貝類食品級碳酸鈣製備的研究

梁安妮，餘金淩，盧 祥，盧翠文*

(廣西科技師範學院，廣西來賓 546199)

摘　要：本文以美貝為原料，以碳酸鈣產量為測定指標，通過單因素和正交試驗探究製備碳酸鈣工藝的最佳參數。最終確定製定碳酸鈣工藝的最佳參數為：37.5% HCl用量25 mL、反應溫度30 ℃、反應時間2 h。在最佳參數條件下進行驗證試驗，碳酸鈣產量最高，為3.6 g。

關鍵詞：美貝;碳酸鈣;沉澱法;測定;食品級

我國貝殼總產量居世界第一位，2015年產量高達1.466×107 t[1]。當前，我國海鮮產品生產加工以可食用部分為主，占海鮮總質量60%以上的貝殼卻作為養殖廢棄物而成為土地及灘塗垃圾的一部分[2]。廢棄貝殼沒有得到循環利用，浪費大量資源，同時貝殼廢棄物中的有機質在空氣中會發生氧化、腐爛，加劇環境汙染。近十年，合理開發、利用海鮮貝殼廢棄物資源，已經得到農業生產資源行業廣泛關注[3]。由於貝類外殼成分及結構特征與白雲石等天然礦物有很多相似之處，因此貝類廢棄物被廣泛地應用於增加土壤肥力[4-5]，改良酸性土壤[6]和製備緩釋化肥[7-8]等方麵，同時堿性貝殼材料可有效提升土壤pH，能有效鈍化土壤中的一些重金屬元素[9]。

另一方麵，鈣是人體必需元素之一,是構成骨骼與牙齒的重要成分,對調節細胞代謝、維持肌肉收縮和保證神經傳導等都有重要作用[10]。近年來，隨著我國食品工業快速發展,在越來越多食品中合理添加鈣以供人體的需要，因此碳酸鈣作為重要鈣源已被廣泛利用到各種食品中[11]。

美貝是扇貝的一種，扇貝是我國海水養殖的重要品種之一。其加工主要以幹貝加工為主，近年來，凍藏扇貝、罐頭扇貝製品逐漸興起，冷凍扇貝更成為主要出口品種[12]。

貝殼的主要成分為碳酸鈣，貝殼中碳酸鈣含量占幹重比例介於 93.99 %~97.35%，還有少量的雜質[13]，貝殼製備食品級碳酸鈣方法主要是使用傳統的煆燒法，但煆燒法耗時高、危險係數大，所以我們采用碳酸鈉和氯化鈣沉澱法製備碳酸鈣[14]，該方法有無需高溫、快速和高效的優點。

1　材料與方法

1.1　材料

美貝：市購。

1.2　試劑

鹽酸(A.R)37.5%;無水碳酸鈉(A.R);氫氧化鈉A.R;三乙醇胺(A.R);EDTA(A.R)標準滴定溶液;氯化鈉(A.R);鈣試劑羧酸鈉鹽(A.R);硝酸銀(A.R≥98%);酚酞指示劑(A.R);乙酸鈉(A.R);冰乙酸(A.R)98%;鉻酸鉀(A.R)溶液;鋇標準溶液(A.R)。以上試劑均購自西隴科學股份有限公司。

1.3　儀器

粉碎機;數顯電子恒溫水浴鍋;循環水式真空泵;電熱型鼓風幹燥箱。

1.4 試驗方法

1.4.1　碳酸鈣的製備方法

(1)貝殼預處理：自來水清洗5次，除去粘著的雜質，晾幹後粉碎，於110 ℃下幹燥1.5 h。

(2)碳酸鈉和氯化鈣沉澱法製備碳酸鈣的工藝流程為：原料(前處理)→酸溶解→過濾→沉澱→抽濾→幹燥→碳酸鈣。

1.4.2　單因素試驗

稱取5 g原料，放入50 mL燒杯中，探究37.5%的鹽酸用量(20 mL、25 mL、30 mL和35 mL)、反應溫度(25 ℃、30 ℃、40 ℃和50 ℃)、反應時間(0.5 h 、1.0 h、2.0 h和3.0 h)對碳酸鈣產量的影響。

反應完成，冷卻到室溫後過濾，加入50 mL的碳酸鈉溶液(1 mol/L)於濾液中，搖勻，靜置10 min後，用循環水式真空泵進行抽濾，得到碳酸鈣樣品的濾餅，將濾餅放入105 ℃電熱型鼓風幹燥箱中烘幹至恒重，稱量並記錄，並將樣品裝入樣品袋置幹燥器中保藏。

1.4.3　正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以37.5% HCl用量、反應溫度和反應時間為影響因素，以碳酸鈣的質量為考察指標，設計3因素3水平正交試驗。

2　碳酸鈣製備結果與分析

2.1　單因素試驗結果分析

2.1.1　HCl用量對碳酸鈣產量的影響

由圖1可知，隨著HCl用量的增大，碳酸鈣產量不斷升高，在HCl用量為25 mL時，碳酸鈣產量最高達到3.5 g，進一步提高HCl用量，碳酸鈣產量不僅沒有繼續升高，反而呈現出下降趨勢。這是因為在一定範圍內，提高HCl用量，可提高物料與溶劑的接觸麵積和反應濃度，有利於CaCl2的形成，從而提高下一步的碳酸鈣沉澱的產量;但過量的HCl抑製了正常反應，從而影響了碳酸鈣的產量。

2.1.2　反應溫度對碳酸鈣產量的影響

反應溫度的設定對碳酸鈣產量的影響明顯，由圖2可知，反應溫度越高，化學反應速率越快，在溫度為40 ℃時，碳酸鈣產量達到最高為3.6 g，但是反應溫度過高，加快了HCl的揮發，造成反應物損耗，碳酸鈣產量反而降低。

2.1.3　反應時間對碳酸鈣產量的影響

由圖3可知，隨著反應時間的不斷增加，碳酸鈣產量是不斷上升的，這是由於反應時間越長，反應進行的越充分。當反應時間到達2 h時，碳酸鈣產量達到3.5 g。隨著反應時間的進一步延長，產量變化不明顯。

2.2　正交試驗的結果分析

根據碳酸鈣製備正交試驗結果，各因素水平對碳酸鈣產量影響的主次為：>>。參數水平較優組合為223，即25 mL HCl用量，40 ℃反應溫度，3 h反應時間為最佳條件，在該條件下碳酸鈣產量的預測值是3.6 g，見表1。

2.3　驗證試驗

稱取5 g原料，放入50 mL燒杯中，在加入37.5%的鹽酸25 mL、反應溫度40 ℃、反應時間3 h條件下，進行驗證試驗，組合A2B2C3的碳酸鈣產量和組合A2B1C2的碳酸鈣產量均為3.6 g。但考慮到反應溫度更高、反應時間更長即成本更高，故A2B1C2為最佳工藝，即25 mL HCl用量，30 ℃反應溫度，2 h反應時間。

3　結論

以美貝原料，通過單因素試驗和正交試驗，最終確定製備碳酸鈣工藝最佳參數為：37.5% HCl用量25 mL、反應溫度30 ℃、反應時間2 h。在最佳參數條件下進行驗證試驗，5 g美貝原料得到碳酸鈣產量最高，為3.6 g。該探究為美貝的開發利用提供依據，為實現貝殼廢棄物的資源化和減量化提供參考。

參考文獻

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