一种柠檬酸钙的制备方法与流程

1.本发明属于农副产品加工技术领域，具体涉及一种柠檬酸钙的制备方法。


背景技术：

2.猪骨约占猪肉重量的9％～14％，随着肉猪年产量增加，猪骨堆积量过多也成令人头疼的问题。这些猪骨往往加工成饲料或肥料等附加值较低的产品或直接被废弃，造成了严重的资源浪费问题和沉重的环境负担。因此，充分利用猪骨类资源，开发高附加值产品，对于猪骨类加工业的健康发展具有重要意义。
3.柠檬酸钙是一种有机酸钙，易消化、吸收、利用，能促进骨骼发育生长，提高骨组织钙含量，其吸收率以及营养价值均优于无机钙制品。且有机酸钙较无机酸钙溶解度高，对肠胃无刺激作用；不会造成砷等重金属元素蓄积中毒，对肝肾无任何副作用。以猪骨为钙源制备柠檬酸钙是实现猪骨再利用的潜在途径之一。
4.目前，畜禽骨骼利用率低的主要原因是骨头中的钙包裹在骨胶原蛋白中，且猪骨具有较高的破坏应力和硬度；另外，钙以羟基磷灰石形式存在，猪骨难以粉碎，羟基磷灰石无法充分暴露出来，钙离子不易溶出，从而影响钙的回收。相较于牛骨以及羊骨而言，猪骨的蛋白质以及脂肪含量更高，其中猪骨的蛋白质含量约13％，脂肪含量约为10％，而牛骨以及羊骨的蛋白质含量约为11％，脂肪含量为6-8％；另外，猪骨的钙离子含量与羊骨相近约为3.5％，低于牛骨的5％。因此，相较于牛骨以及羊骨而言，利用猪骨制备出高产率的柠檬酸钙具有更高的难度。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种柠檬酸钙的制备方法。本发明制得的柠檬酸钙具有高纯度和/或高转化率，反应时间短的优点，且操作工艺简单，原料兼具环保性能。
6.本发明的第一方面，提供一种柠檬酸钙的制备方法，包括以下步骤：
7.s1、将猪骨蒸煮，洗涤，粉碎成粉末，加入由木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和胰蛋白酶形成的复合酶体系，酶解，干燥，得到猪骨粉；
8.s2、将s1所述的猪骨粉与柠檬酸溶液超声反应，得到柠檬酸钙混悬液；
9.s3、将s2所述的柠檬酸钙混悬液固液分离，取固相。
10.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和胰蛋白酶的质量比为(2～4)：(0.5～2)：1。
11.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述蒸煮的温度为120-150℃。
12.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述蒸煮的时间为1-1.5h。
13.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述蒸煮在加压条件下进行；进一步，所述蒸煮的压力为0.12-0.15mpa。
14.采用本方案的高温高压处理可以使猪骨软化，从而骨蛋白变得易于酶解；另外，可
以除去猪骨中的油脂，骨髓等多余物质。
15.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述粉碎的方法为胶体磨法。
16.胶体磨法可以在超微粉碎猪骨的同时，获得理想的混合、均质、乳化和磨细的效果，使得后续猪骨易于被酶解。
17.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和胰蛋白酶的总质量与所述粉末的质量比为0.1-0.5：100，优选0.1-0.4：100，更优选0.1-0.3：100。
18.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述酶解的时间为2-4h，例如2-3.5h、2-3h。
19.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述酶解的温度为30-50℃，例如35-50℃、40-50℃。
20.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s1中，所述酶解的ph值为6-8，例如6.5-8、6.5-7.5、6.5-7。
21.本方案中，猪骨胶原蛋白的酶解可以导致猪骨的天然结构破坏，猪骨破坏应力下降，硬度降低，猪骨中出现微小孔洞，从而加速猪骨中的可溶性钙离子的释放。
22.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s2中，所述柠檬酸与猪骨粉的质量比大于0.4。
23.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s2中，所述柠檬酸溶液的质量分数为15-25wt％。
24.在本发明的一些优选的实施方式中，所述步骤s2中，所述猪骨粉与所述柠檬酸溶液的质量体积比为1g：(3-15)ml，优选1g：(6-15)ml，更优选1g：(6-12)ml。
25.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s2中，所述超声反应的ph值为4.5-5.5。
26.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s2中，所述超声反应的功率为150-200w。
27.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s2中，所述超声反应的温度为20-40℃，例如25-40℃、30-40℃、35-40℃。
28.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s2中，所述超声反应的时间为2-5min。
29.超声时间对柠檬酸钙的影响具有两面性，适当的超声处理可以促进反应体系中物料与溶剂间的碰撞频率，从而加快反应过程。但超声时间过长反过来导致柠檬酸钙的产率以及纯度降低。
30.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s3中，所述固液分离的方式包括但不限于离心，当采用离心方式时，所述离心的转速为1000-1500r/min。
31.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s3中，所述固液分离的方式包括但不限于离心，当采用离心方式时，所述离心的时间为10-20min。
32.在本发明的一些实施方式中，所述步骤s3中，还包括对所述固相进行洗涤。
33.在本发明的一些实施方式中，所述洗涤采用的是乙醇溶液。
34.在本发明的一些实施方式中，所述乙醇溶液的体积分数为60-95％。
35.根据本发明实施方式的柠檬酸钙的制备方法，至少具备如下有益效果：
36.(1)本发明采用酶解法结合超声辅助法制备柠檬酸钙，利用中性蛋白酶、胰蛋白酶和木瓜蛋白酶形成的复合酶体系水解猪骨，再进一步通过超声辅助的方式进一步加速钙离
子与柠檬酸的复分解反应，两种方法结合可以使猪骨中以羟基磷灰石形式存在的结合态的钙被释放出来，成为可溶性钙离子；能够提高猪骨中的钙溶出率，并最终增加析出的柠檬酸钙的产率；
37.(2)本发明的蒸煮处理可以进一步使猪骨中的蛋白质分解，除去多余的血、骨髓、油脂等杂质，提高猪骨粉碎率和钙溶出率，进一步增加柠檬酸钙的产率和纯度；
38.(3)本发明所用的设备简单，操作简单快捷，且原料广泛，能够充分利用废弃猪骨，具有一定的经济价值以及能够实现绿色环保的效果，具有较大的应用前景。
具体实施方式
39.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
40.实施例
41.实施例1
42.将猪骨清洗干净后，切碎成骨块，加水浸没骨块，将骨块置于130℃，0.12mpa的条件下蒸煮1h后置于常温冷却，用清水冲洗除去多余的软骨、肉以及油脂。干燥，称重记录猪骨重量。将处理后的猪骨与水按照重量比为1：1-2的比例混合，用胶体磨研磨，磨制5min后取出猪骨粉末与水的混合物。按照木瓜蛋白酶：中性蛋白酶：胰蛋白酶＝2：1：1的比例配制复合酶体系，按照木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和胰蛋白酶的总质量与粉末的质量比0.25：100的比例在粉末中加入复合酶体系，调节ph值范围为6-8，于45℃条件下酶解2h。酶解完成后，升温至90℃处理6min，使酶失去活性，于室温中降温，过滤，取滤液，加水清洗滤渣，合并收集滤液，干燥，得猪骨粉。
43.向猪骨粉中缓慢加入质量分数为20％的柠檬酸溶液，猪骨粉与柠檬酸溶液的质量体积比为1g：6ml，调节ph值为4.5-5.5，超声的功率设置为150w，超声频率为20khz，25℃超声处理4min，得柠檬酸钙混悬液。
44.将柠檬酸钙混悬液在1500r/min下离心15min，收集沉淀，用95％的乙醇溶液清洗沉淀3次，烘干，用研钵碾碎，即得白色粉末状柠檬酸钙。
45.柠檬酸钙纯度的检测方法按照《中华人民共和国国家标准食品添加剂柠檬酸钙》(gb 17203-1998)中的edta(乙二胺四乙酸二钠盐)配位滴定法进行测定。计算得到的柠檬酸钙的质量与猪骨重量的比值，再乘以柠檬酸钙的纯度即为柠檬酸钙的转化率。
46.经计算，本实施例制得的柠檬酸钙的转化率为71.2％，纯度为94.1％。
47.实施例2
48.将猪骨清洗干净后，切碎成骨块，加水浸没骨块，将骨块置于150℃，0.14mpa的条件下蒸煮1h后置于常温冷却，用清水冲洗除去多余的软骨、肉以及油脂。干燥，称重记录猪骨重量。将处理后的猪骨与水按照重量比为1：1-2的比例混合，用胶体磨研磨，磨制6min后取出猪骨粉末与水的混合物。按照木瓜蛋白酶：中性蛋白酶：胰蛋白酶＝2：2：1的比例配制复合酶体系，按照木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和胰蛋白酶的总质量与粉末的质量比0.3：100的比例在粉末中加入复合酶体系，调节ph值范围为6-8，于40℃条件下酶解3h。酶解完成后，升
温至90℃处理6min，使酶失去活性，于室温中降温，过滤，取滤液，加水清洗滤渣，合并收集滤液，干燥，得猪骨粉。
49.向猪骨粉中缓慢加入质量分数为25％的柠檬酸，猪骨粉与柠檬酸溶液的质量体积比为1g：12ml，调节ph值为4.5-5.5，超声的功率设置为150w，超声频率为20khz，25℃超声处理3min，得柠檬酸钙混悬液。
50.将柠檬酸钙混悬液在1200r/min下离心15min，收集沉淀，用95％的乙醇溶液清洗沉淀3次，烘干，用研钵碾碎，即得白色粉末状柠檬酸钙。
51.柠檬酸钙的纯度以及转化率的检测方法同实施例1中所述。
52.经计算，本实施例制得的柠檬酸钙的转化率为73.9％，纯度为97.3％。
53.对比例1
54.步骤与实施例2相同，区别在于木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和中性蛋白酶的质量比为1：1：1。测得柠檬酸钙的转化率为59.3％，柠檬酸钙的纯度为92.6％。
55.对比例2
56.步骤与实施例2相同，区别在于复合酶体系由胰蛋白酶和中性蛋白酶组成，胰蛋白酶和中性蛋白酶的质量比为2：3。测得柠檬酸钙的转化率为63.8％，柠檬酸钙的纯度为90.8％。
57.对比例3
58.步骤与实施例2相同，区别在于利用搅拌的方式替代超声。实际反应过程中发现，未采用超声辅助反应进行后，3min后只出现少量的白色沉淀，10min后析出较多白色沉淀，30min后生成的柠檬酸钙沉淀的量基本保持不变。且测得柠檬酸钙的转化率为54.7％，柠檬酸钙的纯度为83.8％。
59.对比例4
60.步骤与实施例2相同，区别在于超声的功率设置为500w。测得柠檬酸钙的转化率为66.5％，柠檬酸钙的纯度为86.5％。
61.根据本发明中实施例与对比例的比较可以看出，本发明实施例制备得到的柠檬酸钙具有高收率和/或高纯度，同时，酶解法结合超声辅助反应的方式能够加快反应进程，大大缩短反应时间。
62.上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。