食品防腐剂丙酸钙的制备.doc

食品防腐剂丙酸钙的制备实验报告班级：应101-3 指导老师：贺萍组员：柳林清（1305）王翠翠（1307）柳建嵩（1308）食品防腐剂丙酸钙的制备【前言】丙酸钙是我国近几年发展起来的一种新型食品防腐剂，它对霉菌、好气性芽孢杆菌、革兰式阴性菌有很好的杀灭作用，还可抑制黄曲霉素的产生，因而广泛用于面包、糕点和奶酪的保存剂和饲料的防腐剂。随着人民生活水平的提高和食品工业的发展， 鸡蛋的消耗量大幅度增加。由于目前国内对鸡蛋壳资源的利用率还很低， 人们利用了可食用部分即蛋清、蛋黄，大量鸡蛋壳被扔弃，对环境造成了很大污染。初步估计一个中等城市每月所扔弃的蛋壳总量约为50-80吨。如能充分利用， 不仅可变废为宝为社会增加财富， 还可减少对环境的污染。 对鸡蛋壳组成成分的分析证明： 蛋壳中主要成分为CaCO3， 另外含有少量有机物、P、Mg、Fe及微量Si、Al、Ba等元素。 以蛋壳为基本原料制备丙酸钙的方法有两种，一种方法是将蛋壳在1050下煅烧2h15min，使蛋丙酸反应成丙酸钙；另一种方法是直接用蛋壳与丙酸反应制备丙酸钙。前一种方法由于需要在高温下煅烧，能耗大、成本高，而且在煅烧过程中会产生大量C02污染环境，并破坏了蛋壳的天然活性；后一种方法产率却比较低。因此以研究蛋壳为基本原料如何用直接法制备丙酸钙，提高丙酸钙产率，使其成为一种既节省能源，又降低成本，同时有利环保的工业生产方法，成为当务之急。【实验目的】1.了解防腐剂的相关知识清楚丙酸钙作为防腐剂的优点；2.了解丙酸钙性质和制备原理及方法；3. 掌握固体试样的粉碎方法，过筛要求，减压过滤及蒸发浓缩的实验方法；4. 掌握EDTA的标定，产品纯度的测定及相关的分析方法；5. 掌握重结晶技术。【实验原理】1.丙酸钙，Ca(CH3CH2COO)2，性状白色结晶性粉末，熔点400以上（分解），无臭或具轻微特臭。可制成一水物或三水物，为单斜板状结晶，可溶于水（1g约溶于3mL水），微溶于甲醇、乙醇，不溶于苯及丙酮。10%水溶液pH等于7.4。对热和光稳定。在200210无水盐发生相变，在330340分解为碳酸钙。2.与其它食品防腐添加剂相比，丙酸钙具有以下优点：1)有效钙含量高、溶解性能好，防腐保鲜的同时还具备补钙作用。2)丙酸钙不仅可以延长食品的保质期，而且它还可以通过代谢作用被人体吸收，这是其它防腐剂无法比拟的。3)丙酸钙水溶性好，溶解速度快，溶液清澈透明。4)丙酸钙防腐保鲜性能突出。用丙酸钙和苯甲酸钠对月饼做防腐实验，结果显示，在相同用量的情况下，丙酸钙的防腐效果是苯甲酸钠的2倍以上。5)安全无污染，其毒性远低于我国广泛应用的苯甲酸钠，被认为是食品的正常成分，也是人体内代谢的中间产物。丙酸钙的价格又较山梨酸钾便宜的多，故可以在食品中较多的添加。3.制法：CH3CH2COOH +CaCO3Ca(CH3CH2COO)2+H2O+CO2也可用Ca(OH)2代替CaCO3。鸡蛋壳经过粉碎，溶解，抽滤，浓缩结晶，干燥就可以制得成品丙酸钙。【仪器与设备】实验仪器：烧杯（250mL）、玻璃棒、水浴锅、分析天平、量筒、水泵、抽滤瓶、布氏漏斗、表面皿、电炉、容量瓶（100mL）、锥形瓶（250mL）、移液管（25mL）、碱式滴定管、石棉网、烘箱、滤纸、粉碎机、筛子（80目）、玻璃珠。实验试剂： 钙指示剂、10%的氢氧化钠、EDTA、去离子水。实验原料：丙酸、鸡蛋壳。【实验步骤】EDTA的标定：（以钙指示剂标定）准确称取0.5gCaCO3于100mL烧杯中，用少量水润洗，盖上表面皿。从烧杯嘴处向烧杯中慢慢滴加1:1的HCl溶液，边滴加边摇动，使其全部溶解，反应完全后，定量转移至250mL的容量瓶中，用水稀释至刻度线，摇匀。准确移取25.00mL制备好的钙标准溶液于250mL的锥形瓶中，加25mL水，5mL10的NaOH溶液及适量的钙指示剂（约0.1g）摇匀后用待标定的EDTA溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色。平行测定两次，计算EDTA溶液的浓度。 丙酸钙的制备及产率计算：A. 原料的准备工作：选择原料鸡蛋壳，将准备好的原料清洗干净，利用粉碎机进行粉碎，然后用80目筛子过筛，得到所需粉末，提前准备工作。B. 产品制备：分别称取两份6.0g（准确称量）的鸡蛋壳记为W0,分别放在2个250mL的烧杯里，然后向两个烧杯里分别加入80mL的去离子水。将其中一个烧杯编为2号，50恒温水浴锅中加热反应，另一个即为1号烧杯在常温条件下。分别取约9mL的丙酸两份加入两个烧杯中。每次加入量23mL，约10min中内分批逐滴加完。过程中要不断搅拌，便于CO2逸出加快反应。加完酸后要继续搅拌反应70min左右。C.反应时间结束后，对两种溶液进行减压抽滤。烧杯的内壁和玻璃棒要用少量去离子水冲洗得到的滤纸上的杂质放在表面皿上，放入105烘箱中烘干约2h，并称量其质量W1(滤渣)。得到的母液倒入两个250mL烧杯中，放在电炉上蒸发浓缩，加热过程注意要加入若干个玻璃珠防止暴沸，且出现晶膜时开始搅拌，并适当降低温度，防止因温度过高溶液溅出，使产品产率降低。等浓缩到一定程度（溶液变成粘稠状）后拿下冷却至室温，进行一次抽滤。D.抽滤得到的固体产品要放在表面皿中（滤纸与产品一同取下），放入110烘箱中烘干，烘干后测定质量W2.注意勿用水去洗固体以免溶解。母液倒入烧杯中，在电炉上蒸干，测量质量记为W3。计算产率：产率=W2(W0-W1)100分析纯度：产品溶液的配制：准确称取0.4g制取的丙酸钙（常温和水浴各取一份），于50mL的小烧杯中，加去离子水溶解，定量转移到100mL的容量瓶中，用水稀释，定容，摇匀。用25mL的移液管移取产品溶液于250mL的锥形瓶中，加入25mL去离子水，5mL10的NaOH溶液及适量的钙指示剂（约0.1g）摇匀，用已标定好的EDTA溶液滴定至溶液由酒红色转变为蓝色，记录所消耗的EDTA的体积。平行两次，体积分别记为V1，V2。【实验结果处理】1.产率计算条件鸡蛋壳质量W0/g杂质质量W1/g产品质量W2/g抽滤蒸干W3/g常温6.08792.492.702.09505.94942.492.601.91CaCO3+2CH3CH2COOH=Ca(CH3CH2COO)2+H2O+CO2A.常温条件下制备的丙酸钙的理论产值W=（6.0879-2.49）/100*186.16=6.70g W实=W2=2.70g丙酸钙的产率=W实/W理*100%=2.70/6.70*100%=40.3%其中，（W2+W3）/W理*100%=（2.70+2.09）/6.70*100%=71.5%B.水浴（50）条件下制备的丙酸钙的理论产值W=(5.9494-2.49)/100*186.16=6.44g W实=W2=2.60g丙酸钙的产率=W实/W理*100%=2.60/6.44*100%=40.4%其中，（W2+W3）/W理*100%=（2.60+1.91）/6.44*100%=70.0%2.纯度计算：条件产品质量m/gV1 /mLV2 /mLV平均值/mL常温0.402423.7523.6023.68500.403722.9122.9422.92配位原理：M+Y=MY所以用EDTA滴定丙酸钙，其滴定比例为1:1已知其EDTA的浓度为C=0.02309mol/Ln(丙酸钙)=n(EDTA)m(丙酸钙)/M(丙酸钙)=C(EDTA)V m(丙酸钙)= C(EDTA)V* M(丙酸钙)A.常温条件下则反应的EDTA的物质的量是n(EDTA)= C(EDTA)V =0.02309*23.68*10-3=5.468*10-4由此可得到丙酸钙的实际的质量是m1=0.4072g则可得常温条件下得到的丙酸钙的纯度为（m1/m）*100%=0.4072/0.4024=101.2%B.水浴条件下 则反应的EDTA的物质的量是n1=C*V=0.02309*22.92*10-3=5.292*10-4由此可得到丙酸钙的实际的质量是m2=0.3941g则可得水浴条件下得到的丙酸钙的纯度为（m2/m）*100%=0.3941/0.4037=97.62%不同温度下产品的纯度如下常温下产品纯度101.2%50产品纯度97.62%【注意事项】1.向溶液中加入丙酸时要快速搅拌使产生的CO2快速逸出并且不断搅拌，使反应加快2.在蒸发浓缩时，粘稠度不能太大以免混入杂质。3.在抽滤前要确保滤纸大小合适，防止在倾倒液体时将滤纸冲起，使滤渣进入滤液，引入杂质。4.在进行第一次抽滤时，开始先慢慢倒入少许溶液润湿滤纸，然后搅拌均匀后快速将全部溶液及残渣倒入进行抽滤。5.在重结晶时，出现晶膜之后要立即快速搅拌，并且适当降低加热温度，防止瀑沸。6.在滴定丙酸钙时由于是配位滴定，反应速度较慢，所以滴定的速度要慢，边滴定边快速摇动，使其充分反应，减小滴定误差。7. 第二次抽滤过程中切勿用大量的去离子水冲洗，否则会导致产品溶解到水中进入滤液。降低产率。8.实验过程中要注意安全，尤其是在量取丙酸时，应在通风橱中进行。9.在滴定时，现滴定现加NaOH溶液，因为早加NaOH会与空气中的CO2反应，影响实验结果。【误差分析】1反应温度对丙酸钙产率的影响：在反应过程中，反应温度的升高使得分子运动速度加快，分子间碰撞几率增加，而且温度越高，越有利于C02气体的溢出，促使反应向生成丙酸钙的方向进行，但温度太高使丙酸和水蒸发太快，导致丙酸和水损失，使丙酸得不到充分的利用，影响丙酸与鸡蛋壳反应的完全程度及产率；反应温度降低虽然使丙酸挥发损失很少，但丙酸有效利用率并没有得到提高，而且每10度的温差对产率影响不大，实验结果表明常温常压下丙酸钙的产率较其他温度下的都高，所以以常温为最佳反应温度条件。这样即可降低能耗，简化设备，又可降低设备投资费用。 2.反应时间对丙酸钙产率的影响 反应时间在2h以下反应不完全，这是因为丙酸为一弱酸，碳酸钙为一弱碱，弱酸与弱碱反应，反应速度本身很慢，反应时间太短会导致反应不完全，反应的产率较低；而反应时间在23h之间反应基本完全，考虑到丙酸充分利用，故适当延长反应时间，选3h为宜；若反应时间再延长至4h，所得产率与反应3h所得产率相差不大，因而从节能降耗、缩短工艺周期考虑以3h为最佳反应时间条件。而本次实验的反应时间不到二个小时，因此反应可能不够完全，产率偏低。3.乙酸的滴加速度要缓慢，逐滴加入，防止乙酸钙的挥发及飞溅，造成产率降低；4.抽滤和重结晶过程以及样品转移过程中有样品损失；5.产品纯度测定A. 滴定过程中，指示剂的量要控制好，防止过量掩蔽变色，同时要防止量少致变色不明显，对实验结果造成误差；指示剂的用量与颜色变化有密切关系；B.因为对反应终点的判断每个人的标准不同，对颜色敏感程度不一。所滴加的EDTA用量不同；C.在对常温下的产品滴定时，由于个人的失误，对终点的判断错误。出现严重问题，实验产率违背实验规律超过百分之百，以至于无法得到常温下产品的正确产率。【思考题】1.丙酸钙为什么要分批逐滴加入？答:丙酸钙加入速度太快会导致反应速度过快，产生大量二氧化碳。二氧化碳会携带产品溅出烧杯，减少产品质量并存在安全隐患。2.过滤、抽滤时要注意些什么？答：（1）过滤中的注意事项：一贴：滤纸紧贴漏斗内壁；二低：滤纸边缘低于漏斗边缘，液面低于滤纸边缘；三靠：烧杯紧靠玻璃棒，玻璃棒下端紧靠三层滤纸处，漏斗下端紧靠烧杯内壁。（2）抽滤中的注意事项：A.滤纸稍微小于布氏漏斗口径，且下面的滤孔不能露出来；B.漏斗的下方开口朝向抽滤瓶的抽气口；C.整套装置的气密性要好；D.抽滤瓶里面的液体不能超过抽气口；E.关闭仪器时，首先将抽气口的软胶管拔开，然后才能关闭抽气机和取下漏斗。3.加热浓缩时要注意些什么？答：要尽量控制好加热温度，防止溶液瀑沸，需要时加入少量玻璃珠或沸石，在浓缩时，粘稠度不能太大以免混入杂质。4.标定EDTA和测定产品纯度时要注意什么？答：（1）标定EDTA注意事项：A：络合反应速度较慢，滴定时滴加速度不能太快，特别是临近终点时，要边滴边摇晃；B：加入金属指示剂的量对终点的观察十分重要；C：对去离子水的要求较高，不能含有Fe3+，Al3+,Cu2+,Mg2+等杂质。（2）测定产品纯度注意事项：进行标定EDTA、测纯度时，要准确称取产品，配成标准溶液，用已知浓度的EDTA溶液进行标定。移取溶液时要准确，标定多组，取平均值。5.能否根据实验结果判断这几种贝壳的相对反应程度？这几种贝壳有什么差异？答：可以根据所得丙酸钙的产率来比较这几种贝壳的反应程度，产率高的，反应程度较大。这几种贝壳的碳酸钙含量有所不同，其他成分的含量也不同，从而所得产品的产率不同。6.如何选择和控制实验条件?哪些步骤影响产品质量？哪些步骤影响产品纯度？答：要根据实验原理和技术设备选择一定的实验条件，根据反应过程是否有气体，沉淀等物质的产生控制实验条件。在本实验里，选择温度为变量比较产品的产率，实验过程中有一定的注意事项。本实验里，第二次抽滤时不能用水洗涤，会导致产率降低。在蒸发浓缩时，粘稠度不能太大，会混入杂质，影响纯度。若制备标准溶液或滴定时，操作不准确也会影响产品质量和纯度的分析计算。【实验总结】1.实验前必须做好预习工作，学会查找专业文献，了解实验的大致原理及操作过程，并对当前实验方法进行分析，了解其利弊，对实验有具体的思路。 2.实验过程中必须积极动脑，学会活学活用。实验操作要严谨，熟悉每一个环节的原理，将实验与理论进一步的结合。3.团队合作要默契，分工要明确。实验仪器要贴上标签，避免混淆。【实验分工】实验搅拌： 柳林清、柳建嵩 抽滤烘干与结晶： 柳林清、柳建嵩、王翠翠 纯度测定： 柳林清、柳建嵩、王翠翠 实验数据的记录： 王翠翠【实验图片】