鲽鱼骨超微细鱼骨泥的加工工艺研究

李学鹏,谢晓霞,范大明,王金厢,仪淑敏,励建荣,*, 李钰金,牟伟丽,沈 琳,黄建联,郁晓君,丁浩宸

(1.渤海大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121013;2.江南大学食品学院,江苏无锡 214122; 3.荣成泰祥食品股份有限公司,山东荣成 264300;4.蓬莱京鲁渔业有限公司,山东烟台 265600; 5.大连东霖食品股份有限公司,辽宁大连 116007;6.辽宁安井食品有限公司,辽宁鞍山 361003)

鲽鱼又称比目鱼,属鲽鲆类,是我国水产品来料加工的主要鱼种之一,也是我国北方主要的海水养殖鱼类,其肉质鲜美可口、营养价值高,具有广泛的消费市场和较高的经济价值。目前国内对鲽鱼的加工方式主要是以生产出口冻鱼片为主,加工过程中会产生大量副产物,如鱼头、鱼骨、鱼皮等。其中,鱼骨是主要的副产物,约占整鱼质量的15%左右[1]。由于缺乏相应的精深加工技术,鱼骨等下脚料常被丢弃或者低价卖给鱼粉厂,简单做成鱼粉、肥料和饲料等低附加值产品,不仅造成了严重的资源浪费和环境污染,同时也大大影响了企业效益。水产品加工副产物问题已成为困扰行业的一大难题,副产物的高值化利用已成为企业竞争力的关键因素。因此,开发经济、实用的鱼骨加工技术及产品,成为众多水产加工企业的迫切需求。

近年来,骨泥及骨泥食品的开发逐渐引起关注。骨泥食品是以鲜骨为原料,经过粉碎成骨泥,进而加工成的食品,因其钙磷比例与人体钙磷比例接近,易于吸收,是人们补钙的佳品,在日本、欧美国家已较为流行[2]。研究表明,经过微粒化的骨质更易被人体消化吸收,具有增加骨密度的作用[3]。鱼骨中蛋白质、脂肪、矿物质含量丰富,钙含量高达4150 mg/100 g,是一种天然钙补充剂[4],也是开发骨泥和骨泥食品的理想原料。超微粉碎技术是一种可以将物料粒度粉碎至10 μm以下的高新粉碎技术,分为湿法和干法两种,具有粉碎速度快、粉碎粒度均匀微细、减少破坏营养物质等优点,粉碎后的物料比表面积增加、颗粒分散性和溶解性提高,同时可以改善添加到其他产品中后对感官品质的不良影响[5-7]。目前利用超微粉碎技术制备骨泥的研究主要集中在畜禽骨上,在鱼骨上的研究相对较少,尤其是在生产上缺乏相应的技术参数和技术参考[5,8-9]。鉴于此,本文以鲽鱼骨为原料,研究湿法超微粉碎技术粉碎鱼骨的加工工艺,旨在获得粒度均匀微细、口感细腻的超微细骨泥,用于作为后期生产高钙鱼糜制品和其他骨泥产品的基料,为鱼骨等副产物的高值化综合利用提供依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲽鱼骨 由大连天宝绿色食品股份有限公司提供,是进口黄金鲽鱼(Pseudopleuronectesyokohamae)加工冻鱼片后的脊骨,冷冻状态下加冰运输到实验室;石油醚、浓硫酸、硫酸铜、对二甲基氨基苯甲醛、高氯酸、醋酸、柠檬酸、氯胺T、硝酸、偏矾酸铵、钼酸铵、硼酸、高锰酸钾、十二烷基硫酸钠(SDS) 均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司;平板计数琼脂 青岛高科技园海博生物技术有限公司。

RRH-A250型高速万能粉碎机 上海缘沃工贸有限公司;JMS-50型胶体磨 河北廊坊祥通机械有限公司;QDGX型高精密湿法超微粉碎机 无锡轻大食品装备有限公司;UV-2550型紫外可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司;Biofugestratos台式高速离心机 美国Thermo Fisher公司;MLS-3030CH立式高压灭菌锅 三洋电机(广州)有限公司;LRH 系列生化培养箱 上海一恒科技有限公司;SW-CJ-2FD超净工作台 苏景集团苏州安泰技术有限公司;DELTA320型pH计 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 超微细鱼骨泥制备工艺流程 鲽鱼骨→预处理→粗粉碎(万能粉碎机)→细粉碎(胶体磨)→湿法超微粉碎(高精密湿法超微粉碎机)→离心脱水(4000 r/min,5 min)→超微细骨泥

预处理:取约10 kg鲽鱼骨,清洗血污,去除边鳍及筋膜等,沥干水分后,切成2 cm×2 cm的小块,放入-35 ℃冷冻箱中冷冻。

粗粉碎:利用高速万能粉碎机将冷冻的鱼骨块进行粉碎,以无可见脊椎骨块为准,得到粗骨泥。

细粉碎:按照粗骨泥的比例加入一定量的冰水,利用胶体磨进行细粉碎,过40目筛,制得细骨泥,备用。

湿法超微粉碎:按比例加入一定量的冰水,利用高精密湿法超微粉碎机对细骨泥进一步超微粉碎,以过100目筛为准。

离心脱水:对超微粉碎后的骨泥进行4000 r/min、5 min离心脱水,得到超微细鱼骨泥。

1.2.2 超微细鱼骨泥制备工艺的研究 以骨泥的出料温度、粒径大小和感官评价为指标,研究冰水添加量及粉碎次数对骨泥品质的影响,确定细粉碎和湿法超微粉碎的工艺参数。

1.2.2.1 细粉碎工艺的研究 考察细粉碎时冰水添加量(骨泥与冰水比例分别为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4 (w/v))对骨泥出料温度和粒径大小(40目过筛率)的影响,以确定合适的细粉碎工艺。

1.2.2.2 湿法超微粉碎工艺的研究 研究冰水添加量(骨泥与冰水比例分别为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6 (w/v))对骨泥温度的影响以确定最佳加水比例;考察粉碎次数(1、2、3次)对骨泥出料温度和过筛率(100目)的影响,同时结合骨泥的感官评价确定合适的粉碎次数。

1.2.3 骨泥粒径测定 参考姜素英[10]的方法并略有改动。采用流水过筛法进行测定。因骨泥中含有鱼肉,易吸水膨胀,故过筛前取定量骨泥于5% SDS溶液搅拌1 h后,5000 r/min离心10 min,取下层沉淀,置于相应的泰勒筛上用流水冲洗,物料通过率为95%以上,即判定该骨泥粒径大小为该目数。

1.2.4 骨泥感官评定 参考姜素英[10]的方法并进行改进。将超微细骨泥通过揉搓判定骨泥中骨颗粒的粗糙感,并按照表1进行感官评分。

表1 鱼骨泥感官评价表Table 1 Sensory evaluation method of fish bone paste

1.2.5 骨泥得率 将预处理的鱼块质量记为M1,得到的微细骨泥质量记为M2,得率计算公式为:

微细骨泥得率(%)=M1/M2×100

1.2.6 微细骨泥基本成分的测定 水分含量的测定采用直接干燥法,具体参照GB 5009.3-2010。粗脂含量的测定采用索氏抽提法,具体参照GB/T 14772-2008;粗蛋白含量的测定采用凯氏定氮法,具体参照GB 5009.5-2010;灰分的测定采用灰化法,具体参照GB 5009.4-2010;胶原蛋白含量的测定参考闫明艳[11]的方法,测定羟脯氨酸含量,重复三次,取平均值,以羟脯氨酸标准品制作的标准曲线的曲线方程为:y=0.153x-0471,相关系数为0.9996,可以用来测定羟脯氨酸浓度。钙含量的测定采用滴定法,具体参照GB/T 9695.13-2009。磷含量的测定采用分光光度法,具体参照GB/T 9695.4-2009。

1.2.7 骨泥中钙元素溶出量的测定 取5 g骨泥,与蒸馏水按1∶1混合,于40 ℃恒温水浴锅中放置20 min后,10000 r/min离心5 min,取上清液采用高锰酸钾滴定法测得钙含量,记为骨泥的钙元素溶出量。

1.2.8 骨泥挥发性盐基氮(TVB-N)的测定 采用微量凯氏定氮法对微细鱼骨泥的挥发性盐基氮(TVB-N)进行测定,具体参照SC/T 3032-2007进行测定。

1.2.9 骨泥菌落总数的测定 参照GB 4789.2-2016对微细鱼骨泥中菌落总数进行测定。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0和Origin 8.0等数学软件对数据进行分析。多重比较采用Duncan检验。

2 结果与分析

2.1 细粉碎工艺对骨泥粒径和出料温度的影响

胶体磨对物料流动性要求较高,同时为了避免摩擦升温导致物料变性,故需在细粉碎过程中添加一定量的冰水来保持低温和良好的流动性。实验结果表明,当添加1∶1的冰水时,骨泥流动性较差,胶体磨无法正常出料。冰水添加量为1∶2、1∶3和1∶4时对骨泥细粉碎的影响如图1所示。在这3种添加量下,骨泥的40目过筛率均高于95%,对骨泥粒径大小无显著影响(p>0.05)。水产品原料在预处理过程中为防止蛋白质变性和品质变化,一般要保持低温(工厂里温度常保持10 ℃以下)。鱼骨泥的加工也是如此,为防止骨泥中残留蛋白质变性而影响其在鱼糜制品中的应用效果,故控制其加工过程中温度低于10 ℃[12]。当冰水添加量在1∶3和1∶4时,温度均低于10 ℃,避免了由于温度较高引起骨泥中残留肌动蛋白变性而导致凝胶弹性降低[13-14],但是温度变化差异不显著(p>0.05),出于后续脱水效率的考虑,选择冰水添加量为1∶3进行细粉碎。

图1 细粉碎时冰水添加量 对细粉碎鱼骨泥温度和粒径的影响Fig.1 Effect of ice water addition on the temperature and particle size of bone paste after fine grinding注：图中不同字母表示组间差异显著(p<0.05),图2～图4同。

2.2 湿法超微粉碎工艺对骨泥粒径和出料温度的影响

不同粒径的骨泥感官评价如表2所示,胶体磨粉碎得到的细骨泥,有明显颗粒感,感官评价得分较低,添加到鱼糜中可能会导致凝胶制品口感粗糙,难以满足消费者对食品感官的需求。为使骨泥粒度符合感官需求,故采用高精密湿法超微粉碎机对细骨泥进行超微粉碎,以期满足感官需求。

表2 不同粒径的鱼骨泥感官评价结果Table 2 Sensory evaluation result of different particle sizes of bone paste

超微粉碎过程中冰水添加量及粉碎次数对骨泥出料温度和粒径的影响如图2、图3所示。由图2可知,随着冰水添加量的增加,骨泥出料温度显著降低(p<0.05)。当冰水添加量在1∶3时,骨泥出料温度高于10 ℃,可能影响骨泥品质。当冰水添加量超过1∶4时,出料温度均低于10 ℃,但1∶4时出料温度仍相对偏高,如粉碎过程控制不当出料温度仍有达到10 ℃以上的可能。当冰水添加量达1∶5和1∶6时,出料温度降低更为显著,但两者之间无显著差异(p>0.05)。考虑到后续离心脱水效率,故选择冰水添加量为1∶5进行超微粉碎。

图2 冰水添加量对超微粉碎鱼骨泥温度的影响Fig.2 Effect of ice water addition on the temperature of bone paste after superfine grinding

图3 超微粉碎次数对鱼骨泥粒径及温度的影响Fig.3 Effect of grinding times on the particle size and temperature of bone paste

由图3结合骨泥感官评价可知,1次超微粉碎后,虽然出料温度低,但是骨泥粒径只能达到80目,骨泥略有颗粒感。2次超微粉碎后,骨泥100目过筛率大于95%,此时骨泥粒径达到100目,手感光滑,无颗粒感。研究证明100目的骨泥添加到相应凝胶产品中不会过多影响产品口感[15-16]。虽然3次粉碎后骨泥能进一步细化,但是减小幅度不显著(p>0.05),并且出料温度高于10 ℃,容易影响骨泥品质,所以采用2次超微粉碎为最佳粉碎次数。

2.3 粉碎工艺对骨泥中钙元素溶出量的影响

不同粒度的骨泥在40 ℃保温20 min后测得的钙元素溶出量如图4所示。结果显示,骨泥中钙元素溶出量随着粉碎次数的增加呈显著增加趋势(p<0.05)。

图4 粉碎工艺对鱼骨泥中钙元素溶出量的影响Fig.4 Effect of grinding process on cadmium solubility of plaice bone paste

经过3次超微粉碎后,骨泥中钙元素的溶出量达到最高值286.5 mg/kg。这可能是由于随着粉碎次数增加,鱼骨颗粒比表面积的增大和胶原基质的破坏导致了钙元素的溶出。物料颗粒粒径越小,不仅会赋予产品细腻的口感,而且增加了颗粒表面积,从而增加颗粒分散性、溶解性、生物功能性,使其中的营养物质更容易被人体消化吸[17]。对于人体吸收钙的机制来说,含钙的食物需经过胃酸作用,使钙元素游离出来,才能被人体吸收[18-20]。因此,超微粉碎的骨泥中钙元素溶出量的提高,有利于人体对骨泥及骨泥制品中钙元素的吸收。

2.4 微细鱼骨泥的得率

将超微粉碎后的骨泥离心脱水得到相对水分含量比较低的骨泥,使其易于冷冻、贮藏。通过离心脱水后的微细骨泥得率约为(60.57%±0.47%)。

2.5 微细鱼骨泥的基本营养成分

微细鱼骨泥的营养成分,如表3所示。由表3可知,骨泥的蛋白质含量高,脂肪含量低,营养成分丰富、均衡,钙磷比例接近2∶1,易于人体吸收,所以骨泥可以作为人们钙磷的膳食来源。并且在鱼糜凝胶制品中添加一定量的微粒化骨泥,有助于提高鱼糜制品的凝胶特性和营养性能[8]。

表3 微细鱼骨泥的营养成分Table 3 Basic nutrition of the superfine bone paste

2.6 微细鱼骨泥胶原蛋白含量

鱼骨中约30%的有机成分是由胶原蛋白构成的,而60%～70%的无机物主要由磷酸钙和羟基磷灰石组成,骨胶原蛋白是羟基磷灰石的黏合剂,与羟基磷灰石共同构成骨骼主体[21]。有研究发现,鱼骨胶原蛋白的热稳定性高于鱼皮和鱼鳍,鱼骨胶原蛋白膜的延伸性也高于鱼皮[22]。而且从深海鱼类中精炼的鱼胶原蛋白含有大量的黏多糖,被称为“可以吃的化妆品”[23]。所以在日常生活中食用一定量的鱼类胶原蛋白不仅可以维持人皮肤及结缔组织的弹性,同时还可以提高骨骼强度。经测定,微细骨泥中胶原蛋白含量为(0.016%±0.002%),含量较低,是因为鱼骨泥中还含有鱼肉蛋白,降低了胶原蛋白的比例[9]。

2.7 挥发性盐基氮(TVB-N)和菌落总数的测定

挥发性盐基氮(TVB-N)是指动物性食品在腐败过程中由于酶和细菌的作用,使蛋白质分解而产生氨以及胺类等碱性含氮物质,是评价水产品鲜度的常用指标。这些碱性含氮物质含量愈低,则TVB-N值越低,相应的骨泥新鲜度愈高。骨泥的挥发性盐基氮(TVB-N)和菌落总数测定结果如表4所示,TVB-N的含量为4.2 mg/100 g,符合GB 2733-2005鲜、冻动物性水产品卫生标准要求(≤30 mg/100 g)。菌落总数是反映水产制品新鲜程度和加工过程卫生状况的微生物指标之一,也是评价食品安全的重要指标[24]。经测定,骨泥的菌落总数为3.2×103cfu/g,符合水产行业标准规定(≤5×104cfu/g)。可见,实验制得的骨泥符合水产品相关卫生标准要求,可以作为水产品深加工的原料或配料。

表4 微细鱼骨泥中挥发性盐基氮(TVB-N)含量和菌落总数Table 4 Results of TVB-N value and total bacteria of superfine bone paste

3 结论

鲽鱼骨微细骨泥加工过程中,粉碎方式、粉碎次数、冰水添加量对鱼骨泥的粒径、感官品质、出料温度、钙元素溶出量均具有显著影响。粉碎程度越大,鱼骨泥粒径越小,钙元素溶出量越高。较优的鱼骨泥的加工工艺为:胶体磨细粉碎时冰水添加量为1∶3 (w/v),超微粉碎时冰水添加量为1∶5 (w/v)、超微粉碎次数为2次。该工艺条件下可获得100目的微细鱼骨泥,且离心脱水得率达到60.57%。制得的微细骨泥蛋白质含量较高,脂肪含量较低,钙磷比接近2∶1,营养物质均衡丰富,且TVB-N和菌落总数符合相应标准要求。

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