高溫蒸煮法制備牛骨粉的工藝研究

楊　紅，肖厚榮，張　慧，陳靜怡

(合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，安徽 合肥 230601)

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高溫蒸煮法制備牛骨粉的工藝研究

楊紅，肖厚榮，張慧，陳靜怡

(合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，安徽 合肥 230601)

摘要：牛骨是一種肉類加工副產(chǎn)品，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，由牛骨制備的牛骨粉可開發(fā)出很多功能性食品，其工藝開發(fā)利用前景較好。本研究為確定高溫蒸煮法制備牛骨粉的最佳工藝參數(shù)，選取市售鮮牛骨，以骨水比、蒸煮溫度、蒸煮時(shí)間為單因素，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交優(yōu)化，以確定高溫蒸煮法制備牛骨粉的最佳工藝。結(jié)果表明：高溫蒸煮法制備牛骨粉的最佳工藝參數(shù)為骨水比1:2.5、蒸煮溫度118℃、蒸煮時(shí)間90 min，在該條件下制備得到的牛骨粉200目篩下物得率最高，為69.69%。

關(guān)鍵詞：牛骨；超微骨粉；高溫蒸煮；加工工藝

動(dòng)物骨骼是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相當(dāng)高的肉類加工副產(chǎn)物[1]，是一種十分寶貴的資源，其含有蛋白質(zhì)、脂肪、維生素以及礦物質(zhì)等成分，營(yíng)養(yǎng)十分豐富,具有很高的開發(fā)價(jià)值[2-3]。由于骨中的蛋白質(zhì)生物價(jià)值很高，既能滿足兒童、病人、老年人及高體能消耗的運(yùn)動(dòng)員等特殊人群的營(yíng)養(yǎng)要求，還可以用于美容保健品[4]。鮮骨中含有蛋白質(zhì)、脂肪、磷脂質(zhì)、磷蛋白等多種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的物質(zhì)，對(duì)兒童大腦神經(jīng)的發(fā)育有促進(jìn)作用，有健腦增質(zhì)的功效[5]。骨頭中含有較高的蛋白質(zhì)，而脂肪含量相對(duì)較低,屬高營(yíng)養(yǎng)、低熱能類食品的典范。另外，骨粉中的礦物質(zhì)含量相比于其他食品要高出很多，這正是其發(fā)揮補(bǔ)鈣作用的根源[1]。

雖然我國(guó)是畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)的大國(guó)，但畜禽骨綜合利用率卻較低，還有比較充足的畜禽骨骼資源并沒有得到合理的開發(fā)利用。這不僅是一種浪費(fèi)和損失，而且骨頭含有很豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，極易腐敗，從而造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，所以畜骨的開發(fā)和利用受到大家的重視[6]。

正因?yàn)轷r骨有豐富的營(yíng)養(yǎng)，如今世界各國(guó)對(duì)其開發(fā)利用的研究越來越多，都給予了高度重視，對(duì)鮮骨加工技術(shù)及骨食品的開發(fā)投入了大量研究[1]。很多國(guó)家很早就研究開發(fā)了骨類產(chǎn)品，在全球也都有銷售，產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格并不低于肉食品。我國(guó)在鮮骨食品的開發(fā)利用方面研究起步較晚，對(duì)畜禽類骨產(chǎn)品的開發(fā)處于起步階段，雖然也有一些這方面的研究，但由于技術(shù)、認(rèn)識(shí)等不足的原因，如今鮮骨類食品在我國(guó)還沒有得到推廣，其產(chǎn)銷均遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于肉類產(chǎn)品[6-7]。

鮮骨的營(yíng)養(yǎng)雖然十分豐富，但也因鮮骨的加工方法有許多不足，制約了鮮骨食品的推廣[8]。近年來充分開發(fā)利用動(dòng)物骨頭成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，特別是利用一些加工方法將骨頭制成骨粉備受關(guān)注，通過各種方法提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值成為研究熱點(diǎn)[9]。

常用的骨制品加工方法有很多種，例如常溫常壓蒸煮法、高溫高壓蒸煮法、低溫冷凍法、酶水解法、酸水解法、堿水解法等。結(jié)合方法適用條件、成本等因素，本研究選擇高溫高壓蒸煮法，先把洗凈的鮮骨破碎，然后在高溫高壓鍋內(nèi)蒸煮，直至骨酥湯濃。這種方法加工骨頭水解徹底，pH值較高，產(chǎn)品中有豐富的游離氨基酸和小分子肽，膠原蛋白在高溫下不會(huì)變性，有良好的持水性、持油性，還具有一定的膠黏性[10]。

高溫蒸煮后的牛骨再經(jīng)超微粉碎，獲得較大的表面積和空隙率，其骨粉溶解性、吸附性、流動(dòng)性較好，易于人體吸收利用[3]。本文主要研究牛骨通過高溫蒸煮制備超微牛骨粉的工藝條件。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

市售新鮮牛骨：購(gòu)買于合肥市周谷堆批發(fā)市場(chǎng)。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

TP-3000電子天平，湘儀天平儀器設(shè)備有限公司；HVE-50高溫高壓滅菌鍋，HIRAYAMA MANUFACTURING CORPORATION；高速萬能粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司；超微粉碎機(jī)，北京環(huán)亞天元機(jī)械技術(shù)有限公司。

1.3實(shí)驗(yàn)方案

1.3.1工藝流程設(shè)計(jì)

新鮮牛骨→剔去殘余肉→初步破碎→清洗→預(yù)煮→瀝干→高溫高壓蒸煮→撇除上層油脂→冷卻→烘干→冷卻→粗粉碎→冷卻→超微粉碎→成品。

1.3.2工藝說明及操作要點(diǎn)

(1) 加工前預(yù)處理，將新鮮牛骨上殘留的殘肉剔去，用清水清洗干凈后放入鍋內(nèi)預(yù)煮2 min，瀝干備用。

(2) 在高溫高壓滅菌器內(nèi)加壓蒸煮經(jīng)過預(yù)處理的牛骨。

(3) 將加壓蒸煮后的牛骨放在75 ℃熱風(fēng)干燥箱中干燥12 h，干燥過程中翻動(dòng)牛骨數(shù)次。

(4) 把干燥后的牛骨在高速萬能粉碎機(jī)中進(jìn)行粗粉碎并冷卻，粉碎后骨粒大小約4～6 mm。

(5) 對(duì)粗粉碎后的牛骨粉進(jìn)行超微粉碎并冷卻，微粉粒度為200 目。

(6) 超微粉碎時(shí)間為4 min，每分鐘停一次，間隔5 s。

(7) 將超微粉碎后的骨粉先進(jìn)行100目過篩，稱得篩下物重量。

(8) 將100目篩下物進(jìn)行200目過篩，得200目過篩物重量，計(jì)算出200目篩下物得率。

1.4高溫蒸煮法制備牛骨粉的工藝研究

1.4.1高溫蒸煮法制備牛骨粉的單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為確定高溫蒸煮法制備牛骨粉的最佳工藝參數(shù)，選取市售鮮牛骨，以骨水比、蒸煮溫度、蒸煮時(shí)間為單因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)以200目篩下物的得率作為考察指標(biāo)，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮小200目篩下物得率的影響范圍，進(jìn)行正交優(yōu)化。

骨水比對(duì)牛骨粉得率的影響：控制蒸煮的牛骨骨水比為1:1，1:1.5，1:2，1:2.5，1:3；蒸煮溫度為115 ℃；蒸煮時(shí)間為60 min；按照“2.3”所述方法制備牛骨粉，并計(jì)算出牛骨粉200目篩下物得率。

蒸煮溫度對(duì)牛骨粉得率的影響：控制蒸煮的牛骨蒸煮溫度為105 ℃，110 ℃，115 ℃，120 ℃，125 ℃；骨水比為1:2；蒸煮時(shí)間為60 min；按照“2.3”所述方法制備牛骨粉，并計(jì)算出牛骨粉200目篩下物得率。

蒸煮時(shí)間對(duì)牛骨粉得率的影響：控制蒸煮的牛骨蒸煮時(shí)間為20 min，40 min，60 min，80 min，100 min；骨水比為1:2；蒸煮溫度為115 ℃；按照“2.3”所述方法制備牛骨粉，并計(jì)算出牛骨粉200目篩下物得率。

1.4.2蒸煮法制備牛骨粉的優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步優(yōu)化蒸煮法制備牛骨粉的工藝，參照單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)骨水比(A)、蒸煮溫度(B)、蒸煮時(shí)間(C)進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)優(yōu)化，因素水平及實(shí)驗(yàn)方案排布詳見表1，按照“2.3”所述工藝制備牛骨粉。

2結(jié)果與分析

2.1蒸煮法制備牛骨粉的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1骨水比對(duì)牛骨粉得率的影響

骨水比對(duì)牛骨粉得率的影響見圖1所示。在蒸煮溫度和蒸煮時(shí)間相同的條件下，骨水比在1:2～1:3之間制備得到的骨粉200目篩下物得率最高，可能是因?yàn)殡S骨水比的增加，骨頭和水的接觸更為充分，蒸煮過程中，骨骼變得更為疏松，超微粉碎時(shí)粉碎得比較充分，制備的牛骨粉中200目篩下物得率逐漸升高；當(dāng)液料比達(dá)到1:2.5以上時(shí)由于蛋白質(zhì)等損失迅速增加，使得牛骨粉中200目篩下物得率基本保持平衡，略有下降趨勢(shì)。

2.1.2蒸煮溫度對(duì)牛骨粉得率的影響

蒸煮溫度對(duì)牛骨粉200目篩下物得率的影響見圖2所示。

由圖2可知，在骨水比和蒸煮時(shí)間相同的條件下，蒸煮溫度在110 ℃～120 ℃之間制備的牛骨粉200目篩下物得率最高，分析其原因主要是蒸煮溫度在105 ℃～115 ℃之間，隨著溫度的升高，高溫蒸煮對(duì)骨頭的破壞力度加強(qiáng)，蒸煮作用更為廣泛，在蒸煮過程中會(huì)使骨骼變得更為疏松，超微粉碎時(shí)粉碎得更充分，所以蒸煮溫度在105 ℃～115 ℃之間制備的牛骨粉中200目篩下物得率升高較快，達(dá)到115 ℃以上時(shí)，由于蛋白質(zhì)等成分損失增大，使得牛骨粉200目篩下物得率開始下降。

2.1.3蒸煮時(shí)間對(duì)牛骨粉得率的影響

蒸煮時(shí)間對(duì)牛骨粉200目篩下物得率的影響見圖3所示。

如圖3所示，在骨水比和蒸煮溫度相同的條件下，蒸煮時(shí)間在60 min～80 min之間制備得到的骨粉200目篩下物得率最高，分析其原因主要是蒸煮時(shí)間在20 min～60 min之間，由于蒸煮時(shí)間的增加，蒸煮對(duì)骨頭的破壞時(shí)間越長(zhǎng)，骨和水蒸煮得越充分，在蒸煮過程中會(huì)使骨骼變得更為疏松，超微粉碎時(shí)粉碎的效果也越來越好，制備的牛骨粉中200目篩下物得率升高較快，當(dāng)蒸煮時(shí)間超過80 min 時(shí)，蒸煮時(shí)間對(duì)制得骨粉的粒度的影響減小，而蛋白質(zhì)等損失較大，這樣使得牛骨粉200目篩下物得率開始下降。

綜上，骨水比最佳參數(shù)在1:2～1:3之間，蒸煮溫度在110 ℃～120 ℃之間，蒸煮時(shí)間在60 min-80 min左右，在此實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)制備得到的牛骨粉200目篩下物得率相對(duì)較高。

2.2正交優(yōu)化結(jié)果與分析

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選用L9(34)正交表對(duì)蒸煮工藝進(jìn)行優(yōu)化。正交實(shí)驗(yàn)方案排布及結(jié)果見表1所示。

表1　正交實(shí)驗(yàn)方案、結(jié)果及極差分析

由表1知，蒸煮溫度對(duì)得率的影響最大，骨水比次之，蒸煮時(shí)間的影響最小。制備牛骨粉的最佳工藝組合為A2B3C3，即骨水比1:2.5，蒸煮溫度118 ℃，蒸煮時(shí)間90 min。對(duì)最佳工藝參數(shù)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)三次，其200目篩下物的得率為(69.69±5.47)%。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得率與表1中最高得率的第6組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，|t|=0.036，P>0.05，差異不顯著，故結(jié)果可信。按照最佳工藝制得牛骨粉，測(cè)量其理化指標(biāo)，如表2所示。

表2　最佳工藝牛骨粉理化指標(biāo)

由表2可見，最優(yōu)組合條件下獲得的骨粉主要指標(biāo)較好。

3結(jié)論

本文針對(duì)高溫蒸煮法制備牛骨粉的最佳工藝參數(shù)所進(jìn)行研究，通過以骨水比、蒸煮溫度、蒸煮時(shí)間為單因素，選取合適的梯度，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的研究和完善，確定了蒸煮法制備牛骨粉的最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明，高溫蒸煮法制備牛骨粉的最佳工藝參數(shù)為骨水比1:2.5，蒸煮溫度118 ℃，蒸煮時(shí)間90 min，在該條件下制備得到的牛骨粉200目篩下物得率最高，為69.69%；測(cè)得理化指標(biāo)如下：含鈣量為18.94%，含磷量為4.75%，含水量為1.03%，溶解度為19.37%，各項(xiàng)指標(biāo)較好，工藝線路可行。

參考文獻(xiàn):

[1] 趙志峰，譚敏，郭晶，等. 動(dòng)物骨粉的研究開發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 食品工業(yè)科技，2008,(3):306-309.

[2] 高巖，張志潔，劉陽. 超微粉碎畜骨粉[J]. 肉品衛(wèi)生，2001(7):17-20.

[3] 夏楊毅. 超微粉碎骨泥的流變學(xué)加工特性研究[D]. 重慶：西南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005:1-11.

[4] 廖洪波，李洪軍，李鐵牛，等. 動(dòng)物骨粉的營(yíng)養(yǎng)、加工及應(yīng)用[J]. 肉類工業(yè)，2003(1):23-25.

[5] 關(guān)紅艷，楊洋，管軍，等. 響應(yīng)面分析法優(yōu)化豬骨蛋白酶解工藝[J]. 食品科技，2010,35(10):162-167.

[6] 吳益群，郁正剛，趙健. 超微粉碎牛骨粉的研究[J]. 食品工業(yè)，2012,33(9):72-74.

[7] 葉明泉，鄧國(guó)棟，韓愛軍，等. 超細(xì)鮮骨粉的制備及其營(yíng)養(yǎng)功能研究[J]. 南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999,23(1):6-9.

[8] 白建，梁亞萍，黃素珍. 骨粉新產(chǎn)品的開發(fā)研制[J]. 肉類研究，2006(1):33-36.

[9] 李支霞，方世輝. 超微粉在食品應(yīng)用中的研究進(jìn)展[J]. 茶葉通報(bào)，2004,26(4):175-177.

[10] 夏秀芳. 畜禽骨的綜合開發(fā)利用[J]. 肉類工業(yè)，2007 (5):22-25.

Studies on the Technology for the Preparation of

Cattle Bone Powder by High-Temperature Cooking

YANG Hong，XIAO Hou-rong， ZHANG Hui，CHEN Jing-yi

(Department of Biological and Environmental Engineering, Hefei University, Hefei 230601, China)

Abstract:Cattle bone is of very high value as the by-product of meat process, and cattle bone powder can be used for the production of multi function food. In this paper, optimum parameters for the preparation of cattle bone meal by high-temperature cooking method is determined. The ratio of fresh bone to water, cooking temperature and cooking time were selected as key factors. Orthogonal optimization experiments are performed after single factor experiments. The results show that the optimum parameters for the preparation of cattle bone meal by high-temperature cooking are: ratio of bone to water of 1:2.5; cooking temperature of 118 ℃; cooking time of 90min, under conditions in which the percentage of cattle bone powder of 200 mesh sieve materials reach the highest rate, 69.69%.

Key words:cattle bone, ultramicro bone powder, high-temperature cooking, technology

文章編號(hào)：1007-4260(2015)02-0085-04

中圖分類號(hào)：Q819

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

通訊作者：肖厚榮，男，安徽廬江人，博士，合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系教授，主要從事生物化學(xué)與食品科學(xué)研究。

作者簡(jiǎn)介：楊紅，男，安徽舒城人，碩士，合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系講師，主要從事食品加工、食品生化與生物統(tǒng)計(jì)研究。

基金項(xiàng)目：安徽省科技攻關(guān)項(xiàng)目(1301032168)和安徽省高校省級(jí)優(yōu)秀青年人才基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2013SQRL079ZD)。