小龙虾副产物中钙的提取条件研究

李亚楠，王海滨，王 琦

(武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北武汉 430023)

小龙虾是生长在淡水中的甲壳类动物，学名克氏原螯虾(Procambarus clarkii)，广泛分布于我国湖北、江苏、江西、安徽等长江中下游各省市。虾头和虾壳是小龙虾的主要副产物，占虾体重的70%—80%［1］，含有丰富的蛋白质、钙和其他营养素［2］。虾头和虾壳中的钙，是一种很好的钙源。张祥刚等［3］对南美白对虾化学成分进行测定，其中虾头中钙为干重的6.82%，虾壳中钙为干重的19.6%。传统脱钙方法是使用强酸，如盐酸、硫酸等，不仅破坏生态环境，造成环境污染［4］，而且还在一定程度上降低甲壳素的聚合度和质量［5，6］。

钙是人体骨骼发育的基本原料，可参与各种生理功能和代谢过程，对维护机体健康有重要作用。缺钙会造成人体生理障碍，进而引发一系列疾病，牛奶及乳制品是常见的钙源，然而很多人尤其是钙缺乏严重的老年人不喜欢喝牛奶，钙补充剂在这类人的日常饮食中就显得必不可少了。与传统的补钙剂碳酸钙相比，有机钙与人体环境相适应，易吸收，生物利用率高。如能把虾壳中的钙转化为有机钙，再进一步制成钙营养强化剂，将会是一种有意义的尝试。本文就使用柠檬酸、苹果酸、乳酸从虾壳中提取钙进行了初步研究，并与传统的用盐酸提取虾壳中的钙进行了比较，为更进一步的研究打下基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小龙虾副产物:湖北楚玉食品有限公司提供。

柠檬酸、苹果酸、乳酸、冰醋酸、盐酸、乙二胺四乙酸二钠、钙红指示剂(0.1g钙紫红素与10g无水硫酸钠混合，研磨均匀即可)、碳酸钙、三乙醇胺、氢氧化钾、柠檬酸钠等。

1.2 仪器与设备

SHA-C显数恒温水浴振荡器，常州赛普实验仪器厂;GZX-9140ME数显鼓风干燥箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂;FW80万能粉碎机，郑州科丰仪器设备有限公司;AL204型电子分析天平，上海衡平仪器仪表厂;碱式滴定管，武汉兴篮玻璃仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料预处理

水煮去仁后的虾头、虾壳，淋干水分，于105℃烘箱中烘干，万能粉碎机粉碎至1—3 mm的虾粉备用。

1.3.2 工艺流程

取虾粉5g→加蒸馏水及酸→恒温水浴震荡→过滤→测定滤液中钙含量。

1.3.3 钙含量的测定—EDTA滴定法［7］

准确吸取0.5 mL上述过滤液，加水5 mL，三乙醇胺 0.5 mL，柠檬酸钠 0.5 mL，氢氧化钾 0.5 mL(控制 pH 12—13［8］)，钙红指示剂少许，用 EDTA 滴定溶液由紫红色变成纯蓝色，同时做空白试验。

钙含量的计算:

2 结果与分析

2.1 不同酸提取小龙虾副产物中钙的能力的比较

分别选取苹果酸、柠檬酸、乳酸、冰醋酸、盐酸浸泡虾壳，比较不同种类的酸提取钙离子能力的大小。

柠檬酸含有三个羧基、苹果酸含有两个羧基、乳酸和冰醋酸均含有一个羧基、盐酸含有一个氯离子。因反应时与钙离子结合的分别是羧基和氯离子，因此选取各酸的摩尔比为:柠檬酸∶苹果酸∶乳酸∶冰醋酸∶盐酸=2∶3∶6∶6∶6，即加入柠檬酸的量为5.0 g时，相对应的其他酸加入的量分别是苹果酸 5.2 g、乳酸 6.5 mL、冰醋酸 5.6 mL、盐酸 15 mL，此时理论上各酸应具有相同的提取钙的能力。经试验验证，结果见图1。

图1 不同酸提取小龙虾副产物中钙的能力的比较

由图1可以看出，柠檬酸结合小龙虾副产物中钙的能力最弱，盐酸结合小龙虾副产物中钙的能力最强，但与其它弱酸相比并没有明显提高，苹果酸、乳酸、冰醋酸结合小龙虾副产物中钙的能力相差不大。为了减少对环境污染，做到清洁生产，选取柠檬酸、苹果酸、乳酸三种酸进行进一步的探索。

2.2 多种酸配合使用对提取小龙虾副产物中钙的影响

采用2.1中摩尔比，使用两种不同酸或三种酸的组合，比较不同酸配合一起使用提取小龙虾副产物中钙的效果。其中A组合为柠檬酸2.45 g+苹果酸2.55 g，B 组合为柠檬酸 2.22 g+ 乳酸 2.78 mL，C 组合为苹果酸2.17 g+乳酸2.83 mL，D 组合为柠檬酸1.95 g+苹果酸 1.49 g+乳酸 1.55 mL。结果见图2。

图2 不同酸组合提取小龙虾副产物中钙的能力的比较

由图2可以看出，柠檬酸与乳酸的组合提取小龙虾副产物中钙的能力较低，其他组合提取小龙虾副产物中钙的能力基本相同，三种酸的参考价格分别是:柠檬酸2.4 元/100 g，苹果酸25 元/100 g，乳酸4.4元/100 mL，可见苹果酸成本远高于柠檬酸和乳酸，虽然A、C、D三组提取小龙虾副产物中钙的能力基本相同，考虑到苹果酸成本较高，应尽量减少苹果酸用量，因此选取柠檬酸、苹果酸、乳酸三种酸的组合。

2.3 混合酸用量对提取小龙虾副产物中钙的影响

混合酶用量对钙提取量的影响见图3。

图3 混合酸用量对提取小龙虾副产物中钙的影响

由图3可以看出，钙含量随着混合酸用量的增加而增加，当混合酸用量大于5 g时，钙含量有下降趋势，原因为:浸提液的pH随着混合酸用量的增加而降低，可以看出，过低的pH不利于小龙虾副产物中钙的提取。因此选取虾粉与混合酸的质量比为1∶1的组合。

2.4 提取时间对混合酸提取小龙虾副产物中钙的影响

提取时间对钙提取量的影响见图4。

图4 提取时间对混合酸提取小龙虾副产物中钙的影响

由图4可以看出，钙含量随着提取时间的延长逐渐增加，5 h之后趋于稳定。因此选取最佳提取时间为5 h。

2.5 提取温度对混合酸提取小龙虾副产物中钙的影响

图5 提取温度对混合酸提取小龙虾副产物中钙的影响

由图5可以看出，钙提取量随温度的升高先增加后减少，温度为30℃时，溶液中钙含量最高，因此选取最佳提取温度为30℃。

按上述得到的优化条件进行提取试验，可得到小龙虾副产物中钙的提取量最高，达到126.04 mg/g。

3 结论

采用混合酸法提取小龙虾加工副产物中的钙，其最佳条件为:虾粉(干燥后粉碎样)与水的比例1∶13，混合酸与虾粉质量比为1∶1，混合酸摩尔比为柠檬酸∶苹果酸∶乳酸=2∶3∶6，提取时间为5 h，提取温度为30℃，在此条件下小龙虾副产物中钙的提取量最高，为126.04 mg/g。

［1］刘汉文，王爱民，陈洪兴，等.甲壳素生产废水提取虾青素及水解蛋白的工艺研究［J］.饲料工业，2011，32(14):51－55.

［2］Dey S S，Dora K C.Antioxidative activity of protein hydrolysate produced by alcalase hydrolysis from shrimp waste(Penaeus monodon and Penaeus indicus)［J］.J Food Sci Technol.2011－09－04.

［3］张祥刚，周爱梅，林晓霞，等.南美白对虾虾头虾壳化学成分的对比研究［J］.现代食品科技，2009，25(3):224－227.

［4］Mahmoud N S， Ghaly A E， Arab F.Unconventional approach for demineralization of deproteinized crustacean shells for chitin production［J］.Am J Biochem Biotechnol，2007，3:1 －9.

［5］Healy M G，Romo C R，Bustos R.Bioconversion of marine crustacean shell waste［J］.Res Conserv Recycl，1994，11:139 －147.

［6］Manni L，Ghorbel－Bellaaj O，Jellouli K.，et al. Extraction and caracterization of chitin，chitosan，and protein hydrolysates prepared from shrimp waste by treatment with crude protease from Bacillus cereus SV1［J］.Appl Biochem Biotechnol.2010，162:345–357

［7］郭利萍，周小刚.国标食品中钙含量滴定测定方法的优化［J］.食品工业，2012，33(5):130－132.

［8］王竹天.食品卫生检验方法－理化部分:注解(上)［M］.北京:中国标准出版社，2008:251－259.