用蠔殼制備丙酸鈣的研究

張海鵬

(江門市疾病預(yù)防控制中心 理化檢驗科，廣東 江門　529000)

丙酸鈣是我國近幾年發(fā)展起來的新型的食品防腐劑。它的防腐保鮮奇效使它廣泛應(yīng)用于面包、西點、醬油、水果、肉類等的防腐保鮮[1-2]。丙酸鈣不僅可以延長食品的保質(zhì)期，而且它還可以通過代謝作用被人體吸收，這是其他防腐劑無法比擬的[3]。

目前我國對牡蠣等海產(chǎn)貝類資源的開發(fā)主要是加工其可食用部分，在利用了可食用部分的同時，大量的海產(chǎn)品殼則作為垃圾被丟棄。由于國內(nèi)目前對牡蠣殼的資源化利用不足，如何有效利用牡蠣殼，變廢為寶是本研究的方向及目的。蠔殼中的碳酸鈣含量很高，如果將蠔殼作為一種鈣源用于制備各種鈣鹽，既可以可以充分利用生物資源，還可以減輕對環(huán)境的污染[4-5]。

本研究以蠔殼煅燒得到的懸濁液為原料，加入配制成一定濃度的丙酸溶液進行中和反應(yīng)，并配合溫度控制等措施。反應(yīng)過程中不停攪拌，反應(yīng)結(jié)束后靜置。過濾，烘干，得到丙酸鈣成品。

試驗以過量的CaO與丙酸反應(yīng)來制備丙酸鈣，即用約0.07 moL的CaO與約0.1 moL的丙酸反應(yīng)。

1　實驗部分

1.1　丙酸鈣的制備方法

把蠔殼敲打成小粒狀，接著用水浸泡(讓水把蠔殼淹沒)，把蠔殼外表面上的泥土和污物清洗干凈，晾干。

把蠔殼裝在坩堝中，用蓋子蓋住，但留點縫隙。然后放到馬弗爐中煅燒。把煅燒好的蠔殼冷卻，然后研磨成粉。將研磨好的蠔殼粉倒入100目的篩子中過篩，將不能濾出的蠔殼粉繼續(xù)研磨，直至全部蠔殼粉過篩。把篩好的粉末裝于密閉瓶中，貼好標(biāo)簽，備用。稱取0.4 g蠔殼煅燒粉于250 mL的燒杯中，用少量水濕潤，蓋上表面皿，滴加鹽酸溶液至試樣溶解，加水50 mL，加熱至沸10 min，除去CO2，過濾全部移入250 mL容量瓶中，加水至刻度，搖勻，準(zhǔn)確移入25 mL置于250 mL錐形瓶中，加5 mL三乙醇胺，25 mL水和5 mL氫氧化鈉溶液及少量鈣指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液由紅色變?yōu)榧兯{(lán)色為終點。計算出蠔殼中氧化鈣的含量，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。

試驗以過量的氧化鈣與丙酸反應(yīng)來制備丙酸鈣，即用約0.07 moL的氧化鈣與約0.1 moL的丙酸反應(yīng)。

配制一定濃度的蠔殼粉懸濁液，再配制一定濃度的丙酸溶液，緩慢加入懸濁液中，攪拌，放入一定溫度的水浴中加熱反應(yīng)一定時間，過濾。

1.2　制備條件優(yōu)化

改變丙酸濃度做6組實驗。根據(jù)測定的蠔殼粉中 得含量進行換算，將蠔殼粉用無 水配置成5%的懸濁液，分別緩慢加入濃度為30%、40%、50%、60%、70%、99.62%的丙酸，置于60℃的恒溫水浴中反應(yīng)80 min。反應(yīng)過程中保持溫度恒定，不斷的攪拌，觀察實驗現(xiàn)象，記錄時間。趁熱過濾，記錄過濾溫度，溶液移入250 mL容量瓶中，定容，測量濾液中鈣含量，換算實際丙酸鈣量，計算丙酸鈣產(chǎn)率。

改變反應(yīng)溫度做6組實驗。根據(jù)以上實驗，固定反應(yīng)最佳丙酸濃度。根據(jù)測定的蠔殼粉中 得含量進行換算，將蠔殼粉用無 水配置成5%的懸濁液，緩慢加入濃度為99.62%的丙酸，分別置于5種反應(yīng)溫度：室溫、40℃、60℃、80℃、90℃的恒溫水浴中反應(yīng)80 min。反應(yīng)過程中保持溫度恒定，不斷的攪拌，觀察實驗現(xiàn)象，記錄時間。趁熱過濾，記錄過濾溫度，溶液移入250 mL容量瓶中，定容，測量濾液中鈣含量，換算實際丙酸鈣量，計算丙酸鈣產(chǎn)率。

改變反應(yīng)時間做6組實驗。根據(jù)以上實驗，固定最佳丙酸濃度和最佳反應(yīng)溫度。根據(jù)測定的蠔殼粉中 得含量進行換算，將蠔殼粉用無 水配置成5%的懸濁液，緩慢加入濃度為99.62%的丙酸，置于60℃的恒溫水浴中反應(yīng)，反應(yīng)時間分別為20 min、40 min、60 min、80 min、100 min、120 min。反應(yīng)過程中保持溫度恒定，不斷的攪拌，觀察實驗現(xiàn)象，記錄時間。趁熱過濾，記錄過濾溫度，溶液移入250 mL容量瓶中，定容，測量濾液中鈣含量，換算實際丙酸鈣量，計算丙酸鈣產(chǎn)率。

改變氧化鈣懸濁液濃度做6組實驗。根據(jù)以上實驗，固定最佳丙酸濃度、最佳反應(yīng)溫度和最佳反應(yīng)時間。根據(jù)測定的蠔殼粉中 得含量進行換算，將蠔殼粉用無 水配置成3%、5%、7%、9%、11%、13%的懸濁液，緩慢加入濃度為99.62%的丙酸，置于60℃的恒溫水浴中反應(yīng)80 min。反應(yīng)過程中保持溫度恒定，不斷的攪拌，觀察實驗現(xiàn)象，記錄時間。趁熱過濾，記錄過濾溫度，溶液移入250 mL容量瓶中，定容，測量濾液中鈣含量，換算實際丙酸鈣量，計算丙酸鈣產(chǎn)率。

2　結(jié)果與討論

2.1　煅燒與灰化條件的選擇

在煅燒溫度為1000℃，煅燒3 h，其粉末中CaO含量最高，達(dá)97%。所以，選擇煅燒分解條件為：煅燒溫度1000℃，煅燒時間3 h。

2.2　丙酸濃度對丙酸鈣合成的影響

以丙酸濃度為變量，其他的反應(yīng)條件相同的情況下，丙酸濃度為99.62%時，丙酸鈣產(chǎn)率達(dá)到最大值。隨著丙酸濃度的增加，產(chǎn)率逐漸上升，這是由于丙酸濃度低時，正反應(yīng)速率緩慢，反應(yīng)80 min并沒能反應(yīng)完全，但當(dāng)丙酸濃度達(dá)到99.62%左右時反應(yīng)最完全，丙酸鈣產(chǎn)率達(dá)最大值。所以根據(jù)實驗結(jié)果看出，丙酸濃度為99.62%為最佳。

2.3　反應(yīng)溫度對丙酸鈣合成的影響

以反應(yīng)溫度為變量，其他的反應(yīng)條件相同的情況下，反應(yīng)溫度為60 ℃時，丙酸鈣產(chǎn)率達(dá)到最大值。隨著溫度的升高，產(chǎn)率呈先上升后下降的情況，這是由于溫度的升高可以加大分子間的碰撞幾率，促使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，生成丙酸鈣，到60℃時達(dá)到最大值，之后再升高溫度，產(chǎn)率反而下降。所以根據(jù)實驗結(jié)果看出，反應(yīng)溫度為60℃為最佳。

2.4　反應(yīng)時間對丙酸鈣合成的影響

以反應(yīng)時間為變量，其他的反應(yīng)條件相同的情況下，反應(yīng)時間為60 min時，丙酸鈣產(chǎn)率達(dá)到最大值。隨著時間的延長，丙酸鈣產(chǎn)率出現(xiàn)上下波動，60 min時達(dá)到最大值。所以根據(jù)實驗結(jié)果，反應(yīng)時間60 min為最佳。

2.5　氧化鈣懸濁液濃度丙酸濃度對丙酸鈣合成的影響

以氧化鈣懸濁液濃度為變量，其他的反應(yīng)條件相同的情況下，懸濁液濃度為5%時，丙酸鈣產(chǎn)率達(dá)到最大值。隨著懸濁液濃度的增大，產(chǎn)率呈先上升后下降的情況，這是由于丙酸鈣易溶于熱水中，當(dāng)反應(yīng)體系中水量較小時，反應(yīng)不能進行完全，仍有部分CaO殘留，致使丙酸鈣產(chǎn)率減小，但反應(yīng)體系中水量太多時，溶于水中的Ca(OH)2量增多，從而降低了產(chǎn)率。所以根據(jù)實驗結(jié)果看出，氧化鈣懸濁液濃度為5%為最佳。

4　結(jié)論

蠔殼在1000℃下，煅燒3 h，其粉末中CaO含量最高，達(dá)到97%以上。

實驗結(jié)果表明，以蠔殼為原料，制備丙酸鈣的最佳條件為：蠔殼粉懸濁液為5%，丙酸濃度為99.62%，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時間為60 min，丙酸鈣的產(chǎn)率達(dá)最大值，為96.89%。

本實驗是利用廢棄的蠔殼作為原料，完全符合現(xiàn)今的發(fā)展理念。但美中不足是實驗還存在一定誤差，主要由于實驗條件。若此實驗完整后，更可以適合批量生產(chǎn)，投入日常生活，工業(yè)等各種用途。