賴氨酸微量元素螯合物的制備方法研究

1、賴氨酸微量元素螯合物的制備方法研究第11期賴氨酸微量元素螯合物的制備方法研究科研開發(fā)賴氨酸微量元素螯合物的制備方法研究劉飛飛李群于嵐(青島大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系,青島266071)摘要:利用有機(jī)溶劑沉淀分離法,以l一賴氨酸鹽酸鹽和金屬鹽酸鹽為原料,通過氨水調(diào)節(jié)體系ph值合成了高純度的賴氨酸銅,賴氨酸鋅螫合物;以螯合率為指標(biāo)考察了合成工藝的主要影響因素,確定了最佳原料配比,ph值及反應(yīng)溫度和時(shí)間;并通過化學(xué)分析,紅外光譜,紫外光譜及熱重等一系列分析手段對(duì)其進(jìn)行了表征,確定了賴氨酸金屬螯合物的合成.關(guān)鍵詞:賴氨酸銅;賴氨酸鋅;制備方法;表征中圖分類號(hào):q517文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào):16

2、72-8114(2009)11-0027-06氨基酸與微量金屬元素螯合物的研究,無論是螯合物的合成工藝,結(jié)構(gòu)表征的理論研究還是動(dòng)物飼養(yǎng)的營(yíng)養(yǎng)學(xué),醫(yī)藥學(xué)應(yīng)用研究都是當(dāng)今氨基酸研究的熱門課題.氨基酸微量元素螯合物的研究最早源于美國(guó)飼料添加劑的開發(fā)ll1,在1996年美國(guó)飼料檢測(cè)局(mfco,1996)明確定義了微量元素氨基酸螯合物的概念:由某種可溶性金屬元素離子同氨基酸按一定的摩爾比以共價(jià)鍵結(jié)合而成.水解氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量約為150,生成的螯合物的相對(duì)分子質(zhì)量不超過800l21.與無機(jī)離子相比,氨基酸微量元素螯合物以金屬離子為中心的環(huán)狀結(jié)構(gòu)對(duì)金屬離子形成了有效的保護(hù),分子內(nèi)電荷趨于中性i3l

3、,使其具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,生物利用率高;避免了金屬元素的氧化從而減少了金屬元素之間的拈抗和對(duì)維生素的破壞;適用性好,使用方便,對(duì)機(jī)體不良作用少;促進(jìn)生長(zhǎng),提高抵抗力等優(yōu)點(diǎn),是理想的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑和飼料添加劑4-61.賴氨酸作為維持人體氮平衡8種必需的氨基酸之一,是人體必需而又無法自身合成的第一限制性氨基酸,也是衡量食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的和總要指標(biāo)之一7,8l.賴氨酸可以維持體內(nèi)酸堿平衡;合成核蛋白,血紅蛋白并能促進(jìn)大腦神經(jīng)細(xì)胞再生;作者簡(jiǎn)介:劉飛飛(1985一),女,”i東泰安人,碩士,主要從事昆布氨酸螯合物的研究.通訊聯(lián)系人作為合成肉毒堿的前體物,參與脂肪代謝;另外,賴氨酸還可以提高機(jī)體抵抗應(yīng)激的能力9a

4、o.賴氨酸也是禽畜極其重要的必需氨基酸,常作為評(píng)估其它必需氨基酸需要量的基準(zhǔn)氨基酸,其缺乏將直接或間接影響動(dòng)物的生長(zhǎng),繁殖和發(fā)育.在典型的玉米一豆粕型日糧中,氨基酸被認(rèn)為是繼總含硫氨基酸后的第二限制性氨基酸,在提高禽畜生產(chǎn)性能和改善機(jī)體品質(zhì)方面起重要作用【11,12.銅是動(dòng)物和人體必須的微量元素,對(duì)造血,中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育,骨骼及結(jié)締組織的形成具有重要作用【l3.銅的缺乏會(huì)影響動(dòng)物及人體對(duì)鐵元素的吸收和利用,從而導(dǎo)致貧血j.鋅普遍存在于動(dòng)植物體內(nèi),是人體必需的14種微量元素之一.鋅是許多酶的重要組成成分,具有加速生長(zhǎng)發(fā)育,增進(jìn)食欲,調(diào)節(jié)機(jī)體免疫,防止感染和促進(jìn)傷口愈合等功能.兒童缺鋅會(huì)影響其智

5、力發(fā)展及生長(zhǎng)發(fā)育,成人及老年人缺鋅則影響正常代謝,從而導(dǎo)致免疫力降低,引發(fā)多種疾病【15,16.賴氨酸金屬螯合物作為新一代的營(yíng)養(yǎng)添加劑,具有性質(zhì)穩(wěn)定,吸收快,生物利用率高等優(yōu)點(diǎn).本文以賴氨酸鹽酸鹽,氯化銅和氯化鋅為原料合成了高純度的賴氨酸銅和賴氨酸鋅螯合物,并通過化學(xué)分析,紅外光譜,紫外光譜及熱重等一系列分析手段對(duì)其進(jìn)行了表征.1實(shí)驗(yàn)部分1.1合成原理利用賴氨酸中氨基能與cu,zn,fe等過渡性化工中間體chemicalintermediate2009年第11期元素形成配位鍵,羧基能與金屬離子以離子鍵結(jié)合形成較穩(wěn)定氨基螯合物的性質(zhì)來合成賴氨酸銅和賴氨酸鋅,反應(yīng)原理見圖1.<一ooccnh

6、,ih2nj.圖1賴氨酸蝥合物的合成fig.1synthesisoflysinecomplex1.2試劑和儀器l一賴氨酸鹽酸鹽(ar,晉州冀榮氨基酸有限公司);氯化銅(ar,上海埃彼化學(xué)試劑有限公司);氯化鋅(ar,上海埃彼化學(xué)試劑有限公司);edta(ar,青島合力興化玻有限公司);無水乙醇;實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水;其他試劑均為分析純.wrs一1b數(shù)字顯示熔點(diǎn)儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司);avatar360ftir(美國(guó)thermonicolet);uv一3010pc紫外可見分光光度計(jì)(日本日立有限公司);perkinelmertga一7型熱重分析儀.1.3賴氨酸螯合物的合成取一定量的l一賴

7、氨酸鹽酸鹽溶解在去離子水中,逐滴加人定量的氯化銅/氯化鋅溶液,滴加氨水維持體系ph值為8,60水浴中攪拌反應(yīng)2h后趁熱過濾,濾液減壓蒸餾后用乙醇反復(fù)洗滌抽濾,至濾液與茚三酮不顯藍(lán)紫色為止,低溫烘干,放入真空干燥器中保存.1.4微量元素螯合率的測(cè)定用edta標(biāo)準(zhǔn)溶液分別滴定螯合態(tài)金屬元素和總金屬元素的方法來測(cè)定螫合率.測(cè)定銅時(shí),以pan為指示劑,滴定終點(diǎn)時(shí)溶液由紫紅變?yōu)辄S綠色;測(cè)定鋅時(shí),以二甲酚橙為指示劑,滴定終點(diǎn)時(shí),溶液由紫紅變?yōu)榱咙S色i”i.螯合率(%)=(螯合態(tài)微量元素的含量/微量元素總量1100%=(cv1/cv21x100%其中,cedta標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度,mol/l;v1一滴定螯合態(tài)微量

8、元素所消耗edta溶液的體積,ml;v2一滴定微量元素總量所消耗edta溶液的體積,ml;2結(jié)果與分析2.1合成工藝條件的選擇以螯合率為指標(biāo),研究了原料配比,ph值,反應(yīng)溫度及時(shí)間對(duì)賴氨酸微量元素螯合物合成的影響.2.1.1原料配比對(duì)螯合反應(yīng)的影響為研究螯合反應(yīng)最佳原料配比,設(shè)計(jì)按賴氨酸鹽酸鹽和金屬鹽酸鹽摩爾比從1:1到4:1的對(duì)比合成實(shí)驗(yàn),并對(duì)產(chǎn)物的螯合率進(jìn)行了分析,其結(jié)果見表1.賴氨酸與金屬離子的配位比是影響螯合反應(yīng)的重要因素.配體的濃度過低則螯合程度不高,不能形成穩(wěn)定的螯合結(jié)構(gòu),且螯合物的螯合率也會(huì)隨之降低;在一定范圍內(nèi)增加配體的量可使與金屬離子接觸的配體數(shù)量增加,提高反應(yīng)的螯合率;配位

9、比達(dá)到一定程度后,螯合率增加不明顯,反而造成賴氨酸資源的浪費(fèi).從表1數(shù)據(jù)可知,賴氨酸元金屬離子摩爾比為2:1時(shí),產(chǎn)物的螯合率達(dá)到最大值,為螯合反應(yīng)最佳原料配比.2.1.2dh值對(duì)螯合反應(yīng)的影響螯合反應(yīng)受酸堿條件的影響較大,設(shè)計(jì)反應(yīng)體系ph值分別為6,7,8,9的對(duì)比合成實(shí)驗(yàn),并對(duì)產(chǎn)物的螯合率進(jìn)行了分析,其結(jié)果見表2.在ph較低的酸性條件下,體系中的氫離子將與銅離子競(jìng)爭(zhēng)賴氨酸提供的供電子基團(tuán)而影響賴氨酸金屬螯合物的合成;而在ph較高的堿性條件下,金屬離子則會(huì)以氫氧化物的形式沉淀析出,螯合率也會(huì)相應(yīng)降低.因此,根據(jù)表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選擇螯合率取得最大值時(shí)的酸堿度,即ph=8為螯合反應(yīng)體系最佳酸堿條件.

10、2.1.3反應(yīng)溫度對(duì)螯合反應(yīng)的影響溫度的變化直接影響反應(yīng)的速度和螯合的程度,因此,本文設(shè)計(jì)了不同溫度的螯合反應(yīng)并對(duì)比了螯合率,結(jié)果見表3.賴氨酸與金屬離子的螯合反應(yīng)為吸熱反應(yīng),反應(yīng)體系溫度越高對(duì)反應(yīng)越有利,但若反應(yīng)溫度過高,反應(yīng)時(shí)間過短將導(dǎo)致反應(yīng)不徹底,且溫度太第l1期賴氨酸微量元素螯合物的制備方法研究表1原料配比對(duì)螯合率的影響table1theeffectofrnaterialratioonchelateratio螯合率(1yscu)/%螯合率(1yszn)/%72-5568.0484-5683.7892.4690.7685.1084-42高容易破壞賴氨酸及其螯合物;溫度過低則反應(yīng)速度較慢,

11、產(chǎn)率較低.因此結(jié)合表3數(shù)據(jù),確定60為最佳螯合反應(yīng)溫度.2.1.4反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間直接影響到螯合反應(yīng)是否進(jìn)行得完全,因此設(shè)計(jì)不同反應(yīng)時(shí)間的對(duì)比實(shí)驗(yàn)以確定最佳螯合時(shí)問,結(jié)果見表4.從表4可以看出,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間增加時(shí),產(chǎn)物的產(chǎn)率也隨之升高,在合成時(shí)間為2h時(shí),反應(yīng)已基本完成,再延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響不大,因此確定最佳螯合反應(yīng)時(shí)間為2h.2.2螯合物的物理性質(zhì)賴氨酸銅螯合物為藍(lán)色粉末狀固體,無異味,極易潮解,易溶于水,難溶于乙醇,丙酮等有機(jī)溶劑,室溫下穩(wěn)定存在,經(jīng)測(cè)定,熔點(diǎn)為233.2oc233.9.賴氨酸鋅螯合物為白色針狀晶體,無異味,不易潮解,易溶于水,難溶于乙醇,丙酮等有機(jī)溶劑,室溫下穩(wěn)定存在,經(jīng)

12、測(cè)定,熔點(diǎn)為237.2237.6oc.2.3紅外光譜分析用kbr壓片法測(cè)定賴氨酸,賴氨酸銅和賴氨酸鋅在4004000em的紅外光譜.賴氨酸與金屬離子形成螯合物后,它的一些主要吸收峰同配體相比發(fā)生了明顯位移,相對(duì)強(qiáng)度也有所改變,如圖2,3,4所示.從紅外光譜看出:賴氨酸螯合物的紅外吸收中無一氨基酸的特征吸收峰2125.28em_;賴氨化工中間體chemicalintermediate2009年第11期.201918m罷一178.1615.1440003530002500200015001000500wayel3umbers(cm,圖2賴氨酸的紅外光譜fig.2infraredspectrumof

13、lysinem8昱.1740003530002田0200015001000500wavenumbers(cm,圖4賴氨酸鋅的紅外光譜fig.4infraredspectrumofzinclysinatechelate酸在3166.86cm處的nh鍵特征吸收峰,在形成賴氨酸銅,賴氨酸鋅螯合物后發(fā)生了明顯位移,分別出現(xiàn)在3264.77cm,3294.22cm處,表明金屬離子取代了羧基中的h+與僅一氨基發(fā)生了配位;在587.38cm一,536.61cm處出現(xiàn)了cun,znn的伸縮峰l18,也說明一n原子參與了配位;在1595.20cm和1343.67cm出現(xiàn)的吸收峰分別是羧酸根離子的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)u

14、ascoo一和對(duì)稱伸縮振動(dòng)uscoo一,在形成螯合物后均向高波數(shù)移動(dòng)(賴氨酸銅,賴氨酸鋅的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)1jascoo一和對(duì)稱伸縮振動(dòng)uscoo一分別在1664.42cm和1396.00cm一和1629.45em和1511.06cm);在496.23cm,485.61cm處出現(xiàn)了400035003ooo25002000150010005oowavenumbers(c,圖3賴氨酸銅的紅外光譜fig.3infraredspectrumofcopperlysinatechelate200200300300400wavelength(nm)圖5賴氨酸及賴氨酸鋅的紫外吸收光譜fig.5uvspectru

15、moflysineandlysinecomplexcu一0,zn一0伸縮振動(dòng)吸收峰ll9】,這又進(jìn)一步說明羧基參與了配位.2.4紫外光譜分析分別配制1%.的賴氨酸,賴氨酸銅和賴氨酸鋅溶液,在uv一3010pc紫外可見分光光度計(jì)上測(cè)定其紫外吸收光譜(見圖5).從紫外光譜可知:賴氨酸的最大吸收峰位于209.20nm,賴氨酸銅,賴氨酸鋅的最大吸收峰分別位于235.43nm,208.00nm,且最大吸收峰高度與賴氨酸相比有明顯增高.一般螯合物的生成會(huì)使其配位體對(duì)光吸收性能發(fā)生改變2ol,由此亦可證明賴氨酸螯合物的生成.2.5熱重分析m2eql80第11期賴氨酸微量元素螯合物的制備方法研究1iemper

16、dnjre/圖6賴氨酸銅的tgdtg曲線fig.6tg-dtgehesofcopperlysinatechelate在升溫速率2o/rain及n氣體流速為40ml/min的條件下,對(duì)螯合物進(jìn)行了熱重分析,其tgdtg分析結(jié)果見圖6,7.由螯合物tgdtg圖可以看出,在室溫到700范圍內(nèi),螯合物的熱分解分兩步進(jìn)行,首先在80qc124的熱分解溫度區(qū)問,螯合物失去2分子結(jié)晶水,由于失水溫度較低,可認(rèn)為是結(jié)晶水;在225qc700區(qū)間內(nèi),tg曲線一直失重,說明螯合物在此溫度開始熔化分解,這也與賴氨酸螯合物的熔點(diǎn)相吻合.3結(jié)論以有機(jī)溶劑沉淀法制備賴氨酸微量元素螯合物的合成工藝,具有反應(yīng)條件溫和,生產(chǎn)設(shè)

17、備簡(jiǎn)單,所得產(chǎn)品螯合率高,質(zhì)量穩(wěn)定,所用溶劑可以回收利用等特點(diǎn),符合綠色化學(xué)發(fā)展的要求.所合成的賴氨酸微量元素螯合物,除可以用作飼料添加劑外也可以用于食品添加劑或醫(yī)藥保健品,因而具有具有良好的發(fā)展前景.參考文獻(xiàn)1吳勝華,李呂木.微量元素氨基酸螯合物合成及螫合率測(cè)定的研究【jj_飼料工業(yè),2008,29(16):1112.【2】康小龍,連總強(qiáng).微量元素氨基酸螯合物生理功能及在反芻動(dòng)物的應(yīng)用飼料研究,2008,(12):4649.【3】楊文平,李彩桃.微量元素氨基酸螫合物研究與應(yīng)用【j】_飼料研究.2009.(05):4244.10080060l_4020od01oo20034005006007(

18、13bootelllperature/36岡7賴氨酸鋅的tgdtg曲線fig.7tgdtgcunesofzinclysinatechelate三董墨望凸【4周建群,羅玉芳,李妍.賴氨酸螯合銅測(cè)定方法的研究【jj_飼料工業(yè),2008,29(1):3637.5fouadmt.thephysiochemicalroleofchelatedmineralsinmaintainingoptimalbodybiologicalfun(xions.j.app1.nutr,1976,28(23):5-26.6】wardtl.organictracemineralexaminedinstarterdietsj.

19、feedstuffs,1997,69(21):1315.7李順心,李群.l一賴氨酸鋅螫合物的合成機(jī)表征ij】.應(yīng)用化工,2007,36(12):1218-1220.8周俊,宋代軍.賴氨酸營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展ijj.飼料lt業(yè),2006,27(8):4850.9胡新,占穩(wěn),張婷.微波相合成賴氨酸鋅配合物【ji_化學(xué)與生物工程,2007,24(10):2527.10debatoshd,akshayb,vidyac.lysine:isitworthmorej.cytotechnology.2001.36-332.11】張中霞.日齡,性別,蛋白質(zhì)沉積和日糧賴氨酸效率對(duì)快速生長(zhǎng)肉雞的賴氨酸需求的影響j國(guó)外畜牧學(xué)

20、(豬與禽),2008,28(05):3337.121張婷,侯水生,黃葦,等.生長(zhǎng)前期北京鴨賴氨酸需要量的研究ljl_中國(guó)飼料,2008,(19):l3-15.131張紅漫,陳國(guó)松,馮改霞,等.單項(xiàng)氨基酸微量元素鰲合物的研究ljl_氨基酸和生物資源,2002,24(4):4650.14張小燕,杜建強(qiáng),李業(yè)萍,等.復(fù)合氨基酸螯合銅的制備q2zij.西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,32(1):72-75.15】楊云裳,薛愛愛,張應(yīng)鵬,等.l一天門冬氨蓽酸鋅螯合物的合成研究【j1.食品工業(yè)科技,2008,29(2):250251.16李尚德,李移,莫麗兒,等.谷氨酸鋅的合成最佳條件研究j1.廣東

21、微量元素科學(xué),2001,8(12):5457.171鐘國(guó)清.氨基酸微量元素螯合物的制備方法研究【jj.飼料工業(yè),化工中間體chemicalintermediate2009年第l1期2004.25f01):4749.【18nakamotok.infraredandramanspectraofinorganicandcoordinationcompounds【m.4thed.newyork:wileysons,translatedbyhuangdr,wangrq,1986,287.,【19中本一雄著.黃德如,汪慶仁譯.無機(jī)和配位化合物的紅外和拉曼光譜me京:化學(xué)工業(yè)出版社.1986:208234.

22、20張祥麟.絡(luò)合物化學(xué)m.北京:冶金工業(yè)出版社,1979,166168studyonchelateofl-lysinewithtraceelementliufeifeiliqunyulan(departmentofappliedchemistry,qingdaouniversity,qingdao266071)收稿日期:2009.08.30abstract:thehighpurechelateofcopperl-lysinateandzincl-lysinatechelatecompoundweresynthesizedbyorganicsolventwithl-lysinemon0hydro

23、chloride,cupricchlorideandzincchlorideasrawmaterialsinwatermedium.thesyntheticconditionswereinvestigatedaccordingtothemolarratioofmaterials,phvalue,reactiontemperatureandtime.inthemeantime,thepropertiesofthecomplexwerecharacterizedbyaseriesofanalysismethods,suchaschemicalanalysis,infraredspectrum,ultravioletspectrumandthermogravimetricanalysis.keywords:copperl-lysinatechelate;zincllysinatechelate;synthesis;characterization朗盛推出新一代凝膠型陽(yáng)離子交換樹脂改進(jìn)的化學(xué)和物理穩(wěn)定性延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命勒沃庫(kù)森,2009年10月29日德國(guó)特殊化學(xué)品集團(tuán)朗盛公司研發(fā)出用于工業(yè)水處理的新一代高性能凝膠型陽(yáng)離子交換樹脂.作為多年的研究成果,lewatitmonopluss108和lewatitmonopluss108