小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的提取條件研究

李亞楠，王海濱，王 琦

(武漢工業(yè)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430023)

小龍蝦是生長(zhǎng)在淡水中的甲殼類動(dòng)物，學(xué)名克氏原螯蝦(Procambarus clarkii)，廣泛分布于我國(guó)湖北、江蘇、江西、安徽等長(zhǎng)江中下游各省市。蝦頭和蝦殼是小龍蝦的主要副產(chǎn)物，占蝦體重的70%—80%［1］，含有豐富的蛋白質(zhì)、鈣和其他營(yíng)養(yǎng)素［2］。蝦頭和蝦殼中的鈣，是一種很好的鈣源。張祥剛等［3］對(duì)南美白對(duì)蝦化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)定，其中蝦頭中鈣為干重的6.82%，蝦殼中鈣為干重的19.6%。傳統(tǒng)脫鈣方法是使用強(qiáng)酸，如鹽酸、硫酸等，不僅破壞生態(tài)環(huán)境，造成環(huán)境污染［4］，而且還在一定程度上降低甲殼素的聚合度和質(zhì)量［5，6］。

鈣是人體骨骼發(fā)育的基本原料，可參與各種生理功能和代謝過程，對(duì)維護(hù)機(jī)體健康有重要作用。缺鈣會(huì)造成人體生理障礙，進(jìn)而引發(fā)一系列疾病，牛奶及乳制品是常見的鈣源，然而很多人尤其是鈣缺乏嚴(yán)重的老年人不喜歡喝牛奶，鈣補(bǔ)充劑在這類人的日常飲食中就顯得必不可少了。與傳統(tǒng)的補(bǔ)鈣劑碳酸鈣相比，有機(jī)鈣與人體環(huán)境相適應(yīng)，易吸收，生物利用率高。如能把蝦殼中的鈣轉(zhuǎn)化為有機(jī)鈣，再進(jìn)一步制成鈣營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，將會(huì)是一種有意義的嘗試。本文就使用檸檬酸、蘋果酸、乳酸從蝦殼中提取鈣進(jìn)行了初步研究，并與傳統(tǒng)的用鹽酸提取蝦殼中的鈣進(jìn)行了比較，為更進(jìn)一步的研究打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小龍蝦副產(chǎn)物:湖北楚玉食品有限公司提供。

檸檬酸、蘋果酸、乳酸、冰醋酸、鹽酸、乙二胺四乙酸二鈉、鈣紅指示劑(0.1g鈣紫紅素與10g無水硫酸鈉混合，研磨均勻即可)、碳酸鈣、三乙醇胺、氫氧化鉀、檸檬酸鈉等。

1.2 儀器與設(shè)備

SHA-C顯數(shù)恒溫水浴振蕩器，常州賽普實(shí)驗(yàn)儀器廠;GZX-9140ME數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;FW80萬能粉碎機(jī)，鄭州科豐儀器設(shè)備有限公司;AL204型電子分析天平，上海衡平儀器儀表廠;堿式滴定管，武漢興籃玻璃儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料預(yù)處理

水煮去仁后的蝦頭、蝦殼，淋干水分，于105℃烘箱中烘干，萬能粉碎機(jī)粉碎至1—3 mm的蝦粉備用。

1.3.2 工藝流程

取蝦粉5g→加蒸餾水及酸→恒溫水浴震蕩→過濾→測(cè)定濾液中鈣含量。

1.3.3 鈣含量的測(cè)定—EDTA滴定法［7］

準(zhǔn)確吸取0.5 mL上述過濾液，加水5 mL，三乙醇胺 0.5 mL，檸檬酸鈉 0.5 mL，氫氧化鉀 0.5 mL(控制 pH 12—13［8］)，鈣紅指示劑少許，用 EDTA 滴定溶液由紫紅色變成純藍(lán)色，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

鈣含量的計(jì)算:

2 結(jié)果與分析

2.1 不同酸提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的能力的比較

分別選取蘋果酸、檸檬酸、乳酸、冰醋酸、鹽酸浸泡蝦殼，比較不同種類的酸提取鈣離子能力的大小。

檸檬酸含有三個(gè)羧基、蘋果酸含有兩個(gè)羧基、乳酸和冰醋酸均含有一個(gè)羧基、鹽酸含有一個(gè)氯離子。因反應(yīng)時(shí)與鈣離子結(jié)合的分別是羧基和氯離子，因此選取各酸的摩爾比為:檸檬酸∶蘋果酸∶乳酸∶冰醋酸∶鹽酸=2∶3∶6∶6∶6，即加入檸檬酸的量為5.0 g時(shí)，相對(duì)應(yīng)的其他酸加入的量分別是蘋果酸 5.2 g、乳酸 6.5 mL、冰醋酸 5.6 mL、鹽酸 15 mL，此時(shí)理論上各酸應(yīng)具有相同的提取鈣的能力。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果見圖1。

圖1 不同酸提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的能力的比較

由圖1可以看出，檸檬酸結(jié)合小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的能力最弱，鹽酸結(jié)合小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的能力最強(qiáng)，但與其它弱酸相比并沒有明顯提高，蘋果酸、乳酸、冰醋酸結(jié)合小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的能力相差不大。為了減少對(duì)環(huán)境污染，做到清潔生產(chǎn)，選取檸檬酸、蘋果酸、乳酸三種酸進(jìn)行進(jìn)一步的探索。

2.2 多種酸配合使用對(duì)提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的影響

采用2.1中摩爾比，使用兩種不同酸或三種酸的組合，比較不同酸配合一起使用提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的效果。其中A組合為檸檬酸2.45 g+蘋果酸2.55 g，B 組合為檸檬酸 2.22 g+ 乳酸 2.78 mL，C 組合為蘋果酸2.17 g+乳酸2.83 mL，D 組合為檸檬酸1.95 g+蘋果酸 1.49 g+乳酸 1.55 mL。結(jié)果見圖2。

圖2 不同酸組合提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的能力的比較

由圖2可以看出，檸檬酸與乳酸的組合提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的能力較低，其他組合提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的能力基本相同，三種酸的參考價(jià)格分別是:檸檬酸2.4 元/100 g，蘋果酸25 元/100 g，乳酸4.4元/100 mL，可見蘋果酸成本遠(yuǎn)高于檸檬酸和乳酸，雖然A、C、D三組提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的能力基本相同，考慮到蘋果酸成本較高，應(yīng)盡量減少蘋果酸用量，因此選取檸檬酸、蘋果酸、乳酸三種酸的組合。

2.3 混合酸用量對(duì)提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的影響

混合酶用量對(duì)鈣提取量的影響見圖3。

圖3 混合酸用量對(duì)提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的影響

由圖3可以看出，鈣含量隨著混合酸用量的增加而增加，當(dāng)混合酸用量大于5 g時(shí)，鈣含量有下降趨勢(shì)，原因?yàn)?浸提液的pH隨著混合酸用量的增加而降低，可以看出，過低的pH不利于小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的提取。因此選取蝦粉與混合酸的質(zhì)量比為1∶1的組合。

2.4 提取時(shí)間對(duì)混合酸提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的影響

提取時(shí)間對(duì)鈣提取量的影響見圖4。

圖4 提取時(shí)間對(duì)混合酸提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的影響

由圖4可以看出，鈣含量隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，5 h之后趨于穩(wěn)定。因此選取最佳提取時(shí)間為5 h。

2.5 提取溫度對(duì)混合酸提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的影響

圖5 提取溫度對(duì)混合酸提取小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的影響

由圖5可以看出，鈣提取量隨溫度的升高先增加后減少，溫度為30℃時(shí)，溶液中鈣含量最高，因此選取最佳提取溫度為30℃。

按上述得到的優(yōu)化條件進(jìn)行提取試驗(yàn)，可得到小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的提取量最高，達(dá)到126.04 mg/g。

3 結(jié)論

采用混合酸法提取小龍蝦加工副產(chǎn)物中的鈣，其最佳條件為:蝦粉(干燥后粉碎樣)與水的比例1∶13，混合酸與蝦粉質(zhì)量比為1∶1，混合酸摩爾比為檸檬酸∶蘋果酸∶乳酸=2∶3∶6，提取時(shí)間為5 h，提取溫度為30℃，在此條件下小龍蝦副產(chǎn)物中鈣的提取量最高，為126.04 mg/g。

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