柴向華,何文龍,吳克剛,*,羅 輯,王勝利,潘顯宗
(1.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院,廣東 廣州 510006;2.東莞百味佳食品有限公司,廣東 東莞 523416)
雞骨架是產(chǎn)蛋下架雞和白條雞分割出胸肌后的剩余部分,作為肉雞加工過程中產(chǎn)生的大宗副產(chǎn)品,約占肉雞總質(zhì)量的8%~17%[1-2]。雞骨營養(yǎng)相當(dāng)豐富,蛋白質(zhì)、脂肪的含量與等量鮮肉相似,而鈣、磷、鐵、鋅等礦質(zhì)元素含量是鮮肉的數(shù)倍,并且營養(yǎng)成分比例適宜[3-4]。干燥的雞骨中含有12%~35%的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì),特別是組成膠原纖維的膠原蛋白含量最高,而飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的比例接近1:1,與營養(yǎng)協(xié)會推薦人體攝入脂肪酸的組成比例相符[5-6]。另外,雞骨中的鈣磷比為2:1,是人體吸收鈣、磷的最佳比例,補鈣效果比牛奶更佳[7]??梢姡u骨架是一種營養(yǎng)豐富的食物資源。
我國是肉雞生產(chǎn)和消費大國,產(chǎn)量僅次于美國,加工產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物雞骨架數(shù)量相當(dāng)大,但利用率卻極低[8-10]。據(jù)FAO統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,近10年來世界肉類生產(chǎn)中雞肉產(chǎn)量增長很快,其中亞洲是雞肉增長最快的地區(qū)。作為世界第二雞肉生產(chǎn)大國,2009年我國肉雞產(chǎn)量約1370萬t,年產(chǎn)鮮雞骨約137萬~411萬t。目前,大多數(shù)雞骨都被廢棄或是加工成附加值很低的產(chǎn)品(如骨膠、骨粉、骨油),成為工業(yè)原料或動物飼料,沒有得到有效的利用,造成巨大的環(huán)境污染和浪費[11-12]。目前雞骨架的市場價格3.8元/kg,按75%分離肉質(zhì)計算,雞骨架可食部分價格3.6元/kg;而市場雞肉價格為13.5元/kg,這就使得原料本身價格下降了8.9元/kg,所以雞骨架的價格相當(dāng)?shù)土?。而將雞骨架加工成雞骨粉之后,由于其營養(yǎng)豐富,口感俱佳,風(fēng)味濃郁,利潤十分可觀[13-14]。
由于雞骨架中骨骼比例較大,預(yù)先加工處理使骨骼軟化、降低硬度,對后續(xù)加工應(yīng)用是非常必要的[15]。國內(nèi)外通過高壓蒸煮處理雞骨架,進一步酶解及美拉德反應(yīng)等工藝條件制備雞肉粉,發(fā)現(xiàn)不同加工工藝導(dǎo)致雞骨架的組成及營養(yǎng)成分存在著顯著的差異[16-19]。本研究以蒸煮營養(yǎng)物質(zhì)的流失及骨骼硬度的變化來探討最佳的蒸煮條件,以硬度作為骨骼軟化程度的表征,這在國內(nèi)鮮有研究,對傳統(tǒng)加工生產(chǎn)雞骨粉具有一定的指導(dǎo)作用,亦為本實驗的創(chuàng)新點。
本實驗采用高壓蒸煮處理雞骨架,研究蒸煮條件對骨骼顯微結(jié)構(gòu)、主要成分流失及其硬度變化的影響,以為雞骨架骨類食品的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供理論參考。
雞骨為市售雞骨架,于2012年4月11日購于廣州大學(xué)城南亭集貿(mào)市場,雞的品種為清遠(yuǎn)雞,雞齡4個月,實驗前去內(nèi)臟、去肉,只留取骨架。
鹽酸、氫氧化鈉、硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、無水乙醚等均為分析純;基準(zhǔn)碳酸鈣、硝酸、高氯酸為優(yōu)級純。
索氏抽提儀、半微量凱氏定氮儀 江都市銀都玻璃儀器廠;YX-280D型不銹鋼手提式蒸汽滅菌器 合肥市華泰醫(yī)療設(shè)備有限公司;DXF-10A多功能搖擺式粉粹機 廣州市大祥電子機械設(shè)備有限公司;TAS-986原子吸收分光光度計TAS-986 北京普析通用儀器有限公司;WDW-10微機控制電子萬能試驗機 上海華龍測試儀器有限公司;JEM-2100投射電子顯微鏡 日本電子株式會社。
1.3.1 雞骨架預(yù)處理
將雞骨架解凍,掏去內(nèi)臟、剔除雞肉后洗凈,切塊后分別取50g按以下處理:1)經(jīng)未高壓蒸煮、隔水高壓蒸煮(壓力0.1MPa、時間45min)、加水高壓蒸煮(骨水比1:3(m/V)、壓力0.1MPa、時間45min)處理后的雞骨架,測骨骼的硬度及觀察骨骼的微觀結(jié)構(gòu)。2)在0.1MPa,骨水比分別為1:0、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5的條件下將雞骨架蒸煮45min,測定其蛋白質(zhì)、脂肪和鈣含量及雞骨硬度,研究蒸煮時不同加水量的影響。3)在骨水比為1:3,壓力分別為0.05、0.07、0.10、0.15MPa的條件下,將雞骨架蒸煮45min后,測定其蛋白質(zhì)、脂肪和鈣含量以及雞骨的硬度,研究蒸煮時不同壓力大小的影響。4)在壓力為0.1MPa、骨水比1:3的條件下,經(jīng)過15、30、45、60、75min的蒸煮處理后,分別測定其蛋白質(zhì)、脂肪和鈣含量以及雞骨的硬度,研究蒸煮時不同蒸煮時間的影響。
將雞骨按上述步驟1)處理后,于烘箱中105℃,干燥3h后,將骨頭修成5mm(直徑)×10mm(高度)后測定其硬度。用搖擺式粉粹機粉碎3min后分別測定蛋白質(zhì)、脂肪和鈣含量。所得骨粉過20目網(wǎng)篩后,在電子顯微鏡下觀察其微觀結(jié)構(gòu)。
1.3.2 蛋白質(zhì)、脂肪和鈣含量的測定
蛋白質(zhì)含量利用凱氏定氮法測定,脂肪含量利用索氏提取法測定,鈣含量利用原子吸收分光光度法測定,均參照文獻[20]進行測定。
1.3.3 雞骨硬度的測定
分別對未經(jīng)過處理和經(jīng)過處理的骨頭測量擠壓破壞力峰值。將加工好的原料骨試件放在萬能試驗機的實驗臺上,調(diào)整好位置然后降下壓頭,盡量使壓頭靠近試件,壓頭向試件施加壓力,直到試件斷裂,記錄斷裂時所能承受的最大力[21]。斷裂時承受的最大壓力越大,表示骨骼硬度越高。
1.3.4 顯微結(jié)構(gòu)的觀測
掃描電鏡觀測,將雙面膠粘在銅片樣品臺上,將樣品顆粒借助于棉球直接散落在上面,用洗耳球輕吹式樣,除去附著的和未牢固固定的顆粒。然后將樣品放入濺射鍍膜儀中,鍍膜時間5~10min。將載有樣品的樣品臺置于掃描電子顯微鏡的樣品倉中,由小到大調(diào)節(jié)不同的放大倍數(shù),觀察樣品的顆粒的大小和微觀結(jié)構(gòu)[22]。具體方法:取雞骨架的雞胸骨進行高壓蒸煮處理后,取出置于干燥器內(nèi)待雞胸骨干燥后,用多功能搖擺式粉粹機將雞胸骨粉碎,粉碎時間均為3min,然后過20目網(wǎng)篩,在電子顯微鏡下觀察其微觀結(jié)構(gòu)。
將未高壓蒸煮、隔水高壓蒸煮(壓力0.1MPa、時間45min)、加水高壓蒸煮(骨水比1:3、壓力0.1MPa、時間45min)的雞骨架,常溫真空干燥后,用粉粹機粉碎,所得雞骨組成及硬度的影響如表1所示,電子顯微鏡下觀測的顯微結(jié)構(gòu)如圖1電鏡照片所示。
表 1 高壓蒸煮對雞骨組成及硬度的影響Table 1 Effect of high pressure cooking on chicken bone composition and firmness
圖 1 雞骨高壓蒸煮處理前后電鏡照片F(xiàn)ig.1 SEM photos of chicken bones before and after high pressure cooking
由表1可知,雞骨高壓蒸煮后主要組成成分蛋白質(zhì)和脂肪總量及鈣含量都有所降低,特別是加水高壓蒸煮后較為明顯。高壓蒸煮使雞骨架硬度顯著降低,特別是加水高壓蒸煮使雞骨架硬度降低幅度高達73.5%。觀察雞骨架的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),雞骨經(jīng)過處理后,當(dāng)放大60倍時,雞骨粉的顆粒大小差別明顯,其按從大到小的順序為未高壓蒸煮>隔水高壓蒸煮>加水高壓蒸煮,這說明經(jīng)過蒸煮的雞胸骨明顯比未經(jīng)過蒸煮的雞胸骨更容易粉碎,其中加水蒸煮的雞胸骨比隔水蒸煮的雞胸骨更容易粉碎。當(dāng)放大1000倍時,發(fā)現(xiàn)未高壓蒸煮的雞胸骨呈蜂窩狀結(jié)構(gòu),而經(jīng)高壓處理后蜂窩狀結(jié)構(gòu)消失。當(dāng)放大20000倍時,可以看到未高壓蒸煮雞胸骨上面有很多細(xì)小的氣孔,而高壓蒸煮后氣孔消失。雞胸骨具有蜂窩狀的結(jié)構(gòu)和直徑為0.2μm的微細(xì)小孔。大多數(shù)禽類骨骼內(nèi)充滿著與肺及氣囊相通的空氣,蜂窩狀結(jié)構(gòu)為填充骨髓的骨髓腔或充滿空氣的氣囊,微細(xì)小孔為空氣通道[23]。雞骨架高壓蒸煮后,其蜂窩狀結(jié)構(gòu)和微細(xì)小孔消失,說明高壓導(dǎo)致了雞骨正常的顯微結(jié)構(gòu)坍塌,因此硬度下降。加水高壓蒸煮由于骨骼蛋白、脂肪、鈣等組成成分的流失,進一步弱化了骨骼強度,所以雞骨的硬度降低更為顯著。
在0.1MPa條件下將雞骨架蒸煮45min,測定其蛋白質(zhì)、脂肪和鈣含量及雞骨硬度,研究蒸煮時不同加水量的影響,結(jié)果如圖2、3所示。當(dāng)骨水比低于1:3時,隨著加水量的增加,雞骨中蛋白質(zhì)和脂肪總量只是略有減少,但是鈣含量和雞骨硬度出現(xiàn)較大幅度的下降。而當(dāng)骨水比高于1:3時,雞骨中蛋白質(zhì)和脂肪總量隨著加水量的增加出現(xiàn)顯著降低,但是鈣含量和雞骨硬度變化幅度不大??梢?,雖然水對雞骨中蛋白質(zhì)、脂肪和鈣的溶出流失都有一定的促進作用,但鈣的溶出可能是導(dǎo)致雞骨硬度下降的主要原因。鈣在骨骼中主要以不溶性的鈣鹽形式存在,可溶性鈣基本溶出后,骨骼中鈣含量和骨骼硬度就不再隨水量的繼續(xù)增加而顯著下降。其中鈣的變化規(guī)律與多數(shù)文獻[24-25]中禽骨中鈣的變化規(guī)律相似,即禽骨在蒸煮條件下只有少量的鈣溶出。
圖 2 不同加水量對骨骼成分的影響Fig.2 Effect of amount of added water on bone components
圖 3 不同加水量對骨骼硬度的影響Fig.3 Effect of amount of added water on bone firmness
圖 4 不同蒸煮壓力對骨骼成分的影響Fig.4 Effect of pressure on bone components
在骨水比為1:3的條件下雞骨蒸煮45min后,測定其蛋白質(zhì)、脂肪和鈣含量以及雞骨的硬度,結(jié)果如圖4、5所示。隨著蒸煮壓力的增加,骨骼中蛋白質(zhì)和脂肪的含量沒有呈現(xiàn)明顯規(guī)律性變化,蛋白質(zhì)和脂肪的總量以及骨骼鈣含量有所下降,但下降幅度都不是很大,而骨骼硬度隨蒸煮壓力增加出現(xiàn)顯著降低,其中在壓力低于0.1MPa時下降更為迅速。這一現(xiàn)象說明,當(dāng)雞骨與水的比例固定以后,提高蒸煮壓力雖然不能促進鈣的大量溶出流失而降低骨骼硬度,但由于高壓的作用有利于弱化骨骼組織結(jié)構(gòu),使雞骨正常的顯微結(jié)構(gòu)坍塌,因此可以導(dǎo)致骨骼硬度顯著降低。陳麗堯等[21]對原料豬骨進行高壓處理時也發(fā)現(xiàn)了硬度隨壓力類似的變化規(guī)律。
圖 5 不同蒸煮壓力對骨骼硬度的影響Fig.5 Effect of pressure on bone firmness
在壓力為0.1MPa、骨水比1:3的條件下,經(jīng)過15、30、45、60、75min的蒸煮處理后,分別測定其蛋白質(zhì)、脂肪和鈣的含量以及雞骨的硬度,所得結(jié)果如圖6、7所示。
圖 6 不同蒸煮時間對骨骼成分的影響Fig.6 Effect of cooking time on bone components
由圖6可知,隨著蒸煮時間延長,骨骼中蛋白質(zhì)和脂肪的含量沒有呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性變化,而蛋白質(zhì)和脂肪的總量以及骨骼鈣含量雖有所下降,但下降幅度不是很大。這可能與雞骨特殊的致密性結(jié)構(gòu)有關(guān),骨組織中的可溶性物質(zhì)在骨結(jié)構(gòu)破壞后向外擴散需要時間。
圖 7 不同蒸煮時間對骨骼硬度的影響Fig.7 Effect of cooking time on bone firmness
由圖7可知,高壓蒸煮弱化骨骼組織結(jié)構(gòu),蒸煮時間越長對骨骼組織結(jié)構(gòu)破環(huán)越大,因此骨骼硬度隨時間延長而明顯降低。當(dāng)蒸煮時間少于45min時,破壞力隨著蒸煮時間的延長迅速減小,而當(dāng)時間超過45min時則開始呈現(xiàn)緩慢減小趨勢。王建輝等[26]研究淡水魚魚骨軟化工藝時發(fā)現(xiàn),魚骨硬度經(jīng)高壓蒸煮后隨時間呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律。
根據(jù)上述試驗結(jié)果,以硬度為指標(biāo),采用L9(34)正交試驗進一步優(yōu)化高壓蒸煮條件,試驗因素水平設(shè)計及結(jié)果見表2。
表 2 正交試驗因素水平設(shè)計及結(jié)果Table 2 Orthogonal array design and results
表 3 硬度方差分析表Table 3 Analysis of variance for bone firmness
由表2極差可知,A骨水比、B蒸煮壓力和C蒸煮時間對硬度的影響大小依次為:B>A>C。由表3方差分析可知,壓力的影響稍大于加水量,這也表明了上述分析的正確性。由表2的K值分析,雞骨架高壓蒸煮的最佳條件為A3B3C3,該組合未在9組試驗中出現(xiàn),故需進行進一步驗證實驗。9組試驗中A3B3C2為最佳組合,硬度為134.41N,其與A3B3C3條件下得到的雞骨架硬度(136.93N)相差極小,其中A3B3C2組合條件下硬度稍小,且從能耗的角度考慮,蒸煮的時間越長能耗越大,所以最優(yōu)組合確定為A3B3C2,即當(dāng)骨水比為1:4、蒸煮壓力為0.12MPa、蒸煮時間為45min時,蒸煮后的雞骨架硬度最低,僅134.41N的力就能將其壓碎,也就是說幾乎用手就可以將蒸煮后的雞骨捏碎。
從顯微結(jié)構(gòu)來看,高壓蒸煮能夠弱化雞骨架骨骼組織結(jié)構(gòu)。隨著蒸煮壓力的增加和時間延長,骨骼組織結(jié)構(gòu)破壞程度提高,雞骨的硬度隨之降低。高壓蒸煮時,水促進了蛋白質(zhì)、脂肪和鈣的溶出流失,其中鈣的流失導(dǎo)致骨骼硬度進一步下降。因此,鈣的流失和雞骨顯微結(jié)構(gòu)塌陷破壞是高壓蒸煮軟化雞骨架的主要原因。正交試驗表明,雞骨架高壓蒸煮的最適宜條件為:骨水比為1:4、蒸煮壓力為0.12MPa、蒸煮時間為45min。此時蒸煮后的雞骨架硬度最低,僅134.41N的力就能將其壓碎。
[1] 南慶賢. 肉類工業(yè)手冊[M]. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 2003: 472-473.
[2] 王振興, 劉成梅, 劉偉, 等. 風(fēng)味雞骨粉的生產(chǎn)技術(shù)[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工,2011(11): 60-63.
[3] 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, 2006,20(1): 33-36.
[4] 張兆朵. 肉香風(fēng)味功能性骨粉調(diào)味料的開發(fā)[J]. 中國食品添加劑,2004(6): 107-109.
[5] 高俊嶺, 李玟. 1994—2014 年全球雞肉供需和產(chǎn)量回顧與預(yù)測[J].飼料廣角, 2005(17): 40-42.
[6] 曹雁平. 我國畜禽骨綜合加工利用的現(xiàn)狀[J]. 糧油加工與食品機械,2001(9): 6-8.
[7] 熊雙麗, 李安林, 吳照民, 等. 雞胸軟骨硫酸軟骨素的提取及分離純化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2009, 25(1): 271-275.
[8] 李睿, 王海燕, 尚永彪. 雞骨的綜合利用研究進展[J]. 肉類工業(yè),2010(11): 55-57.
[9] FUKUI K, ARIMITSU N, JIKIHARA K, et al. Performance of fuel cell using calcium phosphate hydrogel membrane prepared from waste incinerationfly ash and chicken bone powder[J]. Journal of Hazardous Materials, 2009, 168(15): 1617-1621.
[10] 白建, 趙光英, 米志毅. 動物骨粉的應(yīng)用研究[J]. 肉類研究, 2005,19(4): 32-35.
[11] 雷小丹, 劉曉宇. 畜骨加工及利用的研究進展[J]. 農(nóng)產(chǎn)品 加工,2009(5): 37-40.
[12] 李昂, 李文跡, 鄭騰. 肉雞屠宰廢水及下腳料綜合處理的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2006, 22(增刊2): 239-242.
[13] 周雪松, 趙謀明. 我國雞精行業(yè)現(xiàn)狀與研究發(fā)展趨勢[J]. 中國調(diào)味品, 2004(8): 3-5.
[14] 曹陽, 麻海峰, 馬文波. 雞骨架深加工工藝研究[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備,2010, 31(9): 31-33.
[15] CENTENARO G S, MELLADO M S, PRENTICE-HEMANDEZ C. Antioxidant activity of protein hydroly sates of fish and chicken bones[J]. Advance Journal of Food Science and Techn ology, 2011,3(4): 280-288.
[16] WILSON J H, MASON J P. Bone breaking strength as influenced by preconditioning[J]. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, 1992, 35(1): 263-265.
[17] FOKWE L G, SINGH R K. Protein recovery from mechanically deboned turkey residue by enzymic hydrolysis[J]. Trans ASAE, 1994,31(6): 604-616.
[18] WETTASINGHE M, VASANTHAN T, TEMELLI F, et al. Volatile flavour composition of by-product blends of chicken beef and pork a quantitative GC-MS investigation[J]. Food Research International,2001, 34(2): 149-158.
[19] 周李宏. 雞骨糊的加工工藝及其營養(yǎng)成分[J]. 現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè), 2001,14(12): 45.
[20] 張水華. 食品分析[M]. 北京: 中國輕工業(yè)出版, 2004: 83-87.
[21] 陳麗堯, 李曉東. 利用破壞應(yīng)力確定超微粉碎骨粉的前處理工藝的方法[J]. 食品科學(xué), 2008, 29(12): 377-380.
[22] 馬原輝, 陳學(xué)廣, 劉哲. 掃描電鏡粉末樣品的制備方法[J]. 實驗室科學(xué), 2011, 14(1): 148-150.
[23] 彭克美. 畜禽解剖學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2005: 246-247.
[24] 殷涌光, 赫桂丹. 用高電壓脈沖電場促進牛骨可溶性鈣快速溶出[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報: 工學(xué)版, 2009, 39(1): 249-253.
[25] 張宏梅, 譚竹鈞, 韓雅莉. 羅非魚骨粉可溶性鈣提取工藝的探索[J].食品研究與開發(fā), 2007(8): 96-97.
[26] 王建輝, 劉冬敏, 劉永樂. 淡水魚魚骨軟化工藝條件的優(yōu)化[J]. 食品與機械, 2011, 27(2): 109-111.