超聲輔助牡蠣殼制備乳酸鈣 的工藝優(yōu)化

洪藝萍 粟代蓮 王松剛 陳鈺 林美芬 范玲玉 鄭毅

摘 要： 為了充分利用牡蠣殼資源，實現(xiàn)變廢為寶，采用超聲波輔助牡蠣殼制備食品添加劑乳酸鈣，并對其工藝進行優(yōu)化。以乳酸鈣產(chǎn)率和含量為考察指標，通過單因素試驗研究酸料比、液料比、超聲溫度、超聲時間四因素對牡蠣殼制備乳酸鈣產(chǎn)率和含量的影響;在單因素試驗基礎(chǔ)上，結(jié)合正交試驗優(yōu)化超聲波輔助牡蠣殼制備乳酸鈣的最佳工藝條件。結(jié)果表明：各因素對乳酸鈣產(chǎn)率和含量的影響大小依次為酸料比、液料比、超聲時間、超聲溫度，超聲波輔助牡蠣殼制備乳酸鈣的最優(yōu)工藝條件為酸料比1.6∶ 1、液料比12.5∶ 1、超聲溫度65℃、時間45 min。在此最佳工藝條件下制備乳酸鈣的產(chǎn)率和含量分別為（72.81±1.47）%和（84.79±0.88）%。說明牡蠣殼采用此最佳工藝條件制備乳酸鈣的產(chǎn)率和含量高，且操作方法簡單，可在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 牡蠣殼;超聲波輔助;乳酸鈣;制備工藝

中圖分類號： TS254.9文獻標志碼： A文章編號： 0253-2301（2020）06-0027-06

DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2020.06.006

Process optimization of Ultrasonic-assisted Preparation of Calcium Lactate from Oyster Shell

HONG Yi-ping， SU Dai-lian， WANG Song-gang， CHEN Yu， LIN Mei-fen， FAN Ling-yu， ZHENG Yi *

（College of Life Sciences， Fujian Normal University， Fuzhou， Fujian 350117， China）

Abstract：In order to make full use of oyster shell resources and turn waste into treasure， the ultrasonic-assisted preparation of calcium lactate as a food additive from oyster shell was studied in this paper， and the technology was also optimized. By taking the yield and content of calcium lactate as the indexes of evaluation， the effect of four factors including the acid-solid ratio， liquid-solid ratio， ultrasonic temperature and ultrasonic time on the yield and content of calcium lactate prepared from oyster shell was studied by using the single factor experiment. On the basis of the single factor experiment， combined with the orthogonal experiment， the optimal process conditions for the ultrasonic-assisted preparation of calcium lactate from oyster shell were optimized. The results showed that the effect of each factor on the yield and content of calcium lactate was the acid-solid ratio， liquid-solid ratio， ultrasonic time and ultrasonic temperature in order. The optimum process conditions the ultrasonic-assisted preparation of calcium lactate from oyster shell were as follows： acid-solid ratio of1.6∶ 1 ， liquid-solid of12.5∶ 1 ， ultrasonic temperature of 65℃， ultrasonic time of 45 min. Under the optimum process conditions， the yield and content of calcium lactate prepared were（72.81± 1.47）% and （84.79±0.88）% respectively， showing that the yield and content of calcium lactate prepared from oyster shell under the optimum process conditions were high， and the operation method was simple， which could be popularized and applied in the production.

Key words：Oyster shell; Ultrasonic-assisted; Calcium lactate; Preparation process

牡蠣又被稱做海蠣子、生蠔等，牡蠣肉可新鮮食用，其味道鮮美，所含有的養(yǎng)分豐富均衡，被美譽為“海洋牛奶”[1-2] 。牡蠣在世界貝類養(yǎng)殖中排名第1[3] ，福建省作為全國最大牡蠣養(yǎng)殖省份，大量牡蠣殼在加工與食用過程中被廢棄而沒有進行有效開發(fā)利用，反而成為嚴重污染源[4] 。據(jù)分析，牡蠣殼中的碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)達90%以上[5] 。目前，在生物醫(yī)學領(lǐng)域，國外學者Sasaki等

F j= ∑? m j=1 ω ij Z ij? （i=1，2，…;j=1，2，…）? （2）

式（2）中， Zij 為試驗指標; ωij為 綜合評判權(quán)重; i 為第i號試驗; j 為第j個試驗 指標。

根據(jù)文獻經(jīng)驗，乳酸鈣含量會直接影響乳酸鈣的質(zhì)量級別和經(jīng)濟價值，故產(chǎn)率的評判權(quán)重? ωij = 0.4，含量的評判權(quán)重 Zij =0.6。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸鈣制備工藝條件的單因素優(yōu)化

2.1.1 酸料質(zhì)量比對乳酸鈣制備的影響 超聲輔助牡蠣殼粉和乳酸反應(yīng)，比較不同酸料比對乳酸鈣產(chǎn)率和含量的影響，結(jié)果見表2。由表2可知，隨著酸料比的增加，即牡蠣殼乳酸鈣的產(chǎn)率呈上升的趨勢，在酸料質(zhì)量比1.6∶ 1時達到峰值，產(chǎn)率為72.82%，后產(chǎn)率又下降。與此相反的是，乳酸鈣含量呈下降的趨勢，在酸料比為1.6??∶ 1時乳酸鈣含量為82.70%。乳酸鈣含量隨著乳酸用量的增加而降低的原因可能是其他副反應(yīng)的發(fā)生，也可能是受熱分解產(chǎn)生乳酸酐。綜合評分結(jié)果表明在酸料比為1.6∶ 1時制備牡蠣殼源乳酸鈣的效果較好。

2.1.2 液料質(zhì)量比對乳酸鈣制備的影響 在超聲波的介入下，輔助牡蠣殼粉和乳酸反應(yīng)制取食品添加劑乳酸鈣，液料比的改變對乳酸鈣產(chǎn)率和含量的影響結(jié)果見表3。由表3可知，隨著液料質(zhì)量比的增加，在液料比 10.0∶ 1 時乳酸鈣產(chǎn)率達到最高（69.19%），之后遞減;乳酸鈣含量在10.0∶ 1時達到82.76%，含量大小總體變化不明顯。綜合評分結(jié)果表明在液料比為10.0∶ 1時制備牡蠣殼源乳酸鈣的效果較好。

2.1.3 超聲時間對乳酸鈣制備的影響 改變超聲波中的反應(yīng)溫度，牡蠣殼粉和乳酸反應(yīng)生成乳酸鈣的結(jié)果見表4。由表4可知，隨著超聲波反應(yīng)溫度的升高，乳酸鈣產(chǎn)率在超聲波反應(yīng)溫度55℃時最高，為67.81%，之后降低。乳酸鈣含量在超聲溫度波反應(yīng)35℃時最高，為87.43%;在超聲波反應(yīng)溫度55℃時乳酸鈣含量為85.98%。綜合評分結(jié)果表明最佳的超聲溫度為55℃。

2.1.4 超聲時間對乳酸鈣制備的影響 在不改變其他單因素條件下，只改變超聲反應(yīng)時間條件，改變反應(yīng)時間對乳酸鈣產(chǎn)率和含量的影響結(jié)果見表5。由表5可知，當牡蠣殼粉與乳酸反應(yīng)時間逐漸增加時，乳酸鈣的產(chǎn)率也逐漸升高，在超聲時間為40 min時，乳酸鈣產(chǎn)率最高，為69.35%;乳酸鈣含量在超聲時間30 min時是最高，為83.97%;在40 min時乳酸鈣含量為82.70%。綜合評分結(jié)果表明反應(yīng)的最佳時間選擇40 min。

2.2 制備乳酸鈣工藝條件正交優(yōu)化

2.2.1 正交試驗結(jié)果 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取酸料比1.4∶ 1、1.6∶ 1、1.8∶ 1，液料比7.5∶ 1、10.0∶ 1、12.5∶ 1，超聲溫度45℃、55℃、65℃，超聲時間30、40、50 min為試驗條件進行正交試驗。由正交試驗結(jié)果（表6）可知，以綜合評分為響應(yīng)值，影響牡蠣殼乳酸鈣產(chǎn)率的主次因素是A>B> D>C，即酸料比>液料比>超聲時間>超聲溫度。牡蠣殼制備乳酸鈣的最佳制備工藝條件為A2B3C3D2，即酸料比1.6∶ 1、液料比12.5∶ 1、超聲溫度65℃、超聲時間45 min。

2.2.2 最佳工藝驗證試驗 為了驗證正交試驗所得到的牡蠣殼制備乳酸鈣的最佳工藝組合A2B3C3D2是否可靠，以酸料比1.6∶ 1、液料比12.5

∶ 1、超聲溫度65℃、超聲時間40 min為制備條件進行驗證試驗。從驗證試驗結(jié)果（表7）可知，在該最優(yōu)工藝制備條件下，乳酸鈣的產(chǎn)率和含量均高于正交試驗最高組，最優(yōu)組合驗證結(jié)果 P <0.01，差異達顯著水平;而正交試驗最高組結(jié)果? P > 0.05，差異未達顯著水平，驗證試驗結(jié)果表明正交試驗結(jié)果具有可靠性。

3 結(jié)論

本研究通過單因素試驗研究牡蠣殼經(jīng)超微粉碎處理，采用超聲波技術(shù)制備乳酸鈣的工藝，探討酸料比、液料比、超聲溫度、超聲時間等四因素對乳酸鈣產(chǎn)率和含量的影響。結(jié)果表明：各因素對乳酸鈣產(chǎn)率和含量的影響大小主次順序依次為酸料比、液料比、超聲時間及溫度。通過正交試驗優(yōu)化乳酸鈣最佳工藝條件為酸料比1.6∶ 1、液料比12.5∶ 1、超聲溫度65℃、超聲時間45 min，在此最佳工藝條件下制備乳酸鈣的產(chǎn)率和含量最高，制備的乳酸鈣色澤呈白色，具有良好的溶解性，乳酸鈣含量檢測符合國家標準（GB 1886.21-2016《食品安全國家標準 食品添加劑 乳酸鈣》）要求。牡蠣殼采用超聲波技術(shù)制備乳酸鈣的工藝方法，牡蠣殼處理方便，只需清理干凈然后烘干粉碎，不需要對原料進行煅燒等工藝，制取過程無毒無害安全，工藝簡單，原料成本低廉廣泛，有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1 ] 姜畫畫，王寧麗，裴棟，等.牡蠣肉營養(yǎng)成分分析及安全性評價[J].食品工業(yè)，2018，39（11）：298-299.

[ 2]CHILAKALA R，THANNAREE C，SHIN E J，et al.Sustainable Solutions for Oyster Shell Waste Recycling in Thailand and the Philippines[J]. Recycling ，2019，4（3）：35.

[ 3]李易珊.牡蠣育種大有可為[J].海洋與漁業(yè)，2019（12）：76-77.

[ 4]林丹，孫敏秋，張克烽，等.福建牡蠣產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢分析[J].中國水產(chǎn)，2019（3）：53-57.

[ 5]鄧勤，賴家鳳，梁興唐，等.牡蠣殼制備檸檬酸鈣的工藝研究[J].食品工業(yè)科技，2017，38（11）：251-254.

[ 6]SASAKI C，TAMURA S，TOHSE R，et al.Isolation and identification of an angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptide from pearl oyster （ Pinctada fucata ） shell protein hydrolysate [J].? Process Biochemistry ，2019，77：137-142.

[ 7]WU S C，HSU H C，HSU S K，et al.Effects of calcination on synthesis of hydroxyapatite derived from oyster shell powders [J].? Journal of the Australian Ceramic Society ，2019，55（4）：1051-1058.

[ 8]KHIRUL M A，KIM B G，CHO D， et al.Effect of oyster shell powder on nitrogen releases from contaminated marine sediment [J].? Environmental Engineering Research ，2020，25（2）：230-237.

[ 9]姜小萍， 何金藝.曲面響應(yīng)法探討牡蠣殼制備丙酸鈣的工藝流程[J].貴州師范大學學報（自然科學版），2019，37（2）：93-97.

[10]黃翔，陶蕾，楊燃，等.復(fù)合乳酸菌發(fā)酵蛋殼制備乳酸鈣[J].食品科學， 2019，40（20）：159-165.

[11]田密霞， 胡文忠，朱蓓薇， 等.不同濃度的乳酸鈣處理對鮮切皇冠梨生理變化的影響[J].食品科技，2008 （6）：226-230.

[12]王馨悅，姜愛麗，胡文忠，等.乳酸鈣處理對采后藍莓品質(zhì)的影響[J].現(xiàn)代食品科技，2019，35（7）：47-54.

[13]張雨， 贠建民，畢陽，等.乳酸鈣處理結(jié)合納米包裝對金針菇貯藏品質(zhì)的影響 [J]. 食品與發(fā)酵工業(yè)，2020，46（9）：201-208.

[14]YUASA M，TAGAWA Y，TOMINAGA M.The texture and preference of ″mentsuyu （Japanese noodle soup base） caviar″ prepared from sodium alginate and calcium lactate [J].? International Journal of Gastronomy and Food Science ，2019，18：100178.

[15]惠倩汝，王冕，周婷，等.乳酸鈣處理對發(fā)芽大豆植酸降解和主要營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響[J].食品科學，2018，39（12）：226-231.

[16]蘇亮.乳酸菌發(fā)酵蛋殼粉改善豆粕飼料的鈣含量[D].吉林：吉林農(nóng)業(yè)大學，2018.

[17]曾智銳.乳酸鈣通過Calpains-Dicer通路促進肝癌細胞增殖和轉(zhuǎn)移的研究[D].貴州：貴州醫(yī)科大學，2019.

[18]王穎，吳丹，馬來波，等.超聲波在化學工業(yè)中的應(yīng)用與研究進展[J].鹽科學與化工，2017，46（3）：1-4.

（責任編輯：林玲娜）