一种采用禽蛋壳类为钙源制备谷氨酸螯合钙及其制备方法【技术领域】，具体的，本发明涉及一种采用禽蛋壳为钙源直接制备的谷氨酸螯合钙的【技术领域】。[0002]钙是人体内必需的元素之一，它是构成人体骨骼、牙齿、器官、血液、肌肉组织的重要成分，当人体中缺乏钙可能发生生理功能障碍。氨基酸螯合钙是一个或者多个基酸基团与金属钙发生配合反应形成的具有环状结构的化合物。其具有良好的化学和生化稳定性，易于被人体吸收、副作用小、生物利用率高，能达到既补充氨基酸又补充钙的双重功效，是一种较理想的钙营养强化剂。[0003]禽蛋壳中含有丰富的钙，是一种完全高度结合的生物钙源，天然、安全[I]。H.Z.Walton对没经过水洗处理的禽蛋壳中所含化学元素进行测定，发现其中钙含量高达36.4%[2]，我国每年扔掉的仅禽蛋壳多达400X 104t[3，4]，对环境造成污染以及资源的极大浪费。这迫切需要新技术手段来对蛋壳进行资源化利用，既可以变废为宝，增加社会财富，又可以解决蛋壳对环境所造成的污染。因此研究以禽蛋壳为钙源制备谷氨酸螯合钙的技术具有较高的实际意义和开发价值。[0004]目前，对蛋壳钙源的利用主要用酸解提取可溶性钙、高温煅烧法，方法普遍存在造成酸污染以及环境污染，有机溶剂残留等缺陷[5，6]，直接利用禽蛋壳类为钙源与氨基酸直接反应制取氨基酸螯合钙未见报道，利用壳类钙源采用环保工艺简单制备的高吸收率的氨基酸螯合钙的技术方案未见报道。现有报道的采用贝壳类等原料制备的氨基酸螯合钙普遍存在:一是溶解度差，IOOmL水中只溶解0.02g碳酸钙，需胃酸中和分解后，钙离子才能被吸收；二是原料取之于近海的牡蛎、贝 壳类，这些海洋生物类有很强的吸附作用，不但能吸附很多浮游生物作为食物，而且能将海洋中污染的重金属吸附到贝壳中。因此这种贝壳生物碳酸钙含重金属，影响服用者的健康。
[0005]针对现有技术中未见有关采用禽蛋壳与氨基酸直接反应制取氨基酸螯合钙的技术现状，基于具有绿色环保，工艺简便易行的原则，本发明目的旨在于提供一种采用禽蛋壳为钙源制备的谷氨酸螯合钙及其制备方法。制备的谷氨酸螯合钙的钙吸收率好，可作为一种高吸收型的活性补钙制剂。
[0006]本发明的技术方案:通过以禽蛋壳为钙源原料，采用直接反应制取氨基酸螯合钙法，在单因素试验的基础上，对摩尔比、pH、螯合温度、螯合时间关键几个技术参数进行响应面优化设计。最终确定的最佳制备工艺条件为:溶液PH值6-8，蛋壳粉与谷氨酸摩尔比1:2至1:3，螯合温度60-801:，螯合时间50-70min。获得采用禽蛋壳为钙源制备的谷氨酸螯合钙最佳工艺参数，确定的制备工艺完整有机组成不可分割，制备的谷氨酸螯合钙制剂通过科学实验反复验证具有突显的钙吸收效果，谷氨酸螯合率高达为63.88%，获得高吸收型的活性补韩制剂。
[0007]具体的，本发明提供了一种采用禽蛋壳为钙源直接制备谷氨酸螯合钙的方法，具体制备方法步骤如下。
[0008](I)原料预处理:收集禽蛋壳后用清水清洗表面杂物，经沸水煮沸5-10min，40-60kHz,超声20-30min初次壳膜分离，置隧道式鼓风干燥箱中利用风力再次分离壳膜，粉碎过100目筛，得到纯度较高蛋壳粉，再4°C储存备用。
[0009](2)将蛋壳钙粉和谷氨酸按照1:2至1:3摩尔比例混合，蒸馏水按固液质量比1:15至1:20添加，用NaOH调节pH值至6_8，加热至60_80°C以20_30r/min速度搅拌保温螯合50_70mino
[0010](3)将上述步骤获得螯合反应的粗品，抽滤5-10min，滤渣回收重新投料使用；滤液减压浓缩置膏状，90%-95%无水乙醇沉淀，搅拌30min，静置过夜，4000r/min-6000r/min离心15-20min，回收上清液无水乙醇混合物，过滤收集沉淀物。
[0011](4)将上述步骤(3)纯化后的谷氨酸螯合钙经110°C干燥，粉碎过120目筛，制得白色粉末状谷氨酸螯合钙。
[0012]本发明中，选择禽蛋壳为钙源制备谷氨酸螯合钙制剂，首先是基于禽蛋壳的结构优势，通过电镜结构观察，蛋壳成多孔的不规则结构，这是禽蛋壳粉比碳酸钙更易被人体和动物吸收的主要原因，这样为制备谷氨酸螯合钙，有利于人体吸收奠定了基础。其次是安全性，比其他贝壳类，骨头类安全。众所周知，贝壳因海洋污染重金属超标，受地域限制只有沿海地区较多因素限制，骨头中因激素、药品等污染的现状，禽蛋壳是禽类的生物组织。通过利用钙源原料骨粉、鸡蛋壳粉、牡蛎壳制备的生物碳酸钙或常见活性钙粉按照上述提供的制备工艺，将钙源原料和蒸馏水一定比例混合，调节PH值，加热，搅拌，保温螯合，抽滤，减压浓缩置膏状，乙醇沉淀，离心，收集沉淀物，干燥、粉碎获得谷氨酸螯合钙成品，通过将制备的谷氨酸螯合钙成品进 行性能参数比对获悉，采用鸡蛋壳粉为钙源制备谷氨酸螯合钙性能比较好，进一步通过利用鸭蛋壳、鹅蛋壳等其他禽类蛋壳粉为钙源直接制备的谷氨酸螯合钙，普遍共同获得以下优良性能的谷氨酸螯合钙:白色粉末，易吸潮。溶解度高到33%-33.4%，水溶液无色具有特有的鲜味，呈中性pH(10%水溶液)6.0-7.5，稳定性较好，含钙量(以钙计算)10.9%-13.5%。
[0013]通过实施本发明具体的
，可以达到以下技术效果。
[0014]1.通过以禽蛋壳为钙源原料，采用直接反应制取氨基酸螯合钙法，在单因素试验的基础上，对摩尔比、pH、螯合温度、螯合时间几个关键技术参数进行响应面优化设计，最终确定的最佳制备工艺条件为:溶液PH值6-8，蛋壳粉与谷氨酸摩尔比1:2至1:3，螯合温度60-80°C，螯合时间50-70min，获得采用禽蛋壳为钙源制备的谷氨酸螯合钙最佳工艺参数，确定的制备工艺完整有机组成不可分割，制备的谷氨酸螯合钙制剂通过科学实验反复验证具有突显的钙吸收效果，谷氨酸螯合率高达为63.88%，获得高吸收型的活性补钙制剂。谷氨酸螯合钙制剂具有的特征或者属性:白色粉末，易吸潮。溶解度高到33%-33.4%，水溶液无色具有特有的鲜味，呈中性批pH(10%水溶液)6.0-7.5，稳定性较好，含钙量(以钙计算)10.9%-13.5%O
[0015]2.本发明采用禽蛋壳为钙源直接制备谷氨酸螯合钙制剂的工艺中，确定了摩尔t匕、pH、螯合温度、螯合时间都显著影响氨基酸螯合钙的螯合率关键技术要素，提供确定的制备工艺中各技术步骤之间有机组成，上下相互衔接，互不可替换，共同完整有机组成不可分割。同时在选用壳膜分离技术步骤中，采用煮沸消毒浸泡之后超声波壳膜分离，与贝壳类比用弱酸弱碱泡，节约了资源，减少了酸碱的污染。并在工艺过程中加蒸馏水量较少，节约了水资源，减少了浓缩时间，提高了效率。
[0016]3.采用制备的谷氨酸螯合钙制剂，通过应用试验，证实了采用相同含钙元素剂量条件下，本发明提供的谷氨酸螯合钙制剂对改善大鼠股骨的营养状况效果比葡萄糖酸钙组好，高剂量组大鼠骨密度与葡萄糖酸钙组比较增加，差异有显著性(P〈0.01)意义。实验得出本发明提供的谷氨酸螯合钙与低钙组以及葡萄糖酸钙比显著(p〈0.05)提高了大鼠L股骨上端最大载荷，高达106.60±16.87N可以较好地改善大鼠股骨近端的力学性能。本发明提供的谷氨酸螯合钙的钙吸收率较好，高剂量组大鼠表观消化率为96.27± 1.55%，与对照组比较增高，差异显著(P〈0.01)。表明通过本发明以禽蛋壳为钙源原料，采用直接反应制备的谷氨酸螯合钙制剂钙吸收率显著突出，是一种高吸收型的活性补钙制剂，具有广泛的实用性和开发价值。
[0017]


图1显示为采用禽蛋壳为钙源直接制备谷氨酸螯合钙的的工艺流程图。
[0018]图2显示为蛋壳粉与谷氨基酸不同摩尔比对螯合率的影响图。
[0019]图3显示为不同pH值对谷氨酸螯合钙螯合率的影响图。
[0020]图4显示为不同温度对谷氨酸螯合钙螯合率的影响图。
[0021]图5显示为螯合时间对谷氨酸螯合钙螯合率的影响图。
[0022]图6显示为摩尔比和pH交互影响螯合率响应面图。
[0023]图7显示为摩尔比与温度交互影响螯合率响应面图。
[0024]图8显示为pH与时间交互影响螯合率响应面图。

[0025]下面，举实施例说明本发明，但是，本发明并不限于下述的实施例。
[0026]采用原料及试剂:采用原料为各类禽蛋壳，采用的试剂为L-谷氨酸、无水乙醇、EDTA 二钠盐、铬黑T、三乙醇胺、盐酸、氨水均为分析纯，本领域可通过现有技术获得或制备获得。
[0027]采用的主要的仪器设备:FW-100高速万能粉碎机(北京市永光明医疗仪器厂)、EYELA SB2000旋转蒸发仪(上海爱朗仪器有限公司)、DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱(上海恒科技有限公司)、100目国家标准筛(上海东星建材实验设备有限公司)、AL204-1C电子分析天平(上海市梅特勒-托利多有限公司)、数显恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器厂)、pHS-3c酸度计(上海仪电科学仪器股份有限公司)、F00DALYT-TS10滴定仪(北京天翔飞域仪器设备有限公司)。
[0028]本发明中选用的所有原辅材料、试剂和仪器、设备都为本领域熟知选用的，但不限制本发明的实施，其他本领域熟知的一些试剂和设备都可适用于本发明以下实施方式的实施。
[0029]实施例一:采用禽蛋壳为钙源制备谷氨酸螯合钙
采用禽蛋壳为钙源直接制备 谷氨酸螯合钙的具体方法步骤如下。[0030](I)原料预处理:收集禽蛋壳后用清水清洗表面杂物，经沸水煮沸5-10min后，40-60kHz,超声20-30min初次壳膜分离，置隧道式鼓风干燥箱中利用风力再次分离壳膜，粉碎过100目筛，得到纯度较高蛋壳粉，再4°C储存备用。
[0031](2)将蛋壳钙粉和谷氨酸按照1:2至1:3摩尔比例混合，蒸馏水按固液质量比1:15至1:20添加，用NaOH调节pH值至6_8，加热至60_80°C以20_30r/min速度搅拌保温螯合50_70mino
[0032](3)将上述步骤获得螯合反应的粗品，抽滤5-10min，滤渣回收重新投料使用；滤液减压浓缩置膏状，90%-95%无水乙醇沉淀，搅拌30min，静置过夜，4000r/min-6000r/min离心15-20min，回收上清液无水乙醇混合物，过滤收集沉淀物。
[0033](4)将上述步骤(3)纯化后的谷氨酸螯合钙经110°C干燥，粉碎过120目筛，制得白色粉末状谷氨酸螯合钙。
[0034]通过上述采用禽蛋壳为钙源直接制备谷氨酸螯合钙，具有制备的谷氨酸螯合钙制剂通过科学实验反复验证具有突显的钙吸收效果，谷氨酸螯合率高达为63.88%左右，获得高吸收型的活性补钙制剂:白色粉末，易吸潮。溶解度高到33%-33.4%，水溶液无色具有特有的鲜味，呈中性pH(10%水溶液)6.0-7.5，稳定性较好，含钙量(以钙计算)10.9%_13.5%。
[0035]实施例二:采用禽蛋壳为钙源制备谷氨酸螯合钙
采用禽蛋壳为钙源直接制备谷氨酸螯合钙的具体方法步骤如下。 [0036](1)原料预处理:收集禽蛋壳后用清水清洗表面杂物，经沸水煮沸5min，40kHz，超声20min初次壳膜分离，置隧道式鼓风干燥箱中利用风力再次分离壳膜，粉碎过100目筛，得到纯度较高蛋壳粉，再4°C储存备用。
[0037](2)将蛋壳钙粉和谷氨酸按照1:2摩尔比例混合，蒸馏水按固液质量比1:15添加,用NaOH调节pH值至6,加热至60O以20r/min速度搅拌保温螯合50min。
[0038](3)将上述步骤获得螯合反应的粗品，抽滤5min，滤渣回收重新投料使用；滤液减压浓缩置膏状，90%%无水乙醇沉淀,搅拌30min,静置过夜，4000r/min离心15min,回收上清液无水乙醇混合物，过滤收集沉淀物。
[0039](4)将上述步骤(3)纯化后的谷氨酸螯合钙经110°C干燥，粉碎过120目筛，制得白色粉末状谷氨酸螯合钙。
[0040]通过上述采用禽蛋壳为钙源直接制备谷氨酸螯合钙，具有制备的谷氨酸螯合钙制剂通过科学实验反复验证具有突显的钙吸收效果，谷氨酸螯合率高达为63.88%左右，获得高吸收型的活性补钙制剂:白色粉末，易吸潮。溶解度高到33%-33.4%，水溶液无色具有特有的鲜味，10%水溶液呈中性pH6.0，稳定性较好，含钙量(以钙计算)10.9%。
[0041]实施例三:采用禽蛋壳为钙源制备谷氨酸螯合钙
采用禽蛋壳为钙源直接制备谷氨酸螯合钙的具体方法步骤如下。
[0042](I)原料预处理:收集禽蛋壳后用清水清洗表面杂物，经沸水煮沸10min，60kHz，超声30min初次壳膜分离，置隧道式鼓风干燥箱中利用风力再次分离壳膜，粉碎过100目筛，得到纯度较高蛋壳粉，再4°C储存备用。
[0043](2)将蛋壳钙粉和谷氨酸按照1:3摩尔比例混合，蒸馏水按固液质量比1:20添加,用NaOH调节pH值至8,加热至8(TC以30r/min速度搅拌保温螯合70min。
[0044](3)将上述步骤获得螯合反应的粗品，抽滤lOmin，滤渣回收重新投料使用；滤液减压浓缩置膏状，95%无水乙醇沉淀,搅拌30min,静置过夜，6000r/min离心20min,回收上清液无水乙醇混合物，过滤收集沉淀物。
[0045](4)将上述步骤(3)纯化后的谷氨酸螯合钙经110°C干燥，粉碎过120目筛，制得白色粉末状谷氨酸螯合钙。
[0046]通过上述采用禽蛋壳为钙源直接制备谷氨酸螯合钙，具有制备的谷氨酸螯合钙制剂通过科学实验反复验证具有突显的钙吸收效果，谷氨酸螯合率高达为63.88%左右，获得高吸收型的活性补钙制剂:白色粉末，易吸潮。溶解度高到33%_33.4%，水溶液无色具有特有的鲜味，10%水溶液呈中性pH7.5，稳定性较好，含钙量(以钙计算)13.5%。
[0047]实施例四:采用禽蛋壳为钙源制备谷氨酸螯合钙
将收集禽蛋壳后用清水清洗表面杂物，经沸水煮沸8min，50kHz，超声25min初次壳膜分离，置隧道式鼓风干燥箱中利用风力再次分离壳膜，粉碎过100目筛，得到纯度较高蛋壳粉，将蛋壳钙粉和谷氨酸按照1:2.5摩尔比混合，蒸馏水按固液质量比1:18添加，用NaOH调节PH值至7，加热至70°C以25r/min速度搅拌保温螯合60min获得螯合反应的粗品，抽滤7min,滤洛回收重新投料使用；滤液减压浓缩置膏状，90%无水乙醇沉淀,搅拌30min,静置过夜，5000r/min离心17min，回收上清液无水乙醇混合物，过滤收集沉淀物，经110°C干燥，粉碎过120目筛，制得白色粉末状谷氨酸螯合钙:白色粉末，易吸潮。溶解度高到33.3%，水溶液无色具有特有的鲜味，呈中性PH(10%水溶液)7.0，稳定性较好，含钙量(以钙计算)13%。
[0048]实施例五:制备谷氨酸螯合钙的钙源选择
本实施例旨在通过将常见的制备的谷氨酸螯合钙的钙源材料，采用骨粉、鸡蛋壳粉、牡蛎壳制备的生物碳酸钙或常见活性钙粉作为钙源，通过试验进一步验证采用禽蛋壳为钙源制备谷氨酸螯合钙的技术优势。
[0049](I)骨粉为原料:用动物骨骼制成的钙制剂，是一种很好的补钙剂，但现有技术普遍认为有以下缺陷:一是钙的含量太低；二是有的地方用来提取和加工的化学制剂有毒，有多例报告发生肝中毒。三是猪、牛、羊的骨骼可能会吸附重金属[7，8，9]。
[0050](2)禽蛋壳粉为原料:将鸡蛋为代表的禽蛋壳清洗、粉碎后高温消毒制成禽蛋壳钙粉，其主要化学成分是碳酸钙。采用常见的蛋壳CaCO3高于93% ,Ca元素含量大于36%，远高于动物骨常见的12%含钙量[7，8，9]。蛋壳有机物含量很低，因此制备钙剂时产率较高。蛋壳钙表面存在大量微孔，消化液也易于作用。
[0051](3)生物碳酸钙为原料:以牡蛎壳为原料，经清洗、粉碎、高温锻烧精制而成，主要化学成分为碳酸钙，呈白色微细粉末，无臭无味。可溶于乙酸、稀盐酸，并产生二氧化碳。这类钙制剂突出优点是价廉、取料方便、含钙量高。其缺点一是溶解度差，IOOmL水中只溶解0.02g碳酸钙，需胃酸中和分解后，钙离子才能被吸收[9]。二是原料取之于近海的牡蛎、贝壳类，这些海洋生物类有很强的吸附作用，不但能吸附很多浮游生物作为食物，而且能将海洋中污染的重金属吸附到贝壳中，因此生物碳酸钙含重金属，影响服用者的健康。
[0052](4)活性钙为原料:别名活性离子钙，前几年曾风行一时。以牡砺壳为原料，经清洗、粉碎、高温锻烧、水解精制而成。其主要化学成分为氢氧化钙，另含微量氧化镁，氧化钾，氧化铁等，含钙量为5.41%。呈白色粉末的活性钙、无臭、有涩味，溶于酸性溶液，几乎不溶于水，呈强碱性(PH=12.4)，对皮肤、织物有腐蚀作用。有文献报道本品在体内吸收好，利用率高，但由于碱性太强，服用后易产生灼烧感，恶心和不适，因此很多地区已淘汰了这个产品[8，9]。
[0053]通过利用上述提供的钙源原料骨粉、鸡蛋壳粉、牡蛎壳制备的生物碳酸钙或常见活性钙粉按照实施例提供的制备工艺，将钙源原料和蒸馏水一定比例混合，调节PH值，加热，搅拌，保温螯合，抽滤，减压浓缩置膏状，乙醇沉淀，离心，收集沉淀物，干燥、粉碎获得谷氨酸螯合钙成品，通过将制备的谷氨酸螯合钙成品进行性能参数比对获悉，采用鸡蛋壳粉为钙源制备谷氨酸螯合钙性能比较好，进一步通过利用鸭蛋壳、鹅蛋壳等其他禽类蛋壳粉为钙源直接制备的谷氨酸螯合钙，普遍共同获得以下优良性能的谷氨酸螯合钙:白色粉末，易吸潮。溶解度高到33%-33.4%，水溶液无色具有特有的鲜味，呈中性pH(10%水溶液)
6.0-7.5，稳定性较好，含钙量(以钙计算)10.9%-13.5%。
[0054]由此可见，对于钙源的选择，经过采用不同钙源原料试验得知，基于禽蛋壳的生物组织结构优势，蛋壳成多孔的不规则结构，禽蛋壳也是禽类重要的的生物组织的构成部分，同时，禽蛋壳的钙含量比贝壳类、骨类高的现实情况，综合涉及各方面的考量，决定了禽蛋壳粉比碳酸钙更易被人体和动物吸收的主要原因，也是奠定了本发明采用禽蛋壳为钙源直接制备谷氨酸螯合钙的主要技术支持和优势决定。
[0055]实施例六:谷氨酸螯合钙螯合率的测定
称取1.0Og氨基酸螯合钙样品，溶于蒸馏水定容500mL，取IOOmL置300mL锥形瓶中，加入5滴1%铬黑T指示剂和NH3.H2O-NH4Cl缓冲溶液5mL摇匀。0.0ImoI/LEDTA溶液滴定，平行进行3次滴定， 记下消耗的EDTA溶液平均体积Vc^另取相同量氨基酸螯合钙样品，加50mL无水乙醇,充分搅拌离心、分离、烘干，用蒸懼水定容至500mL,方法同上,记下消耗的EDTA溶液平均体积Viq
采用EDTA络合滴定法其原理:EDTA-M络合物的稳定常数(IgK =18.8)远大于氨基酸螯合物的稳定常数，氨基酸螯合钙在无水乙醇中的溶解度较小，而钙离子可以溶于无水乙醇，可以洗脱除去未螯合的钙离子[10]。由此计算出螯合率和金属元素的总含量。