利用贝壳粉清洗果蔬的可行性研究.docx
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利用贝壳粉清洗果蔬的可行性研究
利用贝壳粉清洗果蔬的可行性研究
上大附中施婕徐凤娇徐征宇
摘要：
[目的]研究贝壳粉用于清洗果蔬的可行性。
[方法]贝壳经酸洗后，950℃，1小时的高温灼烧，研磨成粉末，并分析灼烧前后碳酸钙的含量变化。
取一定量贝壳粉清洗果蔬，测试不同的投加量、清洗时间、清洗方式等条件下果蔬清洗前后的细菌总数、农残、果蜡等指标变化。
[结论]实验结果显示在一定量的菌液中加入浓度为4.8g/L的贝壳粉溶液，0.5hr后，菌落总数明显减少；多菌灵溶液中加入3.0克/升的的贝壳粉，经45min后可达到50%左右的去除率；打蜡橙子的表皮经贝壳粉搓洗后去除效果明显。
因此贝壳粉用于清洗果蔬具有可行性，是一种绿色无污染物质。
关键词：
贝壳粉果蔬除菌农残果蜡去除率
通常人们在食用完鲜美的贝类、或加工贝类产品后，就将其贝壳丢弃。
通常贝壳的主要成分为含95%碳酸钙和少量的壳质素。
分为三层，最外层为黑褐色的角质层薄而透明，有防止碳酸侵蚀的作用，由外套膜边缘分泌的壳质素构成。
中层为棱柱层即壳层，较厚，由外套膜边缘分泌的棱柱状的方解石构成。
外层和中层可扩大贝壳的面积，但不增加厚度。
内层为珍珠层即底层，由外套膜整个表面分泌的叶片状霰石叠成，具有美丽光泽，可随身体增长而加厚。
装饰品、家禽补钙剂等是大家所了解的贝壳用途。
能不能将贝壳变废为宝，多一些途径呢？
经资料查询，有一些国内外的研究者，已经对其再利用做了一些探索。
把贝壳作为钙补充剂的研究。
把贻贝壳作为产蛋鸡饲料的钙源研究，据孙会玲等在《天然材料贻贝壳的应用研究》[1]一文中描述，我国在2013年度就有将近2万吨的贻贝壳被加工成饲料添加剂；也有研究者开展了把超微粉碎的贻贝壳粉作为人体所需钙补充剂的可行性研究。
贻贝壳在改善土壤方面的研究。
有研究者将贻贝煅烧研磨后，用于改善酸性土壤、增加土壤肥效、去除土壤中重金属的研究。
也有在水处理方面的研究，如柏松在《农林废弃物在重金属废水吸附处理中的研究进展》[2]一文中叙述了将贝壳粉用于污水中重金属去除的研究，此外还有污水中磷、染料等污染物去除方面的研究。
另外，贻贝壳应用在建材领域、材料领域以及作为生物柴油的催化剂等方面的研究。
通常的果蔬清洗剂是表面活性剂、碱、无机盐等配制而成的化学品。
贝壳煅烧后的粉末作为一种无污染的绿色材料，用于食品清洗方面的研究鲜有报道，我们对此开展了研究。
为了便于取材，本课题研究采用的原料为废弃的蛤蜊贝壳。
贝壳经高温灼烧后经研磨成贝壳粉。
其主要成分为氧化钙、碳酸钙。
高温煅烧过程中发生下列反应：
CaCO3
CaO+CO2
1.贝壳粉的制备
1.1实验试剂与仪器
盐酸坩埚气体摩尔体积测定仪电子天平
马弗炉SHF·M6/10（西格马）pH传感器PH-BTA（威尼尔）
数据采集器LABQ2（威尼尔）
1.2贝壳的处理及贝壳粉的制备
为了减少杂质对实验的影响，因此对贝壳进行一定的预处理是必要的。
贝壳的主要成分为碳酸钙，经煅烧后因碳酸钙的分解，其成分会有所变化，需进行煅烧前后碳酸钙含量的测定，以确定煅烧后的氧化钙与碳酸钙的大致比例。
1.2.1贝壳的预处理
将采集来的蛤蜊贝壳清洗干净后用0.2mol/l的盐酸浸泡0.5小时，除去附着在其表面的杂质，用水反复冲洗至中性，晾干，敲碎待用。
1.2.2贝壳粉的制备
将上述贝壳样本分装于坩埚中，经马弗炉950℃，煅烧1小时。
煅烧后冷却的贝壳用瓷研钵研碎，经过60目过筛，将贝壳粉装于密封袋中备用。
1.3贝壳粉中碳酸钙的含量测定
1.3.1原理
将上述粉碎后的样本，取少量溶于一定量蒸馏水中，形成饱和溶液。
测定其pH值为12，说明其含中含有氧化钙。
再取少量，滴加稀盐酸，发现有大量的气泡产生，说明经950℃，1小时灼烧后的蛤蜊贝壳还含有大量的未分解的碳酸钙。
这与查阅的文献[3]有一定的差别，可能是因为采用的贝壳种类不一样而导致的。
因贝壳的主要成分为碳酸钙，含量高达95%[1]。
将利用高中的化学定量测定仪器–气体摩尔体积测定装置。
装置内发生如下反应
CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O
通过测定二氧化碳的含量来推算碳酸钙的含量，进而确定煅烧后的氧化钙与碳酸钙的大致比例。
1.3.2方法
在装置的储液瓶中加入饱和碳酸氢钠。
气体发生器中加入1g贝壳粉。
用注射器吸取2mol/L的盐酸10ml，缓缓注入气体发生装置加料口，读取量液瓶的液体体积。
再次在气体发生器装置加料口抽气，使储液瓶导管内外液面在同一高度。
1.3.3数据记录
表一贝壳煅烧前碳酸钙含量测定
样本重量（g）
碳酸氢钠体积（ml）
盐酸体积（ml）
抽气体积（ml）
0.807
0.508
0.440
153
107
85
12
15
15
6
6.5
6.25
碳酸钙含量：
81.8%
表二贝壳煅烧后碳酸钙含量测定
样本重量（g）
碳酸氢钠体积（ml）
盐酸体积（ml）
抽气体积（ml）
0.807
0.845
81
86
15
15
5
5
0.887
95
10
5.5
碳酸钙含量：
41.3%
1.3.4计算与结果
计算公式为：
m（CaCO3）=（V（碳酸氢钠溶液）-V（HCl）+V（注射器））*100/22.4
经上述实验，经三个平行样本的测定，碳酸钙含量在煅烧前后分别为81.8%、41.3%左右。
说明经煅烧后的贝壳粉有大约50%的碳酸钙分解为氧化钙，即碳酸钙与氧化钙约为1：
1。
2.贝壳粉除菌能力的实验
果蔬经生长、人工采摘、包装、运输、采购等多道程序进入千家万户，表面上沾染大量细菌。
通常，人们清洗果蔬的方式是将果蔬在自来水中冲洗或浸泡片刻后食用或烹饪加工，这可以在很大程度上除去细菌，但是在果蔬的不平整表面或者其他较难清洗到的地方会藏匿着大量的细菌，不一定会被彻底清除。
若是果蔬生食的话，对清除细菌的要求就相对更高。
常用的清洗剂通常是一些含有表面活性剂的化学物质，一旦未冲洗干净的话，反而易造成二次污染，影响健康。
用能杀灭细菌的、纯天然的清洗剂无疑是理想的选择。
本次实验因条件所限，不进行菌种的鉴别，进行的是细菌总数的测定。
测定前的灭菌工作必须做得充分。
2.1实验试剂及仪器
LB培养基、9cm直径培养基、量筒、锥形瓶、试管、棉花、纱布、牛皮纸、剪刀、棉线、消毒液、移液管、酒精灯、棉签、一次性医用手套、口罩、天平、高压蒸汽锅、恒温培养箱、烘箱、超净台等。
2.2灭菌工作
（1）实验前无菌室紫外灯、超净台打开半小时。
（2）称取40gLB培养基溶于1000ml蒸馏水中，分装于锥形瓶中。
（3）无菌水、培养基、试管、棉签，在高压蒸汽灭菌锅中121℃维持20分钟灭菌。
培养皿、试管等妥善包扎后置于烘箱内160℃维持2小时灭菌。
（4）在超净台上浇制培养基于培养皿中，备用。
2.3实验过程
2.3.1方法与过程
（1）果蔬清洗水菌落数的确定。
为了以便于计量、符合一定量的贝壳粉溶液的杀菌能力，因此有必要使所取用的清洗水的菌落数在一个合适的范围。
取清洗后的污水10ml于灭菌试管中。
然后以1：
10、1：
100、1：
1000三个浓度梯度进行稀释。
分别取样0.1ml涂布于平板上，每个样有2个平行样本。
完成后置于37℃培养箱，培养24小时候观察结果。
盛有不同浓度梯度污水试管置于冰箱中备用。
经培养后，观察1：
100的样本中有菌落数在16左右。
因此取用1：
100的污水作为待处理的污染水。
即细菌总数在160个/ml。
（2）取上述待处理污水1毫升于取样管中，标为0#。
取0.010g贝壳粉于1#灭菌取样管中，注入1ml灭菌去离子水，混匀。
再取上述溶于0.5ml于2#灭菌取样管中，稀释至1毫升。
如此，稀释至第6#。
即浓度梯度分别为1、1：
2、1：
4：
、1：
8、1：
16、1：
32。
将上述1#~6#取样管盖塞上，振荡混匀。
再分别注入0.5毫升污染水，再次振荡。
使贝壳粉与溶液作用充分。
取样0.1毫升，涂布于灭菌培养基上，每个做两个平行样板。
30分钟后再次取样。
并取0#待处理污水做比对。
完成后置于37℃培养箱，培养24小时候观察结果。
2.3.2实验数据
贝壳粉浓度（g/L）
菌落总数（个/ml）
5分钟后
30分钟后
0
148
142
1.2
109
60
2.4
44
12
4.8
21
0
9.6
52
10
19.2
100
24
表三不同浓度贝壳粉除菌实验
2.3.3结果与分析
经上述细菌总数测定可知当贝壳粉的浓度为4.8g/L的时候，具有较好的抑菌效果。
此时的溶液的pH值在12左右。
pH值对微生物的生命活动有很大的影响，蛋白质、核酸等生物大分子所带电荷发生变化，从而影响其生物活性、细胞膜电荷发生变化，导致微生物细胞吸收营养物质能力改变。
每种微生物都有其适宜生长的pH值范围，大部分种类在pH=5~9。
当pH值偏离这个范围时，其生命活动就会受阻，当pH值过小或者过大时，微生物就会死亡[3]。
当清洗果蔬的溶液pH值大于10时，细菌等微生物就会死亡，达到消毒杀菌的效果。
3.贝壳粉去农残实验
随着生活水平的不断提高，人们对食品安全越来越关注，果蔬上的农药残留也成为人们关注的食品安全问题之一。
农药残留是指农药使用后一段时期内没有被分解而残留于蔬菜、水果、农作物等的一些农药原液、有毒代谢物、降解物等。
对人体危害极大。
果蔬的生长免不了遭受病虫害的危害，所以绝大部分的果蔬到成熟上市需要经受多次农药的洗礼，采摘下来的果蔬难免会有农药残留，如何彻底清洗干净是关键。
农药的种类繁多，根据用途可分为杀虫剂、杀螨剂、杀菌剂、除草剂等。
而多菌灵作为一种光谱、高效、低毒的苯并咪唑类杀菌药，用途较为广泛。
常用于蔬菜、果树等多种农作物生长期的播洒药物。
因多菌灵具有作用、代谢时间长的特性，易造成农药残留。
长期使用残留有多菌灵的果蔬，对人体健康具有一定的毒害性。
因此彻底清洗果蔬上残留的多菌灵，对食品安全是一种保障。
农药残留有多项检测指标，多采用气相色谱-质谱、液相色谱法等方法。
因受学校的实验条件所限，经文献查阅[4]，采用分光光度法度法进行多菌灵的检测。
3.1实验试剂及仪器
盐酸（1+11）、多菌灵标准液、甲醇、二氯甲烷、氨水
分光光度计uv-3100pc美普达
3.2方法与过程
本实验的前处理的依据是基于多菌灵的溶解特性，即它在酸性条件下不溶于有机溶剂，在中性条件下不溶于水的性质特点。
3.2.1标准曲线的绘制
将多菌灵杀菌剂0.100g溶于50ml盐酸（1+11）中，定容至100毫升的容量瓶中。
此时的浓度为1mg·mL-1。
分别取
溶液0、0.2mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL于100mL容量瓶中，用盐酸（1+11）定容至100毫升,浓度为2μg·mL-1、4μg·mL-1、6μg·mL-1、8μg·mL-1。
分别取
溶液10mL于盛有20ml的盐酸（1+11）分液漏斗中，各用10ml二氯甲烷洗涤，2次。
弃去二氯甲烷。
用氨水（1+7）中和至pH6.5左右。
用二氯甲烷提取两次，每次20ml，合并二氯甲烷提取液，用10ml水洗涤二氯甲烷提取液，静止分层。
将上述静止分层后的二氯甲烷层分入另一干的分液漏斗中，准确加入10ml盐酸（1+11），振荡5分钟，静置分层。
根据文献资料，多菌灵在稀盐酸中于282nm处有吸收峰，在278nm处有吸收谷，在290nm处以上基本处于平衡，并且符合郎伯-比尔定律，因此以A=A282nm-（A278nm+A290nm）/2为校正值，和浓度作图可以测定多菌灵农药残留。
分别在分光光度计278nm、282nm、290nm处分别比色，记下吸光度A278nm、A282nm、A290nm，用上述
中的盐酸提取液比色。
用盐酸（1+11）为空白参比液。
记录计算吸光度A。
作出标准曲线。
表四多菌灵标准工作曲线
3.2.2贝壳粉去果蔬农残模拟实验
市场采购的果蔬或无，或有极微量的农残，且农残的具体物质不确定。
难以符合本实验的要求和效果，因此，本实验简化为直接在含有一定量的多菌灵的溶液中投加贝壳粉。
分别取6个烧杯，每个烧杯中加入浓度为10μg·mL-1的多菌灵200毫升。
在上述六个样本中分别加入贝壳粉0、0.2g、0.4g、0.6g、1.0g，即浓度分别为0g/L、1g/L、2g/L、3g/L、5g/L搅拌。
分别在浸泡5min、15min、40min取样。
因溶有贝壳粉的溶液浊度增加，因此取样后离心机离心。
取上述离心后的上清液10ml样品于盛有20ml盐酸（1+11）的分液漏斗中，各用10ml二氯甲烷洗涤，2次。
弃去二氯甲烷。
用氨水（1+7）中和至pH6.5左右。
用二氯甲烷提取两次，每次20ml，合并二氯甲烷提取液，用10ml水洗涤二氯甲烷提取液，静止分层。
将上述静止分层后的二氯甲烷层分入另一干的分液漏斗中，准确加入10ml盐酸（1+11），振荡5分钟，静置分层。
分别在分光光度计278nm、282nm、290nm处分别比色，记下吸光度A278nm、A282nm、A290nm，用上述
中的盐酸提取液比色。
用盐酸（1+11）为空白参比液。
记录计算吸光度A。
作出标准曲线。
3.2.3实验数据记录
多菌灵投加量（克）
表五：
多菌灵的去除率
3.3实验结果与分析
实验结果显示，多菌灵随着贝壳粉的投加量、浸泡时间的增加，均有不同程度的降解。
多菌灵的化学名称为N－（2－苯骈咪唑基）－氨基甲酸甲酯，是一种酯类物质。
酯类物质在碱性溶液中易水解。
因此，多菌灵在氢氧化钙的碱性溶液环境下缓慢水解，随pH升高水解速度加快，从而失去活性，杀菌效果减少甚至消失。
因此在多菌灵的使用方法上也有注明不要与碱性物质混合使用的提示。
4.贝壳粉去果蜡实验
果蜡是指在水果表面形成的一层保护膜，可以保护水果外皮，增加光泽度，防止水分蒸发，以保持新鲜度。
水果本身分泌的糖醇类物质，属于生物合成的天然物质，这种果蜡对人体完全无害。
大部分水果自身分泌果蜡不足以保鲜，所以采用人工方法即在水果表面涂抹食用性人工添加剂，这是一种被认可的保鲜方法，有成熟的工艺和方法。
有些不良商家为降低成本，以工业蜡替代食用性蜡，这种蜡对人体相当有害，必须彻底清除才能安全食用。
4.1实验试剂及仪器
橙子若干、贝壳粉、烧杯、放大镜
4.2方法与过程
因实验条件所限，难以采用定量实验进行测定，本实验用定性实验法鉴定。
从市场上采购明显打上果蜡的水果若干。
分别用浸泡、搓洗两种方式，添加不同的剂量加以实验，查看效果。
浸泡和搓洗使用的贝壳粉剂量相同，浸泡时各剂量均溶于250ml水中。
4.3数据记录
清洗方式
贝壳粉使用剂量（g）
0
0.5
1
2
3.5
5
浸泡15分钟
均不明显
浸泡40分钟
均不明显
去除部分
去除部分
搓洗
均较为明显
表六：
贝壳粉去果蜡
4.4结果与分析
由实验结果可知，相同的贝壳粉使用剂量，使用搓洗方式的去果蜡效果明显优于浸泡的方式。
这是因为贝壳粉的质地比较坚硬，当贝壳粉与水果表面摩擦后，附着于水果表面的果蜡容易被清除。
当然，这与洗清的时间、力度等有关，在实验时尽量把这些控制为一致因素。
由于贝壳粉是一种碱性物质，因此在使用贝壳粉擦洗时，应使用手套，以免引起皮肤受损。
5.结论与讨论
经950℃，1小时灼烧后的蛤蜊贝壳，其50%的碳酸钙分解。
该煅烧后的贝壳粉具有一定的杀菌、去农残、去果蜡的效果。
在进行贝壳粉的杀菌实验时，未进行菌类的鉴别，有待进一步研究一定浓度的贝壳粉对大肠杆菌的杀菌能力。
由于农药残留的成分较为复杂，本课题只进行去多菌灵这一农残的实验，对其他种类的农残在后续的研究中将进行分类实验，如有机磷、等，相应的检测方法也将有所不同。
总之，经高温灼烧后的贝壳粉可以成为清洗果蔬的绿色好帮手。
参考文献：
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