不同粒度兔骨粉營(yíng)養(yǎng)特性和理化特性的研究

李少博，賀稚非,2，鄧大川，吳練軍，李洪軍,2*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400716)2(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400716)

不同粒度兔骨粉營(yíng)養(yǎng)特性和理化特性的研究

李少博1，賀稚非1,2，鄧大川1，吳練軍1，李洪軍1,2*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400716)2(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400716)

文中以70日齡伊拉兔的脊骨、腿骨和肋骨為實(shí)驗(yàn)原料，經(jīng)一系列前處理后，采用不同的加工條件制得了細(xì)兔骨粉、超細(xì)兔骨粉、超微兔骨粉和納米兔骨粉。比較了不同粒徑兔骨粉的一般營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及氨基酸含量的特點(diǎn)，也對(duì)比了不同粒徑兔骨粉化學(xué)結(jié)構(gòu)、鈣離子釋放度等理化特性的差異。結(jié)果表明：納米兔骨粉含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是鈣含量達(dá)到了(6.27±0.09)%，為其作為優(yōu)質(zhì)的鈣源打下了良好的基礎(chǔ)；其次，經(jīng)FT-IR 圖譜分析，納米兔骨粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)與其他粒徑的兔骨粉沒(méi)有顯著的差別；另外，納米兔骨粉的鈣離子釋放度也是最高，達(dá)到了29.25%，表明了納米兔骨粉的鈣離子更容易被吸收。

納米兔骨粉；營(yíng)養(yǎng)特性；理化特性

兔肉作為一種綠色、健康的肉類(lèi)，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，它含有較高的蛋白質(zhì)、卵磷脂、賴(lài)氨酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而脂肪、膽固醇、尿酸等含量較低，高消化率，低熱量[1-4]，特別符合當(dāng)代消費(fèi)者追求 “營(yíng)養(yǎng)與健康”的理念，因此，兔肉被視為功能性肉制品而風(fēng)靡世界[5]。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)2017年的數(shù)據(jù)顯示[6]，2014年全球兔肉的總產(chǎn)量為156.0萬(wàn)t，我國(guó)的兔肉總產(chǎn)量為76.3萬(wàn)t，繼續(xù)穩(wěn)居世界前列。

兔骨作為兔肉加工的主要副產(chǎn)品，其產(chǎn)量隨著兔肉產(chǎn)量的增加而增多，和其他類(lèi)別的畜禽骨一樣，兔骨含有極為豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但是在國(guó)內(nèi)外畜禽骨骼一直沒(méi)有得到足夠的重視，大部分被用作飼料生產(chǎn)[7-9]，只有很少一部分被用來(lái)精深加工利用，如制成骨泥[10]、骨粉[11]等全骨類(lèi)產(chǎn)品以及一些骨鈣[12]、骨蛋白[13]、骨膠[14]、骨素[15]、骨香精[16]、骨油[17]等骨類(lèi)提取物。整體來(lái)講，畜禽骨并沒(méi)有得到充分的利用，造成了資源的極大浪費(fèi)。

按照常理來(lái)講，物質(zhì)的粒徑越小，它的孔隙率及比表面積就會(huì)越大，其表面吸附力、分散性和溶解性等性質(zhì)就會(huì)更好。此外，如果將顆粒的粒徑降低至納米尺度，其很有可能會(huì)產(chǎn)生一些異于常規(guī)顆粒的理化特性，也就是所謂的粒度效應(yīng)，如催化效應(yīng)、表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)等[18-20]。鑒于此，本研究以兔骨為研究對(duì)象，經(jīng)一系列前處理后，采用不同的加工條件制得了細(xì)兔骨粉、超細(xì)兔骨粉、超微兔骨粉和納米兔骨粉，比較了不同粒徑兔骨粉的一般營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及氨基酸含量的特點(diǎn)，也對(duì)比了不同粒徑兔骨粉化學(xué)結(jié)構(gòu)、鈣離子釋放度等理化特性的差異。希望能夠?qū)ν霉羌捌渌笄莨堑木罴庸ぬ峁┮欢ǖ睦碚撘罁?jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

伊拉兔骨，購(gòu)買(mǎi)于重慶市高校草食動(dòng)物工程研究中心種兔場(chǎng)；菠蘿蛋白酶，產(chǎn)自南寧東恒華道生物科技有限責(zé)任公司；其他試驗(yàn)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

XQM-0.4立式行星球磨機(jī)，產(chǎn)自長(zhǎng)沙天創(chuàng)粉末技術(shù)有限公司；Zetasizer Nano-ZS90納米粒度及Zeta電位分析儀，產(chǎn)自馬爾文儀器(中國(guó))上海思百吉儀器系統(tǒng)有限公司；標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩，產(chǎn)自浙江上虞市華豐五金儀器有限公司；氨基酸分析儀 L-8900，日立公司；Spectrun100 紅外光譜儀，產(chǎn)自美國(guó) PerkinElmer 公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

以70日齡伊拉兔的肋骨、脊骨和腿骨為實(shí)驗(yàn)原材料(其中肋骨和脊骨的總質(zhì)量與腿骨的質(zhì)量比約為4∶1)，然后把兔骨切成2 cm×2 cm左右的塊狀，放入100 ℃的水中熱燙去腥2 min，緊接著進(jìn)行高溫高壓蒸煮，蒸煮條件為：蒸煮溫度120 ℃、蒸煮時(shí)間2h、料液比(g∶mL)為1∶1.5，蒸煮完成后，剔除骨頭上多余的筋肉，隨后用菠蘿蛋白酶進(jìn)行酶解，酶解條件為：酶解溫度60 ℃、底物濃度15%、酶用量5 000 U/g、酶解時(shí)間4h，酶解完成后，煮沸滅活10 min；將骨頭用絞肉機(jī)粗破碎，后過(guò)膠體磨15 min(其中兔骨泥和水的質(zhì)量比為1∶1.5，膠體磨動(dòng)靜磨片間的間距為最小)，最后真空冷凍干燥24 h，干燥后的兔骨粉用于試驗(yàn)中不同粒徑兔骨粉的制備。

1.3.1 不同粒徑兔骨粉的制備

1.3.1.1 細(xì)兔骨粉的制備

將經(jīng)前處理得到的兔骨粉過(guò)標(biāo)準(zhǔn)篩，通過(guò)40目標(biāo)準(zhǔn)篩但未通過(guò)140目標(biāo)準(zhǔn)篩的兔骨粉即為細(xì)兔骨粉，平均粒徑采用激光粒度分布儀進(jìn)行測(cè)定。

1.3.1.2 超細(xì)兔骨粉的制備

將經(jīng)前處理得到的兔骨粉過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，通過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩的兔骨粉即為超細(xì)兔骨粉，平均粒徑采用激光粒度分布儀進(jìn)行測(cè)定。

1.3.1.3 超微兔骨粉的制備

將經(jīng)前處理得到的兔骨粉過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，并對(duì)通過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩的兔骨粉用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨(每個(gè)球罐中磨球的總質(zhì)量大約為60 g，其中大球的直徑為1.2 cm，約占磨球總質(zhì)量的20%；中球的直徑為0.8～1.0 cm，約占磨球總質(zhì)量的50%；小球的直徑為0.5 cm，約占磨球總質(zhì)量的30%)，球磨條件：球料比為3.7∶1、球磨時(shí)間為30 min、球磨轉(zhuǎn)速為558 r/min，球磨后的兔骨粉即為超微兔骨粉，平均粒徑采用激光粒度分布儀進(jìn)行測(cè)定。

1.3.1.4 納米兔骨粉的制備

將經(jīng)前處理得到的兔骨粉過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，并對(duì)通過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩的兔骨粉用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨(磨球配比同上)，球磨條件：球料比為3.7∶1、球磨時(shí)間為4.7 h、球磨轉(zhuǎn)速為558 r/min，球磨后的兔骨粉即為納米兔骨粉，平均粒徑采用Zetasizer Nano-ZS90納米粒度及Zeta電位分析儀進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 不同粒徑兔骨粉營(yíng)養(yǎng)特性的測(cè)定

水分的測(cè)定：參照GB 50093—2010食品中水分的測(cè)定。

蛋白質(zhì)的測(cè)定：參照GB 50095—2010食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定。

粗脂肪的測(cè)定：參照GB/T 14772—2008食品中粗脂肪的測(cè)定。

灰分的測(cè)定：參照GB 50094—2010食品中灰分的測(cè)定。

鈣的測(cè)定：參照GB/T 9695.13—2009肉與肉制品鈣含量的測(cè)定。

氨基酸的測(cè)定：參照 LI[21]的方法，采用氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定。

1.3.3 不同粒徑兔骨粉化學(xué)結(jié)構(gòu)的測(cè)定

兔骨粉和KBr(質(zhì)量比1∶100)混合均勻后壓成半透明薄片,用FT-IR紅外光譜分析儀進(jìn)行分析,其中波數(shù)掃描范圍為400～4 000 cm-1[22]。

1.3.4 不同粒徑兔骨粉鈣離子釋放度的測(cè)定

參照尹濤[23]的方法，并做稍微的改動(dòng)。準(zhǔn)確稱(chēng)取0.25 g的骨粉到三角瓶中，向瓶中加入25 mL的消化液(pH 1.5)。并向其中一組中添加 0.7 mg/mL的胃蛋白酶(10 000 U/g 蛋白)，另一組則不加入胃蛋白酶，然后混勻、封口，置于37 ℃的 恒溫?fù)u床中在 100 r/min的轉(zhuǎn)速下振蕩提取 3 h。提取結(jié)束后，在4 000 r/min和30 min的條件下離心，隨后取上清液過(guò)濾，加氯化鑭溶液定容濾液至 250 mL，最終用原子吸收分光光度計(jì)對(duì)溶液中的鈣含量進(jìn)行測(cè)定。

(1)

式中：S，試驗(yàn)組上清液中的鈣含量；S0，空白組上清液中的鈣含量；T，總鈣含量。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理方法

運(yùn)用SPSS 22.0、Excel-2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用Origin 8.0 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒徑兔骨粉的粒度分布情況

由不同加工工藝得到的不同粒徑兔骨粉的粒度分布情況如圖1所示，經(jīng)測(cè)定細(xì)兔骨粉的平均粒徑為(236.01±5.99)μm，超細(xì)兔骨粉的平均粒徑為(65.92±1.71)μm，超微兔骨粉的平均粒徑為(21.89±3.03)μm，納米兔骨粉的平均粒徑為(502.52±11.72)nm。從圖1中可以看出，隨著平均粒徑的減小，兔骨粉的粒度分布越集中，處于納米尺度的兔骨粉的比例就越多。

a：細(xì)兔骨粉；b:超細(xì)兔骨粉；c:超微兔骨粉；d:納米兔骨粉圖1 不同粒徑兔骨粉的粒度分布情況Fig.1 The size distribution of different particle size of rabbit bone meal

2.2 不同粒徑兔骨粉的營(yíng)養(yǎng)成分

從表1可以看出，與豬骨、羊骨、雞骨等畜禽骨[24]相比，兔骨具有更低的水分含量和更高的灰分，蛋白質(zhì)和鈣含量也相對(duì)較高。從納米兔骨粉的營(yíng)養(yǎng)成分我們可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)一系列的前處理后，納米兔骨粉的營(yíng)養(yǎng)成分與新鮮兔骨具有較大的差異，主要表現(xiàn)在水分含量顯著減小，達(dá)到了(3.30±0.42)%，表明真空冷凍干燥的干燥效果較好；蛋白質(zhì)和脂肪含量顯著減小，這是因?yàn)樵谇疤幚淼倪^(guò)程中經(jīng)過(guò)酶解和脫脂等步驟，使納米兔骨粉的蛋白質(zhì)和脂肪遭到了一定的破壞和損失；灰分和鈣含量顯著增加，特別是鈣含量達(dá)到了(6.27±0.09)%，接近新鮮兔骨的2倍，可能是前處理的加工工藝起到了一定濃縮的作用，豐富的鈣含量為納米兔骨粉作為一種良好的鈣源打下了基礎(chǔ)。另外，細(xì)兔骨粉、超細(xì)兔骨粉、超微兔骨粉與納米兔骨粉之間的營(yíng)養(yǎng)成分也存在部分差異，這些差異主要是因?yàn)樗鼈儾煌募庸すに囁斐傻摹?/p>

2.3 不同粒徑兔骨粉的氨基酸含量

氨基酸作為蛋白質(zhì)的最基本組成單位，對(duì)人體起著重要的作用。從表2可以得出，鮮兔骨中含有17種氨基酸，其中包括7種人體所必需的氨基酸(除了色氨酸)，鮮兔骨中總氨基酸的含量為17.466%，必需氨基酸的含量為5.093%，占總氨基酸的29.16%，這與任燦[25]的研究相似。由于兔骨中的蛋白質(zhì)大部分屬于I型膠原蛋白，因此甘氨酸(Gly)和脯氨酸(Pro)的含量較高[26]，分別達(dá)到了2.951%和1.419%，占總氨基酸含量的16.89%和8.12%。另外，從表2也可以分析出，不同粒徑的氨基酸含量也不同，細(xì)兔骨粉的總氨基酸含量為8.024%，必需氨基酸的含量為2.980%；超細(xì)兔骨粉的總氨基酸含量為12.714%，必需氨基酸的含量為4.970%；超微兔骨粉的總氨基酸含量為11.948%，必需氨基酸的含量為4.769%；納米兔骨粉的總氨基酸含量為11.801%，必需氨基酸的含量為4.743%。其中超細(xì)兔骨粉、超微兔骨粉和納米兔骨粉呈現(xiàn)出粒徑越小，總氨基酸和必需氨基酸的含量就越小的趨勢(shì)，這是由于粒徑越小，在加工過(guò)程中所需要的加工工藝就越復(fù)雜，因此對(duì)氨基酸的破壞程度就越大。然而，細(xì)兔骨粉的總氨基酸和必需氨基酸含量比納米兔骨粉的還要低，這主要是因?yàn)榧?xì)兔骨粉是最初過(guò)標(biāo)準(zhǔn)篩得到的，其硬度較大，羥基磷灰石的含量相對(duì)較多，蛋白質(zhì)含量相對(duì)較少，因此氨基酸含量也相對(duì)較小。

表1 不同粒徑兔骨粉的營(yíng)養(yǎng)成分Table 1 Nutritional components of different particle size of rabbit bone meal

注：不同小寫(xiě)字母表示不同的兔骨粉類(lèi)型有顯著性差異(p<0.05)。

表2 不同粒徑兔骨粉的氨基酸含量Table 2 The amino acid content of different particle size of rabbit bone meal

注：不同小寫(xiě)字母表示不同的兔骨粉類(lèi)型有顯著性差異(p<0.05)。

2.4 不同粒徑兔骨粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)

不同粒徑兔骨粉的紅外光譜圖(FT-IR)如圖2所示。從圖2可以看出，不同粒徑兔骨粉的特征吸收峰的位置和峰型沒(méi)有太大變化，表明它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本相同。如FT-IR譜圖所示，兔骨粉在565、605和1 038 cm-1附近有較強(qiáng)的吸收峰，表明兔骨粉中含有較多的磷酸基團(tuán)[27]，1 400 cm-1至1 600 cm-1之間形成的吸收峰則可能與CO32-有關(guān)[28]，而在2 855 cm-1和2 925 cm-1處的峰則對(duì)應(yīng)于C—H的吸收[29]， 另外1 648 cm-1和3 411 cm-1附近很寬的吸收峰與樣品中的水分有關(guān)。因此，兔骨粉主要是由碳酸鹽、磷酸鹽以及部分有機(jī)物組成。

圖2 不同粒徑兔骨粉的FT-IR光譜圖Fig.2 FT-IR spectra of rabbit bone powder with different particle size

2.5 不同粒徑兔骨粉的鈣離子釋放度

動(dòng)物骨骼中的鈣主要是以羥基磷灰石的形式存在于由膠原蛋白所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的[30],由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，在正常的條件下很難被水、酸、堿所溶解，所以，兔骨粉中的鈣元素是不能被完全消化和吸收的。由圖3可見(jiàn)，無(wú)論是否添加胃蛋白酶，兔骨粉中鈣離子的溶解度都隨著兔骨粉的粒徑減小而顯著增大(p<0.05)，這與尹濤[23]的研究結(jié)果相似，可能是由于兔骨粉的粒徑越小，其所受到的機(jī)械磨損就越大，對(duì)兔骨粉的結(jié)構(gòu)破壞程度就越大；同時(shí)，兔骨粉的粒徑越小，其比表面積就越大，越有利于兔骨粉中鈣離子的釋放。

圖3 不同粒徑兔骨粉的鈣離子溶解度Fig.3 Calcium ion solubility in different particle size of rabbit bone meal

從圖3也可以看出，添加了胃蛋白酶一組的鈣離子溶解度要普遍比沒(méi)有添加胃蛋白酶一組的大，可能是因?yàn)槲傅鞍酌缚梢栽谝欢ǔ潭壬掀茐耐霉欠鄣哪z原纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而更有利于鈣離子的釋放。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)一系列的前處理，確定了細(xì)兔骨粉、超細(xì)兔骨粉、超微兔骨粉和納米兔骨粉的加工工藝，并對(duì)它們的平均粒徑進(jìn)行了測(cè)定，分別為(236.01±5.99)、(65.92±1.71)、(21.89±3.03)和(502.51±11.72)nm；測(cè)定了不同粒徑兔骨粉的基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氨基酸含量，尤其是納米兔骨粉的鈣含量達(dá)到了(6.27±0.09)%，為其作為良好的鈣源打下了基礎(chǔ)；然后，對(duì)不同粒徑兔骨粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有顯著的差異，主要是由碳酸鹽、磷酸鹽以及部分有機(jī)物組成；最后，比較了不同粒徑兔骨粉的鈣離子釋放度，發(fā)現(xiàn)兔骨粉的平均粒徑對(duì)其有顯著的影響，特別是納米兔骨粉的鈣離子釋放度達(dá)到了29.25%。本論文通過(guò)對(duì)納米兔骨粉的營(yíng)養(yǎng)特性和理化特性的研究，對(duì)納米兔骨粉有了更加深刻的了解，希望能夠?qū)ν霉羌捌渌笄莨堑木罴庸ぬ峁┮欢ǖ睦碚撘罁?jù)，為兔產(chǎn)業(yè)及其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

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Nutritionalcharacteristicsandphysicochemicalcharacteristicsofdifferentsizerabbitbonemeal

LI Shao-bo1, HE Zhi-fei1,2,DENG Da-chuan1,WU Lian-jun1,LI Hong-jun1,2*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China)2(Chongqing Engineering Research Center of Regional Food，Chongqing 400716, Chinas)

The 70-day old IRA rabbit spine, leg bones and ribs were used to prepare fine rabbit bone meal, superfine rabbit bone meal, ultramicro rabbit bone meal and nano rabbit bone meal by a series pretreatments and different processing. The general nutrients and amino acids of different sizes of rabbit bone were compared, the calcium release and chemical structure, physicochemical properties of different size of rabbit bone were also compared. The results show that nano rabbit bone meal were rich in nutrients, calcium content was (6.27±0.09)%, which shows the bone can be used as a high quality calcium source. The analysis of FT-IR map shows no significant difference in chemical structure between rabbit bone and nano particle size of rabbit bone. The calcium release of nano rabbit bone meal is the highest of 29.25%, indicating calcium of nano rabbit bone meal is more easily absorbed. The study can provide a theoretical basis for the deep processing of rabbit bone and other animal bones.

nano rabbit bone meal; nutritional characteristics; physicochemical characteristics

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.014157

碩士研究生(李洪軍教授為通訊作者,E-mail:983362225@qq.com)。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目( 31671787)；國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201303144)；國(guó)家兔產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系肉加工與綜合利用(CARS-44-D-1)；重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心能力提升項(xiàng)目(cstc2014pt-gc8001)

2017-02-26，改回日期：2017-04-12