廢棄蛋殼高溫煅燒法制備乳酸鈣的工藝研究

譚玉團，謝雪珍，王升，農靜雯，胡楊玲，何覃蒙，湛思琪

廢棄蛋殼高溫煅燒法制備乳酸鈣的工藝研究

譚玉團，謝雪珍，王升，農靜雯，胡楊玲，何覃蒙，湛思琪

（廣西科技師范學院，廣西 來賓 546199）

利用廢棄雞蛋殼高溫煅燒法制備乳酸鈣。通過單因素法確定煅燒灰化最佳條件和制備乳酸鈣中和反應最佳條件為：煅燒溫度為950 ℃，最佳煅燒灰化時間為2 h，最佳固液比為1∶35 （g·mL-1），最佳乳酸用量為6 mL，最佳中和反應時間為80 min，最佳中和反應溫度為65 ℃。在上述條件下得到乳酸鈣產率為83.15 %，純度為98.07 %。

雞蛋殼；高溫煅燒法；制備；氧化鈣；乳酸鈣

我國禽蛋類資源豐富，且較多人食用禽蛋類食品補充蛋白質，每年約有400萬t雞蛋殼被直接廢棄，造成了資源的極大浪費，對環境造成了一定的污染。雞蛋殼中含有豐富的碳酸鈣，其質量分數高達94%～97%，可以作為鈣源制備出有利于人體吸收的乳酸鈣[1]。乳酸鈣具有很高溶解度，可以提供高濃度鈣離子，因而具有較強架橋作用。與碳酸鈣相比，乳酸鈣更易溶于水，利于人體吸收，因此它也成為一種優秀的交聯劑。乳酸鈣可作營養強化劑，用于餅干等米面糕點類食品中；同時，在食品上能起到乳化、穩定作用；且對果蔬有保鮮作用[2]。它能降低產品中的水分活度，乳酸根離子進入到細胞內部能抑制和破壞微生物的新陳代謝，因此能抑制微生物的生產發育，延長產品貨架期。故研究乳酸鈣的制備及其在食品上的應用有重要意義。

利用蛋殼制備乳酸鈣的方法主要有高溫煅燒法、發酵法和中和法等[3-8]。發酵法耗時長、工藝條件苛刻；中和法耗時長、效率低、雜質含量高；高溫煅燒法流程較長，但產品純度高。本文擬利用廢棄回收的雞蛋殼，將雞蛋殼預處理后經高溫煅燒制備氧化鈣，先加水制備得到氫氧化鈣，再與乳酸中和反應得到乳酸鈣。

1 試驗部分

1.1 材料與試劑

雞蛋殼；無水乙醇，純度≥99.7%，成都市科隆化學品有限公司；乳酸，純度85.0%～90.9%，天津市大茂化學試劑廠；乙二胺四乙酸二鈉，純 度≥99.5%，天津市津南區咸水沽工業園區；氫氧化鈉，純度≥96.0 %，西隴科學股份有限公司；鈣指示劑羧酸鈉，純度≥70.0 %，天津市大茂化學試劑廠；鹽酸，分析純，西隴科學股份有限公司；所用水均為蒸餾水。

1.2 儀器

XY-500多功能粉碎機，鶴壁市鑫運儀器試劑廠設備有限公司；GZX-GF101-3BS 電熱鼓風干燥箱，上海躍進醫療器械有限公司；DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限公司；高溫箱式爐，KSL-1400X，合肥科晶材料技術有限公司。

1.3 試驗方法

試驗流程如圖1所示[9]。

圖1 試驗流程

雞蛋殼預處理：將收集好的蛋殼清洗干凈去掉表面蛋清后置于1 000 mL燒杯中，加入配置好的10%氫氧化鈉溶液在恒溫磁力攪拌器中45 ℃恒溫水浴加熱反應，再改用強力攪拌器攪拌40 min，殼膜分離，將分離的蛋殼和膜分開，將蛋殼烘干后粉碎備用[10]。

氧化鈣含量的測定：按國標GB30614—2014進行[11]。

乳酸鈣含量的測定：按國標GB1886.21—2016進行[12]。

2 結果與分析

2.1 煅燒單因素實驗分析

2.1.1 煅燒溫度對氧化鈣生成的影響

不同煅燒溫度對碳酸鈣分解生成氧化鈣的影響如圖2和表1所示。在煅燒過程中隨著溫度的變化碳酸鈣有不同程度的分解。隨著溫度的升高，氧化鈣的純度和產率逐漸升高并平穩。在800 ℃下碳酸鈣逐漸分解生成氧化鈣，但純度和產率較低；在950 ℃時達到分解平衡，此時煅燒溫度達到最佳灰化效果。從經濟性考慮，選用950 ℃為最佳煅燒 溫度。

表1 煅燒溫度對氧化鈣產率和純度的影響

圖2 煅燒溫度對氧化鈣產率的影響

2.1.2 煅燒時間對氧化鈣生成的影響

不同煅燒時間對碳酸鈣煅燒灰化的影響如圖3和表2所示。在最佳溫度950 ℃下選取不同時間對碳酸鈣進行煅燒灰化。隨煅燒灰化時間不斷增加，氧化鈣純度和產率不斷增加并平穩。在1 h時煅燒時間過短，碳酸鈣沒有完全分解，導致產率和純度較低，在2 h時純度達平衡為100%，在2.5 h時產率最高為59.89%。出于經濟方面考慮選擇2 h為最優煅燒時間。

表2 煅燒時間對氧化鈣產率純度和產率的影響

圖3 煅燒時間對氧化鈣產率的影響

2.2 中和反應單因素實驗分析

2.2.1 固液比對實驗的影響

在中和反應中不同固液比對乳酸鈣制備的影響如圖4和表3所示。不斷改變氧化鈣與蒸餾水的比例，其中和反應程度也不同。隨著固液比增加溶液中Ca+解離程度增加，乳酸鈣產率和純度先增后減，在固液比為1∶35 （g·mL-1）時達到最大值，純度為93.07%，產率68.07%。

表3 固液比對乳酸鈣產量和純度的影響

圖4 固液比對乳酸鈣產率的影響

2.2.2 乳酸用量對實驗的影響

在中和反應中不同乳酸用量對乳酸鈣制備的影響如圖5和表4所示。隨著乳酸用量增加中和反應不斷增強，乳酸鈣產率先增后減。用量在8 mL時產率最高為89.98%，在6 mL時純度最高為81.53%。經綜合考慮，選取6 mL為最佳乳酸用量。

表4 乳酸用量比對乳酸鈣產量和純度的影響

圖5 乳酸用量對乳酸鈣產率的影響

2.2.3 反應時間對實驗的影響

不同中和反應時間對乳酸鈣制備的影響如圖6和表5所示。隨著反應時間增加中和反應不斷增強，達到一個峰值后開始下降。反應時間在90 min時產率最高，為79.80%，在80 min時純度達到了91.82%。考慮到能耗因素，確定最佳中和反應時間為80 min，此時產率為78.54%，純度為91.82%。

表5 反應時間對乳酸鈣產量和純度的影響

圖6 反應時間對乳酸鈣產率的影響

2.2.4 反應溫度對實驗的影響

不同反應溫度對乳酸鈣制備的影響如圖7和表6所示。隨著溫度上升乳酸鈣的產率和純度不斷增加，直到峰值后下降。溫度升高反應強度逐漸強烈，在65 ℃時達到最高值，產率為83.15%，純度為98.07%，因此確定最佳反應溫度為65 ℃。

表6 反應溫度對乳酸鈣產率和純度的影響

圖7 反應溫度對乳酸鈣產率的影響

3 結論

本文以廢棄的雞蛋殼為原料，采用高溫煅燒法制備乳酸鈣。單因素實驗得到最佳工藝條件為：煅燒溫度950 ℃，最佳煅燒灰化時間2 h，最佳固液比1∶35，最佳乳酸用量6 mL，最佳中和反應時間 80 min，最佳中和反應溫度65 ℃。最佳條件下得到乳酸鈣產率為83.15%，平均純度為98.07%。

[1] 熊立根.廢棄蛋殼資源化利用前景[J].江西畜牧獸醫雜志，2015（5）：4-7.

[2] 王馨悅，姜愛麗，胡文忠，等.乳酸鈣處理對采后藍莓品質的影響[J].現代食品科技，2019，35（7）：47-54.

[3] 全沁果，楊明，王淼，等.雞蛋殼制備乳酸鈣的工藝優化[J].中國食品添加劑，2016（12）：143-150.

[4] 楊栩，蒙蕓.以牡蠣殼為原料制備食品級乳酸鈣[J].當代化工，2015，44（2）：237-239.

[5] 張熙.雞蛋殼制備有機鈣及其生物利用率研究[D].邯鄲：河北工程大學，2020.

[6] 劉德婧，馬美湖.超聲輔助法制備蛋殼源乳酸鈣[J].中國食品學報，2017，17（6）：90-96.

[7] 洪藝萍，粟代蓮，王松剛，等.超聲輔助牡蠣殼制備乳酸鈣的工藝優化[J].福建農業科技，2020（6）：27-32.

[8] 徐霞，楊邦偉，蔡燕萍，等.貝殼源納米乳酸鈣的制備與表征[J].食品與發酵工業，2020，46（2）：66-72.

[9] 劉林，徐倩，朱相媛，等.高溫煅燒法利用廢棄蛋殼制備乳酸鈣的工藝研究[J].西南民族大學學報（自然科學版），2020，46（6）：586-594.

[10] 嚴奉偉，黃芳，吳濤，等.二步煅燒法從雞蛋殼制備乳酸鈣工藝[J].食品研究與開發，2011，32（11）：27-31.

[11] GB 30614—2014，食品安全國家標準食品添加劑氧化鈣[S].

[12] GB 1886.21—2016，食品安全國家標準食品添加劑乳酸鈣[S].

Study on Preparation of Calcium Lactate From Waste Egg Shells by High-temperature Calcination

（Guangxi Science & Technology Normal University, Laibin Guangxi 546199, China）

Calcium lactate was prepared from waste egg shells by high temperature calcination. The optimal conditions for calcination ashing and preparation of calcium lactate neutralization reaction were determined by a single factor method. The optimal process conditions were as follows: the calcination temperature 950 ℃, the optimal calcination ashing time 2 h, the optimal solid-liquid ratio 1∶35 (g·mL-1), the optimal lactic acid dosage 6 mL, the optimal neutralization reaction time 80 min and the optimal neutralization reaction temperature 65 ℃.Under above conditions, the calcium lactate yield was 83.15% and the average purity was 98.07%.

Egg shell; High-temperature calcination method; Preparation; Calcium oxide; Calcium lactate

廣西科技師范學院大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號： 202011546036）；廣西科技師范學院青年科研創新團隊——無機材料制備及清潔生產攻關小組（項目編號：項目號GXKS2020QNTD04）。

2021-09-30

譚玉團（1999-），女，壯族，廣西自治區百色市人，研究方向：食品開發與加工。

謝雪珍（1983-），女，高級工程師，碩士，研究方向：有色金屬材料制備及資源綜合利用。

TQ262.2

A

1004-0935（2022）06-0736-04