骨明胶生产的浸酸工艺.doc

骨明胶生产的浸酸工艺邓 文1 浸酸的作用骨明胶生产中的浸酸工序是整个生产中的重要一环，它对明胶产品的质量和产率起着十分重要的影响。浸酸的主要作用是：(1)除去骨料中的无机矿物质(如Ca3(PO4)2，CaCO3等)Ca3(P04)2 + 4HCI Ca(H2PO4)2+2CaCl2：CaCO3 + 2HCI+CaCl2 + H20 + CO2 干脱脂骨粒中无机矿物质的含量约为60 65，浸酸中它消耗30 HCI的数量约为12tt骨。(2)打断骨料中结合牢固的共价交联键。促进一些稳定的化学键的水解，但仍然保留了它原有的高度交错相连的骨胶原结构，便于浸灰等后工序的进一步水解处理。(3)将非胶原物质(如粘蛋白和白蛋白等)部分溶解，除去核酸等抑制剂。(4)浸酸能大大提高明胶产品的粘度、冻力和透明度等理化性能。骨胶作为工业胶，由于没有进行浸酸、浸灰等工艺处理，其粘度、冻力和透明度等质量指标远比明胶产品为低。2 浸酸工艺的控制为了能使最终的明胶产品获得优良的理化指标，在浸酸中如何获得品质优良的骨素是十分重要的，这就必须认真做好如下浸酸工艺的精确控制。21 投入浸酸的骨粒应符合一定的尺寸规格由于固液之间的化学反应速度与接触面积的大小成正比，一定重量的骨粒，其粒径小则表面积大，故投入浸酸的骨粒粒径不可过大，粒径过大，反应速度变慢，骨粒芯部的无机矿物质很难被HCI溶解，致使浸酸时间延长，对胶原蛋白的破坏过大，导致明胶产品的质量和得率也随之降低。故曾经采用过的大骨料和整块骨料浸酸是不可取的。比较适宜浸酸的骨粒粒径可分为三种：(1)小号料：声310mm；(2)中号料：声1015mm；(3)大号抖：声1520mm。浸酸投料时最好安排同一规格型号的骨料进行同一系列的浸酸处理，这洋可以使夏应均匀，操作方便，并能得到品质优良的骨素。22 浸酸前骨粒的预处理(尤其在夏季投料生产时)为了得到干净和冷却的骨粒。应先对投人浸酸桶人的骨粒加人810的冷水(那怕加入l5的地下水也好)，对骨粒进行05lh的浸泡，然后使骨粒降温、清洗，并排掉洗水。23 选择浓度合适的HCI溶液进行浸酸由于浸酸过程中脱除骨料中的无机矿物质的反应速度与HC1浓度成正比。但又考 到HC1浓度过高时会造成胶原蛋白破坏过大，甚至会溶解出部分胶原，造成产品质量和产率的下降，所以选择合适浓度的HCI溶液是非常必要的。在浸酸期间，若能保持溶液的温度为l5l7，则选择HC1浓度为45最为适宜。若在无条件控制溶液温度时，建议按照不同季节的气温条件来配制如下的HC1浓度：(1)夏季为35 40；(2)春秋季为40 45；(3)冬季为4550。当然，与此同时，还就考虑到浸酸骨粒的粒径大小。粒径小的骨粒，HC1浓度可稀些；粒径大的骨粒。HCl浓度可高些。24 严格控制HCl溶液的温度浸酸时溶解骨粒中的无机矿物质的反应是放热反应，温度升高反应加快，但温度过高又会引起骨素中的胶原蛋白部分溶解，甚至霉烂变质，导致最终产品质量和产率的下降。为了达到浸酸整个反应过程中的温度为15一l7 (最高不超过20)，则在配制45HCI溶液时，一般采用56的冷水对HCI作稀释，稀释过程也是放热过程，配好的HCI溶液一般为812，这样在动态浸酸的过程中，其反应温度一般不会超过20，达到了良好的浸酸效果。当然，配制好的45HCI溶液的温度还应与周围环境的气温有关。关于它们的相互关系，请参见图1。图1 配酸温度与周围环境气温关系图例如，当浸酸车间室温为28时，要求配制好的45HCI溶液的温度为10。25 控制好适当的酸液流量在动态浸酸的过程中，控制酸液的流量则可以控制浸酸过程的反应速度，从而达到控制骨素的浸酸成熟期和排放母液(钙水)的HCI含量。一般情况下，酸液流量可选择为350400IJth(即每吨骨粒每小时通过的45HCI的量以350400L为宜)。当然，在整个浸酸过程中，盐酸液面应以高出骨粒表面3O50era为宜。26 控制好排放母液(钙水)中HCI的含量若排放母液中的HCI含量过低(如pH3)，则会产生CaHP04沉淀。该沉淀物容易附着在骨粒表面，堵塞骨粒表面的细微孑L隙，阻滞了HCI渗入骨粒的速度和与骨粒芯部无机矿物质的反应，从而影响到浸酸效果，况且所排出的母液中HCI含量过低，也会降低副产品CAIHPO4的回收得率。若母液中HCI浓度过高，则不但浪费HCI，而且容易导致骨素毛烂，还会使母液中CaCl,含量增多，使回收母液中的CaHPO4产率同样降低。这是由于伴随出现下述副反应的缘故。所以，母液中的HCI的含量以控制在02 04为宜。27 控制好适当的浸酸平稳期浸酸平稳期表示在浸酸过程中，HCI已基本除去骨粒内部的无机矿物质，此时溶液中HCI浓度保持不变，骨素浸泡在维持不变的HCI浓度溶液中的时间称为“浸酸平稳期”(参见图2)。图2 浸酸过程图浸酸平稳期的长短对骨素的质量，尤其是对最终产品明胶的质量影响很大，它可以控制骨素内部共价交联建被切断的程度，为后工序浸灰工序对骨胶原的进一步水解打下良好的基础。一般来说，适当延长浸酸平稳期，可以大大缩短骨素的浸灰成熟期，提高产品质量，缩短整个明胶生产周期，其效果是非常显著的。浸酸平稳期一般控制为2472h(即l一3d)，平稳期的控制要根据骨粒的大小及生产何种明胶而有所变化。骨粒小则平稳期可短，骨粒大则平稳期要长。生产照相胶时平稳期要长，食用胶则可缩短。假如无法控制浸酸溶液的温度，则温度高时(如夏季)平稳期要短些(如2432h)，反之若温度低(如冬季)，则平稳期可适当延长些(如7280h)。这些都可以根据实际情况的变化作灵活的调整。28 浸酸完毕后的水洗处理浸酸结束排放母液(钙水)后，一般要对骨素水洗23次，直到水洗水中的残余HC1含量01。这些水洗水可回收用作配制45HC1溶液供浸酸之用。检验骨素浸酸是否完成或浸酸结果的好坏，可凭如下直觉的经验作定性判断：浸酸结束的骨素应有弹性，易弯曲，呈半透明状，容易用刀片切断，无“硬心”，表面光滑，不起纤维丛毛，不腐烂。若用定量的方法来检测，则采取有代表性的骨素样品，经水洗干净，于60的恒温箱中干燥到恒重后，称取20g佯品放于已称重的坩埚中，然后把坩埚置于电炉或本生灯的火焰上进行灰化，再转入600的马弗炉中灼烧，作骨素灰分的含量测定，其灰分含量应小于4。但确定骨素浸酸结束与否和判断其质量的好坏，还是要在实际生产中对每一池的骨素作平稳期的测定为宜。这就要求对每一池的浸酸液每隔4h取样测定一次HC1的含量，描绘出HC1浓度与时间的曲线图，从而计算出浸酸平稳期，以此作为判断的主要依据。3 浸酸方法31 动态连续浸酸工艺该工艺采用逆流连续浸酸的方法，如图3和图4所示。图3 逆流连续浸酸工艺示意图(一)图4 逆流连续浸酸工艺示意图(二)逆流连续浸酸就是在动态下投入浸酸时间最长的骨粒吃的是新酸(酸液浓度最高)。而新投入的骨粒吃的是尾酸(酸液浓度最低)。浸酸周期是以逆流的原则来操作的。该工艺一般采用56个木桶或玻璃钢做成的立罐为一浸酸系列，通过使用压缩空气使酸液在空气提升器的作用下，从一个木桶中被均匀提升输送到下一个木桶中，它比泵的输送具有较大的作用。其原理如图5所示(空气提升器实际上是应用气体的射流原理而制成的)。图5 空气提升系统示意图逆流连续浸酸的特点是酸液在动态流动的情况下，能使骨粒与HC1均匀反应，一般不存在“死角”现象，骨粒浸酸周期可大大缩短，一一般为4 7d，每一浸酸系列中每天可出料一次，效率较高，重要的是它能大大提高明胶产品的质量和产率。加上该工艺在日常管理中操作方便，管理人员较少(每班仅1人)，这是一种目前先进的浸酸工艺，值得推广。32 采用卧式池的静止浸酸工艺这是目前国内大多数明胶生产厂家所采用的浸酸工艺。浸酸车间设有几十个卧式方形池，一般为麻石池或水泥池，池内衬上塑料板或环氧树脂等耐酸材料。这些浸酸池按照预定的浸酸天数为一浸酸系列，同样采用逆流原理来操作，即投入池内最长时间的骨粒吃新酸(浓酸)，新投入的骨粒吃尾酸(淡酸)。当新投料的这最后一池酸液的浓度达到02 -04时，即排放母液。接着，以上的浸酸池整个系列进行“倒池”操作，约4h进行一次。这种操作是间歇性的。当最后一池的母液排干后，相邻的上一个浸酸池内的酸液通过泵把酸液输送过来。这个池泵完了，接着泵送下一个。这样，池内的骨粒在相当长的时间内暴露在空气中，并没有被酸液所浸泡，即使在浸泡期间，由于是静止状态下的浸泡，酸液中所产生的Ca(H2PO4)2：与骨粒表面的无机矿物质Ca2(P04)2：发生副反应，生成CaHPO4沉淀，它附着在骨粒表面，阻塞酸液通过骨粒表面的孔隙进入芯部，造成酸液难于与骨粒内部的无机矿物质反应，结果导致浸酸时间过长(小号骨粒 3l0mm约为79d，大号骨粒 1520mm约为1113d)，而且骨素芯部常常出现“硬心”现象。为了解决静止浸酸的弊端，有些厂家使用压缩空气，每天或每班对池内的骨粒进行压缩空气翻动12次，或使用泵把每池酸液自身循环泵达12次，但毕竟仍是间歇性的，静止的时间较长，整体来说，浸酸的效果不太理想，特别是环境温度较高时(如夏季)，酸液温度无法控制，浸酸时间过长，造成部分胶原被溶解，甚至骨素出现霉烂的现象；如果浸酸时间过短，则骨素未成熟，“硬心”现象严重存在。这两种情况，无论是对明胶产品的质量还是产率，都是严重的损失。为了改善静止浸酸的