浓缩牦牛骨汤真空冷冻干燥工艺实验研究

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(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院,甘肃兰州 730070； 2.甘肃农业大学信息科学技术学院,甘肃兰州 730070)

浓缩牦牛骨汤真空冷冻干燥工艺实验研究

张玉斌1,余群力1,*,聂志刚2,郑娅1

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院,甘肃兰州 730070； 2.甘肃农业大学信息科学技术学院,甘肃兰州 730070)

以牦牛骨为原料,采用高压结合常压文火煮制工艺经真空减压浓缩生产浓缩牦牛骨汤,再经真空冷冻干燥技术制成具特色的速溶复合牛骨汤料产品,研究了预冻温度、真空度、冷冻干燥时间、物料厚度等因素对浓缩牦牛骨汤真空冷冻工艺的影响。采用单因素及正交实验,以干品率为依据,结合浓缩牛骨冻干汤料复水后感官质量评分筛选出最佳冻干工艺条件,即：物料厚度3mm、真空度20Pa、冷冻干燥时间6h、预冻温度-40℃。对浓缩牛骨真空冻干汤料产品复水冲调特性、微观表面形貌、风味成分分析结果表明,产品性能稳定,感官品质和风味好。

牦牛骨,浓缩汤料,真空冷冻干燥,品质

耗牛骨营养价值高,含优质蛋白质、各类氨基酸、矿物质、维生素、合理的脂肪酸比例,还含磷脂质、磷蛋白、骨胶原和硫酸软骨素等生理活性物质,对提高人体钙质、抗衰老、美容与增强免疫能力有极好的营养作用[1-3]。我国耗牛总数占世界耗牛总数的92%[4],具有丰富的耗牛骨资源,但其开发和深加工利用率不到10%[3]。浓缩骨汤在食品餐饮业已普遍使用并成为一些重要酱汁或汤头的基本原料,但目前国内对浓缩骨汤产品及其研究较少,主要原因是原辅料选择及工艺参数不明确、沿袭传统工艺、无科学的评价体系、产品贮藏问题突出等[5-6]。真空冷冻干燥技术作为一种成熟的高新技术,已在即食汤料、方便食品、速溶饮品、营养保健品等食品领域得到广泛应用[12]。该技术具有能最大程度保持营养及色香味、复水快、产品便于携带运输、易于长期保存等优于其他普通干燥技术(如热风干燥、喷雾干燥等)的特点[13]。因此采用该技术对浓缩牦牛骨汤进行处理,开发出工业化、规范化、标准化的固态系列新产品,具有较高附加值,将有良好的市场应用前景。目前,针对牦牛浓缩骨汤真空冷冻干燥产品的研究国内外均尚未见报道。为此,本研究将新鲜牦牛棒骨经煮制提取骨中营养物质后,添加天然风味辅料调配,再经真空减压浓缩制成浓缩骨汤,采用真空冷冻干燥技术将浓缩骨汤制成具特色风味且营养健康的速溶复合牛骨汤料产品,研究探讨最佳真空冷冻干燥工艺参数及其对浓缩牦牛骨汤品质的影响[14-15],旨在为浓缩耗牛骨汤料的工业化生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

新鲜牦牛棒骨 采自甘肃省甘南藏族自治州玛曲县。硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、95%乙醇、氯化钠、盐酸、氢氧化钠、高氯酸、甲基红指示剂等溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂、均为国产分析纯 购自天津灏洋生物制品科技有限责任公司；无水乙酸钠、一水柠檬酸、三水·N-氯-对甲苯磺酰胺钠盐、甲氨基苯甲醛、4-羟基-α-吡咯甲酸(羟脯氨酸) 购自美国Sigma公司。

PGJ-500强力破骨机 廊坊惠友机械有限公司；骨汤提取罐、双联过滤器、QXN-2000强制循环浓缩器、JDG-30型真空冻干机 兰州科近真空冻干技术有限公司；JSM6380LV扫描电镜 JEDL Ltd./日本电子；手动SPME进样器(50/30μmDVB/CAR/PDMS 美国SUPELCO公司；OV1701色谱柱(长50m,内径0.2mm,膜厚0.33μm) 中国科学院兰州化学物理研究所；AUTOSYSTEMXL-TURBOMASS气相色谱-质谱联用仪 美国PERKINELMER公司。

1.2实验方法

1.2.1 工艺流程 新鲜牦牛棒骨→切割破碎→清洗→浸泡→沸水预煮→高压高温煮骨→常压文火煮制→去除油脂→汤渣分离→骨汤→细滤→抽入真空斧→低沸点蒸发→浓缩骨汤→称重装盘→预冻→抽真空→升华干燥→解析干燥→出仓→成品品质分析

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 煮骨工艺 新鲜牦牛棒骨用强力破骨机粉碎,得到骨块径1～5cm的骨粒,放入高压釡中,温度121～126℃,压力0.1～0.15MPa,时间1h后,打开高压釜盖,添加辅料后进行常压文火煮制。

1.2.2.2 真空减压浓缩 在真空度为0.70～0.80MPa下,设定温度为70℃。设定不同浓缩比进行单因素实验,以浓缩时间及骨汤色泽的感官评价为标准进行分析设计[6]。

1.2.2.3 真空冷冻干燥实验 以浓缩牛骨冻干汤料干品率为主要判断依据,通过正交实验,确定影响浓缩牛骨汤冷冻干燥工艺参数。干品率计算公式为：

干品率(%)=冷冻干燥后物料质量/冷冻干燥前物料质量×100

1.2.3 浓缩骨汤冻干产品品质指标评价

1.2.3.1 速溶性的测定 用热水溶解样品,同时启动搅拌器低速搅动,记录样品完全溶解时所需的时间,一般来说全部溶解的时间在50s内为速溶。溶解性对照实验:方法同上,对照样为：速溶奶粉。

1.2.3.2 冲调比的确定 秤取5g经最佳工艺条件所得的干物质,分别加水调配成不同比例浓缩牛骨冻干汤料,随机选取10名感官评价者,现场进行感官评价[7],筛选出具有最佳口感的料液比。

1.2.3.3 电子扫描显微镜观察 应用JSM6380LV 扫描电镜观察冻干颗粒汤料的微观表面形貌。

1.2.3.4 部分理化指标测定 水分：直接干燥法(GB 5009.3-2010)[8]；可溶性灰分：灼烧重量法(GB5009.4-2010)[9]；蛋白质含量：凯氏定氮法(GB 5009.5-2010)[10]；胶原蛋白质测定：通过羟脯氨酸含量的测定(GB/T9695.23-2008)[11],折算成胶原蛋白。

试样中羟脯氨酸的含量按下式计算：

式中：X-试样中羟脯氨酸的含量,%；c-由标准曲线得到的试样溶液中羟脯氨酸的浓度,单位为μg/mg；m-试样质量,单位为g；V-从250mL容量瓶中吸取滤液的体积,单位为mL。

用4.00mL羟脯氨酸标准工作液依次代替稀释后的水解产物,以标准工作液的吸光度为纵坐标,以相应的浓度为横坐标,绘制标准曲线见图1。

图1 胶原蛋白(以羟脯氨酸计)标准曲线

1.2.3.5 风味分析 将鲜牦牛牛骨、浓缩牛骨汤和冻干浓缩牛骨汤料预处理后装入100mL的小瓶中,用封口膜密封瓶口后,置于-18℃的环境中冻藏,备用后测定。将处理好的骨汤样品从冰箱取出解冻40min,加入20%的NaCl颗粒,摇匀后封口,放入水浴锅中,在90℃水浴锅中加热60min后冷却至60℃,在60℃恒温条件下,用手动SPME进样器吸附30min。

气相色谱-质谱联用仪条件[18-19]：PSS,不分流进样,20min后打开分流阀,分流比10∶1；进样口温度：250℃；载气：高纯氦气；柱流量0.8mL/min,总流量20mL/min；程序升温：初温50℃(2min),3℃/min升至225℃(1min)；接口温度200℃,电子轰击离子源(EI)70eV,质量扫描范围10～400m/z。

1.3工艺优化实验

1.3.1 单因素实验 分析工艺中影响浓缩牛骨汤冷冻干燥的主要参考因素有预冻温度、真空度、冷冻干燥时间、物料厚度[16-17],分别在7个水平上进行实验,得到与干品率的关系。

1.3.2 正交实验 采用L9(34)正交实验法,依据感官综合评分以浓缩牛骨冻干汤料的颜色气味以及浓缩牛骨冻干汤料复水后感官质量评分确定最佳冻干工艺条件。根据质量权重系数,利用多指标综合评价方法,确定了正交实验中不同产品的综合评分。通过对正交实验综合评分结果的极差分析得到了产品的最佳制备条件。感官评分包括外观气味、滋味口感2个方面,依据这两方面感官评价的变异性,计算其综合评分权重,从而获得综合评分,2方面具体评分标准如表1所示。

表1 感官评价标准

各种因素水平见表2。

表2 因素水平表

1.4数据分析

所有的测定数据用IBM SPSS19.0统计分析软件和Excel进行统计处理。

2 结果与分析

2.1单因素实验与分析

2.1.1 不同冻干时间对骨汤品质的影响 以预冻温度-35℃、真空度30Pa、物料厚度3mm为实验条件,冷冻干燥时间从5～11h分别在7个浓度水平上进行实验,得到冷冻干燥时间与干品率的关系,如图2所示。浓缩牛骨汤的干品率随冷冻干燥时间的延长而降低,干品率在8h之前下降幅度较大,而8h后逐渐处于平稳,说明浓缩牛骨汤中水分在8h已经被充分干燥,此时的干燥效果最好,若再延长时间只会增加冻干成本,对干燥效果无明显影响作用。但若干燥时间过短,浓缩汤料未完全冻干,在后期的储藏中会出现回水现象,从而影响浓缩牛骨冻干汤料的品质。且冻干过程中升温速率过快将导致产品严重变形。根据实验结果,选择冻干时间为6～10h。

图2 冷冻干燥时间对干品率的影响

2.1.2 不同预冻温度对骨汤品质的影响 以干燥时间8h、真空度30Pa、物料厚度3mm为实验条件,预冻温度从-20～-50℃分别在7个浓度水平上进行实验,得到预冻温度与干品率的关系,如图3所示。随预冻温度的降低,干品率呈下降趋势。在-35℃后逐渐持平,考虑到能源消耗及过低温度会形成大的冰晶,而对产品品质造成一定的影响,选择最佳预冻温度-35℃,此时干燥效果最好。预冻温度越高,升华冻干越长,干品率逐渐下降,这是因为冻结温度和冻结速率对于浓缩牛骨冻干汤料中水分生成冰晶的数量、大小、形状有直接的影响[20]。根据实验结果,选择预冻温度为-30～-40℃。

图3 预冻温度对干品率的影响

2.1.3 不同物料厚度对骨汤品质的影响 以冷冻干燥时间8h、预冻温度-35℃、真空度30Pa为实验条件,物料厚度从1～7mm分别在7个浓度水平上进行实验,得到真空度与干品率的关系,如图4所示。随物料厚度的增加,干品率从14.2%～19%逐渐增大,但是在实际生产中还应该考虑到干燥效率,随着物料厚度的增加,干燥效率降低,由于干品率随物料厚度的波动不大,所以物料厚度越小越有利于冻干[21-22]。根据实验结果,选择物料厚度为3～5mm。

图4 物料厚度对干品率的影响

2.1.4 不同真空度对干品率的影响 以干燥时间8h、预冻温度-35℃、物料厚度3mm为实验条件,真空度从15～45Pa分别在7个浓度水平上进行实验,得到真空度与干品率的关系,如图5所示。干品率随着真空度的增加而下降,而在40Pa以后变化逐渐趋于平缓。根据实验结果,选择真空度为20～40Pa。

图5 真空度对干品率的影响

2.2正交实验优化

2.2.1 综合感官评价得分的权重确定 根据文献[23]对于骨汤的感官评定只有一些描述性的规定,缺乏量化指标与每个指标在感官评定中的权重。因此,本研究通过感官评定并进行统计分析来确定各指标的权重,具体综合感官评价权重确定计算结果见表3。

综合评分=外观气味得分×0.65+滋味口感得分×0.35

表3 综合感官评价权重确定表

2.2.2 正交优化 通过单因素实验筛选出冷冻干燥时间、预冻温度、真空度、物料厚度4个影响因素及其水平,以物料冻干后的外观和气味及复水后滋味口感为评定指标。通过L9(34)正交实验确定浓缩牛骨汤冷冻干燥的最佳工艺参数,实验结果见表4。

表4 冻干条件L9(34)正交实验结果

由正交实验结果可以看出,各因素极差的大小依次为D>C>B>A,即影响因素的主次为：物料厚度、真空度、预冻温度和冻干时间。最佳生产条件为：A1B3C1D1,即冷冻干燥时间6h,预冻温度为-40℃,真空度20Pa,浓缩牛骨汤装盘厚度3mm。

由于理论最佳工艺条件A1B3C1D1并未出现在表4的9个实验中,故需对A1B3C1D1组合做验证实验,以进一步确定最优方案,经验证实验,综合评分结果为88.46,最佳生产条件为A1B3C1D1。

2.3浓缩牛骨冻干汤料品质分析

2.3.1 速溶性测定 由表5可知,浓缩牛骨冻干汤料,其溶解性良好,其速溶效果优于速溶奶粉,符合速溶的标准。浓缩牛骨冻干汤料复水时水温对浓缩牛骨冻干汤料的品质和复水速度有影响。水温越高,复水时间越短,并且热水复出的浓缩牛骨汤与冷水复出的相比,腥味有所减少。经实验温度在65～85℃,时间在1min为最优。

表5 浓缩牛骨冻干汤料速溶性对照实验结果

2.3.2 冲调比的确定 由表6可以看出,1∶20的冲调比感官评分最高,即5g冻干牛骨汤中加100g开水调配而成,为消费者食用提供参考依据。

表6 浓缩牛骨冻干汤料冲调后感官评价表

2.3.3 电子扫描显微镜结果分析 浓缩牛骨汤冻干样品的扫描电镜图,如图6所示。冷冻干燥汤料样品的微观形貌是空隙状结构,表面形成许多蜂窝孔状的孔洞结构,呈球状体,分布均匀完整[24]。整体呈现海绵状的多孔结构,更加紧凑致密,对水分子的吸附作用增强,在冲调的过程中可以最大程度地恢复干燥前的颗粒组织结构,因此从结构上也可以解释真空冷冻干燥样品速溶性良好的原理。

图6 浓缩牛骨汤冻干样品电镜扫描图(300倍、500倍)

2.3.4 理化指标分析 理化指标评价结果见表7。

2.3.5 风味成分分析

2.3.5.1 冻干浓缩牛骨汤料复水的总离子流图 GC-MS测定的冻干浓缩牛骨汤料复水后挥发性物质如图7所示。挥发性化合物出峰时间主要集中在2～50min。

表7 浓缩牛骨汤冻干品部分理化指标(%)

图7 浓缩牛骨冻干汤料复水的总离子流图

2.3.5.2 冻干浓缩牛骨汤料复水的挥发性物质相对含量化合物种类 冻干浓缩牛骨汤料复水后各类挥发性物质含量比较如图8所示。冻干浓缩牛骨汤料复水后挥发性物质丰富,共发现挥发性成分76种。其中烃类16种、醇类9种、醛类21种、酮类7种、酸类1种、酯类2种、芳香族化合物9种、杂环类化合物10种、其他1种。冻干浓缩牛骨汤料复水后所含的风味物质主要为醛类、杂环类化合物和芳香族化合物,除了含有鲜牛骨所含有的特征性物质外,还产生了2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、β-倍半水芹烯、2,3-辛二酮、1-辛烯-3-醇等物质。

图8 浓缩牛骨冻干汤料复水后各类挥发性化合物

2.3.5.3 原骨牛骨汤、浓缩牛骨汤、冻干浓缩牛骨汤料风味物质的对比分析 各种挥发物对骨汤香味和总风味贡献的大小取决于各自的香味值,即浓度/阈值之比。香气值>1的挥发物可能对总香味有直接影响,而香气值>1的挥发物也可能对总香气无实际作用或与其它物质发生协同、拮抗或加成反应,间接影响骨汤的香味。由图9可看出,两种加工后的骨汤挥发性物质种类比原骨骨汤多出10种左右,两种经加工的骨汤除了醛类含量低于原骨骨汤、同类含量冻干复水牛骨汤低于原骨牛骨汤外,其余各类化合物含量均高于原骨骨汤。

图9 不同骨汤中各类挥发性化合物比较

在差异最大的醛类物质中醛类物质中,己醛主要来自ω-6不饱和脂肪酸,己醛具有油脂香气,但含量过大则说明油脂腐败严重。加工后的产品己醛含量明显降低,说明对骨汤的加工可以减缓油脂的腐败。除己醛外,加工后还产生了2-丁烯醛、苯甲醛、对甲氧基苯甲醛等物质,它们也都是具有特征香气的物质。加工骨汤与原骨汤相比,还保留了壬醛、辛醛、反-2-己烯醛、反式-2-十二烯醛、反-2-癸烯醛等许多良好的风味物质。

杂环类物质中苯并噻唑含量明显上升,具有吡啶香和烧烤味,加工后的骨汤中还产生了许多吡嗪,吡咯以及环类化合物。2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪均是具有有坚果、马铃薯片、巧克力香味,奥苷菊环具有清香的气味。加工后的骨汤中除了还有原骨骨汤中的良好风味外,还含有石竹烯、β-倍半水芹烯、2,3-戊二酮、2,3-辛二酮、2-壬酮、二甲基二硫、4-烯丙基苯甲醚等含量不高但特征香气浓郁的物质。

3 结论

3.1 浓缩牛骨冻干汤料无污染,复水后具有骨汤应有的风味和调料风味,而且具有熟制后的浓郁香气,色泽白,可直接食用或作调料使用,冲调复原后,感官品质与原汤基本无差异,汤汁组织状态良好,无沉淀和悬浮物,汤汁乳白略带褐黄色,具有牛骨汤特征的醇厚香味和口感,均匀稳定,稠度适中。

3.2 冻干工艺条件为：物料厚度3mm、真空度20Pa、冷冻干燥时间6h、预冻温度-40℃。

3.3 所得冻干浓缩牛骨汤料溶解性良好,符合速溶的标准。溶解温度65～85℃,时间1min左右。1∶20的冲调比感官评分最高,即5kg冻干浓缩牛骨汤料可冲调成100kg复原骨汤。

3.4 鲜牛骨经过浓缩和冻干工艺处理后,挥发性物质种类多出10种左右,产生了鲜牛骨所没有的优良风味物质,且醛类物质含量低于原骨骨汤,油脂氧化程度低于鲜牛骨,风味明显改善。冻干后复水牛骨汤与浓缩牛骨汤相比挥发性物质种类无显著差异,只是在含量上略有差异,证明冻干加工对骨汤的品质影响不大。

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Experimental study on technology of vacuum freeze-drying of concentrated soup of yak bone

ZHANGYu-bin1,YUQun-li1,*,NIEZhi-gang2,ZHENGYa1

(1. College of Food Science and Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China; 2.College of Information Science and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

The concentrated soup of yak bone was firstly prepared by high pressure cooking ways combined with Chinese traditional ways,and then made into instant compound product by vacuum freeze-drying technologies. The technologies were optimized with both the single-factor and the orthogonal experiments,based on the rate of dried products and according to evaluating the effects of the comprehensive indexes,including shape-keep rate,products performance,sensory evaluation and flavor in the process. The results showed that the material thickness was 3mm,the vacuum value of drying chamber was 20Pa,the drying time was 6h,and the pre-freezing temperature was-40℃. The analysis of the recovery properties of water,the surface morphology and the flavor components indicates that the vacuum freeze-dried concentrated soup of yak bone product has stable performance,high organoleptic quality and good taste.

yak bone;concentrated soup;vacuum freeze-drying;quality

2013-05-16 *通讯联系人

张玉斌(1979-)，男，博士，讲师，研究方向：动物性食品营养和畜产品加工。

国家现代农业产业技术体系项目(CARS-38)。

TS251.94

：B

：1002-0306(2014)01-0259-06