本發(fā)明涉及食品生物技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種以海灣扇貝殼為鈣源的賴氨酸螯合鈣制備方法。
背景技術(shù)：
鈣是組成人體的重要元素，在人體中含量最多，可以占到人體體重的1、5％-2、0％。正常成人體內(nèi)的鈣量99％存在于骨骼和牙齒中，剩下的1％則存在于細(xì)胞外液、細(xì)胞膜和軟組織中。鈣在人體內(nèi)的地位非常重要，它一方面以骨鹽的形式賦予骨骼強(qiáng)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(jīng)肌肉應(yīng)激、改善微循環(huán)和白細(xì)胞對(duì)細(xì)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(nèi)鈣的缺乏是極其普遍的現(xiàn)象。根據(jù)中國第四次全國營養(yǎng)調(diào)查得到的《中國居民營養(yǎng)與健康現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告》，我國城鄉(xiāng)居民每標(biāo)準(zhǔn)人每天鈣平均攝入量僅為391mg，相當(dāng)于推薦攝入量的41％。在人們意識(shí)到鈣缺乏現(xiàn)象的時(shí)候，市場上應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生了多種多樣的補(bǔ)鈣產(chǎn)品。
在鈣補(bǔ)充劑的發(fā)展過程中，早期出現(xiàn)了以無機(jī)鈣鹽和有機(jī)酸鈣鹽為主的鈣制劑，市場中也較為多見。無機(jī)鈣鹽主要分為碳酸鈣、磷酸氫鈣、活性鈣等，在無機(jī)鈣鹽中碳酸鈣含鈣量最高，但是水溶性比較差，進(jìn)入胃以后必須由胃酸中和并解離成Ca2+，對(duì)胃有很強(qiáng)烈的刺激性。因其大部分無法完全被中和，會(huì)以難溶性鹽的形式被排泄掉，所以吸收率比較低，且容易在腎臟停留，容易引起腎結(jié)石。但因?yàn)樘妓徕}的價(jià)格低廉和方便性，它已經(jīng)成為使用最為廣泛的鈣補(bǔ)充劑。有機(jī)酸鈣鹽主要有乳酸鈣、醋酸鈣和葡萄糖酸鈣等，有機(jī)酸鈣鹽分子量較高，含鈣量相對(duì)較低，但有著可觀的吸收率，補(bǔ)鈣效果要優(yōu)于傳統(tǒng)的無機(jī)鈣鹽。但有機(jī)酸鈣鹽也存在著有不同程度毒副作用的缺點(diǎn)。醋酸鈣急性毒性較大，容易導(dǎo)致腎結(jié)石、心臟痙攣和軟組織鈣化癥，因此醋酸鈣作為鈣補(bǔ)充劑一直沒有通過美國FDA的認(rèn)證，僅在臨床被用作高血磷癥的降血磷藥劑。乳酸鈣在補(bǔ)鈣的同時(shí)也會(huì)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(xì)血管的通透性，還是維持神經(jīng)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，且不適宜于糖尿病患者服用，有著較大的局限性。
我國的貝類產(chǎn)量巨大，然而貝類加工的副產(chǎn)物貝殼多被廢棄，不僅極大地浪費(fèi)了資源，還對(duì)環(huán)境造成了污染。貝殼中含鈣量非常可觀，若對(duì)廢棄貝殼進(jìn)行綜合利用，既可以增加經(jīng)濟(jì)效益，又避免了對(duì)環(huán)境的污染。目前對(duì)如何更好地利用貝殼尚未有關(guān)報(bào)道，貝殼的綜合利用關(guān)鍵是其產(chǎn)品形態(tài)的選擇及其技術(shù)難度。
賴氨酸是人體的第一限制性氨基酸，在人體內(nèi)完全不能被自行合成，在谷物類食品中極為缺乏。當(dāng)賴氨酸補(bǔ)充達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其他氨基酸也會(huì)收到限制或者得不到利用，對(duì)人體的各種生命活動(dòng)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，有助于形成健康的體內(nèi)鈣平衡。隨著人們健康意識(shí)的完善，氨基酸的補(bǔ)充受到了越來越多的重視。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)已有鈣補(bǔ)充劑的缺陷，提出一種賴氨酸螯合鈣的制備方法，以海灣扇貝加工廢棄物—貝殼以及必需氨基酸賴氨酸為原料，通過水相合成法制備來得到產(chǎn)品。該方法工藝較為簡單，成本比較低，螯合產(chǎn)率可觀，而且適合大規(guī)模批量生產(chǎn)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種以海灣扇貝殼為鈣源的賴氨酸螯合鈣制備方法，包括如下步驟：
A、貝殼處理：貝殼經(jīng)過常規(guī)清洗后，晾干，粉碎，進(jìn)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(yīng)：將CaCl2溶液與賴氨酸加熱攪拌，進(jìn)行螯合；
D、離心分離：把反應(yīng)液進(jìn)行離心，保留上清液；
E、蒸發(fā)濃縮：對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行緩慢加熱蒸發(fā)濃縮；
F、醇沉：用無水乙醇來提純賴氨酸螯合鈣；
G、烘干：收集凝膠沉淀，用無水乙醇反復(fù)洗滌，在60～80℃下恒溫烘干，得到產(chǎn)品。
優(yōu)選的，所述步驟A的具體條件是：將海灣扇貝殼進(jìn)行常規(guī)清洗，溫水浸泡1～2h，洗滌至水中無泥土污漬為止，扇貝殼晾干后，用粉碎機(jī)對(duì)其進(jìn)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(jìn)行炭化，以無煙為炭化終點(diǎn)的標(biāo)志，隨后把炭化后貝殼粉放入馬弗爐中，950～1000℃充分灰化2～3h后得到貝殼灰分。
優(yōu)選的，所述步驟B的具體條件是：對(duì)所得貝殼灰分進(jìn)行處理后，用原子吸收分光光度計(jì)測定其含鈣量，經(jīng)過計(jì)算，用稍過量的3～5％的HCl溶液處理貝殼灰分，得到CaCl2溶液。
優(yōu)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后，與上一步所得CaCl2溶液進(jìn)行混合，使鈣離子與賴氨酸物質(zhì)的量比為1：2～2.5(優(yōu)選1:2)，賴氨酸濃度為4％，用NaOH溶液調(diào)體系pH值為8～9,將混合溶液在數(shù)顯恒溫磁力攪拌器上加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為60～70℃(優(yōu)選65℃)，反應(yīng)時(shí)間為30～40min(優(yōu)選35min)。
優(yōu)選的，所述步驟D的具體條件是：趁熱將反應(yīng)液在5000～6000r/min條件下常溫離心15～20min，棄去沉淀，保留上清液。
優(yōu)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(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60℃下進(jìn)行緩慢加熱濃縮，使上清液體積濃縮至原有體積的5～8％。
優(yōu)選的，所述步驟F的具體條件是：利用氨基酸金屬離子螯合物在無水乙醇中的溶解度極小,而游離金屬離子和氨基酸均能溶于無水乙醇這一條件，使用原有濃縮液8～15倍(優(yōu)選十倍)體積的無水乙醇對(duì)賴氨酸螯合鈣進(jìn)行提純，條件溫度設(shè)為4℃，時(shí)間為12～15h(優(yōu)選13h)。
優(yōu)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淀，用無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液與茚三酮試劑不再顯示藍(lán)紫色為止，在60～80℃條件下烘干凝膠沉淀，即得到賴氨酸螯合鈣產(chǎn)品。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果：
(1)經(jīng)以上工藝加工后，可以得到純凈的賴氨酸螯合鈣產(chǎn)品；經(jīng)過工藝優(yōu)化，賴氨酸螯合鈣的螯合產(chǎn)率和含鈣量較為可觀，分別達(dá)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(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，增加了產(chǎn)量；
(2)本發(fā)明所制得的賴氨酸螯合鈣穩(wěn)定性好，吸收率高，溶解性也得到了大大改善，在補(bǔ)鈣的同時(shí)補(bǔ)充了賴氨酸，具有雙重的營養(yǎng)作用；另外，賴氨酸的存在不僅具有提高免疫力，增強(qiáng)體質(zhì)的效果，還可以促進(jìn)機(jī)體對(duì)鈣的吸收，有助于形成體內(nèi)健康的鈣平衡，兩種營養(yǎng)因子相得益彰；賴氨酸螯合鈣無生理毒性，適合各個(gè)年齡段的人群按需服用，是未來鈣補(bǔ)充劑的發(fā)展方向。
具體實(shí)施方式
一種以海灣扇貝殼為鈣源的賴氨酸螯合鈣制備方法，包括如下步驟：
A、貝殼處理：貝殼經(jīng)過常規(guī)清洗后，晾干，粉碎，進(jìn)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(yīng)：將CaCl2溶液與賴氨酸加熱攪拌，進(jìn)行螯合；
D、離心分離：把反應(yīng)液進(jìn)行離心，保留上清液；
E、蒸發(fā)濃縮：對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行緩慢加熱蒸發(fā)濃縮；
F、醇沉：用無水乙醇來提純賴氨酸螯合鈣；
G、烘干：收集凝膠沉淀，用無水乙醇反復(fù)洗滌，在60～80℃下恒溫烘干，得到產(chǎn)品。
其中，所述步驟A的具體條件是：將海灣扇貝殼進(jìn)行常規(guī)清洗，溫水浸泡1～2h，洗滌至水中無泥土污漬為止，扇貝殼晾干后，用粉碎機(jī)對(duì)其進(jìn)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(jìn)行炭化，以無煙為炭化終點(diǎn)的標(biāo)志，隨后把炭化后貝殼粉放入馬弗爐中，950～1000℃充分灰化2～3h后得到貝殼灰分；所述步驟B的具體條件是：對(duì)所得貝殼灰分進(jìn)行處理后，用原子吸收分光光度計(jì)測定其含鈣量，經(jīng)過計(jì)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后，與上一步所得CaCl2溶液進(jìn)行混合，使鈣離子與賴氨酸物質(zhì)的量比為1：2～2.5，賴氨酸濃度為4％，用NaOH溶液調(diào)體系pH值為8～9,將混合溶液在數(shù)顯恒溫磁力攪拌器上加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為60～70℃，反應(yīng)時(shí)間為30～40min；所述步驟D的具體條件是：趁熱將反應(yīng)液在5000～6000r/min條件下常溫離心15～20min，棄去沉淀，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(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60℃下進(jìn)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：利用氨基酸金屬離子螯合物在無水乙醇中的溶解度極小,而游離金屬離子和氨基酸均能溶于無水乙醇這一條件，使用原有濃縮液8～15倍體積的無水乙醇對(duì)賴氨酸螯合鈣進(jìn)行提純，條件溫度設(shè)為4℃，時(shí)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淀，用無水乙醇反復(fù)洗滌，抽濾，直至濾液與茚三酮試劑不再顯示藍(lán)紫色為止，在60～80℃條件下烘干凝膠沉淀，即得到賴氨酸螯合鈣產(chǎn)品。
本發(fā)明制備得到純凈的賴氨酸螯合鈣產(chǎn)品，經(jīng)過工藝優(yōu)化，賴氨酸螯合鈣的螯合產(chǎn)率和含鈣量較為可觀，分別達(dá)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(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，增加了產(chǎn)量；同時(shí)，本發(fā)明所制得的賴氨酸螯合鈣穩(wěn)定性好，吸收率高，溶解性也得到了大大改善，在補(bǔ)鈣的同時(shí)補(bǔ)充了賴氨酸，具有雙重的營養(yǎng)作用；另外，賴氨酸的存在不僅具有提高免疫力，增強(qiáng)體質(zhì)的效果，還可以促進(jìn)機(jī)體對(duì)鈣的吸收，有助于形成體內(nèi)健康的鈣平衡，兩種營養(yǎng)因子相得益彰；賴氨酸螯合鈣無生理毒性，適合各個(gè)年齡段的人群按需服用，是未來鈣補(bǔ)充劑的發(fā)展方向。
賴氨酸螯合鈣動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
以清潔級(jí)SD雌性大鼠為研究對(duì)象，分別設(shè)定低鈣對(duì)照組，賴氨酸螯合鈣低、中、高劑量組、陽性對(duì)照組，灌胃持續(xù)4周，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)大鼠生長狀況、股骨骨密度等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
試驗(yàn)結(jié)果表明，賴氨酸鈣產(chǎn)品對(duì)大鼠的體重、體長增長有一定促進(jìn)作用。在試驗(yàn)過程中，中、高劑量的螯合鈣試驗(yàn)組及陽性對(duì)照組的大鼠體重增長量都明顯高于低鈣對(duì)照組，其中中劑量的螯合鈣試驗(yàn)組存在顯著性差異(P＜0.05)，高劑量的螯合鈣試驗(yàn)組及陽性對(duì)照組存在極顯著性差異(P＜0.01),相比于低鈣對(duì)照組，分別增長了53.70％、70.89％和73.87％。在對(duì)大鼠體長影響試驗(yàn)中，低、中、高劑量的螯合鈣試驗(yàn)組及陽性對(duì)照組的大鼠體長增長量都明顯高于低鈣對(duì)照組，其中低、中劑量的螯合鈣試驗(yàn)組存在顯著性差異(P＜0.05)，高劑量的螯合鈣試驗(yàn)組及陽性對(duì)照組存在極顯著性差異(P＜0.01)，相比于低鈣對(duì)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于低鈣對(duì)照組(P＜0.05)。中劑量組大鼠的股骨質(zhì)量顯著高于低鈣對(duì)照組(P＜0.05)，高劑量組大鼠的股骨質(zhì)量具有極顯著性差異(P＜0.01)，中、高劑量的螯合鈣試驗(yàn)組及陽性對(duì)照組大鼠的股骨質(zhì)量相比于低鈣對(duì)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(duì)照組都發(fā)生明顯增長，存在極顯著差異(P＜0.01)。中、高劑量螯合鈣試驗(yàn)組及陽性對(duì)照組大鼠的股骨含鈣量明顯高于低鈣對(duì)照組，較低鈣對(duì)照組分別提高了13.19％、35.15％和29.16％。中、高劑量螯合鈣試驗(yàn)組及陽性對(duì)照組大鼠的股骨骨密度明顯高于低鈣對(duì)照組，較低鈣對(duì)照組分別提高了35.29％、63.55％和60.59％。表明賴氨酸鈣對(duì)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(duì)照組更加具有優(yōu)勢。三種劑量水平的螯合鈣試驗(yàn)組及陽性對(duì)照組的大鼠鈣表觀吸收率都明顯高于低鈣對(duì)照組，與低鈣對(duì)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(guī)染色結(jié)果表明賴氨酸鈣劑量組也優(yōu)于低鈣對(duì)照組。低鈣對(duì)照組的大鼠股骨骨組織結(jié)構(gòu)較為松散，其骨小梁雖有一定數(shù)量，但厚度較薄，相對(duì)體積較小，并且在局部出現(xiàn)斷裂情況，間距增大，存在著窩陷的現(xiàn)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(tài)均比較完整，并有著一定的厚度，但其中中劑量組的骨小梁間出現(xiàn)連接，窩陷減少，骨小梁數(shù)量略高于低劑量組。高劑量組的SD大鼠股骨骨組織結(jié)構(gòu)較為完整，骨小梁厚度較高，數(shù)量較多，窩陷現(xiàn)象較少，而且成骨細(xì)胞的數(shù)量較多，破骨細(xì)胞數(shù)量較少，就骨量來說要明顯優(yōu)于低鈣對(duì)照組。
以上所述的實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。