《Journal of Agriculture and Food Research》：Enhanced calcium solubility of bio-calcium powder from blackchin tilapia (Sarotherodon melanotheron) bone: Influence of alkaline pretreatment conditions
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生物钙粉由黑颏罗非鱼（Sarotherodon melanotheron）骨制备，该鱼是泰国鱼糜生产中的入侵物种副产物，旨在评估碱性预处理对生物钙性质的影响。研究人员将骨头用NaOH或KOH（1和2 M）以骨液比1:10（w/v）预处理2小时，随后进行乙醇洗涤
生物钙粉由黑颏罗非鱼（Sarotherodon melanotheron）骨制备，该鱼是泰国鱼糜生产中的入侵物种副产物，旨在评估碱性预处理对生物钙性质的影响。研究人员将骨头用NaOH或KOH（1和2 M）以骨液比1:10（w/v）预处理2小时，随后进行乙醇洗涤、过氧化氢漂白、干燥和研磨以获得生物钙粉。湿重得率为26–28%，室温下水分活度值为0.33–0.34。在所有处理中，1 M KOH获得最高得率（28%）、钙含量（26.13%）和亮度（L* = 88.5）。通过SDS-PAGE和ATR-FTIR分别鉴定出胶原蛋白和羟基磷灰石。所有生物钙样品在模拟胃肠消化后的体外钙溶解度（13.4–17.50%）比碳酸钙（3.4%）高4至5倍。2 M处理表现出最高钙溶解度（17.2–17.50%）。由于高得率和亮度，1 M KOH可用于食品强化，而2 M处理可作为需要更高钙溶解度的钙补充剂。黑颏罗非鱼骨是生物钙生产的潜在来源，1 M KOH适用于食品强化，2 M处理更适用于需要更高钙溶解度的应用场景。
**黑颏罗非鱼骨生物钙粉：碱性预处理条件对钙溶解度的影响——论文解读**
### 研究背景与意义
钙是维持骨骼代谢、肌肉功能、神经传递和凝血过程的关键矿物质。全球范围内，尤其是乳制品消费有限的人群中，钙摄入不足仍是公共健康隐患，增加了骨质疏松风险。鱼骨因富含与人体骨矿物组成相似的羟基磷灰石（hydroxyapatite），成为合成钙补充剂（如碳酸钙）的潜在替代来源。此外，鱼骨来源的生物钙（bio-calcium）含有胶原蛋白等蛋白，可能增强胃肠道消化过程中的钙溶解度，但其确切贡献尚不明确。黑颏罗非鱼（Sarotherodon melanotheron）原产西非，自2010年左右无意引入泰国后成为重要入侵物种，已蔓延至至少19个沿海省份，威胁本土鱼类种群、破坏水生生态系统，并造成每年数亿泰铢的经济损失。政府根除措施（如捕捞活动和收购计划）效果有限。将黑颏罗非鱼转化为高附加值产品，既能通过商业捕捞控制种群，又能惠及当地社区，符合循环经济原则，同时将占加工废弃物15–20%的鱼骨副产物转化为生物钙原料，减少对开采性钙盐的依赖。然而，碱性预处理条件（碱种类和浓度）对鱼骨生物钙的理化性质、结构特征及钙溶解度的影响尚缺乏系统研究，尤其是针对黑颏罗非鱼骨。因此，研究人员开展本研究，旨在评估NaOH和KOH在1 M和2 M浓度下预处理对黑颏罗非鱼骨生物钙粉性质的影响，为入侵物种利用和渔业废弃物增值提供可持续策略。该论文发表在《Journal of Agriculture and Food Research》。
### 关键技术方法概述
研究人员采集黑颏罗非鱼骨（来自泰国鱼糜加工副产物），经热水浸泡、高压水枪清洗后，分别用NaOH或KOH（1 M和2 M）在骨液比1:10（w/v）、室温搅拌2小时条件下进行碱性预处理，再经蒸馏水反复洗涤至近中性pH。预处理后的骨头经球磨机粉碎至3–4 mm，用无水乙醇脱脂30分钟，2%过氧化氢漂白30分钟，50°C干燥6小时，再次球磨并过80目筛，得到生物钙粉。主要分析方法包括：ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱法）测定矿物含量；SDS-PAGE（十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳）分析蛋白模式；ATR-FTIR（衰减全反射傅里叶变换红外光谱）鉴定官能团；模拟胃肠消化模型（胃相：胃蛋白酶，pH 1.5，37°C，2小时；肠相：胰酶/胰蛋白酶/胆汁提取物，pH 7.5，37°C，3小时）后测定钙溶解度；同时测定得率、颜色、水分活度、近似组分、羟脯氨酸含量、TBARS（硫代巴比妥酸反应物）、挥发性化合物、氨基酸组成、粒径分布和微观结构（数字显微镜和扫描电子显微镜）。所有实验设三个生物学重复，每个分析三次技术重复，数据采用单因素方差分析（ANOVA）和Duncan多重比较检验（p ≤ 0.05）。
### 研究结果
#### 3.1 得率
得率范围为26–28%，处理间无显著差异（p > 0.05）。1 M KOH得率最高（28%），2 M KOH最低（26%），较高浓度碱性处理可能去除更多有机质。该得率与尼罗罗非鱼骨生物钙（约27.4%）及鲣鱼、杂交鲶鱼（25–30%）相当。
#### 3.2 物理外观与颜色
所有样品为类白色细粉，分散性良好。1 M KOH处理亮度（L*）最高（88.5），2 M NaOH最低（86.2）；a*值（红绿度）和b*值（黄蓝度）均有显著差异（p < 0.05）。1 M KOH的总色差（ΔE*）最小（9.1），表明颜色最接近白标准。较温和的碱性条件可能更有效去除色素同时减少化学改性。
#### 3.3 近似组成与水分活度
水分含量（1.2–1.32%）、蛋白（2.0–2.3%）、脂肪（1.1–1.15%）无显著差异（p > 0.05）。灰分含量在61.7–63.0%之间，2 M NaOH、1 M KOH和2 M KOH显著高于1 M NaOH（p < 0.05），较高碱性浓度下有机质去除更彻底。水分活度0.33–0.34，低于0.6，有利于抑制微生物生长。
#### 3.4 矿物含量
钙含量在24.14–26.13%之间，1 M KOH最高（26.13%），显著高于其他处理（p < 0.05）。磷含量9.45–10.4%，Ca/P比约2.4–2.6。锌含量142.3–214.7 mg/kg，铁含量9.5–63.8 mg/kg，1 M NaOH保留的锌和铁最高。
#### 3.5 羟脯氨酸含量
羟脯氨酸含量0.005–0.018 mg/g，处理间差异显著（p < 0.05）。1 M NaOH最高（0.018 mg/g），2 M NaOH最低（0.005 mg/g）。羟脯氨酸是胶原蛋白的标志氨基酸，表明温和碱性条件能保留胶原基质，而高浓度碱（2 M NaOH）导致胶原过度水解。
#### 3.6 TBARS与挥发性化合物
TBARS值6.7–7.2 mg MDA/kg，处理间无显著差异（p > 0.05），尽管值较高，但脂肪含量低（约1.1%），可能限制脂质衍生异味。共鉴定出21种挥发性化合物，醛类为主（丁醛最多，6.67–12.82×10?），碱性处理和脱脂有效降低了鱼腥味。
#### 3.7 氨基酸组成
氨基酸谱呈胶原特征：甘氨酸最丰富（3.93–4.73 g/100g），其次为脯氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸和谷氨酸。KOH处理样品的氨基酸含量普遍高于NaOH处理，表明KOH对胶原蛋白水解作用较弱。羟赖氨酸（0.23–0.28 g/100g）证实胶原存在。
#### 3.8 体外钙溶解度
钙溶解度在13.4–17.50%之间，显著受处理影响（p ≤ 0.05）。2 M KOH最高（17.50%），2 M NaOH次之（17.2%），1 M KOH（13.5%）和1 M NaOH（13.4%）较低。所有生物钙样品均显著高于碳酸钙对照（3.4%）。较高钙溶解度可能与羟磷灰石结构、残留胶原提供的钙结合肽以及细粒径增大表面积有关。
#### 3.9 SDS-PAGE与ATR-FTIR
SDS-PAGE显示胶原α1、α2链（约116–130 kDa）、β链（200–250 kDa）和γ链，1 M NaOH处理条带强度高于2 M处理，与羟脯氨酸结果一致。ATR-FTIR图谱同时显示羟磷灰石（PO?3?振动：1076、958、1213、576、562、459 cm?1）和胶原（酰胺I、II、III、A带）特征峰，碳酸盐带（875 cm?1）表明B型碳酸化磷灰石存在，证实碱性预处理保留了生物钙的功能结构。
#### 3.10 粒径分布与微观结构
平均粒径7–8 μm，中位数粒径（D50）2.3–2.9 μm，处理间无显著差异（p > 0.05）。2 M KOH的D90最大（5.3 μm），分布较宽。数字显微镜显示1 M处理颗粒分散良好，2 M处理呈更致密的聚集；SEM显示所有样品呈不规则板状，表面特征相似。
### 讨论与结论
研究人员指出，碱性预处理条件（碱种类和浓度）显著影响生物钙的理化性质和钙溶解度。1 M KOH处理因最高得率（28%）、钙含量（26.13%）和亮度（L* = 88.5），适用于食品强化应用；2 M处理（NaOH或KOH）因最高钙溶解度（17.2–17.50%），更适用于需要高钙溶解度的钙补充剂。所有生物钙样品在模拟胃肠消化下的钙溶解度比碳酸钙高4–5倍，归因于羟磷灰石结构、残留胶原及细粒径。ATR-FTIR和SDS-PAGE证实羟磷灰石和胶原蛋白共存，可能促进消化过程中钙的溶解，但机制需进一步研究。研究局限包括：未评估体内钙生物利用度；未检测重金属污染物；未包含未处理对照以提供基线信息。未来研究应聚焦体内钙生物利用度、感官可接受性和安全性验证。
**研究结论部分翻译**：
研究人员利用NaOH和KOH在1 M和2 M浓度下对黑颏罗非鱼骨进行碱性预处理，成功制备了生物钙粉。所有处理均获得高钙含量、低水分和低水分活度（0.33–0.34）的生物钙。1 M KOH处理表现出最高得率（27.9%）、钙含量（26.13%）和亮度（L* = 88.5），这可能有利于食品强化应用。2 M处理显示出比1 M处理更高的钙溶解度（17.2–17.50% vs. 13.4–13.5%），可能更适合需要更高体外钙溶解度的应用。在本研究采用的相同模拟胃肠消化条件下，所有生物钙样品的钙溶解度均高于碳酸钙（3.4%）。ATR-FTIR和SDS-PAGE证实了羟磷灰石和胶原蛋白的存在。羟磷灰石和残留胶原可能有助于消化过程中钙的溶解，但潜在机制需进一步研究。总体而言，1 M KOH因高得率、钙含量和亮度，显示出用于生物钙生产的前景。这些发现基于体外模型，需要体内验证以确认钙生物利用度。未来研究应评估体内钙生物利用度、感官可接受性和安全性，以确认该生物钙用于食品和补充剂的适宜性。本研究首次系统评估了黑颏罗非鱼骨生物钙生产的碱性预处理条件，有助于入侵物种增值和可持续钙成分开发。
