微囊乳鈣補(bǔ)鈣劑的測定研究

肖 珊，黃立新，郭 峰

（1.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640；2.廣州雙橋股份有限公司，廣東廣州510280）

人體幾乎所有的生理活動(dòng)均需要鈣的參與，其代謝平衡是維持生命和健康的重要因素。我國國民鈣攝入量普遍偏低，平均每人每天為400～500mg，僅達(dá)到推薦量的50%左右；兒童青少年的缺鈣更為嚴(yán)重，有70%～80%的兒童鈣攝入量不足推薦量的50%[1]。因此，在當(dāng)今食品行業(yè)，鈣強(qiáng)化是一個(gè)重要的產(chǎn)品概念，鈣強(qiáng)化產(chǎn)品不斷出現(xiàn)。2011年，無論全球還是亞洲食品飲料市場中，鈣強(qiáng)化產(chǎn)品數(shù)量較2010年均增長了7.5%[2]。市場上鈣制劑種類繁多，總數(shù)達(dá)上千種。到目前為止，經(jīng)國家食品藥品監(jiān)督管理局（SFDA）批準(zhǔn)的鈣制劑保健食品有896個(gè)，鈣類藥品多達(dá)1740個(gè)，主要分為四大類：無機(jī)鈣、有機(jī)酸鈣、氨基酸螯合鈣、肽鈣[3]。盡管補(bǔ)鈣產(chǎn)品種類豐富，但其鈣生物利用度都受到不同程度的限制，導(dǎo)致補(bǔ)鈣效果與補(bǔ)鈣量不成正比。其中，無機(jī)鈣鹽具有價(jià)廉、鈣含量高等優(yōu)點(diǎn)，作為食品添加劑被廣泛用于各類食品。大多數(shù)無機(jī)鈣鹽水溶性小，進(jìn)入體內(nèi)后需大量胃酸解離成Ca2+才能被吸收利用，但溶解后，在胃腸內(nèi)容易與其他陰離子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀，因此生物活性較差；當(dāng)胃酸缺乏時(shí)，不能充分解離成Ca2+，生物利用度較低，并且有一定的副作用，較易引起胃腸道刺激癥狀[4-5]。

近年，國外采用微囊化技術(shù)用卵磷脂將富含鈣的乳礦物鹽包埋起來，開發(fā)出微囊化鈣產(chǎn)品[6]。微囊化鈣因被卵磷脂包裹，服用后不受胃酸分解，可順利抵達(dá)腸道吸收部位，不刺激胃；壁材卵磷脂的結(jié)構(gòu)與腸道上皮細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)非常相似，很大程度上提高鈣的生物利用率和吸收率[7]。國外已將微囊乳鈣添加于亨氏超金系列等多種配方奶粉中，國內(nèi)在2011年的補(bǔ)鈣產(chǎn)品中“合生元微囊乳鈣咀嚼片”也添加了進(jìn)口微囊乳鈣粉。目前，我國尚無生產(chǎn)微囊乳鈣劑的報(bào)道，本文對一種進(jìn)口的微囊乳鈣產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)、成分與性質(zhì)的測定研究，為國內(nèi)補(bǔ)鈣產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

微囊乳鈣粉（進(jìn)口） 取自海關(guān)；濃縮乳清蛋白WPC80 美國Hilmar公司；大豆卵磷脂 北京索萊寶科技有限公司，優(yōu)級純；無水乙醇 天津富宇精細(xì)化工有限公司，分析純。

S3700N掃描電鏡 Hitachi公司；NICOLET-6700紅外光譜儀 美國Thermo Fisher Scientific公司；S4 PIONEER X-射線熒光光譜儀 德國BRUKER公司；UV500紫外可見分光光度計(jì) 英國UNICAN；X’Pert PRO X-射線衍射光譜儀 荷蘭帕納科公司；TGA Q500熱重分析儀 美國Waters公司；TDL-5-A離心機(jī) 上海安亭（飛鴿）；DDS-307電導(dǎo)率儀 上海雷磁；KJETTEC TM2400 YQ23-凱氏定氮儀 瑞典FOSS；S-250D超聲波萃取儀 美國BRANSON公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微囊乳鈣的顯微形貌 將樣品、樣品灰分（600℃下灼燒4h）用導(dǎo)電膠將固定在樣品臺上，真空噴金處理，放入電鏡中，觀察拍攝樣品顆粒形貌。1.2.2 測定分析

1.2.2.1 微囊乳鈣中水分含量的測定 參照GB/T 20884-2007。

1.2.2.2 微囊乳鈣中蛋白質(zhì)含量的測定 采用凱氏定氮儀測定樣品及乳清蛋白的蛋白質(zhì)含量。以乳清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)品，用紫外分光光度法[8-9]繪制A-C標(biāo)準(zhǔn)曲線。準(zhǔn)確稱微囊乳鈣樣品2.00g，置于50mL燒杯中，加入0.1mol/mL檸檬酸溶液30mL，不斷攪拌10min使其充分溶解，以3000r/min的速度離心10min，傾出上清液保存為儲備液。吸取2.0mL濾液于10mL容量瓶中，加8mol/L尿素的氫氧化鈉溶液定容，充分振搖2min，將濾液置于比色皿記錄吸光值，從標(biāo)準(zhǔn)回歸方程計(jì)算出測定樣品蛋白質(zhì)含量。

1.2.2.3 微囊乳鈣TGA熱重分析 樣品質(zhì)量約2.5mg。氮?dú)饬髁浚禾炱?0mL/min，樣品60mL/min，升溫速率為：30℃/min，溫度范圍為25～800℃。

1.2.2.4 微囊乳鈣紅外光譜分析 采用KBr壓片法，累加掃描次數(shù)32次。

1.2.2.5 微囊乳鈣X射線衍射分析 采用粉末衍射法，銅靶；管壓管流；40kV，40mA；步長0.05°；掃描速度14.28s/步；掃描范圍4～80°。

1.2.2.6 微囊乳鈣X-射線熒光光譜分析 采用硼酸壓片法，微囊乳鈣干燥樣品選取maxtrix進(jìn)樣模式，樣品灰分選取Oxide進(jìn)樣模式，條件為：Rh靶；管電壓：50kV；管電流：50mA；真空光路；氣體流量：35mL/min。測定微囊乳鈣所含元素及大致比例，以及灰分中各種氧化物含量，再計(jì)算得到微囊乳鈣原樣品中鈣、磷等元素大致含量。

1.2.3 微囊乳鈣溶解性的測定 稱取樣品1g至于100mL蒸餾水中混勻，磁力攪拌條件下，不斷加入1mol/L的鹽酸溶液，同時(shí)測定溶液pH與電導(dǎo)率。以pH為橫坐標(biāo)，電導(dǎo)率為縱坐標(biāo)繪制曲線。同時(shí)稱取樣品1g至于100mL蒸餾水中混勻，磁力攪拌條件下，不斷加入與鹽酸同體積的蒸餾水，做同條件下的空白實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 微囊乳鈣的顯微電鏡形態(tài)

微囊乳鈣原樣與其灰分的電鏡圖如圖1、圖2所示。由圖2可知，微囊乳鈣顆粒大小不均，粒徑約2～100μm，表面凹凸嚴(yán)重，有少量裂紋。樣品灰分為粒徑在4～5μm的顆粒。

圖1 微囊乳鈣原樣的電鏡顯微照片（左：300×；右：1000×）Fig.1 Electron micrograph of MMC（left：300×；right：1000×）

圖2 微囊乳鈣灰分的電鏡顯微照片（左：500×；右：2000×）Fig.2 Electron micrograph of MMC ash（left：500×；right：2000×）

2.2 微囊乳鈣產(chǎn)品的成分分析

2.2.1 微囊乳鈣的水分含量 微囊乳鈣樣品水分含量為8.44%±0.01%，說明此產(chǎn)品不易吸潮，易儲存。

2.2.2 微囊乳鈣的蛋白質(zhì)含量 以乳清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)繪制的A-C標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖3所示，其回歸方程為：y=12.03x-0.015，相關(guān)系數(shù)R2=0.998，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶度在0.0959～0.959mg/mL的范圍內(nèi)，吸光值A(chǔ)與溶度C之間呈良好的線性關(guān)系，可按標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量分析。按1.2.2.2的方法，取微囊乳鈣1.9464g，測得溶液吸光度為0.022，可得樣品中蛋白質(zhì)的含量為1.93%。此結(jié)果比凱氏定氮方法所得的2.14%小，這是因?yàn)橛捎谖⒛胰殁}中含有卵磷脂（參見2.2.4），而卵磷脂中含氮元素，導(dǎo)致凱氏定氮法測得蛋白質(zhì)含量較實(shí)際值偏高。

圖3 乳清蛋白280nm處A-C標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 A-C standard curve of whey protein in 280nm

2.2.3 微囊乳鈣的TGA熱重分析 樣品的熱重曲線見圖4，在25～105℃過程中，樣品質(zhì)量快速下降，主要為水分散失過程；溫度從105～550℃過程中，樣品質(zhì)量以較上階段稍慢的速度下降，此階段為大部分的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成氣體散失的過程；當(dāng)溫度升高至約643℃，樣品質(zhì)量降至最低點(diǎn)，此時(shí)有機(jī)物被完全除去；之后隨溫度繼續(xù)上升，樣品質(zhì)量略增加0.4%左右，此階段可能為其中的一些無機(jī)元素生成氧化物的過程。樣品灰分含量約為78.5%～78.9%之間?？梢?，要用馬弗爐準(zhǔn)確測定微囊乳鈣一類樣品的灰分含量，灼燒溫度需至600℃或稍高。

圖4 微囊乳鈣樣品的熱重曲線圖Fig.4 Thermogravimetric curve of MMC

2.2.4 微囊乳鈣的紅外光譜分析 卵磷脂能溶于乙醇，樣品采用乙醇超聲波輔助萃取[10-13]后得到的物質(zhì)與大豆卵磷脂乙醇溶液的紅外光譜見圖5，兩條曲線出峰位置與峰強(qiáng)度基本相同，可見，微囊乳鈣中的壁材含有卵磷脂。

圖5 樣品乙醇萃取物質(zhì)的傅立葉紅外光譜Fig.5 Fourier infrared spectrum of MMC ethanol extraction

微囊乳鈣干燥樣品及600℃灼燒4h的灰分樣品的傅里葉紅外光譜如圖6所示。樣品灼燒后余下的白色物質(zhì)主要為一些非金屬氧化物，由此可知，于波長3413、2917、2850、1616、1414、884cm-1處均有有機(jī)物組分出峰，樣品灼燒后均消失。根據(jù)紅外光譜出峰位置所在波長，查閱標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫[14]，分析結(jié)果可知，3413cm-1為胺類物質(zhì)的N-H伸縮振動(dòng)峰，2917cm-1、2850cm-1為銨鹽的N-H伸縮振動(dòng)峰，1414cm-1為羧酸中O-H的彎曲振動(dòng)峰，這些應(yīng)為蛋白質(zhì)中的氨基與羧基所有的特征峰；1616cm-1為酰胺（RCONH2）中NH彎曲振動(dòng)峰，此應(yīng)為卵磷脂中的酰胺基所有的特征峰。1036cm-1、977cm-1為P-O伸縮振動(dòng)峰，602cm-1、563cm-1為鈣鹽峰，這表明微囊乳鈣樣品中還可能含有磷酸鈣鹽。

圖6 微囊乳鈣與其灰分的傅立葉紅外光譜Fig.6 Fourier infrared spectrum of MMC and its ash

2.2.5 微囊乳鈣的X射線衍射分析 微囊乳鈣干燥樣品（a）及600℃灼燒4h灰分（b）的X射線衍射圖譜見圖7。由曲線a可見，微囊乳鈣干燥樣品在衍射角26°及32°左右出現(xiàn)兩個(gè)峰，峰強(qiáng)度較弱，出峰較寬，樣品晶型較不明顯。采用MDI-JADE軟件進(jìn)行物相檢索，結(jié)果顯示匹配度最高和較高的均為磷酸鈣鹽。由曲線b可見，當(dāng)把樣品在600℃灼燒4h得到的灰分進(jìn)行測定后，在衍射角26°、29°、32°、35°處出現(xiàn)了強(qiáng)度大且明顯的尖峰，樣品灰分有明顯的晶型結(jié)構(gòu)，采用MDI-JADE軟件進(jìn)行物相檢索，結(jié)果顯示是磷酸與鈣、鎂、鐵等的復(fù)合鹽。

圖7 微囊乳鈣的X-衍射圖譜Fig.7 X-ray diffraction pattern of MMC

2.2.6 微囊乳鈣的X-射線熒光光譜分析 在Maxtrix測定模式下，微囊乳鈣的X-射線熒光光譜分析結(jié)果如表1。微囊乳鈣的囊心是乳礦物鹽，即以乳清為原料，經(jīng)超濾、熱處理、離心、微濾去除部分蛋白質(zhì)、乳糖成分后，再用巴氏消毒、噴霧干燥，最后得到的產(chǎn)物[15]。從分析結(jié)果可知，乳礦物鹽中仍含有有機(jī)物，另外，還含有Ca、P、Mg、K、Cl、Na、Zn等元素。其中，Ca、P兩種元素占主要部分，并且二者比例接近2∶1。人體骨骼中鈣磷含量的比例為2∶1，專家對膳食中的鈣磷的比例進(jìn)行了研究，認(rèn)為成人為1∶1～2∶1、嬰兒（1歲以下）為1.5∶1時(shí)，最有利于鈣的吸收。而Zn、Fe、Mg這3種元素含量較低，可減少與鈣之間的拮抗作用[16]。

表1 微囊乳鈣-X射線熒光光譜分析結(jié)果Table 1 X-ray fluorescence spectrum analysis of MMC

在Oxide測定模式下，樣品灰分（600、800℃下灼燒4h）的X-射線熒光光譜分析結(jié)果如表2。600℃下灼燒的灰分與800℃下灼燒的灰分相比，后者的CaO含量較高，P2O5含量較低，表明在800℃高溫灼燒時(shí)有少部分的磷散失了，故應(yīng)選取600℃灼燒測定灰分。600℃下，灰分含量為78.9%，其中CaO、P2O5的含量分別為43.5%、29.1%，則微囊乳鈣樣品中Ca、P的含量分別約為24.5%、10.1%，其鈣磷比亦接近2∶1，與原樣品X射線熒光光譜分析結(jié)果基本一致。另外，X-射線熒光光譜分析也表明微囊乳鈣中含有磷酸鈣鹽。

表2 微囊乳鈣灰分X射線熒光光譜分析結(jié)果Table 2 X-ray fluorescence spectrum analysis of MMC ash

2.3 微囊乳鈣的溶解特性

將微囊乳鈣混于水中，調(diào)節(jié)pH的同時(shí)，測定溶液電導(dǎo)率，所得pH-電導(dǎo)率曲線如圖8所示，部分實(shí)際照片見圖9。未去除CO2的蒸餾水的pH為5.2，微囊乳鈣混于水中時(shí)pH為7.17，表明樣品本身含堿性成分，溶液呈乳白色。在pH4.73～7.17之間，微囊乳鈣溶液電導(dǎo)率變化平緩，說明在此pH范圍內(nèi)，微囊乳鈣微溶于水。當(dāng)pH從4.73降至4.0過程中，溶液越來越透明澄清，微囊乳鈣壁材逐漸破裂，囊心中的乳礦物鹽也逐漸暴露溶解到溶液中，導(dǎo)致電導(dǎo)率升高速率明顯加快。當(dāng)pH從4.0降至3.60過程中，溶液電導(dǎo)率趨于平緩。當(dāng)pH低于3.6后，溶液電導(dǎo)率超過儀器量程。但從圖9可觀察到：pH至2.70時(shí)，溶液基本透明，微囊乳鈣基本溶解完全。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，要保持微囊乳鈣壁材完好地包裹芯材，保護(hù)鈣的良好吸收特性，則溶液最好為弱酸性或中性溶液，pH不得低于5.05（曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)）。

圖8 微囊乳鈣溶液與水pH-電導(dǎo)率曲線Fig.8 pH-conductivity curve of MMC solution and distilled water

圖9 微囊乳鈣溶液不同pH照片F(xiàn)ig.9 Pictures of MMC solution under different pH

3 結(jié)論

3.1 此微囊乳鈣樣品微膠囊顆粒大小不均，粒徑約2～100μm，表面凹凸，約含鈣24.5%、磷10.1%、蛋白質(zhì)1.93%，并含有微量的鉀、鎂、鋅、鐵等元素。其中，囊心鈣主要以磷酸鈣鹽的形式存在，壁材有卵磷脂。

3.2 微囊乳鈣部分溶解于pH小于5左右的弱酸性溶液，完全溶解于pH小于2.7酸性溶液。

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