丙酸鋅合成工藝研究畢業(yè)論文

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要丙酸鋅是一種新型食品添加劑，屬于丙酸鹽的一種。食品添加劑丙酸鋅不僅能延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期，而且其中的鋅離子還是人體代謝所需要的微量元素，一定條件下丙酸鋅中所分解出來(lái)的丙酸也是人體和動(dòng)物代謝的中間產(chǎn)物。除此之外，丙酸鋅還能治療由霉菌引起的皮膚病。因此，合成具有防腐和補(bǔ)鋅雙重作用的丙酸鋅具有十分重要的意義。本文以丙酸鈣與硫酸鋅為原料，以去離子水為溶劑，采用復(fù)分解的方法（即丙酸鈣法），探討了食品添加劑丙酸鋅的最佳合成工藝條件，同時(shí)運(yùn)用紅外光譜分析對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。其主要內(nèi)容與結(jié)論如下：在常規(guī)水浴加熱條件下，考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、物料摩爾比（丙酸鈣比硫酸鋅)、去離子水量

2、、攪拌頻率等因素對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率以及純度的影響，確定了食品添加劑丙酸鋅制備的最佳工藝條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)溫度80 ，反應(yīng)時(shí)間40 min，物料摩爾比1.2:1，去離子水量約為55 mL，在最佳工藝條件下丙酸鋅產(chǎn)率可達(dá)89.4%。關(guān)鍵詞：丙酸鋅；防腐劑；丙酸鈣；復(fù)分解法AbstractZinc propionate is a new food additive, belongs to a kind of propionic acid salt. Zinc propionate as food additive can not only prolong the time for eating th

3、e food, but also the zinc ions of zinc propionate as trace elements are needed by human body metabolism, the prop ionic acid in the decomposition of zinc propionate also are the middle of the metabolism product of human and animal. Therefore, the synthesis of anticorrosive and zinc supplementation o

4、f zinc propionate has very important significance.In this paper, with the water as the solvent, zinc propionate was synthesized from calcium propionate and zinc sulfate as the raw material under the condition of conventional water bath heating, using complex decomposition method . The product was te

5、sted by IR spectra coordination method.The main contents and conclusions are as follows : The synthesis for the technological conditions of zinc propionate was discussed under the condition of conventional water bath heating, all of the effects of the reaction temperature, the reaction time , materi

6、al mole ratio n(propionic acid): n(zinc oxide), deionized water , stirring frequency , make sure the optimum conditions for preparation of food additives, zinc propionate . Experimental resuits show that the reaction temperature was 80 , the reaction time was 40min , the feed ratio n(propionic acid)

7、: n(zinc oxide) was 1.2:1, the deionized water was 55 mL. The yield of zinc propionate under the optimum technological conditions was 89.4%.Key words: Zinc propionate, preservative, calcium propionate, complex decomposition method目 錄第1章 緒 論11.1 研究背景與研究意義11.2 食品添加劑21.3紅外光譜分析31.4丙酸的性質(zhì)、用途及防腐機(jī)理41.4.1丙酸的

8、物理性質(zhì)41.4.2丙酸的化學(xué)性質(zhì)41.4.3丙酸的用途41.4.4 丙酸的防腐機(jī)理41.5 丙酸鹽的性質(zhì)、用途及研究現(xiàn)狀51.5.1丙酸鈉51.5.2 丙酸鈣51.5.3 丙酸鋅61.6丙酸鋅合成工藝研究71.6.1 微波水熱法制備丙酸鋅71.6.2傳統(tǒng)水熱法制備丙酸鋅71.7研究目的與研究?jī)?nèi)容8第2章 實(shí)驗(yàn)部分102.1 實(shí)驗(yàn)試劑102.2實(shí)驗(yàn)器材102.3 實(shí)驗(yàn)步驟112.3.1中間體丙酸鈣的合成工藝條件的考察112.3.2丙酸鋅的合成工藝條件的考察112.4 計(jì)算方法13第3章 結(jié)果與討論143.1反應(yīng)溫度對(duì)中間體丙酸鈣產(chǎn)率的影響143.2 固液比對(duì)中間體丙酸鈣產(chǎn)率的影響153.3 反

9、應(yīng)溫度對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響163.4反應(yīng)時(shí)間對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響173.5物料摩爾比對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響183.6去離子水用量比對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響203.7攪拌頻率比對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響213.8 濃縮時(shí)間比對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響223.9 丙酸鋅紅外光譜測(cè)定24第4章 結(jié) 論26參 考 文 獻(xiàn)27致 謝29附錄A 英文譯文30附 錄B 英文原文31IV第1章 緒 論1.1 研究背景與研究意義丙酸鋅是一種新型食品添加劑，屬于丙酸鹽的一種。丙酸及其鹽類(lèi)(鈣鹽和鈉鹽)是國(guó)際公認(rèn)的一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、安全有效的防霉劑、防腐劑，有些品種如丙酸鈣還是礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，可廣泛用于食品、谷物和飼料乃至香煙的貯存保藏和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化方

10、面。丙酸鹽類(lèi)不僅在同類(lèi)防腐產(chǎn)品中經(jīng)濟(jì)性高，其安全性在世界范圍也已經(jīng)得到了認(rèn)可，同時(shí)那些含有金屬離子的丙酸鹽添加到食品或者動(dòng)物飼料中可以作為礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。日本、美國(guó)、歐共體等早已普遍使用丙酸及其鹽取代了毒副作用較大的苯甲酸鈉和成本較高的山梨酸鉀。過(guò)去由于我國(guó)生產(chǎn)丙酸的技術(shù)很不成熟，所以丙酸鹽在我國(guó)應(yīng)用不是很廣泛，我國(guó)不生產(chǎn)丙酸，因而丙酸鹽長(zhǎng)期得不到生產(chǎn)和應(yīng)用。目前，丙酸已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化，但丙酸鹽由于受認(rèn)識(shí)和習(xí)慣的影響，極少有單位研制和生產(chǎn)，迄今市場(chǎng)上只有少量的丙酸鈣和丙酸鈉2個(gè)品種王歲樓,馬歌麗. 食品級(jí)丙酸鋅的合成工藝研究J. 食品科學(xué), 2002, 23(11): 65-67.。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已

11、經(jīng)報(bào)道了丙酸鋅的研究現(xiàn)狀。鋅是人和動(dòng)物必需的一種微量元素，享有“生命之花”的美譽(yù)。具有加速生長(zhǎng)發(fā)育、改善味覺(jué)、調(diào)節(jié)肌體免疫、防止感染和促進(jìn)傷口愈合等功能；嚴(yán)重缺鋅時(shí)會(huì)引起食欲不振、味覺(jué)遲鈍、傷口難愈合，甚至?xí)斐少搴湍行郧啻和七t等。鋅的添加劑有硫酸鋅、葡萄糖酸鋅、乳酸鋅、檸檬酸鋅程琳娜. 食品添加劑檸檬酸鋅的合成工藝研究J. 鄭州糧食學(xué)院學(xué)報(bào). 1995.16(1):41-45.及氨基酸鋅等。過(guò)去曾普遍使用硫酸鋅作為補(bǔ)鋅劑，但它味苦澀，對(duì)腸胃有刺激作用，生物利用率底。近年來(lái)研制的葡萄糖酸鈣、乳酸鋅及檸檬酸鋅，在性能上比硫酸鋅有很大的改善，但某些品性仍然不夠理想。隨著食品行業(yè)的飛速發(fā)展以及人們

12、對(duì)苯甲酸及其鹽類(lèi)認(rèn)識(shí)加深，丙酸及丙酸鹽類(lèi)將會(huì)作為一種實(shí)用價(jià)值很高的防腐劑，將來(lái)在我國(guó)有著巨大的潛在市場(chǎng)。丙酸鹽優(yōu)于其他防腐劑主要表現(xiàn)在不單單具有防止食品變質(zhì)的作用，這類(lèi)鹽分解的丙酸還能作為人體代謝過(guò)程中需要的中間產(chǎn)物而被人體利用。由于丙酸鹽一般具有防腐功能，而丙酸是人和動(dòng)物代謝過(guò)程的中間產(chǎn)物，故丙酸鋅是一種很有前途的兼具防腐作用的鋅營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，綜合上面所述的種種丙酸鹽的優(yōu)勢(shì)，在食品行業(yè)快速發(fā)展的今天，如果能研制和推廣防腐兼具補(bǔ)鋅雙重作用的丙酸鋅鐘國(guó)清. 丙酸鋅的制備工藝研究J. 化學(xué)世界, 2004, 45(9): 489-490.，意義將會(huì)非常重大。1.2 食品添加劑食品添加劑是用于延長(zhǎng)食品

13、保存期、便于食品加工和增強(qiáng)食品營(yíng)養(yǎng)成分的一類(lèi)化學(xué)合成或天然物質(zhì)。世界衛(wèi)生組織與聯(lián)合國(guó)糧食農(nóng)業(yè)組織聯(lián)合起來(lái)將食品添加劑定義為：少量添加到食品中，能改善食品外觀、組織結(jié)構(gòu)、味道和延長(zhǎng)保存時(shí)間的一類(lèi)非營(yíng)養(yǎng)類(lèi)的物質(zhì)。首先，食品添加劑是人類(lèi)將自身需要與自然物質(zhì)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的產(chǎn)物。食品添加劑技術(shù)產(chǎn)生于人類(lèi)生存的自然過(guò)程中，很顯然具有自然屬性，因此不管是天然食品添加劑技術(shù)還是人工合成食品添加劑技術(shù)都必須遵循自然界的客觀規(guī)律。其次，食品添加劑是主客體要素、潛在技術(shù)與現(xiàn)實(shí)技術(shù)的動(dòng)態(tài)統(tǒng)一。食品添加劑技術(shù)是多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉聚合的一門(mén)復(fù)雜性技術(shù)，涉及化學(xué)、化工、生物工程、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、礦產(chǎn)等多種學(xué)科。從遠(yuǎn)古時(shí)期的天然食

14、品添加劑到工業(yè)革命時(shí)期化學(xué)合成的食品添加劑，再到今天通過(guò)超臨界萃取技術(shù)、膜分離技術(shù)、微膠囊技術(shù)、分子 蒸餾、吸附分離等高新技術(shù)制取的復(fù)配食品添加 劑，每一種食品添加劑都是以天然動(dòng)植物、礦物質(zhì)為對(duì)象，通過(guò)人類(lèi)的智慧與可能的一切物質(zhì)手段“婚配”的產(chǎn)物 王常柱,武杰,高曉宇. 食品添加劑的基本屬性、主要功能與三大特征J. 中國(guó)食品添加劑, 2015, (10): 154-158.。從食品添加劑本是添加到食品中的，因此它不能作為食物來(lái)讓人類(lèi)食用。食品添加劑不僅有人工合成的物質(zhì)，也有自然界天然存在被人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)。食品添加劑主要有五個(gè)功能。一是防止食品腐敗變質(zhì)；二是改善食品感官品質(zhì)；三是增進(jìn)食品營(yíng)養(yǎng)成分

15、；四是促進(jìn)食品品種創(chuàng)新；五是方便食品加工制作。隨著中國(guó)食品工業(yè)的快速發(fā)展，食品添加劑行業(yè)也在迅速發(fā)展，但食品添加劑行業(yè)也逐漸暴露出越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題，如混淆添加劑本質(zhì)概念、肆意在食品中添加一些國(guó)家禁止的添加劑而危害國(guó)民身體健康等。作為食品中的添加物質(zhì)，品種不同，作用也就不一樣。食品中一般都存在微生物，這些微生物會(huì)引起食品的變質(zhì)，所以就有丙酸鈣、苯甲酸鈉這樣的防腐劑的產(chǎn)生，抑制食品中微生物的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)食品保質(zhì)時(shí)間。除過(guò)延長(zhǎng)食品的保存時(shí)間作用外，還有其他的添加劑，如可以吃的香料、保護(hù)食品顏色的護(hù)色劑等，這些能讓食品的感官質(zhì)量變的更好，增加消費(fèi)者對(duì)食品的喜愛(ài)。還有一類(lèi)很重要的添加劑就是食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，

16、這種添加劑對(duì)人體有著特定的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，比如說(shuō)丙酸鋅中的鋅離子，就是人體生命活動(dòng)所需要的微量元素，如果食品中添加少量的丙酸鋅，不僅起到防腐作用，同時(shí)對(duì)人體補(bǔ)充鋅離子也是有好處的?，F(xiàn)今，我國(guó)共有23 個(gè)食品添加劑種類(lèi)，包含了2000多個(gè)品種，除過(guò)上面簡(jiǎn)單描述的幾種外，還有酸度調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑、酶制劑等等。1.3紅外光譜分析紅外光譜分析技術(shù)是由光譜儀、化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件和校正模型3部分構(gòu)成的，在線分析系統(tǒng)往往還包括取樣與預(yù)處理、數(shù)據(jù)通訊等部分。從上世紀(jì)80年代中后期，近紅外光譜技術(shù)的研究和應(yīng)用日趨活躍，迄今，近紅外光譜儀器的發(fā)展已走過(guò)50多年的歷程，國(guó)內(nèi)外有30余個(gè)廠家在生產(chǎn)不同用途的近紅外光譜儀，儀器的

17、設(shè)計(jì)方式、性能和測(cè)量方法也都發(fā)生很大的變化。光譜儀的主要技術(shù)指標(biāo)（如信噪比、穩(wěn)定性、儀器間一致性）得到很大的提高并趨穩(wěn)定，理論框架和制造技術(shù)也已趨成熟。這些技術(shù)指標(biāo)保證分析模型的通用性，光譜或分析結(jié)果不需要任何的數(shù)學(xué)處理便可在不同儀器間得到一致的結(jié)果，避免每臺(tái)儀器重復(fù)建模等繁瑣工作，部分實(shí)現(xiàn)分析模型的硬拷貝（即實(shí)現(xiàn)Model Transport，而非Model Transfer）。化學(xué)計(jì)量學(xué)方法是近紅外光譜分析技術(shù)必不可少的組成部分，用于光譜信號(hào)的處理、定量（多元校正）和定性（模式識(shí)別）分析模型的建立。目前，幾乎所有知名近紅外光譜供應(yīng)商大都開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的化學(xué)計(jì)量學(xué)光譜分析軟件，如FOSS公司的Wi

18、nISI軟件、Thermo公司的TQ Analyst軟件、Bruker 的OPUS 軟件和Buchi公司的NIRCal 軟件等。此外，還出現(xiàn)一些通用的化學(xué)計(jì)量學(xué)計(jì)算軟件，如Camo 公司的Unscrambler 軟件、Eigenvector Research 公司的PLS_Toolbox 軟件、PRS公司的 Sirius 軟件等。這些軟件采用的核心算法和功能大同小異，但每套軟件都有各自的特點(diǎn)，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)群的需求。近些年，為建立預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性好和穩(wěn)健性強(qiáng)的近紅外分析模型，近些年出現(xiàn)一些新算法和模型建立策略，如基于核函數(shù)的非線性校正方法、集成（或共識(shí)）的建模策略、多維分辨與校正方法、基于局部樣本的

19、建模策略等。在我國(guó)，盡管在一些領(lǐng)域（例如煉油裝置的在線分析、流通領(lǐng)域藥品的真?zhèn)舞b別、煙草品質(zhì)的快速分析等），近紅外光譜技術(shù)正在發(fā)揮著重要的作用。例如，我國(guó)煉油企業(yè)已有近百套在線近紅外光譜分析儀，一些飼料企業(yè)如正大集團(tuán)也采用幾十臺(tái)在線近紅外分析儀 張遠(yuǎn)方. 現(xiàn)代儀器分析中紅外光譜分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討J. 廣東化工, 2016, 43(2): 129-130.，我國(guó)的地方藥監(jiān)部門(mén)也配備幾百臺(tái)以紅外光譜儀為核心技術(shù)的藥品檢測(cè)車(chē)。近些年，我國(guó)也頒布多項(xiàng)近紅外光譜分析方法的標(biāo)準(zhǔn)，例如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T12008.3、GB/T18868、GB/T24895、GB/T24871）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 1423、

20、NY/T 1841）、地方標(biāo)準(zhǔn)（DB12/T 347-2007）和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如紅河煙草集團(tuán)的QB/HY0001-2008）等。其中，近紅外光譜測(cè)定聚合物羥值的方法被越來(lái)越多的化工企業(yè)采用，不僅節(jié)省分析時(shí)間和成本，還使分析數(shù)據(jù)的重復(fù)性更好，便于生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控。另外，我國(guó)有些機(jī)構(gòu)和企業(yè)建立近紅外應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，為該技術(shù)的大面積推廣應(yīng)用積累一定的經(jīng)驗(yàn)。1.4丙酸的性質(zhì)、用途及防腐機(jī)理1.4.1丙酸的物理性質(zhì)丙酸(Propionic acid)分子式為CH3CH2COOH，是有刺激性氣味的無(wú)色透明液體，能溶于水和有機(jī)酸等物質(zhì)。物理性質(zhì)如下：沸點(diǎn)144.1 、凝固點(diǎn)-22 、相對(duì)密度0.992、閃點(diǎn)65.6

21、、燃點(diǎn)485 。1.4.2丙酸的化學(xué)性質(zhì)能與水混溶，并與水形成恒沸點(diǎn)（99.98 ，含丙酸17.7）溶液。也可與甲苯形成恒沸點(diǎn)溶液。溶于乙醇、乙醚和氯仿等?？捎糜谥苽浔狨ハ懔?，用作硝酸纖維素的溶劑和增塑劑?？捎杀┗虮冀?jīng)氧化制得，也可由乙醇與一氧化碳以三氯化硼為催化劑反應(yīng)；或由乙烯、一氧化碳和水蒸氣在高溫、一定壓力、磷酸為催化劑時(shí)反應(yīng)制得。1.4.3丙酸的用途丙酸是有機(jī)合成中常用的原材料，過(guò)去由于我國(guó)生產(chǎn)丙酸的技術(shù)不成熟，所以需要大量的從國(guó)外進(jìn)口。同時(shí)，丙酸也是重要的精細(xì)化學(xué)產(chǎn)品，能制備具有防腐作用的丙酸鹽，能夠制備酯類(lèi)產(chǎn)品，也能制備酸酐等。丙酸也是世界上公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)、安全有效的食品防腐劑，

22、丙酸能有效的防止谷物結(jié)塊、保鮮糧食，也能用于動(dòng)物的飼料防腐等，且效果顯著，已被廣泛用于農(nóng)業(yè)、輕紡、食品、醫(yī)藥等行業(yè)中。丙酸能有效擬制黃曲霉素的生長(zhǎng)，同時(shí)也對(duì)霉菌、革蘭氏陰性菌、好氣性孢子所形成的菌、馬鈴薯?xiàng)U菌等有效。在國(guó)外，早就將丙酸用作食品和飼料的防腐劑。丙酸使用量相對(duì)低于其他防腐劑。在哺乳動(dòng)物的新陳代謝過(guò)程中，丙酸容易被哺乳動(dòng)物的消化系統(tǒng)吸收，產(chǎn)生的代謝物也與普通的脂肪酸基本無(wú)差別。丙酸對(duì)人、畜絕對(duì)安全。丙酸是發(fā)展精細(xì)化工所必須的重要原料，未來(lái)需要大量的丙酸原料，丙酸后續(xù)產(chǎn)品的附加值都很高，故能開(kāi)發(fā)符合我國(guó)自己獨(dú)立生產(chǎn)丙酸的工藝路線，有著十分重要的意義。1.4.4 丙酸的防腐機(jī)理丙酸以及其

23、鹽類(lèi)的防腐機(jī)理：一是在細(xì)菌或霉菌等細(xì)胞外，通過(guò)未解離的活性丙酸分子作用，能在細(xì)胞外形成高滲透壓，細(xì)胞內(nèi)外壓強(qiáng)不相同，會(huì)讓細(xì)菌或霉菌細(xì)胞內(nèi)部脫水，嚴(yán)重脫水的細(xì)菌或霉菌便會(huì)失去繁殖能力；二是能穿過(guò)細(xì)菌或霉菌等的細(xì)胞壁的活性丙酸分子，會(huì)抑制這些細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的某些酶的活性，酶活性降低或喪失都會(huì)讓細(xì)菌的繁殖受阻，從而達(dá)到防腐效果。丙酸的熱穩(wěn)定性很差，根據(jù)報(bào)道，丙酸在80 下的揮發(fā)量可達(dá)1%；飼料的保存過(guò)程中，如果使用丙酸作防腐劑的話，損失比較快，防腐效果持續(xù)短，導(dǎo)致飼料保存的時(shí)間短；飼料中含有鈣鹽或者蛋白質(zhì)等，這些物質(zhì)很容易被丙酸中和，失去活性，鑒于以上種種原因，人們開(kāi)發(fā)出了多種丙酸鹽制劑。1.5 丙酸鹽

24、的性質(zhì)、用途及研究現(xiàn)狀1.5.1丙酸鈉丙酸鈉(Sodium Propionate)分子式為CH3CH2COONa，相對(duì)分子量為96.06。結(jié)構(gòu)式如下：丙酸鈉是透明顆粒或結(jié)晶體，稍帶丙酸氣味。在濕空氣中容易潮解，比較易溶于水，微溶于醇。熔點(diǎn)為285286 ，水溶解性為995 g/L(20 ) 。對(duì)石蕊呈中性或弱堿性。丙酸鈉對(duì)防霉菌有很好的效果，屬于酸性防腐劑，其防腐原理還是丙酸鹽會(huì)在一定條件下分解，分解出來(lái)的丙酸能對(duì)霉菌起到抑制作用，從而防止食品的變質(zhì)。丙酸鈉因?yàn)槠涮厥獾男再|(zhì)故而在酸性范圍使用效果較好。在面包的發(fā)酵過(guò)程中，丙酸鈉能抑制雜菌生長(zhǎng)；丙酸鈉對(duì)乳酪品的防腐效果也比較好。對(duì)于細(xì)菌，丙酸鈉的

25、抑制作用并不明顯，對(duì)于像枯草桿菌、變形桿菌、八疊球菌等，僅能推遲這些菌類(lèi)的發(fā)育五天，且對(duì)酵母菌沒(méi)有作用。目前，生產(chǎn)丙酸鈉主要采用的是將碳酸鈉投入到反應(yīng)器中，加水?dāng)嚢枞咳芙夂笤俾尤脒m量的丙酸，使溶液的pH調(diào)為6.87.3，再加熱溶液到沸騰后經(jīng)過(guò)冷卻處理使溫度降低到60 ，加入少量的丙酸溶液洗滌，洗滌后經(jīng)過(guò)干燥得到的產(chǎn)物就是丙酸鈉。這種制備丙酸鈉方法的收率大約為89%。1.5.2 丙酸鈣丙酸鈣(Calcium Propionate)分子式為Ca(CH3CH2COO)2·nH2O(n= 0,1)，相對(duì)分子量：無(wú)水物是186.23，一水物是204.24。結(jié)構(gòu)式如下：丙酸鈣是近幾年發(fā)展起

26、來(lái)毒性遠(yuǎn)低于苯甲酸鈉的新型食品添加劑。丙酸鈣也是酸性抑菌劑，針對(duì)霉菌、酵母菌特別是革蘭氏陰性菌和黃曲霉也有抑制作用?；旧蠠o(wú)毒，用量過(guò)大時(shí)有毒性。丙酸鈣是很多國(guó)家用在食品以及飼料中的防霉劑，也可以用作青貯飼料的防霉劑(pH=4.0)，防止飼料變質(zhì)。能有效抑制的最小濃度為0.2%。pH=6.0的時(shí)候，防腐的作用能增大810倍，普通用量0.5%就能起到防霉的效果。常規(guī)生產(chǎn)丙酸鈣是以碳酸鈣(CaCO3)或者氫氧化鈣(Ca(OH)2)與丙酸反應(yīng)制取。或者可以用氧化鈣加水制成石灰乳后，再加入丙酸制得丙酸鈣。用蛋殼為原料，用過(guò)量蛋殼在常溫常壓下與丙酸反應(yīng)3 h，經(jīng)過(guò)濾、濃縮，在120烘干得丙酸鈣晶體，這種

27、制備工藝的產(chǎn)率可達(dá)97以上曲世偉,張佳琦. 丙酸鈣的生產(chǎn)工藝研究J. 農(nóng)產(chǎn)品加工,學(xué)刊, 2007, 12(121): 37-42.。1.5.3 丙酸鋅丙酸鋅 (Zinc propionate) 分子式為Zn(CH3CH2COO)2，外觀為白色粉末狀晶體，分子量為211.52，有特殊氣味。結(jié)構(gòu)式如下：丙酸鋅主要能延長(zhǎng)食品的保鮮期，對(duì)食品起著防腐作用。例如添加到醬油中，可防止醬油因?yàn)槲⑸锏姆敝扯冑|(zhì)，不能食用。人體正常的新陳代謝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生脂肪酸，而丙酸鋅在特定條件下分解釋放出來(lái)的丙酸正如人體的脂肪酸一樣被人體吸收，同時(shí)能供給人體自身正常生命活動(dòng)所需要的微量元素鋅。丙酸鋅最常用在糕點(diǎn)和面包等食

28、品中，用來(lái)防止這些食物變質(zhì)。丙酸鋅不僅能作為食品防腐劑，同時(shí)也能添加到動(dòng)物飼料中殺菌及補(bǔ)鋅。丙酸鋅的生物學(xué)利用率是硫酸鋅的120倍，能顯著的促進(jìn)動(dòng)物食欲，提高動(dòng)物的免疫能力，使動(dòng)物腸道的微生態(tài)保持平衡，降低消化道疾病發(fā)生率等。除此之外，丙酸鋅還能治療由霉菌引起的皮膚病。當(dāng)以丙酸與堿式碳酸鋅為原材料，通過(guò)常規(guī)加熱合成丙酸鋅，得出丙酸與堿式碳酸鋅的質(zhì)量比為1.00:0.31，反應(yīng)時(shí)間為2 h，水的用量是丙酸質(zhì)量的6倍，丙酸鋅的產(chǎn)率能達(dá)到94.3%。文獻(xiàn)報(bào)道制備丙酸鋅能用氫氧化鋅法、氧化鋅法和丙酸鈣法等三種方法，不同的制備方法有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)。氫氧化鋅法可以用氧化鋅先與氫氧化鈉反應(yīng)，然后再在混合溶液

29、中加入丙酸溶液，反應(yīng)時(shí)間為6080 min，平均產(chǎn)率為76%；氫氧化鋅法的另一種制備方法是用硫酸鋅與氫氧化鈉直接反應(yīng)后，在混合液中加入丙酸溶液，反應(yīng)時(shí)間為6090 min，丙酸鋅平均產(chǎn)率為80%。氫氧化鋅法在反應(yīng)液中引入鈉離子，使得反應(yīng)的工藝很復(fù)雜，后續(xù)產(chǎn)物除雜比較困難，收率低于80%。氧化鋅法是讓丙酸與氧化鋅直接反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為6090 min，產(chǎn)率可以達(dá)到83%，這種制備方法主要是反應(yīng)速率較慢，固液相直接接觸，很難控制反應(yīng)過(guò)程。復(fù)分解法是讓丙酸鈣與硫酸鋅直接反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為3050 min，丙酸鋅平均產(chǎn)率為82.4%。丙酸鈣法較前兩種制備方法，明顯縮短了反應(yīng)時(shí)間。1.6丙酸鋅合成工藝研究1

30、.6.1 微波水熱法制備丙酸鋅分別準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量的氧化鋅(mM)和去離子水，先后加入到250 mL的三口圓底燒瓶中；將燒瓶置于微波反應(yīng)器中，并開(kāi)啟微波反應(yīng)器，在一定的微波功率下進(jìn)行微波輻射使溫度升至設(shè)定溫度，將準(zhǔn)確量取的丙酸用恒壓滴液漏斗于30 s之內(nèi)加入到三口燒瓶中；攪拌反應(yīng)一定時(shí)間后趁熱過(guò)濾，過(guò)濾后濾液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶、重結(jié)晶、干燥得到白色丙酸鋅晶體。改變反應(yīng)溫度(TM )、反應(yīng)時(shí)間(tM )、丙酸與氧化鋅的摩爾比(nM )和去離子水量(VM )重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)；平行實(shí)驗(yàn)3次，產(chǎn)率取其平均值。1.6.2傳統(tǒng)水熱法制備丙酸鋅傳統(tǒng)水熱法制備丙酸鋅有多種方法，可以采用氧化鋅法、氫氧化鋅法和

31、丙酸鈣法等方法制備。不同的制備方法有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)。表2-1 丙酸鋅制備主要方法方法原料反應(yīng)時(shí)間（min）平均產(chǎn)率（%）缺點(diǎn)氧化鋅法（氯化鋅+氫氧化鈉）+丙酸608076工藝復(fù)雜、有副產(chǎn)物、產(chǎn)率較低（硫酸鋅+氫氧化鈉）+丙酸609080工藝復(fù)雜、有副產(chǎn)物氫氧化鋅法氯化鋅 + 丙酸609083反應(yīng)較慢、反應(yīng)過(guò)程較難控制復(fù)分解法（氫氧化鈣+丙酸）+硫酸鋅506079工藝流程較長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定丙酸鈣 + 硫酸鋅305082.4精致要求較高其中，氫氧化鋅法工藝復(fù)雜，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)率含量低且有副產(chǎn)物的生成；與氫氧化鋅法相比，氧化鋅法產(chǎn)率高，但存在反應(yīng)速率慢，反應(yīng)過(guò)程控制難的缺點(diǎn)。相較而言，復(fù)分解法制取

32、丙酸鋅就具有很大的優(yōu)勢(shì)。丙酸鈣法具有工藝路線簡(jiǎn)短、反應(yīng)快速、徹底，并且制備過(guò)程較易控制、沒(méi)有其他副產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)，故選用以丙酸鈣為原料的復(fù)分解反應(yīng)法取丙酸鋅。本實(shí)驗(yàn)大致流程為將丙酸鈣溶于一定量的熱水中配成質(zhì)量濃度為1.075 mol/L的溶液，取該溶液58 mL(0.062mol)在不斷攪拌下加入質(zhì)量濃度為1.239 mol/L 的硫酸鋅溶液50 mL(0.062 mol)，在80 保溫40 min，使物料充分反應(yīng)完全。趁熱過(guò)濾，除去硫酸鈣，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻，得白色粉狀產(chǎn)品丙酸鋅。其化學(xué)反應(yīng)式如下：Ca(C2H5COO)2 +ZnSO4 Zn(C2H5COO)2 +CaSO4本實(shí)驗(yàn)主要研究復(fù)分

33、解法制備丙酸鋅的生產(chǎn)工藝，通過(guò)考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、物料摩爾比、去離子水量、攪拌頻率、濃縮時(shí)間等因素，確定制備食品添加劑丙酸鋅的最佳工藝，研制出兼具防腐作用的鋅營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。1.7研究目的與研究?jī)?nèi)容本論文的研究目的掌握由復(fù)分解反應(yīng)法制備丙酸鋅的方法，考察各因素對(duì)丙酸鋅產(chǎn)量的影響，確定制備的最佳工藝條件。本論文的研究包括以下內(nèi)容：（1） 考察固液比、反應(yīng)溫度對(duì)中間體丙酸鈣反應(yīng)的影響（2） 考察反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響（3） 考察物料摩爾比、去離子水用量對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響（4） 考察濃縮時(shí)間、攪拌頻率對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響第2章 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)試劑實(shí)驗(yàn)中所用的試劑如表2-1所示。表2

34、-1 實(shí)驗(yàn)試劑試劑名稱(chēng)純度生產(chǎn)廠家氧化鈣分析純天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司丙酸分析純天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所硫酸鋅分析純天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司去離子水-自制表2-2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器名稱(chēng)型號(hào)生產(chǎn)廠家磁力加熱攪拌器CJJ78-1金壇市環(huán)保儀器廠調(diào)溫電熱套ZDHW北京中興偉業(yè)儀器有限公司電子天平PHS-25上海雷磁儀器廠烘箱202-Z上?；ぴO(shè)備廠粉碎機(jī)PC99上?；ぴO(shè)備廠玻璃儀器-天津玻璃儀器廠循環(huán)水式真空泵SHZ-D鞏義市予華儀器有限公司2.2實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)中所用的儀器如表2-2所示。2.3 實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)大致流程為將丙酸鈣溶于一定量的熱水中配成質(zhì)量濃度為1.075 mol/L的溶液，取該溶

35、液58 mL(0.062 mol)在不斷攪拌下加入質(zhì)量濃度為1.239 mol/L的硫酸鋅溶液50 mL (0.062 mol)，在80 保溫40 min，使物料充分反應(yīng)完全。趁熱過(guò)濾，除去硫酸鈣，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻，得白色粉狀產(chǎn)品丙酸鋅。2.3.1中間體丙酸鈣的合成工藝條件的考察（1）反應(yīng)溫度對(duì)中間體丙酸鈣產(chǎn)率的影響分別稱(chēng)取3 g氧化鈣放入6個(gè)錐形瓶中，加入50 mL去離子水，振蕩，使其變成懸浮液，向其中滴加4.5 mL丙酸，使溶液pH為7左右即可。分別在30 、35 、40 、45 、50 、55 水浴鍋中反應(yīng)，同時(shí)控制反應(yīng)時(shí)間30 min，反應(yīng)后溶液變澄清，將反應(yīng)后的溶液抽濾，濾餅烘干

36、并用電子天平稱(chēng)重，濾液用電熱套加熱濃縮過(guò)濾，經(jīng)過(guò)兩次結(jié)晶、重結(jié)晶，將產(chǎn)品烘干稱(chēng)重。（2）固液比對(duì)中間體丙酸鈣產(chǎn)率的影響分別稱(chēng)取3 g 氧化鈣放入5個(gè)錐形瓶中，加入50 mL去離子水，振蕩，使其變成懸浮液，分別向其中滴加3 mL，3.75 mL，4.5 mL，5.25 mL，6 mL丙酸，使溶液pH為7左右即可。在50 水浴鍋中反應(yīng)，同時(shí)控制反應(yīng)時(shí)間30 min，反應(yīng)后溶液變澄清，將反應(yīng)后的溶液抽濾，濾餅烘干并用電子天平稱(chēng)重，濾液用電熱套加熱濃縮過(guò)濾，經(jīng)過(guò)兩次結(jié)晶、重結(jié)晶，將產(chǎn)品烘干稱(chēng)重。2.3.2丙酸鋅的合成工藝條件的考察（1）反應(yīng)溫度對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響分別稱(chēng)取丙酸鈣11.98 g放入5個(gè)錐形

37、瓶中，加入55 mL去離子水將丙酸鈣溶解，取硫酸鋅9.98 g配制成1.239 mol/L的硫酸鋅溶液分別滴加到5個(gè)錐形瓶中，振蕩。分別在20 、40 、60 、80 、100 水浴鍋中反應(yīng)，同時(shí)控制反應(yīng)時(shí)間40 min，攪拌頻率為300 rpm，將反應(yīng)后的溶液熱過(guò)濾，濾液用電熱套加熱濃縮，濃縮時(shí)間為30 min，冷卻后過(guò)濾，經(jīng)過(guò)兩次結(jié)晶、重結(jié)晶，將產(chǎn)品烘干稱(chēng)重。（2）反應(yīng)時(shí)間對(duì)中間體丙酸鈣產(chǎn)率的影響分別稱(chēng)取丙酸鈣11.98 g放入5個(gè)錐形瓶中，加入55 mL去離子水將丙酸鈣溶解，取硫酸鋅9.98 g配制成1.239 mol/L的硫酸鋅溶液分別滴加到5個(gè)錐形瓶中，振蕩。在80 水浴鍋中反應(yīng)，分

38、別在反應(yīng)時(shí)間20 min，30 min，40 min，50 min，60 min下進(jìn)行反應(yīng)，攪拌頻率為300 rpm，將反應(yīng)后的溶液熱過(guò)濾，濾液用電熱套加熱濃縮，濃縮時(shí)間為30 min，冷卻后過(guò)濾，經(jīng)過(guò)兩次結(jié)晶、重結(jié)晶，將產(chǎn)品烘干稱(chēng)重。（3）物料摩爾比對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響取硫酸鋅9.98 g配制成1.239 mol/L的硫酸鋅溶液分別加到6個(gè)錐形瓶中，分別稱(chēng)取丙酸鈣9.98 g，11.98 g，13.97 g，15.97 g，17.96 g，19.96 g加入55 mL去離子水將丙酸鈣溶解，滴加到6個(gè)錐形瓶中，振蕩。在80水浴鍋中反應(yīng)，同時(shí)控制反應(yīng)時(shí)間40 min，進(jìn)行反應(yīng)，攪拌頻率為300 r

39、pm，將反應(yīng)后的溶液熱過(guò)濾，濾液用電熱套加熱濃縮，濃縮時(shí)間為30 min，冷卻后過(guò)濾，經(jīng)過(guò)兩次結(jié)晶、重結(jié)晶，將產(chǎn)品烘干稱(chēng)重。（4）去離子水量對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響取硫酸鋅9.98 g配制成1.239 mol/L的硫酸鋅溶液分別加到5個(gè)錐形瓶中，再稱(chēng)取丙酸鈣9.98 g，加入40 mL，45 mL，50 mL，55 mL，60 mL去離子水將丙酸鈣溶解，將丙酸鈣溶液滴加到5個(gè)錐形瓶中，振蕩。在80 水浴鍋中反應(yīng)，同時(shí)控制反應(yīng)時(shí)間40 min下進(jìn)行反應(yīng)，攪拌頻率為300 rpm，將反應(yīng)后的溶液熱過(guò)濾，濾液用電熱套加熱濃縮，濃縮時(shí)間為30 min，冷卻后過(guò)濾，經(jīng)過(guò)兩次結(jié)晶、重結(jié)晶，將產(chǎn)品烘干稱(chēng)重。（5）

40、攪拌頻率對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響取硫酸鋅9.98 g配制成1.239 mol/L的硫酸鋅溶液分別加到5個(gè)錐形瓶中，再稱(chēng)取丙酸鈣9.98 g，加入55 mL去離子水將丙酸鈣溶解，將丙酸鈣溶液滴加到5個(gè)錐形瓶中，振蕩。在80水浴鍋中反應(yīng)，同時(shí)控制反應(yīng)時(shí)間40 min，分別在攪拌頻率為100 rpm，200 rpm，300 rpm，400 rpm，500 rpm下進(jìn)行反應(yīng)，將反應(yīng)后的溶液熱過(guò)濾，濾液用電熱套加熱濃縮，冷卻后過(guò)濾，經(jīng)過(guò)兩次結(jié)晶、重結(jié)晶，將產(chǎn)品烘干稱(chēng)重。（6）濃縮時(shí)間對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響取硫酸鋅9.98g配制成1.239 mol/L的硫酸鋅溶液分別加到5個(gè)錐形瓶中，再稱(chēng)取丙酸鈣9.98 g，加入

41、55 mL去離子水將丙酸鈣溶解，將丙酸鈣溶液滴加到5個(gè)錐形瓶中，振蕩。在80水浴鍋中反應(yīng)，同時(shí)控制反應(yīng)時(shí)間40 min，分別在攪拌頻率為300 rpm下進(jìn)行反應(yīng)，將反應(yīng)后的溶液熱過(guò)濾，濾液用電熱套加熱濃縮，濃縮時(shí)間分別為10 min，15 min，20 min，25 min，30 min，35 min，冷卻后過(guò)濾，經(jīng)過(guò)兩次結(jié)晶、重結(jié)晶，將產(chǎn)品烘干稱(chēng)重。2.4 計(jì)算方法丙酸鋅產(chǎn)率的計(jì)算產(chǎn)物純度的計(jì)算通過(guò)已經(jīng)標(biāo)定了濃度的 EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液，在測(cè)定出產(chǎn)物中鋅離子的含量后，通過(guò)鋅離子的含量計(jì)算出丙酸鋅的實(shí)際含量，從而可以得出其純度。式中：W丙酸鋅的純度(%)；V滴定試樣消耗的EDTA的體積(mL)；

42、CEDTA溶液濃度(mol/L)；M丙酸鋅的摩爾質(zhì)量(g/mol)；m丙酸鋅樣品的質(zhì)量(g)。參照丙酸鈣GB(25548-2010)檢測(cè)方法，根據(jù)標(biāo)定的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)出鋅離子含量，然后通過(guò)鋅離子含量換算出丙酸鋅的實(shí)際含量，從而檢測(cè)出丙酸鋅的純度高達(dá)99%，符合食品添加劑純度標(biāo)準(zhǔn)。Zn2+含量的計(jì)算稱(chēng)取結(jié)晶產(chǎn)物250 mg左右于250 mL的燒杯中，加50 mL水，加入6 mol/L的HCL數(shù)滴，搖勻后使之完全溶解，移入100 mL容量瓶中，加水，定容。取3個(gè)標(biāo)號(hào)分別為1、2、3的錐形瓶，各加入10 mL配好的待測(cè)溶液后，依次加入pH=5.7的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液10 mL，2 g/L的二

43、甲酚橙指示劑4滴，用0.01 mol/L的EDTA溶液由快而慢的滴定，當(dāng)溶液的顏色由紫紅色變?yōu)榱咙S色，即為滴定終點(diǎn)。式中，V表示滴定試樣消耗的EDTA的體積(mL)；C表示EDTA的溶液濃度(mol/L)；0.06539表示與1.00mL的EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液C(EDTA=1.000 mol/L)相當(dāng)于以克表示的鋅的含量；m表示試樣的質(zhì)量(g)。鋅離子含量測(cè)定允許的誤差為：兩次平行測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)值應(yīng)不大于10mg/kg，取兩次測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值為最終測(cè)定結(jié)果。第3章 結(jié)果與討論本論文主要采用復(fù)分解法即丙酸鈣法制備丙酸鋅。首先考察了中間體丙酸鈣的最佳工藝條件，然后主要考察了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、

44、固液比等對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響，確定最佳的反應(yīng)工藝條件。3.1反應(yīng)溫度對(duì)中間體丙酸鈣產(chǎn)率的影響稱(chēng)取氧化鈣3.0 g，在反應(yīng)時(shí)間為30 min，固液比為1:1.5（g/mL），不同溫度條件下丙酸鈣的產(chǎn)率不同，結(jié)果見(jiàn)表3-1所示。反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖3-1所示。表3-1 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響編號(hào)溫度/產(chǎn)率/%純度/%13057.4388.223567.794.234075.3496.644576.9290.755092.496.1465580.298.3由表3-1和圖3-1得出如下結(jié)論：隨著反應(yīng)溫度的增加，丙酸鈣的產(chǎn)率逐漸提高，但，當(dāng)達(dá)到一定反應(yīng)溫度時(shí)，隨著反應(yīng)溫度的繼續(xù)升高，丙酸鈣的產(chǎn)量開(kāi)始下降

45、，即50 時(shí)產(chǎn)量最高劉愛(ài)文,陳忻,吳瑞芳. 用毛蛤殼制備檸檬酸鈣、丙酸鈣的研究J. 應(yīng)用科技, 2001, 28(11): 56-58.。這是由于溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，使分子間有效碰撞次數(shù)增加，同時(shí)分子的運(yùn)動(dòng)速度加快，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。但溫度過(guò)高會(huì)使丙酸和水的蒸發(fā)速度太快，甚至一部分丙酸發(fā)生碳化，導(dǎo)致反應(yīng)物減少，反而降低了反應(yīng)物的濃度，同時(shí)使丙酸鈣的濃度大大增加，不利于反應(yīng)的進(jìn)行，使產(chǎn)量和產(chǎn)率下降。綜合考慮，反應(yīng)的最佳溫度為50 ，因此控制溫度在50 左右進(jìn)行為宜徐敏,楊德玉. 用蛋殼制備丙酸鈣的一種新方法的研究J. 中國(guó)食品添加劑, 2002,11(5): 11-14.。圖3-1 反

46、應(yīng)溫度對(duì)中間體丙酸鈣產(chǎn)率的影響3.2 固液比對(duì)中間體丙酸鈣產(chǎn)率的影響稱(chēng)取氧化鈣3.0 g，在反應(yīng)時(shí)間為30 min，反應(yīng)溫度為50 ，不同固液比條件下得到丙酸鈣的產(chǎn)率不同，結(jié)果見(jiàn)表3-2所示。固液比對(duì)丙酸鈣產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖3-2所示。表3-2 固液比對(duì)產(chǎn)率的影響編號(hào)固液比/（g/mL）產(chǎn)率/%純度/%11:170.9790.321:1.2579.396.331:1.593.4796.741:1.7591.8695.451:291.598.4由表3-2和圖3-2得出如下結(jié)論：丙酸鈣產(chǎn)率隨固液比的增加先增大后下降，固液比為1:1.5時(shí)產(chǎn)率最高徐俊.用蛋殼制備丙酸鈣的研究J. 淮南師范學(xué)院學(xué)報(bào),200

47、4, 6(3): 45-46.。丙酸量較少時(shí)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)不完全，產(chǎn)品產(chǎn)率較低，所以丙酸過(guò)量越多，產(chǎn)率越大。隨著丙酸過(guò)量程度的增加，產(chǎn)物的產(chǎn)量逐漸提高，達(dá)到一個(gè)值以后，產(chǎn)量卻有所下降。這是由于丙酸過(guò)量越多，會(huì)導(dǎo)致制得的產(chǎn)品中含有大量的丙酸晶體，不利于反應(yīng)進(jìn)行，并且固液比太大也會(huì)造成后續(xù)過(guò)程的蒸發(fā)時(shí)間、濃縮時(shí)間變長(zhǎng)，從而使能耗增加。所以從時(shí)間、收益和減少能耗等方面統(tǒng)籌考慮，固液比為1:1.5即丙酸過(guò)量50%為最佳條件陳雪,孫超,趙玉娥. 以蛋殼為原料用水熱法制備丙酸鈣的工藝研究J. 2010,31(1):1-2.，因此控制固液比在1:1.5左右進(jìn)行為宜。圖3-2 固液比對(duì)中間體丙酸鈣產(chǎn)率的影響3.3

48、 反應(yīng)溫度對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響用電子天平稱(chēng)取硫酸鋅9.98 g，在反應(yīng)時(shí)間為40 min，物料摩爾比（Ca(C2H5COO)2/ZnSO4）為1.2:1，去離子水用量為55 mL，濃縮時(shí)間為30 min，攪拌頻率為300 rpm，不同反應(yīng)溫度條件下得到丙酸鋅的產(chǎn)率不同，結(jié)果見(jiàn)表3-3所示。反應(yīng)溫度對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖3-3所示。表3-3 反應(yīng)溫度對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響編號(hào)溫度/產(chǎn)率/%純度/%12026.690.124032.493.236066.691.548088.5694.6510079.5192.5圖3-3 反應(yīng)溫度對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響由表3-3和圖3-3得出如下結(jié)論：隨著反應(yīng)溫度的增加，丙

49、酸鋅的產(chǎn)率逐漸提高，但當(dāng)達(dá)到一定反應(yīng)溫度時(shí)，隨著反應(yīng)溫度的繼續(xù)升高，丙酸鋅的產(chǎn)量開(kāi)始下降，即80 時(shí)產(chǎn)量最高。這是由于溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，使分子間有效碰撞次數(shù)增加，同時(shí)分子的運(yùn)動(dòng)速度加快，有利于反應(yīng)的進(jìn)行陳曉寧, 謝放華, 王偉等. 微波輻射合成食品添加劑丙酸鋅的工藝條件研究J. 食品工業(yè)科技, 2013, 8(34):301-321.。但溫度過(guò)高會(huì)使水的蒸發(fā)速度太快，導(dǎo)致反應(yīng)物減少，反而降低了反應(yīng)物的濃度，同時(shí)使丙酸鋅的濃度大大增加，不利于反應(yīng)的進(jìn)行，使產(chǎn)量和產(chǎn)率下降。綜合考慮，反應(yīng)的最佳溫度為80 ，因此控制溫度在80左右進(jìn)行為宜。3.4反應(yīng)時(shí)間對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響用電子天平稱(chēng)取硫

50、酸鋅9.98 g，在反應(yīng)溫度為80 ，物料摩爾比（Ca(C2H5COO)2/ZnSO4）為1.2:1，去離子水用量為55 mL，濃縮時(shí)間為30 min，攪拌頻率為300 rpm，不同反應(yīng)時(shí)間條件下得到丙酸鋅的產(chǎn)率不同，結(jié)果見(jiàn)表3-4所示。反應(yīng)時(shí)間對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖3-4所示。表3-4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響編號(hào)時(shí)間/min產(chǎn)率/%純度/%12061.393.6(續(xù)表)23076.393.834082.4195.145082.7292.656083.1896.8圖3-4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響由表3-4和圖3-4可知，反應(yīng)時(shí)間太短丙酸鋅時(shí)的產(chǎn)率較低，這是因?yàn)楸徕}為弱酸鹽，反應(yīng)速度較

51、慢，反應(yīng)時(shí)間太短會(huì)使反應(yīng)不完全，導(dǎo)致反應(yīng)的產(chǎn)率較低。考慮到硫酸鋅的充分利用，故適當(dāng)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間張娟娟,謝放華,陳曉寧等.微波與傳統(tǒng)水熱法合成丙酸鋅J. 精細(xì)化工, 2012, 2(32): 176-180.。由圖4-5可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，丙酸鋅的產(chǎn)率再逐漸增加，而反應(yīng)時(shí)間在40 min左右反應(yīng)基本完全，若反應(yīng)時(shí)間再延長(zhǎng)至50 min以上，所得產(chǎn)率增加的不太明顯，與反應(yīng)40 min所得產(chǎn)率相差不大，這是因?yàn)榇藭r(shí)反應(yīng)已基本達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在增加反應(yīng)時(shí)間只是徒勞。從節(jié)能降耗、縮短工藝周期考慮，以40 min為最佳反應(yīng)時(shí)間條件。因此，控制時(shí)間在40 min左右進(jìn)行為宜。3.5物料摩爾比對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率

52、的影響用電子天平稱(chēng)取硫酸鋅9.98 g，在反應(yīng)溫度為80 ，反應(yīng)時(shí)間為40 min，去離子水用量為55 mL，濃縮時(shí)間為30 min，攪拌頻率為300 rpm，不同物料摩爾比（Ca(C2H5COO)2/ZnSO4）條件下得到丙酸鋅的產(chǎn)率不同，結(jié)果見(jiàn)表3-5所示。物料摩爾比對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖3-5所示。圖3-5 物料摩爾比對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響反應(yīng)物摩爾比是影響目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率的一個(gè)重要影響因素。由反應(yīng)平衡式可知，每1 mol氧化鋅需要2 mol丙酸才能完全反應(yīng)，增大摩爾比有利于反應(yīng)的進(jìn)行，增大丙酸鋅的產(chǎn)量。在固定硫酸鋅用量、反應(yīng)時(shí)間40 min、反應(yīng)溫度為80 、去離子水用量為55 mL條件下，考

53、察了物料摩爾比（Ca(C2H5COO)2/ZnSO4）為1.0:1、1.2:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1、2.0:1時(shí)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響秦建芳, 譚俊民, 弓巧娟等.響應(yīng)面分析法優(yōu)化廢棄雞蛋殼制備丙酸鈣J. 食品研究與開(kāi)發(fā), 2014, 2(35): 39-42.，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-5所示。由表3-5和圖3-5可知，在物料摩爾比為理論比1.0:1時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率為77.91%，反應(yīng)原料硫酸鋅基本與丙酸鈣發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，然由圖可以看出當(dāng)丙酸鈣的用量增加即Ca(C2H5COO)2/ZnSO4的比例增加時(shí)，水溶性丙酸鋅的產(chǎn)率隨之增加。這是因?yàn)楸徕}的增加，提高了反應(yīng)體系中的ZnSO4的利

54、用率，進(jìn)而使目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率增加，故本研究選用稍過(guò)量的丙酸鈣以保證反應(yīng)進(jìn)行徹底。由圖3-5還可以看出，當(dāng)配比Ca(C2H5COO)2/ZnSO4為1.2:1時(shí)，水溶性丙酸鋅的產(chǎn)率最大；當(dāng)進(jìn)一步增加物料摩爾比（Ca(C2H5COO)2/ZnSO4）時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率稍降，可能是在反應(yīng)體系中，當(dāng)丙酸鈣的量過(guò)量時(shí)，所需配比的硫酸鋅也隨之增多，而實(shí)際上硫酸鋅的量未達(dá)到所需要的配比，故目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率偏低。考慮到原料的利用率，采用物料摩爾比1.2:1比較適宜。表3-5 物料摩爾比（Ca(C2H5COO)2/ZnSO4）對(duì)產(chǎn)率的影響編號(hào)物料摩爾比產(chǎn)率/%純度/%11:177.9195.621.2:182.849

55、6.231.4:176.394.641.6:166.7798.751.8:155.3597.362:134.9498.93.6去離子水用量比對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響用電子天平稱(chēng)取硫酸鋅9.98 g，在反應(yīng)溫度為80 ，反應(yīng)時(shí)間為40 min，物料摩爾比為1.2:1，濃縮時(shí)間為30 min，攪拌頻率為300 rpm，不同去離子水用量條件下得到丙酸鋅的產(chǎn)率不同，結(jié)果見(jiàn)表3-6所示。去離子水用量對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖3-6所示。表3-6 去離子水用量對(duì)產(chǎn)率的影響編號(hào)去離子水量/mL產(chǎn)率/%純度/%14078.1391.524579.8993.535081.2795.445582.7296.856082.4

56、297.1由表3-6和圖3-6可知，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率較低時(shí)去離子水用量少，這可能是去離子水用量少時(shí)，硫酸鋅濃度高，溶液反應(yīng)接觸不充分，固定時(shí)間內(nèi)反應(yīng)不徹底，產(chǎn)率不理想。增加去離子水的添加量丙酸鋅產(chǎn)率隨之升高，但當(dāng)去離子水的添加量大于50 mL時(shí)，丙酸鋅產(chǎn)率基本維持穩(wěn)定，總體呈先增后降的趨勢(shì)，再增加去離子水用量已無(wú)必要，且過(guò)多的去離子水用量會(huì)增加產(chǎn)物的濃縮時(shí)間和能耗，在去離子水用量為50 mL時(shí)目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率達(dá)到最大。超過(guò)50 mL產(chǎn)率降低的原因是過(guò)多的水量，導(dǎo)致反應(yīng)物濃度都偏低，反應(yīng)速率下降，自然導(dǎo)致丙酸鋅的產(chǎn)率下降。因此，本研究采用55 mL去離子水用量作為較適宜的量。圖3-6 去離子水量對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響3.7攪拌頻率比對(duì)丙酸鋅產(chǎn)率的影響用電子天平稱(chēng)取硫酸鋅9.98 g，在反應(yīng)溫度為80 ，反應(yīng)時(shí)