一種以海灣扇貝殼為鈣源的賴氨酸螯合鈣製備方法與流程
2023-12-08 23:33:36
本發明涉及食品生物技術領域，尤其涉及一種以海灣扇貝殼為鈣源的賴氨酸螯合鈣製備方法。
背景技術：
鈣是組成人體的重要元素，在人體中含量最多，可以佔到人體體重的1、5％-2、0％。正常成人體內的鈣量99％存在於骨骼和牙齒中，剩下的1％則存在於細胞外液、細胞膜和軟組織中。鈣在人體內的地位非常重要，它一方面以骨鹽的形式賦予骨骼強度，成為人體的主要支架，承受身體的重量；另一方面，鈣通過離子的形式在各種生理功能和代謝過程，如血液凝固、肌肉收縮、神經肌肉應激、改善微循環和白細胞對細菌的吞噬作用等方面起著非常重要的作用。
在我國，居民體內鈣的缺乏是極其普遍的現象。根據中國第四次全國營養調查得到的《中國居民營養與健康現狀調查報告》，我國城鄉居民每標準人每天鈣平均攝入量僅為391mg，相當於推薦攝入量的41％。在人們意識到鈣缺乏現象的時候，市場上應運產生了多種多樣的補鈣產品。
在鈣補充劑的發展過程中，早期出現了以無機鈣鹽和有機酸鈣鹽為主的鈣製劑，市場中也較為多見。無機鈣鹽主要分為碳酸鈣、磷酸氫鈣、活性鈣等，在無機鈣鹽中碳酸鈣含鈣量最高，但是水溶性比較差，進入胃以後必須由胃酸中和並解離成Ca2+，對胃有很強烈的刺激性。因其大部分無法完全被中和，會以難溶性鹽的形式被排洩掉，所以吸收率比較低，且容易在腎臟停留，容易引起腎結石。但因為碳酸鈣的價格低廉和方便性，它已經成為使用最為廣泛的鈣補充劑。有機酸鈣鹽主要有乳酸鈣、醋酸鈣和葡萄糖酸鈣等，有機酸鈣鹽分子量較高，含鈣量相對較低，但有著可觀的吸收率，補鈣效果要優於傳統的無機鈣鹽。但有機酸鈣鹽也存在著有不同程度毒副作用的缺點。醋酸鈣急性毒性較大，容易導致腎結石、心臟痙攣和軟組織鈣化症，因此醋酸鈣作為鈣補充劑一直沒有通過美國FDA的認證，僅在臨床被用作高血磷症的降血磷藥劑。乳酸鈣在補鈣的同時也會給人體引入乳酸而使人體疲勞，不適合長期服用。葡萄糖酸鈣的水溶性很好，無論是降低毛細血管的通透性，還是維持神經與肌肉的正常興奮性都有十分顯著的效果。但它的含鈣量較低，且不適宜於糖尿病患者服用，有著較大的局限性。
我國的貝類產量巨大，然而貝類加工的副產物貝殼多被廢棄，不僅極大地浪費了資源，還對環境造成了汙染。貝殼中含鈣量非常可觀，若對廢棄貝殼進行綜合利用，既可以增加經濟效益，又避免了對環境的汙染。目前對如何更好地利用貝殼尚未有關報導，貝殼的綜合利用關鍵是其產品形態的選擇及其技術難度。
賴氨酸是人體的第一限制性胺基酸，在人體內完全不能被自行合成，在穀物類食品中極為缺乏。當賴氨酸補充達不到標準時，其他胺基酸也會收到限制或者得不到利用，對人體的各種生命活動帶來很多不良影響。而且R Civitelli等證明了賴氨酸的添加可以有效增加鈣吸收，減少鈣流失，有助於形成健康的體內鈣平衡。隨著人們健康意識的完善，胺基酸的補充受到了越來越多的重視。
技術實現要素：
本發明針對已有鈣補充劑的缺陷，提出一種賴氨酸螯合鈣的製備方法，以海灣扇貝加工廢棄物—貝殼以及必需胺基酸賴氨酸為原料，通過水相合成法製備來得到產品。該方法工藝較為簡單，成本比較低，螯合產率可觀，而且適合大規模批量生產。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：
一種以海灣扇貝殼為鈣源的賴氨酸螯合鈣製備方法，包括如下步驟：
A、貝殼處理：貝殼經過常規清洗後，晾乾，粉碎，進行炭化、灰化處理；
B、灰分處理：用稍過量的HCl溶液處理貝殼灰分，得到CaCl2溶液；
C、混合反應：將CaCl2溶液與賴氨酸加熱攪拌，進行螯合；
D、離心分離：把反應液進行離心，保留上清液；
E、蒸發濃縮：對反應液進行緩慢加熱蒸發濃縮；
F、醇沉：用無水乙醇來提純賴氨酸螯合鈣；
G、烘乾：收集凝膠沉澱，用無水乙醇反覆洗滌，在60～80℃下恆溫烘乾，得到產品。
優選的，所述步驟A的具體條件是：將海灣扇貝殼進行常規清洗，溫水浸泡1～2h，洗滌至水中無泥土汙漬為止，扇貝殼晾乾後，用粉碎機對其進行粉碎，過60～80目篩得粉末，首先將所得粉末放入坩堝，在電磁加熱爐上進行炭化，以無煙為炭化終點的標誌，隨後把炭化後貝殼粉放入馬弗爐中，950～1000℃充分灰化2～3h後得到貝殼灰分。
優選的，所述步驟B的具體條件是：對所得貝殼灰分進行處理後，用原子吸收分光光度計測定其含鈣量，經過計算，用稍過量的3～5％的HCl溶液處理貝殼灰分，得到CaCl2溶液。
優選的，所述步驟C的具體條件是：用蒸餾水將賴氨酸鹽酸鹽充分溶解後，與上一步所得CaCl2溶液進行混合，使鈣離子與賴氨酸物質的量比為1：2～2.5(優選1:2)，賴氨酸濃度為4％，用NaOH溶液調體系pH值為8～9,將混合溶液在數顯恆溫磁力攪拌器上加熱反應，反應溫度為60～70℃(優選65℃)，反應時間為30～40min(優選35min)。
優選的，所述步驟D的具體條件是：趁熱將反應液在5000～6000r/min條件下常溫離心15～20min，棄去沉澱，保留上清液。
優選的，所述步驟E的具體條件是：將上一步所得上清液利用旋轉蒸發儀在60℃下進行緩慢加熱濃縮，使上清液體積濃縮至原有體積的5～8％。
優選的，所述步驟F的具體條件是：利用胺基酸金屬離子螯合物在無水乙醇中的溶解度極小,而游離金屬離子和胺基酸均能溶於無水乙醇這一條件，使用原有濃縮液8～15倍(優選十倍)體積的無水乙醇對賴氨酸螯合鈣進行提純，條件溫度設為4℃，時間為12～15h(優選13h)。
優選的，所述步驟G的具體條件是：過濾收集上一步所得凝膠沉澱，用無水乙醇反覆洗滌，抽濾，直至濾液與茚三酮試劑不再顯示藍紫色為止，在60～80℃條件下烘乾凝膠沉澱，即得到賴氨酸螯合鈣產品。
與現有技術相比，本發明的有益技術效果：
(1)經以上工藝加工後，可以得到純淨的賴氨酸螯合鈣產品；經過工藝優化，賴氨酸螯合鈣的螯合產率和含鈣量較為可觀，分別達到80％和9％以上，而且簡化了操作步驟，降低了成本，使得賴氨酸螯合鈣可以工業化大規模生產，增加了產量；
(2)本發明所製得的賴氨酸螯合鈣穩定性好，吸收率高，溶解性也得到了大大改善，在補鈣的同時補充了賴氨酸，具有雙重的營養作用；另外，賴氨酸的存在不僅具有提高免疫力，增強體質的效果，還可以促進機體對鈣的吸收，有助於形成體內健康的鈣平衡，兩種營養因子相得益彰；賴氨酸螯合鈣無生理毒性，適合各個年齡段的人群按需服用，是未來鈣補充劑的發展方向。
具體實施方式
一種以海灣扇貝殼為鈣源的賴氨酸螯合鈣製備方法，包括如下步驟：
A、貝殼處理：貝殼經過常規清洗後，晾乾，粉碎，進行炭化、灰化處理；
B、灰分處理：用稍過量的HCl溶液處理貝殼灰分，得到CaCl2溶液；
C、混合反應：將CaCl2溶液與賴氨酸加熱攪拌，進行螯合；
D、離心分離：把反應液進行離心，保留上清液；
E、蒸發濃縮：對反應液進行緩慢加熱蒸發濃縮；
F、醇沉：用無水乙醇來提純賴氨酸螯合鈣；
G、烘乾：收集凝膠沉澱，用無水乙醇反覆洗滌，在60～80℃下恆溫烘乾，得到產品。
其中，所述步驟A的具體條件是：將海灣扇貝殼進行常規清洗，溫水浸泡1～2h，洗滌至水中無泥土汙漬為止，扇貝殼晾乾後，用粉碎機對其進行粉碎，過60～80目篩得粉末，首先將所得粉末放入坩堝，在電磁加熱爐上進行炭化，以無煙為炭化終點的標誌，隨後把炭化後貝殼粉放入馬弗爐中，950～1000℃充分灰化2～3h後得到貝殼灰分；所述步驟B的具體條件是：對所得貝殼灰分進行處理後，用原子吸收分光光度計測定其含鈣量，經過計算，用稍過量的3～5％的HCl溶液處理貝殼灰分，得到CaCl2溶液；所述步驟C的具體條件是：用蒸餾水將賴氨酸鹽酸鹽充分溶解後，與上一步所得CaCl2溶液進行混合，使鈣離子與賴氨酸物質的量比為1：2～2.5，賴氨酸濃度為4％，用NaOH溶液調體系pH值為8～9,將混合溶液在數顯恆溫磁力攪拌器上加熱反應，反應溫度為60～70℃，反應時間為30～40min；所述步驟D的具體條件是：趁熱將反應液在5000～6000r/min條件下常溫離心15～20min，棄去沉澱，保留上清液；所述步驟E的具體條件是：將上一步所得上清液利用旋轉蒸發儀在60℃下進行緩慢加熱濃縮，使上清液體積濃縮至原有體積的5～8％；所述步驟F的具體條件是：利用胺基酸金屬離子螯合物在無水乙醇中的溶解度極小,而游離金屬離子和胺基酸均能溶於無水乙醇這一條件，使用原有濃縮液8～15倍體積的無水乙醇對賴氨酸螯合鈣進行提純，條件溫度設為4℃，時間為12～15h；所述步驟G的具體條件是：過濾收集上一步所得凝膠沉澱，用無水乙醇反覆洗滌，抽濾，直至濾液與茚三酮試劑不再顯示藍紫色為止，在60～80℃條件下烘乾凝膠沉澱，即得到賴氨酸螯合鈣產品。
本發明製備得到純淨的賴氨酸螯合鈣產品，經過工藝優化，賴氨酸螯合鈣的螯合產率和含鈣量較為可觀，分別達到80％和9％以上，而且簡化了操作步驟，降低了成本，使得賴氨酸螯合鈣可以工業化大規模生產，增加了產量；同時，本發明所製得的賴氨酸螯合鈣穩定性好，吸收率高，溶解性也得到了大大改善，在補鈣的同時補充了賴氨酸，具有雙重的營養作用；另外，賴氨酸的存在不僅具有提高免疫力，增強體質的效果，還可以促進機體對鈣的吸收，有助於形成體內健康的鈣平衡，兩種營養因子相得益彰；賴氨酸螯合鈣無生理毒性，適合各個年齡段的人群按需服用，是未來鈣補充劑的發展方向。
賴氨酸螯合鈣動物實驗結果：
以清潔級SD雌性大鼠為研究對象，分別設定低鈣對照組，賴氨酸螯合鈣低、中、高劑量組、陽性對照組，灌胃持續4周，試驗結束後對大鼠生長狀況、股骨骨密度等指標進行統計。
試驗結果表明，賴氨酸鈣產品對大鼠的體重、體長增長有一定促進作用。在試驗過程中，中、高劑量的螯合鈣試驗組及陽性對照組的大鼠體重增長量都明顯高於低鈣對照組，其中中劑量的螯合鈣試驗組存在顯著性差異(P＜0.05)，高劑量的螯合鈣試驗組及陽性對照組存在極顯著性差異(P＜0.01),相比於低鈣對照組，分別增長了53.70％、70.89％和73.87％。在對大鼠體長影響試驗中，低、中、高劑量的螯合鈣試驗組及陽性對照組的大鼠體長增長量都明顯高於低鈣對照組，其中低、中劑量的螯合鈣試驗組存在顯著性差異(P＜0.05)，高劑量的螯合鈣試驗組及陽性對照組存在極顯著性差異(P＜0.01)，相比於低鈣對照組，分別增長了81.82％、71.59％、118.18％和117.05％。
中、高劑量組大鼠的股骨長度顯著高於低鈣對照組(P＜0.05)。中劑量組大鼠的股骨質量顯著高於低鈣對照組(P＜0.05)，高劑量組大鼠的股骨質量具有極顯著性差異(P＜0.01)，中、高劑量的螯合鈣試驗組及陽性對照組大鼠的股骨質量相比於低鈣對照組，其增長量分別為9.16％、11.44％和10.28％。
中、高劑量組大鼠的骨鈣含量和骨密度較低鈣對照組都發生明顯增長，存在極顯著差異(P＜0.01)。中、高劑量螯合鈣試驗組及陽性對照組大鼠的股骨含鈣量明顯高於低鈣對照組，較低鈣對照組分別提高了13.19％、35.15％和29.16％。中、高劑量螯合鈣試驗組及陽性對照組大鼠的股骨骨密度明顯高於低鈣對照組，較低鈣對照組分別提高了35.29％、63.55％和60.59％。表明賴氨酸鈣對大鼠股骨狀況具有一定改善作用。
賴氨酸鈣的表觀吸收率較含有相同鈣量的陽性對照組更加具有優勢。三種劑量水平的螯合鈣試驗組及陽性對照組的大鼠鈣表觀吸收率都明顯高於低鈣對照組，與低鈣對照組相比，分別增加了39.51％、58.39％、79.98％和72.99％，均具有極顯著性差異(P＜0.01)。
骨組織HE常規染色結果表明賴氨酸鈣劑量組也優於低鈣對照組。低鈣對照組的大鼠股骨骨組織結構較為鬆散，其骨小梁雖有一定數量，但厚度較薄，相對體積較小，並且在局部出現斷裂情況，間距增大，存在著窩陷的現象。低劑量組和中劑量組的SD大鼠股骨骨組織的情況較為接近，骨小梁的形態均比較完整，並有著一定的厚度，但其中中劑量組的骨小梁間出現連接，窩陷減少，骨小梁數量略高於低劑量組。高劑量組的SD大鼠股骨骨組織結構較為完整，骨小梁厚度較高，數量較多，窩陷現象較少，而且成骨細胞的數量較多，破骨細胞數量較少，就骨量來說要明顯優於低鈣對照組。
以上所述的實施例僅是對本發明的優選方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。