超声辅助水相合成甘氨酸锌螯合物

2013-04-28广西产品质量监督检验研究院刘培杰

中国饲料 2013年6期

广西产品质量监督检验研究院刘培杰

百色学院化学与生命科学系黄桂田凌绍明＊

锌是人和动物的必需微量元素之一，具有促进生长发育、调节机体免疫、参与体内多种酶的组成及代谢等重要生理功能。甘氨酸锌螯合物具有良好的生物化学稳定性、易消化吸收和生物学效价高等优点，表现出优良的抗干扰和缓解矿物质之间的拮抗竞争作用（江素梅，2012）。管海跃等（2008）研究表明，甘氨酸锌作为食品营养强化剂和饲料添加剂时，阴离子的存在会对肠胃产生刺激作用。因此，探讨无阴离子干扰甘氨酸锌螯合物的合成工艺具有重要意义。为缩短反应时间、合成不受阴离子干扰的甘氨酸锌螯合物，本试验以甘氨酸和碱式碳酸锌为原料，在超声波辐射作用下水相合成甘氨酸锌螯合物，探索其合成的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与试剂 KQ－200KDB型高功率数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；DZG－6020型真空干燥箱（上海森信实验仪器有限公司）；甘氨酸（生化试剂BR，成都市科龙化工试剂厂）；碱式碳酸锌（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、EDTA（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。

1.2 甘氨酸锌螯合物的合成向装有电动搅拌器的500 mL三口烧瓶中加入200 mL蒸馏水和12.0 g（160 mmol）甘氨酸，将烧瓶放入超声清洗槽中心，烧瓶瓶低位于扬声器正上方约3 cm处，清洗槽水面应高于烧瓶内液面（完全加入碱式碳酸锌以后的液面）2～3 cm。启动搅拌器，当水浴温度为80℃时，按比例分批加入9.0 g（40 mmol）碱式碳酸锌（即甘氨酸和锌的物质的量比为2∶1），启动超声辐射并开始计时，超声功率为120 W，超声作用4 h后停止反应。取出趁热过滤，滤液于60℃水浴上缓慢加热浓缩至产生晶膜，转自然冷却至室温，静置12 h，析出大量白色晶体，抽滤，洗涤，得到粗产品。

将粗产品低温烘干，研成粉末，用乙醇反复洗涤至滤液与茚三酮不显蓝紫色为止，抽滤，低温烘干，称重计算产率（张红漫等，2002）。

2 结果与讨论

2.1 原料物质的量比对产品收率的影响采用单变量变换法考察原料物质的量比对产品收率的影响。固定超声波辐射功率120 W，反应温度80℃，超声波辐射时间4 h，分别对不同物质的量比的甘氨酸和碱式碳酸锌的摩尔比进行对比合成试验。

试验发现，反应完成后，反应液的澄清度随着原料物质的量比的增大而增加，但均不能得到完全澄清的溶液。这是因为碱式碳酸锌不溶于水，与甘氨酸反应后会慢慢溶解，而使溶液的澄清度逐渐加大。在原料物质的量比为2∶0.5以上，随物质的量比的增大，产品收率增加值不大，从利于纯化产品和提高产品纯度来考虑，试验选择原料物质的量比为 2∶0.5（表 1）。

表1 原料物质的量比对甘氨酸锌产品收率的影响

2.2 温度对甘氨酸锌产品收率的影响取甘氨酸12.0 g（160 mmol），碱式碳酸锌 9.0 g（40 mmol），超声波辐射时间4 h，超声波功率为120 W，改变反应温度以考察温度对产品收率的影响，试验结果见表2。

表2 反应温度对甘氨酸锌产品收率的影响

由表2可知，随着温度增加，螯合物的产率呈增加趋势，反应温度为80℃时，产品收率为95.5%，由于受到超声清洗器加热温度设计的限制，试验选取反应温度为80℃。

2.3 超声辐射时间对甘氨酸锌产品收率的影响取甘氨酸12.0 g，碱式碳酸锌9.0 g，超声波辐射功率120 W，反应温度80℃，考察超声辐射时间对反应的影响，试验结果见表3。

表3 超声波辐射时间对甘氨酸锌产品收率的影响

由表3可知，随着超声辐射时间的增长，螯合物的产品收率逐渐增大，当超声辐射时间为4 h时以上时，产率在95%以上。继续增加超声辐射时间，产率的增加的幅度不大，因此，试验选择超声辐射时间为4 h。

2.4 超声辐射功率对甘氨酸锌产品收率的影响采用单变量变换法考察超声波功率对甘氨酸锌产品收率的影响。取甘氨酸12.0 g，碱式碳酸锌9.0 g，超声波辐射时间4 h，反应温度为80℃，考察超声辐射功率对产品收率的影响，结果见表4。

表4 超声波功率对甘氨酸锌产品收率的影响

由表4可知，随着超声辐射功率的增加，螯合物的产率逐渐增大，当超声辐射功率为120 W时产品收率最大，之后随着超声辐射功率的增加，产品收率略有下降。因此，试验选取超声辐射功率为120 W。

2.5 产品组成分析产品中锌的含量采用EDTA配位滴定法进行测定，甘氨酸含量采用凯氏定氮法进行分析。结果表明，锌的理论含量为28.3%，而实测含量为28.4%，甘氨酸理论含量为64.0%，而实测含量为63.9%，与带1个结晶水的二甘氨酸锌[Zn（NH2CH2COO）2]·H2O 组成相吻合，n （甘氨酸）∶n（Zn2+）=2∶1。根据元素分析可知产品为甘氨酸锌螯合物，其分子式为Zn（NH2CH2COO）2·H2O。