不同粒度兔骨粉營養特性和理化特性的研究

李少博，賀稚非,2，鄧大川，吳練軍，李洪軍,2*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400716)2(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶，400716)

不同粒度兔骨粉營養特性和理化特性的研究

李少博1，賀稚非1,2，鄧大川1，吳練軍1，李洪軍1,2*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400716)2(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶，400716)

文中以70日齡伊拉兔的脊骨、腿骨和肋骨為實驗原料，經一系列前處理后，采用不同的加工條件制得了細兔骨粉、超細兔骨粉、超微兔骨粉和納米兔骨粉。比較了不同粒徑兔骨粉的一般營養物質及氨基酸含量的特點，也對比了不同粒徑兔骨粉化學結構、鈣離子釋放度等理化特性的差異。結果表明：納米兔骨粉含有豐富的營養物質，特別是鈣含量達到了(6.27±0.09)%，為其作為優質的鈣源打下了良好的基礎；其次，經FT-IR 圖譜分析，納米兔骨粉的化學結構與其他粒徑的兔骨粉沒有顯著的差別；另外，納米兔骨粉的鈣離子釋放度也是最高，達到了29.25%，表明了納米兔骨粉的鈣離子更容易被吸收。

納米兔骨粉；營養特性；理化特性

兔肉作為一種綠色、健康的肉類，具有很高的營養價值，它含有較高的蛋白質、卵磷脂、賴氨酸等營養物質，而脂肪、膽固醇、尿酸等含量較低，高消化率，低熱量[1-4]，特別符合當代消費者追求 “營養與健康”的理念，因此，兔肉被視為功能性肉制品而風靡世界[5]。根據聯合國糧農組織(FAO)2017年的數據顯示[6]，2014年全球兔肉的總產量為156.0萬t，我國的兔肉總產量為76.3萬t，繼續穩居世界前列。

兔骨作為兔肉加工的主要副產品，其產量隨著兔肉產量的增加而增多，和其他類別的畜禽骨一樣，兔骨含有極為豐富的營養價值，但是在國內外畜禽骨骼一直沒有得到足夠的重視，大部分被用作飼料生產[7-9]，只有很少一部分被用來精深加工利用，如制成骨泥[10]、骨粉[11]等全骨類產品以及一些骨鈣[12]、骨蛋白[13]、骨膠[14]、骨素[15]、骨香精[16]、骨油[17]等骨類提取物。整體來講，畜禽骨并沒有得到充分的利用，造成了資源的極大浪費。

按照常理來講，物質的粒徑越小，它的孔隙率及比表面積就會越大，其表面吸附力、分散性和溶解性等性質就會更好。此外，如果將顆粒的粒徑降低至納米尺度，其很有可能會產生一些異于常規顆粒的理化特性，也就是所謂的粒度效應，如催化效應、表面效應和小尺寸效應等[18-20]。鑒于此，本研究以兔骨為研究對象，經一系列前處理后，采用不同的加工條件制得了細兔骨粉、超細兔骨粉、超微兔骨粉和納米兔骨粉，比較了不同粒徑兔骨粉的一般營養物質及氨基酸含量的特點，也對比了不同粒徑兔骨粉化學結構、鈣離子釋放度等理化特性的差異。希望能夠對兔骨及其他畜禽骨的精深加工提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

伊拉兔骨，購買于重慶市高校草食動物工程研究中心種兔場；菠蘿蛋白酶，產自南寧東恒華道生物科技有限責任公司；其他試驗試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

XQM-0.4立式行星球磨機，產自長沙天創粉末技術有限公司；Zetasizer Nano-ZS90納米粒度及Zeta電位分析儀，產自馬爾文儀器(中國)上海思百吉儀器系統有限公司；標準檢驗篩，產自浙江上虞市華豐五金儀器有限公司；氨基酸分析儀 L-8900，日立公司；Spectrun100 紅外光譜儀，產自美國 PerkinElmer 公司。

1.3 實驗方法

以70日齡伊拉兔的肋骨、脊骨和腿骨為實驗原材料(其中肋骨和脊骨的總質量與腿骨的質量比約為4∶1)，然后把兔骨切成2 cm×2 cm左右的塊狀，放入100 ℃的水中熱燙去腥2 min，緊接著進行高溫高壓蒸煮，蒸煮條件為：蒸煮溫度120 ℃、蒸煮時間2h、料液比(g∶mL)為1∶1.5，蒸煮完成后，剔除骨頭上多余的筋肉，隨后用菠蘿蛋白酶進行酶解，酶解條件為：酶解溫度60 ℃、底物濃度15%、酶用量5 000 U/g、酶解時間4h，酶解完成后，煮沸滅活10 min；將骨頭用絞肉機粗破碎，后過膠體磨15 min(其中兔骨泥和水的質量比為1∶1.5，膠體磨動靜磨片間的間距為最小)，最后真空冷凍干燥24 h，干燥后的兔骨粉用于試驗中不同粒徑兔骨粉的制備。

1.3.1 不同粒徑兔骨粉的制備

1.3.1.1 細兔骨粉的制備

將經前處理得到的兔骨粉過標準篩，通過40目標準篩但未通過140目標準篩的兔骨粉即為細兔骨粉，平均粒徑采用激光粒度分布儀進行測定。

1.3.1.2 超細兔骨粉的制備

將經前處理得到的兔骨粉過200目標準篩，通過200目標準篩的兔骨粉即為超細兔骨粉，平均粒徑采用激光粒度分布儀進行測定。

1.3.1.3 超微兔骨粉的制備

將經前處理得到的兔骨粉過200目標準篩，并對通過200目標準篩的兔骨粉用行星式球磨機進行球磨(每個球罐中磨球的總質量大約為60 g，其中大球的直徑為1.2 cm，約占磨球總質量的20%；中球的直徑為0.8～1.0 cm，約占磨球總質量的50%；小球的直徑為0.5 cm，約占磨球總質量的30%)，球磨條件：球料比為3.7∶1、球磨時間為30 min、球磨轉速為558 r/min，球磨后的兔骨粉即為超微兔骨粉，平均粒徑采用激光粒度分布儀進行測定。

1.3.1.4 納米兔骨粉的制備

將經前處理得到的兔骨粉過200目標準篩，并對通過200目標準篩的兔骨粉用行星式球磨機進行球磨(磨球配比同上)，球磨條件：球料比為3.7∶1、球磨時間為4.7 h、球磨轉速為558 r/min，球磨后的兔骨粉即為納米兔骨粉，平均粒徑采用Zetasizer Nano-ZS90納米粒度及Zeta電位分析儀進行測定。

1.3.2 不同粒徑兔骨粉營養特性的測定

水分的測定：參照GB 50093—2010食品中水分的測定。

蛋白質的測定：參照GB 50095—2010食品中蛋白質的測定。

粗脂肪的測定：參照GB/T 14772—2008食品中粗脂肪的測定。

灰分的測定：參照GB 50094—2010食品中灰分的測定。

鈣的測定：參照GB/T 9695.13—2009肉與肉制品鈣含量的測定。

氨基酸的測定：參照 LI[21]的方法，采用氨基酸自動分析儀測定。

1.3.3 不同粒徑兔骨粉化學結構的測定

兔骨粉和KBr(質量比1∶100)混合均勻后壓成半透明薄片,用FT-IR紅外光譜分析儀進行分析,其中波數掃描范圍為400～4 000 cm-1[22]。

1.3.4 不同粒徑兔骨粉鈣離子釋放度的測定

參照尹濤[23]的方法，并做稍微的改動。準確稱取0.25 g的骨粉到三角瓶中，向瓶中加入25 mL的消化液(pH 1.5)。并向其中一組中添加 0.7 mg/mL的胃蛋白酶(10 000 U/g 蛋白)，另一組則不加入胃蛋白酶，然后混勻、封口，置于37 ℃的 恒溫搖床中在 100 r/min的轉速下振蕩提取 3 h。提取結束后，在4 000 r/min和30 min的條件下離心，隨后取上清液過濾，加氯化鑭溶液定容濾液至 250 mL，最終用原子吸收分光光度計對溶液中的鈣含量進行測定。

(1)

式中：S，試驗組上清液中的鈣含量；S0，空白組上清液中的鈣含量；T，總鈣含量。

1.3.5 數據處理方法

運用SPSS 22.0、Excel-2010軟件對數據進行分析，利用Origin 8.0 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同粒徑兔骨粉的粒度分布情況

由不同加工工藝得到的不同粒徑兔骨粉的粒度分布情況如圖1所示，經測定細兔骨粉的平均粒徑為(236.01±5.99)μm，超細兔骨粉的平均粒徑為(65.92±1.71)μm，超微兔骨粉的平均粒徑為(21.89±3.03)μm，納米兔骨粉的平均粒徑為(502.52±11.72)nm。從圖1中可以看出，隨著平均粒徑的減小，兔骨粉的粒度分布越集中，處于納米尺度的兔骨粉的比例就越多。

a：細兔骨粉；b:超細兔骨粉；c:超微兔骨粉；d:納米兔骨粉圖1 不同粒徑兔骨粉的粒度分布情況Fig.1 The size distribution of different particle size of rabbit bone meal

2.2 不同粒徑兔骨粉的營養成分

從表1可以看出，與豬骨、羊骨、雞骨等畜禽骨[24]相比，兔骨具有更低的水分含量和更高的灰分，蛋白質和鈣含量也相對較高。從納米兔骨粉的營養成分我們可以發現，經過一系列的前處理后，納米兔骨粉的營養成分與新鮮兔骨具有較大的差異，主要表現在水分含量顯著減小，達到了(3.30±0.42)%，表明真空冷凍干燥的干燥效果較好；蛋白質和脂肪含量顯著減小，這是因為在前處理的過程中經過酶解和脫脂等步驟，使納米兔骨粉的蛋白質和脂肪遭到了一定的破壞和損失；灰分和鈣含量顯著增加，特別是鈣含量達到了(6.27±0.09)%，接近新鮮兔骨的2倍，可能是前處理的加工工藝起到了一定濃縮的作用，豐富的鈣含量為納米兔骨粉作為一種良好的鈣源打下了基礎。另外，細兔骨粉、超細兔骨粉、超微兔骨粉與納米兔骨粉之間的營養成分也存在部分差異，這些差異主要是因為它們不同的加工工藝所造成的。

2.3 不同粒徑兔骨粉的氨基酸含量

氨基酸作為蛋白質的最基本組成單位，對人體起著重要的作用。從表2可以得出，鮮兔骨中含有17種氨基酸，其中包括7種人體所必需的氨基酸(除了色氨酸)，鮮兔骨中總氨基酸的含量為17.466%，必需氨基酸的含量為5.093%，占總氨基酸的29.16%，這與任燦[25]的研究相似。由于兔骨中的蛋白質大部分屬于I型膠原蛋白，因此甘氨酸(Gly)和脯氨酸(Pro)的含量較高[26]，分別達到了2.951%和1.419%，占總氨基酸含量的16.89%和8.12%。另外，從表2也可以分析出，不同粒徑的氨基酸含量也不同，細兔骨粉的總氨基酸含量為8.024%，必需氨基酸的含量為2.980%；超細兔骨粉的總氨基酸含量為12.714%，必需氨基酸的含量為4.970%；超微兔骨粉的總氨基酸含量為11.948%，必需氨基酸的含量為4.769%；納米兔骨粉的總氨基酸含量為11.801%，必需氨基酸的含量為4.743%。其中超細兔骨粉、超微兔骨粉和納米兔骨粉呈現出粒徑越小，總氨基酸和必需氨基酸的含量就越小的趨勢，這是由于粒徑越小，在加工過程中所需要的加工工藝就越復雜，因此對氨基酸的破壞程度就越大。然而，細兔骨粉的總氨基酸和必需氨基酸含量比納米兔骨粉的還要低，這主要是因為細兔骨粉是最初過標準篩得到的，其硬度較大，羥基磷灰石的含量相對較多，蛋白質含量相對較少，因此氨基酸含量也相對較小。

表1 不同粒徑兔骨粉的營養成分Table 1 Nutritional components of different particle size of rabbit bone meal

注：不同小寫字母表示不同的兔骨粉類型有顯著性差異(p<0.05)。

表2 不同粒徑兔骨粉的氨基酸含量Table 2 The amino acid content of different particle size of rabbit bone meal

注：不同小寫字母表示不同的兔骨粉類型有顯著性差異(p<0.05)。

2.4 不同粒徑兔骨粉的化學結構

不同粒徑兔骨粉的紅外光譜圖(FT-IR)如圖2所示。從圖2可以看出，不同粒徑兔骨粉的特征吸收峰的位置和峰型沒有太大變化，表明它們的化學結構基本相同。如FT-IR譜圖所示，兔骨粉在565、605和1 038 cm-1附近有較強的吸收峰，表明兔骨粉中含有較多的磷酸基團[27]，1 400 cm-1至1 600 cm-1之間形成的吸收峰則可能與CO32-有關[28]，而在2 855 cm-1和2 925 cm-1處的峰則對應于C—H的吸收[29]， 另外1 648 cm-1和3 411 cm-1附近很寬的吸收峰與樣品中的水分有關。因此，兔骨粉主要是由碳酸鹽、磷酸鹽以及部分有機物組成。

圖2 不同粒徑兔骨粉的FT-IR光譜圖Fig.2 FT-IR spectra of rabbit bone powder with different particle size

2.5 不同粒徑兔骨粉的鈣離子釋放度

動物骨骼中的鈣主要是以羥基磷灰石的形式存在于由膠原蛋白所形成的網絡結構中的[30],由于其結構的特殊性，在正常的條件下很難被水、酸、堿所溶解，所以，兔骨粉中的鈣元素是不能被完全消化和吸收的。由圖3可見，無論是否添加胃蛋白酶，兔骨粉中鈣離子的溶解度都隨著兔骨粉的粒徑減小而顯著增大(p<0.05)，這與尹濤[23]的研究結果相似，可能是由于兔骨粉的粒徑越小，其所受到的機械磨損就越大，對兔骨粉的結構破壞程度就越大；同時，兔骨粉的粒徑越小，其比表面積就越大，越有利于兔骨粉中鈣離子的釋放。

圖3 不同粒徑兔骨粉的鈣離子溶解度Fig.3 Calcium ion solubility in different particle size of rabbit bone meal

從圖3也可以看出，添加了胃蛋白酶一組的鈣離子溶解度要普遍比沒有添加胃蛋白酶一組的大，可能是因為胃蛋白酶可以在一定程度上破壞兔骨粉的膠原纖維網絡結構，從而更有利于鈣離子的釋放。

3 結論

經過一系列的前處理，確定了細兔骨粉、超細兔骨粉、超微兔骨粉和納米兔骨粉的加工工藝，并對它們的平均粒徑進行了測定，分別為(236.01±5.99)、(65.92±1.71)、(21.89±3.03)和(502.51±11.72)nm；測定了不同粒徑兔骨粉的基本營養物質和氨基酸含量，尤其是納米兔骨粉的鈣含量達到了(6.27±0.09)%，為其作為良好的鈣源打下了基礎；然后，對不同粒徑兔骨粉的化學結構進行了分析，結果表明，它們的化學結構并沒有顯著的差異，主要是由碳酸鹽、磷酸鹽以及部分有機物組成；最后，比較了不同粒徑兔骨粉的鈣離子釋放度，發現兔骨粉的平均粒徑對其有顯著的影響，特別是納米兔骨粉的鈣離子釋放度達到了29.25%。本論文通過對納米兔骨粉的營養特性和理化特性的研究，對納米兔骨粉有了更加深刻的了解，希望能夠對兔骨及其它畜禽骨的精深加工提供一定的理論依據，為兔產業及其他產業的發展打下基礎。

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Nutritionalcharacteristicsandphysicochemicalcharacteristicsofdifferentsizerabbitbonemeal

LI Shao-bo1, HE Zhi-fei1,2,DENG Da-chuan1,WU Lian-jun1,LI Hong-jun1,2*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China)2(Chongqing Engineering Research Center of Regional Food，Chongqing 400716, Chinas)

The 70-day old IRA rabbit spine, leg bones and ribs were used to prepare fine rabbit bone meal, superfine rabbit bone meal, ultramicro rabbit bone meal and nano rabbit bone meal by a series pretreatments and different processing. The general nutrients and amino acids of different sizes of rabbit bone were compared, the calcium release and chemical structure, physicochemical properties of different size of rabbit bone were also compared. The results show that nano rabbit bone meal were rich in nutrients, calcium content was (6.27±0.09)%, which shows the bone can be used as a high quality calcium source. The analysis of FT-IR map shows no significant difference in chemical structure between rabbit bone and nano particle size of rabbit bone. The calcium release of nano rabbit bone meal is the highest of 29.25%, indicating calcium of nano rabbit bone meal is more easily absorbed. The study can provide a theoretical basis for the deep processing of rabbit bone and other animal bones.

nano rabbit bone meal; nutritional characteristics; physicochemical characteristics

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.014157

碩士研究生(李洪軍教授為通訊作者,E-mail:983362225@qq.com)。

國家自然科學基金項目( 31671787)；國家公益性行業(農業)科研專項(201303144)；國家兔產業技術體系肉加工與綜合利用(CARS-44-D-1)；重慶市特色食品工程技術研究中心能力提升項目(cstc2014pt-gc8001)

2017-02-26，改回日期：2017-04-12