基于粉末直接壓片技術開發多肽螯合鈣片

張瑋，郭耀華，周昱恒，馬儷珍，*

（1.天津市綠色食品辦公室，天津300381；2.天津農學院食品與生物工程學院，國家大宗淡水魚加工技術研發分中心，天津300384；3.天津農學院水產學院，水產生態及養殖重點實驗室，天津300384）

基于粉末直接壓片技術開發多肽螯合鈣片

張瑋1，郭耀華2，3，周昱恒2，馬儷珍2，3，*

（1.天津市綠色食品辦公室，天津300381；2.天津農學院食品與生物工程學院，國家大宗淡水魚加工技術研發分中心，天津300384；3.天津農學院水產學院，水產生態及養殖重點實驗室，天津300384）

以鯰魚骨肉泥酶解干燥法制得的多肽螯合鈣粉為主要原料，通過粉末直接壓片法制備多肽螯合鈣片。首先經單因素試驗優化多肽螯合鈣片主要輔料：硬脂酸鎂、微晶纖維素、CMC-Na的添加量。在此基礎上，以成品鈣片的硬度為響應值，Box-Behnken響應面設計法，優化多肽螯合鈣片最佳配方。試驗結果表明：以100 g多肽螯合鈣粉為基料，各輔料的最適添加量范圍為：硬脂酸鎂7%～9%，微晶纖維素53%～57%，羧甲基纖維素鈉5%～7%。多肽螯合鈣最佳配方為：硬酯酸鎂7.97%，微晶纖維素55.21%，羧甲基纖維素鈉5.94%。以最優配方制得多肽螯合鈣片表面光滑美觀、色澤一致、口感好，鈣含量2.82 g/100 g，總蛋白含量12.00 g/100 g，是一種以多肽與有機鈣螯合為一體的優質補鈣食品，開發前景廣闊。

多肽螯合鈣片；粉末直接壓片；硬脂酸鎂；微晶纖維素

我國居民鈣的攝入量明顯不足，補鈣是預防和治療鈣缺乏的重要方法之一[1]，而在水產品加工過程中會產生大量的魚頭、魚骨、魚皮等副產物[2]，目前國內外對魚類副產物的利用程度并不高，主要生產骨泥、骨粉、魚露、水解蛋白等[3-5]。我國每年都有上千噸的魚骨被丟棄，不僅沒有合理開發利用水產資源，而且會對環境造成極大污染。利用魚骨制作活性鈣的報道較多[6-10]，作者前期利用魚骨、魚頭、魚皮等副產物，經高壓浸提、胃蛋白酶酶解、冷凍干燥得到多肽螯合鈣粉[11-12]，并采用紅外吸收（IR）光譜法、紫外吸收（UV）光譜法、掃描電鏡（SEM）和X射線光電子能譜（XPS）4種分析方法，確定了鈣與多肽形成了多肽螯合鈣（論文正在整理中）。將多肽螯合鈣加工成鈣片更方便消費者食用，目前加工鈣片的方法有濕法制粒和干法制粒[13-16]，本試驗采用粉末直接壓片技術，指不經過制粒（干法制?；驖穹ㄖ屏＃┻^程而直接將粉末與相適應的輔料過篩混合壓制成片的工藝，該工藝與傳統的濕法制粒法相比，有著不可比擬的優勢，如工藝簡單、產品質量穩定、工業化程度高、對儀器要求低等優點[17]。但粉末直接壓片法對原料的物理性質有一定要求，如良好的流動性、可壓性和潤滑性，本試驗通過加入一些特殊的輔料來對原料的物理性質進行改良，優選輔料添加比例，將多肽螯合鈣粉加工成多肽螯合鈣片，為實際生產提供數據支持，研究結果對于充分利用資源、提高鯰魚加工率、降低環境污染并增加鈣的吸收具有重要的經濟價值和社會意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

酶解多肽螯合鈣凍干粉：天津農學院動物源性食品品質及安全實驗室提供；硬脂酸鎂、微晶纖維素、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）等，食品級：上海市化學試劑三廠提供；膠原蛋白膠囊：美國youtheory公司生產；維骨力、某品牌碳酸鈣D3片：市售。

FA2004精密電子天平：上海精科儀器公司；MS-7572微波消解爐：美國MATTHEWS.NC公司；GZX-9076 MBE數顯鼓風干燥箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；S3X3-4-10灰化爐：天津中環實驗電爐有限公司；UDK142凱氏定氮儀：意大利VELP公司；DZKWS-4電熱恒溫水浴鍋：上海科恒實業發展有限公司；BCD-241WE/Y冰箱：海爾科技有限公司；YL-7114壓片機：上海力超電機有限公司；MODULYOD冷凍干燥機：Thermo公司；TA XT plus質構儀：英國Stable Micro System公司。

1.2 方法

1.2.1 酶解多肽螯合鈣凍干粉制備

革胡子鯰魚（Clariasgariepinus），平均每條重（1250± 25）g，30 min內鮮活運至天津農學院食品加工車間進行宰殺。首先放入冰水（7℃～10℃）中10 min使其致暈，立即宰殺，剖肉片后，將剩余的魚頭、魚骨、魚皮及碎肉等副產物，在高壓滅菌鍋中經121℃（0.1 MPa）保持120 min的處理，取出后在沸水中反復煮制，不斷棄掉上層油脂，最后用1層紗布過濾擠壓，絞肉機絞碎后即得到魚骨泥，稱取500 g魚骨肉泥，骨肉泥：水（體積比）的液料比為6.73：1，胃蛋白酶的加酶量為7000U/g，酶解溫度37℃，pH值為3.0，酶解時間360 min的條件下酶解，得到酶解液，經真空冷凍干燥后得到酶解多肽螯合鈣凍干粉，備用。

1.2.2 粉末直接壓鈣片的工藝流程

多肽螯合鈣粉→混合微晶纖維素和CMC-Na→混合硬脂酸鎂→攪拌均勻→壓片→成品→包裝

1.2.3 工藝操作要點

1）按照1.2.1方法制作好多肽螯合鈣粉，并經粉碎、過篩、干燥備用。

2）計算好原輔料的配比，準確稱量，在多肽螯合鈣粉中依次添加微晶纖維素、CMC-Na，最后加入硬脂酸鎂，混合均勻。

3）混合好后，取適量放在壓片機的壓片口處進行壓片，事先可在壓片口放少量硬脂酸鎂起到潤滑作用。

4）觀察成片外觀，每當出現片劑表面不夠光滑或有粘連，需進行清理，并適當添加硬脂酸鎂潤滑。

5）將片劑放在紫外燈下照射15 min～20 min，然后立即包裝，置入干燥室內保藏。

1.2.4 單因素試驗設計

1.2.4.1 硬脂酸鎂添加量的選擇

稱取50 g多肽螯合鈣粉，添加8%的CMC-Na，50%微晶纖維素，混合均勻后，分成5份，分別添加6%、8%、10%、12%、14%的硬脂酸鎂，制備成鈣片，測定其硬度。

1.2.4.2 微晶纖維素添加量的選擇

稱取50 g多肽螯合鈣粉，添加8%的CMC-Na，10%硬脂酸鎂，混合均勻后，分成5份，分別添加40%、45%、50%、55%、60%的微晶纖維素，制備成鈣片，測定其硬度。

1.2.4.3 CMC-Na添加量的選擇

稱取50 g多肽螯合鈣粉，添加50%微晶纖維素，10%硬脂酸鎂，混合均勻后，分成5份，分別添加4%、6%、8%、10%、12%的CMC-Na，制備成鈣片，測定其硬度。

1.2.5 響應面法試驗設計

通過響應面試驗設計，以微晶纖維素、CMC-Na和硬脂酸鎂添加量3個因子為自變量，分別以X1、X2和X3來表示，并以+1、0、-1分別代表自變量的高、中、低水平。以硬度Y值為參考指標。因素水平及編碼見表1所示（參考單因素試驗結果）。

表1 響應面設計因素與水平Table 1Factors and level of response surface design

1.2.6 測定方法

1.2.6.1 硬度測定

采用質構儀測定。

1.2.6.2 水分測定

參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》（直接干燥法）。

1.2.6.3 脂肪測定

參照GB 5009.6-2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》（索式抽提法）。

1.2.6.4 蛋白質測定

參照GB 5009.5-2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》（凱氏定氮法）。

1.2.6.5 灰分測定

參照GB 5009.4-2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》（灰化法）。

1.2.6.6 鈣含量的測定

參照GB 5009.92-2016《食品安全國家標準食品中鈣的測定》（原子吸收光譜法）。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 硬脂酸鎂對多肽螯合鈣片硬度的影響硬脂酸鎂對硬度的影響見圖1所示。

圖1 硬脂酸鎂添加量對鈣片硬度的影響Fig.1Effect of magnesium stearate added amount of calcium hardness

由圖1可以看出，固定CMC-Na的添加量為8%，微晶纖維素的添加量為50%，硬脂酸鎂的添加量從6%增加到12%時，鈣片的硬度一直呈上升趨勢，再增加硬脂酸鎂的添加量時，有略微下降趨勢。但是，硬度過高不利于消化吸收，本試驗選取硬度在5 500 g～ 6 000 g范圍為佳，所以硬脂酸鎂的添加量以7%～9%范圍為宜。

2.1.2 微晶纖維素對多肽螯合鈣片硬度的影響

微晶纖維素對硬度的影響見圖2所示。

圖2 微晶纖維素添加量對鈣片硬度的影響Fig.2Effect of microcrystalline cellulose added amount of calcium hardness

由圖2可以看出，固定CMC-Na的添加量為8%，硬脂酸鎂10%，微晶纖維素的添加量從40%～60%范圍內，鈣片的硬度一直呈上升趨勢，但考慮鈣片的硬度和成本，所以選取微晶纖維素的添加量53%～57%范圍為宜。

2.1.3 CMC-Na對多肽螯合鈣片硬度的影響

CMC-Na對多肽螯合鈣片硬度的影響見圖3所示。

圖3 CMC-Na添加量對鈣片硬度的影響Fig.3Effect of magnesium stearate added amount of calcium hardness

由圖3可以看出，固定微晶纖維素50%，硬脂酸鎂10%，CMC-Na的添加量從4%～10%范圍內，鈣片的硬度一直呈上升趨勢，隨后突然下降，考慮多肽螯合鈣片的硬度和成本，所以選取CMC-Na的添加量5%～7%范圍為宜。

2.2 響應面結果分析

響應面設計試驗結果見表2所示。

表2 試驗設計結果Table 2Design and results of the experime

17個試驗點分為析因點和零點，其中析因點為自變量取值在X1、X2、X3所構成的三維頂點上；零點為區域中心點，重復3次以估計試驗誤差。

2.3 回歸模型的建立及其顯著性分析

利用Design Expert軟件對表2中試驗數據進行回歸擬合，得到了多肽螯合鈣片硬度（Y1）對自變量微晶纖維素（X1）、CMC-Na（X2）和硬脂酸鎂（X3）添加量的二次多項回歸模型方程：

表3 回歸模型方差分析Table 3Variance analysis of regression model

對該回歸方程進行方差分析，由表3方差分析可看出：回歸模型P=0.007 5＜0.01，表明回歸方程極顯著；而失擬項的P=0.278 3＞0.05，故其不顯著；而且該模型的決定系數R2=0.905 2，說明它能解釋90.52%響應值的變化規律，可以得出此方程擬合程度良好，試驗誤差較小。對回歸模型系數的顯著性分析：一次項X1的P=0.281 8＞0.05，X2的P=0.464 0＞0.05，X3的P= 0.585 7＞0.05，表明不同微晶纖維素、硬脂酸鎂添加量之間差異顯著，不同CMC-Na添加量之間差異不顯著；二次項X1X2的P=0.851 1＞0.05、X1X3的P=0.873 0＞0.05，X2X3的P=0.011 0＜0.05，表明微晶纖維素和硬脂酸鎂添加量、硬脂酸鎂和CMC-Na添加量兩者之間交互作用不顯著，而微晶纖維素和CMC-Na添加量之間交互作用顯著。

2.4 響應面分析

以硬度為響應值，CMC-Na（X2）和硬脂酸鎂（X3）添加量之間交互作用顯著，其響應面3D圖見圖4。

圖4 CMC-Na和硬脂酸鎂添加量對硬度影響Fig.4The effects of CMC-Na and magnesium stearate amount on stiffiness

由圖4中的CMC-Na（X2）和硬脂酸鎂（X3）添加量交互作用曲線可以看出當X2處于低編碼值（-1，0）時，Y值隨X3的編碼值水平升高先升高后小幅降低，X2處于高編碼值（0，1）時，Y值隨X3的編碼值水平的升高先小幅升高后降低。X3處于低編碼值（-1，0）時，Y值隨X2的編碼值水平升高先升高后基本不變，X3處于高編碼值（0，1）時，Y值隨X2的編碼值水平升高而降低。當X2和X3同處于0編碼值時，Y值達到最大值。

2.5 主成分分析

根據Box－Behnken試驗所得的結果和二次多項回歸方程，利用Design Expert 7.1.3軟件分析，以硬度為響應值，得到制備鈣片的最佳條件為：微晶纖維素55.21%，CMC-Na5.940%，硬脂酸鎂7.970%，硬度為5 511.36 g。

為了檢驗模型預測的準確性，進行一次驗證試驗，得到鈣片制備最佳條件下的硬度為5 493.52 g。

2.6 營養成分測定

表4為本試驗制作的多肽螯合鈣片及市售常見的3種補鈣片的主要營養成分。

表4 主要營養成分Table 4Nutritional composition

由表4可以看出，4種補鈣片水分含量、脂肪含量均低，膠原蛋白膠囊和維骨力的灰分含量低，而某品牌碳酸鈣D3片和制備的多肽螯合鈣片灰分含量較高。其中某品牌碳酸鈣D3片中鈣含量為16.27 g/100 g，鎂含量為0.29 g/100 g；多肽螯合鈣片中鈣含量為2.82 g/100 g，鎂含量為0.19 g/100 g；膠原蛋白膠囊和維骨力中鈣含量低。值得注意的是，盡管某品牌碳酸鈣D3片中鈣含量高，但鈣以碳酸鈣的形式存在，其吸收率會明顯低于多肽螯合鈣片。多肽螯合鈣片中除含有2.82%鈣外，還含有12%的總蛋白（以肽的形式），且鈣與肽以螯合的形式存在會極大地促進鈣的吸收，因此按照本試驗結果制備的多肽螯合鈣片相比市售幾種補鈣片具有一定的優勢。

3 討論

3.1 硬脂酸鎂的作用

硬脂酸鎂（Magnesium stearate）是一種經常被用作疏水性的潤滑劑輔料，有潤滑感，因為其不溶于水，因此可以解決粉劑之間發生的黏連現象，制成的片劑表面更加光滑，并能在一定程度上抑制片劑貯藏過程中的吸潮。在本試驗中該輔料是最后加入，同時在壓片前先在壓片機的壓片口上少量涂抹，目的可改善片劑的外觀。

3.2 微晶纖維素的作用

微晶纖維素（Micro crystalline cellulose，MCC）是一種可以作為黏合劑、崩解劑和填充劑的輔料，具有高度的變形性、較強的黏合性以及吸水潤脹作用，因此可將粉劑牢牢地吸附并球化[18]，是一種能使多肽螯合鈣粉達到休止角≦40°的關鍵輔料。因此，本試驗中微晶纖維素的添加量最高。

3.3 CMC-Na的作用

CMC-Na（Sodium carboxymethyl starch）是一種可以用作粉末直接壓片過程中的崩解劑的理想輔料，它在空氣中容易吸濕，具有良好的親水性和吸水膨脹性。其在水中會形成一種膠體溶液，具有良好的流動性。因此CMC-Na可以使片劑更易成型，且制成的片劑硬度較高，崩解性也較好，但根據我們單因素的測試結果得知，當CMC-Na超出一定量，硬度有下降趨勢，具體原因有待進一步研究。

4 結論

通過單因素試驗和二次多項回歸方程得到了多肽螯合鈣片制備的最優工藝條件：以100 g多肽螯合鈣粉為材料，安賽蜜添加量為0.025%，微晶纖維素添加量為55.21%，CMC-Na添加量為5.94%，硬脂酸鎂添加量為7.97%，此時多肽螯合鈣片的硬度為5 493.52 g。制得表面光滑美觀、色澤一致、口感好的多肽螯合鈣片，其鈣含量為2.82 g/100 g，蛋白含量為12%，鈣與多肽以螯合的形式存在，可促進鈣的吸收，具有明顯的優勢。

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Manufacture of Calcium Peptide Chelate Pellets by Direct All-powder Compression Method

ZHANG Wei1，GUO Yao-hua2，3，ZHOU Yu-heng2，MA Li-zhen2，3，*
（1.Tianjin Green Food Office，Tianjin 300381，China；2.The Department of Food Science and Biological Engineering of Tianjin Agriculture University，National Freshwater Fish Processing and Technology Research Center，Tianjin 300384，China；3.The Department of Aquaculture Science of Tianjin Agriculture University，Tianjin Key Laboratory of Aqua-Ecology and Aquaculture，Tianjin 300384，China）

Calcium peptide chelate powder made from hydrolyzed catfish flesh and bone paste was used as the main material to prepare calcium peptide chelate pellets by direct all-powder compression method.Firstly，the proper dosage of main accessories：magnesium stearate，microcrystalline cellulose，CMC-Na were determined based on single factor optimization.Afterwards，the optimal formula was optimized using Box-Behnken design，taking hardness of calcium peptide chelate pellets as the response.The results showed that，the proper range of magnesium stearatewas 7%-9%，microcrystalline cellulose 53%-57%and sodium carboxymethyl cellulose 5%-7%.The optimal formula for calcium peptide chelate pellets was：magnesium stearate 7.97%，microcrystalline cellulose 55.21%，sodium carboxymethyl cellulose 5.94%.The calcium peptide chelate pellets hadsmooth and pretty appearance，uniform color and good taste，with 2.82 g/100 g calcium and 12.00 g/100 g protein.The pellets were good supplementary calcium food with broad development prospects，which effectively combined calcium andpeptide together.

calcium peptide chelate pellets；direct all-powder compression method；magnesium stearate；microcrystalline cellulose

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.09.029

2017-01-07

天津市水產產業技術體系創新團隊項目（ITTFRS）201720專題

張瑋（1984—），女（漢），工程師，本科，研究方向：綠色食品加工。

*通信作者：馬儷珍（1963—），女（漢），教授，博士，研究方向：水產加工品質及安全。