超聲輔助水相合成甘氨酸鋅螯合物

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 材料與方法

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 結(jié)果與討論

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。

3 結(jié)論

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.