鰈魚骨超微細魚骨泥的加工工藝研究

李學鵬,謝曉霞,范大明,王金廂,儀淑敏,勵建榮,*, 李鈺金,牟偉麗,沈 琳,黃建聯,郁曉君,丁浩宸

(1.渤海大學食品科學與工程學院,遼寧錦州 121013;2.江南大學食品學院,江蘇無錫 214122; 3.榮成泰祥食品股份有限公司,山東榮成 264300;4.蓬萊京魯漁業有限公司,山東煙臺 265600; 5.大連東霖食品股份有限公司,遼寧大連 116007;6.遼寧安井食品有限公司,遼寧鞍山 361003)

鰈魚又稱比目魚,屬鰈鲆類,是我國水產品來料加工的主要魚種之一,也是我國北方主要的海水養殖魚類,其肉質鮮美可口、營養價值高,具有廣泛的消費市場和較高的經濟價值。目前國內對鰈魚的加工方式主要是以生產出口凍魚片為主,加工過程中會產生大量副產物,如魚頭、魚骨、魚皮等。其中,魚骨是主要的副產物,約占整魚質量的15%左右[1]。由于缺乏相應的精深加工技術,魚骨等下腳料常被丟棄或者低價賣給魚粉廠,簡單做成魚粉、肥料和飼料等低附加值產品,不僅造成了嚴重的資源浪費和環境污染,同時也大大影響了企業效益。水產品加工副產物問題已成為困擾行業的一大難題,副產物的高值化利用已成為企業競爭力的關鍵因素。因此,開發經濟、實用的魚骨加工技術及產品,成為眾多水產加工企業的迫切需求。

近年來,骨泥及骨泥食品的開發逐漸引起關注。骨泥食品是以鮮骨為原料,經過粉碎成骨泥,進而加工成的食品,因其鈣磷比例與人體鈣磷比例接近,易于吸收,是人們補鈣的佳品,在日本、歐美國家已較為流行[2]。研究表明,經過微粒化的骨質更易被人體消化吸收,具有增加骨密度的作用[3]。魚骨中蛋白質、脂肪、礦物質含量豐富,鈣含量高達4150 mg/100 g,是一種天然鈣補充劑[4],也是開發骨泥和骨泥食品的理想原料。超微粉碎技術是一種可以將物料粒度粉碎至10 μm以下的高新粉碎技術,分為濕法和干法兩種,具有粉碎速度快、粉碎粒度均勻微細、減少破壞營養物質等優點,粉碎后的物料比表面積增加、顆粒分散性和溶解性提高,同時可以改善添加到其他產品中后對感官品質的不良影響[5-7]。目前利用超微粉碎技術制備骨泥的研究主要集中在畜禽骨上,在魚骨上的研究相對較少,尤其是在生產上缺乏相應的技術參數和技術參考[5,8-9]。鑒于此,本文以鰈魚骨為原料,研究濕法超微粉碎技術粉碎魚骨的加工工藝,旨在獲得粒度均勻微細、口感細膩的超微細骨泥,用于作為后期生產高鈣魚糜制品和其他骨泥產品的基料,為魚骨等副產物的高值化綜合利用提供依據和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鰈魚骨 由大連天寶綠色食品股份有限公司提供,是進口黃金鰈魚(Pseudopleuronectesyokohamae)加工凍魚片后的脊骨,冷凍狀態下加冰運輸到實驗室;石油醚、濃硫酸、硫酸銅、對二甲基氨基苯甲醛、高氯酸、醋酸、檸檬酸、氯胺T、硝酸、偏礬酸銨、鉬酸銨、硼酸、高錳酸鉀、十二烷基硫酸鈉(SDS) 均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司;平板計數瓊脂 青島高科技園海博生物技術有限公司。

RRH-A250型高速萬能粉碎機 上海緣沃工貿有限公司;JMS-50型膠體磨 河北廊坊祥通機械有限公司;QDGX型高精密濕法超微粉碎機 無錫輕大食品裝備有限公司;UV-2550型紫外可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;Biofugestratos臺式高速離心機 美國Thermo Fisher公司;MLS-3030CH立式高壓滅菌鍋 三洋電機(廣州)有限公司;LRH 系列生化培養箱 上海一恒科技有限公司;SW-CJ-2FD超凈工作臺 蘇景集團蘇州安泰技術有限公司;DELTA320型pH計 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 超微細魚骨泥制備工藝流程 鰈魚骨→預處理→粗粉碎(萬能粉碎機)→細粉碎(膠體磨)→濕法超微粉碎(高精密濕法超微粉碎機)→離心脫水(4000 r/min,5 min)→超微細骨泥

預處理:取約10 kg鰈魚骨,清洗血污,去除邊鰭及筋膜等,瀝干水分后,切成2 cm×2 cm的小塊,放入-35 ℃冷凍箱中冷凍。

粗粉碎:利用高速萬能粉碎機將冷凍的魚骨塊進行粉碎,以無可見脊椎骨塊為準,得到粗骨泥。

細粉碎:按照粗骨泥的比例加入一定量的冰水,利用膠體磨進行細粉碎,過40目篩,制得細骨泥,備用。

濕法超微粉碎:按比例加入一定量的冰水,利用高精密濕法超微粉碎機對細骨泥進一步超微粉碎,以過100目篩為準。

離心脫水:對超微粉碎后的骨泥進行4000 r/min、5 min離心脫水,得到超微細魚骨泥。

1.2.2 超微細魚骨泥制備工藝的研究 以骨泥的出料溫度、粒徑大小和感官評價為指標,研究冰水添加量及粉碎次數對骨泥品質的影響,確定細粉碎和濕法超微粉碎的工藝參數。

1.2.2.1 細粉碎工藝的研究 考察細粉碎時冰水添加量(骨泥與冰水比例分別為1∶1、1∶2、1∶3、1∶4 (w/v))對骨泥出料溫度和粒徑大小(40目過篩率)的影響,以確定合適的細粉碎工藝。

1.2.2.2 濕法超微粉碎工藝的研究 研究冰水添加量(骨泥與冰水比例分別為1∶3、1∶4、1∶5、1∶6 (w/v))對骨泥溫度的影響以確定最佳加水比例;考察粉碎次數(1、2、3次)對骨泥出料溫度和過篩率(100目)的影響,同時結合骨泥的感官評價確定合適的粉碎次數。

1.2.3 骨泥粒徑測定 參考姜素英[10]的方法并略有改動。采用流水過篩法進行測定。因骨泥中含有魚肉,易吸水膨脹,故過篩前取定量骨泥于5% SDS溶液攪拌1 h后,5000 r/min離心10 min,取下層沉淀,置于相應的泰勒篩上用流水沖洗,物料通過率為95%以上,即判定該骨泥粒徑大小為該目數。

1.2.4 骨泥感官評定 參考姜素英[10]的方法并進行改進。將超微細骨泥通過揉搓判定骨泥中骨顆粒的粗糙感,并按照表1進行感官評分。

表1 魚骨泥感官評價表Table 1 Sensory evaluation method of fish bone paste

1.2.5 骨泥得率 將預處理的魚塊質量記為M1,得到的微細骨泥質量記為M2,得率計算公式為:

微細骨泥得率(%)=M1/M2×100

1.2.6 微細骨泥基本成分的測定 水分含量的測定采用直接干燥法,具體參照GB 5009.3-2010。粗脂含量的測定采用索氏抽提法,具體參照GB/T 14772-2008;粗蛋白含量的測定采用凱氏定氮法,具體參照GB 5009.5-2010;灰分的測定采用灰化法,具體參照GB 5009.4-2010;膠原蛋白含量的測定參考閆明艷[11]的方法,測定羥脯氨酸含量,重復三次,取平均值,以羥脯氨酸標準品制作的標準曲線的曲線方程為:y=0.153x-0471,相關系數為0.9996,可以用來測定羥脯氨酸濃度。鈣含量的測定采用滴定法,具體參照GB/T 9695.13-2009。磷含量的測定采用分光光度法,具體參照GB/T 9695.4-2009。

1.2.7 骨泥中鈣元素溶出量的測定 取5 g骨泥,與蒸餾水按1∶1混合,于40 ℃恒溫水浴鍋中放置20 min后,10000 r/min離心5 min,取上清液采用高錳酸鉀滴定法測得鈣含量,記為骨泥的鈣元素溶出量。

1.2.8 骨泥揮發性鹽基氮(TVB-N)的測定 采用微量凱氏定氮法對微細魚骨泥的揮發性鹽基氮(TVB-N)進行測定,具體參照SC/T 3032-2007進行測定。

1.2.9 骨泥菌落總數的測定 參照GB 4789.2-2016對微細魚骨泥中菌落總數進行測定。

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0和Origin 8.0等數學軟件對數據進行分析。多重比較采用Duncan檢驗。

2 結果與分析

2.1 細粉碎工藝對骨泥粒徑和出料溫度的影響

膠體磨對物料流動性要求較高,同時為了避免摩擦升溫導致物料變性,故需在細粉碎過程中添加一定量的冰水來保持低溫和良好的流動性。實驗結果表明,當添加1∶1的冰水時,骨泥流動性較差,膠體磨無法正常出料。冰水添加量為1∶2、1∶3和1∶4時對骨泥細粉碎的影響如圖1所示。在這3種添加量下,骨泥的40目過篩率均高于95%,對骨泥粒徑大小無顯著影響(p>0.05)。水產品原料在預處理過程中為防止蛋白質變性和品質變化,一般要保持低溫(工廠里溫度常保持10 ℃以下)。魚骨泥的加工也是如此,為防止骨泥中殘留蛋白質變性而影響其在魚糜制品中的應用效果,故控制其加工過程中溫度低于10 ℃[12]。當冰水添加量在1∶3和1∶4時,溫度均低于10 ℃,避免了由于溫度較高引起骨泥中殘留肌動蛋白變性而導致凝膠彈性降低[13-14],但是溫度變化差異不顯著(p>0.05),出于后續脫水效率的考慮,選擇冰水添加量為1∶3進行細粉碎。

圖1 細粉碎時冰水添加量 對細粉碎魚骨泥溫度和粒徑的影響Fig.1 Effect of ice water addition on the temperature and particle size of bone paste after fine grinding注：圖中不同字母表示組間差異顯著(p<0.05),圖2～圖4同。

2.2 濕法超微粉碎工藝對骨泥粒徑和出料溫度的影響

不同粒徑的骨泥感官評價如表2所示,膠體磨粉碎得到的細骨泥,有明顯顆粒感,感官評價得分較低,添加到魚糜中可能會導致凝膠制品口感粗糙,難以滿足消費者對食品感官的需求。為使骨泥粒度符合感官需求,故采用高精密濕法超微粉碎機對細骨泥進行超微粉碎,以期滿足感官需求。

表2 不同粒徑的魚骨泥感官評價結果Table 2 Sensory evaluation result of different particle sizes of bone paste

超微粉碎過程中冰水添加量及粉碎次數對骨泥出料溫度和粒徑的影響如圖2、圖3所示。由圖2可知,隨著冰水添加量的增加,骨泥出料溫度顯著降低(p<0.05)。當冰水添加量在1∶3時,骨泥出料溫度高于10 ℃,可能影響骨泥品質。當冰水添加量超過1∶4時,出料溫度均低于10 ℃,但1∶4時出料溫度仍相對偏高,如粉碎過程控制不當出料溫度仍有達到10 ℃以上的可能。當冰水添加量達1∶5和1∶6時,出料溫度降低更為顯著,但兩者之間無顯著差異(p>0.05)。考慮到后續離心脫水效率,故選擇冰水添加量為1∶5進行超微粉碎。

圖2 冰水添加量對超微粉碎魚骨泥溫度的影響Fig.2 Effect of ice water addition on the temperature of bone paste after superfine grinding

圖3 超微粉碎次數對魚骨泥粒徑及溫度的影響Fig.3 Effect of grinding times on the particle size and temperature of bone paste

由圖3結合骨泥感官評價可知,1次超微粉碎后,雖然出料溫度低,但是骨泥粒徑只能達到80目,骨泥略有顆粒感。2次超微粉碎后,骨泥100目過篩率大于95%,此時骨泥粒徑達到100目,手感光滑,無顆粒感。研究證明100目的骨泥添加到相應凝膠產品中不會過多影響產品口感[15-16]。雖然3次粉碎后骨泥能進一步細化,但是減小幅度不顯著(p>0.05),并且出料溫度高于10 ℃,容易影響骨泥品質,所以采用2次超微粉碎為最佳粉碎次數。

2.3 粉碎工藝對骨泥中鈣元素溶出量的影響

不同粒度的骨泥在40 ℃保溫20 min后測得的鈣元素溶出量如圖4所示。結果顯示,骨泥中鈣元素溶出量隨著粉碎次數的增加呈顯著增加趨勢(p<0.05)。

圖4 粉碎工藝對魚骨泥中鈣元素溶出量的影響Fig.4 Effect of grinding process on cadmium solubility of plaice bone paste

經過3次超微粉碎后,骨泥中鈣元素的溶出量達到最高值286.5 mg/kg。這可能是由于隨著粉碎次數增加,魚骨顆粒比表面積的增大和膠原基質的破壞導致了鈣元素的溶出。物料顆粒粒徑越小,不僅會賦予產品細膩的口感,而且增加了顆粒表面積,從而增加顆粒分散性、溶解性、生物功能性,使其中的營養物質更容易被人體消化吸[17]。對于人體吸收鈣的機制來說,含鈣的食物需經過胃酸作用,使鈣元素游離出來,才能被人體吸收[18-20]。因此,超微粉碎的骨泥中鈣元素溶出量的提高,有利于人體對骨泥及骨泥制品中鈣元素的吸收。

2.4 微細魚骨泥的得率

將超微粉碎后的骨泥離心脫水得到相對水分含量比較低的骨泥,使其易于冷凍、貯藏。通過離心脫水后的微細骨泥得率約為(60.57%±0.47%)。

2.5 微細魚骨泥的基本營養成分

微細魚骨泥的營養成分,如表3所示。由表3可知,骨泥的蛋白質含量高,脂肪含量低,營養成分豐富、均衡,鈣磷比例接近2∶1,易于人體吸收,所以骨泥可以作為人們鈣磷的膳食來源。并且在魚糜凝膠制品中添加一定量的微粒化骨泥,有助于提高魚糜制品的凝膠特性和營養性能[8]。

表3 微細魚骨泥的營養成分Table 3 Basic nutrition of the superfine bone paste

2.6 微細魚骨泥膠原蛋白含量

魚骨中約30%的有機成分是由膠原蛋白構成的,而60%～70%的無機物主要由磷酸鈣和羥基磷灰石組成,骨膠原蛋白是羥基磷灰石的黏合劑,與羥基磷灰石共同構成骨骼主體[21]。有研究發現,魚骨膠原蛋白的熱穩定性高于魚皮和魚鰭,魚骨膠原蛋白膜的延伸性也高于魚皮[22]。而且從深海魚類中精煉的魚膠原蛋白含有大量的黏多糖,被稱為“可以吃的化妝品”[23]。所以在日常生活中食用一定量的魚類膠原蛋白不僅可以維持人皮膚及結締組織的彈性,同時還可以提高骨骼強度。經測定,微細骨泥中膠原蛋白含量為(0.016%±0.002%),含量較低,是因為魚骨泥中還含有魚肉蛋白,降低了膠原蛋白的比例[9]。

2.7 揮發性鹽基氮(TVB-N)和菌落總數的測定

揮發性鹽基氮(TVB-N)是指動物性食品在腐敗過程中由于酶和細菌的作用,使蛋白質分解而產生氨以及胺類等堿性含氮物質,是評價水產品鮮度的常用指標。這些堿性含氮物質含量愈低,則TVB-N值越低,相應的骨泥新鮮度愈高。骨泥的揮發性鹽基氮(TVB-N)和菌落總數測定結果如表4所示,TVB-N的含量為4.2 mg/100 g,符合GB 2733-2005鮮、凍動物性水產品衛生標準要求(≤30 mg/100 g)。菌落總數是反映水產制品新鮮程度和加工過程衛生狀況的微生物指標之一,也是評價食品安全的重要指標[24]。經測定,骨泥的菌落總數為3.2×103cfu/g,符合水產行業標準規定(≤5×104cfu/g)。可見,實驗制得的骨泥符合水產品相關衛生標準要求,可以作為水產品深加工的原料或配料。

表4 微細魚骨泥中揮發性鹽基氮(TVB-N)含量和菌落總數Table 4 Results of TVB-N value and total bacteria of superfine bone paste

3 結論

鰈魚骨微細骨泥加工過程中,粉碎方式、粉碎次數、冰水添加量對魚骨泥的粒徑、感官品質、出料溫度、鈣元素溶出量均具有顯著影響。粉碎程度越大,魚骨泥粒徑越小,鈣元素溶出量越高。較優的魚骨泥的加工工藝為:膠體磨細粉碎時冰水添加量為1∶3 (w/v),超微粉碎時冰水添加量為1∶5 (w/v)、超微粉碎次數為2次。該工藝條件下可獲得100目的微細魚骨泥,且離心脫水得率達到60.57%。制得的微細骨泥蛋白質含量較高,脂肪含量較低,鈣磷比接近2∶1,營養物質均衡豐富,且TVB-N和菌落總數符合相應標準要求。

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