（化学工艺专业论文）食品添加剂乳酸钙制备工艺研究.pdf

摘要随着人们健康观念的更新以及生活水平的迅速提高，牡蛎的消费量正逐年快速增加，牡蛎壳也随之被大量丢弃。这些废弃的贝壳不仅占用了大量土地，其中残留的有机物在长期堆放的过程中腐败发臭，对环境造成严重污染。目前国内对牡蛎壳的综合利用不足，变废为宝、解决牡蛎壳造成的环境污染问题是本课题的方向和目的。且基于人体对乳酸钙的吸收要比其他钙制剂好，因此本课题进行了以牡蛎壳为原料制各食品级添加剂乳酸钙的研究。第一，首次研究建立了一条以牡蛎壳为原料常压低温直接法制备乳酸钙的工艺流程。该工艺的优点在于牡蛎壳不经过高温煅烧，反应条件温和，过程没有污染。且保留了牡蛎壳的生物活性，提高了产品品质。该技术具有良好的经济效益、社会效益和推广前景。第二，首次将响应面分析法( r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y , r s m ) 应用于牡蛎壳制备乳酸钙的工艺条件研究，得到了制备过程的最佳工艺条件：牡蛎壳粉细度0 1 4 9 m m ，壳粉加入量( 牡蛎壳粉相比与酸恰好完全反应的量) 为壳粉过量1 0 ，反应温度6 4 3 c ，液固比( 水与牡蛎壳粉质量比) 1 5 5 ，反应时间1 4 0 m i n ，调节p h9 7 ，调节p h 后反应时间3 0 m i n 。此时乳酸钙产率为9 8 15 ，含量为9 9 3 3 。另外，为降低成本及满足工业化生产需要，本课题应用工业级乳酸进行小试及扩大实验研究，得到了符合国标的乳酸钙产品，为今后工业生产提供了理论依据和可靠的试验参数。关键词：牡蛎壳；制备；乳酸钙；响应面分析法r e s e a r c ho np r o d u c t i o no ff o o dg r a d ea d d i t i v ec a l c i u ml a c t a t ea b s t r a c ta so u rl i v i n gc o n d i t i o n sb e c o m eb e t t e r , t h ec o n s u m p t i o no ft h eo y s t e ri si n c r e a s i n gd a yb yd a y a tt h es a m et i m eag r e a td e a lo fs e a s h e l l sa r ed i s c a r d e d t h es e a s h e l l sn o to n l yt a k eag r e a td e a lo fl a n d ，b u ta l s ot h eo r g a n i c sc o r r u p t e da n dp o l l u t e dt h ee n v i r o n m e n t s oh o wt om a k eu s eo fs h u c k sa n dc h a n g ew a s t ei n t ou s e f u l n e s si so u rp u r p o s e a n dt h ec a l c i u ml a c t a t ei se a s i l ya b s o r b e dt ot h eb o d y , s ot h er e s e a r c ho fc h a n g i n gt h eo y s t e rs h e l l st oc a l c i u ml a c t a t eh a db e e nc a r r i e do ni nt h i sp a p e r f i r s t ，t h ep r o c e s so fp r o d u c i n gf o o dg r a d ea d d i t i v ec a l c i u ml a c t a t ef r o mo y s t e rs h e l lu n d e rn o r m a lc o n d i t i o n sw a se x p l o i t e d t h ea d v a n t a g eo ft h i sp r o c e s sw a st h a ti td i d n th a v et ob ec a l c i n e d s ot h ep r o c e s sc o n s u m e dl e s se n e r g y t h eb i o l o g i c a la c t i v i t yw a sr e s e r v e dt o oa n dt h ep r o c e s sw o u l d n tc a u s ep o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n t s ot h ep r o c e s sh a dag o o de n v i r o n m e n t a la n ds o c i a lb e n e f i t s s e c o n d ，t h i sp a p e ru s er e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y ( r s m ) i nt h ep r o c e s so fp r o d u c i n gc a l c i u ml a c t a t ef r o mt h eo y s t e rs h e l l sf o rt h ef i r s tt i m e t h ee f f e c t so fm a i nf a c t o r sw e r ed i s c u s s e db yt h er s mt e s ta n dt h eb e s tc o n d i t i o n sw e r e t h eg r a n u l a r i t yw a so 14 9 m m e x c e s s i v es h u c k sb y1 0 ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s6 4 3 c ，t h el i q u i d - s o l i dr a t i ow a s1 5 5 ，t h er e a c t i o nt i m ew a s14 0m i n ，r e g u l a t e dt h ep ht o9 7 ，a f t e rr e g u l a t i n gp ht h er e a c t i o nt i m ew a s3 0m i n u s i n gt h en e wt e c h n i c ，t h eo u t p u to fc a l c i u ml a c t a t er e a c h e d9 8 15 ，t h ep u r i t yo fc a l c i u ml a c t a t er e a c h e d9 9 3 3 t h i r d ，i n d u s t r i a ll a c tw a su s e di nt h ee x p e r i m e n t r e s o l v e dm a g n i f i e dq u e s t i o n sw eg a i n ds t a n d a r dp r o d u c t i o n ，p r o v i d e dt h e o r yr e f e r e n c ea n dr e l i a b l ep a r a m e t e r s k e yw o r d s ：o y s t e rs h e l l s ；p r o d u c e ；c a l c i u ml a c t a t e ；r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y西北大学学位论文知识产权声明书本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：牟岳象出指导教师签毫：叁强哆年月乡日叫年6 月r 口日西北大学学位论文独创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢：屯思。学位论文作者签名：芽参薯碎眇。多年石月夕日两北大学硕i ? 学位论文1 1 研究背景第一章绪论随着人们消费意识与健康观念的更新以及人民生活水平的迅速提高，我国牡蛎的消费量正在迅速扩大。牡蛎产量由1 9 9 0 年的8 5 万吨增长到2 0 0 5 年的3 8 2 6 万吨，而且这一数字还在持续增加。牡蛎，俗称海蛎子、生蚝，是世界第一大养殖贝类，也是我国的四大养殖贝类之一。牡蛎肉鲜味美，营养丰富，其含有丰富的糖元、蛋白质、氨基酸、微量元素及维生素等，并且牛磺酸、二十碳五烯酸( e p a ) 及二十二碳六烯酸( d h a ) 的含量也非常丰富，对促进儿童特别是婴幼儿的发育有重要作用【2 1 。牡蛎还具有降血糖【3 1 、降血压【4 1 、降血脂【5 1 、养护肝脏【6 1 等功能，因此有“圣鱼”、“海洋牛奶”之称【7 1 。但是目前我国对牡蛎等海产贝类资源的开发还仅是停留在加工利用其可食用部分阶段，在利用了其食用部分的同时，大量的贝壳则作为垃圾被丢弃。这些被丢弃的贝壳不仅占用了大量土地，其中残留的有机物在堆放过程中腐败发臭，又对环境造成污染。目前国内外对牡蛎壳等贝壳类物质的研究已有陆续报道，而以常压低温直接法来生产具有高经济效益及社会效益的食品级添加剂乳酸钙，却是鲜有报道。经查阅大量资料得知，牡蛎壳可以作为制各钙制剂的优质钙源。因此，本课题以牡蛎壳为原料进行食品级添加剂乳酸钙的直接法制备工艺研究，以期达到对牡蛎壳等海产壳类综合利用和降低乳酸钙生产成本的目的。1 2 牡蛎壳的国内外研究现状1 2 1 牡蛎壳的构造牡蛎壳的物理构造分为三层：角质层、棱柱层、珍珠层。最外层是由硬化蛋白构成的角质层；中间棱柱层为其主要部分，由方解石组成，呈叶片状结构，主要由钙纤维交织而成，存在大量直径2 1 0 9 m 的气孔；最内层为珍珠层，一般是由碳酸钙等矿物质和少量的有机物质构成。1 2 2 牡蛎壳的组成成分牡蛎壳主要由矿物质等无机物和蛋白多糖等有机物质组成。矿物质以钙元素为主，其含量约占牡蛎壳总重的3 9 左右，主要以碳酸钙形式存在，其次为氧化钠、氧化硅、氧化镁、三氧化二铝等。此外还有多种微量元素和痕量元素，如锶、硅、镁、铝、钾、1第一章绪论铁、铜、锌、铬、锰、铅等【8 】表1 列举出了部分元素的含量【9 1 。表1 牡蛎壳中部分元素含量( r a g g )文献报道锌是构成人体中1 0 0 多种酶的主要成分，这些酶在组织呼吸和蛋白质、脂肪、糖、核酸等的代谢中起重要作用。锰缺乏可影响生育能力，有可能使后代先天性畸形，骨和软骨的形成不正常。另外，锰缺乏可引起神经衰弱综合症，影响智力发育，还会导致胰岛素合成和分泌的降低，影响糖类代谢。锶在人体胃肠内能参与钠的吸收，与钠竞争吸收部位，从而防止因钠的过量吸收而导致的高血压等心血管疾病【1 0 】。牡蛎壳的有机成分约占牡蛎壳重的3 5 ，主要含有甘氨酸、丝氨酸等多种氨基酸【1 1 】。特别是其中含有的聚天门冬氨酸( p a s p ) ，是一种极具研究价值的蛋白质，能激活体内磷酸二酯酶( p d e ) ，调节钙代谢，从而间接影响细胞的功能。陈玉枝等人【9 】研究发现，牡蛎壳与龙骨的无机元素成分含量大体相同，而有机成分却比龙骨多了1 0 余种氨基酸，有望替代龙骨成为新型药材【12 1 。由于牡蛎壳所具有的这些特性，使得牡蛎壳在食品领域、医药领域及生物替代材料等领域用途广泛。1 2 3 牡蛎壳的国内外研究现状牡蛎壳中c a c 0 3 含量高达9 0 以上【1 3 】，是一种天然优质钙源，且其富含多种氨基酸及微量元素，在制备钙制剂方面日益成为研究热点。牡蛎壳多孔的构造也使其具有许多其他特殊的功用，是一种有很大开发前途的资源。下面就牡蛎壳的开发与应用现状进行简单介绍：2两北大学硕十学位论文( 1 ) 作为缓释及植物根基载体牡蛎壳具有天然的多孔表面，其内部为众多相互连接的孔道，这种特殊的物理构造使其具有了良好的承载能力。国内有人研究以牡蛎壳粉为载体制备邻苯二甲醛消毒剂【h 】，经过粉碎、活化和孔穴修饰后，用邻苯二甲醛处理，能够很好地起到缓释控释作用，延长邻苯二甲醛的作用时间，提高邻苯二甲醛消毒剂的利用率。而用硫酸铵处理过的牡蛎壳粉，能够延长有效成分铵的存留时间，减少铵的流失，十分适用于做肥料的缓释载体【1 5 】。且用牡蛎壳粉做载体天然、无毒、无公害，不产生二次污染，是一种复合环保要求的新型缓释载体。k u n s e o pl e e 1 6 1 等人研究以牡蛎壳为载体种植海草等海洋植物以弥补海洋植物的大量减少带来的众多环境问题。研究表明其种植效果与传统的种植方法效果完全相同，且省去了人工下海操作，简单快捷且无污染，是未来海洋农业发展的方向。( 2 ) 作为吸附剂由于牡蛎壳棱柱层含有大量的微孔，使其具备了良好的吸附功能。w t o n g a m p 1 7 等人用牡蛎壳粉与p v c 粉末在常温下反应，发现p v c 中9 5 的氯被除去，从而降低了其毒性，是未来潜在的一种处理废弃牡蛎壳和废弃p v c 的方法。mm a u r e r t l8 1 、熊小京【1 9 】等人研究表明，以活性污泥法除磷时，在中性偏碱的环境下若有钙盐存在，则磷酸根离子能够与钙离子发生反应生成磷酸钙沉淀，从而提高生物除磷效果。牡蛎壳中含有丰富的钙元素，又具有丰富的多孔表面，利于微生物和磷元素的附着，能显著提高除磷效率。h y o k b ok w o n 2 0 】等研究认为在氮气环境中牡蛎壳的除磷率可达9 8 以上，是处理废水的理想材料。( 3 ) 新型医药、龙骨或骨的替代材料牡蛎壳与龙骨的化学成分十分相近，在某些方面能够起到替代龙骨的作用。据本草纲目记叙：“龙骨味甘，性微寒，归心、肝二经”；“牡蛎味咸，性微寒，归肝、肾二经”。二药都有平肝潜阳、伐木降火、收敛固涩之功。而龙骨尤善镇静安神，牡蛎则长于软坚散结。临床常互相为用，以治疗阴虚火盛所致的多种病症。中医学研究认为牡蛎壳具有安神养心宁志、平肝熄风及平肝潜阳、化痰止咳、消虚火去内热等诸多功用【2 1 1 。以牡蛎壳碳酸钙为主体的生物材料，与人体骨成长过程类似，具有良好的生物相容性，己成为骨支架材料研究的热剧2 2 1 。( 4 ) 提取糖蛋白随着生活水平的提高，人们对保健品的需求越来越高。从海洋生物中提取糖蛋白、第一章绪论天然多肽等也逐渐成为研究热点。冯晓梅等人【2 3 】以牡蛎为原料，通过低温水提取工艺得到牡蛎糖蛋白粗提物，然后用凝胶柱层析进行纯化，最后制得纯度较高的牡蛎糖蛋白。王俊【2 4 】、姚漾【2 5 】等人采用热碱法分离提纯牡蛎多糖粗品，然后通过免疫学、抗氧化和抗肿瘤等指标测定，证实了牡蛎多糖能够增强机体免疫功能，并具有明显的抗氧化、抗肿瘤作用。( 5 ) 水泥、饲料及肥料等的添加剂牡蛎壳含钙量高达9 0 以上，而普通石灰石的含钙量仅为8 0 左右，因此用牡蛎壳代替石灰石烧制水泥，能生产中标号或高标号水泥，既能降低成本又能提高产品质量；牡蛎壳中还含有丰富的氨基酸及微量元素等，将其粉碎添加到饲料中，能增加饲料的营养成分，促进动物生长。实践证明，牡蛎壳粉配在鸡饲料里，与石灰粉配在鸡饲料中相比，可使鸡的体重增加3 2 ，蛋重提高2 6 ；将其添加到土壤中，即能增加土壤肥力，又能改良酸性土质，能够促进植物生长【2 6 】。( 6 ) 新型阻垢剂牡蛎壳可溶性有机质中的贝壳特异性蛋白聚天门冬氨酸，能够抑制钙化作用，其本身则可以被生物完全降解。因此可以作为天然的阻垢剂，特别适用于抑制冷却水、锅炉水及反渗透膜处理中的c a c 0 3 、c a 3 ( p 0 4 ) 2 的成垢，可以代替已有的聚阴离子的化工合成物，如聚丙烯酸等。国外近来将之作为新型环境友好型阻垢剂、消防用阻尼剂、洗衣粉分散剂、钻井液降粘剂及金属切削液、化肥添加剂、生物材料等加以研究。国内此方面的研究仍然较少，且大多局限于阻垢作用的研究【2 7 。2 9 】，还有很大的发展空间。( 7 ) 锘0 备钙带0 剂近年来，随着科学技术的进步及人们健康观念的更新，人们对钙制剂功效的认识不断提高，而能够以离子态被人体直接吸收的新型钙，即活性钙以其诸多的优点而越来越受到人们重视。活性钙具有比普通钙更高的活性，其吸收率更高，安全无副作用，在国际上被誉为a a 钙，即活性型易吸收钙 3 0 ( a c t i v ea b s o r b a b l ec a l c i u m ) 。活性钙能够促进细胞代谢，有助骨质形成，对于血液凝固、肌肉收缩和松弛，加强酶的活性，调节激素分泌，抑制神经兴奋，提高机体免疫力等都有着重要作用【3 l 】。牡蛎钙等生物活性钙主要是依赖其活性离子钙的生理活性，优点在于：在水中即可解离、溶解并以钙离子( c a 2 + )的形式存在，易于吸收；其无毒无味，可直接添加于各类食品，还可代替n a h c 0 3 或n a 2 c 0 3 用于面制食品，达到降低酸度和增加钙质的功效【2 6 1 。目前，国内研究者在此方面作了大量工作，主要集中于利用牡蛎壳提取各种活性离子钙，如柠檬酸钙、醋酸钙、4两北人学硕士学位论文丙酸钙等【3 2 - 3 6 1 以之作为食品添加剂、防腐剂和各种补钙剂添加剂。1 3 食品添加剂【3 7 】食品添加剂，是指为改善食品品质和色、香、味以及为防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的天然或者人工合成的物质。世界各国对食品添加剂的定义不尽相同，联合国粮农组织( f a o ) 和世界卫生组织( w h o ) 联合食品法规委员会对食品添加剂定义为：食品添加剂是有意识地一般以少量添加于食品，以改善食品的外观、风味、组织结构或贮存性质的非营养物质。按照这一规定，食品强化剂不应算作食品添加剂内。而按照中华人民共和国食品卫生法第4 3 条和食品添加剂卫生管理办法第2 8 条，以及食品营养强化剂卫生管理办法第2 条，中国对食品添加剂和食品强化剂分别定义为：“食品添加剂是指为改善食品品质和色、香、味以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学合成或天然物质”和“为增强营养成分而加入食品中的天然或者人工合成物质，属于天然营养素范围的食品添加剂”。按照此规定，食品强化剂属于食品添加剂的范畴。食品添加剂在食品工业中起着重要的作用，它可以起到提高食品质量和营养价值，改善食品感观性质，防止食品腐败变质，延长食品保藏期，便于食品加工和提高原料利用率等作用。目前，我国有2 0 多类、1 5 0 0 多种食品添加剂，如酸度调节剂、甜味剂、漂白剂、着色剂、乳化剂、增稠剂、防腐剂、营养强化剂等。1 。4 钙韦0 齐l j 及孚l 酸钙1 4 1 钙与人体的关系【3 8 4 6 】钙是人体中除碳、氢、氮、氧后占第五位的元素，在体内约占2 ，成人体内含钙总量约为1 2 0 0 9 。约1 的钙以游离的或结合的离子状态存在于软组织、细胞外液及血液中。膳食中的钙主要在p h 较低的小肠上段吸收。钙的吸收与年龄有关，随年龄增长其吸收率下降，婴儿对钙的吸收率超过5 0 ，儿章约为4 0 ，成人仅为2 0 左右。一般在4 0 岁以后，钙吸收率逐年下降，因此容易引起老年骨质疏松。影响钙吸收的因素有膳食中谷物的植酸和某些蔬菜中的草酸、脂肪消化不良以及抗酸药、四环素、肝素等。有利钙吸收的因素有维生素d 、某些氨基酸、乳糖和适当的钙与磷的比例等。成人每天通过肠粘膜上皮细胞脱落、消化液的分泌等途径排出钙。由肠道排出的钙每日约为1 5 0 4 0 0 m g ，由汗液每天可排出1 0 0 m g 左右，经乳汁排出1 0 0 3 0 0 m g ，由尿液排出1 0 0 3 5 0 m g 。钙与人体的神经传导、肌肉收缩、血液凝固、酶激活以及骨生长等密切相s第一章绪论关。如果钙摄入不足，人体就会出现生理性钙透支，造成血钙水平下降。当血钙水平下降到定值时，就会促使甲状旁腺分泌甲状旁腺素。甲状旁腺素具有破骨作用，即将骨骼中的钙反抽调出来，藉以维持血钙水平。在缺钙初期，缺钙程度比较轻的时候，只是发生可逆性生理功能异常，如心脏出现室性早博、情绪不稳定、睡眠质量下降等反应。持续的低血钙，特别是中年以后，人体长期处于负钙平衡状态，则会导致甲状旁腺分泌亢进，骨钙大量释出，导致骨质疏松和骨质增生，诱发骨折、骨质疏松、骨质增生、佝偻病、手足抽搐症以及高血压、肾结石、结肠癌、老年痴呆等疾病的发生。所以补钙是人类一生中的大问题，每个年龄层面的人都必须不断补充钙质。从中国现有膳食结构的营养调查结果表明，居民钙摄取量普遍偏低，仅达到推荐每r 限额量的一半。2 0 0 2 年8 1 2 月，由卫生部、科技部和国家统计局牵头的全国调查表明，全国城乡钙摄入量仅为推荐摄入量的4 1 ，远未达到人体正常需求。1 4 2 钙制剂的现状近几年来，补钙制剂发展迅速，国际上允许使用的钙营养强化剂有4 0 多种。我国经全国食品添加剂标准化技术委员会审定、卫生部公布列入使用卫生标准的钙营养强化剂有：碳酸钙、活性钙、乳酸钙、天门冬氨酸钙、生物碳酸钙、醋酸钙、甘氨酸钙、磷酸氢钙、葡萄糖酸钙、柠檬酸钙、苏糖酸钙等1 1 种，实际应用的还包括磷酸钙、l - 天门冬氨酸钙、氯化钙、蛋壳钙粉、天然骨粉以及酪蛋白钙肽等钙源【4 7 】。c a c l 2 的水溶性最好，曾经应用于紧急状况下的补钙，但因其毒副作用较大，现己基本被淘汰；c a c 0 3 因其安全、有效，特别是价廉的优点在这类补钙剂中应用最为广泛，目前经美国食品药品管理局( f d a ) 批准上市的1 6 种钙制剂中，有l o 种其主要成分仍为碳酸钙。但是c a c 0 3 、c a o均呈碱性，且溶解度低，必须在胃中与大量胃酸反应生成离子钙后才能被吸收，对于老年人、儿童特别是患有胃病的人来说不宜食用。葡萄糖酸钙中钙的含量太低，小肠对其的吸收率不高，而且不适用于糖尿病患者的补钙；醋酸钙是较好的高血磷症中磷的抑制剂，但较少用做补钙剂，因其具有的不明确的副作用从而一直未能通过美国f d a 认证；柠檬酸钙的吸收率与柠檬酸和钙的配比有很大关系，当比例适当时其吸收率比以上钙制剂稍高，但因柠檬酸能够促进人体对金属铝离子的过量吸收，而铝离子能够影响人体特别是幼儿的身高及智力发育从而不利于身体健康。最近已成为研究热点的l 苏糖酸钙、l 天门冬氨酸钙等有机敖合钙可以小分子钙形式直接透过肠膜被人体吸收，从而大大提高了钙的吸收率。但是，l 苏糖酸钙是以v c 为原料，与过氧化氢( h 2 0 2 ) 和c a c 0 3 反应，6两北大学硕上学位论文化学合成而得到，l 天门冬氨酸钙也是由l - 天门冬氨酸与无机钙盐螫合而成，由于二者均通过化学反应、经人工合成而得到，所以不可避免的存在着安全性差的缺陷而未被人们接受【4 8 1 。因此，人们更多的将目光集中在了天然活性离子钙，特别是乳酸钙的制备上，以期待能得到易于吸收的安全高效补钙剂。1 4 3 乳酸钙简介乳酸钙的分子式为c 6 h l o c a 0 6 x h 2 0 ，化学结构式如下： c h 3 c h o o ，c a 。x h 2 0io h( x = o 5 )相对分子质量：2 1 8 2 2 ( 无水物) ( 按2 0 0 1 年国际相对原子质量) 。乳酸钙为白色或淡黄色结晶性颗粒或者粉末，几乎无臭，无味。可含o 5 分子结晶水，在空气中微有风化性，加热到1 2 0 c 失去结晶水变成无水物。缓缓溶于冷水，成为澄明或微浊溶液，水溶液p h 为5 0 7 0 。易溶于热水，几乎不溶于乙醇、乙醚或氯仿4 9 1 。乳酸钙是一种重要的化工原料，主要应用于食品、医药和饲料行业用于补充钙质。在食品工业中，乳酸钙是一种安全的食品添加剂，可作为固化剂、风味增强剂、调味剂、配料、食品松软剂、营养供应品及稳定剂和增稠剂使用；在医药行业用作人和动物的补钙剂，作为药品参与骨骼的形成与骨折后骨组织的再建，参与肌肉收缩、神经传递、腺体分泌、视觉生理和凝血机制等；在轻工行业作为抗菌剂及除垢剂应用于牙膏中；在养殖业中作为饲料添加剂用于禽类及水产生物的钙质补充。1 4 4 乳酸钙的国内外研究现状乳酸钙作为一种主要的食品添加剂，相比所有钙添加剂，其副作用少，且人体对其吸收率较葡萄糖酸钙等都高。纵观制备食品添) m 齐u - g l 酸钙的方法，按照所采用的方法可分为：中和反应法和发酵法。( 1 ) 中和反应法以氢氧化钙或氧化钙为原料制备乳酸钙【4 9 , 5 0 】。其反应式为：c a ( o h ) 2 + 2 c h 3 c h o h c o o h c a ( c h 3 c h o h c o o ) 2 + 2 h 2 02 c h 3 c h ( o h ) c o o h + c a o - 。c a 【c h 3 c h ( o h ) c o o 2 + h 2 0取氢氧化钙或氧化钙溶于水，制成乳浊液，不断搅拌并缓缓加入乳酸，直至溶液澄清，即得到乳酸钙溶液。待溶液冷却后过滤，收集滤液并调节其p h ，再经脱色、过滤、7第一章绪论浓缩结晶、烘干，得到无水乳酸钙。以碳酸钙为原料制备乳酸钙【5 1 】其反应式为：c a c 0 3 + 2 c h 3 c h ( o h ) c o o h - - c a c h 3 c h ( o h ) c o o 2 + h e 0 + c 0 2f于烧杯中加入适量蒸馏水，边搅拌边逐步加入碳酸钙和乳酸，加热并控制一定温度，反应约3 小时完毕，而后过滤。将得到的滤液浓缩，在1 3 0 左右烘干，得到白色乳酸钙产品。以牡蛎壳为原料制备乳酸钙 5 2 5 3 】目前国内有人也采用贝壳制备乳酸钙。将贝壳洗净、烘干、粉碎过筛，加盐酸溶解、过滤；往滤液中加入碳酸钠粉末，再过滤、洗涤、烘干得纯的碳酸钙粉木；碳酸钙粉术再置于马弗炉中煅烧得氧化钙，加水调制成石灰乳；加乳酸中和，得到的结晶经水洗、干燥得纯的乳酸钙。主要反应式如下：c a c o a + 2 h c i = c a c l 2 + c 0 2 ( g ) + h 2 0c a c l 2 + n a 2 c 0 3 = c a c 0 3 ( s ) + 2 n a c ic a c 0 3 = c a o + c 0 2 ( g )c a o + h 2 0 = c a ( o h ) 2c a ( o h ) 2 + 2 c h 3 c h ( o h ) c o o h = c a c h 3 c h ( o h ) c o o 2 + 2 h 2 0此工艺过程复杂，高温煅烧能耗大，又产生粉尘等对环境造成污染，且未利用到壳中的活性成分，生产成本高。以蛋壳为原料制备乳酸钙以蛋壳为原料制备乳酸钙又可以分为两种方法：间接法和直接法。间接法是将蛋壳高温煅烧，使蛋壳中的c a c 0 3 转化为c a o ，然后再与乳酸反应制成乳酸钙【5 4 5 5 】。其能耗大，成本高，而且在煅烧过程中会产生粉尘污染，并且高温也会破坏蛋壳的天然活性：直接法是指将蛋壳预处理后不经过煅烧直接与乳酸反应制备乳酸钙【5 6 5 7 】。其优点是反应条件温和，过程相对简单，且不会破坏蛋壳的天然活性，但蛋壳转化率略低，且蛋壳脱膜过程较为麻烦。( 2 ) 发酵法发酵法是以玉米、薯干或含有淀粉的废液等为原料，经过高压糊化或浓缩后，用水稀释冷却，接入发酵菌，发酵得到代谢产物乳酸，然后以磷酸钙或碳酸钙中和，得到粗乳酸钙，最后进行精制而得到精制乳酸钙。如有人研究以米渣发酵液制备乳酸钙【s 8 】，乳酸钙混合液的除杂步骤尤为关键。一是菌体蛋白的沉淀，在对比了不同温度范围、不同两北大学硕- 学位论文p h 条件下的最佳效果，最终选定8 0 8 5 。c 、p h1 2 1 3 时沉淀效果最佳。二是无机絮凝剂的种类选取和用量选择，因乳酸发酵液中含有大量茵体、多糖类、色素等有机物质及c a c 0 3 、m g 等无机质，在对比了多种絮凝剂后，最终选择了以0 4 浓度的磷酸镁为最佳。加入磷酸镁作为凝聚剂，能够生成c a a ( p 0 4 ) 2 絮状物，因其具有的吸附作用而除杂。又如张双虎【5 9 】等人的研究，将玉米粉碎糊化后接菌，加入碳酸钙，再经除杂、结晶后烘干制得成品。过程关键也在除杂步骤。第一步除杂是在发酵液过滤之后，加入磷酸镁沉聚菌体蛋白质。第二步是结晶分离后，将析出的乳酸钙晶体再溶解在定量去离子水中，加入活性炭，于一定温度下反应脱色净化，再过滤，滤液浓缩后静置结晶，烘干即得成品。还有人以小麦淀粉废水双酶糖化发酵法生产乳酸钙【6 0 1 ，采用德氏乳杆菌，在初糖浓度为7 、玉米浆3 、接种量8 、5 0 下，两次结晶乳酸钙总收率可达7 8 9 。发酵法制备乳酸钙反应过程相对繁琐，除杂过程尤为复杂，反应周期长，产率较低，且产品中杂质含量较多。1 5 研究的意义及问题的提出随着牡蛎养殖业及加工业的不断发展，在牡蛎产量不断增长的同时，牡蛎壳的丢弃量也在大幅增长。牡蛎壳是一种非常有利用价值的资源，有必要对牡蛎壳进行资源化综合利用。( 1 ) 对牡蛎壳进行综合利用，变废为宝，同时解决牡蛎壳对环境造成的污染问题；( 2 ) 牡蛎壳是无毒的生物组织，且其含钙量高，并含有多种微量元素及氨基酸等，可以作为优质绿色钙源制备乳酸钙；( 3 ) 牡蛎壳收集方便，廉价易得，可降低乳酸钙的制备成本，提高产品品质和其市场竞争力；( 4 ) 乳酸钙的生理相容性好，吸收率高，市场前景广阔。经查阅大量国内外文献，分析了利用牡蛎壳制备乳酸钙的工艺得知，虽然已经有人做了利用牡蛎壳制备乳酸钙的工艺研究，但是都需要高温煅烧，能耗大，成本高，煅烧过程中会产生大量粉尘污染，不利于大规模生产推广。而且煅烧法会破坏牡蛎壳的天然活性，损坏壳中含有的多种氨基酸等营养成分，产品品质较低。本课题的目的就是探索一种常压低温直接法制备食品级乳酸钙的新工艺，降低能耗成本，提高乳酸钙产品品质，使产品乳酸钙符合食品级添加剂乳酸钙的国标要求，同时解决牡蛎壳造成的环境污染问题。9第二章食品级乳酸钙的分析方法第二章食品级乳酸钙的分析方法食品添加剂乳酸钙的质量应严格符合食品添加剂乳酸钙的国标( g b 6 2 2 6 - 2 0 0 5 )要求。评价各个指标的主要方法如下( 所用药品除特别说明外，均为分析纯) 。2 1 乳酸钙含量的测定( 1 ) 化学分析法试剂和溶液盐酸溶液：l “；氢氧化钠溶液：l o o g l ；乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液：c ( e d t a ) = o 0 5 m o l l ；钙混合指示剂：o 1 9 钙试剂羧酸钠盐和2 0 9 于1 1 0 干燥过的氯化钠混合研磨均匀。测定方法称取约o ，3 9 试样，精确至0 0 0 0 2 9 ，溶于已加有2 m l 盐酸溶液的5 0 m l 水中，在磁力搅拌器搅拌下，滴加约1 5 m l 乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液，再加5 m l 氢氧化钠溶液和o 1 9 钙试剂羧酸钠指示剂，继续用乙二胺四乙酸二钠标准溶液滴至蓝色为终点。结果表示和计算乳酸钙的百分含量按下式计算：v x c x 0 2 1 8 2x =x 1 0 0( 2 1 )m式中，y 乙二胺四乙酸二钠标准溶液的用量，m l ；，c 乙二胺四乙酸二钠标准溶液的实际浓度，m o l l ；m 样品重量，g ；0 2 1 8 2 每毫克分子乳酸钙的克数。取两次平行测定结果的算术平均值为测定结果，两次平行测定结果的绝对差值不大于0 3 。( 2 ) 仪器方法另外，测定乳酸钙中钙含量的方法还包括原子吸收光谱法【6 2 1 、折光法【5 7 】( 阿贝折射仪) 等。2 2 水溶解试验6 1 1( 1 ) 试剂和溶液1 0堕! ! 奎兰堡! ：兰垡丝苎硝酸溶液：1 + 2 ；糊精溶液：2 0 9 l ；硝酸银溶液：1 7 9 l ；浊度标准溶液：含氯( c z ) o 0 1 m g m l 。量取c ( h c l ) = 0 1 m o l l 盐酸标准溶液1 4 1 0 m l ，置于5 0 m l 容量瓶中，稀释至刻度。量取该溶液1 0 0 0 m l ，置于1 0 0 0 m l 容量瓶中，加水稀释至刻度。( 2 ) 测定方法称取1 o g 实验室样品，精确至0 0 1 9 ，置于比色管中，加2 0 m l 水，在水浴中加热溶解，作为试验溶液；取另一只2 5 m l 比色管，加人0 2 0 m l 浊度标准溶液，加水至2 0 m l ，加l m l 硝酸溶液、0 2 m l 糊精溶液和l m l 硝酸银溶液，摇匀，避光放置1 5 m i n ，作为标准比浊溶液。在无阳光直射情况下，目视轴向及侧面观察，试验溶液的浊度不得大于标准比浊溶液的浊度。2 3 加热减量的测定( 1 ) 测定方法称取约1 5 9 实验室样品，精确至0 0 0 0 2 9 ，置于预先于1 1 8 1 2 2 干燥至质量恒定的称量瓶中，于1 1 8 1 2 2 干燥4 h ，冷却后称量。( 2 ) 结果表示和计算加热减量的质量分数w l ，数值以表示，按下式计算形= _ m _ 2 _ m l 10 0 ( 2 2 )1m式中，m l 干燥后样品的重量，g ；m 样品的重量，g 。取两次平行测定结果的算术平均值为测定结果，两次平行测定结果的绝对差值不大于0 1 。2 4 游离酸及游离碱的测定【6 1 】( 1 ) 试剂酚酞指示液：1 0 9 l ；氢氧化钠标准溶液：c ( n a o h ) = 0 1 m o l l 。( 2 ) 测定方法称取1 o g 实验室样品，精确至0 0 1 9 。溶于2 0 m l 无二氧化碳的水中，加2 滴酚酞指示液，不应有粉红色产生；加0 5 m lo 1 m o l l 氢氧化钠标准溶液，应呈粉红色。第二章食品级乳酸钙的分析方法2 5 挥发性脂肪酸的测定【6 1 】( 1 ) 试剂硫酸。( 2 ) 测定方法称取约0 5 9 样品，精确至o o l g ，置于干燥的蒸发皿中，加l m l 硫酸，搅拌，在水浴中加热，不应有脂肪酸味逸出。2 6 砷含量的测定( 1 ) 化学分析法：砷斑法：试剂硝酸：硫酸；硫酸( 1 + 1 ) 溶液：将1 体积浓硫酸慢慢加入1 体积水中，冷却后使用；硫酸l m o l l 溶液：量取2 8 m l 浓硫酸，慢慢加入水中，用水稀释到5 0 0 r a l 盐酸；2 0 氢氧化钠溶液；氧化镁；1 5 硝酸镁溶液：1 5 碘化钾溶液( 储存于棕色瓶中) ；无砷金属锌；4 0 氯化亚锡溶液：称取2 0 9 氯化亚锡溶于5 0 r a l 盐酸；乙酸铅棉花：将脱脂棉浸于1 0 乙酸铅溶液中，2 h 后取出晾干；酚酞：1 乙醇溶液；5 溴化汞乙醇溶液；溴化汞试纸：将剪成直径2 c m 的圆形滤纸片，在5 溴化汞乙醇溶液中浸渍1 h 以上，保存于冰箱中，使用前取出于暗处阴干；砷标准溶液( 1 m l 溶液含0 o l m g 砷) ：按标准配制后稀释1 0 倍。测定方法称取1 o g 实验室样品，精确至o o l g ，加l o m l 水溶解：量取2 m l 砷的限量标准液( f i - - 砷1 0 p g 或2 0 9 9 ) ，两者分别置于锥形瓶中，加5 m l 盐酸( 试样液中如含硫酸或盐酸，则要减去试样液中所含酸的毫升数) 加水至3 0 r a l ，再加5 m l1 5 碘化钾溶液，5 滴4 0 氯化亚锡溶液，混匀，室温放置1 0 m i n 。向上述锥形瓶中，各加入3 9 无砷金属锌，并立即塞上预先装有乙酸铅棉花及溴化汞试纸的测砷管，于2 5 放置1 h ，取出砷斑进行比较，试样的砷斑不得深于砷的限量标准的砷斑。若试样经处理，则砷的限量标准也应同法处理。此外，其他的化学测定方法还有银盐法和硼氢化物还原比色法【6 3 1 。银盐法是将样品经消化后，以碘化钾、氯化亚锡将高价砷还原为三价砷，然后与锌粒和酸产生的新生态氢生成砷化氢，经银盐溶液吸收后，形成红色胶态物，与标准系列比较定量。硼氢化物1 2西北大学硕十学位论文还原比色法是将样品经消化，其中砷以五价形式存在。当溶液氢离子浓度大于1 0 m o l l时，加入碘化钾硫脲并结合加热，能将五价砷还原为三价砷。在酸性条件下，硼氢化钾将三价砷还原为负三价，形成砷化氢气体，导入吸收液中呈黄色，黄色深浅与溶液中砷含量成正比。与标准系列比较定量。( 2 ) 仪器方法仪器方法有原子吸收光谱法、示波极谱法等【“击7 1 。而原子吸收光谱法中多数采用石墨炉原子吸收光谱法、氢化物发生原子吸收光谱法以及电热原子吸收光谱法等。上面介绍的化学及仪器方法比较繁琐而且会造成很多人为的误差，且砷的测定在实验室具体操作中也存在困难，根据现有条件，将制备的产品送到检测机构进行砷含量的检测。2 7 重金属含量的测定( 以铅计) 【6 1 】( 1 ) 试剂硝酸；硫酸；6 m o l l 盐酸：量取5 0 m l 盐酸，用水稀释至1 0 0 m l ：l m o l l 盐酸：量取8 3 m l 盐酸，用水稀释至1 0 0 m l ；6 m o l l 氨水：量取4 0 m l 氨水，用水稀释至1 0 0 m l ；l m o l l 氨水：量取6 7 m l 氨水，用水稀释至1 0 0 m l ；p h3 5 的乙酸盐缓冲溶液：称取2 5 o g 乙酸铵溶于2 5 m l 水中，加4 5 m l6 m o l l 盐酸，用稀盐酸或者稀氨水调节p h 至3 5 ，用水稀释至1 0 0 m l ；酚酞指示液：1 乙醇溶液；饱和硫化氢水：将硫化氢气体通入不含二氧化碳的水中，至饱和为止；铅标准溶液：称取0 1 5 9 8 9 高纯硝酸铅，溶于1 0 m l1 硝酸中，定量移入1 0 0 m l 容量瓶中，用水稀释至刻度。此溶液l m l 相当于1 0 m g 铅。临用前用水稀释1 0 0 倍，使之成为1 0 m l 相当于1 0 p g 铅；1 硝酸：取l m l 硝酸加水稀释至1 0 0 m l 。( 2 ) 测定方法a 管：量取2 0 0 m l 铅标准溶液于5 0 m l 纳氏比色管中，加水至2 5 m l ，混匀，加1滴酚酞指示液，用6 m o l l 盐酸或者l m o l l 稀氨水调节p h 至中性( 酚酞红色刚褪去) ，加入p h3 5 的乙酸盐缓冲溶液5 m l ，混匀，备用。b 管：称取1 o g 实验室样品，精确至0 0 1 9 ，加1 0 m l 水溶解，置于一支与a 管配套的纳氏比色管中，加水至2 5 m l ，混匀，加l 滴1 酚酞指示液，用6 m o l l 盐酸或者l m o l l 稀氨水调节p h 至中性( 酚酞红色刚褪去) ，加入p h3 5 的乙酸盐缓冲溶液5 m l ，混匀，备用。c 管：取一支与a 、b 管配套的纳氏比色管，加入与b 管等量的相同的试样液，再第二章食品级乳酸钙的分析方法加入与a 管等量的铅标准溶液，加水至2 5 m l ，混匀，加1 滴1 酚酞指示液，用6 m o l l盐酸或者l m o l l 稀氨水调节p h 至中性( 酚酞红色刚褪去) ，加入p h3 5 的乙酸盐缓冲溶液5 m l ，混匀，备用。向各管中加入1 0 m l 新鲜制备的硫化氢饱和液，并加水至5 0 m l 刻度，混匀，于暗处放置5 m i n 后，在白色背景下观察，b 管的色度不得深于a 管的色度，c 管色度应与a 管相当，或深于a 管。鉴于重金属含量的测定在实验室具体操作中较为复杂且存在困难，将产品送出检测。2 8 铅含量的测定( 1 ) 化学分析法【6 1 1试剂及溶液硝酸；硫酸：氨水( 1 + 1 ) ；盐酸；三氯甲烷；酚红指示液：1 l 乙醇溶液；柠檬酸氢二铵：5 0 0 9 l 溶液；盐酸羟胺：2 0 0 9 l 溶液；氰化钾：1 0 0 9 l 溶液；二苯基硫巴腙；铅标准溶液：称取0 1 5 9 8 9 高纯硝酸铅，溶于1 0 m l1 硝酸中，定量移入1 0 0 m l 容量瓶中，用水稀释至刻度。此溶液l m l 相当于1 0 m g 铅，临用f j 用水稀释1 0 0 倍，使之成为1 0 m l相当于1 0 9 9 铅；1 硝酸：取l m l i j 酸加水稀释至1 0 0 m l 。测定方法称取1 0 9 实验室样品，精确至0 0 1 9 ，加入1 0 m l 水溶解；再量取l m l 铅标准液，分别置于1 2 5 m l 分液漏斗中，各加1 硝酸至2 0 m l 。，向试样液及铅的限量标准液中各加入l m l 柠檬酸铵溶液、l m l 盐酸羟胺溶液和2 滴酚红指示液，用氨水( 1 + 1 ) 调至红色，再各j j h 2 m l 氰化钾溶液，混匀后加入5 m l _ 二苯基硫巴腙使用液，剧烈摇动l m i n 后静置分层后，三氯甲烷层由脱脂棉滤入 e m l l 色杯中，于波长5 1 0 n m 处，以三氯甲烷调节零点，测定吸光度或者目视比色，试样液的吸光度或者色度不应大于铅的限量标准液的吸光度或者色度。( 2 ) 仪器方法铅的仪器分析方法主要有分子光谱法、原子光谱法、电化学检测方法及其它分析方法等【6 8 7 2 1 。但这些方法用的仪器昂贵，不适合一般的分析。基于现实条件，将制备的产品送到有关检测机构检测。1 4两北人学硕上学位论文2 9 镁及碱金属含量的测定( 1 ) 试剂及溶液硫酸；氨水；草酸溶液：1 5 0 9 l ；甲基红指示液：l g l 。( 2 ) 测定方法称取1 o g 实验室样品，精确至0 0 1 9 ，加4 0 m l 水，再加l m l 盐酸，煮沸l m i n ，迅速加4 0 m l 草酸溶液和2 滴甲基红指示液，用氨水中和至溶液刚好呈黄色，冷却至室温。移入10 0 m l 容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，放置过夜。用干燥滤纸过滤，取5 0 m l澄清滤液，置于蒸发皿中，加l m l 硫酸，在水浴上蒸发至近干，在电炉上加热至硫酸蒸气逸尽。残渣用2 5 m l 水，加热至8 0 浸取，过滤，滤液置于预先于( 8 0 0 士2 5 ) 干燥至质量恒定的坩埚中，在电炉上加热蒸干，于( 8 0 0 士2 5 ) 。c 灼烧至质量恒定。残渣质量不得大于5 0 m g 一此外，关于镁的测定方法还有许多，如络合滴定法、分光光度法、电位滴定法i 原子吸收光谱法掣7 3 。6 1 。e d t a 络合滴定法虽然具有快速、