廣西產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 劉培杰
百色學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系 黃桂田 凌紹明*
鋅是人和動(dòng)物的必需微量元素之一,具有促進(jìn)生長發(fā)育、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫、參與體內(nèi)多種酶的組成及代謝等重要生理功能。甘氨酸鋅螯合物具有良好的生物化學(xué)穩(wěn)定性、易消化吸收和生物學(xué)效價(jià)高等優(yōu)點(diǎn),表現(xiàn)出優(yōu)良的抗干擾和緩解礦物質(zhì)之間的拮抗競(jìng)爭(zhēng)作用(江素梅,2012)。管海躍等(2008)研究表明,甘氨酸鋅作為食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑和飼料添加劑時(shí),陰離子的存在會(huì)對(duì)腸胃產(chǎn)生刺激作用。因此,探討無陰離子干擾甘氨酸鋅螯合物的合成工藝具有重要意義。為縮短反應(yīng)時(shí)間、合成不受陰離子干擾的甘氨酸鋅螯合物,本試驗(yàn)以甘氨酸和堿式碳酸鋅為原料,在超聲波輻射作用下水相合成甘氨酸鋅螯合物,探索其合成的工藝條件。
1.1 主要儀器與試劑 KQ-200KDB型高功率數(shù)控超聲波清洗器 (昆山市超聲儀器有限公司);DZG-6020型真空干燥箱 (上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司);甘氨酸(生化試劑BR,成都市科龍化工試劑廠);堿式碳酸鋅(分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、EDTA(分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。
1.2 甘氨酸鋅螯合物的合成 向裝有電動(dòng)攪拌器的500 mL三口燒瓶中加入200 mL蒸餾水和12.0 g(160 mmol)甘氨酸,將燒瓶放入超聲清洗槽中心,燒瓶瓶低位于揚(yáng)聲器正上方約3 cm處,清洗槽水面應(yīng)高于燒瓶內(nèi)液面(完全加入堿式碳酸鋅以后的液面)2~3 cm。啟動(dòng)攪拌器,當(dāng)水浴溫度為80℃時(shí),按比例分批加入9.0 g(40 mmol)堿式碳酸鋅(即甘氨酸和鋅的物質(zhì)的量比為2∶1),啟動(dòng)超聲輻射并開始計(jì)時(shí),超聲功率為120 W,超聲作用4 h后停止反應(yīng)。取出趁熱過濾,濾液于60℃水浴上緩慢加熱濃縮至產(chǎn)生晶膜,轉(zhuǎn)自然冷卻至室溫,靜置12 h,析出大量白色晶體,抽濾,洗滌,得到粗產(chǎn)品。
將粗產(chǎn)品低溫烘干,研成粉末,用乙醇反復(fù)洗滌至濾液與茚三酮不顯藍(lán)紫色為止,抽濾,低溫烘干,稱重計(jì)算產(chǎn)率(張紅漫等,2002)。
2.1 原料物質(zhì)的量比對(duì)產(chǎn)品收率的影響 采用單變量變換法考察原料物質(zhì)的量比對(duì)產(chǎn)品收率的影響。固定超聲波輻射功率120 W,反應(yīng)溫度80℃,超聲波輻射時(shí)間4 h,分別對(duì)不同物質(zhì)的量比的甘氨酸和堿式碳酸鋅的摩爾比進(jìn)行對(duì)比合成試驗(yàn)。
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),反應(yīng)完成后,反應(yīng)液的澄清度隨著原料物質(zhì)的量比的增大而增加,但均不能得到完全澄清的溶液。這是因?yàn)閴A式碳酸鋅不溶于水,與甘氨酸反應(yīng)后會(huì)慢慢溶解,而使溶液的澄清度逐漸加大。在原料物質(zhì)的量比為2∶0.5以上,隨物質(zhì)的量比的增大,產(chǎn)品收率增加值不大,從利于純化產(chǎn)品和提高產(chǎn)品純度來考慮,試驗(yàn)選擇原料物質(zhì)的量比為 2∶0.5(表 1)。
表1 原料物質(zhì)的量比對(duì)甘氨酸鋅產(chǎn)品收率的影響
2.2 溫度對(duì)甘氨酸鋅產(chǎn)品收率的影響 取甘氨酸12.0 g(160 mmol),堿式碳酸鋅 9.0 g(40 mmol),超聲波輻射時(shí)間4 h,超聲波功率為120 W,改變反應(yīng)溫度以考察溫度對(duì)產(chǎn)品收率的影響,試驗(yàn)結(jié)果見表2。
表2 反應(yīng)溫度對(duì)甘氨酸鋅產(chǎn)品收率的影響
由表2可知,隨著溫度增加,螯合物的產(chǎn)率呈增加趨勢(shì),反應(yīng)溫度為80℃時(shí),產(chǎn)品收率為95.5%,由于受到超聲清洗器加熱溫度設(shè)計(jì)的限制,試驗(yàn)選取反應(yīng)溫度為80℃。
2.3 超聲輻射時(shí)間對(duì)甘氨酸鋅產(chǎn)品收率的影響取甘氨酸12.0 g,堿式碳酸鋅9.0 g,超聲波輻射功率120 W,反應(yīng)溫度80℃,考察超聲輻射時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3 超聲波輻射時(shí)間對(duì)甘氨酸鋅產(chǎn)品收率的影響
由表3可知,隨著超聲輻射時(shí)間的增長,螯合物的產(chǎn)品收率逐漸增大,當(dāng)超聲輻射時(shí)間為4 h時(shí)以上時(shí),產(chǎn)率在95%以上。繼續(xù)增加超聲輻射時(shí)間,產(chǎn)率的增加的幅度不大,因此,試驗(yàn)選擇超聲輻射時(shí)間為4 h。
2.4 超聲輻射功率對(duì)甘氨酸鋅產(chǎn)品收率的影響采用單變量變換法考察超聲波功率對(duì)甘氨酸鋅產(chǎn)品收率的影響。取甘氨酸12.0 g,堿式碳酸鋅9.0 g,超聲波輻射時(shí)間4 h,反應(yīng)溫度為80℃,考察超聲輻射功率對(duì)產(chǎn)品收率的影響,結(jié)果見表4。
表4 超聲波功率對(duì)甘氨酸鋅產(chǎn)品收率的影響
由表4可知,隨著超聲輻射功率的增加,螯合物的產(chǎn)率逐漸增大,當(dāng)超聲輻射功率為120 W時(shí)產(chǎn)品收率最大,之后隨著超聲輻射功率的增加,產(chǎn)品收率略有下降。因此,試驗(yàn)選取超聲輻射功率為120 W。
2.5 產(chǎn)品組成分析 產(chǎn)品中鋅的含量采用EDTA配位滴定法進(jìn)行測(cè)定,甘氨酸含量采用凱氏定氮法進(jìn)行分析。結(jié)果表明,鋅的理論含量為28.3%,而實(shí)測(cè)含量為28.4%,甘氨酸理論含量為64.0%,而實(shí)測(cè)含量為63.9%,與帶1個(gè)結(jié)晶水的二甘氨酸鋅[Zn(NH2CH2COO)2]·H2O 組成相吻合,n (甘氨酸)∶n(Zn2+)=2∶1。根據(jù)元素分析可知產(chǎn)品為甘氨酸鋅螯合物,其分子式為Zn(NH2CH2COO)2·H2O。
以甘氨酸和堿式碳酸鋅為原料,在超聲輻射作用下,水相成功合成甘氨酸鋅螯合物。超聲輔助水相合成甘氨酸鋅螯合物的較優(yōu)工藝條件為:n(甘氨酸)∶n(堿式碳酸鋅)=2∶0.5,超聲輻射時(shí)間為 4 h,反應(yīng)溫度為80℃,超聲波功率為120 W。在此條件下,產(chǎn)品收率達(dá)95%以上。
[1]管海躍,崔艷麗,毛建衛(wèi).一水合甘氨酸鋅螯合物的合成及其表征[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版),2008,35(4):442 ~ 447.
[2]江素梅.氨基酸螯合物在食品安全及飼料中的應(yīng)用前景[J].飼料研究,2012,2:30~32.
[3]張紅漫,陳國松,馮改霞,等.單項(xiàng)氨基酸微量元素螯合物的研究[J].氨基酸和生物資源,2002,24(4):46 ~ 50.