鰈魚(yú)骨超微細(xì)魚(yú)骨泥的加工工藝研究

李學(xué)鵬,謝曉霞,范大明,王金廂,儀淑敏,勵(lì)建榮,*, 李鈺金,牟偉麗,沈 琳,黃建聯(lián),郁曉君,丁浩宸

(1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧錦州 121013;2.江南大學(xué)食品學(xué)院,江蘇無(wú)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(yè)有限公司,山東煙臺(tái) 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(yú)又稱(chēng)比目魚(yú),屬鰈鲆類(lèi),是我國(guó)水產(chǎn)品來(lái)料加工的主要魚(yú)種之一,也是我國(guó)北方主要的海水養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi),其肉質(zhì)鮮美可口、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,具有廣泛的消費(fèi)市場(chǎng)和較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前國(guó)內(nèi)對(duì)鰈魚(yú)的加工方式主要是以生產(chǎn)出口凍魚(yú)片為主,加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量副產(chǎn)物,如魚(yú)頭、魚(yú)骨、魚(yú)皮等。其中,魚(yú)骨是主要的副產(chǎn)物,約占整魚(yú)質(zhì)量的15%左右[1]。由于缺乏相應(yīng)的精深加工技術(shù),魚(yú)骨等下腳料常被丟棄或者低價(jià)賣(mài)給魚(yú)粉廠(chǎng),簡(jiǎn)單做成魚(yú)粉、肥料和飼料等低附加值產(chǎn)品,不僅造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染,同時(shí)也大大影響了企業(yè)效益。水產(chǎn)品加工副產(chǎn)物問(wèn)題已成為困擾行業(yè)的一大難題,副產(chǎn)物的高值化利用已成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。因此,開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的魚(yú)骨加工技術(shù)及產(chǎn)品,成為眾多水產(chǎn)加工企業(yè)的迫切需求。

近年來(lái),骨泥及骨泥食品的開(kāi)發(fā)逐漸引起關(guān)注。骨泥食品是以鮮骨為原料,經(jīng)過(guò)粉碎成骨泥,進(jìn)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(bǔ)鈣的佳品,在日本、歐美國(guó)家已較為流行[2]。研究表明,經(jīng)過(guò)微粒化的骨質(zhì)更易被人體消化吸收,具有增加骨密度的作用[3]。魚(yú)骨中蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)含量豐富,鈣含量高達(dá)4150 mg/100 g,是一種天然鈣補(bǔ)充劑[4],也是開(kāi)發(fā)骨泥和骨泥食品的理想原料。超微粉碎技術(shù)是一種可以將物料粒度粉碎至10 μm以下的高新粉碎技術(shù),分為濕法和干法兩種,具有粉碎速度快、粉碎粒度均勻微細(xì)、減少破壞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn),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(shí)可以改善添加到其他產(chǎn)品中后對(duì)感官品質(zhì)的不良影響[5-7]。目前利用超微粉碎技術(shù)制備骨泥的研究主要集中在畜禽骨上,在魚(yú)骨上的研究相對(duì)較少,尤其是在生產(chǎn)上缺乏相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)參考[5,8-9]。鑒于此,本文以鰈魚(yú)骨為原料,研究濕法超微粉碎技術(shù)粉碎魚(yú)骨的加工工藝,旨在獲得粒度均勻微細(xì)、口感細(xì)膩的超微細(xì)骨泥,用于作為后期生產(chǎn)高鈣魚(yú)糜制品和其他骨泥產(chǎn)品的基料,為魚(yú)骨等副產(chǎn)物的高值化綜合利用提供依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鰈魚(yú)骨 由大連天寶綠色食品股份有限公司提供,是進(jìn)口黃金鰈魚(yú)(Pseudopleuronectesyokohamae)加工凍魚(yú)片后的脊骨,冷凍狀態(tài)下加冰運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室;石油醚、濃硫酸、硫酸銅、對(duì)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(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;平板計(jì)數(shù)瓊脂 青島高科技園海博生物技術(shù)有限公司。

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

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 超微細(xì)魚(yú)骨泥制備工藝流程 鰈魚(yú)骨→預(yù)處理→粗粉碎(萬(wàn)能粉碎機(jī))→細(xì)粉碎(膠體磨)→濕法超微粉碎(高精密濕法超微粉碎機(jī))→離心脫水(4000 r/min,5 min)→超微細(xì)骨泥

預(yù)處理:取約10 kg鰈魚(yú)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(wàn)能粉碎機(jī)將冷凍的魚(yú)骨塊進(jìn)行粉碎,以無(wú)可見(jiàn)脊椎骨塊為準(zhǔn),得到粗骨泥。

細(xì)粉碎:按照粗骨泥的比例加入一定量的冰水,利用膠體磨進(jìn)行細(xì)粉碎,過(guò)40目篩,制得細(xì)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(jī)對(duì)細(xì)骨泥進(jìn)一步超微粉碎,以過(guò)100目篩為準(zhǔn)。

離心脫水:對(duì)超微粉碎后的骨泥進(jìn)行4000 r/min、5 min離心脫水,得到超微細(xì)魚(yú)骨泥。

1.2.2 超微細(xì)魚(yú)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(píng)價(jià)為指標(biāo),研究冰水添加量及粉碎次數(shù)對(duì)骨泥品質(zhì)的影響,確定細(xì)粉碎和濕法超微粉碎的工藝參數(shù)。

1.2.2.1 細(xì)粉碎工藝的研究 考察細(xì)粉碎時(shí)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(duì)骨泥出料溫度和粒徑大小(40目過(guò)篩率)的影響,以確定合適的細(xì)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(duì)骨泥溫度的影響以確定最佳加水比例;考察粉碎次數(shù)(1、2、3次)對(duì)骨泥出料溫度和過(guò)篩率(100目)的影響,同時(shí)結(jié)合骨泥的感官評(píng)價(jià)確定合適的粉碎次數(shù)。

1.2.3 骨泥粒徑測(cè)定 參考姜素英[10]的方法并略有改動(dòng)。采用流水過(guò)篩法進(jìn)行測(cè)定。因骨泥中含有魚(yú)肉,易吸水膨脹,故過(guò)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(yīng)的泰勒篩上用流水沖洗,物料通過(guò)率為95%以上,即判定該骨泥粒徑大小為該目數(shù)。

1.2.4 骨泥感官評(píng)定 參考姜素英[10]的方法并進(jìn)行改進(jìn)。將超微細(xì)骨泥通過(guò)揉搓判定骨泥中骨顆粒的粗糙感,并按照表1進(jìn)行感官評(píng)分。

表1 魚(yú)骨泥感官評(píng)價(jià)表Table 1 Sensory evaluation method of fish bone paste

1.2.5 骨泥得率 將預(yù)處理的魚(yú)塊質(zhì)量記為M1,得到的微細(xì)骨泥質(zhì)量記為M2,得率計(jì)算公式為:

微細(xì)骨泥得率(%)=M1/M2×100

1.2.6 微細(xì)骨泥基本成分的測(cè)定 水分含量的測(cè)定采用直接干燥法,具體參照GB 5009.3-2010。粗脂含量的測(cè)定采用索氏抽提法,具體參照GB/T 14772-2008;粗蛋白含量的測(cè)定采用凱氏定氮法,具體參照GB 5009.5-2010;灰分的測(cè)定采用灰化法,具體參照GB 5009.4-2010;膠原蛋白含量的測(cè)定參考閆明艷[11]的方法,測(cè)定羥脯氨酸含量,重復(fù)三次,取平均值,以羥脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)品制作的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的曲線(xiàn)方程為:y=0.153x-0471,相關(guān)系數(shù)為0.9996,可以用來(lái)測(cè)定羥脯氨酸濃度。鈣含量的測(cè)定采用滴定法,具體參照GB/T 9695.13-2009。磷含量的測(cè)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(cè)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(cè)得鈣含量,記為骨泥的鈣元素溶出量。

1.2.8 骨泥揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)的測(cè)定 采用微量凱氏定氮法對(duì)微細(xì)魚(yú)骨泥的揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)進(jìn)行測(cè)定,具體參照SC/T 3032-2007進(jìn)行測(cè)定。

1.2.9 骨泥菌落總數(shù)的測(cè)定 參照GB 4789.2-2016對(duì)微細(xì)魚(yú)骨泥中菌落總數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0和Origin 8.0等數(shù)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。多重比較采用Duncan檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)粉碎工藝對(duì)骨泥粒徑和出料溫度的影響

膠體磨對(duì)物料流動(dòng)性要求較高,同時(shí)為了避免摩擦升溫導(dǎo)致物料變性,故需在細(xì)粉碎過(guò)程中添加一定量的冰水來(lái)保持低溫和良好的流動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)添加1∶1的冰水時(shí),骨泥流動(dòng)性較差,膠體磨無(wú)法正常出料。冰水添加量為1∶2、1∶3和1∶4時(shí)對(duì)骨泥細(xì)粉碎的影響如圖1所示。在這3種添加量下,骨泥的40目過(guò)篩率均高于95%,對(duì)骨泥粒徑大小無(wú)顯著影響(p>0.05)。水產(chǎn)品原料在預(yù)處理過(guò)程中為防止蛋白質(zhì)變性和品質(zhì)變化,一般要保持低溫(工廠(chǎng)里溫度常保持10 ℃以下)。魚(yú)骨泥的加工也是如此,為防止骨泥中殘留蛋白質(zhì)變性而影響其在魚(yú)糜制品中的應(yīng)用效果,故控制其加工過(guò)程中溫度低于10 ℃[12]。當(dāng)冰水添加量在1∶3和1∶4時(shí),溫度均低于10 ℃,避免了由于溫度較高引起骨泥中殘留肌動(dòng)蛋白變性而導(dǎo)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(xù)脫水效率的考慮,選擇冰水添加量為1∶3進(jìn)行細(xì)粉碎。

圖1 細(xì)粉碎時(shí)冰水添加量 對(duì)細(xì)粉碎魚(yú)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(duì)骨泥粒徑和出料溫度的影響

不同粒徑的骨泥感官評(píng)價(jià)如表2所示,膠體磨粉碎得到的細(xì)骨泥,有明顯顆粒感,感官評(píng)價(jià)得分較低,添加到魚(yú)糜中可能會(huì)導(dǎo)致凝膠制品口感粗糙,難以滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)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(jī)對(duì)細(xì)骨泥進(jìn)行超微粉碎,以期滿(mǎn)足感官需求。

表2 不同粒徑的魚(yú)骨泥感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Sensory evaluation result of different particle sizes of bone paste

超微粉碎過(guò)程中冰水添加量及粉碎次數(shù)對(duì)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(dāng)冰水添加量在1∶3時(shí),骨泥出料溫度高于10 ℃,可能影響骨泥品質(zhì)。當(dāng)冰水添加量超過(guò)1∶4時(shí),出料溫度均低于10 ℃,但1∶4時(shí)出料溫度仍相對(duì)偏高,如粉碎過(guò)程控制不當(dāng)出料溫度仍有達(dá)到10 ℃以上的可能。當(dāng)冰水添加量達(dá)1∶5和1∶6時(shí),出料溫度降低更為顯著,但兩者之間無(wú)顯著差異(p>0.05)。考慮到后續(xù)離心脫水效率,故選擇冰水添加量為1∶5進(jìn)行超微粉碎。

圖2 冰水添加量對(duì)超微粉碎魚(yú)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(shù)對(duì)魚(yú)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(jié)合骨泥感官評(píng)價(jià)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(dá)到80目,骨泥略有顆粒感。2次超微粉碎后,骨泥100目過(guò)篩率大于95%,此時(shí)骨泥粒徑達(dá)到100目,手感光滑,無(wú)顆粒感。研究證明100目的骨泥添加到相應(yīng)凝膠產(chǎn)品中不會(huì)過(guò)多影響產(chǎn)品口感[15-16]。雖然3次粉碎后骨泥能進(jìn)一步細(xì)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(zhì),所以采用2次超微粉碎為最佳粉碎次數(shù)。

2.3 粉碎工藝對(duì)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(cè)得的鈣元素溶出量如圖4所示。結(jié)果顯示,骨泥中鈣元素溶出量隨著粉碎次數(shù)的增加呈顯著增加趨勢(shì)(p<0.05)。

圖4 粉碎工藝對(duì)魚(yú)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(jīng)過(guò)3次超微粉碎后,骨泥中鈣元素的溶出量達(dá)到最高值286.5 mg/kg。這可能是由于隨著粉碎次數(shù)增加,魚(yú)骨顆粒比表面積的增大和膠原基質(zhì)的破壞導(dǎo)致了鈣元素的溶出。物料顆粒粒徑越小,不僅會(huì)賦予產(chǎn)品細(xì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更容易被人體消化吸[17]。對(duì)于人體吸收鈣的機(jī)制來(lái)說(shuō),含鈣的食物需經(jīng)過(guò)胃酸作用,使鈣元素游離出來(lái),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(duì)骨泥及骨泥制品中鈣元素的吸收。

2.4 微細(xì)魚(yú)骨泥的得率

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

2.5 微細(xì)魚(yú)骨泥的基本營(yíng)養(yǎng)成分

微細(xì)魚(yú)骨泥的營(yíng)養(yǎng)成分,如表3所示。由表3可知,骨泥的蛋白質(zhì)含量高,脂肪含量低,營(yíng)養(yǎng)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(lái)源。并且在魚(yú)糜凝膠制品中添加一定量的微粒化骨泥,有助于提高魚(yú)糜制品的凝膠特性和營(yíng)養(yǎng)性能[8]。

表3 微細(xì)魚(yú)骨泥的營(yíng)養(yǎng)成分Table 3 Basic nutrition of the superfine bone paste

2.6 微細(xì)魚(yú)骨泥膠原蛋白含量

魚(yú)骨中約30%的有機(jī)成分是由膠原蛋白構(gòu)成的,而60%～70%的無(wú)機(jī)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(gòu)成骨骼主體[21]。有研究發(fā)現(xiàn),魚(yú)骨膠原蛋白的熱穩(wěn)定性高于魚(yú)皮和魚(yú)鰭,魚(yú)骨膠原蛋白膜的延伸性也高于魚(yú)皮[22]。而且從深海魚(yú)類(lèi)中精煉的魚(yú)膠原蛋白含有大量的黏多糖,被稱(chēng)為“可以吃的化妝品”[23]。所以在日常生活中食用一定量的魚(yú)類(lèi)膠原蛋白不僅可以維持人皮膚及結(jié)締組織的彈性,同時(shí)還可以提高骨骼強(qiáng)度。經(jīng)測(cè)定,微細(xì)骨泥中膠原蛋白含量為(0.016%±0.002%),含量較低,是因?yàn)轸~(yú)骨泥中還含有魚(yú)肉蛋白,降低了膠原蛋白的比例[9]。

2.7 揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)和菌落總數(shù)的測(cè)定

揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)是指動(dòng)物性食品在腐敗過(guò)程中由于酶和細(xì)菌的作用,使蛋白質(zhì)分解而產(chǎn)生氨以及胺類(lèi)等堿性含氮物質(zhì),是評(píng)價(jià)水產(chǎn)品鮮度的常用指標(biāo)。這些堿性含氮物質(zhì)含量愈低,則TVB-N值越低,相應(yīng)的骨泥新鮮度愈高。骨泥的揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)和菌落總數(shù)測(cè)定結(jié)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(dòng)物性水產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求(≤30 mg/100 g)。菌落總數(shù)是反映水產(chǎn)制品新鮮程度和加工過(guò)程衛(wèi)生狀況的微生物指標(biāo)之一,也是評(píng)價(jià)食品安全的重要指標(biāo)[24]。經(jīng)測(cè)定,骨泥的菌落總數(shù)為3.2×103cfu/g,符合水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(≤5×104cfu/g)。可見(jiàn),實(shí)驗(yàn)制得的骨泥符合水產(chǎn)品相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求,可以作為水產(chǎn)品深加工的原料或配料。

表4 微細(xì)魚(yú)骨泥中揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)含量和菌落總數(shù)Table 4 Results of TVB-N value and total bacteria of superfine bone paste

3 結(jié)論

鰈魚(yú)骨微細(xì)骨泥加工過(guò)程中,粉碎方式、粉碎次數(shù)、冰水添加量對(duì)魚(yú)骨泥的粒徑、感官品質(zhì)、出料溫度、鈣元素溶出量均具有顯著影響。粉碎程度越大,魚(yú)骨泥粒徑越小,鈣元素溶出量越高。較優(yōu)的魚(yú)骨泥的加工工藝為:膠體磨細(xì)粉碎時(shí)冰水添加量為1∶3 (w/v),超微粉碎時(shí)冰水添加量為1∶5 (w/v)、超微粉碎次數(shù)為2次。該工藝條件下可獲得100目的微細(xì)魚(yú)骨泥,且離心脫水得率達(dá)到60.57%。制得的微細(xì)骨泥蛋白質(zhì)含量較高,脂肪含量較低,鈣磷比接近2∶1,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均衡豐富,且TVB-N和菌落總數(shù)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

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