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5个品种牛骨的营养组成及其含量差异分析

2017-03-08刘文媛张春晖余群力

食品工业科技 2017年2期
关键词:羟脯氨酸肋骨牦牛

吴 婷,贾 伟,管 声,尉 莹,刘文媛,张春晖,李 侠,余群力,韩 玲,*

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院,甘肃兰州 730070;2.中国农业科学院农产品加工研究所,北京 100193)

5个品种牛骨的营养组成及其含量差异分析

吴 婷1,2,贾 伟1,2,管 声1,尉 莹1,刘文媛2,张春晖2,李 侠2,余群力1,韩 玲1,*

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院,甘肃兰州 730070;2.中国农业科学院农产品加工研究所,北京 100193)

对鲁西牛、秦川牛、延边牛、南阳牛和拉萨牦牛的后股骨和肋骨的水分、灰分、蛋白质、脂肪、氨基酸、羟脯氨酸、矿物质及脂肪酸组成与含量进行了测定。结果表明,牛骨中水分含量为13.70%~32.94%,灰分含量为35.75%~48.07%,蛋白含量为16.67%~24.85%,脂肪含量为8.15%~26.78%,牛骨胶原蛋白含量5.81~8.24 mg/g,约占总蛋白含量的29.34%~44.58%,牛骨富含必需氨基酸、钙、铁、锌、硒等多种矿物质,C18∶1n9c、C16∶0、C18∶0为牛骨的特征脂肪酸。不同品种、不同部位的牛骨营养成分具有显著差异,鲁西牛骨的脂肪酸含量高,而拉萨牦牛骨的蛋白质和氨基酸含量高。研究结果为牛骨的进一步高值化开发利用提供了参考。

牛骨,营养,组成与含量,差异分析

中国是一个畜牧业大国,具有悠久的养牛历史,牛种资源丰富。地方黄牛是中国的特色资源,黄牛具有耐粗饲、抗逆性好、肉质较佳等优点。目前《中国畜禽遗传资源志—牛志》中收录了92个地方牛品种,其中黄牛品种53个[1]。根据产地、体型大小和品种特征,中国黄牛品种形成了三大类,即中原黄牛、北方黄牛和南方黄牛。中国也是肉类产品消费大国,2015年中国牛肉年产量700万吨,占肉类总产量的8.1%,每年产生的骨头约1200多万吨,畜骨资源极为丰富。牛副产物给人们提供了大量可利用的蛋白质、脂肪和矿物质等[2-3]。畜禽骨骼也是副产物的一种,占到动物总体重20%~30%,主要由骨质、骨膜和骨髓构成,其中含有丰富的蛋白质、脂肪、软骨素,还含有钙、铁、磷、锌等矿物质及维生素等[4]。但大量的畜骨却没有得到充分利用,既浪费了这种营养成分丰富且比例合理的资源,又在骨处理的问题上污染了环境,带来一定的环境压力。

目前骨类食品利用方式为全骨利用和提取物利用。全骨利用的产品主要有骨泥、骨粉等;提取物利用的产品主要有骨素、骨油、骨胶、热反应骨汤粉、钙磷制剂等产品[5]。早在1974年就有国外学者研究了牛、羊、猪和畜禽骨的组成[6],Suroukat等对酶解鸡骨蛋白的条件进行了确定[7];在国内,肖厚荣等学者比较分析了牛骨和鹿骨中的氨基酸组成[8],田甲春等对不同地方类群牦牛肉的营养成分进行了分析比较[9]。然而对于牛骨营养成分的系统分析鲜见报道。

基于此,为探明不同品种的牛骨营养成分间的差异,本实验选取了全国具有区域代表性的4种杂交肉牛及1种牦牛的后股骨和肋骨进行了全面的分析检测。为牛骨的深层次加工、多梯度利用提供基础数据和依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牛骨原料 鲁西牛、秦川牛、延边牛、南阳牛和拉萨牦牛的牛骨分别采自山东泗水县、陕西宝鸡市、吉林延边市、河南泌阳县和西藏拉萨市,随机选取自然放牧条件下,发育正常、健康无病、年龄在2~3岁的公牛每个品种各6头,宰后取其后股骨和肋骨,于-18 ℃冷冻贮存带回实验室;硫酸、石油醚、盐酸、硝酸、过氧化氢、氢氧化钠 为国药集团,分析纯试剂;十一碳酸甘油三酯、正己烷、甲醇 为国药集团,色谱纯试剂。

DGF30-IA型电热鼓风干燥箱 南京实验仪器厂;DL-1型万用电炉 北京市永光明仪器厂;MXQ1400-30型马弗炉 丹东瓦德科技有限公司;PG-150型破骨机 廊坊市顶天轻工机械有限公司;KJELTEC 2300型全自动凯氏定氮仪 瑞典Foss集团;TU-1810紫型外-可见分光光度仪 北京普析通用仪器有限公司;SER148型脂肪测定仪 意大利VELP科技有限公司;L-8900型氨基酸自动分析仪 日本Hitachi公司;GC-450型气相色谱仪 美国Varian公司;MARS-5型密闭微波消解系统 美国CEM公司;Z-8000型原子吸收分光光度计 日本Hitachi公司。

1.2 实验方法

1.2.1 牛骨的处理 牛骨原料先经流水冲洗,剔除骨骼表面的碎肉、筋、膜、软骨等,用纱布吸去表面水分并晾干,用破骨机破碎后再经高速粉碎机粉碎至直径约3~5 mm,置于-80 ℃条件中保存待测。

1.2.2 基本营养成分测定 水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪含量的测定分别按照GB 5009.3-2010[10]、GB 5009.4-2010[11]、GB 5009.5-2010[12]、GB/T 5009.6-2003[13]的方法测定。

1.2.3 氨基酸组成与含量测定 按照GB/T 5009.124-2003[14]的方法稍作修改后进行测定。

样品前处理:称取约200 mg骨粉样品于20 mL水解管中,然后加入6 mol/L的HCl溶液10 mL,充氮气1 min排出管内空气,密封水解管并置于110 ℃的干燥箱中,水解24 h;水解完全后,混匀并定容至50 mL;取1 mL稀释液继续氮吹至干,加入5 mL 0.02 mol/L的HCl溶液稀释,振荡混匀,用0.20 μm的滤膜进行过滤,滤液供上氨基酸自动检测仪进行测定。1.2.4 羟脯氨酸含量测定 羟脯氨酸(Hyroxyproline,Hyp)含量测定参考Palka等的方法并略作修改[15-16]如下:取100 mg样品加入5 mL浓度为6 mol/L HCl于110 ℃下水解24 h。水解液用活性炭吸附后,单层滤纸过滤,用10 mol/L和1 mol/L的NaOH调滤液pH至6.0,然后用蒸馏水定容至50 mL。取出4 mL定容后溶液加入2 mL氯氨T,混匀,室温放置20 min。然后加入2 mL显色剂,摇匀,60 ℃水浴20 min。样品用流水冷却5 min,在558 nm下测吸光度。每组样品平行测定3次。Hyp含量查标准曲线(y=0.2229x-0.0017,R2=0.9991)可得。

1.2.5 矿物质含量测定 准确称取200 mg样品于消化罐中,加入9 mL硝酸和3 mL过氧化氢,浸泡30 min,将消化罐置于微波消解仪中进行消解,消解结束后冷却至室温,于通风橱内开启罐盖,将消解液转移至25 mL容量瓶中,定容混匀备用,同时做空白实验[17]。

1.2.6 脂肪酸含量测定 乙酰氯-甲醇法:准确称取骨样于水解管中,加入0.5 mL 十一碳酸甘油三酯(1.0 mg/mL)和10 mL正己烷。加入6 mL 10%的乙酰氯-甲醇溶液,充氮气1 min后旋紧螺旋盖,振荡混匀后于80 ℃恒温水浴锅中放置2 h,期间每隔20 min振荡一次。水浴完成后,取出冷却至室温。将反应后的样液转移至50 mL离心管中,用3.0 mL的6%碳酸钠溶液清洗玻璃管3次,合并碳酸钠溶液于50 mL离心管中,混匀,4500 r/min离心10 min。取1 mL上清液过滤膜备用[18]。

1.3 数据处理

使用Microsoft Excel 2013软件进行数据整理,采用SPSS 20.0软件进行统计分析,用ANOVA 进行方差分析,Duncan进行显著性检验(p<0.05)。同一图或表中不同的小写字母表示差异显著(p<0.05),所有营养成分含量均以鲜重计。

2 结果与讨论

2.1 基本营养成分

从表1可知,5种不同品种牛骨的后股骨及肋骨中,拉萨牦牛的后股骨与肋骨的水分含量无显著差异(p>0.05),除牦牛骨外,其他各部位骨中,肋骨的水分含量均显著高于后股骨(p<0.05),而后股骨的灰分含量则高于肋骨部位。延边牛后股骨水分含量最低,仅为13.70%,灰分含量高达48.07%。5种不同品种牛肋骨中的蛋白含量均显著高于后股骨(p<0.05),脂肪含量则呈现与之相反的趋势。牛骨中的蛋白含量为16.67%~24.85%,脂肪含量为8.15%~26.78%,其中拉萨牦牛的肋骨蛋白含量最高,为24.85%,这一特点可能与牦牛生长在海拔3000 m以上高寒生态条件有关,使其具有高蛋白低脂肪的特点[19]。后股骨与肋骨的脂肪含量差异较大,其中南阳牛的后股骨脂肪含量最高。

表1 不同品种及部位牛骨基本营养成分及含量Table 1 Proximate composition parts of different parts of various bovine bone

注:结果以平均值±标准差表示;a~c:表示不同品种同一部位之间差异显著(p<0.05);*:表示同一品种两个部位之间差异显著(p<0.05)。

2.2 氨基酸组成与含量

由于实验采用酸法水解骨样,样品中Trp被破坏,从图1中可知,17种氨基酸混合标准样品中氨基酸的出峰顺序依次为Asp、Thr、Ser、Glu、Pro、Gly、Ala、Cys、Val、Met、Ile、Leu、Tyr、Phe、Lys、His、Arg。

图1 17种氨基酸混合标准品图谱Fig.1 Spectrum of 17 kinds of amino acid mixed standard

蛋白质的营养价值与其氨基酸的组成和含量呈正相关[20],由表2可知,5种牛骨的后股骨中,拉萨牦牛的TAA,EAA均为最高(177.13、34.90 mg/g),南阳牛后股骨的必需氨基酸在总氨基酸中所占比例最大,为20.04%。后股骨中含量较高的氨基酸依次是Gly、Pro、Glu、Ala、Arg,拉萨牦牛的这5种氨基酸含量均显著高于其他品种(p<0.05)。鲜味氨基酸(Asp、Glu、Gly和Ala)中Asp和Glu对鲜味有贡献,Gly和Ala对甜味有贡献,后股骨中的鲜味氨基酸含量为73.17~94.34 mg/g,其中鲁西牛后股骨含量最低,拉萨牦牛后股骨含量最高。胶原蛋白特征性氨基酸(Gly、Lys、Pro)含量为57.17~74.23 mg/g与鲜味氨基酸含量趋势一致。

由表3可知,5种牛肋骨中TAA与EAA含量分别为169.69~211.62 mg/g和36.62~46.88 mg/g,其中拉萨牦牛肋骨的TAA含量最高,南阳牛肋骨的EAA含量最高,南阳牛肋骨的必需氨基酸在总氨基酸中所占的比例最大,为24.56%。肋骨中的鲜味氨基酸含量为86.47~111.40 mg/g,其中鲁西牛肋骨含量最低,拉萨牦牛肋骨含量最高。胶原蛋白特征性氨基酸与鲜味氨基酸含量趋势一致,为65.12~86.56 mg/g,拉萨牦牛肋骨中的胶原物质含量也显著高于其他品种的肋骨(p<0.05)。

综上所述,肋骨中的各种氨基酸含量相对高于后股骨,其中,拉萨牦牛骨中的氨基酸含量显著高于其他黄牛品种的不同部位骨(p<0.05),这一趋势与牛骨中的蛋白质含量趋势一致。由此可见,牦牛骨具有相对高的营养价值,且拉萨牦牛肋骨的鲜味较强,胶原物质含量较高,这与田甲春[9]等人的研究结果一致。

2.3 羟脯氨酸含量

羟脯氨酸是一种亚氨基酸,通常在第四位上带有羟基,有时也在第三位上。羟脯氨酸常被用来表征样品中胶原蛋白的含量,它也是胶原蛋白特征性成份之一,骨胶原中含有L-羟脯氨酸,自然界中不存在D-羟脯酸[21-22]。董宪斌[23]通过提取研究胶原蛋白与羟脯氨酸含量的比值,得到不同原料骨的胶原蛋白换算系数,其中牛骨为6.77。

图2 不同品种及部位牛骨羟脯氨酸含量Fig. 2 Hyp contents of different parts of various bovine bone

如图2所示,牛骨中的羟脯氨酸含量为8.58~12.16 mg/g,其中秦川牛的后股骨含量最低,拉萨牦牛的肋骨含量最高。延边牛的后股骨与肋骨之间差异显著(p<0.05),其余各品种的两个部位之间无显著差异(p>0.05)。秦川牛的羟脯氨酸含量低于其他四个品种。由此可知,5个品种的牛骨中,肋骨的胶原物质含量均高于后股骨,秦川牛骨的胶原物质含量最低。图2数据换算后得到,牛骨胶原蛋白含量5.81~8.24 mg/g,约占总蛋白含量的29.34%~44.58%。

表2 不同品种后股骨氨基酸含量Table 2 Amino acid concentration of femur of various bovine bone

注:#:鲜味氨基酸(Delicious amino acids,DAA);*:特征性氨基酸(Characteristic amino acid,CAA);TAA:氨基酸总量(Total amino acids);EAA:必需氨基酸(Essential amino acids);a~e:表示不同品种同一部位之间差异显著(p<0.05),表3同。

表3 不同品种肋骨氨基酸含量Table 3 Amino acid concentration of rib of various bovine bone

表4 不同品种后股骨矿物质含量Table 4 Mineral contents of femur of various bovine bone

注:a~d:表示不同品种同一部位之间差异显著(p<0.05);*:表示同一品种两个部位之间差异显著(p<0.05);表5同。

表5 不同品种肋骨矿物质含量Table 5 Mineral contents of femur of various bovine bone

2.4 矿物质含量

不同品种牛骨中的主要矿物质含量如表4与表5所示,牛骨中的矿物质含量主要与两方面有关:一个是与其生长的环境条件,如气候、土壤、水质、光线、化肥、农药等;另一个是与动物本身的品种特性、遗传特性、吸收功能以及对矿物质的富集能力有关。牛骨中的钠含量为33667.3~57453.6 mg/100 mg,钾含量为2068.6~10955.5 mg/100 g。除鲁西牛和延边牛外,其他牛骨的后股骨的钠元素含量相对高于肋骨,这可能与后股骨部位活动量较大相关,但肋骨的钾元素含量均显著高于后股骨(p<0.05),约为后股骨的2~5倍。牛骨中的镁含量为23343.4~38300.3 mg/100 g,牛骨中的钙含量最高,为1386167.9~2239759.6 mg/100 g。牛骨的钙、镁含量不同部位、不同品种之间均具有显著性差异(p<0.05)。铁含量为84.1~1079.1 mg/100 g,肋骨的铁含量均显著高于后股骨部位(p<0.05)。其中鲁西牛的后股骨铁含量最高,为288.8 mg/100 g,南阳牛肋骨的铁含量最高,为1079.1 mg/100 g。牛骨中的铜含量为0.4~5.0 mg/100 g,其中延边牛肋骨中铜含量为其后股骨的12.5倍,南阳牛的为3倍,肋骨中的铜含量显著高于后股骨(p<0.05),不同品种同一部位之间也具有差异性(p<0.05)。锌是体内200多种酶以及DNA、RNA的组成成分,是生长发育的必需物质,对于伤口愈合也至关重要[24]。牛骨中锌含量为331.7~584.7 mg/100 g,不同品种各部位间具有显著差异(p<0.05)。硒具有抗氧化性,可保护机体免受自由基和致癌物的侵害,还可减轻炎症反应、增强免疫力从而抵抗感染、促进心脏的健康、增强维生素E的作用[25],牛骨中的硒含量为0.4~0.9 mg/100 g,不同品种、不同部位之间无显著差异(p>0.05)。

2.5 脂肪酸含量

表6 不同品种后股骨脂肪酸含量Table 6 Fatty acid contents of femur of various bovine bone

注:ND:表示未检出(Not detected);CLA:共轭亚油酸(Conjugated linoleic acids);SFA:饱和脂肪酸(Saturated fatty acids);UFA:不饱和脂肪酸(Unsaturated fatty acids);表7同。

表7 不同品种肋骨脂肪酸含量Table 7 Fatty acid contents of rib of various bovine bone

脂肪酸的分析结果见表6、表7,结果显示,牛骨脂肪酸总量为38.86~133.24 mg/g,其中后股骨中的脂肪酸含量高于肋骨。饱和与不饱和脂肪酸含量比值在2∶1~1∶1之间。C18∶1n9c、C16∶0、C18∶0是牛骨的特征脂肪酸,三者之和占总脂肪酸80%以上,其中C18∶1n9c含量约为总脂肪酸含量的1/2。CLA含量后股骨(0.33~0.91 mg/g)高于肋骨(0.12~0.32 mg/g)。不饱和脂肪酸具有调节血脂、清理血栓、维护视网膜提高视力、健脑等多种生理功能,牛肉中发挥风味作用的脂肪酸主要是以油酸(C18∶1)为主的不饱和脂肪酸[26-27]。鲁西牛的后股骨脂肪酸含量高于同部位的其他品种牛骨,南阳牛的肋骨脂肪酸含量则高于同部位的其他品种;牛骨中含有丰富的具有特征风味的不饱和脂肪酸;鲁西牛和南阳牛在脂肪酸含量上具有更高的食用价值与保健作用。

3 结论

本研究对中国5个品种牛骨的不同部位(后股骨、肋骨)的水分、灰分、蛋白质、脂肪、氨基酸、羟脯氨酸、矿物质及脂肪酸组成与含量进行了较为全面的对比分析。结果表明,拉萨牦牛的肋骨蛋白含量最高,南阳牛的后股骨脂肪含量最高;肋骨中的氨基酸总量、必需氨基酸含量和胶原物质均优于后股骨;牛骨中富含人体所必需的常量及微量元素,重金属含量低于国标限量要求;鲁西牛骨的脂肪酸含量高于其他品种的牛骨,拉萨牦牛骨中的蛋白质和氨基酸含量高。本研究结果为牛骨进一步开发利用提供了依据。

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Difference analysis of composition and content in five varieties of bovine bone

WU Ting1,2,JIA Wei1,2,GUAN Sheng1,YU Ying1,LIU Wen-yuan2,ZHANG Chun-hui2,LI Xia2,YU Qun-li1,HAN Ling1,*

(1.Food Science and Engineering Department of Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Institute of Food Processing Science and Technology,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193,China)

In order to develop a foundation for industrial production and utilization in the future. The basic composition and content of different parts of the bovine bone from Luxi,Qinchuan,Yanbian,Nanyang cattle and Lhasas yak had been analyzed in this study. The nutrient composition including moisture,ash,protein and fat,the amino acids,hydroxyproline(Hyp),mineral and fatty acids were identified. Results showed that the bovine bone consists of 13.70%~32.94% moisture,35.75%~48.07% ash,16.67%~24.85% protein,8.15%~26.78% fat and 5.81~8.24 mg/g bone collagen that 29.34%~44.58% of the total protein content. The results showed that the bovine bones were rich in essential amino acids,calcium,iron,zinc,selenium and other major and trace elements that were essential to the human physiology,characteristic fatty acid of bovine bone were C18∶1n9c,C16∶0and C18∶0. Different varieties and different parts of the bone were differences,Luxi cattle bones had the higher fatty acid contents while yak bones had a high content with protein and the amino acids.

bovine bone;nutrition;composition and content;difference analysis

2016-09-02

吴婷(1991-),女,在读硕士研究生,研究方向:动物性食品营养与工程,E-mail:wuting203@163.com。

*通讯作者:韩玲(1963-),女,教授,研究方向:畜产品加工及贮藏,E-mail:hanling5@126.com。

国家现代农业(肉牛牦牛)产业技术体系资助(CARS-38);农业部“948”项目(2016-X31)。

TS201.4

A

1002-0306(2017)02-0342-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.02.058

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