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酶法水解猪骨的工艺研究

[导读]我国畜禽骨资源极其丰富,营养价值高,但骨的利用率不高,附加值低。本文以新鲜猪骨为原料,采用酶解技术,研究了猪骨酶解的影响因素,确定了其最佳的工艺路线和工艺条件。

我国是世界上禽畜产量最多的国家之一, 全国每年的肉类总产量可达5.0×1010kg, 各类禽畜骨约2.0×1010kg,然而除排骨和腔骨可直接用于饮食而且需求较大,其他骨头的利用率均不高。尤其对骨蛋白这一优质营养源的利用很落后, 并且对骨中的蛋白及其它营养成分并未充分开发利用。目前动物骨的价格低廉,且不便储存,因而往往被加工成附加值较低的产品或制成饲料, 导致骨的利用率大大降低,不仅造成了极大的浪费,而且因骨极易腐败变质而造成一定的环境污染。因此,加强动物骨的综合利用,开发动物骨产品加工新技术,提高产品附加值,成为目前科学研究和产业化应用的关键。

为了提高人体对骨制品中营养成分的充分吸收和利用, 有必要在鲜骨加工之前对其进行改造和处理,以提高其食用价值。现在常用的方法有:酸解法、碱解法、酶解法和微生物发酵法。其中酶解法处理鲜骨是在骨中加入适宜的酶, 使骨粉中的胶原纤维被分解为水溶性动物蛋白明胶,同时,沉积在胶原纤维上的磷酸钙,即羟磷灰石结构被破坏,钙离子游离出来。并将骨制品中残留的蛋白质进行分解,骨胶原蛋白水解成多肽和氨基酸, 以提高骨的营养价值和功能特性。

将骨产品经酶解加工后添加于食物中是近年来新开辟的食物源, 由于其含有许多人体必需的营养物质如蛋白质、脂肪、维生素和丰富的微量元素而倍受人们的青睐。骨产品主要利用的形式有两种,一是全骨利用, 这种方法能够较全面的利用骨中的营养成分,主要的产品是骨粉、骨泥等,可以作为食品添加剂或者是肉类食品的替代物; 另一种形式是骨提取的利用, 也就是提取骨中的各类营养物质分别利用,主要的产品是骨油、骨胶、骨素等。开发骨产品不仅可以提高产品的附加值, 变粗为精,而且能够减少环境污染,提高经济效益,同时也可以发掘其成为一种新的产品资源, 因此具有极大的开发价值。

1 材料与方法

1.1 试验原料及试剂

猪骨:市售;中性蛋白酶:食品级,30 万U/g;木瓜蛋白酶:食品级,≥50 万U/g;胃蛋白酶:食品级,≥6 万U/g;成都荣海生物有限公司。

1.2 试验仪器

pHS-3C 酸度计,成都世纪方舟科技有限公司;DL-1 型灭菌锅, 北京中兴伟业仪器有限公司;BS2005 电子天平, 北京赛多利斯天平有限公司;HH-S 数显恒温水浴锅, 金坛市医疗仪器厂;85-2C型磁力搅拌器, 郑州市亚荣仪器有限公司;DHG-9075A 型电热恒温鼓风干燥箱, 上海一恒科技有限公司;ZN-200A 型高速中药粉碎机, 长沙市岳麓区中南制药机械厂;KDN-103F凯式定氮仪和八孔消化炉上海纤检器有限公司

1.3 试验方法

将新鲜的猪骨、软骨清洗干净,放入杀菌锅内进行高压蒸煮(121℃)1h,将软化后的猪骨、骨上带的肉、软骨用清水洗去多余的油脂,骨、肉、软骨分开,放入干燥箱中70℃下烘制5h, 用粉碎机粉碎成粉末, 按照骨∶肉∶软骨=8∶4∶1 的比例混合均匀成骨粉。选用不同的蛋白酶,按照设计方案进行酶解,酶解完成后升温至90℃灭酶10min,降温过滤,取滤液,测定水解度。

1.4 氨基酸态氮的测定

微量凯式定氮法。

1.5 骨粉总氮含量的测定中性甲醛电位滴定法。

1.6 水解度

水解度(DH%)=游离态氨基酸含量/骨粉中总氮含量×100%。

2 结果与讨论

2.1 适合猪骨水解的蛋白酶的筛选

蛋白质水解酶有3 类:植物蛋白酶(如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶等)、动物蛋白酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等)和微生物蛋白酶。目前用得较多的蛋白酶有:胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。

本实验选用胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶三种蛋白酶,来进行猪骨酶解工艺的研究。准确称取5g 骨粉样品3 份, 按样品质量的20倍加入pH 值为7 的水, 在50℃条件下, 分别加入3.0%(以底物浓度计)的胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶,酶解3h,测定其水解度。

由图1 可知在料液比为1∶20 (加入量为样品质量的20 倍)时,水解度达到最大。在料液比为1∶15到1∶20 之间,水解度随料液比的增大(底物浓度的降低)而增大。料液比达到1∶20 后,随着底物浓度的继续降低,水解度又略有下降。由图1 可知,刚开始随着料液比的增加,酶解的水解度也逐步增大,在料液比为1∶20 时,水解度达到最大。料液比继续增加到1∶25,随着底物浓度的继续增大,水解度又开始下降。因此底物浓度过低和过高均不利于骨蛋白的水解。这是因为当底物浓度太低时,并非所有酶分子能与底物结合,故反应速度较慢,水解度低。随着底物浓度的增加, 更多的酶分子与底物结合, 反应速度快,水解度也随之增加,一旦所有的酶分子与底物结合时反应速度和水解度均达到最大值。此时,继续增加浓度并不能提高水解度。由此可见,适宜的料液比为1∶20。

2.3 酶解时间对猪骨水解度的影响

准确称取5g 骨粉样品3 份, 按样品质量的20倍加入pH 值为7 的水, 在固定中性蛋白酶水解温度50℃的条件下,添加3%(以底物浓度计)的中性蛋白酶分别酶解2h、3h、4h、5h, 灭酶过滤酶解完成后升温至90℃灭酶10min,降温过滤,取滤液,测定水解度,确定适宜的酶解时间。

如图2 所示,水解度随酶解时间增加而增加,水解时间在4h 到5h 的时候,水解度逐渐趋于稳定。过长的水解时间, 将带来生产成本的增加, 因此选用5h 作为适宜的酶解时间。

2.4 酶用量对猪骨水解度的影响

准确称取5g 骨粉样品3 份, 按样品质量的20倍加入pH 7 的水,中性蛋白酶水解的温度为50℃,酶解时间为5h, 分别添加3%、5%、7%、9%(以底物浓度计)四个不同浓度的中性蛋白酶进行水解,比较样品中氨基酸态氮的含量,确定适宜的酶用量。由图3 所示,随着酶用量的增加,水解度上升,但上升速度逐渐趋缓,当酶用量超过一定的值后,随着酶用量的增大, 水解度就不再升高, 甚至略有下降。当酶用量为7%时,水解度达到最大,故该酶用量为较适宜的酶用量范围。

2.5 酶解温度对猪骨水解度的影响

准确称取5g 骨粉样品3 份, 按样品质量的20倍加入pH 值为7 的水, 分别在温度为40℃、50℃、60℃、70℃条件下, 添加浓度7%(以底物浓度计)的中性蛋白酶酶解5h,灭酶过滤,酶解完成后升温至90℃灭酶10min,降温过滤,取滤液,测定水解度,确定适宜酶解温度。

由图4 可看出,随着酶解温度的升高,水解度增加,在50℃时水解度达到最大。当温度继续增加,水解度开始降低。这说明采用中性蛋白酶水解猪骨蛋白的最适温度为50℃左右。在较低温度下,当温度升高时,反应速率加快,蛋白质水解度逐渐上升,但是随着温度继续升高,酶蛋白会逐渐变性,引起酶反应速率下降,导致蛋白质水解度的下降。

2.6 酶法水解猪骨粉工艺的正交试验

根据前面的单因素试验结果, 我们设计了猪骨酶解的正交试验,结果如下。由极差分析可以看出, 因素的主次顺序为C>A>D>B, 即酶解时间>料液比>酶解温度>酶用量,在选定的设计水平下, 最佳的水解条件为A2B2C3D2,即料液比为1∶20、酶用量为7%、酶解5h、酶解温度为50℃。

根据正交试验优化结果, 采用中性蛋白酶作为猪骨的水解蛋白酶,料液比为1∶20,酶用量为7%,酶解时间5h, 反应温度50℃条件下进行组合试验,考查最优水平条件下骨蛋白的水解度。由表4 可看出,在最佳的工艺条件下,猪骨粉的水解度得到明显提高,平均水解度达到39.28%。

3 结论

鲜骨营养价值高,被食品和营养学家们誉为“21世纪新型食品”。骨类食品在世界上非常受欢迎,日本人称之为高级营养补品, 美国等西方国家称之为21 世纪功能性食品。骨类产品具有非常广阔的发展前景。目前,随着我国肉制品行业的大力发展,加工带来的大量畜禽骨,远未得到有效的、充分的利用。因此, 大力开发动物骨资源不仅有相当重要的经济意义,而且具有十分重要的社会价值,相信畜禽骨类产品必将成为肉类加工行业的一个经济增长点。

本文以新鲜猪骨为原料加工制备骨粉,确定了降解骨蛋白最适宜的酶为中性蛋白酶, 对骨粉的总氮和氨基酸态氮含量进行了测定, 分析酶解后骨粉的水解度,确定最佳水解条件为料液比1∶20,酶解时间5h,酶用量为7%,反应温度50℃。经粉碎、提取、酶水解、分离、真空浓缩、高温杀菌等工艺进行精华抽提而得到的骨素,可以作为天然调味料,最大限度地保持原有动物新鲜骨肉天然的味道和香气, 具有良好的风味增强效果,可以赋予人们追求自然柔和的美味。











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