不同粒度兔骨粉营养特性和理化特性的研究

李少博，贺稚非,2，邓大川，吴练军，李洪军,2*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400716)2(重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆，400716)

不同粒度兔骨粉营养特性和理化特性的研究

李少博1，贺稚非1,2，邓大川1，吴练军1，李洪军1,2*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400716)2(重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆，400716)

文中以70日龄伊拉兔的脊骨、腿骨和肋骨为实验原料，经一系列前处理后，采用不同的加工条件制得了细兔骨粉、超细兔骨粉、超微兔骨粉和纳米兔骨粉。比较了不同粒径兔骨粉的一般营养物质及氨基酸含量的特点，也对比了不同粒径兔骨粉化学结构、钙离子释放度等理化特性的差异。结果表明：纳米兔骨粉含有丰富的营养物质，特别是钙含量达到了(6.27±0.09)%，为其作为优质的钙源打下了良好的基础；其次，经FT-IR 图谱分析，纳米兔骨粉的化学结构与其他粒径的兔骨粉没有显著的差别；另外，纳米兔骨粉的钙离子释放度也是最高，达到了29.25%，表明了纳米兔骨粉的钙离子更容易被吸收。

纳米兔骨粉；营养特性；理化特性

兔肉作为一种绿色、健康的肉类，具有很高的营养价值，它含有较高的蛋白质、卵磷脂、赖氨酸等营养物质，而脂肪、胆固醇、尿酸等含量较低，高消化率，低热量[1-4]，特别符合当代消费者追求 “营养与健康”的理念，因此，兔肉被视为功能性肉制品而风靡世界[5]。根据联合国粮农组织(FAO)2017年的数据显示[6]，2014年全球兔肉的总产量为156.0万t，我国的兔肉总产量为76.3万t，继续稳居世界前列。

兔骨作为兔肉加工的主要副产品，其产量随着兔肉产量的增加而增多，和其他类别的畜禽骨一样，兔骨含有极为丰富的营养价值，但是在国内外畜禽骨骼一直没有得到足够的重视，大部分被用作饲料生产[7-9]，只有很少一部分被用来精深加工利用，如制成骨泥[10]、骨粉[11]等全骨类产品以及一些骨钙[12]、骨蛋白[13]、骨胶[14]、骨素[15]、骨香精[16]、骨油[17]等骨类提取物。整体来讲，畜禽骨并没有得到充分的利用，造成了资源的极大浪费。

按照常理来讲，物质的粒径越小，它的孔隙率及比表面积就会越大，其表面吸附力、分散性和溶解性等性质就会更好。此外，如果将颗粒的粒径降低至纳米尺度，其很有可能会产生一些异于常规颗粒的理化特性，也就是所谓的粒度效应，如催化效应、表面效应和小尺寸效应等[18-20]。鉴于此，本研究以兔骨为研究对象，经一系列前处理后，采用不同的加工条件制得了细兔骨粉、超细兔骨粉、超微兔骨粉和纳米兔骨粉，比较了不同粒径兔骨粉的一般营养物质及氨基酸含量的特点，也对比了不同粒径兔骨粉化学结构、钙离子释放度等理化特性的差异。希望能够对兔骨及其他畜禽骨的精深加工提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

伊拉兔骨，购买于重庆市高校草食动物工程研究中心种兔场；菠萝蛋白酶，产自南宁东恒华道生物科技有限责任公司；其他试验试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

XQM-0.4立式行星球磨机，产自长沙天创粉末技术有限公司；Zetasizer Nano-ZS90纳米粒度及Zeta电位分析仪，产自马尔文仪器(中国)上海思百吉仪器系统有限公司；标准检验筛，产自浙江上虞市华丰五金仪器有限公司；氨基酸分析仪 L-8900，日立公司；Spectrun100 红外光谱仪，产自美国 PerkinElmer 公司。

1.3 实验方法

以70日龄伊拉兔的肋骨、脊骨和腿骨为实验原材料(其中肋骨和脊骨的总质量与腿骨的质量比约为4∶1)，然后把兔骨切成2 cm×2 cm左右的块状，放入100 ℃的水中热烫去腥2 min，紧接着进行高温高压蒸煮，蒸煮条件为：蒸煮温度120 ℃、蒸煮时间2h、料液比(g∶mL)为1∶1.5，蒸煮完成后，剔除骨头上多余的筋肉，随后用菠萝蛋白酶进行酶解，酶解条件为：酶解温度60 ℃、底物浓度15%、酶用量5 000 U/g、酶解时间4h，酶解完成后，煮沸灭活10 min；将骨头用绞肉机粗破碎，后过胶体磨15 min(其中兔骨泥和水的质量比为1∶1.5，胶体磨动静磨片间的间距为最小)，最后真空冷冻干燥24 h，干燥后的兔骨粉用于试验中不同粒径兔骨粉的制备。

1.3.1 不同粒径兔骨粉的制备

1.3.1.1 细兔骨粉的制备

将经前处理得到的兔骨粉过标准筛，通过40目标准筛但未通过140目标准筛的兔骨粉即为细兔骨粉，平均粒径采用激光粒度分布仪进行测定。

1.3.1.2 超细兔骨粉的制备

将经前处理得到的兔骨粉过200目标准筛，通过200目标准筛的兔骨粉即为超细兔骨粉，平均粒径采用激光粒度分布仪进行测定。

1.3.1.3 超微兔骨粉的制备

将经前处理得到的兔骨粉过200目标准筛，并对通过200目标准筛的兔骨粉用行星式球磨机进行球磨(每个球罐中磨球的总质量大约为60 g，其中大球的直径为1.2 cm，约占磨球总质量的20%；中球的直径为0.8～1.0 cm，约占磨球总质量的50%；小球的直径为0.5 cm，约占磨球总质量的30%)，球磨条件：球料比为3.7∶1、球磨时间为30 min、球磨转速为558 r/min，球磨后的兔骨粉即为超微兔骨粉，平均粒径采用激光粒度分布仪进行测定。

1.3.1.4 纳米兔骨粉的制备

将经前处理得到的兔骨粉过200目标准筛，并对通过200目标准筛的兔骨粉用行星式球磨机进行球磨(磨球配比同上)，球磨条件：球料比为3.7∶1、球磨时间为4.7 h、球磨转速为558 r/min，球磨后的兔骨粉即为纳米兔骨粉，平均粒径采用Zetasizer Nano-ZS90纳米粒度及Zeta电位分析仪进行测定。

1.3.2 不同粒径兔骨粉营养特性的测定

水分的测定：参照GB 50093—2010食品中水分的测定。

蛋白质的测定：参照GB 50095—2010食品中蛋白质的测定。

粗脂肪的测定：参照GB/T 14772—2008食品中粗脂肪的测定。

灰分的测定：参照GB 50094—2010食品中灰分的测定。

钙的测定：参照GB/T 9695.13—2009肉与肉制品钙含量的测定。

氨基酸的测定：参照 LI[21]的方法，采用氨基酸自动分析仪测定。

1.3.3 不同粒径兔骨粉化学结构的测定

兔骨粉和KBr(质量比1∶100)混合均匀后压成半透明薄片,用FT-IR红外光谱分析仪进行分析,其中波数扫描范围为400～4 000 cm-1[22]。

1.3.4 不同粒径兔骨粉钙离子释放度的测定

参照尹涛[23]的方法，并做稍微的改动。准确称取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)。并向其中一组中添加 0.7 mg/mL的胃蛋白酶(10 000 U/g 蛋白)，另一组则不加入胃蛋白酶，然后混匀、封口，置于37 ℃的 恒温摇床中在 100 r/min的转速下振荡提取 3 h。提取结束后，在4 000 r/min和30 min的条件下离心，随后取上清液过滤，加氯化镧溶液定容滤液至 250 mL，最终用原子吸收分光光度计对溶液中的钙含量进行测定。

(1)

式中：S，试验组上清液中的钙含量；S0，空白组上清液中的钙含量；T，总钙含量。

1.3.5 数据处理方法

运用SPSS 22.0、Excel-2010软件对数据进行分析，利用Origin 8.0 软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同粒径兔骨粉的粒度分布情况

由不同加工工艺得到的不同粒径兔骨粉的粒度分布情况如图1所示，经测定细兔骨粉的平均粒径为(236.01±5.99)μm，超细兔骨粉的平均粒径为(65.92±1.71)μm，超微兔骨粉的平均粒径为(21.89±3.03)μm，纳米兔骨粉的平均粒径为(502.52±11.72)nm。从图1中可以看出，随着平均粒径的减小，兔骨粉的粒度分布越集中，处于纳米尺度的兔骨粉的比例就越多。

a：细兔骨粉；b:超细兔骨粉；c:超微兔骨粉；d:纳米兔骨粉图1 不同粒径兔骨粉的粒度分布情况Fig.1 The size distribution of different particle size of rabbit bone meal

2.2 不同粒径兔骨粉的营养成分

从表1可以看出，与猪骨、羊骨、鸡骨等畜禽骨[24]相比，兔骨具有更低的水分含量和更高的灰分，蛋白质和钙含量也相对较高。从纳米兔骨粉的营养成分我们可以发现，经过一系列的前处理后，纳米兔骨粉的营养成分与新鲜兔骨具有较大的差异，主要表现在水分含量显著减小，达到了(3.30±0.42)%，表明真空冷冻干燥的干燥效果较好；蛋白质和脂肪含量显著减小，这是因为在前处理的过程中经过酶解和脱脂等步骤，使纳米兔骨粉的蛋白质和脂肪遭到了一定的破坏和损失；灰分和钙含量显著增加，特别是钙含量达到了(6.27±0.09)%，接近新鲜兔骨的2倍，可能是前处理的加工工艺起到了一定浓缩的作用，丰富的钙含量为纳米兔骨粉作为一种良好的钙源打下了基础。另外，细兔骨粉、超细兔骨粉、超微兔骨粉与纳米兔骨粉之间的营养成分也存在部分差异，这些差异主要是因为它们不同的加工工艺所造成的。

2.3 不同粒径兔骨粉的氨基酸含量

氨基酸作为蛋白质的最基本组成单位，对人体起着重要的作用。从表2可以得出，鲜兔骨中含有17种氨基酸，其中包括7种人体所必需的氨基酸(除了色氨酸)，鲜兔骨中总氨基酸的含量为17.466%，必需氨基酸的含量为5.093%，占总氨基酸的29.16%，这与任灿[25]的研究相似。由于兔骨中的蛋白质大部分属于I型胶原蛋白，因此甘氨酸(Gly)和脯氨酸(Pro)的含量较高[26]，分别达到了2.951%和1.419%，占总氨基酸含量的16.89%和8.12%。另外，从表2也可以分析出，不同粒径的氨基酸含量也不同，细兔骨粉的总氨基酸含量为8.024%，必需氨基酸的含量为2.980%；超细兔骨粉的总氨基酸含量为12.714%，必需氨基酸的含量为4.970%；超微兔骨粉的总氨基酸含量为11.948%，必需氨基酸的含量为4.769%；纳米兔骨粉的总氨基酸含量为11.801%，必需氨基酸的含量为4.743%。其中超细兔骨粉、超微兔骨粉和纳米兔骨粉呈现出粒径越小，总氨基酸和必需氨基酸的含量就越小的趋势，这是由于粒径越小，在加工过程中所需要的加工工艺就越复杂，因此对氨基酸的破坏程度就越大。然而，细兔骨粉的总氨基酸和必需氨基酸含量比纳米兔骨粉的还要低，这主要是因为细兔骨粉是最初过标准筛得到的，其硬度较大，羟基磷灰石的含量相对较多，蛋白质含量相对较少，因此氨基酸含量也相对较小。

表1 不同粒径兔骨粉的营养成分Table 1 Nutritional components of different particle size of rabbit bone meal

注：不同小写字母表示不同的兔骨粉类型有显著性差异(p<0.05)。

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

注：不同小写字母表示不同的兔骨粉类型有显著性差异(p<0.05)。

2.4 不同粒径兔骨粉的化学结构

不同粒径兔骨粉的红外光谱图(FT-IR)如图2所示。从图2可以看出，不同粒径兔骨粉的特征吸收峰的位置和峰型没有太大变化，表明它们的化学结构基本相同。如FT-IR谱图所示，兔骨粉在565、605和1 038 cm-1附近有较强的吸收峰，表明兔骨粉中含有较多的磷酸基团[27]，1 400 cm-1至1 600 cm-1之间形成的吸收峰则可能与CO32-有关[28]，而在2 855 cm-1和2 925 cm-1处的峰则对应于C—H的吸收[29]， 另外1 648 cm-1和3 411 cm-1附近很宽的吸收峰与样品中的水分有关。因此，兔骨粉主要是由碳酸盐、磷酸盐以及部分有机物组成。

图2 不同粒径兔骨粉的FT-IR光谱图Fig.2 FT-IR spectra of rabbit bone powder with different particle size

2.5 不同粒径兔骨粉的钙离子释放度

动物骨骼中的钙主要是以羟基磷灰石的形式存在于由胶原蛋白所形成的网络结构中的[30],由于其结构的特殊性，在正常的条件下很难被水、酸、碱所溶解，所以，兔骨粉中的钙元素是不能被完全消化和吸收的。由图3可见，无论是否添加胃蛋白酶，兔骨粉中钙离子的溶解度都随着兔骨粉的粒径减小而显著增大(p<0.05)，这与尹涛[23]的研究结果相似，可能是由于兔骨粉的粒径越小，其所受到的机械磨损就越大，对兔骨粉的结构破坏程度就越大；同时，兔骨粉的粒径越小，其比表面积就越大，越有利于兔骨粉中钙离子的释放。

图3 不同粒径兔骨粉的钙离子溶解度Fig.3 Calcium ion solubility in different particle size of rabbit bone meal

从图3也可以看出，添加了胃蛋白酶一组的钙离子溶解度要普遍比没有添加胃蛋白酶一组的大，可能是因为胃蛋白酶可以在一定程度上破坏兔骨粉的胶原纤维网络结构，从而更有利于钙离子的释放。

3 结论

经过一系列的前处理，确定了细兔骨粉、超细兔骨粉、超微兔骨粉和纳米兔骨粉的加工工艺，并对它们的平均粒径进行了测定，分别为(236.01±5.99)、(65.92±1.71)、(21.89±3.03)和(502.51±11.72)nm；测定了不同粒径兔骨粉的基本营养物质和氨基酸含量，尤其是纳米兔骨粉的钙含量达到了(6.27±0.09)%，为其作为良好的钙源打下了基础；然后，对不同粒径兔骨粉的化学结构进行了分析，结果表明，它们的化学结构并没有显著的差异，主要是由碳酸盐、磷酸盐以及部分有机物组成；最后，比较了不同粒径兔骨粉的钙离子释放度，发现兔骨粉的平均粒径对其有显著的影响，特别是纳米兔骨粉的钙离子释放度达到了29.25%。本论文通过对纳米兔骨粉的营养特性和理化特性的研究，对纳米兔骨粉有了更加深刻的了解，希望能够对兔骨及其它畜禽骨的精深加工提供一定的理论依据，为兔产业及其他产业的发展打下基础。

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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

硕士研究生(李洪军教授为通讯作者,E-mail:983362225@qq.com)。

国家自然科学基金项目( 31671787)；国家公益性行业(农业)科研专项(201303144)；国家兔产业技术体系肉加工与综合利用(CARS-44-D-1)；重庆市特色食品工程技术研究中心能力提升项目(cstc2014pt-gc8001)

2017-02-26，改回日期：2017-04-12