摘要
我国是家禽养殖及屠宰大国，产生大量的鸡骨架副产物。目前在国内工业生产中，鸡骨架副产物加工主要通过骨肉分离、提取熬煮等预处理后，制备成浓缩汤料或者干燥成鸡精等调味品。鸡骨架预处理方法主要采取挤出分离、酶法处理、热压提取、酸碱处理等，这些方法存在污染环境、加工能耗高、工序多且费时等问题。针对以上问题，本研究基于鸡骨架的物料特性，采用蒸汽爆破预处理策略，首先尝试用蒸汽爆破对鸡骨架进行液化处理，建立传热传质模型、优化蒸汽爆破鸡骨架工艺条件；评价汽爆水解液的蛋白/肽结合钙的能力，及其促成骨活性效果；针对汽爆液滋味与风味不足现象，进一步采用酶解与美拉德反应改善风味，揭示其呈味增香机制。主要研究内容及结论如下： （1）研究了蒸汽爆破液化鸡骨架过程，并针对该过程中能量转移与物质传递进行了深入的分析。基于热力学及流体力学的相关定律，通过计算得出了各阶段的能耗分布，建立了汽爆鸡骨架能量传递模型，构建了鸡骨架汽爆的水分传递模型，在0.6-1.8MPa 阶段，其预测值与实际值的平均相对误差为0.082，模拟较好。通过汽爆与热压效果比较，蒸汽爆破在提取蛋白方面优势显著。 （2）研究了鸡骨架汽爆后固液分离的效果，以及不同汽爆维稳压力、充填比、汽爆时间条件下，液化率的变化规律。结果表明，当汽爆维稳压力＞2.1 Mpa，无论是液化率，还是蛋白质回收率变化趋于平稳；充填比在20%-60%MPa之间，液化率、蛋白回收率先上升后下降；汽爆处理时间在12-18min之间，液化率、蛋白回收率较高，18 min后回收率趋于平稳。综合考虑实际生产过程中的规模效应、时间效率与经济效益，设定最佳单因条件：充填比40%、维稳压力1.8 MPa，处理时间15 min。中试验证结果表明在该条件下蛋白回收率为（66.67 ± 0.51）%，油脂回收率（79.56 ± 0.82）%，二者与预测值无显著性差异，经验证该汽爆处理优化条件工艺参数可靠。 （3）在充填比40%下，分子量小于2000 Da的蛋白质水解物的比例从37%（在1.2 MPa下制备）增加到64%（在2.4 MPa下制备）。选择了40%充填比、1.8 MPa压力、15 min条件下生成的样品进行后续研究钙结合能力及促成骨活性。结果表明，低分子量的肽具有更高的钙结合活性，其骨蛋白肽-钙螯合物在高温环境下是稳定的，具有优异的热处理耐受性。采用小鼠胚胎成骨细胞（MC3T3-E1）细胞增殖活性试验结果表明，与对照组相比，多肽-钙螯合物处理组可以显著促进MC3T3-E1细胞的增殖活性。在0.5mg/mL时增殖效果最显著；研究肽-钙螯合物对MC3T3-E1细胞ALP分化活性的影响结果表明，与对照组和肽处理组相比，肽-钙螯合物处理组可以显著促进MC3T3-E1的分化，并在0.5 mg/mL浓度下促进作用最显著；多肽-钙螯合物处理组显著提高了MC3T3-E1细胞的矿化活性，并且这种效果具有剂量依赖性。 （4）研究了以蒸汽爆破鸡骨架为工艺制备的汽爆液、汽爆酶解液、汽爆反应膏与酶解反应产膏四者之间的滋味差异。结果显示，汽爆反应膏和酶解反应膏中氨基酸浓度较高的主要游离氨基酸（FAAs）是丙氨酸Ala和谷氨酸Glu（TAV＞1）。经酶解处理后，汽爆酶解液的滋味得到进一步的改善，甜味氨基酸和鲜味核苷酸总量显著高于汽爆液，而苦味氨基酸总量低于汽爆液；经美拉德反应后，汽爆反应膏和酶解反应膏具有更强的鲜味和甜味。酶解处理后，酶解反应膏中的5''-AMP含量最高。有机酸分析的结果表明，汽爆液与汽爆酶解液中均不含L-苹果酸。汽爆反应膏中乳酸含量高达25.86 mg/mL，占总有机酸含量的41.9%，汽爆酶解液中乳酸含量为21.4 mg/mL（37.65%）。汽爆反应膏的葡萄糖含量与酶解反应膏的葡萄糖含量显著不同。酸味，鲜味和甜味是汽爆反应膏与酶解反应膏的主要滋味。电子舌PCA图显示，PC1和PC2的贡献分别为60%和36.8%，累计贡献96.8%。汽爆反应膏与酶解反应膏，汽爆液与汽爆酶解液分别在滋味图谱上存在重叠存在重叠，说明其滋味成分存在一定的相似性。 （5）研究了以蒸汽爆破鸡骨架为工艺制备的汽爆液、汽爆酶解液、汽爆反应膏与酶解反应产膏四者之间的风味差异。结果表明：汽爆液原液中检测出45种挥发性化合物，包括醛类、醇类、酮类、吡嗪类、酸类、酯类、其他含氮杂化化合物、烷烃类和芳香类9类，醛类、醇类、呋喃类、吡咯噻唑类、含硫化合物、酯类、酸类及碳氢化合物类物质经美拉德反应后种类显著上升。而吡嗪类无明显变化、酮类化合物减少。醇类及芳香类化合物数量最多，是最主要的香气物质。香气活力值OAV大于1香气活性化合物共有13个。其中，醛类、醇类以及含硫化合物对风味起到了贡献作用。特别是2-甲基-3-呋喃硫醇（2-methyl-3-furanthiol）以及双（2-甲基-3-呋喃基）二硫醚（3,3''-dithiobis-2-methyl-furan），其OAV值分别高达5004及214942。构建了汽爆液挥发性指纹图谱并进行了分析，电子鼻分析结果表明，第一主成分PC1（96.09%）和第二主成分PC2（贡献率3.79%）的总和（贡献率99.88%）。采用相关分析评估了味道相关物质（FAAs、5''-核苷酸）与关键挥发性化合物（OAV＞1）之间的关系，揭示了除精氨酸外，17种FAAs与5''-核苷酸之间存在正相关性。在13种关键挥发性化合物中，有5种化合物呈负相关。结果表明，除精氨酸外，其他FAAs和5''-核苷酸在酶水解作用下均促进美拉德反应和风味前体的生成。 总之，蒸汽爆破对鸡骨架液化效果良好，是非酸非碱的纯水热压的绿色方法。汽爆液的肽-钙螯合物具有潜在的促成骨活性。针对鸡骨架汽爆液及其酶解产物以及美拉德反应产物，表现出明显的呈味增香效应，研究并揭示了汽爆液酶解美拉德反应滋味与风味增益的机制及相关性。
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