陽麗紅，崔益瑋，葉繁，陳康，2，戴志遠(yuǎn)，2，沈清，2，*

（1.浙江工商大學(xué)海洋食品研究院，浙江杭州310012；2.浙江省水產(chǎn)品加工技術(shù)研究聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州310012）

我國內(nèi)陸水域遼闊，各種魚類資源十分豐富，淡水魚養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛，但是淡水魚加工現(xiàn)狀中深加工和精加工利用程度低，淡水魚的骨、頭、皮、內(nèi)臟等加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物占30%以上，不僅造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，同時對環(huán)境帶來了沉重的壓力和負(fù)擔(dān)。魚骨作為魚類加工業(yè)的主要副產(chǎn)物之一，通常與內(nèi)臟等其他下腳料一起被丟棄，或是經(jīng)簡單加工成魚粉等低值飼料，經(jīng)濟(jì)效益低。

魚骨包括魚體中軸骨、附肢骨及魚刺，通常魚類頭骨和脊骨占魚類總體重的10%～15%[1]。魚骨中富含膠原蛋白等多種蛋白質(zhì)、寡聚肽和軟骨素，且鈣含量十分豐富，高達(dá)20%～30%，可以作為一種天然優(yōu)質(zhì)的鈣源。魚骨回收后經(jīng)深加工制成補(bǔ)鈣制劑、高鈣休閑食品和膳食營養(yǎng)強(qiáng)化劑等高附加值產(chǎn)品，利用價值可大大提高，并能產(chǎn)生更大經(jīng)濟(jì)效益，為有效開發(fā)可食魚體剩余組織提供了一條可行路徑。目前，魚骨鈣的加工利用逐漸成為水產(chǎn)品加工與貯藏、食品科學(xué)與工程、公共營養(yǎng)與衛(wèi)生等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[2]。

1 魚骨基本成分與鈣吸收

1.1 魚骨基本成分與功能

魚骨主要由水分、蛋白質(zhì)、脂肪及灰分組成。魚骨中含有可促進(jìn)人體發(fā)育的天然優(yōu)質(zhì)鈣，以及磷、鐵、硒等多種微量元素。挪威的部分魚種魚骨中水分、蛋白質(zhì)、脂肪及灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1。

表1 魚骨中灰分、蛋白質(zhì)、水分及脂肪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Proximate weight content of ash，protein，moisture and lipid in fish bone%

脂肪魚如鮭魚、鱒魚和鯖魚因其在肌肉中儲存脂質(zhì)，骨骼中的脂肪含量比在肝臟中存儲脂質(zhì)的瘦魚如鱈魚、鯡魚和藍(lán)鱈要高很多。因而，瘦魚顯示更高水平的灰分和蛋白質(zhì)。這些魚種的脂肪含量浮動很大，脂質(zhì)吸附骨骼表面的情況不同可以部分解釋這種差異，因此針對不同的魚骨預(yù)處理方法不盡相同，幾乎都要經(jīng)過脫脂[3]。

常見魚種的魚骨中礦物元素含量見表2[3]。魚骨中所含的礦物質(zhì)中鈣和磷含量都較高，除了鮭魚和小鯡魚鋅含量最高，其他魚種都是鈣含量最高，其次是磷。鈣是生物體必需的元素之一，對生長發(fā)育有重要作用，是生物體內(nèi)含量最高的無機(jī)元素，約占人體體重的2%，其中99%以上的鈣都存在于骨骼和牙齒中[1]。

表2 脫脂魚骨灰分中礦物元素含量Table 2 Mineral composition of fish bones in lipid free dry matter

鈣具有多種生理功能，主要包括以下幾種：1）鈣離子可降低神經(jīng)肌肉的興奮性，并與鉀、鈉、鎂等離子共同作用維持神經(jīng)和肌肉興奮性傳導(dǎo)、肌肉收縮及心臟搏動；2）激活脂肪酶、三磷酸腺苷酶、琥珀酸脫氫酶等體內(nèi)酶系統(tǒng)，這些酶在蛋白質(zhì)、脂肪代謝中都起著重要作用；3）凝血酶原必須在鈣離子的參與下才能轉(zhuǎn)化為凝血酶，凝血酶可促進(jìn)血液的凝固[4]。一般來說，宏觀礦物的含量與骨骼中的灰分水平相關(guān)。鮭魚類（鮭魚和鱒魚）骨骼中鈣、磷和鎂含量與其他魚類相比都是最低，而鉀的含量非常高。骨基質(zhì)中的礦物質(zhì)具有相似水平的鈣磷比，在研究中鈉和氯的水平相互依存，發(fā)現(xiàn)除了藍(lán)鱈和小鯡魚顯示出較低的水平外，其他魚類都具有相似值。不同魚種所含的微量礦物質(zhì)存在一些差異[3]。

1.2 魚骨鈣吸收機(jī)理

食品中的鈣元素在小腸和腎中的吸收機(jī)制包括主動和被動兩種運(yùn)輸方式。鈣元素通過兩條途徑達(dá)到吸收的目的，一是直接受鈣結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)飽和的跨細(xì)胞途徑；二是不直接受營養(yǎng)性或功能性因子的影響的不飽和的旁細(xì)胞途徑。旁細(xì)胞途徑的鈣吸收發(fā)生在整個腸道，鈣在近端腸（主要是十二指腸）的吸收是跨細(xì)胞途徑[5]。目前普遍認(rèn)可的鈣元素在腸道的吸收機(jī)理主要包含3個步驟。首先是擴(kuò)散過程，即鈣元素從腸腔通過刷狀緣膜進(jìn)入腸黏膜細(xì)胞，此過程順電化學(xué)梯度；進(jìn)入細(xì)胞的鈣離子然后與具有鈣結(jié)合能力的相關(guān)蛋白結(jié)合，即細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)；最后為耗能過程，鈣離子由基側(cè)膜從腸黏膜細(xì)胞排出，此過程逆電化學(xué)梯度[6]。鈣元素的細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動受溶酶體、細(xì)胞質(zhì)和其它可動的細(xì)胞器的作用，細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)必須在與鈣的細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動相適應(yīng)條件下，鈣結(jié)合蛋白才會轉(zhuǎn)運(yùn)鈣離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。鈣從腸黏膜細(xì)胞內(nèi)“排出”是逆電化學(xué)梯度的耗能過程，受到鈣-三磷酸腺苷酶和維生素D的調(diào)節(jié)，但不受速率的影響。鈣-三磷酸腺苷酶橫跨基側(cè)膜，鈣在基側(cè)端與其結(jié)合，發(fā)生磷酸化從而改變了鈣-三磷酸腺苷酶的構(gòu)象，鈣通過“通道”排出[7]。鈣被小腸吸收后，主要在骨組織中形成羥基磷灰石晶體，細(xì)胞外液中只有極少量存在，未結(jié)合的電離鈣在血清中具有生理活性，其濃度主要受到鈣穩(wěn)定劑如維生素D、降鈣素和甲狀旁腺激素等及其相互作用的影響，而在細(xì)胞外液與血漿中，未結(jié)合電離鈣與具有快速交換能力的少部分骨鈣持續(xù)經(jīng)常性平衡，結(jié)合鈣和電離鈣在血清和血漿中的濃度，以及細(xì)胞內(nèi)、外鈣濃度的比值是一直保持穩(wěn)定的，這種平衡穩(wěn)定對于維持生命活動意義重大[8]。

2 魚骨鈣綜合利用

鈣對人體生長發(fā)育有重要作用，是人體必需的營養(yǎng)成分，研究證明老年人、孕婦和幼兒的鈣流失現(xiàn)象較為普遍，需要適當(dāng)補(bǔ)充鈣的攝入量。目前市場上補(bǔ)鈣產(chǎn)品主要以碳酸鈣等無機(jī)鈣為主，而無機(jī)鈣存在吸收率低的問題。魚骨作為一種理想鈣源，其中鈣磷比例符合人體需求，對魚骨中鈣的加工利用，不僅可以滿足人們的生理需要，還體現(xiàn)了人們對個性化和食品多樣性的追求。

2.1 魚骨鈣粉

用化學(xué)方法制備的鈣制劑或多或少殘留一些有害物質(zhì)，因此市場對天然鈣制劑的需求越來越大，相關(guān)研究也越來越多。魚骨粉以魚的下腳料魚骨作為原料，純粹又安全，并可以進(jìn)一步加工制成具有保健功能的鈣粉膠囊、咀嚼片或糖衣片，從而顯著提高水產(chǎn)品的附加值[9]。許順干以魚骨為原料，研究發(fā)現(xiàn)淡水魚骨經(jīng)高溫、皂化、脫脂、脫膠、脫腥等工藝制成的鈣制劑具有較好的鈣吸收率和存留率，糾正缺鈣效果良好，表明魚骨粉是一種優(yōu)質(zhì)天然鈣劑[10]。石紅等利用金錢魚、狗母魚、草魚及羅非魚等廢棄魚骨，經(jīng)酶解發(fā)現(xiàn)魚骨粉品質(zhì)提高，魚骨蛋白含量隨著水解度增加而減少，制得的魚骨粉色澤由暗變淺，再經(jīng)高壓處理輔助產(chǎn)品粉碎，并進(jìn)一步去除魚骨殘留的蛋白質(zhì)和脂肪，為魚骨粉的工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)[11]。鄧尚貴等研究結(jié)果表明青鱗魚骨粉具有低熱能、高營養(yǎng)的優(yōu)勢，加入到雞精和玉米粥等食品中可以強(qiáng)化蛋白質(zhì)、提高鈣磷鐵等礦物質(zhì)元素的吸收利用，改善食品的鈣磷比例，提升產(chǎn)品感官質(zhì)量[12]。

2.2 活性螯合鈣

生物活性鈣是指源于生物體、純天然而非人工合成或加工的有機(jī)鈣，具有顆粒小、易吸收、易附著于人體骨骼的特點(diǎn)，在人體內(nèi)活性高，吸收利用快、安全無副反應(yīng)。螯合鈣是一種分子鈣，可與其有機(jī)基團(tuán)以分子的形式在腸道中完整地被吸收，被吸收時可不用立即解離成鈣離子和氨基酸，而是以螯合物的形式持續(xù)解離出鈣離子，以供機(jī)體正常生理功能，從而避免血清中鈣離子濃度過高導(dǎo)致的腎排鈣離子量增加或高血鈣的出現(xiàn)，可以保證鈣的充分吸收和利用[13]。由于魚頭和魚骨富含鈣磷，且鈣磷比例符合人體需要，因此可作為天然鈣源制成補(bǔ)鈣制劑，如氨基酸螯合鈣、魚骨鈣片、檸檬酸-蘋果酸活性鈣、骨膠原多肽螯合鈣等[2]。邵明栓等以斑點(diǎn)叉尾鮰魚骨為試驗(yàn)材料，鮰魚骨粉經(jīng)脫脂后用檸檬酸和蘋果酸酸化制取檸檬酸-蘋果酸活性鈣，研究表明影響脫脂鮰魚骨中鈣提取率的最顯著因素是酸質(zhì)量濃度，發(fā)現(xiàn)最佳工藝條件是溫度100℃、時間60 min、酸質(zhì)量濃度為15 g/100 mL、檸檬酸和蘋果酸體積比為1∶2、粒度120目，此時鈣提取率為87.13%[14]。易美華等以羅非魚骨為材料研究乳酸、乙酸、檸檬酸對魚骨粉提取鈣的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)乳酸酸解后鈣轉(zhuǎn)化能力最強(qiáng)，優(yōu)化后的羅非魚骨粉制取活性鈣的工藝為為料液比1∶20（g/mL），乳酸3.5 mL，溫度80℃，時間2 h，此時的鈣提取率為81.43%[15]。王姍姍等以鱈魚骨為原料，探討鱈魚骨活性鈣的最佳制備條件，發(fā)現(xiàn)鱈魚骨活性鈣的最佳提取條件為溫度100℃、時間120 min、酸混合比例（檸檬酸-蘋果酸體積比）1∶2、酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%，在此條件下提取率達(dá)到96.15%[16]。

2.3 魚糜凝膠增加劑

魚糜是魚肉加工過程中的一種中間產(chǎn)品，經(jīng)去頭、去內(nèi)臟、采肉、脫水、精煉、添加抗凍劑制成。魚糜最重要的特性是在加熱條件下形成凝膠。一般認(rèn)為，魚糜中加入魚骨粉后，鈣離子可以激活內(nèi)源性轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（TGase），并催化魚肉肌球蛋白發(fā)生共價交聯(lián)從而增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度，對采用慢速加熱或低溫凝膠化加熱的凝膠增強(qiáng)尤其明顯[17]。鈣離子還可以誘導(dǎo)肌球蛋白展開，暴露肌球蛋白內(nèi)部的活性基團(tuán)，有利于加強(qiáng)TGase催化作用，從而增強(qiáng)魚糜凝膠強(qiáng)度[18]。劉海梅研究鰱魚魚糜凝膠及形成機(jī)理，發(fā)現(xiàn)TGase激活劑Ca2+在低濃度（20 mmol/kg）范圍內(nèi)通過激活內(nèi)源TGase促進(jìn)肌球蛋白重鏈交聯(lián)，從而提高鰱魚糜凝膠強(qiáng)度；而鈣離子在高濃度（80 mmol/kg）下會抑制TGase催化作用，因與魚糜蛋白形成較多的鈣橋而改變鰱魚魚糜凝膠特性，使得彈性降低、硬度加大[19]。尹濤研究骨粒度對白鰱魚糜膠凝特性的影響，結(jié)果表明采用兩段式加熱（40℃，1 h/90℃，30 min）時，隨著魚骨粒度的降低，魚糜凝膠的破斷力和破斷距離顯著增加。這是因?yàn)殡S著魚骨粒度降低，魚糜中鈣離子含量增加，提高了內(nèi)源性TGase的活力，催化形成了更多肌球蛋白重鏈交聯(lián)[20]。儀淑敏等以金線魚魚骨為原料，研究魚骨粉添加量對魚糜凝膠性能的影響，結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)，最終選擇1.0%的魚骨粉為適宜添加量，既能有效改善魚糜凝膠特性，同時又能強(qiáng)化魚糜制品的鈣含量[21]。

3 魚骨鈣制備技術(shù)

水解魚骨和提取鈣的方法常見的有球磨法、酶解法、酸解法或醇堿法及高壓脈沖電場和微波輔助提取法等，現(xiàn)有的文獻(xiàn)報道中，對上述方法的工藝改進(jìn)和優(yōu)化相關(guān)研究居多[2]。

3.1 球磨法

球磨法也稱機(jī)械球磨法或高能機(jī)械球磨法，主要是利用球磨機(jī)中研磨介質(zhì)間的擠壓力與剪切力來粉碎物料。球磨法因具有工藝簡單、低成本、高效、適合工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，成為研究熱點(diǎn)。球磨過程的作用機(jī)理相對復(fù)雜，總結(jié)有如下幾種：1.局部升溫模型；2.缺陷和位錯模型；3.摩擦等離子區(qū)模型；4.新生表面和共價鍵開裂理論；5.綜合作用模型，球磨過程可能是以上機(jī)械力化學(xué)作用中的一種，也有可能是幾種模型機(jī)理共同作用的結(jié)果[22]。尹濤以白鰱魚骨為試驗(yàn)材料，使用干法球磨法制備納米級白鰱魚骨粉，研究發(fā)現(xiàn)隨著球磨時間的延長，魚骨中的鈣離子溶解度明顯升高，可能是因?yàn)榱u基磷灰石結(jié)晶結(jié)構(gòu)和膠原纖維網(wǎng)絡(luò)在球磨過程中被破壞，同時魚骨粉的比表面積增加，隨著粒徑的減小，物料和磨球的接觸面積增加，鈣離子在溶液中的釋放度也會增加[20]。范露等以鰱魚骨為原料，研究球磨處理對魚骨粉的影響，結(jié)果表明，粒度隨著球磨處理時間延長呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，比表面積、鈣提取率和可溶性蛋白含量則先上升后下降，球磨30 h時魚骨粉平均粒度最小，比表面積、鈣提取率和可溶性蛋白含量達(dá)最大[23]。

3.2 酶解法

利用酶法凈化魚骨的原理在于水解魚肉蛋白質(zhì)，將膠原蛋白水解為小分子肽段，使骨鈣充分分離出來。常用于酶解的酶有堿性蛋白酶、中性蛋白酶和胰酶等。酶法反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)條件易于達(dá)到和控制，不產(chǎn)生額外鹽分，水解產(chǎn)物顏色淺，反應(yīng)產(chǎn)物也比較單純，有利于進(jìn)一步加工利用。但是酶法水解程度低，小分子較酸法少，魚骨中鈣溶出不徹底，且提取時間長、酶價格昂貴，加工成本過高[24]。洪慧等利用鰈魚骨為原料制備骨膠原多肽螯合鈣，研究發(fā)現(xiàn)使用堿性蛋白酶在pH 8.0、溫度60℃條件下酶解1 h制得的多肽液溶解性和熱穩(wěn)定性良好，與骨粉酸解液體積比為3∶1時進(jìn)行螯合反應(yīng)，當(dāng)pH 8.0、40℃時反應(yīng)40 min后鈣螯合率高達(dá)98.64%[25]。余海霞等以鮟鱇魚骨為原料，采用堿性蛋白酶制備超微鮟鱇魚骨鈣粉，酶解溫度 50 ℃，時間 2.5 h，pH 11.0，用酶量 1 300 U/g，此時的凈化脫除率為33.8%，最優(yōu)條件下制備的魚骨超微鈣粉色澤潔白，顆粒細(xì)膩，鈣含量達(dá)29.5%，是一種優(yōu)質(zhì)、安全、利用率極高的鈣補(bǔ)充制劑[26]。酶具有專一性，通?？捎脧?fù)合酶（兩種或兩種以上酶）水解法來克服這個缺點(diǎn)，例如生產(chǎn)鰱魚蛋白酶水解物，只使用堿性蛋白酶，得到的蛋白水解液味道苦澀，而將堿性蛋白酶與復(fù)合風(fēng)味蛋白酶符合使用時則既能保證水解徹底，又可以改善風(fēng)味[27]。趙瑞香等采用胰酶水解骨粉，發(fā)現(xiàn)胰酶中的胰蛋白酶將膠原蛋白水解為小分子肽段，同時胰脂肪酶將脂類水解為脂肪酸和醇類，脂肪酸使得水解液的pH值下降，進(jìn)一步破壞骨粉中的原有結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致可溶性鈣含量逐漸增多[28]。

3.3 酸法

利用酸制備魚骨鈣的原理在于骨中離子型鈣含量甚少。首先是因?yàn)榱u基磷灰石中氫氧化鈣和磷酸鈣的溶解度低，更重要的是魚骨中羥磷灰石與膠原纖維有機(jī)結(jié)合，形成羥基磷灰石結(jié)晶結(jié)構(gòu)和膠原纖維網(wǎng)絡(luò)，并且還有水合殼的保護(hù)作用。利用酸的作用可以破壞骨粉中膠原纖維蛋白質(zhì)的鹽鍵、脂鍵，將蛋白質(zhì)變性，從而使與膠原纖維結(jié)合的羥磷灰石暴露出來．然后酸作用于羥磷灰石，將骨鈣轉(zhuǎn)化成可溶性鈣[29]。酸法水解魚骨蛋白具有快速、水解徹底、水解產(chǎn)物中小分子所占比例大、魚骨中鈣溶出率高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是水解產(chǎn)物含鹽量高，色澤暗沉。

常用于水解魚骨和鈣提取的酸除了鹽酸、乳酸和乙酸等，使用不同濃度和比例的混合酸如檸檬酸和蘋果酸也是目前的熱門研究領(lǐng)域。薛長湖等利用鱈魚骨為原料，探究鹽酸、乳酸和乙酸在不同濃度、不同溫度下提取鱈魚魚骨鈣的效果，研究發(fā)現(xiàn)提取效果最好的是鹽酸，高達(dá)60%以上；其次是乳酸，提取率約為30%；乙酸的提取率最低[30]。吳燕燕等以羅非魚骨為原料探究羅非魚骨粉制取檸檬酸-蘋果酸復(fù)合鈣活性鈣的制備工藝，研究表明，當(dāng)混合酸中檸檬酸和蘋果酸的體積比為3∶2，熱力提?。囟葹?21℃）1 h，取上清液（多肽液）將pH值調(diào)至中性后濃縮烘干，鈣提取率高達(dá)92.1%[31]。

3.4 醇堿法

堿醇提取法是利用堿溶于甲醇乙醇的性質(zhì)，用醇類溶劑，采用浸漬法、滲濾法、回流提取法獲得所需物質(zhì)。魚骨粉經(jīng)醇堿法水解得到的魚骨鈣比酸法水解色澤更好，異味更少，且脂肪含量大大降低，使得鈣更易于被人體吸收和利用[31]?；艚÷?shù)壤明L魚研究制備鱈魚骨鈣粉的最佳工藝，結(jié)果表明用1 mol/L NaOH溶液浸泡30 h，60%的乙醇浸泡15 h之后，制取的鱈魚骨鈣粉含鈣27.8%、含磷12.2%、脂肪含量幾乎為0%[32]。

醇堿法成本低，方法簡便宜行，但對營養(yǎng)成分破壞大。雖然醇堿法和酸法水解較徹底，但水解過程中對溫度要求較高，且酸或堿濃度較大，因此對反應(yīng)設(shè)備要求更高，此外水解后的反應(yīng)液要進(jìn)行中和處理，由此反應(yīng)產(chǎn)生的鹽分和暗沉的色澤會給之后水解產(chǎn)物的回收利用帶來麻煩。

3.5 電場輔助法

高電壓脈沖電場是一種非熱食品加工方法，能明顯提升液態(tài)食品的品質(zhì)，并且所需升溫小，具有無污染、安全性高、能耗低、操作時間短等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于液態(tài)食品的冷殺菌[33]、食品酶促反應(yīng)的鈍化、生物有效成分的輔助提取[34]等。周亞軍等研究采用高壓脈沖電場輔助提取法提取淡水魚魚骨鈣，研究表明最佳工藝參數(shù)為：電場強(qiáng)度為25 kV/cm、脈沖數(shù)8個、檸檬酸與蘋果酸的質(zhì)量比為 1 ∶1（g/g）、酸料比為 1 ∶1（g/g）、水料比為12∶1（mL/g），此時鈣提取率達(dá) 84.2%，比同等條件下的超聲波輔助提取相比，得率提高了17%，且耗時更短[35]。李蘭英利用高電壓脈沖電場，采用檸檬酸和蘋果酸提取淡水魚魚骨鈣，結(jié)果表明最優(yōu)工藝參數(shù)為電場強(qiáng)度為25 kV/cm、脈沖數(shù)為6個、檸檬酸與蘋果酸的比例為1∶1（體積比），在此條件下鈣溶出率達(dá)到83.86%，與傳統(tǒng)酸解法相比，高出一倍[36]。

4 復(fù)合鈣制劑

通常從食物中補(bǔ)充鈣質(zhì)，由于植物性食物中植酸鹽、纖維素、草酸、藻酸鈉和糖醛酸等含量較高，酸根離子易與鈣結(jié)合產(chǎn)生沉淀鹽，影響人體對鈣的吸收，攝入過多脂肪也會影響對鈣的吸收；而當(dāng)鈣與其他物質(zhì)如磷、蛋白質(zhì)、乳糖、氨基酸及有機(jī)酸等物質(zhì)配比合適時，小腸中鈣的吸收率會升高[8]。鈣與氨基酸及有機(jī)酸等物質(zhì)形成螯合物時，生物效價會得到提高，化學(xué)性能更加穩(wěn)定，同時起到了補(bǔ)充鈣元素和螯合元素的雙重作用，提高生物利用率和減少生物體內(nèi)各元素間的競爭性拮抗作用，復(fù)合鈣制劑是理想的鈣補(bǔ)充劑。制備復(fù)合鈣制劑時，因不同螯合劑的相對分子質(zhì)量和理化性質(zhì)存在差異，導(dǎo)致鈣離子的結(jié)合能力也存在差異，目前的復(fù)合鈣制劑種類主要包括以下幾種。

4.1 氨基酸鈣

氨基酸螯合鈣作為金屬螯合物同碳酸鈣、磷酸鈣和葡糖糖酸鈣等傳統(tǒng)的補(bǔ)鈣制劑相比，氨基酸螯合鈣的生化性質(zhì)更加穩(wěn)定，更易于被人體吸收利用，副作用微弱，不僅能補(bǔ)鈣還能補(bǔ)充生長發(fā)育必需的氨基酸[37]。氨基酸螯合鈣在人體血液中吸收時，并不是立即解離成鈣離子和氨基酸，而是在血液中形成一種緩沖的“流動鈣庫”，以螯合物的形式緩慢持續(xù)解離出鈣離子供機(jī)體使用，保證人體充分吸收和利用鈣，從而避免血清中鈣離子濃度過高導(dǎo)致的腎排鈣離子量增加造成的浪費(fèi)以及出現(xiàn)高血鈣的病癥[8]。王俊等以低值淡水魚骨為鈣源，運(yùn)用正交試驗(yàn)研究了魚骨粉中復(fù)合氨基酸螯合鈣的制備工藝，研究表明最優(yōu)螯合條件為復(fù)合氨基酸與鈣離子的質(zhì)量比3∶1，pH 8.0，反應(yīng)時間70 min，反應(yīng)溫度80℃，此時螯合率為75.23%[38]。闕小峰以雞塊、雞骨為原料用酶解法來制備復(fù)合氨基酸鈣，確定了水解的最佳條件為：胰蛋白酶200 u/g，pH 7.0，溫度 50℃，固液比 1 ∶6（g/mL），時間 2 h；然后添加木瓜蛋白酶1 200 u/g，pH值和固液比不變，溫度70℃，時間4 h，水解度可達(dá)32.29%，鈣溶率為25.3%。螯合最佳條件為pH值為8.0，酶解溫度為70℃，配體摩爾比（AA/Ca）為1∶2[39]。苗敬芝等采用胰蛋白酶和木瓜蛋白酶水解豆粕，中試生產(chǎn)復(fù)合氨基酸鈣，結(jié)果表明中試生產(chǎn)復(fù)合氨基酸鈣最適條件為：復(fù)合氨基酸與鈣的摩爾比為 2∶1、pH 7.5、溫度 50 ℃、時間 2 h，鈣螯合率為31.58%，產(chǎn)品得率39.51%[40]。

4.2 有機(jī)酸鈣

有機(jī)酸鈣屬于有機(jī)活性鈣，具有多種生理功能。與無機(jī)酸鈣相比，有機(jī)酸鈣溶解度、吸收率更高，且不刺激腸胃；有機(jī)酸鈣可將膽固醇量平均降低20%；刺激骨髓造血功能，顯著提高機(jī)體內(nèi)紅血球和血色素數(shù)量，而對白血球無明顯作用，酸細(xì)胞數(shù)下降，保持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定；有機(jī)酸鈣不會造成砷等重金屬元素積累，對肝、腎無副作用[41]。譚文溢以草魚魚鱗為原料采用檸檬酸和蘋果酸混酸進(jìn)行浸酸提鈣，用響應(yīng)面優(yōu)化得出較為連續(xù)完整的制備工藝，檸檬酸與蘋果酸的質(zhì)量比為1.07∶1混合，配成濃度為10%的混酸溶液，將混酸與魚鱗按液料比為15.67的比例混合，在30℃下反應(yīng)90 min，此時鈣得率最高為14.86%[42]。羅姍姍等以廢棄禽蛋殼為原料，以蛋殼檸檬酸-蘋果酸復(fù)合鈣為研究對象，結(jié)果表明最佳制備工藝條件為：檸檬酸與蘋果酸混合酸體積比為1.0∶1.4，蛋殼與混合酸添加量比例為0.8∶1.0，在功率600 W的超聲下工作20 min，此時鈣離子得率高達(dá)92.97%[43]。趙頌寧等利用微波技術(shù)研究復(fù)合酸鈣離子的得率，借助響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化獲得最佳提取工藝參數(shù)：蛋殼粉與混合酸比例為0.4 ∶1.0（g/mL）、檸檬酸-蘋果酸混合比例為 1 ∶1（體積比）、蛋殼粉與水添加比例為1∶60、微波功率400 W、微波時間12 min，此時鈣離子的得率為94.65%[44]。

4.3 肽鈣

氨基酸和肽等化合物可與鈣形成可溶性的復(fù)合物，鈣螯合狀態(tài)下能夠維持其在小腸內(nèi)的溶解狀態(tài)，增加鈣元素在人體小腸內(nèi)的蓄積，因此能夠更好地促進(jìn)鈣的吸收利用[45]。目前，鈣結(jié)合肽已經(jīng)從多種魚類蛋白中分離制備并鑒別其化學(xué)結(jié)構(gòu)。Chen Da等通過羥基磷灰石親和、凝膠過濾和反相高效液相色譜從羅非魚魚鱗蛋白水解產(chǎn)物中分離出多肽Asp-Gly-Asp-Gly-Glu-Ala-Gly-Lys-Ile-Gly，其對鈣離子具有很高的親和力[46]。楊燊以南海低值魚蛋白為原料，采用木瓜蛋白酶和風(fēng)味酶的復(fù)合酶水解制備多肽-鈣螯合物，研究得出多肽螯合鈣離子的最佳工藝為DH 5%，pH 7.0，溫度為室溫，螯合15 min，螯合率可高達(dá)81.75%，螯合物隨著水溶和醇溶能力的增加，鈣含量減少，螯合能力減弱[47]。黃薇等利用木瓜蛋白酶與風(fēng)味酶復(fù)合酶對鱈魚皮蛋白進(jìn)行酶解并制備多肽螯合鈣，發(fā)現(xiàn)螯合最佳條件為氯化鈣與多肽的質(zhì)量比為0.3∶3，pH 7.0，溫度25℃，時間20 min，此時鈣離子的螯合率為58.85%，產(chǎn)物對羥自由基（·OH）和超氧陰離子自由基（·O2-）均有較強(qiáng)的清除作用[47]。張凱等探究鱈魚骨明膠多肽螯合鈣的制備工藝，通過Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計與響應(yīng)面分析確定了鱈魚骨明膠多肽螯合鈣制備工藝為酶解時間1.5 h、肽鈣質(zhì)量比8∶1、pH 5.5、螯合溫度50℃、螯合時間1 h，最終螯合率可達(dá)93.47%[48]。

4.4 脂肪酸鈣

脂肪酸鈣是由脂肪酸與鈣結(jié)合形成的的復(fù)合鈣，又稱保護(hù)性油脂和鈣皂，近年來發(fā)展迅速，成為一種優(yōu)良、高能的飼料添加劑。70年代初，Scott使用酪蛋白包埋植物油脂，經(jīng)甲醛處理技術(shù)率先研制出保護(hù)油脂，并將其作為肉牛飼糧中的添加劑，進(jìn)而生產(chǎn)出含較多必需脂肪酸的牛肉。但是這種保護(hù)油脂的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、產(chǎn)品成本較高、在生產(chǎn)應(yīng)用中困難較大。80年代，隨著人們對保護(hù)油脂研究的不斷深入，在Scott工藝原理的基礎(chǔ)上研制出由脂肪酸和鈣螯合而成的保護(hù)油脂，即脂肪酸鈣[49]。高士爭等研究了脂肪酸鈣對奶牛的產(chǎn)奶量及產(chǎn)奶品質(zhì)等生產(chǎn)性能的影響，結(jié)果表明脂防酸鈣可使奶牛產(chǎn)奶量提高19.3%，乳脂率提高13.2%，奶中懸脂、亞油酸、亞麻酸、鈣含量增加顯著，膽固醇和磷含量略有增加，乳蛋白降低了3.6%，血清生化成分中膽固醇含量增加顯著[50]。

5 結(jié)論

鈣是人體必需的礦物質(zhì)營養(yǎng)，鈣攝入或吸收不足會導(dǎo)致多種疾病，因此除了日常飲食中攝取鈣元素外，建議額外補(bǔ)充鈣制劑。魚骨作為水產(chǎn)加工的副產(chǎn)物，來源豐富，價格低廉，用魚骨制備復(fù)合鈣制劑既可以降低成本，且制得的鈣制劑質(zhì)量好、吸收率高，實(shí)現(xiàn)了對魚骨的高效利用，開創(chuàng)了魚骨利用的新局面。實(shí)驗(yàn)室水平上已經(jīng)利用魚骨為原料制備了氨基酸鈣、肽鈣、有機(jī)酸鈣等鈣制劑，有的已經(jīng)商品化成為商品。進(jìn)一步開發(fā)利用魚骨，研究探討魚骨復(fù)合鈣制劑的制備，具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會效益。