食品添加劑氫氧化鈣在檸檬酸鈣制備中的應用
摘要：
檸檬酸鈣是一種重要的食品添加劑，工業中常作螯合劑、緩沖劑、組織凝固劑、鈣劑強化劑、乳化鹽等。作為鈣質強化劑，具有無味的特點。檸檬酸鈣的鈣含量高，吸收率高，被廣泛應用于包括嬰兒配方食品、果汁、乳制品、固體飲料、運動飲料、牛乳、豆乳、保健品和谷物制品等。檸檬酸鈣屬于有機酸鈣，較無機鈣溶解度大且生物利用率高。
鈣是人體內第五大元素，它對人體內的許多生理過程都起著十分重要的作用。人類的牙齒和骨骼中99%是鈣。因此，不管是營養性還是代謝性的缺對人體的健康都會有極廣的負面影響。骨質疏松癥就是最常見的一種由于缺鈣所引起的代謝性骨疾。缺鈣不僅是對骨骼有害，而且也會導致增加得高血壓、乳癌和腎結石的危險。所以補鈣對身體健康是非常重要的。在補鈣過程中，檸檬酸鈣相對于碳酸鈣等無機鈣來說，具有非常大的優點，因為檸檬酸鈣在吸收過程中不會生成CO2產生胃脹等情況，且含鈣量高。
本論文通過對檸檬酸鈣制備過程的影響因素的研究，確定了溫度、Ca(OH)2的純度、檸檬酸用量、制備過程中的酸度曲線，為實際生產提供工藝參數。
關鍵詞：檸檬酸鈣；食品添加劑；補鈣；影響因素
1.的物理與化學性質及用途
檸檬酸鈣,化學名2-羥基-1,2,3-丙三羧酸鈣，別名，枸椽酸鈣，分子式為Ca3(C6H5O7)2 4H2O.常為細小的白色晶體或白色粉末，通常含有4個結晶水，晶體分子量571.31。 檸檬酸鈣在水中的溶解度較??；并且隨溫度升高降低。如果升溫至70℃，失去部分結合水而轉變為Ca3(C6H5O7)2·4H2O。結晶水加熱至100℃時逐漸失去水，120℃時完全失水。
檸檬酸鈣的溶解度為0.95g/L水隨著溫度升高至95～100℃，Ca3(C6H5O7)2·4H2O的溶解度可降低到0.578g/L水。檸檬酸鈣的溶解度還和酸度有關，PH值降低時溶解度增大。檸檬酸鈣常做為鈣質強化劑、螯合劑。檸檬酸鈣屬于有機酸鈣，較無機鈣溶解度大且生物利用率高。作為鈣質強化劑，檸檬酸鈣的鈣含量高，味道平和，氣味適中，吸收率高，可用于多種食品的強化，包括嬰兒配方食品、果汁、乳制品、固體飲料、運動飲料、牛乳、豆乳、保健品和谷物制品等。另外還可在食品工業中作螯合劑、緩沖劑、組織凝固劑等。
2.檸檬酸鈣粉體的制備
粉體制備過程中，首先原料的純度是制約產品質量的一個重要的標準，其主要體現在碳酸鈣的燒制程度和氧化鈣含量等問題。
再就是中和滴定過程中滴定的質量非常重要。以檸檬酸為標準溶液滴定食品添加劑氫氧化鈣為例，當檸檬酸量不夠，主要表現是食品添加劑氫氧化鈣反應不完全。影響產品的質量，達不到理論值所允許的誤差。檸檬酸過量，會導致檸檬酸鈣繼續反應生成檸檬酸一鈣和檸檬酸二鈣。
3．檸檬酸鈣制備研究的現狀
當前檸檬酸鈣的工業生產一般是利用生物發酵方法制取原料檸檬酸。鈣元素主要是利用豐富的無機鈣煅燒生產食品添加劑氫氧化鈣，做成食品添加劑，一般需要食品添加劑氫氧化鈣的純度非常高，所以有的才用二次煅燒法，里面包括碳化過程，再煅燒提取純度非常高的食品添加劑氫氧化鈣溶液。再與檸檬酸進行中和反應制取產品檸檬酸鈣。
4．檸檬酸鈣制備方框流程圖
碳酸鈣→煅燒→粉末（CaO）→消化Ca(OH)2→中和（檸檬酸）→加熱→沉淀→抽濾→檸檬酸鈣→干燥→粉碎→壓片→產品
5.實驗室檸檬酸鈣制備的工藝條件的研究
5.1反應機理
利用石灰石高溫煅燒，制取中間產物氧化鈣。再把生石灰進行消化，制取熟石灰，使用過濾器除去石灰水里面的雜質，得到較純的食品添加劑氫氧化鈣溶液，再利用檸檬酸與食品添加劑氫氧化鈣在一定的條件下，進行中和反應，得到所需產品檸檬酸鈣晶體。主要反應方程式為：
CaCO3=CaO+CO2 ↑ CaO+H2O=Ca(OH)2
3Ca(OH)2+C6H5O7→(C6H5O7)2Ca3+C6H5O7→(C6H6O7)2Ca2+C6H5O7→(C6H7O7)2Ca
5.1.1石灰乳滴加入檸檬酸溶液中的反應過程
5.1.2檸檬酸溶液滴加入石灰乳中的反應過程
5.1.3檸檬酸鈣水解方程式
5.2消化過程
5.2.1溫度的選擇
消化過程的反應方程式為： CaO+H2O → Ca(OH)2
反應為放熱反應，但起始反應溫度為70℃左右最為合適，因為可以加快反應的反應速率。原因是氧化鈣在70℃的熱水中最容易發生消化反應，隨著溫度的升高，食品添加劑氫氧化鈣在水中的溶解度越來越小。但溫度太低時，氧化鈣發生消化反應不完全。所以，在消化過程中需注意溫度的控制。
5.2.2食品添加劑氫氧化鈣直接溶解
將實驗所需質量的食品添加劑氫氧化鈣加入裝有300ml 水的燒杯中，放在電子攪拌器上加熱溶解。（檸檬酸滴定食品添加劑氫氧化鈣）
將實驗所需質量的食品添加劑氫氧化鈣加入裝有500 ml水燒杯中，放在電子攪拌器上加熱溶解。（食品添加劑氫氧化鈣滴定檸檬酸）
5.2.3生石灰消化
稱取優質生石灰50g,倒入裝有300ml 70℃熱水的燒杯中，在電子攪拌器不斷攪拌的情況下進行消化，以致充分反應為止。（檸檬酸滴定食品添加劑氫氧化鈣）
同樣稱取優質生石灰60g倒入裝有500ml 70℃熱水燒杯中，在電子攪拌器不斷攪拌的情況下進行消化，以致充分反應為止。（食品添加劑氫氧化鈣滴定檸檬酸）
以生石灰為原料制備食品添加劑氫氧化鈣溶液時，在充分反應完全之后，我們要通過過濾篩（80目）對食品添加劑氫氧化鈣溶液進行過濾，以制取較純凈的食品添加劑氫氧化鈣水溶液。
5.2.4檸檬酸鈣制備工藝流程圖
5.3反應條件
在反應過程中，攪拌速度不宜過快，太快會導致溶液飛濺出來，影響實驗效果和準確度。但是攪拌速度過慢也不行，會導致反應不完全，致使達不到實驗效果和準確度。一般是稍微出現漩渦狀即可以。但隨著標準溶液的加入反應越來越慢，且燒杯底部出現沉淀，所以相應的要加快攪拌速度，但也不能太快，主要是由于被滴定溶液的濃度減小，致使反應接觸面積減小，所以要加快攪拌速度來增大反應接觸面積，來保證標準溶液不在反應器里囤積。
5.4正、反滴定對反應產生的影響
主反應為：3Ca(OH)2+2C6H5O7=Ca3(C6H5O7)2+6H2O
但是在反應過程中，由于滴定的順序不同，所生成的中間產物也不同。在檸檬酸滴定食品添加劑氫氧化鈣溶液時，由于堿過量，所以直接生成了檸檬酸鈣。但是滴定終點必須pH值必須保持在7~9之間，不然會生成檸檬酸二鈣和一鈣等副產物。用食品添加劑氫氧化鈣標準溶液滴定檸檬酸時，由于酸過量，所以會生成檸檬酸一鈣，再生成檸檬酸二鈣，最后生成我們所要制備的產品檸檬酸鈣。所以在操作過程中必須穩定而且較緩慢的進行滴定。
5.5滴定速度對反應產生的影響
在滴定過程中，要保持較慢的滴定方法，因為食品添加劑氫氧化鈣是中強堿，而檸檬酸也是中強酸，在反應過程中，反應不是很激烈，所以要有充分的反應時間。而且在反應過程中也要保持較快的攪拌速度，以便于有更大的接觸面積，使反應更充分。
5.6滴定終點的判斷
在反應過程中，滴定終點是一個很重要的平衡標準。滴定終點判定中，我們一般以中和液的pH值作為依據。在檸檬酸滴定食品添加劑氫氧化鈣溶液中，當中和液穩定時的pH值在7~9之間為最好的滴定范圍；而食品添加劑氫氧化鈣標準溶液滴定檸檬酸時，pH應在7左右，所以我們可以用酚酞試劑做為指示劑。
5.7干燥過程的控制
把抽濾之后的檸檬酸鈣晶體放入恒溫箱里面進行干燥，特別要注意的是溫箱溫度不能太高。檸檬酸鈣在70℃時，失去部分結合水而轉變為Ca3(C6H5O7)2·4H2O。結晶水加熱至100℃時逐漸失去水，120℃時完全失水。所以要制備4個結晶水的檸檬酸鈣晶體時，我們應該把溫度調制在70℃左右。
6總 結
檸檬酸鈣作為一種新型的食品補鈣添加劑，主要用于濃縮乳、甜煉乳、稀奶油、融化干酪、果醬、果凍、面粉和發酵豆醬作為鈣源。同時還可以作螯合劑、緩沖劑、組織凝固劑、乳化鹽等。相對于傳統的無機鈣劑，具有較大的優點。
