丙酸鈣的制備綜述

1、食品防腐劑丙酸鈣的制備及純度分析綜述實驗小組：06實驗班級：應(yīng)131-3指導(dǎo)老師：賀萍實驗人員：研究背景丙酸鈣是近年來發(fā)展起來的一種新型的食品及飼料防腐劑，屬酸性防霉劑，對霉菌、好氣性芽抱桿菌和革蘭氏陰性菌都具有很好的殺滅作用，可抑制黃曲霉素的產(chǎn)生，對人體無毒，廣泛應(yīng)用于面包、糕點等食品的防霉及蔬菜保鮮、植物保護等方面。目前，國內(nèi)主要采用丙酸和氫氧化鈣（Ca（OH）2）或碳酸鈣（CaCO3）反應(yīng)制得丙酸鈣。雞蛋殼是一種寶貴的天然生物資源，與其他鈣源相比，受環(huán)境污染較少，重金屬含量極其痕量，是一種良好的鈣源，可作為新型鈣制劑的原料。目前已有不少利用雞蛋殼生產(chǎn)丙酸鈣的研究，這些研究均為化學(xué)方法，能

2、耗較高。目前尚無發(fā)酵法生產(chǎn)丙酸鈣的研究，因此進行新探索，在內(nèi)酸發(fā)酵液中直接添加雞蛋殼粉碎、煨燒后得到的氧化鈣，生產(chǎn)丙酸鈣，以期采用發(fā)酵法以雞蛋殼為原料生產(chǎn)丙酸鈣，能夠有效降低能耗，減少廢棄蛋殼對環(huán)境造成的危害，降低丙酸鈣的生產(chǎn)成本。我國海岸線漫長，牡蠣、貝類等資源極為豐富，隨著國內(nèi)人們消費意識和健康觀念的更新以及人民生活水平的迅速提高，我國牡蠣生產(chǎn)水平有了很大發(fā)展，牡蠣產(chǎn)量由1990年的8.5萬噸增長2005年的382.6萬噸，而且隨著人類的自然增長和消費水平的不斷提高，這一數(shù)字還會隨之而增加。但是，隨著我國牡蠣養(yǎng)殖產(chǎn)量的迅速增加，如何充分高效地利用牡蠣資源，既是牡蠣產(chǎn)業(yè)面臨的巨大機遇，也是牡

3、蠣產(chǎn)業(yè)面臨的一個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我國目前對牡蠣等貝類資源的開發(fā)主要是加工其可食用部分，在利用了可食用的部分的同時，大量的海產(chǎn)品殼則作為垃圾被廢棄，這些廢棄的海產(chǎn)品殼中殘留的有機物在長期堆放的過程中，腐敗發(fā)臭對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前國內(nèi)外對牡蠣殼等海產(chǎn)殼類物質(zhì)的研究和利用已有陸續(xù)的報道，而將其用于制作新型防腐保鮮添加劑的報道甚少，研究工作一直處于滯后的狀態(tài)。因此，經(jīng)查閱大量的相關(guān)文獻資料，結(jié)果表明牡蠣殼等海產(chǎn)殼類物質(zhì)可以作為制備食品添加劑丙酸鈣的綠色鈣源。因此，選擇以牡蠣殼為原料進行食品級添加劑丙酸鈣的制備工藝研究，以期達到對牡蠣殼等海產(chǎn)殼類資源化利用的目的。第一部分丙酸鈣的綜述一丙酸鈣的性質(zhì)與特點物

4、理性質(zhì)：內(nèi)酸鈣分子式：（CH3CH2COO）2Ca；帖1）H20,丙酸鈣分子量：186.23（無水鹽）丙酸鈣為白色結(jié)晶體、顆?；蚍勰?，無臭或帶輕微酸味。熔點400c以上。對熱和光穩(wěn)定。有吸濕性，易溶于水，微溶于甲醇、乙醇，不溶于苯及丙酮。10%水溶液pHJ7.09.00化學(xué)性質(zhì)：在酸性條件下，產(chǎn)生游離丙酸，具有抗菌作用。對酵母菌無害，對人體無害。丙酸鈣對霉菌，好氣性芽胞產(chǎn)生菌，革蘭氏陰性菌有效。在防霉的同時，還對抑制黃曲霉素的產(chǎn)生有特效。因此，丙酸鈣被廣泛用作食品、飼料防腐、水果的防霉保鮮劑。丙酸鈣與其它脂肪酸一樣可通過代謝作用被人體吸收利用，供給人體必須的鈣，對人體無害丙酸鈣的用途1、丙酸

5、鈣的用途由于丙酸鈣自身所具備的防腐保鮮特性，使得它在食品、飼料防腐，水果、谷物的防霉保鮮等方面應(yīng)用廣泛。1）丙酸鈣在食品添加劑方面的應(yīng)用丙酸鈣是我國近幾年發(fā)展起來的新型食品防腐劑。它的防腐保鮮奇效使它被廣泛用作面包、西點、醬油、水果和糕點等的防腐保鮮。丙酸鈣使甜、咸面包存放時間比不添加此鹽者延長20小時。丙酸鈣對冷藏真空包裝的鮮牛肉中的細(xì)菌有較強的抑制作用。止匕外，內(nèi)酸鈣還可用作醬油的防腐劑，因為它能抑制醋酸桿菌屬和產(chǎn)膜酵母之類微生物所引起的腐敗變質(zhì)。并且丙酸鈣對月餅也具有明顯的防霉保鮮作用。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，這是其它防腐劑無法比擬的。因此，丙

6、酸鈣已被美國，歐盟，法國、英國、德國及中國等國家允許使用，其需要量逐年增加。但由于受到原材料丙酸的限制，國內(nèi)20多個廠家在200朔實際生產(chǎn)量僅為6000噸，需求量的一半左右需要進口弓I。食品級丙酸鈣在面包及糕點類中的用量是0.25%0.5%,果凍蜜餞果醬中的用量是。1%,糖果奶酪中的用量是O.1%0.3%,巧克力制品中的量為0.3%0.45%,醬油中的用量是O.5%以下171o就我國國內(nèi)市場來說，如果在食品加工行業(yè)廣泛使用丙酸鈣產(chǎn)品，其需求量必然很可觀。2）丙酸鈣在飼料及谷物防霉方面的應(yīng)用飼料中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，在適宜的環(huán)境溫度下，水份含量高的飼料極易發(fā)生霉變。霉變后的飼料不僅降低了飼料的效

7、價，而且會產(chǎn)生毒素，導(dǎo)致畜禽生長緩慢，甚至造成中毒死亡。飼料防霉劑的品種很多，但是世界上使用量最大、最有效又最經(jīng)濟的品種是丙酸和丙酸鈣。飼料中添加O.1%0.5%的丙酸鈣不僅能防止飼料霉變，還能避免飼料溫度升高，增加飼料的流動性，降低動物腸道病的發(fā)病率。日、美和歐盟都將丙酸鈣作為法定的飼料添加劑，用于防止飼料發(fā)霉變質(zhì)。我國已頒布了丙酸鈣飼料防腐劑的使用標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛地用于豬、牛、羊、魚、雞、鴨等飼料的防腐劑和鈣強化劑。近幾年在臺灣、東南亞等國家還用于高級水產(chǎn)養(yǎng)殖。據(jù)有關(guān)資料報道，在蛋雞飼料中加入1%的丙酸鈣，可提高產(chǎn)蛋率30%左右，并有預(yù)防疾病的功效。陜西省韓城市養(yǎng)鰻魚的專業(yè)戶就將丙酸鈣作為鰻魚

8、的主要飼料之一。根據(jù)我國飼料工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2000年我國配合飼料產(chǎn)量為6200萬噸，消耗丙酸鈣8100噸。2005年產(chǎn)量為8000萬噸，丙酸鈣耗量為10400噸。到201妙，我國配合飼料產(chǎn)量將達到1億噸，丙酸鈣耗量為13100噸，年均增長6%以上。3）用作鈣補充劑我國地域廣闊，各地區(qū)之間的缺鈣情況不盡相同。牧業(yè)區(qū)人群以及豆制品攝入量較高地區(qū)人群的鈣攝入充足，蛋奶攝入較多的城市人群及沿海食用魚類較多的人群缺鈣狀況也不嚴(yán)重，而內(nèi)地部分地區(qū)尤其是北方農(nóng)村以米面菜為日常主食的人群鈣攝入量偏低，每日攝鈣量僅為400m戶右。由于飲食習(xí)慣的原因，中國人的食物補鈣不足，相比之下，口服補鈣品是一種有效的補鈣方法

9、。丙酸鈣在作為食品添加劑的同時，又具有補鈣功能。在食品加工行業(yè)大量使用無毒無害的防腐添加劑丙酸鈣的同時，可使人們的一日三餐中持續(xù)不斷的補充鈣源，從而達到補鈣的功效。4)其它方面在醫(yī)藥中，丙酸鹽可做成散劑、溶液和軟膏，治療皮膚寄生霉菌引起的疾病。在美國，每年約有50萬頭奶牛在產(chǎn)仔后的一天內(nèi)即患上嚴(yán)重的乳熱病，每年損失達1.5億美元。美國一家公司研制出以內(nèi)酸鈣為主的-.種新型獸藥，它可使美國的奶牛乳熱病減少一半。并且服藥后的奶牛還可以用丙酸鈣中的丙酸合成葡萄糖，這又正好補充奶牛產(chǎn)仔后能量消耗較大以及產(chǎn)生乳汁對葡萄糖的急需。在化工行業(yè)，丙酸鈣用作丁基橡膠的添加劑，防止橡膠老化和延長使用壽命。三丙酸鈣

10、的研究現(xiàn)狀內(nèi)酸鈣是近幾年來發(fā)展起來的一種新型食品添加劑。在食品工業(yè)上主要作為防腐劑，可延長食品保鮮期。它對霉菌、好氣性芽胞產(chǎn)生菌、革蘭氏陰性菌有很好的防滅效果，而對酵母菌無害。本品對人體無毒、無副作用，還可以抑制黃曲霉素的產(chǎn)生，廣泛用于面包糕點等食品的防腐。丙酸鈣是酸型食品防腐劑，在酸性條件下，產(chǎn)生游離丙酸，具有抗菌作用。其抑菌作用受環(huán)境pHfi的影響，在pH值5.0時霉菌的抑制作用最佳；pHfi6.0時抑菌能力明顯降低，最小抑菌濃度為0.01%。在酸性介質(zhì)(淀粉、含蛋白質(zhì)和油脂物質(zhì))中對各類霉菌、革蘭氏陰性桿菌或好氧芽抱桿菌有較強的抑制作用，還可以抑制黃曲霉素的產(chǎn)生，而對酵母菌無害，對人畜無

11、害，無毒副作用。是食品、釀造、飼料、中藥制劑諸方面的一種新型、安全、高效的食品與飼料用防霉劑。第二部分丙酸鈣的制備綜述一丙酸鈣的實驗室制備.1、用雞蛋殼直接制備丙酸鈣的實驗(1)實驗原理將蛋殼洗凈、除雜、晾干后，高溫煨燒分解使蛋殼灰化，除去有機物，得蛋殼灰分(CaO),在蛋殼灰分中加入水，制成石灰乳，加入丙酸溶液進行中和反應(yīng)，純化濃縮后得食品用丙酸鈣。反應(yīng)方程式如下：CaC。fCaO+C0T,CaO+H0-Ca（OH）2,Ca（OH）2+2C偉C限COOH（CH3CH2COO2Ca+2H20。（2）工藝流程：蛋殼一水洗一分離（膜回收，加入HCl）一水洗一干燥一粉碎一煨燒一水溶一中和一濃縮一干燥

12、一粉碎一成品丙酸鈣。（3）實驗材料與儀器材料：蛋殼粉、鹽酸（濃度為6moffL）、丙酸（化學(xué)純C.P.）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH新制的EDTA徽度為0.01133mol/L）。儀器:200112MC,上海醫(yī)用儀表廠產(chǎn)品，812型恒溫磁力攪拌器，上海志威電器有限公司提供；DHG-9123A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司提供；sH屋3型循環(huán)水多用真空泵，河南太康教材儀器廠產(chǎn)品；PL4001型電子天平，梅特勒一托利多儀器上海有限公司產(chǎn)品；ALl04型電子天平等。（4）實驗步驟將收集的粗雞蛋殼用自來水清洗，除去泥土、蛋清等雜質(zhì)，放人燒杯中，加入一定溫度的熱水，恒溫緩慢加入分離劑（濃

13、度為6mol/L白HCL7?。?攪拌，放置，水洗，回收水面漂浮的蛋殼膜。蛋殼經(jīng)水洗晾干后，于溫度110c下烘干除水1h,粉碎得到蛋殼粉，備用。稱取一定量的蛋殼粉，置于馬福爐內(nèi)，在溫度1000cC下煨燒至灰分潔白為止（約2h）,此時生成CaQ準(zhǔn)確稱取0.1581g的灰分，研細(xì)，加人一定量的蒸儲水調(diào)制成石灰乳，然后在不斷攪拌下緩緩加入定量丙酸溶液，繼續(xù)攪拌至溶液澄清。將丙酸鈣溶液冷卻，抽濾除去不溶性雜質(zhì)，用水以少量多次原則洗滌雜質(zhì)。將產(chǎn)品溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸發(fā)濃縮，然后在于燥箱中在溫度130C下烘干，即得到白色粉末狀的無水丙酸鈣，研細(xì)即為成品。2、用貝殼殼直接制備丙酸鈣的實驗（1）材料、試劑與儀器

14、材料：貝殼試劑：鹽酸、氫氧化鈉、丙酸、碳酸氫鈉、碳酸鈉、高鈕酸鉀、甲基橙、草酸鈉、濃硫酸、甲酸、乙酸（冰醋酸）、硝酸等，均為國產(chǎn)分析純。儀器及設(shè)備：DDS307型電導(dǎo)率儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；DK$24型電熱恒溫水浴鍋，上海森信實驗儀器有限公司；DHG9145A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥器上海一恒科技有限公司；普及型pH,彳g國Sartofius公司；高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司：HJ.3型恒溫磁力攪拌器，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；Metrohm809型自動電位滴定儀，瑞士萬通。（2）工藝流程：原料（經(jīng)前處理）一酸溶一過濾一沉淀（得碳酸鈣）一加水（通C02氣體）一中和一千燥一

15、丙酸鈣(3)實驗步方法綜合分析鹽酸的濃度、酸溶時間、固液比及溫度對貝殼粉酸溶率的影響，確定鹽酸溶解貝殼的工藝條件為，貝殼粉與4mol/L的鹽酸，按固液比為1:20,在40c酸溶處理2h,酸溶率可達到99%。3、以牡蠣為原料采用直接法制備丙酸鈣將丙酸與工業(yè)碳酸鈣酬直接反應(yīng)制備丙酸鈣。在碳酸鈣水溶液中逐步加入丙酸，在持續(xù)攪拌過程中加熱，溫度控制在7090C,反應(yīng)3h左右。待反應(yīng)液冷卻后進行抽濾，除去未反應(yīng)的固體及雜質(zhì)，得到成品溶液。將濾液加熱濃縮至粘稠狀。冷卻結(jié)晶、將結(jié)晶產(chǎn)品在140c下干燥2h,得到丙酸鈣產(chǎn)品。反應(yīng)式為：CaC0+2CHCHCOOHCH3CHfCOO2Ca+HI0+C(2反應(yīng)時間

16、172min、中和時間38min實驗中注意點：實驗中影響產(chǎn)品收率的有蛋殼粉碎度、丙酸用量、反應(yīng)時間。1 二丙酸鈣的工業(yè)合成新方法.菌株:丙酸桿菌.培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基：葡萄糖20g/L,蛋白陳5g/L,酵母膏5g/L,NaCl5g/L,pH6.5;發(fā)酵培養(yǎng)基：蛋白凍10e,/L,酵母膏5g/L,NaCI3g/t,(NH4):S045g/LKH2Po5g/L。.試驗方法3.1試驗儀器箱式電爐、四頭磁力加熱攪拌器、電熱鼓風(fēng)干操箱、AVATAR360外光譜儀等高效液相色譜Agilent1200,SBA60C1生物傳感儀。2固定化纖維床反應(yīng)器的構(gòu)建與細(xì)胞吸附首先，利用南通職業(yè)大學(xué)化工系實驗室篩選得到的丙酸

17、桿菌培養(yǎng)500m級種子液，參照馮小海等”21構(gòu)建固定化纖維床反應(yīng)器，利用5mol/L白NaOHS液控制種子液pH6.5,在35c下，培養(yǎng)48h后將反應(yīng)器中的種子液替換為發(fā)酵培養(yǎng)基，即可實現(xiàn)在FBM的固定化發(fā)酵。3.3不同葡萄糖濃度纖維床反應(yīng)器固定化發(fā)酵丙酸將丙酸桿菌固定于纖維床反應(yīng)器,初始濃度分別為40、50、60、70、80g/L葡萄糖作為碳源，在35c下，進行固定化發(fā)酵試驗，考察其在不同葡萄糖濃度條件下進行內(nèi)酸發(fā)酵的情況。3.4氧化鈣的制取稱取一定量的蛋殼于蒸發(fā)皿中，稍壓碎后，送入箱式電爐，于9000CF,煨燒分解l2h,得白色粉末(氧化鈣)，稱重并測定有效氧化鈣的含量。3.5丙酸鈣的生產(chǎn)

18、將氧化鈣研細(xì)，在不斷攪拌下，緩慢加入一定濃度的丙酸水溶液，繼續(xù)攪拌至溶液澄清得丙酸鈣溶液，冷卻后過濾，濾液進行透析，然后蒸發(fā)結(jié)晶，烘干得白色粉末狀丙酸鈣產(chǎn)品，稱重并測定純度。3.6分析方法(1)葡萄糖含量分析：SBA-60O生物傳感儀檢測；(2)游離細(xì)胞含量檢測：將含有游離細(xì)胞的發(fā)酵液稀釋25倍后于66011m處讀取吸光值；(3)有機酸含量測定：高效液相色譜(HPLC)法測定；(4)蛋殼粉中有效氧化鈣含量的測定：參見參考文獻的方法；(5)丙酸鈣的含量分析：按參考文獻的方法進第三部分制備丙酸鈣的成分分析一EDTA的標(biāo)定(1)準(zhǔn)確稱取0.5g基準(zhǔn)物質(zhì)CaCOs于燒杯，蓋上表面皿。在通風(fēng)櫥內(nèi)將1:1

19、的鹽酸逐滴加入燒杯，并不斷用玻璃棒攪拌，至固體全部消失且無氣泡。加少量去離子水稀釋，再用玻璃棒轉(zhuǎn)移溶液至250mL的容量瓶，再用20mL去離子水少量多次洗滌燒杯，同樣轉(zhuǎn)移至容量瓶；定容至250mL,搖勻備用。(2)用25mL的移液管準(zhǔn)確移取25mL上述標(biāo)準(zhǔn)CaCOs溶液于250mL的錐形瓶，并向其中依次加入25mL去離子水、5mL10%NaOH溶液、10mg左右的鈣指示劑，搖勻。用待標(biāo)定的EDTA溶液滴定標(biāo)準(zhǔn)CaCOs溶液，至溶液由淺紅色突變?yōu)樗{色，且半分鐘不褪色，即滴定終點到達。平行滴定3次，記下消耗體積V1、V2、Vs,算出EDTA濃度。二純度分析(1)選才50C水浴條件下得到的固體產(chǎn)品稱量約1.0g,放入燒杯中，加入去離子水?dāng)嚢枞芙?，轉(zhuǎn)移到250mL容量瓶中，繼續(xù)加入去離子水，定容至250mL。(2)用移液管準(zhǔn)確移取25.00mL溶液，轉(zhuǎn)移至250mL錐形瓶中，依次加入25mL去離子水、5mL的10%的氫氧化鈉溶液，再加入10mg鈣指示劑。(3)取已知濃度的EDTA對其進行滴定，到達滴定終點時，溶液由酒紅色變?yōu)榧兯{色，且半分鐘不褪色。平行滴定三次，記錄三次消耗的體積V1(常溫)，V2(常