钟国清

                   (西南科技大学材料科学与工程学院,四川绵阳621010)

　　   丙酸及其盐类是世界上公认的安全有效的防霉、防腐剂,丙酸钙还是营养强化剂,已广泛用于食品和饲料的贮存保藏和营养强化方面,但我国市场上只有丙酸钙和丙酸钠两个品种。锌是人和动物必需的一种微量元素,具有加速生长发育、改善味觉、调节肌体免疫、防止感染和促进伤口愈合等功能;严重缺锌时会引起食欲不振、味觉迟钝、伤口难愈合,甚至会造成侏儒和男性青春推迟等。锌的添加剂有硫酸锌、葡萄糖酸锌、乳酸锌、柠檬酸锌及氨基酸锌等。由于丙酸盐一般具有防腐功能,而丙酸是人或动物代谢过程的中间产物。因此,研制具有补锌和防腐双重作用的丙酸锌,具有重要意义。丙酸锌可以采用氧化锌法、氢氧化锌法和丙酸钙法等方法制备。本文报道了利用丙酸和碱式碳酸锌为原料,通过固液相反应法制备食品及饲料添加剂丙酸锌的工艺条件。

1　实验部分

1.1　主要试剂及仪器

     丙酸、碱式碳酸锌[Zn2(OH)2CO3]等,均为化学纯。79-2型恒温磁力加热搅拌器;干燥箱;CarloErba1106型元素分析仪,意大利。

1.2　制备方法

     将37.0g(0.50mol)丙酸溶于220mL水中,加入34.9g(0.155mol)碱式碳酸锌,在80°C搅拌下使物料充分反应,约2h。趁热过滤,滤液经蒸发、浓缩、冷却、结晶、分离和干燥,得白色晶体产品丙酸锌54.1g,产率94.3%。其工艺流程见图1,化学反应式如下:

2　结果与讨论

2.1　产物的组成和性质产物中锌的含量

     采用二甲酚橙作指示剂,EDTA配位滴定法测定;C、H采用元素分析仪测定。元素分析结果为,测定值(计算值):Zn28.68%(28.49%),C31.16%(31.39%),H5.43%(5.27%)。符合组成Zn(CH3CH2COO)2·H2O,含有一分子结晶水,120°C可全部失去结晶水。易溶于水,水溶液呈微碱性,难溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。

2.2　丙酸锌的合成工艺条件经初步试验得知,影响丙酸锌产率的因素有投料摩尔比、反应温度、反应时间、水的用量等,固定丙酸的质量为7.4g(100mmol),选用正交表L9(3(e4)),进行正交实验,实验结果见表1。

　　  从表1中极差R值可知,影响丙酸锌产率的主次因素为:投料摩尔比→反应温度→水用量→反应时间。较佳的实验条件是:n(丙酸)∶n(碱式碳酸锌)=1.00∶0.31,反应温度80°C,反应时间2h,水的用量为丙酸质量的6倍。理论上丙酸和碱式碳酸锌用量摩尔比为1∶0.25,为了使丙酸充分反应完全,提高丙酸锌产率和降低产品中游离丙酸的含量,碱式碳酸锌必须过量,以n(丙酸)∶n(碱式碳酸锌)=1.00∶0.31,也即碱式碳酸锌的摩尔数过量24%为佳;反应后剩余的碱式碳酸锌分离出来后可循环使用。当反应体系中水的用量较少时,反应不易完全,且易造成丙酸挥发损失,不利于提高产率和产品的纯度;相反如果体系中用水量太高,一方面反应速度减慢,另一方面要延长浓缩时间,增加生产成本。

2.3　最佳工艺条件的验证

      在上述优化工艺条件下,对相关条件进行了验证实验,结果见表2。

　　  由表2可知,反应在80°C时的产率较高,温度低反应速度慢,温度太高则丙酸部分随二氧化碳及水蒸汽挥发,使产率下降。反应时间短,丙酸反应不完全,产率低;当随着反应时间增长,丙酸基本反应完全后,对产率影响不大,反应时间以2h为宜。

2.4　产品主要技术指标

     本实验制备的丙酸锌,参照食品级丙酸钙(GB6225—86)检测标准进行检测,结果见表3,其主要技术指标达到了类似产品丙酸钙的标准要求。

3　结论

      以丙酸和碱式碳酸锌为原料,采用固液相反应法制备食品及饲料级丙酸锌在技术上是可行的,具有制备工艺简便、产率高、产品纯度高、采用闭路循环、无“三废”产生等优点。制备丙酸锌适宜的反应条件为:n(丙酸)∶n(碱式碳酸锌)=1.00∶0.31,水的用量为丙酸质量的6倍,反应温度80°C,反应时间2h。在此反应条件下,丙酸锌产率可达94.3%以上。