量總和,成為全球最主要的肉類生產國。近年來我國畜禽屠宰加工業發展很快,農業和畜牧大省豐富的食品加工資源和寬松的政策環境促進了一批大型肉類企業集團的發展,目前我國畜禽屠宰加工直接從業人員達到4000萬人,畜禽屠宰加工業的發展對于解決“三農”問題和建設和諧社會中發揮了重要作用,帶動了全國肉類行業的快速發展。但目前我國屠宰及副產物加工水平與生產方式還很粗放、工業化裝備落后,為此開展畜禽骨資源精深加工工藝與裝備研發,對我國畜禽骨產品進行高值化、產業化開發,是我國畜禽加工業面臨的一個亟待解決的共性問題。
     ?。?)屠宰副產物高值化精深加工,符合產業調整和產業升級的要求
      我國2012年肉類產量達到近8000萬噸。規模以上肉類加工業共3000余家,其中畜禽屠宰加工1800多家。以生豬為例,2004年以來,我國生豬屠宰量一直穩定在6億頭以上,近年來畜禽屠宰及肉類加工對社會投資者保持著較強的吸引力,其投資增長呈現出持續較快發展的態勢。中國作為世界畜禽產品生產和貿易大國,在畜禽產業發展同時,畜禽在屠宰、加工的各個環節,也產生了大量的骨、血、內臟、皮、毛、各種腺體等副產物。解決畜禽屠宰伴生的副產物的綜合利用問題,尤其是對畜禽屠宰最重要的副產物——畜禽骨(架)進行精深加工利用,定向解決相關技術、裝備和創新產品開發問題,是促進我國畜禽屠宰加工業可持續發展的必由之路,符合產業發展方向,是產業結構調整和產業升級的需求。
     ?。?)畜禽骨素產業化水平低,技術、裝備與產品研發急需加強
      骨在動物體中約占體重的20%——30% ,含有豐富的營養成分,主要為骨膠原蛋白、骨油、礦物質等。由于我國畜禽屠宰加工集約化程度低、骨副產物加工水平和裝備較為落后等原因,導致我國絕大部分畜禽屠宰骨副產品主要用來加工骨粉、骨泥等附加值低的產品,資源未被很好利用。骨素作為最新一代骨深加工產品形式,在過去的10多年來,我國對骨素產品工藝進行了大量探索,在河南、山東和東北等地區一些廠家對骨素產品進行了工業化生產,但除了設備問題外,還有諸多關鍵問題如高效抽提、可控酶解以及衍生化產品制備等核心技術并沒有得到解決。集中國內優勢“產學研”資源,研究骨副產物綜合利用技術,開發創新性的骨深加工產品,研制相關核心裝備,改善我國畜禽副產品結構,增強我國畜牧業和農業的國際競爭力和抗擊市場風險的能力,已經為行業所急需。
     ?。?)開發新型骨素產品,符合日趨強烈的市場需求
      骨素(Bone Extracts)是以畜禽骨副產物為原料,借助食品分離抽提技術,獲取畜禽骨中的骨膠原蛋白、骨油和礦物質等營養成分,在經過分離濃縮和相關衍生化加工而得到的一類食品。隨著我國經濟社會的發展,人們的生活節奏的加快、對安全、營養、天然、美味、方便的調味食品需求日益增加。餐飲業、調理食品和方便食品的快速發展,推進了廚房社會化,從而促進了對人們對骨素產品的需求。自2003年以來,調味品 行業進入了高速發展的階段,近5年行業年增長率達20%左右,已連續十年實現年增長幅度超過10%以上。目前調味品行業總產量已超過1000萬噸,2009年,調味品和發酵制品規模以上企業實現總產值超過1000億元,同比增長27.9%。隨著消費的不斷升級,市場競爭的加劇,調味品表現出向高檔化發展的趨勢,高檔調味品市場容量在進一步擴大。骨素及其衍生化產品為代表的最新一代調味品具有營養、天然、美味、方便優勢,表現出極強的市場競爭優勢。
     ?。?)符合節能環保、資源高效利用和低碳加工的需求
      目前,中國已成為世界主要資源消耗第一大國。隨著經濟的飛速發展,資源短缺和環境不斷惡化已嚴重制約我國經濟的和諧和可持續發展。屠宰加工產生的大量畜禽屠宰骨副產物如不經過加工處理,將對環境造成嚴重負擔;同時,我國是一個蛋白質資源缺乏的國家,由于人口眾多,蛋白資源尤為短缺。在我國居民的膳食結構中,但蛋白質(特別是動物性蛋白)的攝入量仍不足。2003年我國居民人均每日攝入蛋白質70.5克, 2010年食物的安全蛋白質保障目標日攝入為77克。隨著人口的持續增長,在畜禽養殖環境承載力有限的條件下,加強對已有蛋白資源的精深加工和高值化利用,具有重要的經濟和社會效益,開發蛋白質豐富、營養配比合理且成本低廉的畜禽加工骨副產物,這是一個事關國計民生的戰略問題;畜禽養殖和加工業是工農業生產中一種碳排放很高的產業,畜禽副產品進行綜合加工利用,提高畜禽屠宰加工業的產出,提高資源利用效率,推進低碳生產及清潔生產方式,對畜禽養殖及加工業都將產生深遠而積極的影響。
      3、骨素加工工程化技術
      近年來,我國骨素及其衍生化產品產業化開發因關鍵技術和核心裝備的制約,嚴重影響了產業的成長。需要在以下幾個方面取得突破:
      1、骨肉分離與破碎技術
      由于分割方法和手段的制約,目前禽類(雞、鴨)屠宰分割后的骨副產品主要是帶肉禽骨架。以雞骨架為例,帶肉骨架中通常含有75%肉和脂肪,25%的骨架,依據骨與肉(含脂肪)在微凍結狀態下的硬度差異,采用螺桿擠壓方法可以進行骨肉分離得到骨渣(骨素原料)和脫骨肉(肉制品原料)。如何在保證食品質量的前提下高效安全地將骨架上的雞肉和骨架分離是本項目的技術研究重點,也是相關設備開發的理論依據。而以畜骨(豬骨、牛骨)作為原料生產骨素,由于畜骨物料較大,為了提高抽提效率,需要對骨進行破碎前處理,不同畜骨原料的破碎方法如破碎方式(斬切方式、溫度)、破碎率等都對骨素的質量指標如風味、色澤產生影響。
      2、高效抽提技術
      畜禽骨中(牛骨、豬骨、雞骨)中的含水量通常在62%-66%,蛋白含量通常為11%-16%,脂肪含量通常為7%-14%,礦物質含量為3%-6%。由于畜禽骨(架)獨特的結構和性質,對其蛋白、脂肪、礦物質等營養成分和風味成分進行高效抽提,是制約和影響畜禽骨(架)精深加工和高值化利用工程中的一個技術難題。因此,如何借助現代食品分離工藝和工程手段,高效抽提畜禽骨架中營養成分是本項目的研究重點。此外,通過對骨素抽提工藝的深入研究,確定提取方式,為相關設備開發提供依據。
      3、靶向酶解技術
      蛋白靶向酶解又稱仿生可控酶解技術,該技術可以提高骨膠原蛋白的功能特性,制備系列功能性蛋白。對提取得到的原骨素蛋白進行適度水解還能提高骨素風味,是進行下一步衍生化產品開發的主要工藝操作之一。研究骨素蛋白水解條件,優化復合蛋白酶組合,研究可控酶解工藝技術條件,并探索酶解產物的功能特性和風味和性質與水解度變化的關系,在脫除酶解液苦味、抑制苦味肽形成的前提下,確定最佳可控酶解工藝。
      4、連續化可控美拉德反應技術
      以畜禽骨制得的原骨素通產風味單一、蛋白水解度低,骨素中脂肪容易氧化,風味不足。利用美拉德反應(Maillard Reaction)工藝工程手段,可以對骨素產品進行衍生化開發,生產肉香味濃郁的骨素類調味料。美拉德反應加工過程中的脂肪酸的氧化、分解、糖和氨基酸熱降解、羰氨反應及各種生成物的二次或三次反應,所形成的肉味香精成分有數百種,因此通過可控制生物酶解和Millard反應可以開發具有天然肉香風味的骨素衍生化產品。通過預處理程序升溫設定,物料流速控制、反應溫度和反應時間精確控制,使反應過程連續化,避免間歇式美拉德所導致產品批次間風味品質不穩定的缺陷。通過優化工藝條件,完善連續化美拉德反應生香技術參數,突破工程化解決方案,實現連續化美拉德生香反應技術的產業化。
      5、標準化與質量安全控制技術
      骨素及以骨素為基料的系列衍生化產品是最新一代調味品。骨素產品營養豐富、色香味俱全、方便安全,是適用于方便食品、快餐食品和家庭佐餐消費的一類天然調味品。由于骨素調味品種類很繁雜,標準化水平還很低,往往因原料、輔料差異以及加工工藝的不同,造成產品標準不統一,質量穩定性差。另一方面,骨素產品的質量安全(微生物、獸藥殘留、重金屬)問題也是決定骨素產業能否健康發展的決定因素。目前我國骨素產品的標準和質量安全保障體系還很不健全,同時骨素產業又是一個新興的食品加工行業,缺乏有效的質量控制和安全控制體系,需要結合新技術、新產品和新裝備的推廣應用,不斷建立、完善相關標準和安全控制體系。
      6、核心裝備開發總體設計
      目前,我國骨素生產裝備如骨肉分離機、骨素提取裝備、濃縮裝備以及美拉德反應體系等核心裝備普遍存在節能環保性和可靠性差、自動化程度低、加工適用性低等問題。本項目在課題組前期工作基礎上,針對性的就上述重點問題進行攻關研發。目前研發重點包括提高設備的節能環保性,優化骨素抽提罐和濃縮裝備集成設計;提高設備自動化程度,對連續性骨肉分離裝備和骨素美拉德反應裝置進行裝置優化;提高設備工效性和安全性,通過優化結構設計彌補相關加工設備的缺陷及不足。
      4、結語
      立足自主創新和集成創新,針對畜禽屠宰骨副產物精深加工關鍵技術、新產品開發與關鍵設備研制進行攻關,實現工藝-裝備-產品一體化突破。以畜禽骨(架)為主要原料,運用現代食品生物技術和高效分離技術優化骨素產業化工藝,重點突破骨肉分離、骨素高效抽提、靶向酶解、連續化可控美拉德反應、膜濃縮技術及相關核心裝備。通過相關技術與裝備組裝集成,開發高附加值脫骨肉、骨素、高湯、骨油、呈味肽基料以及骨素調味料等系列新產品,制修訂產品標準;開發高效骨肉分離裝置、畜禽骨素高效抽提裝置、高效低耗骨素濃縮裝置、骨素美拉德反應釜等生產急需設備;基本構建起我國畜禽骨副產品精深加工業技術體系和科技創新體系,提升屠宰副產物的利用率和附加值,將我國屠宰加工業清潔生產引向深入,促進產業結構調整和技術升級。



    本站編輯:王佩東 
     
     
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