谷氨酸螯合銅的工藝研究畢業(yè)論文

1、本科生畢業(yè)論文谷氨酸螯合銅的工藝研究二 級(jí) 學(xué) 院化學(xué)與生物工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)化學(xué)（師教育）年 級(jí)2009級(jí)學(xué) 號(hào)0910711007學(xué) 生 姓 名忠權(quán)指 導(dǎo) 教 師梁柏林職 稱(chēng)副教授完 成 時(shí) 間2013年05 月30日獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明本人重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致的地方外，論文（設(shè)計(jì)）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的研究成果。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何貢獻(xiàn)均已在論文（設(shè)計(jì)）中作了明確的說(shuō)明并表示了意。簽名：年月日授權(quán)聲明本人完全理解賀州學(xué)院有關(guān)保留、使用本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，即：學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或

2、機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和磁盤(pán)，允許畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)賀州學(xué)院可以將畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編論文（設(shè)計(jì)）。本人論文（設(shè)計(jì)）中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要的部分為（如沒(méi)有，請(qǐng)?zhí)顚?xiě)“無(wú)”）：簽 名：年月日指導(dǎo)教師簽名：年月日11 / 18谷氨酸螯合銅的工藝研究摘 要以谷氨酸和硫酸銅為原料合成谷氨酸銅，探討酸度、物料摩爾比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)谷氨酸銅螯合率的影響。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)選取最佳控制點(diǎn)，結(jié)合正交試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。正交試驗(yàn)結(jié)果表明：試驗(yàn)的最佳工藝條件：PH=6.00，反應(yīng)時(shí)間為55min，物料摩爾比為2.0:

3、1，反應(yīng)溫度為85。在該條件下，谷氨酸銅螯合率為73.06%。關(guān)鍵詞：谷氨酸螯合銅;螯合率；谷氨酸Glutamate Chelated Copper ProcessABSTRACTSynthesize the glutamic with copper powder and glutamic as the raw material to investigate the influences of the acidity,molar ratio, reaction temperature, reaction time on the chlelation rate of the copper-glu

4、tamates synthesis,through the single factor experiment to get the control point and combined with orthogonal test to proceed the condition optimization. The orthogonal experiment results show that the optimum process conditions are: pH6.00, the reaction time is 55min, the molar ratio is 2.0:1, the r

5、eaction temperature is 85. The chlelation rate of the copper-glutamate is 73.06% under these conditions.Key words:Copper-glutamate chelate；Chelation rate；Glutamate目 錄摘要IABSTRACTII1 前言11.1微量元素銅的重要性11.2 微量元素螯合物飼料添加劑的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)11.3本課題研究的依據(jù)和意義22 實(shí)驗(yàn)部分22.1 藥品與主要儀器22.2 實(shí)驗(yàn)方法32.2.1 實(shí)驗(yàn)原理32.2.2工藝流程路線(xiàn)32.2.3銅離子測(cè)定

6、和產(chǎn)品螯合率42.2.4螯合率的計(jì)算43 結(jié)果與分析43.1單因素實(shí)驗(yàn)43.1.1 pH對(duì)螯合物產(chǎn)率的影響53.1.2 反應(yīng)溫度對(duì)螯合物產(chǎn)率的影響53.1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)螯合物產(chǎn)率的影響63.1.4谷氨酸與五水硫酸銅物料比對(duì)螯合物產(chǎn)率的影響73.2正交實(shí)驗(yàn)73.2.1正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案73.2.2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析73.3優(yōu)化條件下的平行實(shí)驗(yàn)84 結(jié)論8參考文獻(xiàn)9致101 前言1.1微量元素銅的重要性微量元素銅對(duì)動(dòng)植物營(yíng)養(yǎng)的必要性早在1925年就由McHargue報(bào)道，隨后Hart等(1928)揭示了銅對(duì)動(dòng)物具有防止貧血的功能。從此銅作為動(dòng)物體的必需微量元素逐漸為人們所接受，銅在動(dòng)物體的代過(guò)程也

7、得到了深入廣泛的研究1。銅是動(dòng)物體必需的微量元素之一，是動(dòng)物體許多酶(如酪氨酸酶、胺氧化酶、抗壞血酸氧化酶、亞鐵氧化酶、超氧化物歧化酶和細(xì)胞色素氧化酶)組成成分，參與機(jī)體代。當(dāng)機(jī)體缺銅時(shí)，多種酶的活性降低。導(dǎo)致貧血、心臟肥大、骨變形、主動(dòng)脈瘤、肌肉間出血、毛發(fā)褪色、脊髓的脫鞘髓1-2。動(dòng)物體攝入的銅參與神經(jīng)肽的修飾、細(xì)胞產(chǎn)能、自由基解毒、離子平衡、血液凝集、黑色素形成、結(jié)締組織交聯(lián)、兒茶酚胺代和毛發(fā)生成等代過(guò)程；除此之外，銅還是骨化作用、紅白細(xì)胞生成、免疫機(jī)能膽固醇代所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)3-6。銅在動(dòng)物機(jī)體里的重要性由此可見(jiàn)，在養(yǎng)殖業(yè)中給動(dòng)物合理的補(bǔ)充銅也尤其重要。1.2 微量元素螯合物飼料添加劑

8、的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)70年代后期，氨基酸微量元素螯合物最先以植物蛋白和鐵元素為原來(lái)合成7。微量元素氨基酸螯合鹽具有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用性能等優(yōu)越的特點(diǎn)，在飼料中能充分體現(xiàn)其優(yōu)越性，在養(yǎng)殖業(yè)中倍受人們的重視。目前我國(guó)仍普遍使用微量元素的無(wú)機(jī)鹽、氧化物作為添加劑，隨著近年來(lái)飼料工業(yè)的快速發(fā)展，氨基酸微量元素螯合物生產(chǎn)規(guī)?；M(jìn)程的加快和技術(shù)水平的不斷提高，氨基酸微量元素螯合物占領(lǐng)飼料市場(chǎng)的趨勢(shì)將會(huì)是必然，飼料添加劑的品種和數(shù)量的出口量在逐年增加，越來(lái)越多的產(chǎn)品具有較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力8。氨基酸金屬鰲合鹽譽(yù)為第三代礦物質(zhì)微量元素飼料添加劑。氨基酸金屬鰲合鹽克服了無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽的缺點(diǎn), 應(yīng)用于牛、羊、豬、禽

9、、魚(yú)、蝦、貂等效果十分明顯, 能顯著地增加重量（產(chǎn)蛋率）, 改善動(dòng)物的肉質(zhì)、皮毛, 提高飼料效率。用于養(yǎng)蝦, 在水中不易溶失, 可以最大限度地發(fā)揮蝦飼料的效率, 且不污染水質(zhì)。該產(chǎn)品在動(dòng)物體吸收速度快, 無(wú)毒, 無(wú)副作用, 無(wú)沉積, 不損害消化系統(tǒng), 不影響其它微量元素與維生素等營(yíng)養(yǎng)成分的吸收, 且能增進(jìn)畜禽的抗病能力。氨基酸金屬鰲合鹽化學(xué)穩(wěn)定性與生化穩(wěn)定性均好，制法簡(jiǎn)單, 成本低, 原料易得。氨基酸金屬螯合鹽的出現(xiàn), 給微量元素添加劑源開(kāi)辟了一條新路徑9。我國(guó)是世界上養(yǎng)殖業(yè)最發(fā)達(dá)的國(guó)家，養(yǎng)殖業(yè)降本增收直接影響農(nóng)民的收入和養(yǎng)殖積極性。飼料科研部門(mén)從降低生產(chǎn)成本、增加產(chǎn)品的附加值考慮，不斷研究、

10、改進(jìn)氨基酸微量螯合物的生產(chǎn)工藝、降低原材料的浪費(fèi)、開(kāi)發(fā)廉價(jià)的蛋白資源、降低污染，為開(kāi)發(fā)價(jià)格優(yōu)惠、性能優(yōu)越、產(chǎn)品附加值高的氨基酸微量元素螯合物打下基礎(chǔ)10。1.3本課題研究的依據(jù)和意義目前在畜禽飼料中最常用的高劑量的無(wú)機(jī)硫酸銅源，不僅易吸潮結(jié)塊，不便加工貯存，易破壞維生素，而且吸收率低，排出體外污染環(huán)境，降低食品的可食性，這提示了動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究者有必要研制高效吸收利用的新型有機(jī)銅源 ， 探求與高銅具有促生長(zhǎng)效應(yīng)類(lèi)似的無(wú)污染的替代添加物，以便更大程度地發(fā)揮其促生長(zhǎng)效應(yīng)和避免可能的環(huán)境污染11。 我國(guó)從20世紀(jì)80年代對(duì)氨基酸微量元素螯合物進(jìn)行研究和應(yīng)用，至今取得較大發(fā)展。谷氨酸是機(jī)體必需氨基酸之一，

11、所以研究比較多。而工藝研究報(bào)道很少，而本課題以原料以水浴螯合成谷氨酸螯合銅工藝未曾見(jiàn)有報(bào)導(dǎo),水浴螯合操作方便、反應(yīng)速度快、后處理簡(jiǎn)單、環(huán)保的特性，本課題研究操作可行性高。谷氨酸螯合銅，既能提供微量元素銅，又能提供動(dòng)物機(jī)體所需的谷氨酸，達(dá)到雙重的功效。其具有良好的穩(wěn)定性，動(dòng)物易吸收，有良好的飼養(yǎng)效果。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 藥品與主要儀器2.1.1本實(shí)驗(yàn)用水均為一次蒸餾水，實(shí)驗(yàn)藥品如表1所示：表1 實(shí)驗(yàn)藥品藥品名稱(chēng)規(guī)格生產(chǎn)廠家谷氨酸99.9%市津科精細(xì)化工研究所無(wú)水乙醇分析純光華科技股份硫酸銅分析純市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑氫氧化鈉分析純市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠氨水分析純西隴化工股份氯化銨分析純市北辰化學(xué)試劑PAN

12、指示劑分析純市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑乙二胺四乙酸鈉分析純市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠鹽酸分析純西隴化工股份2.1.2實(shí)驗(yàn)儀器如表2所示表2 實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱(chēng)型號(hào)生產(chǎn)廠家電子天平AR224CN舜宇恒平科學(xué)儀器（）電子天平JJ500常熟市雙杰測(cè)試儀器廠滴定管50ml廠泰興市華科實(shí)驗(yàn)儀器廠數(shù)字酸度計(jì)PHS-2C虹益儀器設(shè)備可見(jiàn)分光光度計(jì)722型光譜儀器制造電熱恒溫水浴鍋SSY泰克儀器循環(huán)水式多用真空泵SHB-長(zhǎng)城科工貿(mào)傅立變換紅外分析儀葉360E.S.P美國(guó)尼高力儀器公司(Nicolet)電熱鼓風(fēng)干燥箱DGF30/14-AHG101-2A實(shí)驗(yàn)儀器廠2.2實(shí)驗(yàn)方法2.2.1實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)以谷氨酸和五水硫酸銅為原料，先加入

13、一定量的蒸餾水水浴加熱使谷氨酸完全溶解，再加入五水硫酸銅晶體充分?jǐn)嚢枞芙?，調(diào)節(jié)酸度，水浴螯合。冷卻后進(jìn)行濃縮，然后用無(wú)水乙醇洗滌，再經(jīng)減壓抽濾，恒溫干燥既得產(chǎn)品。其反應(yīng)式如下：（1）2.2.2工藝流程路線(xiàn)本實(shí)驗(yàn)工藝流程如圖1所示：谷氨酸五水硫酸銅調(diào)節(jié)酸度水浴螯合冷卻濃縮洗滌減壓抽濾烘干無(wú)水乙醇回收乙醇成品圖1 谷氨酸螯合銅的工藝流程圖2.2.3銅離子測(cè)定和產(chǎn)品螯合率用EDTA滴定法測(cè)定錳離子，將適量的樣品溶化、純化后，加入氨水-氯化銨緩沖溶液，調(diào)節(jié)溶液的PH值為10左右，然后加入適量PAN指示劑，溶液變?yōu)樽霞t色。用EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定至亮黃色即為終點(diǎn)。2.2.4螯合率的計(jì)算（2）=式中: C標(biāo)準(zhǔn)E

14、DTA溶液的濃度, mol/L；V1滴定螯合態(tài)金屬元素所消耗的EDTA溶液的體積, mL；V0滴定金屬元素總量所消耗的EDTA溶液的體積，mL。（3）式中: C標(biāo)準(zhǔn)EDTA溶液的濃度，mol/L； V0滴定金屬元素總量所消耗的EDTA溶液的體積，mL；M金屬元素的分子量，g/mol；m稱(chēng)取的樣品量, g。3 結(jié)果與分析3.1單因素實(shí)驗(yàn)3.1.1 pH對(duì)螯合物產(chǎn)率的影響取16號(hào)錐形瓶，分別加入3.0000 g谷氨酸，分別加入50mL蒸餾水水浴加熱至完全溶解。分別加入2.5000g五水硫酸銅晶體，攪拌溶解。調(diào)節(jié)pH=3.00、4.00、5.00、6.00、7.00、8.00，水浴加熱50min，反

15、應(yīng)溫度為70。冷卻濃縮反應(yīng)液，分次減壓抽率，加入無(wú)水乙醇洗滌兩次，每次20mL，取濾餅放入烘干箱，110恒溫烘干至恒重，放入干燥器冷卻，稱(chēng)取產(chǎn)品，計(jì)算螯合物率。以pH為橫坐標(biāo)，螯合率為縱坐標(biāo)繪制曲線(xiàn)，曲線(xiàn)如圖2。由圖2可知，隨著pH的增大，螯合物率逐漸增大， pH=6.00時(shí)，螯合物產(chǎn)率最大，當(dāng)pH小于6.00時(shí)，谷氨酸螯合率變化較大，不利于反應(yīng)。說(shuō)明本試驗(yàn)應(yīng)在微酸條件下進(jìn)行才能達(dá)到理想的效果，因此選擇最佳pH值為6.00。圖 2 pH對(duì)螯合物螯合率的影響3.1.2反應(yīng)溫度對(duì)螯合物產(chǎn)率的影響取16號(hào)錐形瓶，分別加入2.9426谷氨酸，分別加入50 mL蒸餾水水浴加熱至完全溶解。分別加入2.49

16、68g五水硫酸銅晶體，攪拌溶解，調(diào)節(jié)pH=6.00，反應(yīng)溫度分別為40、50、60、70、80、90，水浴加熱50min。冷卻濃縮反應(yīng)液，減壓抽率，用無(wú)水乙醇洗滌兩次，每次20 mL，取濾餅放入烘干箱，110恒溫烘干至恒重，放入干燥器冷卻，稱(chēng)取產(chǎn)品，計(jì)算螯合物率。以反應(yīng)溫度為橫坐標(biāo)、螯合率為縱坐標(biāo)繪制曲線(xiàn)，如圖3。由圖3可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為80時(shí)，螯合物所得螯合率最佳，溫度過(guò)低，反應(yīng)不充分不利于反應(yīng)，導(dǎo)致螯合產(chǎn)率下降，因此選擇最佳反應(yīng)溫度為80。圖 3 溫度對(duì)螯合物螯合率的影響3.1.3反應(yīng)時(shí)間對(duì)螯合物產(chǎn)率的影響取16號(hào)錐形瓶，分別加入2.9426 g谷氨酸，分別加入50 mL蒸餾水水浴加熱至完

17、全溶。分別加入2.4968g五水硫酸銅晶體，攪拌溶解，調(diào)節(jié)pH=6.00，反應(yīng)溫度為80，水浴反應(yīng)時(shí)間分別為20min、30min、40min、50min、60min、70min。冷卻濃縮反應(yīng)液，減壓抽率，用無(wú)水乙醇結(jié)晶洗滌兩次，每次20 mL，取濾渣放入烘干箱，110恒溫烘干至恒重，放到干燥器冷卻，稱(chēng)取產(chǎn)品，計(jì)算螯合產(chǎn)率。以反應(yīng)時(shí)間為橫坐標(biāo)、產(chǎn)率為縱坐標(biāo)繪制曲線(xiàn)，如圖4。由圖4可知，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為50min時(shí)，螯合物率最高，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于50min后，螯合率反而有所下降，螯合反應(yīng)的發(fā)生在較短時(shí)間可完成。若選擇反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生更多的不確定因素而造成螯合反應(yīng)的干擾，且會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，因此

18、選擇最佳反應(yīng)時(shí)間為50min。圖 4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)螯合物螯合率的影響3.1.4谷氨酸與五水硫酸銅物料比對(duì)螯合物產(chǎn)率的影響取16號(hào)錐形瓶，分別加入谷氨酸1.4714 g、2.9426 g、4.4139 g、5.8852 g、7.3565g、8.8378g，即物料比（谷氨酸與五水硫酸銅摩爾比）分別為1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1，分別加入適量蒸餾水水浴加熱至完全溶解。分別加入2.4968g五水硫酸銅晶體，攪拌溶解，調(diào)節(jié)pH=6.00，水浴加熱50min，反應(yīng)溫度為80。冷卻濃縮反應(yīng)液，減壓抽率，用無(wú)水乙醇洗滌兩次，每次20 mL，取濾餅放入烘干箱，110恒溫烘干至恒重，放到干燥器冷卻

19、，稱(chēng)取產(chǎn)品，計(jì)算螯合率。以物料摩爾比為橫坐標(biāo)、螯合率為縱坐標(biāo)繪制曲線(xiàn)，如圖5。由圖5可看出，當(dāng)谷氨酸和五水硫酸銅物料摩爾比為2:1時(shí)，螯合物螯合率最佳，當(dāng)物料比增大時(shí)產(chǎn)率有所下降，物料比越大，也越容易反應(yīng)生成分子量大的螯合物，不利于動(dòng)物的吸收。物料比例過(guò)大導(dǎo)致谷氨酸過(guò)剩，會(huì)造成谷氨酸酸的浪費(fèi)，因此選擇最佳物料比為2:1。圖5 物料摩爾比對(duì)螯合物螯合率的影響3.2正交實(shí)驗(yàn)3.2.1正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案在其它條件不變的情況下，以PH（A）、時(shí)間（B）、溫度（C）、物料摩爾比（D）為主要探究因素，以螯合率為指標(biāo)，進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)：3.2.2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析表3 正交試驗(yàn)因素水平水平PHA反應(yīng)溫

20、度B（）反應(yīng)時(shí)間C（min）物料摩爾比D15.575451.5:126.080502:136.585552.5:1表4L9(34)正交試驗(yàn)與結(jié)果水平PHA反應(yīng)溫度B（）反應(yīng)時(shí)間C（min）物料摩爾比D螯合率（%）1111136.582122252.633133353.684212351.585223147.376231255.797313254.478321339.219332138.16K147.6347.5443.8640.70K251.5846.3747.4654.30K343.9549.2151.8448.16極差R7.632.847.9813.6主次順序DCAB優(yōu)水平2332優(yōu)組合A

21、2B3C3D23.3優(yōu)化條件下的平行實(shí)驗(yàn)結(jié)合以上的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，根據(jù)水體系合成法的最佳工藝條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平行3次，其結(jié)果如表4所示：表5 平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析平行試驗(yàn)序號(hào)123螯合率（%）71.9474.5672.68平均值（%）73.064 結(jié)論本實(shí)驗(yàn)以五水硫酸銅和谷氨酸為原料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)合成了新型氨基酸衍生物谷氨酸銅，經(jīng)過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件后的最佳螯合工藝條件為反應(yīng)溫度為85，物料摩爾比為2:1，反應(yīng)時(shí)間為85min，pH為6.00。在該條件下，所得谷氨酸銅的螯合率為73.06%，所得產(chǎn)品為深藍(lán)色粉末。參考文獻(xiàn)1 吳建設(shè).營(yíng)養(yǎng)免疫學(xué)研究進(jìn)展之一：微量元素銅的研究現(xiàn)狀J.中國(guó)畜牧雜志，1962，32（2）

22、：54-55.2 錢(qián)劍，王哲，國(guó)文.銅在動(dòng)物體代的研究進(jìn)展 J.動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2003，24（2）：55-57.3 吳建設(shè)徽量元素銅在動(dòng)物機(jī)體的代研究進(jìn)展J飼料博覽，1998，(10):11-124 Jaekwon Lee,Joseph RProhaska，et a1ThiehEssential role for mammalian copper transporter Ctrl in copper homeostasis and embryonic developmentProcJNatl Acad Sci USA，2001，98(12)：6842-68475 Lee J，Pens M M，Nose Y,et a1Biochemical characterization of the huma n copper transporter CtrlJJ Biol Chem，2002，277(6)：4380-43876 Simon Labbe,Zhiwu Zhu.Copper-specific Transcriptional Repression of Yeast Genes Encoding C