5個品種牛骨的營養組成及其含量差異分析

吳 婷,賈 偉,管 聲,尉 瑩,劉文媛,張春暉,李 俠,余群力,韓 玲,*

(1.甘肅農業大學食品科學與工程學院,甘肅蘭州 730070;2.中國農業科學院農產品加工研究所,北京 100193)

5個品種牛骨的營養組成及其含量差異分析

吳 婷1,2,賈 偉1,2,管 聲1,尉 瑩1,劉文媛2,張春暉2,李 俠2,余群力1,韓 玲1,*

(1.甘肅農業大學食品科學與工程學院,甘肅蘭州 730070;2.中國農業科學院農產品加工研究所,北京 100193)

對魯西牛、秦川牛、延邊牛、南陽牛和拉薩牦牛的后股骨和肋骨的水分、灰分、蛋白質、脂肪、氨基酸、羥脯氨酸、礦物質及脂肪酸組成與含量進行了測定。結果表明,牛骨中水分含量為13.70%～32.94%,灰分含量為35.75%～48.07%,蛋白含量為16.67%～24.85%,脂肪含量為8.15%～26.78%,牛骨膠原蛋白含量5.81～8.24 mg/g,約占總蛋白含量的29.34%～44.58%,牛骨富含必需氨基酸、鈣、鐵、鋅、硒等多種礦物質,C18∶1n9c、C16∶0、C18∶0為牛骨的特征脂肪酸。不同品種、不同部位的牛骨營養成分具有顯著差異,魯西牛骨的脂肪酸含量高,而拉薩牦牛骨的蛋白質和氨基酸含量高。研究結果為牛骨的進一步高值化開發利用提供了參考。

牛骨,營養,組成與含量,差異分析

中國是一個畜牧業大國,具有悠久的養牛歷史,牛種資源豐富。地方黃牛是中國的特色資源,黃牛具有耐粗飼、抗逆性好、肉質較佳等優點。目前《中國畜禽遺傳資源志—牛志》中收錄了92個地方牛品種,其中黃牛品種53個[1]。根據產地、體型大小和品種特征,中國黃牛品種形成了三大類,即中原黃牛、北方黃牛和南方黃牛。中國也是肉類產品消費大國,2015年中國牛肉年產量700萬噸,占肉類總產量的8.1%,每年產生的骨頭約1200多萬噸,畜骨資源極為豐富。牛副產物給人們提供了大量可利用的蛋白質、脂肪和礦物質等[2-3]。畜禽骨骼也是副產物的一種,占到動物總體重20%～30%,主要由骨質、骨膜和骨髓構成,其中含有豐富的蛋白質、脂肪、軟骨素,還含有鈣、鐵、磷、鋅等礦物質及維生素等[4]。但大量的畜骨卻沒有得到充分利用,既浪費了這種營養成分豐富且比例合理的資源,又在骨處理的問題上污染了環境,帶來一定的環境壓力。

目前骨類食品利用方式為全骨利用和提取物利用。全骨利用的產品主要有骨泥、骨粉等;提取物利用的產品主要有骨素、骨油、骨膠、熱反應骨湯粉、鈣磷制劑等產品[5]。早在1974年就有國外學者研究了牛、羊、豬和畜禽骨的組成[6],Suroukat等對酶解雞骨蛋白的條件進行了確定[7];在國內,肖厚榮等學者比較分析了牛骨和鹿骨中的氨基酸組成[8],田甲春等對不同地方類群牦牛肉的營養成分進行了分析比較[9]。然而對于牛骨營養成分的系統分析鮮見報道。

基于此,為探明不同品種的牛骨營養成分間的差異,本實驗選取了全國具有區域代表性的4種雜交肉牛及1種牦牛的后股骨和肋骨進行了全面的分析檢測。為牛骨的深層次加工、多梯度利用提供基礎數據和依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛骨原料 魯西牛、秦川牛、延邊牛、南陽牛和拉薩牦牛的牛骨分別采自山東泗水縣、陜西寶雞市、吉林延邊市、河南泌陽縣和西藏拉薩市,隨機選取自然放牧條件下,發育正常、健康無病、年齡在2～3歲的公牛每個品種各6頭,宰后取其后股骨和肋骨,于-18 ℃冷凍貯存帶回實驗室;硫酸、石油醚、鹽酸、硝酸、過氧化氫、氫氧化鈉 為國藥集團,分析純試劑;十一碳酸甘油三酯、正己烷、甲醇 為國藥集團,色譜純試劑。

DGF30-IA型電熱鼓風干燥箱 南京實驗儀器廠;DL-1型萬用電爐 北京市永光明儀器廠;MXQ1400-30型馬弗爐 丹東瓦德科技有限公司;PG-150型破骨機 廊坊市頂天輕工機械有限公司;KJELTEC 2300型全自動凱氏定氮儀 瑞典Foss集團;TU-1810紫型外-可見分光光度儀 北京普析通用儀器有限公司;SER148型脂肪測定儀 意大利VELP科技有限公司;L-8900型氨基酸自動分析儀 日本Hitachi公司;GC-450型氣相色譜儀 美國Varian公司;MARS-5型密閉微波消解系統 美國CEM公司;Z-8000型原子吸收分光光度計 日本Hitachi公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 牛骨的處理 牛骨原料先經流水沖洗,剔除骨骼表面的碎肉、筋、膜、軟骨等,用紗布吸去表面水分并晾干,用破骨機破碎后再經高速粉碎機粉碎至直徑約3～5 mm,置于-80 ℃條件中保存待測。

1.2.2 基本營養成分測定 水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪含量的測定分別按照GB 5009.3-2010[10]、GB 5009.4-2010[11]、GB 5009.5-2010[12]、GB/T 5009.6-2003[13]的方法測定。

1.2.3 氨基酸組成與含量測定 按照GB/T 5009.124-2003[14]的方法稍作修改后進行測定。

樣品前處理:稱取約200 mg骨粉樣品于20 mL水解管中,然后加入6 mol/L的HCl溶液10 mL,充氮氣1 min排出管內空氣,密封水解管并置于110 ℃的干燥箱中,水解24 h;水解完全后,混勻并定容至50 mL;取1 mL稀釋液繼續氮吹至干,加入5 mL 0.02 mol/L的HCl溶液稀釋,振蕩混勻,用0.20 μm的濾膜進行過濾,濾液供上氨基酸自動檢測儀進行測定。1.2.4 羥脯氨酸含量測定 羥脯氨酸(Hyroxyproline,Hyp)含量測定參考Palka等的方法并略作修改[15-16]如下:取100 mg樣品加入5 mL濃度為6 mol/L HCl于110 ℃下水解24 h。水解液用活性炭吸附后,單層濾紙過濾,用10 mol/L和1 mol/L的NaOH調濾液pH至6.0,然后用蒸餾水定容至50 mL。取出4 mL定容后溶液加入2 mL氯氨T,混勻,室溫放置20 min。然后加入2 mL顯色劑,搖勻,60 ℃水浴20 min。樣品用流水冷卻5 min,在558 nm下測吸光度。每組樣品平行測定3次。Hyp含量查標準曲線(y=0.2229x-0.0017,R2=0.9991)可得。

1.2.5 礦物質含量測定 準確稱取200 mg樣品于消化罐中,加入9 mL硝酸和3 mL過氧化氫,浸泡30 min,將消化罐置于微波消解儀中進行消解,消解結束后冷卻至室溫,于通風櫥內開啟罐蓋,將消解液轉移至25 mL容量瓶中,定容混勻備用,同時做空白實驗[17]。

1.2.6 脂肪酸含量測定 乙酰氯-甲醇法:準確稱取骨樣于水解管中,加入0.5 mL 十一碳酸甘油三酯(1.0 mg/mL)和10 mL正己烷。加入6 mL 10%的乙酰氯-甲醇溶液,充氮氣1 min后旋緊螺旋蓋,振蕩混勻后于80 ℃恒溫水浴鍋中放置2 h,期間每隔20 min振蕩一次。水浴完成后,取出冷卻至室溫。將反應后的樣液轉移至50 mL離心管中,用3.0 mL的6%碳酸鈉溶液清洗玻璃管3次,合并碳酸鈉溶液于50 mL離心管中,混勻,4500 r/min離心10 min。取1 mL上清液過濾膜備用[18]。

1.3 數據處理

使用Microsoft Excel 2013軟件進行數據整理,采用SPSS 20.0軟件進行統計分析,用ANOVA 進行方差分析,Duncan進行顯著性檢驗(p<0.05)。同一圖或表中不同的小寫字母表示差異顯著(p<0.05),所有營養成分含量均以鮮重計。

2 結果與討論

2.1 基本營養成分

從表1可知,5種不同品種牛骨的后股骨及肋骨中,拉薩牦牛的后股骨與肋骨的水分含量無顯著差異(p>0.05),除牦牛骨外,其他各部位骨中,肋骨的水分含量均顯著高于后股骨(p<0.05),而后股骨的灰分含量則高于肋骨部位。延邊牛后股骨水分含量最低,僅為13.70%,灰分含量高達48.07%。5種不同品種牛肋骨中的蛋白含量均顯著高于后股骨(p<0.05),脂肪含量則呈現與之相反的趨勢。牛骨中的蛋白含量為16.67%～24.85%,脂肪含量為8.15%～26.78%,其中拉薩牦牛的肋骨蛋白含量最高,為24.85%,這一特點可能與牦牛生長在海拔3000 m以上高寒生態條件有關,使其具有高蛋白低脂肪的特點[19]。后股骨與肋骨的脂肪含量差異較大,其中南陽牛的后股骨脂肪含量最高。

表1 不同品種及部位牛骨基本營養成分及含量Table 1 Proximate composition parts of different parts of various bovine bone

注:結果以平均值±標準差表示;a～c:表示不同品種同一部位之間差異顯著(p<0.05);*:表示同一品種兩個部位之間差異顯著(p<0.05)。

2.2 氨基酸組成與含量

由于實驗采用酸法水解骨樣,樣品中Trp被破壞,從圖1中可知,17種氨基酸混合標準樣品中氨基酸的出峰順序依次為Asp、Thr、Ser、Glu、Pro、Gly、Ala、Cys、Val、Met、Ile、Leu、Tyr、Phe、Lys、His、Arg。

圖1 17種氨基酸混合標準品圖譜Fig.1 Spectrum of 17 kinds of amino acid mixed standard

蛋白質的營養價值與其氨基酸的組成和含量呈正相關[20],由表2可知,5種牛骨的后股骨中,拉薩牦牛的TAA,EAA均為最高(177.13、34.90 mg/g),南陽牛后股骨的必需氨基酸在總氨基酸中所占比例最大,為20.04%。后股骨中含量較高的氨基酸依次是Gly、Pro、Glu、Ala、Arg,拉薩牦牛的這5種氨基酸含量均顯著高于其他品種(p<0.05)。鮮味氨基酸(Asp、Glu、Gly和Ala)中Asp和Glu對鮮味有貢獻,Gly和Ala對甜味有貢獻,后股骨中的鮮味氨基酸含量為73.17～94.34 mg/g,其中魯西牛后股骨含量最低,拉薩牦牛后股骨含量最高。膠原蛋白特征性氨基酸(Gly、Lys、Pro)含量為57.17～74.23 mg/g與鮮味氨基酸含量趨勢一致。

由表3可知,5種牛肋骨中TAA與EAA含量分別為169.69～211.62 mg/g和36.62～46.88 mg/g,其中拉薩牦牛肋骨的TAA含量最高,南陽牛肋骨的EAA含量最高,南陽牛肋骨的必需氨基酸在總氨基酸中所占的比例最大,為24.56%。肋骨中的鮮味氨基酸含量為86.47～111.40 mg/g,其中魯西牛肋骨含量最低,拉薩牦牛肋骨含量最高。膠原蛋白特征性氨基酸與鮮味氨基酸含量趨勢一致,為65.12～86.56 mg/g,拉薩牦牛肋骨中的膠原物質含量也顯著高于其他品種的肋骨(p<0.05)。

綜上所述,肋骨中的各種氨基酸含量相對高于后股骨,其中,拉薩牦牛骨中的氨基酸含量顯著高于其他黃牛品種的不同部位骨(p<0.05),這一趨勢與牛骨中的蛋白質含量趨勢一致。由此可見,牦牛骨具有相對高的營養價值,且拉薩牦牛肋骨的鮮味較強,膠原物質含量較高,這與田甲春[9]等人的研究結果一致。

2.3 羥脯氨酸含量

羥脯氨酸是一種亞氨基酸,通常在第四位上帶有羥基,有時也在第三位上。羥脯氨酸常被用來表征樣品中膠原蛋白的含量,它也是膠原蛋白特征性成份之一,骨膠原中含有L-羥脯氨酸,自然界中不存在D-羥脯酸[21-22]。董憲斌[23]通過提取研究膠原蛋白與羥脯氨酸含量的比值,得到不同原料骨的膠原蛋白換算系數,其中牛骨為6.77。

圖2 不同品種及部位牛骨羥脯氨酸含量Fig. 2 Hyp contents of different parts of various bovine bone

如圖2所示,牛骨中的羥脯氨酸含量為8.58～12.16 mg/g,其中秦川牛的后股骨含量最低,拉薩牦牛的肋骨含量最高。延邊牛的后股骨與肋骨之間差異顯著(p<0.05),其余各品種的兩個部位之間無顯著差異(p>0.05)。秦川牛的羥脯氨酸含量低于其他四個品種。由此可知,5個品種的牛骨中,肋骨的膠原物質含量均高于后股骨,秦川牛骨的膠原物質含量最低。圖2數據換算后得到，牛骨膠原蛋白含量5.81～8.24 mg/g，約占總蛋白含量的29.34%～44.58%。

表2 不同品種后股骨氨基酸含量Table 2 Amino acid concentration of femur of various bovine bone

注:#:鮮味氨基酸(Delicious amino acids,DAA);*:特征性氨基酸(Characteristic amino acid,CAA);TAA:氨基酸總量(Total amino acids);EAA:必需氨基酸(Essential amino acids);a～e:表示不同品種同一部位之間差異顯著(p<0.05),表3同。

表3 不同品種肋骨氨基酸含量Table 3 Amino acid concentration of rib of various bovine bone

表4 不同品種后股骨礦物質含量Table 4 Mineral contents of femur of various bovine bone

注:a～d:表示不同品種同一部位之間差異顯著(p<0.05);*:表示同一品種兩個部位之間差異顯著(p<0.05);表5同。

表5 不同品種肋骨礦物質含量Table 5 Mineral contents of femur of various bovine bone

2.4 礦物質含量

不同品種牛骨中的主要礦物質含量如表4與表5所示,牛骨中的礦物質含量主要與兩方面有關:一個是與其生長的環境條件,如氣候、土壤、水質、光線、化肥、農藥等;另一個是與動物本身的品種特性、遺傳特性、吸收功能以及對礦物質的富集能力有關。牛骨中的鈉含量為33667.3～57453.6 mg/100 mg,鉀含量為2068.6～10955.5 mg/100 g。除魯西牛和延邊牛外,其他牛骨的后股骨的鈉元素含量相對高于肋骨,這可能與后股骨部位活動量較大相關,但肋骨的鉀元素含量均顯著高于后股骨(p<0.05),約為后股骨的2～5倍。牛骨中的鎂含量為23343.4～38300.3 mg/100 g,牛骨中的鈣含量最高,為1386167.9～2239759.6 mg/100 g。牛骨的鈣、鎂含量不同部位、不同品種之間均具有顯著性差異(p<0.05)。鐵含量為84.1～1079.1 mg/100 g,肋骨的鐵含量均顯著高于后股骨部位(p<0.05)。其中魯西牛的后股骨鐵含量最高,為288.8 mg/100 g,南陽牛肋骨的鐵含量最高,為1079.1 mg/100 g。牛骨中的銅含量為0.4～5.0 mg/100 g,其中延邊牛肋骨中銅含量為其后股骨的12.5倍,南陽牛的為3倍,肋骨中的銅含量顯著高于后股骨(p<0.05),不同品種同一部位之間也具有差異性(p<0.05)。鋅是體內200多種酶以及DNA、RNA的組成成分,是生長發育的必需物質,對于傷口愈合也至關重要[24]。牛骨中鋅含量為331.7～584.7 mg/100 g,不同品種各部位間具有顯著差異(p<0.05)。硒具有抗氧化性,可保護機體免受自由基和致癌物的侵害,還可減輕炎癥反應、增強免疫力從而抵抗感染、促進心臟的健康、增強維生素E的作用[25],牛骨中的硒含量為0.4～0.9 mg/100 g,不同品種、不同部位之間無顯著差異(p>0.05)。

2.5 脂肪酸含量

表6 不同品種后股骨脂肪酸含量Table 6 Fatty acid contents of femur of various bovine bone

注:ND:表示未檢出(Not detected);CLA:共軛亞油酸(Conjugated linoleic acids);SFA:飽和脂肪酸(Saturated fatty acids);UFA:不飽和脂肪酸(Unsaturated fatty acids);表7同。

表7 不同品種肋骨脂肪酸含量Table 7 Fatty acid contents of rib of various bovine bone

脂肪酸的分析結果見表6、表7,結果顯示,牛骨脂肪酸總量為38.86～133.24 mg/g,其中后股骨中的脂肪酸含量高于肋骨。飽和與不飽和脂肪酸含量比值在2∶1～1∶1之間。C18∶1n9c、C16∶0、C18∶0是牛骨的特征脂肪酸,三者之和占總脂肪酸80%以上,其中C18∶1n9c含量約為總脂肪酸含量的1/2。CLA含量后股骨(0.33～0.91 mg/g)高于肋骨(0.12～0.32 mg/g)。不飽和脂肪酸具有調節血脂、清理血栓、維護視網膜提高視力、健腦等多種生理功能,牛肉中發揮風味作用的脂肪酸主要是以油酸(C18∶1)為主的不飽和脂肪酸[26-27]。魯西牛的后股骨脂肪酸含量高于同部位的其他品種牛骨,南陽牛的肋骨脂肪酸含量則高于同部位的其他品種;牛骨中含有豐富的具有特征風味的不飽和脂肪酸;魯西牛和南陽牛在脂肪酸含量上具有更高的食用價值與保健作用。

3 結論

本研究對中國5個品種牛骨的不同部位(后股骨、肋骨)的水分、灰分、蛋白質、脂肪、氨基酸、羥脯氨酸、礦物質及脂肪酸組成與含量進行了較為全面的對比分析。結果表明,拉薩牦牛的肋骨蛋白含量最高,南陽牛的后股骨脂肪含量最高;肋骨中的氨基酸總量、必需氨基酸含量和膠原物質均優于后股骨;牛骨中富含人體所必需的常量及微量元素,重金屬含量低于國標限量要求;魯西牛骨的脂肪酸含量高于其他品種的牛骨,拉薩牦牛骨中的蛋白質和氨基酸含量高。本研究結果為牛骨進一步開發利用提供了依據。

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Difference analysis of composition and content in five varieties of bovine bone

WU Ting1,2,JIA Wei1,2,GUAN Sheng1,YU Ying1,LIU Wen-yuan2,ZHANG Chun-hui2,LI Xia2,YU Qun-li1,HAN Ling1,*

(1.Food Science and Engineering Department of Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Institute of Food Processing Science and Technology,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193,China)

In order to develop a foundation for industrial production and utilization in the future. The basic composition and content of different parts of the bovine bone from Luxi,Qinchuan,Yanbian,Nanyang cattle and Lhasas yak had been analyzed in this study. The nutrient composition including moisture,ash,protein and fat,the amino acids,hydroxyproline(Hyp),mineral and fatty acids were identified. Results showed that the bovine bone consists of 13.70%～32.94% moisture,35.75%～48.07% ash,16.67%～24.85% protein,8.15%～26.78% fat and 5.81～8.24 mg/g bone collagen that 29.34%～44.58% of the total protein content. The results showed that the bovine bones were rich in essential amino acids,calcium,iron,zinc,selenium and other major and trace elements that were essential to the human physiology,characteristic fatty acid of bovine bone were C18∶1n9c,C16∶0and C18∶0. Different varieties and different parts of the bone were differences,Luxi cattle bones had the higher fatty acid contents while yak bones had a high content with protein and the amino acids.

bovine bone;nutrition;composition and content;difference analysis

2016-09-02

吳婷(1991-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：動物性食品營養與工程,E-mail：wuting203@163.com。

*通訊作者:韓玲(1963-)，女，教授，研究方向：畜產品加工及貯藏,E-mail：hanling5@126.com。

國家現代農業(肉牛牦牛)產業技術體系資助(CARS-38)；農業部“948”項目(2016-X31)。

TS201.4

A

1002-0306(2017)02-0342-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.02.058