蛋殼粉制備氨基酸蜇合鈣工藝優(yōu)化

杜 冰，蔡巽楷，謝伊澄，夏 雨，袁根良，張相生，楊公明，*

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642;2.河南大用集團(tuán)，河南鄭州450000)

蛋殼粉制備氨基酸蜇合鈣工藝優(yōu)化

杜 冰1，蔡巽楷1，謝伊澄1，夏 雨1，袁根良1，張相生2，楊公明1，*

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642;2.河南大用集團(tuán)，河南鄭州450000)

以禽蛋加工下腳料蛋殼為原料，通過(guò)酸水解制備可溶性鈣，調(diào)節(jié)pH后與甘氨酸螯合制備氨基酸螯合鈣。其具有良好的化學(xué)和生化穩(wěn)定性，生物學(xué)效價(jià)高等特點(diǎn)，能達(dá)到既補(bǔ)充氨基酸又補(bǔ)充鈣的雙重功效。結(jié)果表明，蛋殼粉酸水解最佳工藝條件為:1.0g蛋殼粉加入10mL 2mol/L的鹽酸，在50℃下酸水解15min。此條件下，可溶性鈣得率為387.0mg/g;氨基酸螯合鈣的最佳工藝條件為:可溶性鈣和甘氨酸摩爾比為1∶6，在pH為4.8，60℃下螯合反應(yīng)1.5h。此條件下，可溶性鈣的螯合率高達(dá)89.32%。因此，以蛋殼為原料，經(jīng)酸水解溶出可溶性鈣再與甘氨酸螯合制備氨基酸螯合鈣補(bǔ)鈣制劑，為禽蛋加工廢棄物的綜合利用提供新途徑。

蛋殼粉，甘氨酸，氨基酸螯合鈣，螯合反應(yīng)

鈣是我們生命必不可少的元素，是構(gòu)成骨骼、牙齒的主要成分，在血液凝結(jié)、某些酶的活化、維持神經(jīng)的傳導(dǎo)性能、肌肉的伸縮性、毛細(xì)血管的下沉滲透壓、體內(nèi)的酸堿平衡等方面起著重要的作用［1］。它對(duì)維持人體的循環(huán)、呼吸、神經(jīng)、消化、內(nèi)分泌、肌肉、骨骼、泌尿及免疫等系統(tǒng)的正常生理功能具有重要意義［2］。青少年骨胳發(fā)育不良，老年人的骨質(zhì)疏松、骨質(zhì)增生大都由缺鈣引起，結(jié)腸癌、高血壓、糖尿病、衰老也與缺鈣有關(guān)［3］。氨基酸螯合鈣是1個(gè)或多個(gè)氨基酸基團(tuán)與金屬鈣發(fā)生配合反應(yīng)形成的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物。其具有良好的化學(xué)和生化穩(wěn)定性，生物學(xué)效價(jià)高，能達(dá)到既補(bǔ)充氨基酸又補(bǔ)充鈣的雙重功效［4］。氨基酸鰲合鈣易于被人體吸收、副作用小、生物利用率高，并且在補(bǔ)充鈣元素的同時(shí)又可補(bǔ)充人體必需的氨基酸，是一種較理想的鈣營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑［5］。禽蛋是人類(lèi)優(yōu)質(zhì)動(dòng)物性食品，隨著禽蛋生產(chǎn)與消費(fèi)的日益增加，其不可食用部分——蛋殼大量產(chǎn)生［6］。蛋殼是一種完全高度結(jié)合的生物鈣，由無(wú)機(jī)物和有機(jī)蛋白質(zhì)組合而成，其平均含量為93%的碳酸鈣、1%的碳酸鎂、3.2%的磷酸鈣和磷酸鎂無(wú)機(jī)物以及2.89%的有機(jī)物［7－8］。2006年，Joseph H等發(fā)明了一種利用摩擦力將蛋殼膜從蛋殼上分離的設(shè)備，該設(shè)備將蛋殼膜從蛋殼上摩擦掉后將蛋殼和蛋殼膜分別回收［9］?；诘皻べY源數(shù)量巨大，永不衰竭，綜合利用深度加工就顯得特別必要。現(xiàn)代蛋制品加工業(yè)的發(fā)展將在很大程度上改變蛋殼來(lái)源分散、不易收集、污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀。本實(shí)驗(yàn)以蛋殼粉等為原料，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化酸水解制備可溶性鈣的工藝條件和氨基酸螯合鈣的最佳螯合條件，旨在為氨基酸螯合鈣補(bǔ)鈣制劑的研制和禽蛋下腳料的綜合利用開(kāi)拓一條新的途徑，為開(kāi)發(fā)以鈣為營(yíng)養(yǎng)素的產(chǎn)品提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

廢棄蛋殼;鹽酸 上海申翔試劑有限公司;氫氧化鈉、乙二胺四乙酸 天津市大茂化學(xué)試劑廠;氨水、乙酸 天津市富宇精細(xì)化工有限公司;無(wú)水乙醇

天津市瑞金特化學(xué)品有限公司;乳酸 天津市永大化學(xué)試劑有限公司;鈣－羧酸指示劑 上海靈錦精細(xì)化工有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 蛋殼粉酸解制備可溶性鈣

1.2.1.1 蛋殼粉酸解提取可溶性鈣工藝流程 廢棄蛋殼→清洗→60℃下烘干→粉碎→過(guò)100目篩→蛋殼粉→酸解→過(guò)濾→測(cè)定可溶性鈣含量→制得蛋殼酸解液

1.2.1.2 蛋殼粉水解酸種類(lèi)的選擇 稱取1g篩選過(guò)的樣品，分別加入到2mL 6mol/L的鹽酸、乳酸、醋酸、檸檬酸中，加入8mL的蒸餾水，在溫度100℃的條件下水解30min，測(cè)各酸水解液中可溶性鈣的含量。

1.2.1.3 蛋殼粉酸水解工藝優(yōu)化 稱取1.0g蛋殼粉，以可溶性鈣得率為指標(biāo)，選取鹽酸體積、鹽酸濃度、水解時(shí)間和水解溫度四因素，進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1。

表1 酸水解正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.2 氨基酸螯合鈣的制備工藝優(yōu)化

1.2.2.1 蛋殼粉酸解液與甘氨酸螯合工藝流程 酸水解液→調(diào)節(jié)pH→加入甘氨酸→一定比例混合→攪拌→螯合→加無(wú)水乙醇沉淀→離心→沉淀物→干燥→氨基酸螯合鈣

1.2.2.2 氨基酸螯合鈣制備工藝條件選擇 調(diào)節(jié)蛋殼粉水解液pH后，加入不同比例甘氨酸，在不同溫度下螯合反應(yīng)一定時(shí)間后，用無(wú)水乙醇沉淀螯合物，離心后測(cè)定上清液中游離鈣含量并計(jì)算螯合率。

跟你說(shuō)吧，原本大家都不同意給你，我一個(gè)一個(gè)地做工作，講你的特殊情況，求他們，總算都同意了?，F(xiàn)在，錢(qián)還在會(huì)計(jì)那里，你這么急，我先墊上。說(shuō)著，村長(zhǎng)從口袋里摳出一疊票子，塞給牛皮糖。

1.2.2.3 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以螯合率為指標(biāo)，選取甘氨酸與游離鈣摩爾比、pH、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間四因素，進(jìn)行 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表2。

表2 螯合反應(yīng)因素水平表

1.2.3 測(cè)定方法

1.2.3.1 游離態(tài)鈣含量的測(cè)定 采用GB/T 5009.92－2003食品中鈣的測(cè)定——EDTA滴定法。

1.2.3.2 氨基酸螯合鈣螯合率的計(jì)算:

式中:W1－反應(yīng)體系中鈣的含量(mg);W2－反應(yīng)后體系中鈣的含量(mg)。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋殼粉酸水解工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 水解酸種類(lèi)的選擇 取1g蛋殼粉，分別加入2mL 6mol/L的鹽酸、醋酸、乳酸和檸檬酸，再加入8mL蒸餾水酸解30min，測(cè)定酸水解液中可溶性鈣得率，結(jié)果如圖1。

圖1 不同酸對(duì)可溶性鈣得率的影響

從圖1可以看出，鹽酸對(duì)蛋殼粉中鈣離子的溶出效果較好，其次為醋酸和乳酸，檸檬酸的效果最差。四種酸和蛋殼粉接觸時(shí)，均發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量白色氣泡。無(wú)機(jī)酸對(duì)蛋殼中鈣離子的溶出效率較高，而有機(jī)酸易與鈣離子形成有機(jī)酸鈣，不利于可溶性鈣的制備。因此，選取鹽酸作為蛋殼酸水解制備可溶性鈣的酸。

2.1.2 蛋殼粉酸水解正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 采用L9(34)正交表，以鹽酸體積、鹽酸濃度、水解時(shí)間和水解溫度為因素設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，確定酸水解的最佳工藝條件，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3極差分析可知，鹽酸體積和鹽酸濃度對(duì)鈣的溶出效果影響存在著極顯著影響，而酸解時(shí)間和酸解溫度對(duì)鈣的溶出效果影響不顯著。因素主次順序?yàn)?B>A>C>D，因素水平最佳組合為B3A3C3D3。因此，蛋殼粉酸水解制備可溶性鈣的最佳工藝條件為:1g蛋殼粉加入10mL 2mol/L的鹽酸，在50℃下酸水解15min。此條件下，可溶性鈣得率為387.0mg/g。

表3 蛋殼粉酸水解制備可溶性鈣正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 鈣與甘氨酸螯合工藝條件的選擇

2.2.1 摩爾比對(duì)螯合反應(yīng)的影響 選取不同鈣含量與甘氨酸摩爾比，于pH5.0，60℃下螯合反應(yīng)60min。

用無(wú)水乙醇沉淀氨基酸螯合鈣后，測(cè)定反應(yīng)體系中游離鈣含量，并計(jì)算鈣離子螯合率，結(jié)果如圖2。

圖2 摩爾比對(duì)螯合反應(yīng)的影響

由圖2可知，隨著甘氨酸用量不斷增加，螯合后游離鈣逐漸減少，螯合率逐漸增大。當(dāng)鈣離子和甘氨酸摩爾比值為1∶6時(shí)，鈣離子利用最充分，螯合率最高。若繼續(xù)增加甘氨酸用量，則難以完全溶解，故不能繼續(xù)增加甘氨酸用量。

2.2.2 pH對(duì)螯合反應(yīng)的影響 按鈣含量與甘氨酸摩爾比為1∶3，分別在不同pH條件下，在60℃螯合反應(yīng)60min。用乙醇沉淀氨基酸螯合鈣后，測(cè)定反應(yīng)體系中游離鈣含量，并計(jì)算鈣離子螯合率，結(jié)果如圖3。

圖3 pH對(duì)螯合反應(yīng)的影響

由圖3可知，隨著pH的增大，鈣離子的螯合率先增大后減小。當(dāng)pH為4.6時(shí)，鈣離子的螯合率達(dá)到最大值;若繼續(xù)增大pH，螯合環(huán)境引起副反應(yīng)，鈣離子螯合率降低，所以最適pH為4.6。

2.2.3 螯合時(shí)間對(duì)螯合反應(yīng)的影響 按鈣含量與甘氨酸摩爾比為1∶3，于pH5.0下，在60℃下分別螯合不同時(shí)間。用乙醇沉淀氨基酸螯合鈣后，測(cè)定反應(yīng)體系中游離鈣含量，并計(jì)算鈣離子螯合率，結(jié)果如圖4。

圖4 螯合時(shí)間對(duì)螯合反應(yīng)的影響

由圖4可知，隨著螯合時(shí)間的增大，鈣離子的螯合率先增大后減小。當(dāng)螯合時(shí)間為1.5h時(shí)，鈣離子的螯合率達(dá)到最大值;若繼續(xù)增加螯合時(shí)間，可能由于攪拌作用引起螯合物的降解，導(dǎo)致鈣離子螯合率下降，所以最適螯合時(shí)間為1.5h。

2.2.4 螯合溫度對(duì)螯合反應(yīng)的影響 按鈣含量與甘氨酸摩爾比為1∶3，于pH5.0下，在不同溫度下分別螯合1h。用乙醇沉淀氨基酸螯合鈣后，測(cè)定反應(yīng)體系中游離鈣含量，并計(jì)算鈣離子螯合率，結(jié)果如圖5。

圖5 螯合溫度對(duì)螯合反應(yīng)的影響

由圖5可以看出，隨著螯合溫度的增大，鈣離子的螯合率先增大后減小。當(dāng)螯合溫度為70℃時(shí)，鈣離子的螯合率達(dá)到最大值;若繼續(xù)提高螯合溫度，會(huì)引起螯合物的降解，導(dǎo)致鈣離子螯合率降低，所以螯合的最佳溫度為70℃。

2.3 螯合正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇摩爾比、pH、時(shí)間和溫度作為影響因素，按L9(34)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 螯合反應(yīng)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由極差分析表4可知，鈣離子和甘氨酸摩爾比對(duì)鈣的螯合率影響極顯著，而pH、螯合時(shí)間和螯合溫度對(duì)鈣的螯合率影響不顯著。因素主次因素順序?yàn)?A>D>B>C，因素水平最佳組合為A3D2B3C2。因此，蛋殼粉酸水解制備可溶性鈣的最佳工藝條件為:可溶性鈣和甘氨酸摩爾比為1∶6，在pH為4.8，60℃下螯合反應(yīng)1.5h。此條件下，可溶性鈣的螯合率高達(dá)89.32%。

3 結(jié)論

3.1 利用蛋殼粉酸水解制備可溶性鈣的最佳工藝條件為:1g蛋殼粉加入10mL 2mol/L的鹽酸，在50℃下酸水解 15min。此條件下，可溶性鈣得率為387.0mg/g。

3.2 蛋殼粉中鈣離子與甘氨酸螯合制備氨基酸螯合鈣的最佳工藝條件為:可溶性鈣和甘氨酸摩爾比為1∶6，在pH為4.8，60℃下螯合反應(yīng)1.5h。此條件下，可溶性鈣的螯合率高達(dá)89.32%。

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Study on preparation technology of calcium amino acid chelate from eggshell power

DU Bing1，CAI Xun－kai1，XIE Yi－cheng1，XIA Yu1，YUAN Gen－liang1，ZHANG Xiang－sheng2，YANG Gong－ming1，*
(1.College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China;2.Henan Doyoo Group，Zhengzhou 450000，China)

Taking eggshell which was abandoned in eggs processing as raw material，the soluble calcium was prepared by acid hydrolysis from eggshell.After adjusting pH，it was chelated with glycine to prepare calcium amino acid chelate.The calcium amino acid chelate was stable to chemistry and biochemistry，and with higher biological potency.It had dual effects on supplement both amino acid and calcium.The results showed that optimum acid hydrolysis condition for soluble calcium was as follows:the 1.0g eggshell powder join in 10mL 2mol/L hydrochloride，under 50℃ acid hydrolysis 15min.Under these conditions the content of soluble calcium was 387.0mg/g.The optimum chelate reaction for calcium amino acid chelate were determined through orthogonal test as follows:The soluble calcium and the glycine mass ratio was 1∶6，in pH 4.8，under 60℃chelate reaction 1.5h.The chelate ratio was 89.32%under these conditions.Therefore，Taking egg shell as raw material，the soluble calcium was dissolved by acid hydrolysis and chelated with glycine to prepare calcium amino acid chelate.This provided a new way for the comprehensive utilization of waste produced in eggs processing.

eggshell power;glycine;calcium amino acid chelate;chelating reaction

TS253.1

B

1002－0306(2011)04－0287－04

2010－01－05 *通訊聯(lián)系人

杜冰(1973－)，男，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向:食品生物技術(shù)，食品新技術(shù)與裝備。