徐霞，楊邦偉，蔡燕萍，劉書(shū)來(lái)，劉建華，丁玉庭*

1(浙江工業(yè)大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 杭州，310014)2(國(guó)家遠(yuǎn)洋水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)分中心(杭州)，浙江 杭州，310014)

貝殼是一種良好的天然鈣源，其CaCO3含量高達(dá)95%以上[1]。我國(guó)沿海貝殼資源豐富，但大量貝殼廢棄物多被堆積遺棄，易造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)廢棄貝殼可用于各種補(bǔ)鈣制劑的制備與生產(chǎn)[1-2]，但綜合利用率仍相對(duì)較低。鈣是人體內(nèi)必需元素之一，也是組成人體骨骼、牙齒、臟器、血液和肌肉組織的重要成分，人體缺鈣時(shí)可發(fā)生各種生理功能障礙。市場(chǎng)上補(bǔ)鈣制劑品種繁多，乳酸鈣因其鈣含量高、溶解度較大、吸收率高、安全性高、價(jià)格合理等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。但普通鈣劑被人體吸收利用率較低，局限性明顯[3]。CHO等研究發(fā)現(xiàn)，納米級(jí)顆粒有較高的吸收率且有效成分分布更廣泛，有望克服普通鈣劑現(xiàn)有的局限。原因是鈣的吸收利用率常常受到吸收部位藥物溶出速度的支配，納米粒徑的鈣可以無(wú)需消化吸收而直接穿透組織間隙，提高人體對(duì)鈣的吸收速度且增加分布廣度，從而提高生物利用度[4-5]。基于此，探索以貝殼為鈣源的納米乳酸鈣的綠色高效制備方法，對(duì)提高鈣的吸收效率及貝殼綜合利用率具有重要意義。

利用貝殼制備乳酸鈣以煅燒法[6-7]和發(fā)酵法[8]居多，煅燒法制備乳酸鈣需要消耗大量能源煅燒貝殼去除有機(jī)雜質(zhì)，產(chǎn)生大量廢氣對(duì)環(huán)境不友好；發(fā)酵法需要使用乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生乳酸再與貝殼反應(yīng)，生成乳酸鈣，此法產(chǎn)生大量富營(yíng)養(yǎng)廢水，產(chǎn)生的乳酸酸性較弱反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。制備納米乳酸鈣的方法有化學(xué)沉淀法和層狀液晶法[9]等，化學(xué)沉淀法在緩慢冷卻飽和乳酸鈣熱溶液的過(guò)程中，對(duì)pH值控制的要求嚴(yán)苛、重現(xiàn)性差，難以規(guī)?；?。層狀液晶法制備納米乳酸鈣需使用大量有機(jī)試劑形成液相界面，在生產(chǎn)過(guò)程中存在安全隱患，易殘留有毒有害成分在成品中且工藝過(guò)程復(fù)雜、對(duì)設(shè)備要求較高且污染環(huán)境[5,9-11]。

表面活性劑可促進(jìn)晶體成核，減緩晶核的形成速率或抑制晶體快速長(zhǎng)大，已被廣泛報(bào)道應(yīng)用于有機(jī)和無(wú)機(jī)納米粉體材料的生產(chǎn)[11]，在食品領(lǐng)域以乳化劑、增稠劑等應(yīng)用為主，此方面的研究和報(bào)道較少。本文提出一種乳酸鈣晶體納米化的新工藝方法，在中和反應(yīng)后的重結(jié)晶階段添加微量的表面活性劑結(jié)合高速剪切來(lái)控制晶體粒徑并保持分散性，無(wú)需高溫煅燒，亦無(wú)需使用有毒有害試劑，是一種環(huán)境友好的制備新工藝。此外相較于現(xiàn)有制備方法，本工藝對(duì)儀器設(shè)備的要求低、制備工序少、成本低且環(huán)保綠色，為貝殼的綜合利用提供了一種新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 原料與試劑

貽貝貝殼,取自嵊泗縣貽貝殼集中處理中心。乙醇(95%)、無(wú)水乙醇、乳酸、吐溫80(聚山梨酯80)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)標(biāo)準(zhǔn)溶液、鈣紅指示劑，均購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.1.2 儀器

超低溫冰箱U410-86，英國(guó)New Brunswick Scientific；冷凍干燥機(jī)SCIENTZ-12N，寧波新芝生物科技股份有限公司；高速離心分散機(jī)T25D，德國(guó)IKA；透射電子顯微鏡Tecnai G2 F30，F(xiàn)EI美國(guó)；X射線衍射儀X′Pert Pro，荷蘭帕納科；傅立葉變換顯微紅外光譜儀Nicolet 6700，美國(guó)Thermo。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 貽貝殼預(yù)處理

取廢棄貽貝殼置于清水中，粗略去除大量附著的海藻及殘留的貽貝肉。洗凈后用0.1%HCl溶液浸泡1 h，徹底去除表面附著的外套膜及貝肉，洗凈后烘干備用。將貽貝殼砸碎后用萬(wàn)能粉碎機(jī)粉碎。過(guò)40目篩，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 納米乳酸鈣制備的工藝流程

制備納米乳酸鈣的工藝流程主要由中和反應(yīng)、納米化重結(jié)晶和純化干燥3個(gè)過(guò)程組成。在加熱超聲環(huán)境中貝殼粉與食品級(jí)乳酸溶液發(fā)生中和反應(yīng)。反應(yīng)后靜置降溫，調(diào)節(jié)pH值，放入恒溫箱中緩慢勻速降溫至22 ℃。取出乳酸鈣過(guò)飽和溶液，在晶體析出重結(jié)晶前快速向溶液加入適量吐溫80，同時(shí)以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速高速剪切一段時(shí)間，控制析出的乳酸鈣顆粒粒徑及其粒度分布。將乳酸鈣懸濁液低速離心，棄去上層清液，用適量無(wú)水乙醇反復(fù)沖洗納米乳酸鈣，去除表面活性劑、提高乳酸鈣純度。最后，凍干乳酸鈣，制得食品級(jí)納米乳酸鈣粉體。其中乳酸鈣在水中的溶解度隨著溫度變化而變化，55 ℃為其溶解度曲線的拐點(diǎn)溫度[13]，在降溫結(jié)晶時(shí)效率最高，故設(shè)反應(yīng)溫度為55 ℃。

工藝流程如下：

預(yù)處理貝殼粉→加入乳酸→置于加熱超聲環(huán)境→中和反應(yīng)→取出靜置降溫→調(diào)節(jié)pH值→緩慢降溫重結(jié)晶→加入表面活性劑→高速剪切→低速離心→無(wú)水乙醇醇洗→冷凍干燥→納米乳酸鈣粉體。

1.2.3 中和反應(yīng)工藝優(yōu)化

通過(guò)單因素試驗(yàn)優(yōu)化并確定經(jīng)過(guò)中和反應(yīng)過(guò)程中乳酸的用量以及反應(yīng)時(shí)間。乳酸用量單因素試驗(yàn)：取2.0 g貽貝殼粉，加入40 mL蒸餾水中，緩慢攪拌防止貝殼顆粒沉底，將反應(yīng)容器置于55℃的水浴中，緩慢加入6 mol/L乳酸溶液 (0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8和2.0 mL)。120 min反應(yīng)后，經(jīng)過(guò)抽濾、降溫、過(guò)濾即得乳酸鈣粗產(chǎn)品，干燥后分別稱量比較產(chǎn)率，由于本試驗(yàn)原料取用量一致，結(jié)果用乳酸鈣的產(chǎn)量作對(duì)比；中和反應(yīng)時(shí)間單因素試驗(yàn)：取貽貝殼粉2.0 g，加入40 mL水，加入1.8 mL乳酸溶液(6 mol/L)，55 ℃水浴反應(yīng)不同時(shí)間(30、60、90、120和150 min)后，計(jì)算并比較乳酸鈣的產(chǎn)率，計(jì)算方法如公式(1)：

(1)

式中：實(shí)際產(chǎn)量，反應(yīng)后乳酸鈣烘干后稱重的質(zhì)量，g；理論產(chǎn)量，使用貝殼的重量計(jì)算其CaCO3含量，進(jìn)一步計(jì)算中和反應(yīng)生成乳酸鈣的理論質(zhì)量，g。

1.2.4 乳酸鈣的粒徑控制及工藝優(yōu)化

稱取10 g制備的乳酸鈣粗產(chǎn)品，溶解于100 mL 55℃的蒸餾水中。飽和后，將其放置在室溫下冷卻到30℃，然后置于22℃恒溫箱中，令其緩慢降溫至22℃，調(diào)節(jié)pH值至7.0左右。隨后通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化納米乳酸鈣的粒徑控制工藝，篩選較優(yōu)的表面活性劑并確定添加量、剪切速度及剪切時(shí)間。

(1)單因素試驗(yàn)方法

表面活性劑篩選及添加量確定：取配置好的1 L乳酸鈣溶液降溫并調(diào)節(jié)pH后分別加入0、5、10、15、20、40、60和80 μL的吐溫80、吐溫40或吐溫20，并用高速剪切機(jī)以7 000 r/min的速度攪拌210 s，隨即轉(zhuǎn)移至離心管中固液分離和純化；剪切速度：加入20 μL的吐溫80，并用高速剪切機(jī)分別以0、4 000、5 000、6 000、7 000、8 000、9 000 r/min的速度攪拌210 s，隨即轉(zhuǎn)移至離心管中固液分離和純化；剪切時(shí)間：加入20 μL的吐溫80，并以7 000 r/min的速度攪拌0、30、60、90、120、150、180、210 s，隨即轉(zhuǎn)移至離心管中固液分離和純化，分別測(cè)定并比較其粒徑。

(2)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以剪切速度和剪切時(shí)長(zhǎng)為響應(yīng)因素，乳酸鈣粒徑為響應(yīng)值，利用Design-Expert10.0軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。

1.2.5 純化與干燥參數(shù)優(yōu)化

采用無(wú)水乙醇多次清洗去除所制備的乳酸鈣中殘留的表面活性劑。通過(guò)單因素試驗(yàn)優(yōu)化純化及干燥工藝，并確定洗滌次數(shù)、無(wú)水乙醇的添加量以及干燥時(shí)間參數(shù)。

洗滌次數(shù)單因素試驗(yàn)：加入乳酸鈣10倍體積的無(wú)水乙醇，分別洗滌1、2、3、4、5、6次后，棄去上層清液并將純化的乳酸鈣移至培養(yǎng)皿中，適當(dāng)處理后置于凍干機(jī)中，凍干6 h；無(wú)水乙醇添加量單因素試驗(yàn)：分別加入乳酸鈣0、2、4、6、8、10倍體積的無(wú)水乙醇，緩慢攪拌后靜置棄去上層清液，重復(fù)2次后將乳酸鈣移至培養(yǎng)皿中，-80℃預(yù)冷8 h，轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中干燥6 h；干燥時(shí)間單因素試驗(yàn)：加入乳酸鈣10倍體積的無(wú)水乙醇，緩慢攪拌后靜置棄去上層清液，分別重復(fù)兩次。將純化的乳酸鈣移至培養(yǎng)皿中，適當(dāng)處理后置于凍干機(jī)中，分別凍干0、1、2、3、4、5、6 h，并測(cè)定乳酸鈣產(chǎn)品的純度。

1.2.6 測(cè)定與表征方法

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 1886.21—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 乳酸鈣》[14]，利用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定納米乳酸鈣產(chǎn)品中的鈣含量并以此可計(jì)算產(chǎn)品的純度及乳酸鈣產(chǎn)量。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 1886.21—2016，利用干燥減重的測(cè)定方法確定含水量。電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)被用于乳酸鈣中氟化物及重金屬元素含量的測(cè)定：將樣品消化后，過(guò)濾，蠕動(dòng)泵送入霧化器，利用同心型氣動(dòng)霧化器產(chǎn)生氣溶膠，在載氣載帶下噴入焰炬，進(jìn)樣量大約為1 mL/min。

透射電子顯微鏡(TEM)表征：取0.1 g納米乳酸鈣，加入10 mL無(wú)水乙醇超聲10 min，滴于銅網(wǎng)上并低溫陰干，放入Tecnai G2 F30中用于TEM觀察、拍照，統(tǒng)計(jì)顆粒的粒徑；傅里葉透射紅外光譜(FT- IR)表征：取0.1 g樣品加入到0.15 g KBr粉末中，置于紅外燈照射環(huán)境下用瑪瑙研缽研磨2～3 min，充分混合后壓片，利用傅立葉變換顯微紅外光譜儀Nicolet 6700全波段掃描，繪制紅外光譜圖；X-射線衍射(XRD)表征：取納米乳酸鈣粉末樣品研磨后，置于玻璃樣品盒中，按壓結(jié)實(shí)后放入X射線衍射儀X'Pert Pro中測(cè)定所制備乳酸鈣的晶體結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與分析

2.1 中和反應(yīng)工藝條件的優(yōu)化

由圖1-A可知，中和反應(yīng)當(dāng)乳酸用量增加至1.8 mL時(shí)乳酸鈣產(chǎn)量達(dá)到最高值2.1 g，產(chǎn)率為95.0%，貝殼粉中所有的CaCO3都反應(yīng)成為乳酸鈣，雜質(zhì)為貝殼中的有機(jī)物。由于此單因素試驗(yàn)貝殼粉使用量固定在2.0 g，即乳酸最優(yōu)使用量為每克貝殼粉，使用0.9 mL乳酸。由圖1-B可知，乳酸與貝殼粉經(jīng)120 min反應(yīng)完全，由于乳酸酸性較弱，反應(yīng)推進(jìn)速度慢，所以反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。

故中和反應(yīng)的最佳制備工藝參數(shù)為：每克貝殼粉使用0.9 mL乳酸；反應(yīng)時(shí)間為120 min時(shí)，中和反應(yīng)較為充分、高效，在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)及時(shí)用量增大，最制備工藝參數(shù)同樣可行。

A-中和反應(yīng)乳酸用量；B-中和反應(yīng)時(shí)間

2.2 表面活性劑種類及濃度對(duì)乳酸鈣粒徑的影響

微量的表面活性劑在鹽飽和液中具有降低表面張力、增大表面活性并增大鹽類結(jié)晶過(guò)程中的界面能[15]，也就是表面活性劑的存在一方面可以促進(jìn)成核，另一方面可以減緩晶核形成速率或抑制晶體快速長(zhǎng)大，從而可以減小晶體粒徑，并改善晶體的粒度分布[16]。

因此，在本研究中通過(guò)添加微量的表面活性劑來(lái)控制乳酸鈣顆粒的粒徑，并防止其在干燥過(guò)程中再次團(tuán)聚。其中，表面活性劑的種類和添加量至關(guān)重要。為了較好地控制乳酸鈣顆粒的粒徑，選擇表面活性劑的方法遵循：親油基鏈長(zhǎng)，易于形成膠團(tuán)的高分子材料[17]。此外，由于目標(biāo)產(chǎn)物為食品級(jí)，所選表面活性劑還需要滿足符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的食品級(jí)添加劑，且在完成制備工序后易洗滌去除?；诖?，本實(shí)驗(yàn)選用吐溫80、40和20這3種表面活性劑來(lái)研究其對(duì)乳酸鈣粒徑的影響。

如圖2所示為不同表面活性劑和添加量對(duì)乳酸鈣粒徑的影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，表面活性劑在最終反應(yīng)液中的濃度為0～20 μL/L，隨著添加量的增加，粒徑呈線性減小；當(dāng)表面活性劑的最終濃度超過(guò)20 μL/L時(shí)，乳酸鈣的粒徑不再隨著表面活性劑的增加而變化。吐溫80在乳酸鈣粒徑控制方面效果較優(yōu)，最佳添加量為反應(yīng)液中濃度20 μL/L。納米粉體的合成中，表面活性劑的添加量可根據(jù)臨界膠束濃度理論(critical micelle concentration theory)[18-20]計(jì)算：表面活性劑在達(dá)到一定濃度前，其添加量與分散效果呈線性正比；達(dá)到一定濃度后其分散效果將達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，其添加量增加也不會(huì)讓分散效果進(jìn)一步提高；其添加量過(guò)多容易造成表面活性劑之間的基團(tuán)相互糾纏導(dǎo)致粒徑的小幅上升[21]。試驗(yàn)中用到的表面活性劑的臨界膠束濃度值均為20 μL/L左右[22]，與我們的試驗(yàn)結(jié)果一致；吐溫80的親油基鏈較長(zhǎng)，親油性強(qiáng)，在水溶液中易形成膠團(tuán)，包裹乳酸鈣顆粒，可有效抑制晶體的生長(zhǎng)，且毒性最低、安全性最高，故首選食品級(jí)吐溫80。

圖2 表面活性劑種類及濃度對(duì)乳酸鈣顆粒平均粒徑的影響試驗(yàn)結(jié)果圖

2.3 乳酸鈣粒徑控制工藝參數(shù)的優(yōu)化

根據(jù)DLVO理論(DLVO theory)，表面活性劑影響納米顆粒的分散機(jī)理是降低微粒表面張力與增加水的親和性和顆粒之間的吸引能，并形成排斥能。吸引能和排斥能之和等于總位能，總位能決定微粒間的距離。這2種相反的作用力平衡在70 nm[22]。由此，本文所述利用表面活性劑控制粒徑的理論極限粒徑為70 nm。乳酸鈣顆粒的析出過(guò)程為瞬間形成晶核，過(guò)飽和溶液中的離子在晶核基礎(chǔ)上快速附著成為乳酸鈣晶體，并不斷生長(zhǎng)[15]。而表面活性劑包裹已經(jīng)存在的晶體后，阻隔了晶體與過(guò)飽和溶液中離子的界面能，阻斷了晶體的繼續(xù)生長(zhǎng)。高速剪切使表面活性劑快速均勻分布在溶液中，盡快地包裹晶體并阻止其進(jìn)一步生長(zhǎng)。因此，在乳酸鈣重結(jié)晶階段，晶體析出前添加表面活性劑并結(jié)合高速剪切，能阻止乳酸鈣晶體長(zhǎng)大，控制粒徑在100 nm以下，理論上是可行的。

鑒于剪切速度和剪切時(shí)間的工藝參數(shù)，直接決定了生產(chǎn)中所需使用的儀器設(shè)備規(guī)格及功率，而單因素試驗(yàn)的結(jié)果較為粗略。為了獲得較為準(zhǔn)確的工藝參數(shù)，以剪切速度和剪切時(shí)間為響應(yīng)因素，設(shè)計(jì)試驗(yàn)且對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)影響還原力的各因素進(jìn)行擬合，得到回歸方程：

Y=172.30-120.88×A-27.33×B+8.00×AB+35.65×A2+6.10×B2

根據(jù)圖4響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果所示，當(dāng)剪切速度為9 000 r/min，剪切時(shí)間240 s，吐溫含量為20 μL/L時(shí)，平均粒徑達(dá)到了最小值73.1 nm。剪切速度對(duì)粒徑的影響較大，且決定了生產(chǎn)時(shí)所需儀器的性能與功率，在剪切速度7 500 r/min，剪切時(shí)間240 s時(shí)，乳酸鈣粒徑已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求?？紤]到生產(chǎn)設(shè)備與成本的制約，盡量選擇剪切速度最小的工藝參數(shù)，建議采用的工藝參數(shù)組合為：剪切速度7 500 r/min，剪切時(shí)間240 s，吐溫80添加量為最終反應(yīng)液中濃度為20 μL/L。驗(yàn)證試驗(yàn)制得乳酸鈣平均粒徑為95.1 nm。

A-響應(yīng)面試驗(yàn)俯視等高線圖;B-響應(yīng)面試驗(yàn)3D結(jié)果圖

此外，乳酸鈣的納米化重結(jié)晶，首次可析出乳酸鈣約為熱溶液中乳酸鈣總質(zhì)量的9.5%；再次加熱溶解乳酸鈣和表面活性劑進(jìn)行循環(huán)生產(chǎn)，析出量約為再次溶解乳酸鈣量的99%。循環(huán)生產(chǎn)多次后，平均產(chǎn)率可達(dá)90%，且隨著循環(huán)次數(shù)的增加而增加。循環(huán)補(bǔ)料生產(chǎn)的方法，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

2.4 純化與干燥工藝參數(shù)的優(yōu)化

乳酸鈣不溶于乙醇，吐溫80溶解于乙醇中，為了提高純度，減少乳酸鈣損耗，選擇使用無(wú)水乙醇沖洗。為減少干燥過(guò)程中溫度對(duì)納米顆粒粒徑的影響，選擇冷凍干燥為納米乳酸鈣顆粒的干燥方式。中和反應(yīng)及重結(jié)晶過(guò)程均是在室溫下進(jìn)行，因考慮到納米乳酸鈣的制備方法最終是要應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)，而工廠化生產(chǎn)中進(jìn)行大規(guī)模的降溫不是綠色、高效、經(jīng)濟(jì)的選擇，故在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也應(yīng)貼近實(shí)際，選擇室溫(25℃左右)為試驗(yàn)環(huán)境溫度。

由圖4-A，洗滌次數(shù)單因素試驗(yàn)結(jié)果可知，用無(wú)水乙醇洗滌納米乳酸鈣達(dá)3次時(shí)，純度達(dá)到了最高值為99.5%，由于無(wú)水乙醇中含有少量水，造成了極少的損耗。由圖4-B無(wú)水乙醇添加量單因素試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著洗滌劑使用量的不斷增加，納米乳酸鈣的純度在隨之不斷的升高。當(dāng)無(wú)水乙醇的使用量達(dá)到納米乳酸鈣體積的5倍時(shí)。洗滌效果達(dá)到了最佳值，此時(shí)納米乳酸鈣純度為99.5%。由圖4-C干燥時(shí)長(zhǎng)單因素試驗(yàn)結(jié)果可知，冷凍干燥3 h后，納米乳酸鈣已經(jīng)完全干燥。故洗滌純化經(jīng)過(guò)純化與干燥過(guò)程的最佳工藝參數(shù)為5倍體積的無(wú)水乙醇洗滌3次后凍干3 h，此時(shí)制得的納米乳酸鈣粉體經(jīng)純度測(cè)定，純度為99.5%。

2.5 納米乳酸鈣產(chǎn)品表征與分析

2.5.1 FT-IR結(jié)果分析

2.5.2 XRD結(jié)果分析

通過(guò)XRD檢測(cè)方法，根據(jù)圖6對(duì)比乳酸鈣的XRD標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)源于ICDD數(shù)據(jù)庫(kù)，4個(gè)關(guān)鍵特征峰的2θ值均出在現(xiàn)在樣品的XRD圖譜中[23]，且衍射峰尖銳清晰，說(shuō)明該樣品為L(zhǎng)-乳酸鈣且純度高。觀察其性狀為白色且無(wú)味，與L-乳酸鈣應(yīng)有的表觀性狀一致。

A-無(wú)水乙醇洗滌次數(shù)；B-無(wú)水乙醇添加量；C-冷凍干燥時(shí)間

A-乳酸鈣標(biāo)準(zhǔn)紅外圖譜；B-納米乳酸鈣樣品的紅外結(jié)果圖

A-納米乳酸鈣XRD結(jié)果圖;B-乳酸鈣產(chǎn)品圖

2.5.3 TEM分析

為確定所制備的乳酸鈣樣品顆粒的尺寸及形貌，用TEM觀測(cè)形貌并測(cè)量粒徑。如圖7-ATEM測(cè)定結(jié)果所示，制備的納米乳酸鈣大小分布均勻，形態(tài)為圓球形。粒度統(tǒng)計(jì)分布如圖7-B，納米乳酸鈣固體平均粒徑為95.1 nm，統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)超過(guò)500個(gè)。

A-納米乳酸鈣TEM照片;B-乳酸鈣粒度分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.5.4 其他污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果

ICP-MS檢測(cè)結(jié)果如表1所示，所有指標(biāo)均符合GB1886.21—2016《食品添加劑乳酸鈣的食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》[13]的要求，說(shuō)明利用吐溫80這種表面活性劑控制乳酸鈣粒徑、制備的納米乳酸鈣可安全食用。

表1 其他污染物含量表

3 結(jié)論

綜合以上分析結(jié)果，以廢棄貝殼為鈣源，通過(guò)中和反應(yīng)、納米化重結(jié)晶、純化干燥等過(guò)程制備納米乳酸鈣的較優(yōu)工藝條件為：每克貝殼粉添加0.9 mL乳酸溶液、中和反應(yīng)時(shí)間120 min；剪切速度7 500 r/min、剪切時(shí)間240 s、表面活性劑吐溫80最終反應(yīng)液中的濃度為20 μL/L；5倍體積的無(wú)水乙醇洗滌3次、凍干3 h。所制備的納米乳酸鈣平均粒徑為95.1 nm，純度達(dá)99.5%，且符合食品級(jí)添加劑的國(guó)標(biāo)質(zhì)量要求。

本文研究了一種貝殼的高值化利用新方法及其較優(yōu)工藝條件，使用表面活性劑與高速剪切相結(jié)合的新方法控制乳酸鈣晶體的粒徑并防止其團(tuán)聚。此方法與工藝適合工廠化生產(chǎn)納米級(jí)乳酸鈣，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有苛刻的條件，制備工序少、成本低，且使用的試劑均為食品級(jí)，無(wú)有毒有害試劑，所制備的納米乳酸鈣符合食品級(jí)添加劑的國(guó)標(biāo)。