維生素 C鈣鹽的合成

李園園 ,鄭利宇 ,高 莉 ,周俊俊

(鄭州拓洋實(shí)業(yè)有限公司 ,河南鄭州 450000)

維生素 C鈣兼具維生素 C和鈣的同等藥理作用,可用于治療維生素 C和預(yù)防治療缺鈣癥,并且維生素 C制成鈣鹽后更容易被人體吸收,穩(wěn)定性增強(qiáng)。在國(guó)外維生素 C鈣已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和食品行業(yè)。在食品行業(yè)中,維生素 C鈣可作為食品的抗氧劑、強(qiáng)化劑和添加劑等。

本文采用維生素 C和碳酸鈣為原料,在不加氮?dú)獾那闆r下進(jìn)行了研究,確定了維生素 C鈣合成的最佳工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料及儀器

維生素 C,鄭州拓洋實(shí)業(yè)生產(chǎn);甲醇,天津市化學(xué)試劑三廠,分析純;碳酸鈣,天津紅巖化學(xué)試劑廠,分析純。電動(dòng)攪拌器,江蘇金壇市大中儀器廠;電熱恒溫水浴鍋,江蘇金壇市大中儀器廠;真空干燥箱,DZF-6020,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;真空泵,SH-CB,鞏義市予華儀器有限公司;250 mL三口瓶;500 mL抽濾瓶;濾膜,1μm;分析天平 (Adventure)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在裝有電動(dòng)攪拌器的三口瓶中加入 44 g VC和一定量的水,用水浴鍋控制反應(yīng)溫度,在勻速攪拌下,緩慢加入一定量的碳酸鈣,使液面保持 CO2覆蓋。待反應(yīng)完全后抽濾,濾液轉(zhuǎn)入三口瓶中,室溫下加入大量甲醇,緩慢醇析結(jié)晶,加完后持續(xù)降溫,抽濾,用甲醇洗滌,真空干燥,即得成品維生素 C鈣。

1.3 分析方法及標(biāo)準(zhǔn)

用 0.1 mol/L碘的標(biāo)準(zhǔn)溶液滴至終點(diǎn),每 0.1 mol/L碘標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于 10.66 mg的 VC-Ca。

性狀:VC-Ca為白色或淡黃色結(jié)晶粉末,無臭,溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚。

質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (GB15809-1995):含量≥98%;比旋度 [α]20D:+95°～ +97°;砷 (以 As計(jì) ) ≤10 ×10-7;氟化物≤10×10-6;重金屬 (以 Pb計(jì) )≤10×10-6。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素條件的確定

反應(yīng)投入 44 g VC,攪拌轉(zhuǎn)速為中檔,加入水量(每克 VC加水以毫升數(shù)計(jì),mL/g)1.05 mL,水浴溫度 60℃,反應(yīng)時(shí)間 80min,投料比VC∶CaCO3=1∶0.525為基準(zhǔn)。

2.1.1 加水量對(duì)收率的影響

表1 加水量對(duì)收率的影響

從表1可見,加水量過少時(shí),在反應(yīng)過程中維生素C鈣容易析出,從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行;若加水過多會(huì)影響收率。在保證維生素 C鈣不析出的情況下加入水量越少收率越高。當(dāng)加水量為 1 mL/g時(shí)收率最高,所以選擇加水量為 1 mL/g。

2.1.2 反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響

表2 反應(yīng)溫度對(duì)收率及產(chǎn)品顏色的影響

從表2可看出,隨著溫度的升高產(chǎn)品收率逐漸提高,但是由于高溫下氧化反應(yīng)加快,生產(chǎn)的維生素C鈣顏色較黃,產(chǎn)品質(zhì)量下降。張輝[1]指出選擇 60℃為最佳反應(yīng)溫度,但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 60℃時(shí)產(chǎn)品為淺黃色,為保證產(chǎn)品的最佳外觀色度,使外觀為白色,反應(yīng)溫度定為小于 60℃為佳。同時(shí)也可看出50℃和 60℃時(shí)收率相差無幾,在保證外觀色度及收率的同時(shí)兼顧能源消耗最少,所以選擇 50℃最為適宜。

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響

表3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響

從表3可看出,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)品收率在一定范圍內(nèi)逐漸提高。這是因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi) VC和 CaCO3中和反應(yīng)不完全,生成的維生素 C鈣較少,所以收率不高。時(shí)間越長(zhǎng),中和反應(yīng)越徹底,但是當(dāng)達(dá)到一定的時(shí)間反應(yīng),中和反應(yīng)完全后,再延長(zhǎng)時(shí)間也不會(huì)提高收率,所以反應(yīng)時(shí)間定為 100 min。

2.1.4 投料比對(duì)收率的影響

表4 投料比對(duì)收率的影響

為了提高維生素 C鈣產(chǎn)品的收率,可以采用增加反應(yīng)物用量的方法。相對(duì)于 VC,碳酸鈣價(jià)格較低,可以適當(dāng)增加碳酸鈣的用量。隨著碳酸鈣用量的增加,產(chǎn)品的收率在一定范圍內(nèi)增加,但當(dāng)投料比VC∶CaCO3大于 1∶0.525時(shí),收率基本不再增加。同時(shí)碳酸鈣加的越多抽濾難度越大,若抽濾時(shí)間過長(zhǎng)維生素 C鈣也容易析出。從表4可看出,投料比VC∶CaCO3=1∶0.525時(shí)不但保證了產(chǎn)品的最大收率,制備成本也達(dá)到了最低,而且也保證了抽濾的正常進(jìn)行。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1 正交實(shí)驗(yàn)

為了進(jìn)一步優(yōu)化合成工藝,本實(shí)驗(yàn)又采取正交試驗(yàn)方法,根據(jù)單因素確定的條件和實(shí)際情況,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表5。以投入 44 gVC為基準(zhǔn),結(jié)果見表6。

表5 因素水平表

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果分析表

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知最佳條件為 A1B2C2D3,此條件為加水量 ∶VC(mL/g)=1,反應(yīng)溫度為 50℃,反應(yīng)時(shí)間為 100 min,投料比 (VC∶CaCO3)=1∶0.525。

2.2.2 穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證其最優(yōu)工藝條件的穩(wěn)定性,又在此條件下進(jìn)行了 5組實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表7。

表7 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,加水量多少對(duì)產(chǎn)品影響很大,加水過少維生素C鈣容易析出,實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行;加水過多會(huì)降低收率,當(dāng)加水量為 1 mL/g時(shí)可保證維生素 C鈣不析出而且收率最高。同時(shí)提高反應(yīng)溫度可以提高產(chǎn)品收率,但高溫下氧化反應(yīng)也加快,產(chǎn)品質(zhì)量下降、顏色發(fā)黃,為保證產(chǎn)品質(zhì)量,溫度選擇 50℃最佳。投料量的配比 (VC∶Ca-CO3)最好控制在 1∶0.525,若小于此值,不能有效利用 VC,造成浪費(fèi);若大于此值收率不能再提高,也造成了CaCO3浪費(fèi),同時(shí)也給抽濾增加了難度。1∶0.525的配比能最大限度利用 VC,減少 CaCO3消耗量,也在最大程度上提高了收率,是最為經(jīng)濟(jì)的配比方案。

以VC和 CaCO3為原料合成維生素 C鈣的最佳工藝條件為:加水量 1 mL/g,反應(yīng)溫度 50℃,反應(yīng)時(shí)間 100 min,投料量配比 VC∶CaCO3=1∶0.525。在此反應(yīng)條件下生成的維生素 C鈣含量平均為 99.35%,收率達(dá)到 86.91%。