本发明涉及食品生物技术领域，尤其涉及一种以海湾扇贝壳为钙源的赖氨酸螯合钙制备方法。
背景技术：
钙是组成人体的重要元素，在人体中含量最多，可以占到人体体重的1、5％-2、0％。正常成人体内的钙量99％存在于骨骼和牙齿中，剩下的1％则存在于细胞外液、细胞膜和软组织中。钙在人体内的地位非常重要，它一方面以骨盐的形式赋予骨骼强度，成为人体的主要支架，承受身体的重量；另一方面，钙通过离子的形式在各种生理功能和代谢过程，如血液凝固、肌肉收缩、神经肌肉应激、改善微循环和白细胞对细菌的吞噬作用等方面起着非常重要的作用。
在我国，居民体内钙的缺乏是极其普遍的现象。根据中国第四次全国营养调查得到的《中国居民营养与健康现状调查报告》，我国城乡居民每标准人每天钙平均摄入量仅为391mg，相当于推荐摄入量的41％。在人们意识到钙缺乏现象的时候，市场上应运产生了多种多样的补钙产品。
在钙补充剂的发展过程中，早期出现了以无机钙盐和有机酸钙盐为主的钙制剂，市场中也较为多见。无机钙盐主要分为碳酸钙、磷酸氢钙、活性钙等，在无机钙盐中碳酸钙含钙量最高，但是水溶性比较差，进入胃以后必须由胃酸中和并解离成Ca2+，对胃有很强烈的刺激性。因其大部分无法完全被中和，会以难溶性盐的形式被排泄掉，所以吸收率比较低，且容易在肾脏停留，容易引起肾结石。但因为碳酸钙的价格低廉和方便性，它已经成为使用最为广泛的钙补充剂。有机酸钙盐主要有乳酸钙、醋酸钙和葡萄糖酸钙等，有机酸钙盐分子量较高，含钙量相对较低，但有着可观的吸收率，补钙效果要优于传统的无机钙盐。但有机酸钙盐也存在着有不同程度毒副作用的缺点。醋酸钙急性毒性较大，容易导致肾结石、心脏痉挛和软组织钙化症，因此醋酸钙作为钙补充剂一直没有通过美国FDA的认证，仅在临床被用作高血磷症的降血磷药剂。乳酸钙在补钙的同时也会给人体引入乳酸而使人体疲劳，不适合长期服用。葡萄糖酸钙的水溶性很好，无论是降低毛细血管的通透性，还是维持神经与肌肉的正常兴奋性都有十分显著的效果。但它的含钙量较低，且不适宜于糖尿病患者服用，有着较大的局限性。
我国的贝类产量巨大，然而贝类加工的副产物贝壳多被废弃，不仅极大地浪费了资源，还对环境造成了污染。贝壳中含钙量非常可观，若对废弃贝壳进行综合利用，既可以增加经济效益，又避免了对环境的污染。目前对如何更好地利用贝壳尚未有关报道，贝壳的综合利用关键是其产品形态的选择及其技术难度。
赖氨酸是人体的第一限制性氨基酸，在人体内完全不能被自行合成，在谷物类食品中极为缺乏。当赖氨酸补充达不到标准时，其他氨基酸也会收到限制或者得不到利用，对人体的各种生命活动带来很多不良影响。而且R Civitelli等证明了赖氨酸的添加可以有效增加钙吸收，减少钙流失，有助于形成健康的体内钙平衡。随着人们健康意识的完善，氨基酸的补充受到了越来越多的重视。
技术实现要素：
本发明针对已有钙补充剂的缺陷，提出一种赖氨酸螯合钙的制备方法，以海湾扇贝加工废弃物—贝壳以及必需氨基酸赖氨酸为原料，通过水相合成法制备来得到产品。该方法工艺较为简单，成本比较低，螯合产率可观，而且适合大规模批量生产。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种以海湾扇贝壳为钙源的赖氨酸螯合钙制备方法，包括如下步骤：
A、贝壳处理：贝壳经过常规清洗后，晾干，粉碎，进行炭化、灰化处理；
B、灰分处理：用稍过量的HCl溶液处理贝壳灰分，得到CaCl2溶液；
C、混合反应：将CaCl2溶液与赖氨酸加热搅拌，进行螯合；
D、离心分离：把反应液进行离心，保留上清液；
E、蒸发浓缩：对反应液进行缓慢加热蒸发浓缩；
F、醇沉：用无水乙醇来提纯赖氨酸螯合钙；
G、烘干：收集凝胶沉淀，用无水乙醇反复洗涤，在60～80℃下恒温烘干，得到产品。
优选的，所述步骤A的具体条件是：将海湾扇贝壳进行常规清洗，温水浸泡1～2h，洗涤至水中无泥土污渍为止，扇贝壳晾干后，用粉碎机对其进行粉碎，过60～80目筛得粉末，首先将所得粉末放入坩埚，在电磁加热炉上进行炭化，以无烟为炭化终点的标志，随后把炭化后贝壳粉放入马弗炉中，950～1000℃充分灰化2～3h后得到贝壳灰分。
优选的，所述步骤B的具体条件是：对所得贝壳灰分进行处理后，用原子吸收分光光度计测定其含钙量，经过计算，用稍过量的3～5％的HCl溶液处理贝壳灰分，得到CaCl2溶液。
优选的，所述步骤C的具体条件是：用蒸馏水将赖氨酸盐酸盐充分溶解后，与上一步所得CaCl2溶液进行混合，使钙离子与赖氨酸物质的量比为1：2～2.5(优选1:2)，赖氨酸浓度为4％，用NaOH溶液调体系pH值为8～9,将混合溶液在数显恒温磁力搅拌器上加热反应，反应温度为60～70℃(优选65℃)，反应时间为30～40min(优选35min)。
优选的，所述步骤D的具体条件是：趁热将反应液在5000～6000r/min条件下常温离心15～20min，弃去沉淀，保留上清液。
优选的，所述步骤E的具体条件是：将上一步所得上清液利用旋转蒸发仪在60℃下进行缓慢加热浓缩，使上清液体积浓缩至原有体积的5～8％。
优选的，所述步骤F的具体条件是：利用氨基酸金属离子螯合物在无水乙醇中的溶解度极小,而游离金属离子和氨基酸均能溶于无水乙醇这一条件，使用原有浓缩液8～15倍(优选十倍)体积的无水乙醇对赖氨酸螯合钙进行提纯，条件温度设为4℃，时间为12～15h(优选13h)。
优选的，所述步骤G的具体条件是：过滤收集上一步所得凝胶沉淀，用无水乙醇反复洗涤，抽滤，直至滤液与茚三酮试剂不再显示蓝紫色为止，在60～80℃条件下烘干凝胶沉淀，即得到赖氨酸螯合钙产品。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
(1)经以上工艺加工后，可以得到纯净的赖氨酸螯合钙产品；经过工艺优化，赖氨酸螯合钙的螯合产率和含钙量较为可观，分别达到80％和9％以上，而且简化了操作步骤，降低了成本，使得赖氨酸螯合钙可以工业化大规模生产，增加了产量；
(2)本发明所制得的赖氨酸螯合钙稳定性好，吸收率高，溶解性也得到了大大改善，在补钙的同时补充了赖氨酸，具有双重的营养作用；另外，赖氨酸的存在不仅具有提高免疫力，增强体质的效果，还可以促进机体对钙的吸收，有助于形成体内健康的钙平衡，两种营养因子相得益彰；赖氨酸螯合钙无生理毒性，适合各个年龄段的人群按需服用，是未来钙补充剂的发展方向。
具体实施方式
一种以海湾扇贝壳为钙源的赖氨酸螯合钙制备方法，包括如下步骤：
A、贝壳处理：贝壳经过常规清洗后，晾干，粉碎，进行炭化、灰化处理；
B、灰分处理：用稍过量的HCl溶液处理贝壳灰分，得到CaCl2溶液；
C、混合反应：将CaCl2溶液与赖氨酸加热搅拌，进行螯合；
D、离心分离：把反应液进行离心，保留上清液；
E、蒸发浓缩：对反应液进行缓慢加热蒸发浓缩；
F、醇沉：用无水乙醇来提纯赖氨酸螯合钙；
G、烘干：收集凝胶沉淀，用无水乙醇反复洗涤，在60～80℃下恒温烘干，得到产品。
其中，所述步骤A的具体条件是：将海湾扇贝壳进行常规清洗，温水浸泡1～2h，洗涤至水中无泥土污渍为止，扇贝壳晾干后，用粉碎机对其进行粉碎，过60～80目筛得粉末，首先将所得粉末放入坩埚，在电磁加热炉上进行炭化，以无烟为炭化终点的标志，随后把炭化后贝壳粉放入马弗炉中，950～1000℃充分灰化2～3h后得到贝壳灰分；所述步骤B的具体条件是：对所得贝壳灰分进行处理后，用原子吸收分光光度计测定其含钙量，经过计算，用稍过量的3～5％的HCl溶液处理贝壳灰分，得到CaCl2溶液；所述步骤C的具体条件是：用蒸馏水将赖氨酸盐酸盐充分溶解后，与上一步所得CaCl2溶液进行混合，使钙离子与赖氨酸物质的量比为1：2～2.5，赖氨酸浓度为4％，用NaOH溶液调体系pH值为8～9,将混合溶液在数显恒温磁力搅拌器上加热反应，反应温度为60～70℃，反应时间为30～40min；所述步骤D的具体条件是：趁热将反应液在5000～6000r/min条件下常温离心15～20min，弃去沉淀，保留上清液；所述步骤E的具体条件是：将上一步所得上清液利用旋转蒸发仪在60℃下进行缓慢加热浓缩，使上清液体积浓缩至原有体积的5～8％；所述步骤F的具体条件是：利用氨基酸金属离子螯合物在无水乙醇中的溶解度极小,而游离金属离子和氨基酸均能溶于无水乙醇这一条件，使用原有浓缩液8～15倍体积的无水乙醇对赖氨酸螯合钙进行提纯，条件温度设为4℃，时间为12～15h；所述步骤G的具体条件是：过滤收集上一步所得凝胶沉淀，用无水乙醇反复洗涤，抽滤，直至滤液与茚三酮试剂不再显示蓝紫色为止，在60～80℃条件下烘干凝胶沉淀，即得到赖氨酸螯合钙产品。
本发明制备得到纯净的赖氨酸螯合钙产品，经过工艺优化，赖氨酸螯合钙的螯合产率和含钙量较为可观，分别达到80％和9％以上，而且简化了操作步骤，降低了成本，使得赖氨酸螯合钙可以工业化大规模生产，增加了产量；同时，本发明所制得的赖氨酸螯合钙稳定性好，吸收率高，溶解性也得到了大大改善，在补钙的同时补充了赖氨酸，具有双重的营养作用；另外，赖氨酸的存在不仅具有提高免疫力，增强体质的效果，还可以促进机体对钙的吸收，有助于形成体内健康的钙平衡，两种营养因子相得益彰；赖氨酸螯合钙无生理毒性，适合各个年龄段的人群按需服用，是未来钙补充剂的发展方向。
赖氨酸螯合钙动物实验结果：
以清洁级SD雌性大鼠为研究对象，分别设定低钙对照组，赖氨酸螯合钙低、中、高剂量组、阳性对照组，灌胃持续4周，试验结束后对大鼠生长状况、股骨骨密度等指标进行统计。
试验结果表明，赖氨酸钙产品对大鼠的体重、体长增长有一定促进作用。在试验过程中，中、高剂量的螯合钙试验组及阳性对照组的大鼠体重增长量都明显高于低钙对照组，其中中剂量的螯合钙试验组存在显著性差异(P＜0.05)，高剂量的螯合钙试验组及阳性对照组存在极显著性差异(P＜0.01),相比于低钙对照组，分别增长了53.70％、70.89％和73.87％。在对大鼠体长影响试验中，低、中、高剂量的螯合钙试验组及阳性对照组的大鼠体长增长量都明显高于低钙对照组，其中低、中剂量的螯合钙试验组存在显著性差异(P＜0.05)，高剂量的螯合钙试验组及阳性对照组存在极显著性差异(P＜0.01)，相比于低钙对照组，分别增长了81.82％、71.59％、118.18％和117.05％。
中、高剂量组大鼠的股骨长度显著高于低钙对照组(P＜0.05)。中剂量组大鼠的股骨质量显著高于低钙对照组(P＜0.05)，高剂量组大鼠的股骨质量具有极显著性差异(P＜0.01)，中、高剂量的螯合钙试验组及阳性对照组大鼠的股骨质量相比于低钙对照组，其增长量分别为9.16％、11.44％和10.28％。
中、高剂量组大鼠的骨钙含量和骨密度较低钙对照组都发生明显增长，存在极显著差异(P＜0.01)。中、高剂量螯合钙试验组及阳性对照组大鼠的股骨含钙量明显高于低钙对照组，较低钙对照组分别提高了13.19％、35.15％和29.16％。中、高剂量螯合钙试验组及阳性对照组大鼠的股骨骨密度明显高于低钙对照组，较低钙对照组分别提高了35.29％、63.55％和60.59％。表明赖氨酸钙对大鼠股骨状况具有一定改善作用。
赖氨酸钙的表观吸收率较含有相同钙量的阳性对照组更加具有优势。三种剂量水平的螯合钙试验组及阳性对照组的大鼠钙表观吸收率都明显高于低钙对照组，与低钙对照组相比，分别增加了39.51％、58.39％、79.98％和72.99％，均具有极显著性差异(P＜0.01)。
骨组织HE常规染色结果表明赖氨酸钙剂量组也优于低钙对照组。低钙对照组的大鼠股骨骨组织结构较为松散，其骨小梁虽有一定数量，但厚度较薄，相对体积较小，并且在局部出现断裂情况，间距增大，存在着窝陷的现象。低剂量组和中剂量组的SD大鼠股骨骨组织的情况较为接近，骨小梁的形态均比较完整，并有着一定的厚度，但其中中剂量组的骨小梁间出现连接，窝陷减少，骨小梁数量略高于低剂量组。高剂量组的SD大鼠股骨骨组织结构较为完整，骨小梁厚度较高，数量较多，窝陷现象较少，而且成骨细胞的数量较多，破骨细胞数量较少，就骨量来说要明显优于低钙对照组。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。