摘 要：人类缺钙的主要原因是钙的吸收率低。食品中的钙通过消化过程在胃部与体内所含氨基酸发生反应，吸收方式为氨基酸螯合钙；此吸收过程中的影响因素主要为VD，蛋白质和氨基酸的含量等。钙的转化通过人体体内代谢过程调节较为缓慢且难以控制，因此提出将钙以易于吸收的方式富集在人类日常食用的食品当中显得尤为重要。关键词：钙；吸收；氨基酸螯合
钙是人类进行生命活动所必需的元素，对人体生理功能的正常运行具有重要意义。然而，全国营养调查结果表明：我国各层次人群中不论年龄、职业，钙摄入量普遍偏低，平均每人每天摄入的钙只有388.8 mg[1]，甚至还不足营养学推荐供给量的1/2（800 mg/d），钙吸收严重不足的人群甚至90 %以上[2]。钙摄入不足会引起一系列的疾病，如佝偻病和骨质疏松等[3]。由于人类进行正常生命活动需要钙的供给，消耗的钙必须通过饮食等加以补充。食物中富含钙的有很多种，如：牛奶等奶制品[4]、牡蛎等海产品、豆制品等，但人类却仍然缺钙，主要是因为钙的吸收率低。因此研究食品中促进钙吸收的机理与钙体外转化方法具有重要的意义。
人体小肠黏膜上皮细胞的刷状缘能自动分泌出大量的氨基酸或短肽链；含钙的食物通过口腔和食道进入胃后，经过胃酸分解消化反应，生成了钙离子；二者发生螯合反应，在小肠中生成了氨基酸螯合钙，并以整体形式吸收；吸收后，螯合键自动断开，形成新的钙离子和氨基酸。最后，在门静脉中钙进入血液，被输送到各个器官，包括在骨骼中沉积[5]等。
人类主要是通过饮食摄入钙，但是并不是所摄入食物中所有的钙都可以全部被身体吸收利用。在普通膳食中，摄入的钙经过消化后，通常仅20 %～30 %在小肠中吸收并进入血液中。同时，对影响人体内钙吸收的主要因素进行介绍。
2.1 维生素D
促进钙吸收的最重要因素是VD，其中起促进作用的结构为1，25-二羟VD3，在它的催化作用下，小肠细胞能和钙合成钙结合蛋白，促进钙进入肠黏膜细胞，导致血钙含量升高[6]。
2.2 蛋白质和氨基酸
Chu[7]等通过测试不同受试者不同氮摄入量，最终粪钙含量变化，验证了当蛋白质摄入量增加时，钙的吸收率增加；但当食物中蛋白质含量较高时，再增加蛋白质的含量则不影响钙的吸收。
Spencer[8]则证实了钙代谢受日粮蛋白质摄入量和含硫氨基酸（SSA）的调节。
Wasserman[9]等报道，L-赖氨酸和L-精氨酸能增加钙的吸收；同时，中国的张亚非[10]在大鼠的基础和低钙饮食中证实了从酪蛋白中提取的酪蛋白磷酸肽（CCP），可增加钙的溶解度。同时，Pappenberimer等认为细胞支架收缩受一些氨基酸的影响，收缩后可以增加钙的流量[11]。此外，流行病学证据表明，产奶期蛋白质摄入量的增加，可降低奶牛产乳热发病率，这表明蛋白质摄入量影响奶牛钙的代谢[12]。
这些试验通过对人体或动物体内吸收转化结果的研究，证实了蛋白质和氨基酸对于钙吸收的促进作用，但过量的蛋白质对吸收的促进效果却并不明显，且易导致体内尿素等毒素含量过高，破坏机体渗透平衡，导致机体代谢紊乱，因此要注意摄入量。
2.3 其它影响因素
另外，肠道内酸碱度、食物中钙磷比、激素、糖类、脂肪等也影响钙的吸收。
相比于碱性和中性条件，在酸性条件下，钙的吸收转化率更高。因此，生活中在烹饪含钙丰富的食物时，稍微加点醋，可提高钙的吸收率；钙吸收有益的钙、磷比值是2∶1，但当比值大于这一值时，却容易从骨骼中溶解和脱出钙，严重的情况下甚至导致骨质疏松症；某些激素如甲状腺素、甲状旁腺激素、雌雄激素等，通过内分泌系统调节影响钙吸收，这些激素内分泌的正常运行促进钙的吸收，紊乱则抑制钙的吸收；糖类中如乳糖等，可和钙形成可溶性低分子复合物，提高钙在小肠中的吸收速度；当脂肪有吸收不良、摄入量过多等状况时，均可导致过多的脂肪酸，这种脂肪酸以游离的形式存在，可与钙结合成不利于吸收的钙皂，且具有不溶性。
在益生菌干酪成熟过程发生的微生态变化也影响钙的吸收。相比于其他乳制品，干酪基质的pH环境更适于益生菌存活，其中还含有有利于益生菌维持高生物活性的其它物质，如：脂肪、高含量固形物等，并能在胃肠道中不利条件的影响下有效保护益生菌[13]。同时，在干酪成熟过程中还伴随一系列微生物变化，主要是在微生物酶作用下发生的一系列生化反应，包括乳蛋白质水解、脂解和糖酵解等[14]；分解后形成的多肽、氨基酸等物质更利于和钙螯合吸收，而益生菌则作为辅助菌添加到干酪中[15]。
由2015年2月10日，人民网“影响钙吸收的因素，怎样补钙才是科学”相关报道可知：人类饮食中存在的主要问题不是钙的摄入量不足，而是钙的吸收率过低。体内钙的转化过程复杂、机理不够明确，并且通过调节代谢促进钙的吸收过程缓慢，较为费时；因此，研究高效易吸收的氨基酸螯合钙显得具有实际意义。
复合氨基酸螯合钙是补钙制剂的第三代，它不仅可以克服了第一代无机盐钙制剂难溶于水、利用率低、容易造成结石[16-17]的问题；还避免了第二代有机盐传统钙制剂中钙含量低、毒副作用大的缺点。同时第三代氨基酸螯合钙具有好稳定性、高吸收率、高生物效价、抗病、抗应激、小毒性、高适口性、低使用量、小污染、环保、与维生素等相配无禁忌的优势[18-20]。
氨基酸螯合物是具有环状结构的化合物，是由配合反应形成的，反应物分别1 mol的金属离子和1 mol～3 mol氨基酸（最佳配比为1∶2），它们之间通过配位键连接[21]。由各种氨基酸的化学结构可知，目前氨基酸螯合钙中选取的氨基酸主要为谷氨酸[22]、L-天门冬氨酸[23]，结构最简单的是甘氨酸[18-19]此外还存在L-亮氨酸、酮缬氨酸、酮异亮氨酸、消旋蛋白氨酸[24]等。
在掌握了氨基酸螯合钙结构后，国内外科学家进行研究探讨，成功在体外制备了氨基酸螯合钙。综合甘林火[25]，薛荣涛[26]等研究方法总结，可知国内外制备方法主要分为化学、物理、生化法。
3.1 化学方法
3.1.1 微波固相合成氨基酸钙
在微波条件下合成氨基酸与氧化钙固体[27]。此方法产率受氨基酸与氧化钙的比例、研磨的时间、辐射的时间和研磨中辐射次数等因素影响；优点为时间短和产率高，缺点是研究还不够深入。
3.1.2 离子交换法制备氨基酸钙
本法首先需要将阳离子交换树脂转换成钙型，这一过程是通过用无机钙离子完成的；之后，用氢氧化钠与氨基酸按一定摩尔比配制混合溶液，并在常温下上柱；最终，通过真空浓缩收集的流出液、并进行结晶，得到氨基酸螯合钙制品[25]。该法优点为操作简单、不污染环境、低生产成本、高转化率、高产品纯度，缺点是操作繁琐、耗时长。
3.1.3 电解法
电解合成法反应发生在电解槽中，是通过维持一定的电压，让钙离子穿透离子选择性透过膜，从而进入阴极室，阴极室为含氨基酸的溶液，钙在此与氨基酸形成氨基酸钙螯合物。Harvey[28]利用电解法制备了甘氨酸钙。该法是通过电子得失获得产物，所以产物中钙离子与氨基酸的配比比较固定，但能耗较大，同时离子选择性透过膜再生困难[26]。
3.2 物理方法
物理方法因对仪器要求较高，故应用不是很普遍。主要为高压流体纳米磨技术制备氨基酸螯合钙。
高压流体纳米磨是一种纳米新技术设备，利用高温、高压和超频声波，使液体微滴（＜35 mm）或固体微粒破碎或分散到纳米量级（≤100 nm）的专用设备中去。该设备介质为水，载体为载波体和动能；采用气穴坍塌原理，在机器内形成超声应力场，进行化学反应。氨基酸在超声波等外界条件干扰下，结构之间连接的共价键极易发生断裂，形成结构不稳定的自由基，很难独立存在，易于反应形成稳定结构。当在碱性介质中，氨基自由基和羧基自由基与金属离子螯合，从而形成氨基酸螯合物。当超声波频率达到或接近分子的振动频率时，反应进行的效率最高[25]。此法优点为全封闭无污染、适用于大规模生产，缺点为成本过高。
3.3 生化方法
生化法从本质上对物质结构进行研究，相比于单纯的化学法和物理法具有明显优势和意义。从研究现状可知，实验室中制备氨基酸螯合钙所采用的生化法主要为水相中水解蛋白质。此法一方面在水相中用酸或酶水解蛋白制得复合氨基酸液；另一方面用无机钙或水解的骨钙、蛋壳钙获得钙原料，再与含氨基酸的水溶液相结合[29]。主要优点是操作简单，方法成熟，不需要昂贵的设备。
江湖[30]、张继武[31]等通过对富钙发芽糙米的生产工艺研究，将钙同发芽糙米中GAD等氨基酸、多肽结合，制备出氨基酸螯合钙。同时，因为米制品是人类日常食用的食品，且糙米经过发芽后营养价值大大提高；因此，此法不仅开发了氨基酸螯合钙制备的新方式，而且还可以将钙富集在人类日常饮食中、提供了补钙新思路。
李逢振等[32]则进行了鸡蛋壳直接中和制备氨基酸钙试验。流程为：对蛋壳预处理→中和反应→抽滤、浓缩→洗脱、干燥；这种采用废弃的鸡蛋壳反应制取乳酸钙，优点为环保节能、低生产成本、市场竞争力强。同时，通过直接中和的方法替代以往的繁琐的高温煅烧法，将蛋壳中无机的碳酸钙转化成易于被人体吸收的有机的乳酸钙[33-35]，使其可以作为一种安全的添加剂[36]、稳定剂、增稠剂[37]和组织凝固剂，可以广泛的在食品和医药行业应用。
此外，赵妍嫣等[38]利用乳酸菌发酵，通过酶解猪骨粉，对胶原多肽螯合钙进行了制备。吕晨艳等[39]采用传统的碱溶酸沉法从葡萄籽中成功分离了水溶性蛋白，并通过与相对温和的硫酸铵沉淀法进行比较，发现水溶性葡萄籽蛋白中钙元素含量较高；这种水溶性葡萄籽蛋白主要有2种，一种是未鉴定的蛋白质A，一种是富含钙的蛋白质B[40]，即11S球蛋白。该研究结果为食品工业化生产中矿物结合蛋白质的分离纯化提供新的参考。
上述几种方法制备氨基酸螯合钙主要是在体外从酶的角度对氨基酸和无机钙的螯合进行研究，另外在生物体内本身生长过程中也存在富集矿物质的作用。如水生生物、陆生植物可富集镉；海带对碘的富集作用很强；食用丝状真菌也可富集钙，钙主要存在形式可以被分为2种：一种是无机钙，它被菌丝体吸附和包裹而形成；另一种是有机钙，它被富集到菌丝细胞内形成的，这种被生物细胞吸收形成的钙可能与氨基酸钙的结构相似，从而易被人体吸收利用。
1）食品发酵过程中伴随大量有益的生化反应，通过对酶的选择、底物的控制及工艺条件的优化促进了钙的转化，将钙转化为利于人体吸收的形式，提高了钙的吸收率。但是，目前钙离子促进吸收的转化机理还不够完善。虽然氨基酸螯合钙合成工艺的文献报道很多，但主要集中在2方面：由某一含钙的盐与单一种类的氨基酸反应、复合氨基酸螯合钙的制备工艺[41]；其中比较成熟的方法是在水相中水解蛋白质制备氨基酸螯合钙。关于无机钙离子的螯合文献研究较为缺乏。
2）同时，制备工艺还需要优化。例如：现存的甘氨酸钙生产技术是直接在石灰乳中滴加甘氨酸，通过沉淀、抽滤、干燥等繁琐操作后制备的。由于存在高温、产品易变黄且低纯度、低产率、设备高耗能、易混入杂质等问题[42]。因此，研究新型高效的制备工艺具有实际意义。
3）随着人类对于健康方面的意识的提高以及对日益增强的益生菌产品需求，各种以益生菌为原料制备的益生菌干酪产品也不断增加。益生菌在干酪成熟过程发生着微生态变化，伴随着乳蛋白等蛋白质水解、脂类的分解和糖酵解等，从而使产物更易于与钙螯合，促进了钙的吸收；同时，也提供了钙的转化新方法。
4）我国在促进钙转化吸收原理工艺研发方面还处于初级阶段，有关氨基酸螯合钙等变化规律尚未完全搞清楚，如：具体哪几种氨基酸能够和钙进行有效螯合，螯合过程中具体的转化过程等，有待于进一步深入研究。若能将钙高效、高含量的以易于吸收的方式富集在人类日常食用的食品当中，不仅开发了新产品，拓展了食品生产产业链，而且极大的提高了钙的吸收率，有益于人类身体健康，具有良好前景。
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Mechanism and Method of Calcium Absorption in Food and Discussion of Transforming Calcium in Vitro
Abstract：The main reason for human's lacking of calcium is the low rate of absorption. The calcium in food is digested in the stomach and occur chelate reaction with the amino acids，Then absorb by calcium amino acid chelate.This absorption process is influenced by VD，protein and amino acid content.It is very slowly to converse calcium through metabolism in human body and it is difficult to control.Therefore，it is important to come up with new method to enrich the calcium in human's daily consumption of food.
Key words：calcium；absorption；chelate calcium amino acid
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.04.048
基金项目：吉林大学“大学生创新创业训练计划”创新训练项目（2015450516）；国家自然科学基金面上项目：基于组学方法研究益生菌干酪成熟过程微生态变化及品质形成机制（31371804）
收稿日期：2015-07-27