利用响应面优化以鸡蛋壳为原材料制备醋酸钙、柠檬酸钙和丙酸钙的工艺研究

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我国作为世界上最大的禽类生产国,鸡蛋年产量2500万吨,副产品鸡蛋壳占鸡蛋总重量的10%,这些废弃鸡蛋壳除了很少部分被作为饲料添加剂外大多数被生产者填埋。不仅造成了严重的环境污染,还造成了巨大的资源浪费。鸡蛋壳的含钙量高达97%,其主要组成成分是碳酸钙。本文以鸡蛋壳作为原材料,开发利用其钙源,在二次反应的条件下制备醋酸钙、柠檬酸钙和丙酸钙等在食品工业中有重大需求的含钙产品,并利用单因素和响应面法优化三种制备工艺及壳膜分离和有机钙纯化工艺。在壳膜分离工艺中探究了反应温度、搅拌时间、搅拌速度、固液比、静置时间以及分离次数6个因素对壳膜分离产率的影响,并利用响应面法对6个因素进行综合分析和优化,得到了壳膜分离的最佳条件是温度21℃,搅拌时间16min,搅拌速度550r/pm,固液比1:8,静置时间16min,分离次数3次。在此工艺条件下,壳膜分离的产率可达到95%以上,可进行大规模的推广。探究了二次反应条件下由鸡蛋壳制备醋酸钙的可行性。利用单因素实验分别分析了对醋酸钙的产率影响最大的5个因素:反应温度、醋酸用量、固液比、一次反应时间和二次反应时间。以此为基础,应用响应面法综合的优化了二次反应条件下制备醋酸钙的工艺,得到最佳工艺条件为反应温度39℃,固液比1:12,乙酸用量159%,一次反应时间1.5小时,二次反应时间80分钟。制得醋酸钙的最高产量达到96.5%,可进行工业化量产。探究了二次反应条件下由鸡蛋壳制备柠檬酸钙的可行性。利用单因素实验分别的分析了对柠檬酸钙的产率影响最大的5个因素:反应温度、柠檬酸用量、固液比、一次反应时间和二次反应时间。以此为基础,应用响应面法综合的优化了二次反应条件下制备柠檬酸钙的工艺,得到最佳工艺条件为反应温度72℃,固液比1:11,柠檬酸浓度2.15mol/L,一次反应时间1h,二次反应时间41min。制得柠檬酸钙的最高产量达到96.5%。探究了超声波辅助二次反应条件下由鸡蛋壳制备丙酸钙的可行性。利用单因素实验分别的分析了对丙酸钙的产率影响最大的7个因素:反应温度、固液比、超声功率、超声时间、丙酸用量、一次反应时间和二次反应时间。以此为基础,应用响应面法综合的优化了二次反应条件下制备丙酸钙的工艺,得到最佳工艺条件为反应温度85℃,固液比1:16,丙酸用量176%,一次反应时间1h,二次反应时间64min。最高产量达到96.12%,可进行工业化量产。在有机钙粗品纯化过程中以醋酸钙为例验证了醋酸钙粗品纯化的可行性,利用单因素实验分别的分析了对醋酸钙粗品纯化纯度的影响最重要的五个因素:絮凝剂用量、反应温度、Ca(OH)2用量、乙醇用量和反应时间。以此为基础,应用响应面综合的优化了醋酸钙粗品纯化工艺,得到最佳工艺条件为凝剂用量0.002%、反应温度82℃,Ca(OH)2用量0.82g,反应时间15min,乙醇用量1.96mL。由此条件可得到醋酸钙的纯度达到96.05%。本研究利用二次反应法和超声波辅助法大幅度提高了以鸡蛋壳为原料生产醋酸钙、柠檬酸钙和丙酸钙的产率,借助单因素、响应面进行优化分析,找到其工业生产的最优工艺,开发出一条可工业化量产制备醋酸钙、柠檬酸钙和丙酸钙的新方法和新工艺。本研究通过对鸡蛋壳进行合理地开发与利用,有助于达到变废为宝,充分利用资源,促进经济可持续发展的目的。
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