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CN108354183B - 制备高品质海洋源氨基酸复合钙粉的方法 - Google Patents

制备高品质海洋源氨基酸复合钙粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备高品质海洋源氨基酸复合钙粉的方法，包括下列步骤：（1）水产品下脚料清洗；（2）破碎；（3）除盐；（4）初步酸解；（5）微生物发酵降解；（6）氨基酸初步复配；（7）酶解；（8）氨基酸二次复配；（9）干燥；（10）超微粉碎。本发明利用虾壳、蟹壳、鱼骨等海洋生物资源，通过酶解、有机酸、氨基酸复配的制备工艺，制得海洋生物钙粉，其生物利用率高，具有良好的应用前景。本发明在制备工艺中，增加发酵环节，同时采用酶解和酸解相互交替进行的步骤，可以大大提高生物钙粉的提取率和生物利用率。

Description

制备高品质海洋源氨基酸复合钙粉的方法
技术领域
本发明涉及一种制备高品质海洋源氨基酸复合钙粉的方法，属于生物技术领域。
背景技术
钙是人体必不可少的元素，膳食中钙营养状况与人体生长发育、心血管疾病以及慢性病密切相关，摄入足量的钙对改善骨质疏松症状具有重要的作用，目前钙剂产品主要分为无机钙、有机酸钙、氨基酸钙等类别，研究发现钙的来源不同、存在形式不同对钙的利用率有较大差异，例如王晓峰（2010）等对8种钙制剂在大鼠中的钙吸收情况对比发现，鱼骨钙组制剂的表观吸收率可达93%，优于动物钙制品；张文静（2015）等发现从虾壳中制取的PHC－Ca 有促进钙吸收的效果，其生物利用率优于相同钙含量的柠檬酸钙以及虾壳粉，因此利用海洋生物资源制备钙类产品成为发展的趋势。
浙江沿海海洋资源丰富，特别是虾类、蟹类、鱼类产量较大，然而每年虾壳、蟹壳、鱼骨等下脚料没有进行有效的综合利用，造成资源的巨大浪费。目前市场上生物活性钙产品较少，并没有形成规模，而且海洋生物钙的利用更差。
浙江有多数虾、蟹类、鱼类水产加工企业的下脚料虾壳、蟹壳、鱼骨数量非常多，目前下脚料主要以废弃物或者低值鱼粉的形式处理，造成资源的巨大浪费甚至污染环境，本发明开展虾蟹壳海洋生物钙的提取、产品开发等研究，对浙江省打造“蓝色粮仓”、提升海洋资源利用率和水产加工可持续发展具有重要意义：（1）可以提高海洋资源的综合利用率；（2）丰富目前海洋生物钙产品种类，优化钙剂消费市场；（3）提升水产加工钙源下脚料的高值化。本项目符合海洋精深加工产业的战略，对当前水产加工产业结构的建设具有重要意义，同时可为同行业、类似行业的精深加工利用的研发和技术推广起到示范和带动作用，必将产生巨大的经济、社会效益。
发明内容
现有技术中用海洋原料制备钙粉都是用酶解的方法，但是，其酶解效率低，获得的钙粉产出率低，生物利用率不高。本发明所要解决的技术问题是：提供一种制备高品质海洋源氨基酸复合钙粉的方法。
本发明提供的制备高品质海洋源氨基酸复合钙粉的方法，其特征在于，包括下列步骤：
（1）水产品下脚料清洗：用清水将水产品下脚料清洗2-3次，然后烘干。
（2）破碎：将烘干的水产品下脚料进行破碎处理，获得10-30目的粉末。
（3）除盐：将步骤（2）获得的产品粉末以1:3-5质量比的浓度为0.5-1mol/L的盐酸溶液进行浸泡，浸泡20-30min，浸泡过程辅助超声。
海洋原料中，其盐分含量都比较高，因此要尽可能去除盐分，以增强酶解效率并降低终产品的含盐量。
（4）初步酸解：将100重量份数的粉末放入3-5倍重量的水中，同时加入10-15重量份数的有机酸，煮沸30min，冷却到30-35℃，维持3-5h。
本发明应用了初步酸解的步骤，将海洋原料煮熟后，进行初步酸解，利于后面步骤的微生物发酵。
（5）微生物发酵降解：将初步酸解后的原料升温到35-40℃，加入地衣芽胞杆菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌菌种0.03-0.06份，充分拌匀，发酵1-2天。
本发明将微生物发酵应用到生物钙粉的制备中，并完善了其作用和功效，一方面是利用微生物将原料中的钙元素析出，即达到原料脱钙的目的，同时，利用相关的微生物在发酵过程中产生各种蛋白酶和水解酶，进一步将原料酶解。例如，地衣芽胞杆菌和枯草芽孢杆菌都可以产生各种蛋白酶，其发酵过程产生的蛋白酶和下面的步骤（6）中加入的各种酶一块更好的将原料酶解。
（6）氨基酸初步复配：将发酵得到的物料加入1-2倍的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液和1-3倍的氨基酸复合酸水溶液，升温到40-60℃，同时超声波处理1-2h。
为增加氨基酸和钙源的螯合率，本发明采用两步复配的步骤，在微生物发酵后采用一次氨基酸复配，在酶解后再复配一次，增大氨基酸和析出钙的螯合几率。
（7）酶解:在氨基酸初步复配后的物料中加入碱性蛋白酶、组织蛋白酶和溶菌酶，三种酶的的重量分别为物料重量的1.5-3%、0.5-2%和0.05-0.5%；温度维持在30-40℃，维持时间2-5h，然后升温到80-90℃灭酶活性，然后离心，收集上清液。
本发明选择的三种酶，可以将水产品下脚料中的蛋白质酶解为多肽和氨基酸，同时，溶菌酶可以将物料中的微生物酶解，释放出更多的蛋白水解酶。
（8）氨基酸二次复配：将得到的上清液加入3-5倍的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液和3-5倍的氨基酸复合酸水溶液，升温到40-70℃，同时超声波处理2-3h。
（9）干燥：将步骤（8）的物料采用真空浓缩干燥，绝对压力为0.06-0.2MPa，温度为95-100℃，干燥1-2小时。
（10）超微粉碎：粉碎成200目的颗粒，然后筛分包装。
优选的，水产品下脚料选自虾壳、虾头、鱼骨、蟹壳等。
优选的，（4）初步酸解中的有机酸选自柠檬酸、酒石酸、苹果酸的复合酸，三种酸的重量比例5:2-3:1。
优选的，步骤（6）和步骤（8）中氨基酸复配中用的复合酸包括色氨酸、苯丙氨酸、L-天门冬氨酸和甘氨酸，四种酸的重量比是1:2-5:3-7:3-4，水溶液中氨基酸的质量百分比为20-35%。
进一步的，在步骤（4）初步酸解过程中，为了增强酸解效果，可以加入一定的瓜尔胶溶液，瓜尔胶在食品领域可以作为增稠剂，在本发明中，加入瓜尔胶可以将煮熟后的原料和有机酸更紧密的结合，起到更好的酸解效果。
本发明的有益效果是：
本发明利用虾壳、蟹壳、鱼骨等海洋生物资源，通过酶解、有机酸、氨基酸复配的制备工艺，制得海洋生物钙粉，其生物利用率高，具有良好的应用前景。
本发明在制备工艺中，增加发酵环节，同时采用酶解和酸解相互交替进行的步骤，可以大大提高生物钙粉的提取率和生物利用率。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种利用虾壳制备高品质海洋源氨基酸复合钙粉的方法，包括下列步骤：
（1）水产品下脚料清洗：用清水将水产品下脚料清洗3次，然后烘干。
（2）破碎：将烘干的水产品下脚料进行破碎处理，获得30目的粉末。
（3）除盐：将步骤（2）获得的产品粉末以1:5质量比的浓度为1mol/L的盐酸溶液进行浸泡，浸泡30min，浸泡过程辅助超声。
海洋原料中，其盐分含量都比较高，因此要尽可能去除盐分，以增强酶解效率并降低终产品的含盐量。
（4）初步酸解：将100重量份数的粉末放入5倍重量的水中，同时加入15重量份数的有机酸，煮沸30min，冷却到35℃，维持5h。
本发明应用了初步酸解的步骤，将海洋原料煮熟后，进行初步酸解，利于后面步骤的微生物发酵。
（5）微生物发酵降解：将初步酸解后的原料升温到40℃，加入地衣芽胞杆菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌菌种各0.06份，充分拌匀，发酵2天。
本发明将微生物发酵应用到生物钙粉的制备中，并完善了其作用和功效，一方面是利用微生物将原料中的钙元素析出，即达到原料脱钙的目的，同时，利用相关的微生物在发酵过程中产生各种蛋白酶和水解酶，进一步将原料酶解。例如，地衣芽胞杆菌和枯草芽孢杆菌都可以产生各种蛋白酶，其发酵过程产生的蛋白酶和下面的步骤（6）中加入的各种酶一块更好的将原料酶解。
（6）氨基酸初步复配：将发酵得到的物料加入2倍的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液和2倍的氨基酸复合酸水溶液，升温到60℃，同时超声波处理2h。
为增加氨基酸和钙源的螯合率，本发明采用两步复配的步骤，在微生物发酵后采用一次氨基酸复配，在酶解后再复配一次，增大氨基酸和析出钙的螯合几率。
（7）酶解:在氨基酸初步复配后的物料中加入碱性蛋白酶、组织蛋白酶和溶菌酶，三种酶的的重量分别为物料重量的3%、1%和0.5%；温度维持在40℃，维持时间5h，然后升温到90℃灭酶活性，然后离心，收集上清液。
本发明选择的三种酶，可以将水产品下脚料中的蛋白质酶解为多肽和氨基酸，同时，溶菌酶可以将物料中的微生物酶解，释放出更多的蛋白水解酶。
（8）氨基酸二次复配：将得到的上清液加入5倍的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液和5倍的氨基酸复合酸水溶液，升温到60℃，同时超声波处理3h。
（9）干燥：将步骤（8）的物料采用真空浓缩干燥，绝对压力为0.2MPa，温度为100℃，干燥1.5小时。
（10）超微粉碎：粉碎成200目的颗粒，然后筛分包装。
（4）初步酸解中的有机酸选自柠檬酸、酒石酸、苹果酸的复合酸，三种酸的重量比例2-1。
步骤（6）和步骤（8）中氨基酸复配中用的复合酸包括色氨酸、苯丙氨酸、L-天门冬氨酸和甘氨酸，四种酸的重量比是1:3:5:4，水溶液中氨基酸的质量百分比为35%。
在步骤（4）初步酸解过程中，为了增强酸解效果，加入一定的瓜尔胶溶液，加入5重量份数的、质量浓度为12％的瓜尔胶溶液。瓜尔胶在食品领域可以作为增稠剂，在本发明中，加入瓜尔胶可以将煮熟后的原料和有机酸更紧密的结合，起到更好的酸解效果。
利用火焰原子吸收法测定本实施例产品的钙含量，复合钙粉主要成分中钙含量达到51.4%，总氨基酸量达到43.8%。
实施例2
本实施例提供一种利用鱼骨制备高品质海洋源氨基酸复合钙粉的方法，包括下列步骤：
（1）水产品下脚料清洗：用清水将水产品下脚料清洗2次，然后烘干。
（2）破碎：将烘干的水产品下脚料进行破碎处理，获得20目的粉末。
（3）除盐：将步骤（2）获得的产品粉末以1:4质量比的浓度为1mol/L的盐酸溶液进行浸泡，浸泡20-30min，浸泡过程辅助超声。
海洋原料中，其盐分含量都比较高，因此要尽可能去除盐分，以增强酶解效率并降低终产品的含盐量。
（4）初步酸解：将100重量份数的粉末放入4倍重量的水中，同时加入15重量份数的有机酸，煮沸30min，冷却到35℃，维持5h。
本发明应用了初步酸解的步骤，将海洋原料煮熟后，进行初步酸解，利于后面步骤的微生物发酵。
（5）微生物发酵降解：将初步酸解后的原料升温到40℃，加入地衣芽胞杆菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌菌种各0.06份，充分拌匀，发酵2天。
本发明将微生物发酵应用到生物钙粉的制备中，并完善了其作用和功效，一方面是利用微生物将原料中的钙元素析出，即达到原料脱钙的目的，同时，利用相关的微生物在发酵过程中产生各种蛋白酶和水解酶，进一步将原料酶解。例如，地衣芽胞杆菌和枯草芽孢杆菌都可以产生各种蛋白酶，其发酵过程产生的蛋白酶和下面的步骤（6）中加入的各种酶一块更好的将原料酶解。
（6）氨基酸初步复配：将发酵得到的物料加入2倍的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液和3倍的氨基酸复合酸水溶液，升温到60℃，同时超声波处理2h。
为增加氨基酸和钙源的螯合率，本发明采用两步复配的步骤，在微生物发酵后采用一次氨基酸复配，在酶解后再复配一次，增大氨基酸和析出钙的螯合几率。
（7）酶解:在氨基酸初步复配后的物料中加入碱性蛋白酶、组织蛋白酶和溶菌酶，三种酶的的重量分别为物料重量的3%、2%和0.5%；温度维持在40℃，维持时间4h，然后升温到890℃灭酶活性，然后离心，收集上清液。
本发明选择的三种酶，可以将水产品下脚料中的蛋白质酶解为多肽和氨基酸，同时，溶菌酶可以将物料中的微生物酶解，释放出更多的蛋白水解酶。
（8）氨基酸二次复配：将得到的上清液加入5倍的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液和5倍的氨基酸复合酸水溶液，升温到70℃，同时超声波处理2-3h。
（9）干燥：将步骤（8）的物料采用真空浓缩干燥，绝对压力为0.2MPa，温度为100℃，干燥2小时。
（10）超微粉碎：粉碎成200目的颗粒，然后筛分包装。
（4）初步酸解中的有机酸选自柠檬酸、酒石酸、苹果酸的复合酸，三种酸的重量比例5:2-3:1。
步骤（6）和步骤（8）中氨基酸复配中用的复合酸包括色氨酸、苯丙氨酸、L-天门冬氨酸和甘氨酸，四种酸的重量比是1:5:3:3，水溶液中氨基酸的质量百分比为35%。
利用火焰原子吸收法测定本实施例产品的钙含量，复合钙粉主要成分中钙含量达到43.6%，总氨基酸量达到39.8%。
实施例3 本发明制备的生物复合钙的生物吸收利用测定：
利用实施例1制备的复合钙粉进行测定。本发明的生物吸收利用率测定按照现有技术中的报道进行，为增强本发明与现有技术的对比效果，按照张文静等在食品科学发表的《虾壳中复合钙粉的制备工艺优化及大鼠对其吸收效果的评价》。
具体实验步骤如下：
3.1大鼠组别
4周龄断奶大鼠，平均重量为83g，以基础饲料适应性喂养1周后，称重量后挑选体重量无显著性差异的大鼠100只。按照本发明复合钙粉和碳酸钙中的钙含量计算各组钙剂用量，随机分成5 组：低钙对照组，碳酸钙对照组，复合钙粉低剂量组、中剂量组和高剂量组，每组20只。
3.2大鼠喂养方式
低钙对照组以低钙饲料喂养（低钙饲料配方：酪蛋白19.4%、玉米淀粉39.4%、大豆油10%、麦芽糊精13.6%、蔗糖8.7%、纤维素5%、混合维生素1%、DL-蛋氨酸0.1%、酒石酸胆碱0.25%、特丁基对苯二酚0.002%、矿物质混合物2.5%、钙0.1%）。
低、中、高剂量组在大鼠饲喂低钙饲料的基础上，每日灌胃低、中、高剂量钙的复合钙粉。
灌胃剂量参照：800 mg（成人体重量60 kg）换算成13.3 mg/（kg·d），低、中、高剂量为人体剂量的2、5、10 倍。即对应大鼠灌胃钙剂量为26.6、66.5、133mg/（kg·d）（以钙含量及大鼠体重量计）。各组大鼠在相同环境下喂养，自由进食，每周称1次体重量。各组大鼠在相同环境下喂养，自由进食，每周称1次体重量。
3.3大鼠摄入复合钙粉对其生长及钙吸收效果的评价
饲养期间，实验动物未出现疾病和死亡。实验初期各组大鼠体质量、身长无明显差异。喂养3周后，复合钙粉各剂量大鼠生长情况良好。复合钙粉各剂量组大鼠体质量均显著高于低钙对照组。低钙对照组大鼠生长指标明显低于其他剂量组，此时大鼠毛色暗淡无光泽，倦怠行动迟缓。具体如表1复合钙粉对大鼠生长的影响。
表1复合钙粉对大鼠生长的影响
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Claims (1)

1.一种利用虾壳制备海洋源氨基酸复合钙粉的方法，包括下列步骤：
（1）水产品下脚料清洗：用清水将水产品下脚料清洗3次，然后烘干；
（2）破碎：将烘干的水产品下脚料进行破碎处理，获得30目的粉末；
（3）除盐：将步骤（2）获得的产品粉末以1:5质量比的浓度为1mol/L的盐酸溶液进行浸泡，浸泡30min，浸泡过程辅助超声；
（4）初步酸解：将100重量份数的粉末放入5倍重量的水中，同时加入15重量份数的有机酸，煮沸30min，冷却到35℃，维持5h；
（5）微生物发酵降解：将初步酸解后的原料升温到40℃，加入地衣芽胞杆菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌菌种各0.06份，充分拌匀，发酵2天；
（6）氨基酸初步复配：将发酵得到的物料加入2倍的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液和2倍的氨基酸复合酸水溶液，升温到60℃，同时超声波处理2h；
（7）酶解:在氨基酸初步复配后的物料中加入碱性蛋白酶、组织蛋白酶和溶菌酶，三种酶的重量分别为物料重量的3%、1%和0.5%；温度维持在40℃，维持时间5h，然后升温到90℃灭酶活性，然后离心，收集上清液；
（8）氨基酸二次复配：将得到的上清液加入5倍的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液和5倍的氨基酸复合酸水溶液，升温到60℃，同时超声波处理3h；
（9）干燥：将步骤（8）的物料采用真空浓缩干燥，绝对压力为0.2MPa，温度为100℃，干燥1.5小时；
（10）超微粉碎：粉碎成200目的颗粒，然后筛分包装；
其中：步骤（4）初步酸解中的有机酸选自柠檬酸、酒石酸、苹果酸的复合酸；步骤（6）和步骤（8）中氨基酸复配中用的复合酸包括色氨酸、苯丙氨酸、L-天门冬氨酸和甘氨酸；在步骤（4）初步酸解过程中，加入5重量份数的、质量浓度为12％的瓜尔胶溶液。
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