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利用废弃鸡蛋壳水浴加热法制备丙酸钙的工艺研究

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 311次

张红燕  王进华

(华北理工大学轻工学院  063000

摘要:采用水浴加热法制取新型防腐剂丙酸钙,以蛋壳为引入碳酸钙的原料,以水为溶剂,在特定温度和水的自生压强下制备丙酸钙。本文主要研究蛋壳粉与水的比例,反应温度以及反应时间对丙酸钙产率的影响。实验结果表明,当蛋壳粉与水的比例为1:20,反应温度为80℃,反应时间为4h时丙酸钙的产率最高。

关键词:蛋壳;水浴加热法;丙酸钙

The Preparation of Calcium Propionate from Waste Eggshell by Water bath heating Method

ZHANG Hong yan, WANG Jin hua

(QINGGONG COLLEGE NORTH CHINA UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY  063000)

Abstract:The introduction of calcium carbonate with shell as raw materials, with water as solvent, under certain

temperature and water pressure, the new type of preservatives calcium propionate was preparated using water bath heating method. In this paper, the effects of ratio eggshell powder water,reaction temperature and reaction time on the yield of calcium propionate were investigated. The results show that the optimum conditions were confirmed as follows: proportion of eggshell powder and water of 1:20, reaction temperature of 80℃,reaction time of 4 hour.Under the optimum conditions, the highest yield of calcium propionate was preparated.

Keywords:Eggshell; Water bath heating method; Calcium propionate

1 引言

    丙酸钙是一种新型食品添加剂,是世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)批准使用的安全可靠的食品与饲料用防霉剂[1]。它不仅能延长食品的保质期,对霉菌、好气性芽孢杆菌、革兰氏阴性菌有较好的杀灭作用,作为食品添加剂被广泛地应用于面包、糕点等食品中,而且还能做成溶液和软膏,对因寄生性霉菌引起的皮肤疾病有着较好的治疗效果,同时对黄曲霉素也有着较好的抑制作用[2]。这一优点是其他防腐剂所无法比拟的。

有资料显示我国产蛋量已连续20年雄居世界之首[3],鸡蛋壳不仅含有丰富的CaCO3、有机物,还含有铁、锰、硒等微量元素,因而用鸡蛋壳制备丙酸钙不仅无色无味、产品纯度高、无毒副作用、质量好,而且还能充分利用资源,降低生产成本。

本文以蛋壳为引入碳酸钙的原料,采用水浴加热法制取新型防腐剂丙酸钙,以水为溶剂,在特定温度和水的自生压强下制备丙酸钙。实验中主要研究蛋壳粉与水的比例,反应温度以及反应时间对丙酸钙产率的影响。

2 实验

2.1 原料与仪器

丙酸(CH3CH2COOH),浓盐酸(HCl),蒸馏水,鸡蛋壳(生活中收集的)

电热鼓风干燥箱,电子万用炉,集热式磁力加热搅拌器,循环水式真空泵,分析天平,电子称

2.2 实验过程

2.2.1 蛋壳的预处理

将生活中收集到的废弃鸡蛋壳洗净晾干以后放入烘箱中干燥,待蛋壳烘干以后用研钵将烘干的蛋壳研碎,将研碎的蛋壳粉收集起来备用,保存过程中注意防潮,以免影响实验数据。

2.2.2 蛋壳的壳膜分离

蛋壳与壳膜的结合实质上是石灰质和角蛋白的结合,要想较好的分离蛋壳和壳膜,可以使用能降低石灰质和角蛋白之间结合力的浓盐酸(12mol/L)和蒸馏水对其进行浸泡。

2.2.3 丙酸钙的制备过程

工艺流程如图1所示,本文采用的水热法是指在密闭条件下,以水为溶剂,在特定温度和水的自生压强下,混合物进行反应4。以不同的蛋壳粉水比与蒸馏水配成溶液,将配制好的溶液放入水浴锅中,调节水浴温度,并进行磁力搅拌,向烧杯中缓慢加入丙酸,反应一定时间后,得到所需溶液。将溶液抽滤,除去不溶物,然后将滤液转移到蒸发皿中蒸发、浓缩、干燥,得到白色粉末状产品。

主要反应如下:2CH3CH2COOH+CaCO3→Ca(CH3CH2COO)2+H2O+CO2↑ (2.1)


壳膜分离

水洗

粉粹

中和

抽滤

蒸发

蛋壳

干燥

干燥

成品

 


 

 

 

 

 


1 工艺流程图

2.3 产率计算

产率是丙酸钙的实际产值/丙酸钙的理论产值,丙酸钙的实际产值即蒸发结晶烘干以后用电子天平称得的质量,丙酸钙的理论产值由计算而得,丙酸钙的理论产值和产率的计算公式如下:


 QUOTE  QUOTE  2.2

      丙酸钙的产率=                                                                   QUOTE  QUOTE  2.3                                 

3 实验结果与讨论

3.1 粉水比对产率的影响

    将烘干的蛋壳粉以1:3,1:5,1:8,1:10,1:13,1:15,1:18,1:20,1:23,1:25(gml)的比例与蒸馏水配成溶液,将配制好的蛋壳粉与水溶液放入水浴锅中,向烧杯中加入丙酸,调节水浴温度为70℃,并进行磁力搅拌,水浴反应4h。实验结果如下表所示。

1 粉水比对产率影响表

粉水比

蛋壳粉质量(g

丙酸

ml

杂质质量(g

加水

ml

理论质量(g

样品实际重(g

产率

(%)

反应时间(h

水浴温度()

1:3

2.0208

5

0.0007

6

3.76

1.53

40.7

4

70

1:5

2.0013

5

0.0013

10

3.72

1.75

47.0

4

70

1:8

2.0123

5

0.0015

16

3.74

1.89

50.5

4

70

1:10

2.0036

5

0.0018

20

3.73

2.05

55.0

4

70

1:13

2.0221

5

0.0194

26

3.76

2.83

75.2

4

70

1:15

2.0055

5

0.0053

30

3.74

3.37

90.3

4

70

1:18

2.1201

5

0.0018

36

3.94

3.68

93.3

4

70

1:20

2.0073

5

0.0019

40

3.73

3.55

95.1

4

70

1:23

2.0056

5

0.0002

46

3.73

3.45

92.4

4

70

1:25

2.0047

5

0.0006

50

3.73

3.37

90.3

4

70

 

图2 粉水比对产率影响折线图

由上图中可以看出蛋壳粉与水的最佳比例为1:20,在此比例下水浴反应制得的Ca产率最高。丙酸钙易溶于水,如果粉水比太小,随着反应中丙酸钙产率的增加,丙酸钙浓度不断增加,容易导致反应溶液达到饱和状态,阻碍反应向生成丙酸钙方向进行,因而在反应时应增大粉水比;如果粉水比增加,丙酸钙产率会出现先增高后下降的现象。也就是说,粉水比太大,虽然有利于反应速度和产率的提高,但幅度变化并不明显,反而还延长了浓缩时间,增加了能耗,不利于反应的进行。所以粉水比为1:20时丙酸钙的产率最高,此时为最佳粉水比条件。

3.2 水浴温度对产率的影响

将烘干的蛋壳粉以1:20(gml)的比例与蒸馏水配成溶液,将配制好的蛋壳粉与水溶液放入水浴锅中,向烧杯中加入丙酸,调节水浴温度分别为60℃、70℃、80℃、90℃,并进行磁力搅拌,水浴反应4h。实验结果如下表所示。

2 水浴反应温度对产率影响表

粉水比

蛋壳粉质量(g

杂质质量(g

加水

ml

丙酸

ml

理论质量(g

药品质量(g

温度()

产率

(%)

反应时间(h

1:20

2.0119

0.0203

40

5

3.78

0.14

60

3.7

4

1:20

2.0073

0.0019

40

5

3.73

3.55

70

95.1

4

1:20

2.0729

0.0024

40

5

3.86

3.81

80

98.8

4

1:20

2.0326

0.0003

40

5

3.78

3.54

90

93.7

4

 

产率

 


温度

 

图3 水浴反应温度对产率影响折线图

由表中数据可以看出,当水浴温度为60℃时,产率极低,基本不反应;当水浴温度升高时,产率会随着温度的升高而升高;当反应温度升至90℃时,产率又会降低,这是因为当反应温度升高时,分子活性会增大,反应速度增加,产率增大。但是当反应温度达到90℃时,加入的丙酸挥发速度增大,导致丙酸钙产率降低,因此水浴反应的最佳温度为80℃,此时产率最高。

3.3水浴反应时间对产率影响

将烘干的蛋壳粉以1:20(gml)的比例与蒸馏水配成溶液,将配制好的蛋壳粉与水溶液放入水浴锅中,向烧杯中加入丙酸,调节水浴温度为80℃,并进行磁力搅拌。通过调节水浴反应时间分别1h2h3h4h5h6h。实验结果如下表所示。

表3 水浴反应时间对产率影响表

粉水比

蛋壳粉

质量(g

杂质质量(g

加水(ml

丙酸(ml

理论质量(g

药品质量(g

温度()

产率(%)

反应时间(h

1:20

2.0314

0.0045

40

5

3.77

1.60

80

42.4

1

1:20

2.0207

0.0008

40

5

3.76

2.39

80

63.5

2

1:20

2.0405

0.0029

40

5

3.79

3.25

80

85.7

3

1:20

2.0729

0.0024

40

5

3.86

3.81

80

98.8

4

1:20

2.0321

0.0016

40

5

3.78

3.73

80

98.7

5

1:20

2.0308

0.0015

40

5

3.78

3.73

80

98.8

6

 

产率

 


时间

 

图4 水浴反应时间对产率影响折线图

根据表中数据得出:延长反应时间可以提高丙酸钙产率,当反应时间达到4h以后产率达到最高98.8%,继续延长反应时间丙酸钙的产率则不再增加,证明丙酸与CaCO3的反应已经完全,继续延长反应时间并无意义,因此水浴反应的最佳时间为4h,丙酸钙的产率最高。

4 结论

    利用废弃鸡蛋壳水浴加热法制备丙酸钙的工艺研究,通过实验数据分析,可得出以下结论:

(1)通过实验分析得出,增大蛋壳粉水比可以使丙酸钙的产率增大,在蛋壳粉水比达到1:20时,丙酸钙的产率达到最大,继续增大蛋壳粉水比,丙酸钙的产率不会升高反而降低。

(2)当水浴温度在60℃时,产率极低,基本不反应,当水浴温度达到80℃时产率达到最高。继续升高反应温度产率反而降低,因此水浴反应最佳温度是80℃。

(3)通过实验分析得出,水浴反应的最佳时间为4h,丙酸钙的产率最高。

参考文献

[1]徐敏,杨德玉.利用蛋壳制备丙酸钙的一种新方法的研究[J].中国食品添加剂,2002,511.

[2]程嘉豪,张萍.丙酸及丙酸钙的合成.化学世界,1994,35(5)256257.

[3]宾冬梅,马美湖,易诚.蛋壳资源综合利用现状与对策[J].食品研究与开发,2006,8212216.

[4]刑晓轲.利用蛋壳制备丙酸钙的工艺研究[J].黑龙江生态工程职业学院学报,2014,1135.

作者简介

张红燕,19809月华北理工大学轻工学院,讲师,材料学专业

基金项目:唐山市科技计划自筹经费项目,项目编号:14110205a

 

本刊创刊于1982年,是由自治区科技厅主管、自治区科技信息研究院主办,由自治区科技情报学会协办、国内外公开发行的省级综合性科技刊物,是反映内蒙古自治区科技与经济发展的窗口。杂志入选《中国期刊全文数据(CJFD)》全文收录期刊和《中国学术期刊综合评价数据(CAJCED)统计刊源期刊,《中国核心期刊(遴选)数据库》收录。本刊是公开发行的综合性科技期刊,为月刊,大16开本。本刊坚持以科技创新为目标,融科技、经济、信息、产业、市场为一体,是促进科技成果转化、推动科技进步、加强技术创新,促进经济发展的专业性期刊。