一种水溶性海洋生物钙的生产工艺的制作方法

本发明属于海洋化工产品制备技术领域，具体涉及一种水溶性海洋生物钙及其生产工艺和应用。

背景技术：

生物活性钙具体指溶解度高且有生物活性的钙盐，作为人体用补钙剂产品，共历经四代。第一代补钙产品主要为氧化钙，由碳酸钙煅烧制得，产品易得且价格便宜，缺陷是容易烧胃；第二代补钙产品主要为有机钙，如乳酸钙、葡萄糖酸钙和柠檬酸钙等，优点是性质温和、溶解性好与无机钙，缺点是乳酸、葡萄糖酸等易引起其余副反应(如乳酸含量高可导致身体疲乏)，造成部分群体不适用；第三代补钙产品主要为骨粉和贝壳粉，其主要成分是磷酸钙和碳酸钙，具有生物性来源的优势，但溶解性低、吸收性不好；第四代补钙产品主要为氨基酸螯合钙，容易进入胃肠粘膜也利于消化吸收，但长期摄入会存在产生负氮平衡的风险。

目前，通过碱消化、反复提纯等方式也可以从藻类中制得海藻酸钙。但是通过原始生产工艺制作出的海藻酸多糖钙，是水不溶性的钙盐，不具备补钙剂的水溶性基本标准，无法用作人类常用补钙剂。同时，传统制备海藻酸钙的生产工艺存在生产周期长、耗水量大、污染严重等问题。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供了一种水溶性海洋生物钙的生产工艺。本发明通过色谱分离、生物膜过滤和原位定向钙化技术制备了水溶性海洋生物钙，以一种具有高水溶性的有机螯合钙盐。海洋生物钙从原始海洋生物—海带中提取制得的有机螯合钙，具有高使用安全性、高溶解性、高人体吸收率和高生物活性的特点，其本质是褐藻寡糖钙，故产品不仅具有极好的补钙效果。此钙盐进入人体经消化吸收后，褐藻寡糖还会产生相应的生物学功效，如抗氧化、抗肿瘤、提高免疫力等。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

(1)干海带复水：将干海带进行充分复水，加水量约为8-10倍，复水时间：6-8h；

(2)粉碎：将复水后的海带进行粉碎处理，然后用胶体磨进行磨浆处理，反复磨浆3次，形成充分细化的浆料；

(3)复合酶酶解：将充分细化的浆料投入到酶解罐中，将酶解罐温度调整至40-55℃，ph调整为4.5-5.5，加入复合酶(蛋白酶：纤维素酶：果胶酶＝1:1:1.2-1.5)，加入量为干海带重量1-3％，酶解反应3-5h，目的是将褐藻中蛋白、果胶、纤维素等完全分解；

(4)离心过滤：向酶解液中加入一定量的新鲜饮用水，进行离心过滤，使酶解产物与海带渣进行分离；

(5)消化：在海带渣中加入适量碳酸钠和新鲜饮用水，在60℃条件下进行消化，得到胶状物；

(6)二次酶解：向胶状物中加入适量褐藻酸裂解酶，加入量为干海带重量1-3％，将酶解罐温度调整至40-55℃，ph调整为7-8，酶解反应3-6h；

(7)标准化：将酶解液按照1％添加双氧水，使酶制剂灭活，45±5℃下，保温2小时，漂白滤液颜色，然后快速搅拌下，加入过氧化氢酶。调整滤液粘度小于5mpa.s，并调整ph为7-8；

(8)色谱分离：采用阴离子交换树脂，对滤液中的褐藻寡糖进行筛分及脱色；

(9)超滤：用生物膜对标准化胶液进行超滤处理，去除大分子褐藻多糖。超滤膜截留分子量小于4000da，得到相应胶液；

(10)原位定向钙化：测定胶液的固形物含量，按照固形物含量，向胶液中加入等量纳米级碳酸钙，均质料液混匀，混匀后的胶液经纳滤级网板喷头，通过同心轴喷射器喷射入ph为3的盐酸溶液中，进行原位定向钙化反应；

(11)滤液标准化：将上述酸化反应后的胶液进行标准化，ph调整至7-8；

(12)纳滤：上述标准液中除褐藻寡糖钙外还有多余的成分，如氢离子、钠离子、氯离子等，故必须用纳滤膜进行浓缩过滤，将多余成分清除。用生物膜对标准液进行纳滤处理，纳滤膜截留分子量大于200da，得到相应浓缩液。其中，海藻活性钙的分子量范围：200-4000da；

(13)喷干：测定浓缩液的固形物含量，调整喷干设备参数，将浓缩液进行喷干处理，得到相应粉末成品。

所述步骤(2)中，复合酶为蛋白酶、纤维素酶和果胶酶，其中蛋白酶：纤维素酶：果胶酶＝1:1:1.2-1.5；

所述步骤(10)中，原位定向钙化技术所用碳酸钙必须为纳米级碳酸钙。经纳滤级网板喷头，通过同心轴喷射器喷射入ph为3的盐酸溶液中，进行原位定向钙化反应。这种反应方式可以保证褐藻寡糖和纳米级碳酸钙分子配对结合，当碳酸钙接触到酸溶液，钙离子会从碳酸钙分子中释放出来，与就近的褐藻寡糖分子结合，形成褐藻酸寡糖钙，即海洋活性钙。

本发明生产工艺与传统褐藻酸钙生产工艺相比，具有生产周期短(生产周期由两天缩短到20小时)、提取率高(从20-25％提高到25-30％)、终产品水溶性好(溶解率从0％-37.5％)的优点，主要基于四个方面的技术优势：

1)复合酶酶解海带，通过复合酶解方式除去褐藻多糖以外的其他结构成分，提高了反应效率，节省了反应时间，节约了用水量；

2)色谱分离技术，通过对应的色谱柱对褐藻寡糖进行筛分处理，脱除色素等干扰成分，提高产品纯度；

3)生物膜筛分技术，通过超滤和纳滤结合的方式，对产品进行浓缩筛分处理，将大分子和离子全部筛除，得到相应分子量范围的高浓度高纯度产品；

4)原位定向钙化技术，通过纳滤级网板喷头和同心轴喷射器喷射入盐酸溶液中进行原位定向钙化反应。目的是保证褐藻寡糖和纳米级碳酸钙分子配对结合，降低分子间交联，当碳酸钙接触到酸溶液，钙离子会从碳酸钙分子中释放出来，与就近的褐藻寡糖分子结合，形成褐藻酸寡糖钙，即海洋活性钙。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明的海洋生物钙粉末成品和浓度为30％(质量分数)的海洋生物钙溶液。

具体实施方案

以下结合实施实例对本发明做进一步说明。

实施例1

(1)干海带复水：将干海带进行充分复水，加水量约为8倍，复水时间：6h；

(2)粉碎：将复水后的海带进行粉碎处理，然后用胶体磨进行磨浆处理，反复磨浆3次，形成充分细化的浆料；

(3)复合酶酶解：将充分细化的浆料投入到酶解罐中，将酶解罐温度调整至40℃，ph调整为4.5，加入复合酶(蛋白酶：纤维素酶：果胶酶＝1:1:1.2)，加入量为干海带重量1％，酶解反应3h，目的是将褐藻中蛋白、果胶、纤维素等完全分解；

(4)离心过滤：向酶解液中加入一定量的新鲜饮用水，进行离心过滤，使酶解产物与海带渣进行分离；

(5)消化：在海带渣中加入适量碳酸钠和新鲜饮用水，在60℃条件下进行消化，得到胶状物；

(6)二次酶解：向胶状物中加入适量褐藻酸裂解酶，加入量为干海带重量1％，将酶解罐温度调整至40℃，ph调整为7，酶解反应3h；

(7)标准化：将酶解液按照1％添加双氧水，使酶制剂灭活，40℃下，保温2小时，漂白滤液颜色，然后快速搅拌下，加入过氧化氢酶。调整滤液粘度5mpa.s，并调整ph为7；

(8)色谱分离：采用阴离子交换树脂d301-f，对滤液中的褐藻寡糖进行筛分及脱色；

(9)超滤：用生物膜对标准化胶液进行超滤处理，去除大分子褐藻多糖。超滤膜截留分子量小于4000da，得到相应胶液；

(10)原位定向钙化：测定胶液的固形物含量，按照固形物含量，向胶液中加入等量纳米级碳酸钙，均质料液混匀，混匀后的胶液经纳滤级网板喷头，通过同心轴喷射器喷射入ph为3的盐酸溶液中，进行原位定向钙化反应；

(11)滤液标准化：将上述酸化反应后的胶液进行标准化，ph调整至7；

(12)纳滤：上述标准液中除褐藻寡糖钙外还有多余的成分，如氢离子、钠离子、氯离子等，故必须用纳滤膜进行浓缩过滤，将多余成分清除。用生物膜对标准液进行纳滤处理，纳滤膜截留分子量大于200da，得到相应浓缩液。其中，海藻活性钙的分子量范围：200-4000da；

(13)喷干：测定浓缩液的固形物含量，调整喷干设备参数，将浓缩液进行喷干处理，得到相应粉末成品。

实验室测定此海洋生物钙的溶解度为40g，即20℃条件下，100g水可溶解40g海洋生物活性钙。此饱和溶液的透明度为90％。

实施例2

(1)干海带复水：将干海带进行充分复水，加水量约为10倍，复水时间：8h；

(2)粉碎：将复水后的海带进行粉碎处理，然后用胶体磨进行磨浆处理，反复磨浆3次，形成充分细化的浆料；

(3)复合酶酶解：将充分细化的浆料投入到酶解罐中，将酶解罐温度调整至55℃，ph调整为4.5，加入复合酶(蛋白酶：纤维素酶：果胶酶＝1:1:1.5)，加入量为干海带重量3％，酶解反应3h，目的是将褐藻中蛋白、果胶、纤维素等完全分解；

(4)离心过滤：向酶解液中加入一定量的新鲜饮用水，进行离心过滤，使酶解产物与海带渣进行分离；

(5)消化：在海带渣中加入适量碳酸钠和新鲜饮用水，在60℃条件下进行消化，得到胶状物；

(6)二次酶解：向胶状物中加入适量褐藻酸裂解酶，加入量为干海带重量3％，将酶解罐温度调整至55℃，ph调整为8，酶解反应6h；

(7)标准化：将酶解液按照1％添加双氧水，使酶制剂灭活，55℃下，保温2小时，漂白滤液颜色，然后快速搅拌下，加入过氧化氢酶。调整滤液粘度5mpa.s，并调整ph为8；

(8)色谱分离：采用阴离子交换树脂d301-f，对滤液中的褐藻寡糖进行筛分及脱色；

(9)超滤：用生物膜对标准化胶液进行超滤处理，去除大分子褐藻多糖。超滤膜截留分子量小于4000da，得到相应胶液；

(10)原位定向钙化：测定胶液的固形物含量，按照固形物含量，向胶液中加入等量纳米级碳酸钙，均质料液混匀，混匀后的胶液经纳滤级网板喷头，通过同心轴喷射器喷射入ph为3的盐酸溶液中，进行原位定向钙化反应；

(11)滤液标准化：将上述酸化反应后的胶液进行标准化，ph调整至8；

(12)纳滤：上述标准液中除褐藻寡糖钙外还有多余的成分，如氢离子、钠离子、氯离子等，故必须用纳滤膜进行浓缩过滤，将多余成分清除。用生物膜对标准液进行纳滤处理，纳滤膜截留分子量大于200da，得到相应浓缩液。其中，海藻活性钙的分子量范围：200-4000da；

(13)喷干：测定浓缩液的固形物含量，调整喷干设备参数，将浓缩液进行喷干处理，得到相应粉末成品。

实验室测定此海洋生物钙的溶解度为60g，即20℃条件下，100g水可溶解40g海洋生物活性钙。此饱和溶液的透明度为95％。

实施例3

(1)干海带复水：将干海带进行充分复水，加水量约为9倍，复水时间：7h；

(2)粉碎：将复水后的海带进行粉碎处理，然后用胶体磨进行磨浆处理，反复磨浆3次，形成充分细化的浆料；

(3)复合酶酶解：将充分细化的浆料投入到酶解罐中，将酶解罐温度调整至45℃，ph调整为4.5，加入复合酶(蛋白酶：纤维素酶：果胶酶＝1:1:1.3)，加入量为干海带重量2％，酶解反应3h，目的是将褐藻中蛋白、果胶、纤维素等完全分解；

(4)离心过滤：向酶解液中加入一定量的新鲜饮用水，进行离心过滤，使酶解产物与海带渣进行分离；

(5)消化：在海带渣中加入适量碳酸钠和新鲜饮用水，在60℃条件下进行消化，得到胶状物；

(6)二次酶解：向胶状物中加入适量褐藻酸裂解酶，加入量为干海带重量2％，将酶解罐温度调整至45℃，ph调整为7.5，酶解反应4h；

(7)标准化：将酶解液按照1％添加双氧水，使酶制剂灭活，45℃下，保温2小时，漂白滤液颜色，然后快速搅拌下，加入过氧化氢酶。调整滤液粘度5mpa.s，并调整ph为7.5；

(8)色谱分离：采用阴离子交换树脂d301-f，对滤液中的褐藻寡糖进行筛分及脱色；

(9)超滤：用生物膜对标准化胶液进行超滤处理，去除大分子褐藻多糖。超滤膜截留分子量小于4000da，得到相应胶液；

(10)原位定向钙化：测定胶液的固形物含量，按照固形物含量，向胶液中加入等量纳米级碳酸钙，均质料液混匀，混匀后的胶液经纳滤级网板喷头，通过同心轴喷射器喷射入ph为3的盐酸溶液中，进行原位定向钙化反应；

(11)滤液标准化：将上述酸化反应后的胶液进行标准化，ph调整至7.5；

(12)纳滤：上述标准液中除褐藻寡糖钙外还有多余的成分，如氢离子、钠离子、氯离子等，故必须用纳滤膜进行浓缩过滤，将多余成分清除。用生物膜对标准液进行纳滤处理，纳滤膜截留分子量大于200da，得到相应浓缩液。其中，海藻活性钙的分子量范围：200-4000da；

(13)喷干：测定浓缩液的固形物含量，调整喷干设备参数，将浓缩液进行喷干处理，得到相应粉末成品。

实验室测定此海洋生物钙的溶解度为52g，即20℃条件下，100g水可溶解52g海洋生物活性钙。此饱和溶液的透明度为93％。