譚玉團，謝雪珍，王升，農(nóng)靜雯，胡楊玲，何覃蒙，湛思琪

廢棄蛋殼高溫煅燒法制備乳酸鈣的工藝研究

譚玉團，謝雪珍，王升，農(nóng)靜雯，胡楊玲，何覃蒙，湛思琪

（廣西科技師范學(xué)院，廣西 來賓 546199）

利用廢棄雞蛋殼高溫煅燒法制備乳酸鈣。通過單因素法確定煅燒灰化最佳條件和制備乳酸鈣中和反應(yīng)最佳條件為：煅燒溫度為950 ℃，最佳煅燒灰化時間為2 h，最佳固液比為1∶35 （g·mL-1），最佳乳酸用量為6 mL，最佳中和反應(yīng)時間為80 min，最佳中和反應(yīng)溫度為65 ℃。在上述條件下得到乳酸鈣產(chǎn)率為83.15 %，純度為98.07 %。

雞蛋殼；高溫煅燒法；制備；氧化鈣；乳酸鈣

我國禽蛋類資源豐富，且較多人食用禽蛋類食品補充蛋白質(zhì)，每年約有400萬t雞蛋殼被直接廢棄，造成了資源的極大浪費，對環(huán)境造成了一定的污染。雞蛋殼中含有豐富的碳酸鈣，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)94%～97%，可以作為鈣源制備出有利于人體吸收的乳酸鈣[1]。乳酸鈣具有很高溶解度，可以提供高濃度鈣離子，因而具有較強架橋作用。與碳酸鈣相比，乳酸鈣更易溶于水，利于人體吸收，因此它也成為一種優(yōu)秀的交聯(lián)劑。乳酸鈣可作營養(yǎng)強化劑，用于餅干等米面糕點類食品中；同時，在食品上能起到乳化、穩(wěn)定作用；且對果蔬有保鮮作用[2]。它能降低產(chǎn)品中的水分活度，乳酸根離子進入到細(xì)胞內(nèi)部能抑制和破壞微生物的新陳代謝，因此能抑制微生物的生產(chǎn)發(fā)育，延長產(chǎn)品貨架期。故研究乳酸鈣的制備及其在食品上的應(yīng)用有重要意義。

利用蛋殼制備乳酸鈣的方法主要有高溫煅燒法、發(fā)酵法和中和法等[3-8]。發(fā)酵法耗時長、工藝條件苛刻；中和法耗時長、效率低、雜質(zhì)含量高；高溫煅燒法流程較長，但產(chǎn)品純度高。本文擬利用廢棄回收的雞蛋殼，將雞蛋殼預(yù)處理后經(jīng)高溫煅燒制備氧化鈣，先加水制備得到氫氧化鈣，再與乳酸中和反應(yīng)得到乳酸鈣。

1 試驗部分

1.1 材料與試劑

雞蛋殼；無水乙醇，純度≥99.7%，成都市科隆化學(xué)品有限公司；乳酸，純度85.0%～90.9%，天津市大茂化學(xué)試劑廠；乙二胺四乙酸二鈉，純 度≥99.5%，天津市津南區(qū)咸水沽工業(yè)園區(qū)；氫氧化鈉，純度≥96.0 %，西隴科學(xué)股份有限公司；鈣指示劑羧酸鈉，純度≥70.0 %，天津市大茂化學(xué)試劑廠；鹽酸，分析純，西隴科學(xué)股份有限公司；所用水均為蒸餾水。

1.2 儀器

XY-500多功能粉碎機，鶴壁市鑫運儀器試劑廠設(shè)備有限公司；GZX-GF101-3BS 電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海躍進醫(yī)療器械有限公司；DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限公司；高溫箱式爐，KSL-1400X，合肥科晶材料技術(shù)有限公司。

1.3 試驗方法

試驗流程如圖1所示[9]。

圖1 試驗流程

雞蛋殼預(yù)處理：將收集好的蛋殼清洗干凈去掉表面蛋清后置于1 000 mL燒杯中，加入配置好的10%氫氧化鈉溶液在恒溫磁力攪拌器中45 ℃恒溫水浴加熱反應(yīng)，再改用強力攪拌器攪拌40 min，殼膜分離，將分離的蛋殼和膜分開，將蛋殼烘干后粉碎備用[10]。

氧化鈣含量的測定：按國標(biāo)GB30614—2014進行[11]。

乳酸鈣含量的測定：按國標(biāo)GB1886.21—2016進行[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 煅燒單因素實驗分析

2.1.1 煅燒溫度對氧化鈣生成的影響

不同煅燒溫度對碳酸鈣分解生成氧化鈣的影響如圖2和表1所示。在煅燒過程中隨著溫度的變化碳酸鈣有不同程度的分解。隨著溫度的升高，氧化鈣的純度和產(chǎn)率逐漸升高并平穩(wěn)。在800 ℃下碳酸鈣逐漸分解生成氧化鈣，但純度和產(chǎn)率較低；在950 ℃時達(dá)到分解平衡，此時煅燒溫度達(dá)到最佳灰化效果。從經(jīng)濟性考慮，選用950 ℃為最佳煅燒 溫度。

表1 煅燒溫度對氧化鈣產(chǎn)率和純度的影響

圖2 煅燒溫度對氧化鈣產(chǎn)率的影響

2.1.2 煅燒時間對氧化鈣生成的影響

不同煅燒時間對碳酸鈣煅燒灰化的影響如圖3和表2所示。在最佳溫度950 ℃下選取不同時間對碳酸鈣進行煅燒灰化。隨煅燒灰化時間不斷增加，氧化鈣純度和產(chǎn)率不斷增加并平穩(wěn)。在1 h時煅燒時間過短，碳酸鈣沒有完全分解，導(dǎo)致產(chǎn)率和純度較低，在2 h時純度達(dá)平衡為100%，在2.5 h時產(chǎn)率最高為59.89%。出于經(jīng)濟方面考慮選擇2 h為最優(yōu)煅燒時間。

表2 煅燒時間對氧化鈣產(chǎn)率純度和產(chǎn)率的影響

圖3 煅燒時間對氧化鈣產(chǎn)率的影響

2.2 中和反應(yīng)單因素實驗分析

2.2.1 固液比對實驗的影響

在中和反應(yīng)中不同固液比對乳酸鈣制備的影響如圖4和表3所示。不斷改變氧化鈣與蒸餾水的比例，其中和反應(yīng)程度也不同。隨著固液比增加溶液中Ca+解離程度增加，乳酸鈣產(chǎn)率和純度先增后減，在固液比為1∶35 （g·mL-1）時達(dá)到最大值，純度為93.07%，產(chǎn)率68.07%。

表3 固液比對乳酸鈣產(chǎn)量和純度的影響

圖4 固液比對乳酸鈣產(chǎn)率的影響

2.2.2 乳酸用量對實驗的影響

在中和反應(yīng)中不同乳酸用量對乳酸鈣制備的影響如圖5和表4所示。隨著乳酸用量增加中和反應(yīng)不斷增強，乳酸鈣產(chǎn)率先增后減。用量在8 mL時產(chǎn)率最高為89.98%，在6 mL時純度最高為81.53%。經(jīng)綜合考慮，選取6 mL為最佳乳酸用量。

表4 乳酸用量比對乳酸鈣產(chǎn)量和純度的影響

圖5 乳酸用量對乳酸鈣產(chǎn)率的影響

2.2.3 反應(yīng)時間對實驗的影響

不同中和反應(yīng)時間對乳酸鈣制備的影響如圖6和表5所示。隨著反應(yīng)時間增加中和反應(yīng)不斷增強，達(dá)到一個峰值后開始下降。反應(yīng)時間在90 min時產(chǎn)率最高，為79.80%，在80 min時純度達(dá)到了91.82%。考慮到能耗因素，確定最佳中和反應(yīng)時間為80 min，此時產(chǎn)率為78.54%，純度為91.82%。

表5 反應(yīng)時間對乳酸鈣產(chǎn)量和純度的影響

圖6 反應(yīng)時間對乳酸鈣產(chǎn)率的影響

2.2.4 反應(yīng)溫度對實驗的影響

不同反應(yīng)溫度對乳酸鈣制備的影響如圖7和表6所示。隨著溫度上升乳酸鈣的產(chǎn)率和純度不斷增加，直到峰值后下降。溫度升高反應(yīng)強度逐漸強烈，在65 ℃時達(dá)到最高值，產(chǎn)率為83.15%，純度為98.07%，因此確定最佳反應(yīng)溫度為65 ℃。

表6 反應(yīng)溫度對乳酸鈣產(chǎn)率和純度的影響

圖7 反應(yīng)溫度對乳酸鈣產(chǎn)率的影響

3 結(jié)論

本文以廢棄的雞蛋殼為原料，采用高溫煅燒法制備乳酸鈣。單因素實驗得到最佳工藝條件為：煅燒溫度950 ℃，最佳煅燒灰化時間2 h，最佳固液比1∶35，最佳乳酸用量6 mL，最佳中和反應(yīng)時間 80 min，最佳中和反應(yīng)溫度65 ℃。最佳條件下得到乳酸鈣產(chǎn)率為83.15%，平均純度為98.07%。

[1] 熊立根.廢棄蛋殼資源化利用前景[J].江西畜牧獸醫(yī)雜志，2015（5）：4-7.

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[11] GB 30614—2014，食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑氧化鈣[S].

[12] GB 1886.21—2016，食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑乳酸鈣[S].

Study on Preparation of Calcium Lactate From Waste Egg Shells by High-temperature Calcination

（Guangxi Science & Technology Normal University, Laibin Guangxi 546199, China）

Calcium lactate was prepared from waste egg shells by high temperature calcination. The optimal conditions for calcination ashing and preparation of calcium lactate neutralization reaction were determined by a single factor method. The optimal process conditions were as follows: the calcination temperature 950 ℃, the optimal calcination ashing time 2 h, the optimal solid-liquid ratio 1∶35 (g·mL-1), the optimal lactic acid dosage 6 mL, the optimal neutralization reaction time 80 min and the optimal neutralization reaction temperature 65 ℃.Under above conditions, the calcium lactate yield was 83.15% and the average purity was 98.07%.

Egg shell; High-temperature calcination method; Preparation; Calcium oxide; Calcium lactate

廣西科技師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（項目編號： 202011546036）；廣西科技師范學(xué)院青年科研創(chuàng)新團隊——無機材料制備及清潔生產(chǎn)攻關(guān)小組（項目編號：項目號GXKS2020QNTD04）。

2021-09-30

譚玉團（1999-），女，壯族，廣西自治區(qū)百色市人，研究方向：食品開發(fā)與加工。

謝雪珍（1983-），女，高級工程師，碩士，研究方向：有色金屬材料制備及資源綜合利用。

TQ262.2

A

1004-0935（2022）06-0736-04