畜禽屠宰骨副产物工程化加工关键技术与装备

　　我国是世界肉类生产大国，近年来肉类总产量一直高达7,000万吨以上，已经连续19年位居世界第一位。我国畜禽屠宰加工产业的持续发展，每年产生1,100多万吨的畜禽骨副产品，约含165万吨动物蛋白，按目前我国人均日消耗75g蛋白计，足够满足6,000万人对蛋白质的年需求。然而，目前我国对畜禽骨副产物的精深加工和高值化利用比例不足3%，屠宰副产物资源利用率低下，已经成为制约畜禽屠宰加工产业发展的瓶颈。开展畜禽骨产品精深加工关键技术研究、开发创新性产品和研制核心装备势在必行。以大宗低值畜禽骨为原料，以骨素产品产业化开发为目标，实现技术-产品-装备一体化突破，势在必行。

　　我国是世界肉类生产大国，肉类工业产值占我国食品工业产值近10%，产量已超过欧美产量总和，成为全球最主要的肉类生产国。近年来我国畜禽屠宰加工业发展很快，农业和畜牧大省丰富的食品加工资源和宽松的政策环境促进了一批大型肉类企业集团的发展，目前我国畜禽屠宰加工直接从业人员达到4000万人，畜禽屠宰加工业的发展对于解决“三农”问题和建设和谐社会中发挥了重要作用，带动了全国肉类行业的快速发展。但目前我国屠宰及副产物加工水平与生产方式还很粗放、工业化装备落后，为此开展畜禽骨资源精深加工工艺与装备研发，对我国畜禽骨产品进行高值化、产业化开发，是我国畜禽加工业面临的一个亟待解决的共性问题。

　　我国2012年肉类产量达到近8000万吨。规模以上肉类加工业共3000余家，其中畜禽屠宰加工1800多家。以生猪为例，2004年以来，我国生猪屠宰量一直稳定在6亿头以上，近年来畜禽屠宰及肉类加工对社会投资者保持着较强的吸引力，其投资增长呈现出持续较快发展的态势。中国作为世界畜禽产品生产和贸易大国，在畜禽产业发展同时，畜禽在屠宰、加工的各个环节，也产生了大量的骨、血、内脏、皮、毛、各种腺体等副产物。解决畜禽屠宰伴生的副产物的综合利用问题，尤其是对畜禽屠宰最重要的副产物——畜禽骨（架）进行精深加工利用，定向解决相关技术、装备和创新产品开发问题，是促进我国畜禽屠宰加工业可持续发展的必由之路，符合产业发展方向，是产业结构调整和产业升级的需求。

　　骨在动物体中约占体重的20%——30% ,含有丰富的营养成分,主要为骨胶原蛋白、骨油、矿物质等。由于我国畜禽屠宰加工集约化程度低、骨副产物加工水平和装备较为落后等原因，导致我国绝大部分畜禽屠宰骨副产品主要用来加工骨粉、骨泥等附加值低的产品，资源未被很好利用。骨素作为最新一代骨深加工产品形式，在过去的10多年来，我国对骨素产品工艺进行了大量探索，在河南、山东和东北等地区一些厂家对骨素产品进行了工业化生产，但除了设备问题外，还有诸多关键问题如高效抽提、可控酶解以及衍生化产品制备等核心技术并没有得到解决。集中国内优势“产学研”资源，研究骨副产物综合利用技术，开发创新性的骨深加工产品，研制相关核心装备，改善我国畜禽副产品结构，增强我国畜牧业和农业的国际竞争力和抗击市场风险的能力，已经为行业所急需。

　　骨素（Bone Extracts）是以畜禽骨副产物为原料，借助食品分离抽提技术，获取畜禽骨中的骨胶原蛋白、骨油和矿物质等营养成分，在经过分离浓缩和相关衍生化加工而得到的一类食品。随着我国经济社会的发展，人们的生活节奏的加快、对安全、营养、天然、美味、方便的调味食品需求日益增加。餐饮业、调理食品和方便食品的快速发展，推进了厨房社会化，从而促进了对人们对骨素产品的需求。自2003年以来，调味品 行业进入了高速发展的阶段，近5年行业年增长率达20%左右，已连续十年实现年增长幅度超过10%以上。目前调味品行业总产量已超过1000万吨，2009年，调味品和发酵制品规模以上企业实现总产值超过1000亿元，同比增长27.9%。随着消费的不断升级，市场竞争的加剧,调味品表现出向高档化发展的趋势，高档调味品市场容量在进一步扩大。骨素及其衍生化产品为代表的最新一代调味品具有营养、天然、美味、方便优势，表现出极强的市场竞争优势。

　　（5）符合节能环保、资源高效利用和低碳加工的需求

　　目前，中国已成为世界主要资源消耗第一大国。随着经济的飞速发展，资源短缺和环境不断恶化已严重制约我国经济的和谐和可持续发展。屠宰加工产生的大量畜禽屠宰骨副产物如不经过加工处理，将对环境造成严重负担；同时，我国是一个蛋白质资源缺乏的国家，由于人口众多，蛋白资源尤为短缺。在我国居民的膳食结构中，但蛋白质（特别是动物性蛋白）的摄入量仍不足。2003年我国居民人均每日摄入蛋白质70.5克， 2010年食物的安全蛋白质保障目标日摄入为77克。随着人口的持续增长，在畜禽养殖环境承载力有限的条件下，加强对已有蛋白资源的精深加工和高值化利用，具有重要的经济和社会效益，开发蛋白质丰富、营养配比合理且成本低廉的畜禽加工骨副产物，这是一个事关国计民生的战略问题；畜禽养殖和加工业是工农业生产中一种碳排放很高的产业，畜禽副产品进行综合加工利用，提高畜禽屠宰加工业的产出，提高资源利用效率，推进低碳生产及清洁生产方式，对畜禽养殖及加工业都将产生深远而积极的影响。

　　近年来，我国骨素及其衍生化产品产业化开发因关键技术和核心装备的制约，严重影响了产业的成长。需要在以下几个方面取得突破：

　　由于分割方法和手段的制约，目前禽类（鸡、鸭）屠宰分割后的骨副产品主要是带肉禽骨架。以鸡骨架为例，带肉骨架中通常含有75%肉和脂肪，25%的骨架，依据骨与肉（含脂肪）在微冻结状态下的硬度差异，采用螺杆挤压方法可以进行骨肉分离得到骨渣（骨素原料）和脱骨肉（肉制品原料）。如何在保证食品质量的前提下高效安全地将骨架上的鸡肉和骨架分离是本项目的技术研究重点，也是相关设备开发的理论依据。而以畜骨（猪骨、牛骨）作为原料生产骨素，由于畜骨物料较大，为了提高抽提效率，需要对骨进行破碎前处理，不同畜骨原料的破碎方法如破碎方式（斩切方式、温度）、破碎率等都对骨素的质量指标如风味、色泽产生影响。

　　畜禽骨中（牛骨、猪骨、鸡骨）中的含水量通常在62%-66%，蛋白含量通常为11%-16%，脂肪含量通常为7%-14%，矿物质含量为3%-6%。由于畜禽骨（架）独特的结构和性质，对其蛋白、脂肪、矿物质等营养成分和风味成分进行高效抽提，是制约和影响畜禽骨（架）精深加工和高值化利用工程中的一个技术难题。因此，如何借助现代食品分离工艺和工程手段，高效抽提畜禽骨架中营养成分是本项目的研究重点。此外，通过对骨素抽提工艺的深入研究，确定提取方式，为相关设备开发提供依据。

　　蛋白靶向酶解又称仿生可控酶解技术，该技术可以提高骨胶原蛋白的功能特性，制备系列功能性蛋白。对提取得到的原骨素蛋白进行适度水解还能提高骨素风味，是进行下一步衍生化产品开发的主要工艺操作之一。研究骨素蛋白水解条件，优化复合蛋白酶组合，研究可控酶解工艺技术条件，并探索酶解产物的功能特性和风味和性质与水解度变化的关系，在脱除酶解液苦味、抑制苦味肽形成的前提下，确定最佳可控酶解工艺。

　　以畜禽骨制得的原骨素通产风味单一、蛋白水解度低，骨素中脂肪容易氧化，风味不足。利用美拉德反应（Maillard Reaction）工艺工程手段，可以对骨素产品进行衍生化开发，生产肉香味浓郁的骨素类调味料。美拉德反应加工过程中的脂肪酸的氧化、分解、糖和氨基酸热降解、羰氨反应及各种生成物的二次或三次反应，所形成的肉味香精成分有数百种，因此通过可控制生物酶解和Millard反应可以开发具有天然肉香风味的骨素衍生化产品。通过预处理程序升温设定，物料流速控制、反应温度和反应时间精确控制，使反应过程连续化，避免间歇式美拉德所导致产品批次间风味品质不稳定的缺陷。通过优化工艺条件，完善连续化美拉德反应生香技术参数，突破工程化解决方案，实现连续化美拉德生香反应技术的产业化。

　　骨素及以骨素为基料的系列衍生化产品是最新一代调味品。骨素产品营养丰富、色香味俱全、方便安全，是适用于方便食品、快餐食品和家庭佐餐消费的一类天然调味品。由于骨素调味品种类很繁杂，标准化水平还很低，往往因原料、辅料差异以及加工工艺的不同，造成产品标准不统一，质量稳定性差。另一方面，骨素产品的质量安全（微生物、兽药残留、重金属）问题也是决定骨素产业能否健康发展的决定因素。目前我国骨素产品的标准和质量安全保障体系还很不健全，同时骨素产业又是一个新兴的食品加工行业，缺乏有效的质量控制和安全控制体系，需要结合新技术、新产品和新装备的推广应用，不断建立、完善相关标准和安全控制体系。

　　目前，我国骨素生产装备如骨肉分离机、骨素提取装备、浓缩装备以及美拉德反应体系等核心装备普遍存在节能环保性和可靠性差、自动化程度低、加工适用性低等问题。本项目在课题组前期工作基础上，针对性的就上述重点问题进行攻关研发。目前研发重点包括提高设备的节能环保性，优化骨素抽提罐和浓缩装备集成设计；提高设备自动化程度，对连续性骨肉分离装备和骨素美拉德反应装置进行装置优化；提高设备工效性和安全性，通过优化结构设计弥补相关加工设备的缺陷及不足。

　　立足自主创新和集成创新，针对畜禽屠宰骨副产物精深加工关键技术、新产品开发与关键设备研制进行攻关，实现工艺-装备-产品一体化突破。以畜禽骨（架）为主要原料，运用现代食品生物技术和高效分离技术优化骨素产业化工艺，重点突破骨肉分离、骨素高效抽提、靶向酶解、连续化可控美拉德反应、膜浓缩技术及相关核心装备。通过相关技术与装备组装集成，开发高附加值脱骨肉、骨素、高汤、骨油、呈味肽基料以及骨素调味料等系列新产品，制修订产品标准；开发高效骨肉分离装置、畜禽骨素高效抽提装置、高效低耗骨素浓缩装置、骨素美拉德反应釜等生产急需设备；基本构建起我国畜禽骨副产品精深加工业技术体系和科技创新体系，提升屠宰副产物的利用率和附加值，将我国屠宰加工业清洁生产引向深入，促进产业结构调整和技术升级。