乳酸钙的纯化工艺及对腌菜品质的影响

龚恕 阙斐

摘要：以自制乳酸钙为原料，优化了乳酸钙纯化工艺条件并研究了其在腌菜中的应用。结果表明，在室温下以无水乙醇为洗脱剂进行纯化时，乳酸钙最佳纯化条件为固液比1∶3（g∶mL）、洗脱时间30 min、洗脱3次，在此条件下，乳酸钙的纯度可达93.9%；当乳酸钙的添加量为0.07%时能明显增强腌制萝卜的脆性，但添加量对萝卜的硬度及柔软度影响不明显，同时乳酸钙的添加对盐的渗透起到了抑制作用，降低了腌萝卜的盐含量。

关键词：乳酸钙；纯化；腌菜；脆度；硬度；盐含量

中图分类号：TS202.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）11-2702-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.11.038

The Purification Process of Calcium Lactate and Application on the Pickles

GONG Shu，QUE Fei

（Department of Application Engineering， Zhejiang Economic and Trade Polytechnic，Hangzhou 310018， China）

Abstract：Using self-made calcium lactate as raw materials，the purification process of calcium lactate was optimized and its application in the pickles was studied. The results showed that，the best purification conditions for calcium lactate were solid-liquid ratio 1∶3，elution time 30 min， and elution times 3，when using anhydrous ethanol as eluent at room temperature，and the purity of calcium lactate was 93.9% accordingly.The calcium lactate content at 0.07% could significantly enhance the brittleness of pickled radish，but could not influence the hardness and softness similarly，meanwhile，the penetration of salt was restrained by adding calcium lactate，and the salt content of pickled radish was reduced.

Key words：calcium lactate；purification；pickles；crispness；hardness；content of salt

随着人民生活水平的提高和保健意识的增强，缺钙和补钙的问题己越来越受到关注。乳酸钙因其具有钙含量高、溶解度较大、吸收率高、安全性高、价格合理等优点而备受关注。乳酸钙是一种安全的食品添加剂、稳定剂及增稠剂等，其钙离子能在磷脂分子间形成结构桥，将磷脂分子联结起来，进而稳定膜结构。同时钙离子还能与植物细胞的膜蛋白质结合，降低细胞膜的渗透性，防止细胞内含物外渗。乳酸钙替代氯化钠能显著提高鸭肉干产品的硬度、咀嚼性、亮度和黄度，并显著降低鸭肉干的水分活度（P<0.05），有利于延长产品的货架期[1]。乳酸钙还可以有效降低鲜切果蔬呼吸强度，抑制腐烂的发生，保持总酚含量及酶活性，提高切块硬度[2]。乳酸钙能与果胶和海藻酸等聚糖醛酸反应生成桥架胶体结构，作为凝胶剂提高产品的稳定性，降低固化物的损失，作为固化剂和增脆剂用于水果、蔬菜、腌菜的加工和保存，起到保持性状、增脆的功能，在蔬菜加工中改善口感[3]。乳酸钙还能降低产品中水的活度、乳酸根离子能进入到细胞内部抑制和破坏微生物的新陈代谢，达到抑菌、延长产品货假期的目的[4-7]。

利用蛋壳制备的乳酸钙中的主要杂质是蛋白质、还原糖、重金属。目前乳酸钙纯化方法主要有双水相萃取法、超临界CO2络合萃取法、溶剂萃取法、膜分离纯化以及乙醇洗脱法。在PEG-K2HPO4/ KH2PO4形成的双水相体系中，乳酸钙纯度达70%～90%[8]。但乳酸钙溶于水，因此双水相萃取精制乳酸钙的损失率较高。超临界CO2络合萃取法是离子型表面活性剂二（2-乙基己基）丁二酸酯磺酸钠/十六烷基三甲基溴化铵（AOT/CTAB）混合反胶团体系，AOT是应用最广泛的一种阴离子表面活性剂，其应用于超临界CO2反胶团体系中来萃取蛋白质也取得了一定的效果[9-11]。膜分离纯化是依据料液的性能和分子质量的大小以及实际需求，选择不同结构和不同孔径的膜元件进行分级分离及浓缩，即采用管式膜去除不溶性杂质，采用卷氏膜去除可溶性杂质并进行分离及浓缩[12]。无水乙醇洗脱法，即加入适量无水乙醇洗涤反应生成的乳酸钙晶体，除去未反应的乳酸及表面附着的其他残留物，将醇洗后的乳酸钙置于电热鼓风干燥箱采用低温静态干燥，干燥温度不高于80 ℃，干燥8～12 h，当乳酸钙加热减量的质量分数为15%～20%时，即可粉碎、过筛、包装得白色粉末状乳酸钙成品[13]。该法具有易操作，成本低等特点。因此，本试验利用无水乙醇对以鸭蛋壳为原料制备的乳酸钙进行纯化，同时研究了乳酸钙对腌菜品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

材料：乳酸钙为实验室自制，白萝卜购于中百超市，盐酸、氢氧化钠、氯化钠、钙试剂羧酸钠盐、乙二胺四乙酸二钠、碳酸钙、硫酸镁、铬酸钾、百里香酚蓝、硝酸银、无水乙醇均为分析纯，为国药集团化学试剂有限公司产品。

仪器：TA-XT Plus物性测试仪（英国Stable Micro System公司），电子天平（赛多利斯科学仪器有限公司），鼓风干燥机（重庆实验仪器设备厂），电磁炉（广州唯利安西厨设备制造有限公司），数显恒温磁力搅拌器（常州国华电器有限公司），BT255型分析天平（德国Sartorious）。

1.2 试验方法

1.2.1 单因素试验 固液比[乳酸钙质量（g）与无水乙醇体积（mL）的比]选择1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6，洗脱时间选择10、15、20、25、30、35 min，洗脱次数选择1、2、3、4、5次，分别研究固液比、洗脱时间和洗脱次数对乳酸钙纯化效果的影响。

1.2.2 正交试验 根据单因素试验结果，设计3因素3水平正交试验，因素与水平见表1。

1.2.3 乳酸钙含量的测定 精确称取0.300 0 g试样，溶于2 mL盐酸溶液（即取2 mL的浓盐酸加4 mL的去离子水）至全部溶解，加50 mL去离子水，加10 mL乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液并不断搅拌，再加入5 mL 10% 氢氧化钠溶液和0.1 g钙试剂羧酸钠盐指示剂，继续用乙二胺四乙酸二钠标准溶液滴定至蓝色为终点。同时作空白试验。然后计算样品中乳酸钙纯度，计算公式：

W=■×100%

式中，W为乳酸钙纯度，%；V为乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液的体积，mL；c为乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液浓度，mol/L；m为试验材料的质量，g；M为乳酸钙的摩尔质量，g/mol（M=218.2）。取两次平行测定结果的算术平均值为测定结果，两次平行测定结果的绝对差值不大于0.3%。

1.2.4 腌菜的腌制工艺 新鲜无损伤的萝卜去须根，洗净后切成50 mm×20 mm×20 mm的长条状，放入缸内，分别加入一定体积的盐水（盐水浓度为200 g/L）和一定量的乳酸钙后将缸放在阴凉处腌制即可，乳酸钙添加量分别设置为0、0.01%、0.03%、0.05%、0.07%和0.09%，每组试验设置2个重复。

1.2.5 腌菜盐含量的测定 用滤纸吸干样品表面水分，将表面附盐杂质去除干净，捣碎混匀，或剪成5 mm×5 mm以下的小块，混合均匀。称取10.00 g样品于250 mL烧杯中，加150 mL水，加热煮沸，自然放冷后，将液体转入250 mL容量瓶中，然后将残渣用50 mL水冲洗3次，洗液合并于同一容量瓶中，放冷，用水稀释至刻度备用。

取制备的样品液适量（含氯化钠50～100 mg，含量低的样品可采用全量分析），置于250 mL三角瓶中，加水至约100 mL（必要时，加2～3滴百里香酚蓝指示剂），用0.1 mol/L盐酸或0.1 mol/L氢氧化钠滴定至刚显淡蓝色（pH 6.5～10.5），加0.5 mL10%铬酸钾指示剂，用0.1 mol/L的硝酸银标准液滴定至刚显砖红色为终点，同时设一空白对照。样品中盐分含量计算公式：

X=■×100%

式中，X为样品中盐分含量（以NaCl计），%；V为滴定样品所用硝酸银标准液的体积，mL；V0为滴定空白所用硝酸银的体积，mL；V1为滴定移取滤液的体积，mL；V2为样品处理后的总体积，mL；c为硝酸银标准液的浓度，mol/L；m为称取样品的质量，g； 0.058 45为与1mL 1 mol/L硝酸银标准液相当的氯化钠的质量，g。

1.2.6 腌菜质构的测定 测试模式：阻力测试；测量探头：下压探头P/2；测试前速度2 mm/s；测试速度1 mm/s；测试后速度10 mm/s；应变位移10%；引发力5 g；引发类型自动；获取速率200 PPS。每个数据取5次测定结果的平均值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 固液比对乳酸钙纯化效果的影响 在洗脱时间20 min，洗脱3次的情况下，考察固液比对乳酸钙纯化效果的影响，结果见图1。由图1可知，乳酸钙纯度随着固液比的增大而提高，达到一定值后纯度趋向稳定。这可能是因为乳酸和无水乙醇的反应属多相反应体系，既有固相又有液相，且纯化后的乳酸钙易溶于水进入液相。液固比太小会导致反应产物乳酸钙的浓度太大，使反应体系的溶液易达到饱和，不利于乳酸钙的纯化。

2.1.2 洗脱时间对乳酸钙纯化效果的影响 在固液比为1∶4，洗脱3次的情况下，考察洗脱时间对乳酸钙纯化效果的影响，结果见图2。由图2可知，乳酸钙的纯度随着洗脱时间的延长而提高，25 min时达到峰值，随后随时间的延长乳酸钙纯度开始下降。这是因为除去乳酸钙中的杂质（重金属、还原糖以及蛋白质）需要一定时间，之后再继续延长洗脱时间，易造成乳酸钙溶解于水而流失。

2.1.3 洗脱次数对乳酸钙纯化效果的的影响 在固液比为1∶4，洗脱20 min的情况下，考察洗脱次数对乳酸钙纯化效果的影响，结果见图3。由图3可知，乳酸钙的纯度随着洗脱次数的的增加而提高，达到一定值后趋于稳定。这可能是由于洗脱次数太少乳酸钙中杂质难以去除，因此增加乳酸钙的洗脱次数有利于乳酸钙的纯化，洗脱一定次数后乳酸钙纯度达到平衡。

2.2 正交试验结果

在单因素试验基础上设计3因素3水平正交试验进一步优化乳酸钙纯化条件，正交试验结果见表2。由表2的极差分析得出，3个因素对乳酸钙纯度影响的主次顺序依次为A、C、B，即3个因素中，固液比是主要影响因素，洗脱次数次之，洗脱时间影响最小。A1B3C3纯化工艺条件最佳，即固液比1∶3、洗脱时间30 min、洗脱3次，在此条件下，乳酸钙纯度达到93.9%。

2.3 乳酸钙对腌菜腌制的影响

2.3.1 对腌菜盐渗透的影响 Ca2+能减轻盐害，对其作用机理的认识可归纳为：改变膜脂组分，降低不饱和脂肪酸指数；降低膜脂过氧化作用；提高SOD活性；增强ATP酶活性和改善离子运输不平衡状态；降低细胞内Na+、Cl-含量和K+的外渗，抑制Na+、Mg2+的吸收[2]。由图4可知，一定含量的乳酸钙起到抑制食盐渗透的作用，尤其是乳酸钙添加量为0.09%时，腌制10 d的萝卜盐含量由不添加乳酸钙的10.07%降至添加后的7.72%。

2.3.2 对腌菜脆度的影响 样品在压缩过程中并不一定都产生破裂，在第一次压缩过程中若是产生破裂现象，曲线中出现一个明显的峰值，此峰值就定义为脆性。用正峰数表示脆度，正峰数越多，脆性越好。由图5可知，腌制时间越长萝卜的脆度越低，随乳酸钙添加量的增加萝卜的脆度先增加后降低，添加量在0.07%时萝卜的脆度最大。腌菜脆性主要与蔬菜细胞膨压变化、细胞壁中原果胶的变化以及蔬菜的组织结构相关。在腌制过程中随着时间的延长，萝卜处于高浓度的食盐溶液中，食盐溶液有较高的渗透压使细胞组织脱水，液泡体积收缩。原生质也随着液泡的缩小而收缩，致使细胞壁与原生质层之间产生空隙，细胞膨压下降，萝卜萎蔫，脆性降低。当蔬菜被腌制后，由于Na+的置换而除去了原果胶中起交连作用的Ca2+和Mg2+，加上原果胶酶的作用，就导致了原果胶与半纤维素结合和原果胶的降解，生成水溶性果胶。随着腌制时间延长，水溶性果胶的含量不断增加，这样就会导致腌菜的脆度下降。

2.3.3 对腌菜硬度的影响 硬度是指样品第一次穿冲时达到一定变性时所需的压力峰值。多数食品的硬度值出现在最大变形处，有些食品压缩到最大变形处并不出现应力峰。所测正向峰值力越大，硬度越大。由图6可知，随乳酸钙添加量的增加萝卜的硬度略有降低，可见乳酸钙可以降低萝卜的硬度。此外，随着腌制时间延长，萝卜的硬度也有所降低。这是因为蔬菜腌制时，Na+的渗透和取代作用是腌菜硬度下降的一个原因，Na+取代了原果胶中起交连作用的Ca2+和Mg2+，原果胶与半纤维素结合和原果胶的降解导致硬度降低。蔬菜腌制品的硬度与六偏磷酸盐溶性果胶（HPP）、酸溶性果胶（HCP）和碱溶性果胶（SSP）的含量成正比，随着腌制时间延长，水溶性果胶的含量不断增加，原果胶成分中的HPP、HCP和SSP的含量减少，因此，随腌制时间的延长蔬菜腌制品出现软烂[14]。

2.3.4 对腌菜柔软度的影响 柔软度是指样品经过第一次压缩以后能够再恢复的程度。两次压缩测试之间的停隔时间对弹性的测定很重要，停隔时间越长，恢复的高度越大。柔软度是用第二次压缩中所检测到的样品恢复高度和第一次的压缩变形量的比值来表示。由图7可知，随乳酸钙添加量的增加腌菜柔软度略有降低，可见乳酸钙可以降低萝卜的柔软度，乳酸钙添加量较低（0.01%）时，腌制时间越长，柔软度越低。腌制时间越短，萝卜的柔软度随乳酸钙的添加量变化越大，当腌制时间为35 d时萝卜的柔软度受乳酸钙添加量的影响不大，柔软度趋向稳定。可能是萝卜被腌制后总果胶含量明显降低，其中水溶性果胶组分增加，六偏磷酸钠溶解性果胶组分下降，原果胶经原果胶酶水解变成水溶性果胶使蔬菜脆性下降质地变软，水溶性果胶再经果胶酶水解变成果胶酸，使细胞失去黏着力导致蔬菜组织软烂，从而柔软性降低。

3 结论

采用无水乙醇洗脱法对自制的乳酸钙进行纯化，对乙醇洗脱过程中固液比、洗脱时间、洗脱次数3个因素进行了单因素试验。在单因素试验的基础上，确立了3因素3水平正交试验。正交试验结果表明，无水乙醇洗脱纯化乳酸钙的最优条件为固液比1∶3、洗脱时间30 min、洗脱3次，此时乳酸钙纯度可达93.9%。

采用0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09% 5种不同添加量的乳酸钙处理腌制的萝卜，研究其在室温下腌制萝卜的脆度、硬度、柔软性以及盐含量变化。结果表明，腌制时间越长萝卜的脆度越低，随乳酸钙添加量的增加萝卜的脆度先增加后降低，添加量为0.07%时，萝卜的脆度最大；随着乳酸钙添加量的增加萝卜的硬度及柔软度有所降低，但变化不明显。由此可见，乳酸钙作为增脆剂在萝卜的腌制过程中起到增脆的作用，一定量的乳酸钙对盐的渗透起到了抑制作用，降低了腌萝卜的盐含量，提高了腌制萝卜的品质。

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