王曉玲,馬 蕊,羅桂林,王婧璐,趙世浩,王瓊瓊
(1.龍曼清瀚(寧夏)建設(shè)項目管理有限公司,寧夏 石嘴山 753000;2.寧夏環(huán)境科學研究院(有限責任公司),寧夏 銀川 753000;3.寧夏理工學院 理學與化學工程學院,寧夏 石嘴山 753000;4.寧夏沙湖旅游股份有限公司,寧夏 石嘴山 753000)
長期以來,雞蛋的消耗量巨大,但在雞蛋的利用過程中,僅利用了雞蛋的蛋黃和蛋清部分,蛋殼一直被當作廢料,沒有發(fā)揮任何食用價值和經(jīng)濟價值,造成了經(jīng)濟利益上的損失,同時也造成了一定程度上的污染[1-2]。
乳酸鈣,作為一種鈣營養(yǎng)強化劑,廣泛應用于食品添加劑、醫(yī)療藥品和農(nóng)業(yè)飼料添加劑等多個行業(yè)。乳酸鈣的消耗量很大,因此迫切需要更加經(jīng)濟高效且生產(chǎn)工藝簡單的新技術(shù),去解決乳酸鈣需求量的增大[3-6]。
本實驗利用廢棄蛋殼為原材料制備乳酸鈣,實現(xiàn)廢棄蛋殼變廢為寶。在制備乳酸鈣過程中,引入了微波爐輔助的方法,由此來實現(xiàn)工藝上的創(chuàng)新。微波爐輔助法不僅提高了產(chǎn)品的產(chǎn)率、鈣含量和純度,而且縮短了生產(chǎn)周期,同時設(shè)備簡單、投資較少。
雞蛋殼(蛋糕店收集)、乳酸、EDTA、鹽酸、氨水、氯化銨;微波爐(M100型)、粉碎機(800Y型)、循環(huán)水真空泵(SHB-Ⅲ型)。
1.2.1 工藝流程
雞蛋殼→預處理→加蒸餾水→加乳酸→微波作用→抽濾→濃縮→干燥→成品
本工藝采用微波輔助法制備乳酸鈣,將蛋殼粉與乳酸溶液混合,放在微波爐中反應一段時間后即可得到產(chǎn)物,并計算產(chǎn)率。該工藝先做了一組不同反應時間沒有微波輔助的實驗,然后與第二組不同時間微波輔助的實驗做對比。
1.2.2 蛋殼粉的制備
蛋殼粉的制備參考文獻資料[7-8]。
1.2.3 乳酸鈣的制備
蛋殼粉中的碳酸鈣與乳酸在一定條件下發(fā)生反應,生成乳酸鈣,同時有CO2氣體和H2O生成。反應方程式如下:
稱取一定量的蛋殼粉于錐形瓶中,加入少量的蒸餾水使其溶解,迅速加入乳酸,放入微波爐中反應。考查不同的微波時間(1、2、3、4、5 min)、固液比(蛋殼粉與蒸餾水的質(zhì)量比)(1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18)、蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比(3∶1、3∶2、3∶3、3∶4、3∶5)、pH值(2、3、4、5、6)和未使用微波輔助下的反應時間(1.5、2、2.5、3、3.5 h)等因素對乳酸鈣產(chǎn)率的影響,測定乳酸鈣的鈣含量,同時計算乳酸鈣的純度。
1.2.4 乳酸鈣的產(chǎn)率及鈣含量的測定
1)乳酸鈣產(chǎn)率的計算
2)乳酸鈣中鈣含量的測定
依據(jù)《中華人民共和國國家標準食品安全國家標準食品中鈣的測定》(GB5009.92-2016)進行測定的。
在控制固液比、蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比及pH值一定的情況下,考查微波時間對乳酸鈣產(chǎn)率的影響,見表1。
由表1可知,乳酸鈣產(chǎn)率先隨微波時間增大,到達一個峰值后又減?。晃⒉〞r間值為 3 min 時,乳酸鈣的產(chǎn)率最高,數(shù)值為63.91%。
控制微波時間 3 min、蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比及pH值一定的情況下,考查不同固液比對乳酸鈣產(chǎn)率的影響,見表2。
表2 固液比對乳酸鈣產(chǎn)率的影響
由表2可知,乳酸鈣的產(chǎn)率隨著固液比的減小而增大,從固液比為1∶10開始呈上升狀態(tài),當增至 1∶16 時為峰值,產(chǎn)率值最高為64.14%,之后產(chǎn)率開始呈下降趨勢。因為反應得到的目的產(chǎn)物乳酸鈣在水中溶解度大,在乳酸鈣的制備過程中,當固液比過大時,乳酸的濃度就相應過大,致使溶液中的反應體系直接達到飽和狀態(tài)。達到飽和狀態(tài)會抑制中和反應的進行,阻礙乳酸鈣的生成。隨著固液比減小,乳酸就會被稀釋,以致于乳酸濃度的降低,就會使中和反應不充分,及能量消耗的增大,最終影響到乳酸鈣的產(chǎn)率。
微波時間 3 min、控制固液比1∶16及pH值一定的情況下,考查蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比對乳酸鈣產(chǎn)率的影響,如表3。
表3 蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比對乳酸鈣產(chǎn)率的影響
由表3可知,乳酸鈣產(chǎn)率先隨蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比增大,到達一個峰值后有減小;蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比為3∶2時,乳酸鈣的產(chǎn)率最高,數(shù)值為62.98%。
微波時間 3 min、控制固液比1∶16、蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比3∶2一定的情況下,考查pH值對乳酸鈣產(chǎn)率的影響,如表4。
表4 溶液pH值對乳酸鈣產(chǎn)率的影響
由表4可知,乳酸鈣產(chǎn)率隨pH值增大到達一個峰值,當pH值為5時,乳酸鈣的產(chǎn)率最高,數(shù)值為64.14%;當pH繼續(xù)增大時,乳酸鈣的產(chǎn)率會有所降低。
在控制固液比、蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比及pH值一定的情況下,考查未使用微波輔助下的反應時間對乳酸鈣產(chǎn)率的影響,如表5。
表5 未使用微波輔助反應時間對乳酸鈣產(chǎn)率的影響
由表5可知,在乳酸鈣制備的過程中,控制固液比、蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比及pH值一定的情況下,乳酸鈣產(chǎn)率先隨反應時間增大,到達一個峰值后有減??;反應時間為 3 h 時,乳酸鈣的產(chǎn)率最高,數(shù)值為61.69%。同時,微波輔助法制備乳酸鈣相比于室溫條件下制備乳酸鈣,產(chǎn)率明顯增高,故說明微波輔助法制備乳酸鈣可以提高產(chǎn)率。
用EDTA滴定法對乳酸鈣中鈣含量進行測定,3次平行測定結(jié)果如表6。
表6 乳酸鈣樣品鈣含量測定中消耗EDTA標準溶液的體積
由此可知,微波輔助法制備乳酸鈣時,在最優(yōu)微波時間為 3 min,最優(yōu)固液比為1∶16,最優(yōu)pH值為5,最優(yōu)蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比為3∶2的條件下產(chǎn)率為65.32%,鈣元素質(zhì)量分數(shù)為15.33%,乳酸鈣純度為91.64%。常溫下制備乳酸鈣的純度為89.65%,與之相比,微波爐輔助法制備乳酸鈣的產(chǎn)率高,且制備出的樣品純度提高了1.99 %,鈣含量沒有損失,不比應用其他方法制備鈣含量低。
1)通過單因素實驗對乳酸鈣制備過程中的影響因素逐個進行考察,得到了制備乳酸鈣的最優(yōu)工藝條件,并在最優(yōu)工藝條件下制備的樣品進行成分分析。本實驗的最優(yōu)條件為微波時間 3 min,固液比1∶16,蛋殼粉與乳酸物質(zhì)的量比3∶2,pH值為5。在此條件下的產(chǎn)率為65.32%,鈣質(zhì)量分數(shù)為15.33%,而未進行微波輔助的情況下,乳酸鈣的反應時間為 180 min,產(chǎn)率為61.69%。對比微波輔助和未進行微波輔助,在微波輔助下進行明顯時間縮短了,并且產(chǎn)率相對較高提高了5.8%。
2)微波輔助法制備乳酸鈣相比于高溫煅燒法制備乳酸鈣,縮短了生產(chǎn)周期,簡化了生產(chǎn)過程,因其不需要高溫煅燒,所以降低了生產(chǎn)風險,在保護了設(shè)備的同時確保了人員的安全。
3)利用雞蛋殼制備乳酸鈣,從環(huán)境保護和資源再利用方面考慮,蛋殼類產(chǎn)品的加工利用,可減少環(huán)境污染,實現(xiàn)資源再利用,也能在一定程度上減少能源的浪費,從而提升蛋類產(chǎn)品的附加價值,也為后續(xù)該項目的繼續(xù)開發(fā)研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)。