微波辅助制备金枪鱼骨钙粉及其生物活性

奥鹏网院作业

微波辅助制备金枪鱼骨钙粉及其生物活性微波辅助制备金枪鱼骨钙粉及其生物活性

阳丽红1，王宏海2，周小敏3，马永钧3，王 杰1，沈 清1,2,*

（1.浙江工商大学海洋食品研究院，浙江 杭州 310012；2.浙江省水产品加工技术研究联合重点实验室，浙江 杭州 310012；3.浙江兴业集团有限公司，浙江 舟山 316101）

摘 要：以金枪鱼（Thunnus albacares）加工副产物鱼骨为原料，采用微波辅助法研究金枪鱼骨钙粉的制备工艺，通过Box-Behnken试验设计结合响应面分析法对微波条件进行优化，得到最佳参数为样品质量120 g、微波功率800 W、微波时间90 min，此时所得骨钙粉经酶解除杂后钙、磷含量达到192.3 mg/g和149.8 mg/g。经过扫描电子显微镜表征与激光粒度分析，微波鱼骨粉呈疏松结构，表面出现微孔和裂纹，粒径平均值可达到16.627 μm，与响应面预测值接近。通过动物学实验评价鱼骨粉生物利用度，结果表明微波鱼骨粉组的小鼠钙吸收率59.62%，钙储留率58.31%，均显著高于普通鱼骨粉组、碳酸钙组和低钙对照组（P＜0.05）。实验证明微波鱼骨粉与其他钙制剂相比在体内吸收效率更高，更有利于促进小鼠骨骼的生长。

关键词：金枪鱼；鱼骨钙；微波辅助；响应面；生物活性

金枪鱼（Thunnus albacares），又称吞拿鱼，是一种重要的世界经济鱼类，具有高蛋白和低脂肪的特点。金枪鱼营养丰富，氨基酸组成接近人体氨基酸需要量模式，且富含n-3多不饱和脂肪酸、矿物质元素和多种维生素等营养成分[1-2]。金枪鱼骨作为金枪鱼生鱼片和鱼罐头加工业的主要副产物之一，通常与内脏等其他下脚料一起被废弃，经济效益低下[3-4]。鱼骨中钙含量十分丰富，高达20%～30%，可以作为一种天然的优质钙源[5]。鱼骨中钙磷比例符合人体需求，对鱼骨中钙的加工利用，不仅可以满足人们的生理需要，还体现了对食品多样化的需求。鱼骨回收后可简单制成鱼骨粉饲料[6]，或作为添加辅料加入到鱼糜制品改善凝胶特性[7]，作为钙强化剂加入鸡精和玉米粥等[8]强化蛋白质吸收，也可经深加工制成补钙制剂，如活性钙[9-10]、多肽螯合钙[11-12]、柠檬酸-苹果酸活性钙等[13]，可大大提高利用价值，创造可观的经济效益。

骨钙粉粒径越小，其孔隙率和比表面积就越大，表面吸附力、溶解性和分散性等性质就越好[14-15]。常规制备微型骨粉的方法主要为机械粉碎法，其具有环境友好、效率高、成本低、操作简便等优点，具体包括高能球磨、高速气流粉碎等技术手段。范露等[16]以鲢鱼骨头为原料，利用干法球磨法制得了平均粒径为9.3 μm的超微鱼骨粉，李少博等[17]利用响应面法优化了干法球磨法工艺，并制备得到平均粒径为502 nm的纳米级兔骨粉。

Schmuhl等[6]采用微波加热预处理低品位铜矿考察对后续浸出铜的影响。结果表明，脉冲式微波加热预处理后的铜浸出比连续式微波效果好，说明脉冲式微波比连续式微波加热预处理后所产生的助磨效果更好。Omran等[7,8]研究微波功率、微波加热时间对高磷鮞状铁矿助磨的影响。试验显示，微波热处理比传统热处理产生更多的裂隙、裂纹，并且微波热处理所消耗的能量也比传统热处理消耗的能量少。

微波作为一种电磁辐射能，其热效应在工业上的应用也得到了迅速的发展[18]。通过向物质内部辐射微波电磁场，推动其偶极子运动，使之相互碰撞、摩擦而生热，使物质在热应力作用下产生裂纹，可以改善物质的易磨性，起到辅助粉碎效果。微波在食品科学与工程领域显示出较大的发展潜力，刘扬帆[19]利用微波热解制备出颗粒尺寸约为50 nm的纳米ZrO2粉体，其比传统方法制备的粉体粒径更小，耗时更短，分散性更好且无明显团聚现象。王晓双等[20]利用微波法制备紫薯生全粉并对其加工特性进行了研究，结果表明微波辅助可提高紫薯生全粉的持水性、持油性及凝胶特性。然而，目前采用微波加热辅助制备鱼骨粉微粒的相关研究鲜见报道。本实验以金枪鱼加工副产物鱼骨为原料，采用响应面分析法对微波条件进行优化，探讨不同样品质量、微波功率、微波时间对鱼骨粉的影响，结合表征方法和动物实验进行分析，对最佳微波条件下金枪鱼骨粉进行生物利用度评价，旨在阐明微波对鱼骨粉制备的影响及其生物功能性，为金枪鱼加工副产物的资源化利用提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法1.1 材料与试剂

金枪鱼骨 浙江兴业集团有限公司；C57BL/6小鼠48 只 浙江省医学科学研究院；胰蛋白酶（250 U/mg）、中性蛋白酶（200 U/mg） 国药集团化学试剂有限公司；超纯水（电阻率18.2 MΩgcm）由Milli-Q纯水系统制得；其他化学试剂均购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

微波炉 广东美的微波电器制造有限公司；粉碎机天津市泰斯特仪器有限公司；PHSJ-4a型pH计 上海雷磁仪器厂；SUPRA 55 Sapphire场发射扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM） 德国卡尔蔡司公司；Mastersizer 3600激光粒度仪 英国马尔文公司。

1.3 方法

1.3.1 基本营养成分

水分参照GB 5009.3ü2016《食品中水分的测定》中的直接干燥法进行测定；粗蛋白质参照GB 5009.5ü2016《食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法测定；脂肪参照GB 5009.6ü2016《食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法测定；灰分参照GB 5009.4ü2016《食品中灰分的测定》中的灼烧称重法进行测定。

1.3.2 矿物质元素分析

鱼骨粉中的钙、铜、镁和锌含量参照GB/T 13885ü 2017《饲料中钙、铜、铁、镁、锰、钾、钠和锌含量的测定》用原子吸收光谱法测定；磷含量参照GB 5009.87ü2016《食品中磷的测定》中的分光光度法进行测定；镉含量参照GB/T 13082ü1991《饲料中镉的测定方法》中的原子吸收光谱法测定；铅含量参照GB/T 13080ü2018《饲料中铅的测定》中的原子吸收光谱法测定。

1.3.3 微波条件单因素试验

采用单因素轮换法，依次考察鱼骨样品质量（60、80、100、120、140 g）、微波功率（400、600 、800、1 000、1 200 W）、微波时间（30、60、90、120、150 min）3因素对金枪鱼骨粉粒径的影响。鱼骨粉的粒度采用激光粒度分布仪测定，鱼骨粉的平均粒径采用中位粒径（D50）表示，平行实验3 次，确定最佳微波条件。

首先，缺乏专业的手语教师。大多数专任教师不懂手语，尽管聘请了少数的手语教师进行课堂手语翻译，但是仅限于部分课程，并且手语翻译教师不能全部理解专业术语或用手语正确传达，会造成课堂授课信息失真。其次，师资队伍不稳定，大部分教师靠其他系教师兼任或外聘企业教师，受外部不确定因素影响大。

1.3.4 响应面优化试验

造形石，是指自然状态下形成的，具有观赏价值和收藏价值的各种石质的、以天然造形取胜的观赏石，如灵壁石、太湖石、贵州青、盘江石等。

在单因素试验分析的基础上，采用3因素3水平Box-Behnken响应面试验设计法，以样品质量（A）、微波功率（B）和微波时间（C）为考察因素，并以鱼骨粉的粒径为评价指标，优化微波加热的工艺条件。

1.3.5 金枪鱼骨粉的制备

称取定量的金枪鱼骨沸水浴烫漂3 min后用自来水冲洗去除表面杂质，高压120 ℃蒸煮鱼骨20 min。按料液比1∶1（g/mL）将鱼骨与蒸馏水混合，将pH值调至7.5，加质量分数0.5%胰蛋白酶与0.5%中性蛋白酶（以鱼骨质量计）在55 ℃酶解1 h，得到洁净鳕鱼骨后煮沸10 min灭酶。灭酶后的鱼骨进行直接干燥处理或进行微波加热处理，再用粉碎机粉碎。

融资平台出现债务急速膨胀、盈利能力微乎其微、资金运营缺乏效率，而部分平台尚未建立内审机构，未配备专职的内审人员，未建立起对潜在风险因素的识别、防范和控制。具体表现在：第一，未设内审机构，有的形式上设内审机构，未配备专职内审人员；第二，对于企业的偿债能力过于乐观，缺乏对偿债风险的考虑。融资平台资产负债率偏高、收益率偏低，仍不断借新债还旧债。第三，融资平台不重视企业的财务及经营分析，对于只需要通过简单分析就能发现、识别的风险，融资平台不理会，任其恶化发展。

1.3.6 金枪鱼骨钙粉特性检测

假设D维空间中分布有N个输入样本{x1,x2,…,xN},样本相应的类标签{c1,c2,…,cN},则样本点间的马氏距离为

1.3.6.1 粒径分析

③根据实际和相关法律法规建立一套完善的环境监测、预警、应急处置和环境执法体系，当湖区突发水污染情况时，相关部门应采取果断措施，加强水体水质监管，防患于未然。

采用激光粒度分布仪测定，结果采用Mastersizer 3000软件分析。鱼骨粉的平均粒径采用中位粒径（D50）表示。

1．加强对城乡居民家庭收入与财产的登记，确保城乡低保对象确定的准确。民政部门要联合统计、税务、金融、社保等部门，针对全社会城乡居民的收入和财产设计汇总的方法与信息平台。居委会与村民委员会通过统一发放居民家庭财产与收入登记表，对所辖社区与村民家庭财产与收入逐一登记，逐月逐季逐年，层层汇总，逐级上报，或者录入国家统一规定的财产与收入统计平台，作为城乡居民缴纳所得税、社保费、发放低保金的依据。同时，居民个人申报财产与收入，作为居民家庭财产与收入登记的重要补充。民政部门定期按照城乡居民家庭收入与财产的变化，调整城乡居民低保对象，确保低保发放的精准。

1.3.6.2 SEM表征

鱼骨粉均匀地铺撒到固定在铝制样品台的绝缘胶上，在真空状态下用离子溅射仪喷金，使其表面带电，用SEM在加速电压为10 kV的条件下观察鱼骨粉的表面形貌。

1.3.7 生物利用度

1.3.7.1 动物实验

依据GB 14924ü2001《实验动物大鼠小鼠配合饲料》，配制不同含钙源饲料喂养小鼠。48 只健康小鼠随机分成4 组，每组8 只，雌雄各半。单只饲养在聚乙烯塑料盒内，每日投放饲料6.5 g，自由进食，饮用去离子水。实验期28 d，逐日记录进食量，实验期后3 d进行代谢实验，收集粪尿，测定饲料钙、粪钙和尿钙，计算钙的表观吸收率及储留率。剥离小鼠股骨，剔除肌肉和筋膜后称质量，游标卡尺测其长度和宽度，同时测定骨钙含量。

1.3.7.2 饲料配方

A组饲料为基础饲料配方，具体如下：玉米淀粉50%、酪蛋白18%、麦麸10%、蔗糖8%、大豆油4%、纤维素1%、矿物元素混合物0.4%、赖氨酸0.3%、酒石酸氢胆碱0.2%、维生素混合物0.1%，水分适量。GB 14924ü 2001标准中规定小鼠饲料中钙含量为1.0%～1.8%，故设定标准对照组饲料钙含量为1.6%，低剂量对照组为0.3%。B组饲料为基础饲料配方+1.6%普通金枪鱼骨钙粉。C组饲料为基础饲料配方+1.6%微波金枪鱼骨钙粉。D组饲料为基础饲料配方+1.6%碳酸钙。

1.3.7.3 钙含量和吸收率、储留率的测定

饲料、粪便、尿液和股骨中钙含量的测定均采用GB/T 5009.92ü2016《食品中钙的测定》方法。计算钙的表观吸收率及储留率如式（1）、（2）所示：

   

式中：X1为代谢期间小鼠钙摄入量；X2为粪便中钙含量；X3为尿液中钙含量。

1.4 数据分析

每个样品平行测定3 次，统计值以fs形式表示，采用SPSS V17.0进行差异显著性分析，使用Design-Expert 8.05进行响应面试验设计与分析，并用Microsoft Word、Origin 7.5及Excel进行图表绘制。

将表3和5进行比较发现,各要素标注出的缺省指代数与各要素的缺省量不一致,那是因为缺省要素的标注只能根据篇章中已经存在的要素进行缺省要素补全,而一些事件的缺省要素在文中是没有描述的,这时是不能进行补全的,也就是说缺省指代只能根据已存在要素在一定程度上补全缺省要素.

常见的灯光形态有点光源、线光源、面光源，通过三种光源的布置营造不同的展示氛围，塑造展示空间形态，绚丽空间色彩。通过不同形态灯光的多手法配置满足参展者的视觉观赏需要。

2 结果与分析2.1 基本成分

金枪鱼骨中基本成分见表1。金枪鱼骨中水分质量分数最高，达到了61.3%。粗蛋白质含量丰富，占总质量的16.1%，显著高于鲢鱼（8.9%）等其他鱼类骨质[21]；脂质含量较低，仅为1.12%。此外，金枪鱼骨中灰分含量也较高，表明钙、磷等矿物质元素较多。因此，利用金枪鱼的鱼骨资源开发骨钙粉具备较好的原料基础。

表1 金枪鱼骨基本成分的质量分数
Table 1 Nutrient composition of tuna bone%

     

原料 水分 粗蛋白 脂肪 灰分粗鱼骨 61.3 16.1 1.12 21.8

2.2 微波加热工艺优化单因素试验结果

2.2.1 样品质量对金枪鱼骨粉粒径的影响

     

图1 样品质量对金枪鱼骨粉粒径的影响
Fig. 1 Effect of sample amount on the particle size of fi shbone powder

由图1可见，样品质量在60～140 g范围内，金枪鱼骨粉粒径随着样品质量的增加先降低后升高，在样品质量为120 g时，鱼骨粉粒径值最低。当样品质量较小时，粉碎机刀片对金枪鱼骨样品击打不均匀。相反，在保持微波场强一定下，过量鱼骨样品导致平均微波辐照量稀释，进而影响鱼骨粉粒径。

2.2.2 微波功率对金枪鱼骨粉粒径的影响

由图2可见，微波功率在400～1 200 W范围内，金枪鱼骨粉粒径呈现先减小后增大的趋势，在微波功率为800 W时，鱼骨粉粒径最低。根据微波干燥原理，鱼骨中的水分子吸收微波能量，分子间的碰撞和摩擦产生了大量热量，使鱼骨粉内部水分迅速蒸发[22]。同时微波向金枪鱼骨粉内部辐射电磁场，使鱼骨粉在热应力作用下产生裂纹，改善了鱼骨粉的易磨性，起到了辅助粉碎的效果。随着微波功率的增加，鱼骨粉纤维结构明显，鱼骨粉的分散性得到了提高，有利于形成小尺寸的微米颗粒。功率超过800 W时，可能是因为功率过高发生了焦糊现象，鱼骨粉的易磨性降低，不利于形成粒径小的颗粒。

     

图2 微波功率对金枪鱼骨粉粒径的影响
Fig. 2 Effect of microwave power on the particle size of fi shbone powder

2.2.3 微波时间对金枪鱼骨粉粒径的影响

收集上海市浦东新区浦南医院肿瘤科2009年10月至2017年1月间收治的171例胰腺癌患者的临床资料。排除病理诊断为非胰腺导管腺癌、肿瘤分期为Ⅰ～Ⅱ期、合并重要脏器功能缺陷或其他部位恶性肿瘤、接受过抗肿瘤治疗、体能状况不佳或无法接受至少2周期化疗及临床病理资料不完整的患者，最终纳入94例晚期胰腺导管腺癌患者。本研究经浦南医院伦理委员会批准，所有研究对象签署知情同意书。

     

图3 微波时间对金枪鱼骨粉粒径的影响
Fig. 3 Effect of microwave irradiation time on the particle size of fi shbone powder

由图3可知，微波时间在30～150 min范围内，金枪鱼骨粉粒径随着微波时间的延长先减小后增大，在微波时间为90 min时，鱼骨粉粒径达到最低。随着微波辐射时间的增加，鱼骨的分解率增加，鱼骨粉的粒径逐渐减小，大小均匀。微波热处理时间大于90 min时，鱼骨粉的粒径增大。微波时间对鱼骨粉粒径的影响机理可能与高强混凝土高温爆裂机理类似，即由于加热时间过长，鱼骨粉颗粒升温趋于一致，热应力被分散释放，有利于裂纹扩展的水分被蒸发导致鱼骨粉的易磨性降低[23]。

2.3 矿物元素分析

金枪鱼骨富含多种矿物元素，将普通鱼骨粉和微波鱼骨粉进行原子吸收光谱检测，结果见表2。经过微波处理后，金枪鱼骨粉中的钙、磷含量有所提高，钙元素从183.5 mg/g增加到192.3 mg/g，磷的含量从144.1 mg/g增加到149.8 mg/g，镁、锌和铜的含量也有所增加。由此推测，微波处理通过降低鱼骨粉的粒径促进其与生物酶之间的水解反应，进而减少蛋白质、骨胶原等杂质，提高矿物元素的相对含量。

表2 微波处理金枪鱼骨粉与普通金枪鱼骨粉矿物质成分对比
Table 2 Comparison of mineral components between microwave processed tuna bone fl our and common tuna bone fl our mg/g

     

注：ND.未检出。

矿物元素 普通鱼骨粉 微波鱼骨粉Ca 183.5 192.3 P 144.1 149.8 Mg 5.3 6.2 Zn 83.8h10-3 89.5h10-3 Cu 4.3h10-3 5.1h10-3 As ＜0.000 1 ND Cd ＜0.000 1 ＜0.000 1

2.4 响应面优化微波条件2.4.1 响应面试验设计

在单因素试验结果的基础上，选取样品质量、微波功率、微波时间为变量因素，采用Design-Expert 8.0.6软件中的Box-Behnken试验设计原理进行优化设计[24]。每个变量因子均设有3 个水平，每个水平间设置为等距。响应面试验设置为允许条件下最少的组合，即17 个试验；响应值即鱼骨粉粒径。试验因素水平设计及结果见表3。

第二，对危害国家安全、损害国家利益的行为，要依法打击。2014年11月11日，习近平总书记签署中华人民共和国主席令第十六号：《中华人民共和国反间谍法》已由中华人民共和国第十二届全国人民代表大会常务委员会第十一次会议于2014年11月1日通过，并已公布、施行。[注]《中华人民共和国反间谍法(2014年11月1日第十二届全国人民代表大会常务委员会第十一次会议通过)》，《人民日报》2014年11月13日，第8版。2016年，在某涉密科研单位工作的黄某，因偷卖90项国家绝密情报获利70万美元被判死刑，妻子唐某、姐夫谭某也因“过失泄露国家机密罪”被分别判处五年、三年有期徒刑。

表3 响应面试验设计与结果
Table 3 Box-Behnken design with experimental results for response surface analysis

     

试验号 A样品质量/g B微波功率/W C微波时间/min 粒径/μm 1 100 600 90 58.15 2 140 600 90 164.72 3 100 1 000 90 168.24 4 140 1 000 90 54.71 5 100 800 60 98.53 6 140 800 60 151.68 7 100 800 120 154.07 8 140 800 120 97.84 9 120 600 60 97.59 10 120 1 000 60 157.45 11 120 600 120 152.94 12 120 1 000 120 102.36 13 120 800 90 16.17 14 120 800 90 17.4 15 120 800 90 16.97 16 120 800 90 15.18 17 120 800 90 17.34

2.4.2 回归方程和显著性

利用Design-Expert 8.06软件对试验结果进行多元回归拟合，得到二次多项回归模型方程y=16.61-1.25A+1.17B+0.24C-55.03AB-27.35AC-27.61BC+46.39A2+48.45B2+62.52C2。对该模型进行方差分析，结果如表4所示，回归方程模型P值为0.000 1，表明该方程拟合度较好。失拟项P值为0.081 6，表明失拟项不显著，方程与实际拟合中非正常误差所占比例小，模型不失拟，选择合理。该模型的相关系数R2为0.999 7，表明鱼骨粉粒径的实验值与预测值间有很好的一致性。综上该模型拟合程度较好，误差较小，因此可用此模型对微波处理制备金枪鱼骨粉的工艺条件进行分析和预测。根据回归方程一次项系数绝对值的大小，可知影响金枪鱼骨粉粒径效果的主次因素为A（样品质量）＞B（微波功率）＞C（微波时间）[25]。模型的一次项A、B、C对结果影响均不显著（P＞0.05）；二次项A2、B2、C2对结果影响均极显著（P＜0.01）；交叉项AB、AC、BC对结果影响均极显著（P＜0.01）。

表4 回归方程参数方差分析
Table 4 Analysis of variance of quadratic polynomial regression equation

     

注：P＜0.05，影响显著；P＜0.01，影响极显著。

变异来源 平方和 自由度 均方 F值 P值模型 57 638.03 9 6 404.23 2 759.41 ＜0.000 1 A样品质量 12.6 1 12.6 5.43 0.052 6 B微波功率 10.95 1 10.95 4.72 0.066 4 C微波时间 0.48 1 0.48 0.21 0.663 AB 12 111 1 12 111 5 218.31 ＜0.000 1 AC 2 991 1 2 991 1 288.74 ＜0.000 1 BC 3 049.25 1 3 049.25 1 313.84 ＜0.000 1 A2 9 062.75 1 9 062.75 3 904.9 ＜0.000 1 B2 9 883.39 1 9 883.39 4 258.49 ＜0.000 1 C2 16 460 1 16 460 7 092.17 ＜0.000 1残差 16.25 7 2.32失拟项 12.72 3 4.24 4.81 0.081 6纯误差 3.53 4 0.88总差 57 654.27 16 R2 0.999 7

2.4.3 微波加热工艺优化响应面分析

为了进一步研究3 个因素之间的交互作用以及确定最优点，通过Design-Expert软件绘制响应面图。由图4可见，微波功率、样品质量和微波时间的交互作用对金枪鱼骨粉微波加热效果的影响均出现抛物面型关系，且所得到的响应面图都开口向上，即都存在一个极小值点，其中微波功率和样品质量、微波时间和样品质量、微波时间和微波功率的交互作用等高线均呈椭圆形，对结果影响显著（P＜0.05）。

图4a响应面坡度较陡，等高线成椭圆形，说明样品质量和微波功率均对金枪鱼骨粉粒径影响显著，两因素交互作用显著（P＜0.05）。固定微波时间为90 min，随着样品质量和微波功率的增加，鱼骨粉粒径呈现先减少后增大的趋势，样品质量轴向等高线更为密集，说明样品质量对鱼骨粉粒径的影响比较显著，响应面图开口向上，表明在实验所选范围内存在极小值，在微波功率800 W、样品质量120 g附近值时为最佳水平范围。由图4b可知，在微波时间60～120 min、样品质量100～140 g范围内，鱼骨粉粒径先减少后增大，在微波时间90 min、样品质量120 g附近值为对金枪鱼骨粉粒径有重要影响，且等高线呈椭圆形，说明两因素之间交互作用显著（P＜0.05）。如图4c所示，响应面坡度较陡，等高线成椭圆形，说明微波时间和微波功率均对金枪鱼骨粉粒径影响显著，两因素交互作用显著。固定样品质量为120 g，随着微波时间和微波功率的增加，鱼骨粉粒径呈现先减少后增大的趋势，微波功率轴向等高线更为密集，说明微波功率对鱼骨粉粒径的影响比较显著，结合表3，得出结论：金枪鱼骨粉粒径对微波功率的变化比时间的变化敏感，两因素具有一定的交互作用，且交互作用显著（P＜0.05）。响应面图开口向上，表明在实验所选范围内存在极小值，在微波功率800 W、时间90 min附近值为最佳水平。

机器人辅助的腹腔镜前列腺癌根治手术时，极端头低脚高体位会使中心静脉压(central venous pressure，CVP)升高3倍、肺动脉压和肺动脉嵌压升高2倍、平均动脉压升高35%，这些变化在术毕恢复平卧位后即刻恢复正常[27]。此时应限制输液，以避免低垂部位水肿。但是目前还缺少关于该体位下目标液体治疗的相关研究。

经过响应面优化，根据所建立的数学模型进行参数最优分析，得到预测最佳工艺条件为样品质量120.15 g、微波功率798.37 W、微波时间89.94 min，此时鱼骨粉粒径可达到16.602 μm。考虑到实际操作条件，将工艺条件修正为样品质量120 g、微波功率800 W、微波时间90 min，此条件下鱼骨粉粒径为16.627 μm，与预测值接近。

   
     

图4 样品质量、微波功率和微波时间的交互作用对金枪鱼骨粉粒径影响的响应面图和等高线图
Fig. 4 Response surface and contour plots showing the interactive effects of sample amount, microwave powder and irradiation time on the particle size of fi shbone fl our

2.5 粒径分析     

图5 微波金枪鱼骨粉和普通鱼骨粉的粒径分布图
Fig. 5 Particle size distribution of microwave processed and common fi shbone powder

鱼骨粉的粒径是决定其特性的关键因素，降低粒径可显著提高鱼骨粉的生物利用率[26-27]。如图5所示，直接干燥处理的粗鱼骨粉的平均粒径为285.169 μm，其粒度分布范围较广，分散性差，颗粒团聚严重，与SEM的观察结果一致，最佳微波条件处理后的鱼骨粉平均粒径为16.627 μm，分散性较好。微波加热降低了鱼骨粉的颗粒大小，且粒度分布范围变窄，更加均匀，体现了微波在材料领域辅助粉碎的作用。

2.6 SEM表征

从图6可以看出，微波处理后的鱼骨粉的表面结构与原鱼骨粉呈现明显不同。其中粗鱼骨粉（图6A）表面和整体形态比较完整，仅有部分表面发生破裂，经微波加热处理后鱼骨粉（图6B）整体形态不再保持完整性，成为疏松的海绵状结构，并且在鱼骨粉疏松的表面出现微孔。这与Boutinguiza等[28]报道的采用600 ℃高温预处理和干法球磨方法制备的纳米鱼骨粉的平均粒径和外观形貌相似。这说明在微波加热过程中，骨粉颗粒在热应力的作用下产生了缝隙，起到了促进粉碎效果。

2003—2005年，医院就实施了科室综合目标管理制，建立并夯实人才引进与培养机制，制定“精英人才引进”计划，健全学科带头人、后备学科带头人的选拔机制和培养模式。此后，中青年骨干走上科主任岗位，科室发展进入良性可持续发展轨道，医院学科发展步入了一个又一个“加速道”！

     

图6 普通鱼骨粉（A）和微波金枪鱼骨粉（B）的SEM图
Fig. 6 SEM micrographs of common (A) and microwave processed (B)fi shbone fl our

2.7 微波鱼骨钙粉的生物利用度

采用相同成分和含量、仅钙剂来源不同的人工合成饲料饲喂小鼠，喂养28 d，不同来源的钙剂对小鼠钙代谢的结果见表5。钙制剂在小肠和肾中的吸收机制包括主动和被动两种运输方式，钙元素在进入小肠中一部分被吸收利用[29]。因此，钙吸收率、钙储留率能反映钙在小鼠体内表观的情况。由表5可看出，低钙对照A组的钙吸收率、储留率均显著高于其他组（P＜0.05），但实际吸收量较其他组低，说明吸收率与小鼠所需要的钙量有关，由于缺钙小鼠对钙的吸收效果增加，这与张文静等[30]的研究结果一致。喂养普通金枪鱼骨粉的B组和微波鱼骨粉的C组在吸收率、储留率上显著高于喂养碳酸钙的D组（P＜0.05），这表明鱼骨粉中的有机钙比以碳酸钙为代表的无机钙吸收率高，同时微波鱼骨粉C组中的钙吸收率和钙储留率又显著高于普通鱼骨粉B组（P＜0.05），这表明微波金枪鱼骨钙粉生物效价高于碳酸钙和普通鱼骨粉。

表5 小鼠钙代谢测定结果
Table 5 Calcium metabolism profiles of mice after consuming fi shbone fl ours

     

注：A组为低钙对照组，B组为普通鱼骨粉，C组为微波鱼骨粉，D组为碳酸钙对照组。同列肩标字母不同表示差异显著（P＜0.05）。下同。

储留率/%A 18.58f0.93b 3.85f0.19d 0.63f0.03d 80.34f4.02a 77.12f3.86a B 87.39f4.37a 41.18f2.06b 1.29f0.06b 52.88f2.64c 51.40f2.57c C 92.91f4.65a 37.52f1.88b 1.21f0.06b 59.62f2.98b 58.31f2.92b D 95.23f4.76a 60.22f3.01a 2.26f0.11a 38.69f1.93d 36.39f1.82d组别 钙摄入量/（mg/d）粪钙/（mg/d）尿钙/（mg/d）钙钙吸收率/%

钙离子经小肠吸收后，主要在骨组织中形成羟基磷灰石晶体，构成骨骼的基本结构[31]。骨骼生长的重要指标是股骨的长势，可通过股重、股长、股钙等看出。由表6可看出，喂养微波鱼骨粉的C组无论是左侧股骨长度、质量、钙含量或者股骨指数和强度上其平均值均高于喂养普通鱼骨粉的B组和喂养碳酸钙的D组，以及低钙对照组A组的股骨数据。通过显著性分析，摄入鱼骨粉的小鼠其钙含量高于碳酸钙D组和低钙对照A组（P＜0.05），表明鱼骨粉中的钙具有良好的沉积作用，有利于骨密度的增加，缺钙可导致小鼠骨钙化不良，3 种钙源都可以预防这些缺陷。喂食微波鱼骨粉C组的小鼠的钙含量和股骨强度的平均值高于普通鱼骨粉B组，但统计学差异并不显著（P＞0.05），可能由于在钙缺乏时身体的生长受到限制；而在充足钙源下这一限制被消除，所以在实验组中骨钙增长的差异不大[32]。

表6 小鼠摄入不同钙制剂对股骨的影响
Table 6 Effects of different calcium preparations on femur parameters in mice

     

组别股骨强度/N A 16.25f1.16a 348.82f16.43b 21.47f0.71a 127.29f3.16c 13.38f0.67c B 16.32f1.09a 355.76f17.82a 21.80f1.11a 135.76f3.74a 14.25f0.71a C 16.38f1.12a 364.29f18.20a 22.24f1.32a 136.51f3.33a 14.78f0.74a D 16.30f1.20a 352.26f17.61a 21.61f0.62a 132.57f3.61b 13.99f0.70b左侧股骨长度/mm 质量/mg 股骨指数/（mg/mm）钙含量/（mg/g）

3 结 论

金枪鱼骨作为金枪鱼生鱼片和鱼罐头加工业的主要副产物之一，通常与内脏等其他下脚料一起被废弃。本研究利用微波辅助法优化样品质量、微波功率和时间等鱼骨粉制备条件，通过单因素和响应面试验得到的最优条件下鱼骨粉的平均粒度为16.627 μm。经表征观察到经微波处理后鱼骨粉的表面形成的微孔和疏松结构。实验表明，摄食微波鱼骨粉组小鼠钙吸收率和钙储留率高于其他组，生物利用率优于相同钙含量的普通鱼骨粉以及碳酸钙。综上所述，金枪鱼骨是一种优良的天然钙源，通过微波技术制备的鱼骨钙粉可作为良好的膳食钙补充剂添加到食品中，本研究可为鱼骨类废弃物的综合利用提供理论依据和参考。

参考文献：

[1] 徐坤华, 赵巧灵, 廖明涛, 等. 金枪鱼质构特性与感官评价相关性研究[J]. 中国食品学报, 2014, 14(12): 190-197. DOI:10.16429/j.1009-7848.2014.12.031.

[2] 邹盈, 李彦坡, 戴志远, 等. 三种金枪鱼营养成分分析与评价[J].农产品加工, 2018, 5(10): 43-47. DOI:10.16693/j.cnki.1671-9646(X).2018.05.043.

[3] LANGLEY A, WRIGHT A, HURRY G, et al. Slow steps towards management of the world’s largest tuna fishery[J]. Marine Policy,2009, 33(2): 271-279. DOI:10.1016/j.marpol.2008.07.009.

[4] KLOMKLAO S, BENJAKUL S, VISESSANGUAN W, et al.Purification and characterization of trypsins from the spleen of skipjack tuna (Katsuwonus pelamis)[J]. Food Chemistry, 2007, 100:1580-1589. DOI:10.1111/jfbc.12204.

[5] 张怡君. 鱼骨钙的提取利用研究进展[J]. 农民致富之友, 2016(4):290. DOI:10.3969/j.issn.1003-1650.2016.04.277.

[6] 石红, 郝淑贤, 邓国艳, 等. 利用鱼类加工废弃鱼骨制备鱼骨粉的研究[J]. 食品科学, 2008, 29(9): 295-298.

[7] 仪淑敏, 李欢, 陈思, 等. 鱼骨粉对金线鱼糜凝胶特性的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(9): 1-7. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201709001.

[8] 邓尚贵, 夏杏洲, 杨萍, 等. 青鳞鱼骨粉的食用营养价值及应用研究[J]. 农业工程学报, 2001(6): 102-106. DOI:10.3321/j.issn:1002-6819.2001.06.025.

[9] 毛毛, 衣美艳, 郭红. 真鳕鱼骨胶原肽及鱼骨钙联产工艺的优化设计[J]. 食品科技, 2017, 42(10): 138-141.

[10] 邵明栓, 陶敏, 向蔚, 等. 斑点叉尾鮰鱼骨脱脂及其制备CMC活性钙的工艺优化[J]. 食品科学, 2010, 31(20): 111-115.

[11] 张凯, 侯虎, 彭喆, 等. 鳕鱼骨明胶多肽螯合钙制备工艺及其在体外模拟消化液中的稳定性[J]. 食品科学, 2016, 37(24): 1-7.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201624001.

[12] 郭耀华. 酶解-发酵鲶鱼副产物制备多肽螯合钙工艺优化及螯合机理研究[D]. 天津: 天津农学院, 2016: 8-15.

[13] 谭文溢, 聂乾忠, 管维. 响应面法优化草鱼鱼鳞柠檬酸-苹果酸钙提取工艺[J]. 河南工业大学学报(自然科学版), 2015, 36(3): 51-55.DOI:10.16433/j.cnki.issn1673-2383.2015.03.009.

[14] ZHANG W, ZHANG J L, JIANG Q X, et al. Physicochemical and structural characteristics of chitosan nanopowders prepared by ultrafine milling[J]. Carbohydrate Polymers, 2012, 87: 309-313. DOI:10.1016/j.carbpol.2011.07.057.

[15] JEONG M S, CHO H S, PARK S J, et al. Physico-chemical characterization-based safety evaluation of nanocalcium[J]. Food and Chemical Toxicology, 2013, 62: 308-317. DOI:10.1016/j.fct.2013.08.024.

[16] 范露, 陈加平, 熊善柏, 等. 球磨处理对鲢鱼骨粉理化特性的影响[J].食品科学, 2008, 29(9): 70-73.

[17] 李少博, 李洪军, 贺稚非. 纳米级兔骨粉球磨法制备工艺优化[J].农业工程学报, 2017, 33(14): 300-306. DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.040.

[18] 张瑜, 郝文辉, 高金辉. 微波技术及应用[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2006.

[19] 刘扬帆. 微波干燥热解制备米ZrO2粉体及其性能研究[D]. 郑州:郑州航空工业管理学院, 2017.

[20] 王晓双, 陶艳丽, 高路. 微波干燥法制备紫甘薯全粉关键技术的研究[J]. 粮食与油脂, 2017, 30(9): 74-77. DOI:10.3969/j.issn.1008-9578.2017.09.021.

[21] 吴缇, 陈舜胜. 斑点叉尾鮰鱼骨胶原蛋白的提取与特性研究[J].食品工业科技, 2009, 30(3): 263-266. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2009.03.071.

[22] 张黎骅, 刘波, 刘涛涛, 等. 银杏果微波间歇干燥工艺的优化[J].食品科学, 2014, 35(2): 108-114. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201402020.

[23] 谢伟锋, 李丽娟, 陈智泽, 等. 高强混凝土高温下爆裂机理探讨[J].新型建筑材料, 2007, 34(1): 70-72. DOI:10.3969/j.issn.1001-702X.2007.01.023.

[24] 崔益玮, 俞喜娜, 李诗言, 等. 虾头中磷脂提取与组学分析[J].食品科学, 2018, 39(20): 218-225. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201820032.

[25] JIA J, YANG X, WU Z. Optimization of fermentation medium for extracellular lipase production from Aspergillus niger using response surface methodology[J]. BioMed Research International, 2015, 2015:1-8. DOI:10.1155/2015/497462.

[26] WU G, ZHANG M, WANGA Y, et al. Production of silver carp bone powder using superfine grinding technology: suitable production parameters and its properties[J]. Joural of Food Engineering, 2012,109: 730-735. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2011.11.013.

[27] 谢雯雯, 尹涛, 张晋, 等. 鱼骨粉粒径对鱼骨粉一鱼蛋白酶解物混合物中钙生物利用率的影响[J]. 食品科学, 2014, 35(7): 211-216.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201407042.

[28] BOUTINGUIZA M, POU J, COMESAFIA R, et al. Biological hydroxyapatite obtained from fish bones[J]. Materials Science &Engineering: C (Materials for Biological Applications), 2012, 32(3):478-486. DOI:10.1016/j.msec.2011.11.021.

[29] 黄金明, 王根林, 杭苏琴. 钙的吸收和转运机制及其影响因素[J]. 动物医学进展, 2001, 22(4): 8-11. DOI:10.3969/j.issn.1007-5038.2001.04.003.

[30] 张文静, 刘云飞, 陈舜胜. 由虾壳制备的蛋白水解物-柠檬酸钙的复合钙粉的生物利用率研究[J]. 食品工业科技, 2016, 37(10): 360-363.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.066.

[31] 陈卫兵, 郑爱萍, 石娟, 等. 钙制剂的认识及其合理利用[J].现代中西医结合杂志, 2001, 10(8): 767-768. DOI:10.3969/j.issn.1008-8849.2001.08.076.

[32] CHEN D, MU X, HUANG H, et al. Isolation of a calcium-binding peptide from tilapia scale protein hydrolysate and its calcium bioavailability in rats[J]. Journal of Functional Foods, 2014, 6:575-584. DOI:10.1016/j.jff.2013.12.001.

Microwave-Assisted Preparation and Calcium Bioavailability Evaluation of Fishbone Flour of Tuna (Thunnus albacares)

YANG Lihong1, WANG Honghai2, ZHOU Xiaomin3, MA Yongjun3, WANG Jie1, SHEN Qing1,2,*
(1. Institute of Seafood, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310012, China;2. The Joint Key Laboratory of Aquatic Products Processing Technology of Zhejiang Province, Hangzhou 310012, China;3. Zhejiang Xingye Group Co. Ltd., Zhoushan 316101, China)

Abstract: In this experiment, the microwave-assisted preparation of calcium powder from a byproduct of tuna processing,fishbone was optimized by Box-Behnken design combined with response surface methodology (RSM). The optimum parameters were determined as follows: sample amount 120 g, microwave power 800 W, and irradiation time 90 min. After removal of impurities by means of enzymatic hydrolysis, the calcium and phosphorus contents of the as-prepared fi shbone calcium powder reached 192.3 and 149.8 mg/g, respectively. Scanning electron microscopic (SEM) characterization and laser particle size analysis revealed that the fi shbone fl our exhibited a loose structure with micropores and cracks appearing on the surface, and the average particle size was 16.627 μm, which was close to the RSM predicted value. The bioavailability evaluation in mice showed that the calcium absorption rate and calcium retention rate of the fi shbone fl our were respectively 59.62% and 58.31%, which were both significantly higher than those of common fishbone flour and calcium carbonate and low-calcium control (P ＜ 0.05). Compared with other calcium preparations, the fi shbone meal prepared in this study possessed higher absorption efficiency in vivo and was more conducive to promoting bone growth in mice.

Keywords: tuna; fi shbone calcium; microwave-assisted method; response surface methodology; biological activity

收稿日期：2019-03-11

基金项目：浙江省重点研发计划项目（2017C03041）；浙江省基础公益技术研究计划项目（LGN18C200001）；国家自然科学基金青年科学基金项目（31601542）

第一作者简介：阳丽红（1995ü）（ORCID: 0000-0001-5686-4770），女，硕士研究生，研究方向为水产品加工与贮藏。E-mail: 1538693942@qq.com

*通信作者简介：沈清（1986ü）（ORCID: 0000-0002-9418-0182），男，研究员，博士，研究方向为水产品加工与安全。E-mail: leonqshen@163.com

DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190311-139

中图分类号：S986.1

文献标志码：A

文章编号：1002-6630（2020）04-0235-08

引文格式：阳丽红, 王宏海, 周小敏, 等. 微波辅助制备金枪鱼骨钙粉及其生物活性[J]. 食品科学, 2020, 41(4): 235-242.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190311-139. http://www.spkx.net.cn

YANG Lihong, WANG Honghai, ZHOU Xiaomin, et al. Microwave-assisted preparation and calcium bioavailability evaluation of fi shbone fl our of tuna (Thunnus albacares)[J]. Food Science, 2020, 41(4): 235-242. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190311-139. http://www.spkx.net.cn