劉建華，陳新華，丁玉庭*（浙江工業(yè)大學海洋學院，浙江 杭州 310014）

高溫水煮和酸煮對豬骨硬度及化學成分的影響

劉建華，陳新華，丁玉庭*
（浙江工業(yè)大學海洋學院，浙江 杭州 310014）

為研究高溫水煮和酸煮對豬骨硬度及化學成分的影響。以豬骨為實驗對象，研究120 ℃條件下豬骨在水中煮制不同時間（40、50、60、70、80 min）和不同體積分數(shù)（0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）的醋酸溶液中煮制80 min后豬骨硬度的變化。用凱氏定氮法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定未煮制豬骨、120 ℃條件下水中和1.0%醋酸溶液中煮制80 min后豬骨蛋白含量、鈣、磷元素含量和鈣、磷元素溶出量，用掃描電子顯微鏡觀察豬骨粉碎后微觀結構，測定豬骨紅外吸收光譜，探究煮制后豬骨成分和結構的變化。結果表明，高溫煮制能使豬骨硬度下降，水煮時間從40 min延長到80 min，豬骨硬度從（16 445±867） g下降到（10 995±546） g，醋酸溶液體積分數(shù)從0.0%增加到1.0%，豬骨硬度從（10 995±546） g下降到（6 003±153） g。高溫煮制能使豬骨蛋白含量降低，豬骨表觀鈣、磷含量增加，鈣、磷溶出量增加。水煮后豬骨蛋白含量為（28.5±2.3） g/100 g，降低了7.4%；豬骨表觀鈣、磷元素含量分別為（210.0±8.2） mg/g和（96.0±4.0） mg/g，分別增加了11.8%和8.9%；豬骨鈣、磷含量溶出量分別為（0.57±0.04） mg/g和（0.17±0.01） mg/g。1.0%醋酸煮后豬骨蛋白含量為（25.9±0.9） g/100 g，降低了10.0%；豬骨表觀鈣、磷元素含量分別為（230.0±6.4） mg/g和（100.0±2.3） mg/g，分別增加了18.3%和14.8%；豬骨鈣、磷元素溶出量分別為（1.73±0.01） mg/g和（0.75±0.01） mg/g。經掃描電子顯微鏡觀測發(fā)現(xiàn)，煮制后的豬骨易粉碎，1.0%醋酸煮后的豬骨最容易粉碎。紅外光譜發(fā)現(xiàn)，煮制后豬骨成分發(fā)生了變化，圖譜的峰比未煮制簡單，成分比未煮制豬骨單一，而加水煮制和加酸煮制后豬骨圖譜的峰相似，煮制后豬骨紅外光譜圖更接近人工合成的羥基磷灰石晶體。高溫水煮和酸煮均能引起豬骨蛋白、鈣元素和磷元素等化學成分含量的變化，導致豬骨硬度顯著下降（P＜0.05）。

豬骨；醋酸；煮制；硬度；化學成分

中國是全球最大的豬肉生產國和消費國，擁有全球最大的豬肉市場，2014年中國豬肉總產量為5 671萬t，占全球肉類市場主要參與國總產量的51.3%，2014年中國豬肉消費5 717萬t，占全球肉類市場主要參與國的52%[1]。若以豬骨占豬肉的9%～14%計算[2]，2014年我國因消費豬肉而產生的豬骨大約有514.5萬～800.4萬t。如此多的豬骨如果丟棄，不僅浪費了骨資源，而且也會為環(huán)境帶來負擔。豬骨的蛋白含量和灰分含量比較高，而脂肪含量比較低[3]。豬骨中的必需氨基酸含量高于豬肉，而且豬骨還含有8 種人體必需元素[4]，其鈣、磷含量尤為豐富。因此，豬骨是一種寶貴的食物資源，其營養(yǎng)非常豐富。

目前人們對豬骨的利用有：豬骨蛋白的提取[5-6]，豬骨肽的研究[7-9]，利用豬骨制備調味劑[10-11]，豬骨產品的開發(fā)等[12]。豬骨質地堅硬、不易軟化，利用豬骨前一般都需要粉碎，這大大增加了利用豬骨的成本，導致豬骨利用率不高。如果能通過某種工藝使豬骨硬度較大程度的下降，對豬骨的利用率會大幅上升。在骨軟化方面，雖然人們對魚骨軟化研究的較多，但軟化的方法可以借鑒。邱志超[13]、王陽光[14]、王建輝[15]、吳克剛[16]等研究了高壓和酸處理對魚骨硬度的影響，發(fā)現(xiàn)高壓和酸處理能使魚骨硬度下降。在豬骨軟化方面，張崟[17]、陳麗堯[18]等研究了豬骨超微粉碎工藝，利用高壓提高了畜禽骨的粉碎率，對研究豬骨軟化工藝具有指導意義。本實驗以豬排骨為對象，探究了豬排骨在不同處理方式下硬度的變化，并測定了不同處理方式下，豬排骨中無機物、有機物含量，觀察了豬排骨微觀結構，為豬骨軟化工藝提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

從杭州市下城區(qū)世紀聯(lián)華超市和平店購買的豬排

骨；酸、氫氧化鈉、硼酸、硫酸、硝酸、硫酸銅、硫酸鉀、溴化鉀為分析純，醋酸為食品級。

1.2 儀器與設備

XB220A型電子天平 瑞士普利賽公司；C21-FK2101型電磁爐 美的集團有限公司；YXQ-LS-50SII型立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；DHG-9070型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科技有限公司；FLB-250型萬能高速粉碎機 上海菲力食品機械有限公司；TA.XT. Plus型物性測試儀 英國STab Micro System公司；K9840自動凱氏定氮儀 濟南海能儀器股份有限公司；S-4700（II）場發(fā)射掃描電子顯微鏡 株式會社日立制作所；IOAP6300型ICP-AES分析儀 美國鉑金埃爾默公司；TENSOR傅里葉變換紅外光譜儀德國布魯克光譜儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 豬排骨前處理

將切成長和寬均為2～3 cm的豬排骨清洗，放入沸水中煮制15 min，冷卻至室溫，邊清洗邊去除豬肉至骨肉完全分離。

1.3.2 實驗流程

豬排骨前處理（去肉處理），120 ℃條件下在水中（煮制時間40、50、60、70、80 min）和醋酸酸（體積分數(shù)0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）溶液中煮制，測煮制后溶液中鈣、磷元素含量，取骨干制，測定硬度或粉碎測粉碎后骨粉的蛋白含量、鈣磷元素含量及顯微結構。

1.3.3 高壓酸液軟化處理

將前處理后不帶肉的骨樣品放入錐形瓶中，加入100 mL水或不同體積分數(shù)（0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）的醋酸溶液，用紗布及牛皮紙封口，于事先預熱的高壓滅菌鍋中高壓煮制一定時間，取出錐形瓶冷卻至室溫，取出骨。

1.3.4 干燥與粉碎

骨于烘箱60 ℃干燥一定時間，于粉碎機中粉碎。

1.3.5 指標測定

1.3.5.1 硬度的測定

采用TA.XT.Plus物性測試儀進行測定。參考丘志超等[13]的方法，探頭選用：HDP/BS，參數(shù)：模式選擇：壓縮力測量；選項：返回開始；測試前速率：1.5 mm/s；測試速率：2.0 mm/s；測試后速率：10.0 mm/s；下壓距離：strain 90%；閾值：Auto～25 g；環(huán)境數(shù)據(jù)獲得速率：400 pps。記錄峰值讀數(shù)（g）。

1.3.5.2 蛋白含量的測定

參考GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》[19]中的凱氏定氮法。

1.3.5.3 鈣、磷含量的測定

采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定樣品鈣、磷含量。樣品消化參考譚惠仁[20]的二步消解法：將0.200 g樣品加入凱氏定氮管，加入20 mL硝酸，加熱至140 ℃消化10 min，升溫至200 ℃消化至溶液變成淡黃色的澄清溶液，冷卻，用去離子水定容至50 mL備用。

分別測定煮制后豬骨中表觀鈣、磷含量及煮制溶液中鈣、磷溶出量。

1.3.5.4 顯微結構的觀測

采用掃描電子顯微鏡觀樣品骨顯微結構。參考馬原輝等[21]的方法，將雙面膠黏在用于觀測的樣品臺，取適量樣品散落于黏在樣品臺的雙面膠上，用洗耳球吹去未黏住的樣品。將載有樣品的樣品臺放入濺射鍍膜儀中鍍膜。鍍膜結束后，將樣品臺置于掃描電子顯微鏡的樣品倉，調節(jié)放大倍數(shù)，觀察樣品的顯微結構。

1.3.5.5 傅里葉變換紅外光譜法

采用紅外光譜儀測定豬骨紅外吸收圖譜，壓片方法采用溴化鉀壓片法，將經過干燥的試樣與純KBr研細均勻，置于模具中壓成透明薄膜進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理，圖制作采用軟件Origin 8.0。采用軟件SPSS對實驗中兩兩處理組的指標進行單因素方差分析。結果以±s表示。實驗重復3 次，取其平均值。

2 結果與分析

2.1 不同時間煮制和不同體積分數(shù)醋酸溶液煮制對豬骨硬度的影響

在120 ℃條件下水中煮制不同時間后豬骨硬度變化結果如圖1所示。在120 ℃條件下不同體積分數(shù)醋酸溶液中煮制80 min后骨硬度變化結果如圖2所示。

圖1 不同水煮制時間豬骨硬度的變化Fig. 1 Change in hardness of pork bone cooked in water for different cooking times

圖2 不同體積分數(shù)醋酸溶液煮制豬骨硬度的變化Fig. 2 Change in hardness of pork bone cooked with different concentrations of acetic acid

由圖1可以看出，隨著煮制時間延長，豬骨硬度顯著下降（P＜0.05）。加水煮制時間從40 min延長到80 min，豬骨硬度從（16 445±867） g下降到（10 995±546） g，說明高溫煮制有利于豬骨軟化。由圖2可以看出，隨著醋酸溶液體積分數(shù)的增加，煮制后豬骨硬度顯著下降（P＜0.05），但下降速率降低。醋酸溶液體積分數(shù)從0.0%（體積分數(shù)，下同）增加到1.0%，豬骨硬度從（10 995±546） g下降到（6 003±153） g，在醋酸溶液中煮制和在水中煮制相同時間后，在酸中煮制的豬骨硬度要小于在水中煮制的豬骨，說明醋酸溶液有利于豬骨的軟化。

骨中含有豐富的人體必需營養(yǎng)物質，其中灰分含量45.0%、蛋白質含量35.7%、水分含量4.8%、脂肪含量10.3%，其他物質含量4.2%，其中蛋白質絕大部分為膠原，灰分為骨鹽，其主要成分是碳酸鈣和磷酸鈣，其主要存在形式是羥基磷灰石結晶和無定形的磷酸鈣混合物。骨磷灰石結晶在膠原網絡內有序排列。無機物含量、微觀結構和磷灰石晶體與膠原組成的網絡結構對骨的硬度均有貢獻，無機相提供硬度，有機相提供韌性和吸收力的能力[22]。所以，豬骨膠原蛋白的變性、溶解及降解和豬骨無機物的溶解等導致豬骨組成比例的改變和豬骨結構的破壞，可使豬骨機械強度發(fā)生變化。

2.2 不同處理方式對豬骨中蛋白含量的影響

圖3為120 ℃條件下加水煮制和加1.0%醋酸溶液煮制80 min后豬骨蛋白含量，對照組為新鮮豬骨?？梢钥闯?，在120 ℃煮制80 min后，與未煮制的豬骨相比，煮制后的豬骨蛋白含量顯著降低（P＜0.05）。而且在醋酸溶液中煮制的豬骨的蛋白含量低于在水中煮制的豬骨。加水煮制后蛋白含量從（35.9±0.0）g/100 g降低到（28.5±2.3） g/100 g，降低了7.4%；醋酸溶液煮制后蛋白含量降低到（25.9±0.9）g/100 g，降低了10.0% 。在加熱條件下，膠原蛋白的三條肽鏈之間的氫鍵斷裂，緊密的三螺旋結構打開，形成單條肽鏈或是肽段，從高度有序的螺旋結構無規(guī)卷曲轉變。酸溶液可以使膠原蛋白充分溶脹，提高膠原蛋白的溶解度[23]。Masanobu等[24]在研究醋酸蒸煮處理對魚骨軟化速率和有機物溶解速率影響發(fā)現(xiàn)，醋酸蒸煮處理可以使魚骨中有機物含量減少，且魚骨硬度與有機物含量的4 次方成正比。所以加酸又加熱處理更能提高豬骨膠原蛋白的溶解度，從而影響豬骨的硬度。

圖3 不同處理方式對豬骨中蛋白含量的影響Fig. 3 Effect of different cooking treatments on protein content in pork bone

2.3 不同處理方式對豬骨中鈣、磷含量的影響

圖4 不同處理方式對豬骨中鈣含量（A）和磷含量（B）的影響Fig. 4 Effect of different cooking treatments on calcium (A) and phosphorus (B) contents in pork bone

圖4 為120 ℃條件下加水煮制和加1.0%醋酸溶液煮制80 min后表觀豬骨鈣、磷含量，對照組為新鮮豬骨。可以看出，跟未煮制的豬骨相比，煮制后豬骨表觀鈣、磷元素含量顯著增加（P＜0.05），而且在醋酸溶液中煮制后的豬骨表觀鈣、磷含量最高。加水煮制，豬骨表觀鈣含量從（190.0±5.4） mg/g增加到（210.0±8.2） mg/g，增加了11.8%；豬骨表觀磷含量從（88.0±5.0） mg/g增加到（96.0±4.0） mg/g，增加了8.9%。加酸煮制后豬骨表觀鈣含量為（230.0±6.4） mg/g，增加了18.3%；豬骨表觀磷含量為（100.0±2.3） mg/g，增加了14.8%。這是由于加水煮制或者加酸煮制后，雖然豬骨在水中煮制和醋酸溶液中煮制，無機物有一定量的溶出，但豬骨有機物減少量大于豬骨無機物減少量，導致豬骨無機物表觀含量的增加。這與Shimosak等[25]在研究醋酸溶液處理下魚骨物理特性和成分的變化中的結果一致。

2.4 不同處理方式對豬骨鈣、磷元素溶出量的影響

圖5為在水中、在酸中浸泡80 min，在120 ℃條件下加水煮制、加1.0%醋酸溶液煮制80 min后豬骨鈣、磷溶出量。

圖5 不同處理方式對豬骨鈣溶出量（A）和磷溶出量（B）的影響Fig. 5 Effect of different cooking treatments on calcium release (A) and phosphorus release (B) from pork bone

從圖5可以發(fā)現(xiàn)，在水中或在醋酸溶液中浸泡后，鈣、磷元素幾乎沒有溶出，而在水中或醋酸溶液中煮制后，鈣、磷元素溶出量顯著增加（P＜0.05），而且在醋酸溶液中煮制后豬骨鈣、磷元素溶出量最高。在水中煮制后，豬骨鈣、磷元素溶出量分別為（0.57±0.04） mg/g和（0.17±0.01） mg/g，在醋酸溶液中煮制后，鈣、磷元素溶出量分別為（1.70±0.01） mg/g和（0.74±0.04） mg/g。這說明熱處理和醋酸溶液均有利于豬骨鈣、磷含量的溶出。這與趙釗等[26]在研究烹制骨湯中鈣等礦物質含量的測定及營養(yǎng)評價中的結果一致。還可以發(fā)現(xiàn)，即使在醋酸溶液中煮制，豬骨鈣、磷含量的溶出量還是極低的，所以只喝骨頭湯補鈣效果可能不大。

2.5 不同處理方式對豬骨顯微結構的影響

利用掃描電子顯微鏡觀察了不同處理方式下豬骨粉不同放大倍數(shù)的顯微結構，以未處理組作為對照。觀察結果如圖6所示。

圖6 不同處理方式對豬骨掃描電子顯微鏡圖Fig. 6 SEM photos of pork bone subjected to different cooking treatments

比較不同處理方式下放大300 倍和1 000 倍的豬骨粉電子顯微鏡圖可以看出，在相同粉碎條件下，煮制后豬骨粉的顆粒度明顯小于未煮制的，而且在醋酸溶液煮制后的豬骨粉的顆粒度是最小的，這說明煮制后的豬骨比未煮制的豬骨更容易粉碎，在醋酸溶液中煮制的豬骨最容易粉碎。這與柴向華等[27]在研究高壓蒸煮對雞骨架骨骼組成結構及硬度的影響結果一致。比較不同處理方式下放大5 000倍的豬骨粉電子顯微鏡圖可以看出，煮制后的豬骨粉表面比未煮制的豬骨粉光滑，可以反映出煮制后豬骨的結構變化。

2.6 不同處理方式下豬骨紅外吸收光譜分析

利用中紅外光譜儀測定了不同處理方式下豬骨粉的紅外吸收光譜，以人工合成的羥基磷灰石的紅外光譜圖作對照，結果如圖7所示，與Haberko等[28]研究的熱處理下天然羥基磷灰石中紅外圖譜相似。表1為不同處理方式下豬骨紅外吸收光譜數(shù)據(jù)。

圖7 不同處理方式下豬骨粉紅外吸收光譜圖Fig. 7 Transmission infrared spectra of pork bone subjected to different cooking treatments

表1 不同處理方式下豬骨粉紅外吸收光譜數(shù)據(jù)Table 1 Infrared spectral data of pork bone subjected to different cooking treatments cm－1

從圖7可以發(fā)現(xiàn)，未煮制的豬骨粉紅外光譜圖上的峰比較雜亂，說明未煮制的豬骨的成分復雜，原因是豬骨是由脂肪、蛋白質、無機成分等組成的復雜混合物。而相對于未煮制的豬骨粉，加水煮制或加酸煮制后的豬骨粉紅外光譜圖的峰相對比較清晰，與未煮制的豬骨粉紅外光譜圖存在明顯不同，說明煮制后豬骨成分有所變化，且比未煮制豬骨成分簡單，原因可能是煮制導致豬骨內物質的溶出。加水煮制和加酸煮制后，豬骨粉的紅外光譜圖極其相似，說明加酸或加水煮制后豬骨的所含成分相似。

C—H和C＝O代表的是有機物的吸收峰，比較未煮制和煮制后豬骨粉的紅外光譜圖還可以發(fā)現(xiàn)，未煮制豬骨粉C—H和C＝O紅外吸收峰強度明顯大于煮制后的，說明煮制可以降低煮骨中有機物含量，得到與前面相似的結果。

3 結 論

研究了高溫水煮和酸煮對豬骨硬度及化學成分的影響，研究表明，煮制使豬骨硬度顯著下降（P＜0.05），達到軟化、易粉碎的效果，在醋酸溶液中煮制效果更佳。煮制使豬骨蛋白含量顯著降低（P＜0.05），豬骨表觀鈣、磷元素含量顯著增加和豬骨鈣、磷含量溶出量顯著增加（P＜0.05）；而加醋酸溶液煮制效果更佳。煮制使豬骨組成成分發(fā)生變化，加水煮制和加酸煮制后豬骨組成成分相似，煮制后的豬骨紅外吸收圖譜與人工合成的羥基磷灰石晶體更接近。利用中紅外光譜法分析豬骨成分比較新穎，實驗結果對提高豬骨利用率方面有一定貢獻。在結構方面，還可以借助其他分析手段如X衍射圖譜分析豬骨結構變化。

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Effect of High Temperature Cooking in Water and Acetic Acid Solution on Hardness and Chemical Composition of Pork Bones

LIU Jianhua, CHEN Xinhua, DING Yuting*
(College of Ocean, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

The effect of high temperature cooking in water and acetic acid solution on the hardness of pork bones was studied under the conditions of 120 ℃ and different cooking times (40, 50, 60, 70 and 80 min) in water, and different acetic acid concentrations (0.0%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8% and 1.0%, V/V) and 80 min in acetic acid solution. The protein content of raw and cooked pork bones were determined by the Kjeldahl method, and calcium and phosphorus contents as well as the amount of calcium and phosphorus release by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). The microstructure of comminuted bones was examined by scanning electron microscope (SEM), and the structure of chemical components in bone powder samples was characterized by infrared spectroscopy. It was found that high temperature cooking resulted in a decrease in bone hardness, which decreased from (16 445 ± 867) to (10 995 ± 546) g with increasing the cooking time from 40 to 80 min, and from (10 995 ± 546) to (6 003 ± 153) g with increasing the acetic acid concentration from 0.0% to 1.0%. After cooking in water, the protein content in pork bone decreased by 7.4% to (28.5 ± 2.3) g/100 g, the apparent contents of calcium and phosphorus increased by 11.8% and 8.9% to (210.0 ± 8.2) and (96.0 ± 4.0) mg/g, respectively, and the amounts of calcium and phosphorus released were (0.57 ± 0.04) and (0.17 ± 0.01) mg/g, respectively. After cooking in acetic acid solution, the protein content decreased by 10.0% to (25.9 ± 0.9) g/100 g, the apparent contents of calcium and phosphorus increased by 18.3% and 14.8% to (230.0 ± 6.4) and (100.0 ± 2.3) mg/g, respectively, and theamounts of calcium and phosphorus released were (1.73 ± 0.01) and (0.75 ± 0.01) mg/g, respectively. Cooked pork bone was easily ground, especially the one cooked in acetic acid. The mid infrared absorption spectrum of cooked pork bone was simpler than that of the untreated one, with the former being similar to synthesized hydroxyapatite. Thus, the chemical components of pork bone were changed after cooking. We concluded that high temperature cooking in both water and acetic acid solution can change the contents of protein, calcium and phosphorus in pork bone, leading to a significant decrease in hardness (P ＜ 0.05).

pork bone; acetic acid; cooking; hardness; chemical composition

2016-06-15

國家自然科學基金青年科學基金項目（31301437）

劉建華（1982—），男，副教授，博士，研究方向為功能性食品和水產品加工。E-mail：jhliu@zjut.edu.cn

*通信作者：丁玉庭（1963—），男，教授，博士，研究方向為水產品加工、貯藏和保鮮。E-mail：dingyt@mail.hz.zj.cn

10.7506/spkx1002-6630-201713004

TS251.94

A

1002-6630（2017）13-0020-06

劉建華, 陳新華, 丁玉庭. 高溫水煮和酸煮對豬骨硬度及化學成分的影響[J]. 食品科學, 2017, 38(13): 20-25. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201713004. http://www.spkx.net.cn

LIU Jianhua, CHEN Xinhua, DING Yuting. Effect of high temperature cooking in water and acetic acid solution on hardness and chemical composition of pork bones[J]. Food Science, 2017, 38(13): 20-25. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201713004. http://www.spkx.net.cn