李少博，李洪軍※,2，賀稚非,2

（1. 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716；2. 重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶 400716）

納米級兔骨粉球磨法制備工藝優(yōu)化

李少博1，李洪軍※1,2，賀稚非1,2

（1. 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716；2. 重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶 400716）

為了探索兔骨精深加工的新方法，提高兔骨的利用率和附加值，該文以70日齡伊拉兔的脊骨、肋骨和腿骨為試驗原料（其中脊骨和肋骨的總質(zhì)量與腿骨的質(zhì)量比為 4∶1），經(jīng)高壓蒸煮、蛋白酶酶解、膠體磨研磨、真空冷凍干燥、標(biāo)準(zhǔn)篩過篩、球磨機(jī)球磨等處理，采用動態(tài)光散射的方法對兔骨粉的平均粒徑和分布系數(shù)（PDI，particle dispersion index）進(jìn)行測量，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，用響應(yīng)面法優(yōu)化球磨法制備納米級兔骨粉的工藝參數(shù)，并建立二次回歸方程。最終得到球磨法的最佳制備工藝為：球磨轉(zhuǎn)速558 r/min，球磨時間4.7 h，球料比為3.66∶1，在此條件下進(jìn)行3次驗證試驗，得出兔骨粉的平均粒徑為（502.5±11.7）nm，PDI為0.497±0.021，與預(yù)測值的相對誤差均低于5%，表明回歸模型有效。研究結(jié)果對兔骨和其他畜禽骨的精深加工具有一定的參考價值。

粒徑；優(yōu)化；模型；納米級兔骨粉

0 引 言

兔肉作為一種綠色健康肉類，其營養(yǎng)價值可以概括為“四高”（高蛋白、高卵磷脂、高賴氨酸、高消化率）和“四低”（低脂肪、低膽固醇、低尿酸、低熱量）[1-4]；同時，兔肉也被視為功能性肉制品而風(fēng)靡全球，成為當(dāng)代追求營養(yǎng)與健康肉制品消費者的首選[5]。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）2016年的統(tǒng)計資料顯示[6]，2013年世界兔肉的總產(chǎn)量為173.9萬t，而中國繼續(xù)以72.4萬t的兔肉總產(chǎn)量穩(wěn)居世界前列。

伴隨兔肉產(chǎn)量的增加，兔骨等兔肉加工副產(chǎn)品也隨之增多，和其他畜禽骨一樣，兔骨具有豐富的營養(yǎng)價值，而畜禽骨骼在國內(nèi)外主要被用作飼料生產(chǎn)[7-9]，只有一小部分被用來精深加工，如制成骨粉[10]、骨泥[11]等全骨產(chǎn)品和一些骨蛋白[12-13]、骨素[14-15]、骨鈣[16-17]、骨膠[18-19]、骨油[20]、骨香精[21-22]等骨類提取物。總體來講，由于畜禽骨的骨骼強(qiáng)度較硬、加工成本較大以及不易收集等原因，致使其深加工利用率低，造成了極大地資源浪費。

一般來講，物質(zhì)的粒徑越小，其孔隙率和比表面積就越大，表面吸附力、溶解性和分散性等性質(zhì)就越好[23-24]。另外，如果將顆粒的粒度降低到納米尺度，其很可能會產(chǎn)生某些不同于常規(guī)顆粒的特性，即呈現(xiàn)出粒度效應(yīng)，例如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和催化效應(yīng)等[25-27]。納米顆粒的制備方法有化學(xué)方法和物理方法兩種，其中物理方法中的物理粉碎法由于其生產(chǎn)量大、操作簡便等優(yōu)點在生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。物理粉碎法又可以分為濕法和干法兩大類，Yin等[28]運用濕法球磨法得到了納米魚骨顆粒，并應(yīng)用到魚糜凝膠中；而干法球磨法在畜骨中的應(yīng)用主要集中在超微骨粉的制備，如范露等[29]利用干法球磨法制得了平均粒徑為9.33μm的魚骨粉，姚曉云[30]運用行星式球磨機(jī)制得了平均粒徑為22μm的鹿茸微粉，但關(guān)于干法球磨法制得納米骨粉的報道還較少，鑒于此，本研究利用響應(yīng)面法優(yōu)化納米級兔骨粉的干法球磨制備工藝，以期為兔骨精深加工的后續(xù)研究打下基礎(chǔ)，也為畜禽骨的二次利用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

伊拉兔骨，購自重慶市高校草食動物工程研究中心種兔場；菠蘿蛋白酶30萬U/g，南寧東恒華道生物科技有限責(zé)任公司；六偏磷酸鈉試劑為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

C21-2101電磁爐，廣東美的精品電器制造有限公司；FD50A自動高壓蒸汽滅菌器，（廈門）有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；MJ-25BM03A攪拌機(jī)，廣東美的精品電器制造有限公司；SCIENTZ-12N冷凍干燥機(jī)，寧波心芝生物科技股份有限公司；XQM-0.4立式行星球磨機(jī)，長沙天創(chuàng)粉末技術(shù)有限公司；SB5200DTD超聲波清洗儀，寧波新芝生物科技股份有限公司；JM-L50膠體磨，鄭州玉祥食品機(jī)械有限公司；激光粒徑分布儀Mastersizer 2000，Zetasizer Nano –ZS90納米粒度及 Zeta電位分析儀，馬爾文儀器（中國）上海思百吉儀器系統(tǒng)有限公司。200、300目標(biāo)準(zhǔn)檢驗篩，浙江上虞市華豐五金儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 納米兔骨粉的制備工藝流程和操作要點

工藝流程：兔骨切塊→熱燙去腥→高壓蒸煮→剔除筋肉→酶解→滅活→絞肉機(jī)粗破碎→膠體磨研磨→真空冷凍干燥（真空度：(20±5) Pa，溫度：(-35±4)℃，時間：24 h）→過200目標(biāo)準(zhǔn)篩→球磨機(jī)球磨→成品

操作要點：兔骨切塊，以70日齡伊拉兔的脊骨、肋骨和腿骨為試驗原料（其中脊骨和肋骨的總質(zhì)量與腿骨的質(zhì)量比為 4∶1：在試驗的過程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過高壓蒸煮加工工藝處理后，肋骨和脊骨一觸就碎，并且無明顯的顆粒感，而腿骨較前兩者具有一定的顆粒感，并且后續(xù)的工藝證明，腿骨的添加量會影響最終納米顆粒平均粒徑的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)波動較大，當(dāng)把它們的質(zhì)量比控制在4∶1時，數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，因此選取肋骨和脊骨總質(zhì)量與腿骨的質(zhì)量比為4∶1。），把兔骨均勻切成2 cm×2 cm左右的塊狀。

熱燙去腥：將切好的兔骨放入100 ℃水中熱燙2 min，以除去血腥味。

高溫高壓蒸煮：根據(jù)單因素試驗，確定合適的蒸煮溫度、蒸煮時間、料液比。

酶解：由于畜禽骨主要是由膠原蛋白和羥基磷灰石組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[31]，用菠蘿蛋白酶對兔骨進(jìn)行酶解，以部分降解骨骼中的膠原蛋白，從而破壞兔骨的整體結(jié)構(gòu)，降低其加工強(qiáng)度，為后續(xù)試驗打下基礎(chǔ)；酶解工藝條件參考張小麗[32]的方法并做少許改變，酶解條件為：酶用量5 000 U/g，底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，酶解溫度60 ℃，酶解時間4 h。

膠體磨研磨：研磨工藝按照蔡蕊[9]的方法并做少許變動，將膠體磨的動靜磨片間距調(diào)至最小，調(diào)節(jié)兔骨泥與水的比例為1∶1.5，然后過膠體磨15 min。

球磨機(jī)球磨：每個球罐中磨球的總質(zhì)量為（60.00±1.02）g，其中大球（直徑為1.2 cm）占總質(zhì)量的20%；中球（直徑為0.8～1.0 cm）占總質(zhì)量的50%；小球（直徑為0.5 cm）占總質(zhì)量的30%。根據(jù)單因素試驗，確定相應(yīng)的球磨時間、轉(zhuǎn)速和球料比（磨球與物料的質(zhì)量比），然后進(jìn)行響應(yīng)面分析，確定最佳的球磨工藝。

1.3.2 兔骨高溫高壓蒸煮條件的確定

在蒸煮溫度120 ℃，蒸煮時間2h的條件下討論料液比（質(zhì)量比）：1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3 對兔骨粉200、300目標(biāo)準(zhǔn)篩過篩率的影響；在蒸煮溫度120 ℃，料液比1∶1.5條件下討論蒸煮時間：0.5、1、1.5、2、2.5 h對兔骨粉200、300目標(biāo)準(zhǔn)篩過篩率的影響；在蒸煮時間2 h，料液比1∶1.5的條件下討論蒸煮溫度：105、110、115、120、125 ℃對兔骨粉200、300目標(biāo)準(zhǔn)篩過篩率的影響。根據(jù)單因素試驗，確定合適的兔骨高溫高壓蒸煮條件。

1.3.3 兔骨粉球磨前理化性質(zhì)的測定

將真空冷凍干燥后的兔骨粉過 200目標(biāo)準(zhǔn)篩，對通過標(biāo)準(zhǔn)篩的兔骨粉（即球磨前兔骨粉）的含水率、粒度進(jìn)行測定，從而了解兔骨粉球磨前的相關(guān)性質(zhì)。

1.3.4 納米兔骨粉的球磨制備條件優(yōu)化

單因素試驗：在球磨轉(zhuǎn)速500 r/min，時間4 h條件下討論球料比(質(zhì)量比)：1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1對兔骨粉平均粒徑和分布系數(shù)（PDI, polydispersity index）的影響；在球磨轉(zhuǎn)速500 r/min，球料比4:1的條件下討論時間：2、3、4、5、6 h對兔骨粉平均粒徑和PDI的影響；在球磨時間4 h，球料比4∶1的條件下討論轉(zhuǎn)速300、400、500、600、700 r/min對兔骨粉平均粒徑和PDI的影響。

響應(yīng)面試驗設(shè)計：在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)之上，以平均粒徑和 PDI為指標(biāo)，采用三因素三水平的Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計方法，對球磨轉(zhuǎn)速、球磨時間、球料比這3個因素進(jìn)行優(yōu)化試驗。

表1 響應(yīng)面因素與水平Table 1 Factors and levels of RSM

1.3.5 指標(biāo)測定方法

過篩率的測定：取5 g處理后的樣品，過標(biāo)準(zhǔn)篩，重復(fù)測定3次，取平均值，過篩率的計算按照公式（1）：

式中R為過篩率，%；M1為穿透過標(biāo)準(zhǔn)篩樣品的質(zhì)量，g；M2為樣品的總質(zhì)量，g，本文取5 g。

水分的測定：參照GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》。

粒度的測定：球磨前兔骨粉的粒度采用激光粒度分布儀測定，兔骨粉的平均粒徑采用中位粒徑（D50）表示。

平均粒徑和PDI的測定：具體參照尹濤[33]的方法并稍做變動，加去離子水調(diào)整納米兔骨懸浮液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%后，采用動態(tài)光散射的方法，用Nano ZS90激光粒度分布儀測定納米級兔骨粉的平均粒徑和PDI（particle dispersion index）。測試粒度前，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的六偏磷酸鈉，然后用超聲波振蕩器在100 W功率下處理15 min以分散聚集的顆粒。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理方法

運用 SPSS22.0、Excel-2010軟件對單因素試驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析；運用Mastersizer 2000軟件對球磨前兔骨粉的粒度進(jìn)行分析；利用Design-Expert 8.0軟件對響應(yīng)面的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差和線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 兔骨高溫高壓蒸煮工藝條件的單因素試驗結(jié)果

2.1.1 料液比對兔骨粉過篩率的影響

由圖1a可得，兔骨粉200、300目標(biāo)準(zhǔn)篩的過篩率隨著料液比的增加逐漸增大，料液比對過篩率的影響顯著（P<0.05），這與蔡蕊[9]等認(rèn)為料液比對雞骨的硬度沒有顯著影響的試驗結(jié)果存在差異，可能是由于不同的評價指標(biāo)所引起的。如圖所示，在料液比為1∶3時，過篩率達(dá)到最大值，200目的過篩率達(dá)到89.87%，300目過篩率達(dá)到69.38%，但由于料液比越大，其所需要的升溫時間就越長，能耗也越多。綜合考慮，選取1∶1.5作為兔骨高溫高壓蒸煮的較適料液比。

圖1 不同蒸煮條件對過篩率的影響Fig.1 Effect of different cooking conditions on sieving rate

2.1.2 蒸煮時間對兔骨粉過篩率的影響

由圖1b可得，兔骨粉200、300目標(biāo)準(zhǔn)篩的過篩率隨著蒸煮時間的增加逐漸增大，蒸煮時間對過篩率的影響顯著（P<0.05）。在蒸煮時間為2.5 h時，過篩率達(dá)到最大值，200目的過篩率達(dá)到 86.15%，300目過篩率達(dá)到67.13%，但考慮到時間成本，選取2 h作為兔骨高溫高壓蒸煮的較適時間。

2.1.3 蒸煮溫度對兔骨粉過篩率的影響

由圖1c可得，兔骨粉200、300目標(biāo)準(zhǔn)篩的過篩率隨著蒸煮溫度的升高逐漸增大，蒸煮溫度對過篩率的影響顯著（P<0.05）。在蒸煮溫度為125 ℃時，過篩率達(dá)到最大值，200目的過篩率達(dá)到 88.70%，300目過篩率達(dá)到67.16%，考慮到加工成本，選取120 ℃作為兔骨高溫高壓蒸煮的較適溫度。

2.2 兔骨粉球磨前的理化性質(zhì)

由圖 2可知，球磨前兔骨粉的含水率為 3.07%±0.05%，平均粒徑為（65.92±1.71）μm，粒度分布如下圖所示，可以看出球磨前兔骨粉的粒徑分布比較廣泛。

圖2 兔骨粉球磨前的粒度分布Fig.2 Size distribution of rabbit bone before milling

2.3 納米級兔骨粉球磨制備工藝的單因素試驗結(jié)果

2.3.1 球料比對兔骨粉平均粒徑和PDI的影響

由圖3a可知，在球料比為1∶1～4∶1時，兔骨粉的平均粒徑隨著球料比的增加而顯著減?。≒<0.05），這是因為過多的兔骨粉料產(chǎn)生了過大的阻力，阻礙了球磨的機(jī)械運動，從而造成了不必要的能量損失。當(dāng)球料比大于4∶1時，隨著球料比的增加，兔骨粉的平均粒徑呈現(xiàn)上升趨勢，但基本趨于穩(wěn)定。在球料比為1∶1～3∶1時，PDI隨著球料比的增加而顯著減?。≒<0.05），表明在此范圍，隨著球料比的增加，骨粉的粒徑分布更趨于均勻和集中；當(dāng)球料比大于3∶1時，PDI變化不顯著（P>0.05）。由于平均粒徑和PDI的這種變化在球料比大于4∶1時趨于穩(wěn)定，因此，綜合以上兩個指標(biāo)和加工成本，選取納米級兔骨粉球磨的最佳球料比為4∶1，選擇3∶1、4∶1、5∶1 3個水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗。

2.3.2 球磨時間對兔骨粉平均粒徑和PDI的影響

由圖3b可知，兔骨粉的平均粒徑和PDI都隨著球磨時間的增加而顯著減小（P<0.05），這與范露等[29]的研究結(jié)果相似，這是因為隨著球磨時間的增加，球磨對骨粉的累積破壞程度逐漸增大，當(dāng)時間大于4 h后，這種減小趨勢逐漸趨于平緩。綜合以上兩個指標(biāo)和時間成本，選取納米級兔骨粉球磨的最佳時間為4 h，選擇3、4、5 h 3個水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗。

2.3.3 球磨轉(zhuǎn)速對兔骨粉平均粒徑和PDI的影響

由圖3c可知，兔骨粉的平均粒徑和PDI都隨著球磨轉(zhuǎn)速的增加而顯著減?。≒<0.05），這與尹濤[33]的研究結(jié)果相似，這是因為隨著球磨轉(zhuǎn)速的增加，球罐中的磨球在單位時間內(nèi)與兔骨粉的接觸頻率越大，對其的物理作用力也越大，因此對其的破壞程度也就越大。當(dāng)轉(zhuǎn)速大于500 r/min后，這種減小趨勢逐漸趨于平緩。綜合以上兩個指標(biāo)和加工產(chǎn)生的能耗，選取納米級兔骨粉球磨的最佳轉(zhuǎn)速為500 r/min，選擇400、500、600 r/min 3個水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗。

圖3 不同球磨條件對平均粒徑和PDI的影響Fig.3 Effect of different milling conditions on average particle size and polydispersity index (PDI)

2.4 納米級兔骨粉球磨制備工藝的響應(yīng)面優(yōu)化試驗

以平均粒徑為響應(yīng)值的響應(yīng)面分析結(jié)果：將表 2中平均粒徑的數(shù)據(jù)運用 Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到的二次回歸方程

式中Y1為兔骨粉的平均粒徑（nm），A為球磨時間（h），B為球磨轉(zhuǎn)速（r/min），C為球料比。

從表3可以看出，模型的P<0.000 1，極顯著；失擬項P>0.05，不顯著，說明其他因素對試驗結(jié)果的干擾很小?；貧w決定模型系數(shù)R2=0.985 3，表明平均粒徑的實際值與預(yù)測值之間有較好的擬合相關(guān)性，能夠很好的反映出納米級兔骨粉的平均粒徑與球磨時間、轉(zhuǎn)速和球料比的關(guān)系，信噪比為 24.009>4，表明該回歸方程的可信度很高，變異系數(shù)為 2.25%<15%，表明試驗重現(xiàn)性好，可靠性較高。綜上表明，以平均粒徑為響應(yīng)值所建立的納米級兔骨粉球磨制備優(yōu)化工藝的模型是合理的，該模型適合對納米級兔骨粉的球磨制備工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和對平均粒徑結(jié)果進(jìn)行預(yù)測。

表2 響應(yīng)面分析方案與試驗結(jié)果Table 2 Program and experimental data of RSM

表3 平均粒徑回歸模型方差分析Table 3 Variance analysis of regression model on average particle size

從表 3中回歸方程各項系數(shù)的顯著性檢驗可得，該模型的一次項A和B極顯著（P<0.01），C顯著（P<0.05）；交互作用項AB極顯著（P<0.01）；平方項A2、B2、C2均極顯著（P<0.01）。說明球磨時間、轉(zhuǎn)速、球料比對納米級兔骨粉的平均粒徑都有一定的影響，就影響程度而言，轉(zhuǎn)速>時間>球料比。此外，球磨時間和轉(zhuǎn)速有極顯著的交互作用，而球磨時間和球料比、球磨轉(zhuǎn)速和球料比交互性不顯著。

響應(yīng)面二維等高線圖和 3D圖可以較為直觀的分析出響應(yīng)值隨著不同因素的改變而發(fā)生的變化情況。3D圖中的曲面越陡峭，表明該因素對響應(yīng)值的影響也就越大。等高線圖越近似橢圓形，表明這兩個因素對響應(yīng)值的交互作用就越強(qiáng)，若近似圓形，表明這兩個因素間的交互作用就越弱。由上述的方差分析結(jié)果可知，時間和球料比、轉(zhuǎn)速和球料比交互作用不顯著，故只選時間和轉(zhuǎn)速的交互作用進(jìn)行分析。

由圖4a可知，響應(yīng)面的坡度較陡，表明納米級兔骨粉的平均粒徑受球磨時間和轉(zhuǎn)速的影響較大；而且平均粒徑隨著球磨時間和轉(zhuǎn)速的增加呈現(xiàn)減小的趨勢。從等高線密度可以看出，轉(zhuǎn)速軸向等高線密度相對較大，表示轉(zhuǎn)速對平均粒徑的影響比時間的影響大，與表3分析一致。

圖4 不同因素之間交互影響響應(yīng)值的響應(yīng)面Fig.4 Response surface of interactive effects on response value of different factors

以PDI為響應(yīng)值的響應(yīng)面分析結(jié)果：將表2中PDI的數(shù)據(jù)運用Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到二次回歸方程

式中Y2為兔骨粉的PDI。

從表4可以看出，模型的P<0.000 1，極顯著；失擬項P>0.05，不顯著，說明其他因素對試驗結(jié)果的干擾很小?；貧w模型決定系數(shù)R2=0.974 7，表明PDI的實際值與預(yù)測值之間有較好的擬合相關(guān)性，能夠很好的反映出納米級兔骨粉的 PDI與球磨時間、轉(zhuǎn)速和球料比的關(guān)系，信噪比為 19.758>4，表明該回歸方程的可信度很高，變異系數(shù)為1.32%<15%，表明試驗重現(xiàn)性好，可靠性較高。綜上表明，以PDI為響應(yīng)值所建立的納米級兔骨粉球磨制備優(yōu)化工藝的模型是合理的，該模型適合對納米級兔骨粉的球磨制備工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和對PDI結(jié)果進(jìn)行預(yù)測。

從表 4中回歸方程各項系數(shù)的顯著性檢驗可得，該模型的一次項A和B極顯著（P<0.01），C不顯著（P>0.05）；交互作用項AB顯著（P<0.05）；平方項B2極顯著（P<0.01）。說明球磨時間、轉(zhuǎn)速、球料比對納米級兔骨粉的PDI都有一定的影響，就影響程度而言，轉(zhuǎn)速>時間>球料比。此外球磨時間和轉(zhuǎn)速有顯著的交互作用，而球磨時間和球料比、球磨轉(zhuǎn)速和球料比交互作用不顯著。

表4 PDI回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model on PDI

由上述的方差分析結(jié)果可知，時間和球料比、轉(zhuǎn)速和球料比交互作用不顯著，故只選時間和轉(zhuǎn)速的交互作用進(jìn)行分析。

由圖4b可知，響應(yīng)面的坡度相對較陡，表明納米級兔骨粉的 PDI受球磨時間和轉(zhuǎn)速的影響相對較大；而且PDI隨著球磨時間和轉(zhuǎn)速的增加呈現(xiàn)減小的趨勢。從等高線密度可以看出，轉(zhuǎn)速軸向等高線密度相對較大，表示轉(zhuǎn)速對PDI的影響比時間的影響大，與表4分析一致。

2.5 優(yōu)化試驗

由于本試驗的主要目的就是減小納米級兔骨粉的平均粒徑，PDI值只是一個參考因素，所以對上述兩個指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，并分別賦予它們一定的重要度，其中平均粒徑重要度為3，PDI為1。經(jīng)過Design-Expert 8.0軟件統(tǒng)計分析，得出納米級兔骨粉的最優(yōu)球磨工藝為球磨時間4.71 h，轉(zhuǎn)速558.12 r/min，球料比3.66∶1，平均粒徑的預(yù)測值為484.7 nm，PDI的預(yù)測值為0.487。考慮到實際生產(chǎn)中的可操作性，將以上工藝調(diào)整為：時間4.7 h，轉(zhuǎn)速558 r/min，球料比3.66∶1。在此條件下進(jìn)行3次平行試驗，得到實際納米級兔骨粉的平均粒徑為（502.5±11.7）nm，PDI為0.497±0.021，與理論預(yù)測值的相對誤差均小于 5%。因此，經(jīng)響應(yīng)面法優(yōu)化得到的納米級兔骨粉最佳制備工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有一定的實際應(yīng)用價值。

3 結(jié) 論

1）經(jīng)過單因素試驗，得到兔骨的最佳高溫高壓蒸煮條件為蒸煮時間2 h，蒸煮溫度120 ℃，料液比1∶1.5。2）通過單因素和Box-Behnken響應(yīng)面試驗，建立了納米級兔骨粉球磨制備工藝的數(shù)學(xué)模型，得到最佳的球磨工藝條件為：時間4.7 h，轉(zhuǎn)速558 r/min，球料比3.66∶1。在此條件下制得的納米級兔骨粉的平均粒徑從球磨前的（65.92±1.71）μm 降低到（502.5±11.7）nm，PDI 為0.497±0.021，與理論預(yù)測值的相對誤差均小于5%，說明該模型對準(zhǔn)確預(yù)測納米級兔骨粉的球磨制備工藝參數(shù)具有一定的應(yīng)用價值，對兔骨和其它畜禽骨的精深加工具有一定的指導(dǎo)意義。

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Optimization of preparation process of nanometer rabbit bone meal by ball milling

Li Shaobo1, Li Hongjun1,2※, He Zhifei1,2
(1.College of Food Science, Southwest University,Chongqing400716,China; 2.Chongqing Engineering Research Center of Regional Food, Chongqing400716,China)

Rabbit meat as a kind of green and healthy meat, contains a lot of nutrients. With the increase of the yield of rabbit meat, rabbit bone and other rabbit meat processing by-products are increasing. Rabbit bone has high nutritional value like other livestock and poultry bone, but it is mostly used for primary processing, such as animal feed, and it has a low rate of deep processing utilization, which results in a great waste of resources. So it is very necessary for us to find a new form of utilization for it. Generally speaking, the smaller the particle size, the greater the porosity and specific surface area, and the better the surface adsorption capacity, solubility and dispersion. In addition, if the particle size is reduced to the nanometer scale, it is likely to produce some characteristics which are different from that of conventional particles, such as small size effect, surface effect and catalysis effect. Therefore, in this study, the response surface method was used to find the best preparation technology of the nanometer rabbit bone meal. The spines, ribs and legs of 70-day-age Ira rabbits were used as raw materials (the ratio of total mass of spines and ribs to mass of legs was 4:1), and multiple treatments were adopted to process these bones, such as high pressure cooking, protease hydrolysis, colloid mill grinding, vacuum freeze drying, standard sieve sieving, and ball milling; the method of dynamic light scattering was used to measure the average particle size and the particle dispersion index (PDI) of rabbit bone meal. On the basis of single factor tests, the response surface method was employed to optimize the preparing parameters of nanometer rabbit bone meal, and the quadratic regression equation was established to find the best processing conditions. The results illustrated that the optional preparation conditions were as follows: Ball-milling speed was 558 r/min, ball-milling time was 4.7 h, and ball-material ratio was 3.66:1. Three validation tests were carried out under these conditions, and the results showed that the actual verification value of the average particle size of nanometer rabbit bone meal was (502.5±11.7) nm, the actual verification value of the PDI of nanometer rabbit bone meal was 0.497±0.021, and the relative errors between the predicted values and measured values were less than 5%, which indicated that the regression model was reliable and had practical value in the deep processing of rabbit bone. The results provide a reference for the follow-up study of deep processing of rabbit bone and other livestock poultry bone.

particle size; optimization; models; nanometer rabbit bone meal

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.040

TS251

A

1002-6819(2017)-14-0300-07

李少博，李洪軍，賀稚非. 納米級兔骨粉球磨法制備工藝優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(14)：300－306.

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.040 http://www.tcsae.org

Li Shaobo, Li Hongjun, He Zhifei. Optimization of preparation process of nanometer rabbit bone meal by ball milling[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(14): 300－306. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.040 http://www.tcsae.org

2016-11-16

2017-06-23

國家自然科學(xué)基金項目（31671787）；國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303144）；國家兔產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系肉加工與綜合利用（CARS-44-D-1）；重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心能力提升項目（cstc2014pt- gc8001）作者簡介：李少博，男，研究方向為肉類科學(xué)與酶工程。重慶 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，400716。Email：251196 216 7@qq.com

※通信作者：李洪軍，男，教授，博士，研究方向為肉類科學(xué)與酶工程。重慶 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，400716。Email：983362225@qq.com