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姚 磊1 赵海田2 王 静2 1(国家大豆工程技术研究中心,哈尔滨,150050) 2(哈尔滨工业大学,哈尔滨,150086)
铁是人体必需微量元素之一,是维持机体某些特殊功能的重要成分。多年来各国研究人员一直在探求副作用小、生物利用率高的铁营养强化剂。国内已有东北农业大学的滕冰、韩友文等人研究了氨基酸微量元素螯合物作为饲料添加剂,在动物饲养中显著提高了微量元素在小肠内的吸收,提高其生物学效价。但是作为食品营养强化剂,研究的就比较少[1]。甘氨酸亚铁是一种螯合物,与其他补铁强化剂相比较具有适口性好、副作用小、吸收率高的特点,容易被人体吸收,是一种较理想的铁营养强化剂,对防止铁营养缺乏,增进健康具有重要意义[2,3]。试验采用FeSO4#7H2O与L2甘氨酸在适当条件下进行螯合反应,制得甘氨酸亚铁并对其最适螯合条件及结构进行研究。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 试 剂
硫酸亚铁(FeSO4#7H2O),还原铁粉,无水乙醇,EDTA,磺基水杨酸(以上均为分析纯试剂);甘氨酸,纯度9912%。
1.1.2 仪器设备
氨基酸自动分析仪(HIACHI28800型)。
1.2 试验方法
1.2.1 合成的工艺路线
1.2.2 操作要点
(1)溶解:将10g甘氨酸溶解于200mL水中,加入2g抗氧化剂,再加入一定量硫酸亚铁,于40e恒温磁力搅拌器中不断搅拌,使反应物充分反应。
(2)合成:用6mol/LHCl或6mol/LNaOH溶液调节pH值,反应一定时间后加入体积分数95%的无水乙醇,立即生成白色沉淀。
(3)过滤:将沉淀进行抽滤,收集滤渣,滤液进行溶剂回收。
(4)纯化:将滤渣溶解于适量水中,在50e的水浴中蒸发浓缩至表面析出晶膜,取出在室温下缓慢冷却,然后放置4e冰箱,结晶24h。
(5)干燥:将纯化后的产品放入真空干燥箱中干燥,然后称重,计算产率。
1.2.3 原料纯度的测定方法
1.2.3.1 甘氨酸纯度的测定
取30mg左右的甘氨酸,加水定容至50mL容量瓶中。从中再取1mL,用柠檬酸盐缓冲液(pH=2)定容于50mL容量瓶中,采用日立8800型全自动氨基酸分析仪测定。按下式计算:
式中:A样,样品的峰面积;A标,标样的峰面积;M,甘氨酸的分子质量;m,样品的质量,mg。
1.2.3.2 铁含量的测定[4]
准确移取一定体积的Fe2+溶液于三角瓶中,加水约为50mL,加入体积分数30%H2O2310mL,控制液体的pH值为2.0。加热至50~60e,8min后加入质量分数2%磺基水杨酸5~8滴,体系呈黄绿色,用0102mol/L的ED2TA标准溶液滴定至亮黄色为终点,记下消耗EDTA的体积。
式中:C,EDTA标准溶液的浓度(mol/L)V,消耗EDTA的体积(L);VFe2+:移取的Fe2+溶液的体积(L);MFe,Fe的摩尔质量(g/moL)
1.2.4 正交试验设计
根据文献报道,考虑到反应的主要影响因素为:底物浓度、温度、摩尔比、pH值,再确定主要影响因素的数量后采用正交试验对工艺参数寻优,以产品产率为评价指标,进行优选试验。
2.2 正交试验结果分析
对结果处理后,可知各个反应因素对于产率影响的大小程度为:pH>摩尔比>温度>甘氨酸浓度,最佳反应条件为反应摩尔比GlyBFe=1:1,温度40e,pH=4,甘氨酸浓度为5%。4种影响因素中,甘氨酸浓度的影响最小,pH影响最大。在pH较低的酸性条件下,H+将与金属离子竞相争夺供电子集团,从而不利于甘基酸亚铁的生成;在pH较高的碱性条件下,基与供电子基团争夺铁离子而生成氢氧化铁沉淀,未生成产品。当pH为4左右时,恰好处于上述2种情况的平衡点,既利于反应的进行,又不生成氢氧化铁沉淀。甘氨酸的浓度对反应的影响最小,从反应动力学的角度来看,较高的反应物浓度可使反应向生成物方向进行的更加彻底,产率得以提高,但当反应物浓度增加到一定浓度时产率不再提高,过高的反应物浓度会造成甘氨酸的浪费,所以适宜的反应摩尔比为GlyBFe=1:1。
2.3 原料纯度的测定
2.3.1 甘氨酸纯度的测定
甘氨酸标准样品的图谱见图2,样品的图谱见图3,根据外标法[5]计得到原料甘氨酸的纯度为99.2%。
2.3.2 铁源含量的测定[6]
采用磺基水杨酸为指示剂,EDTA络合滴定法测得7水硫酸亚铁中实际测得的铁含量为18.99%,理论铁含量19.98%,7水硫酸亚铁的纯度95.05%。
3 结 论
甘氨酸亚铁螯合物制备的工艺条件进行初步研究表明,对螯合反应产率影响最大的因素是pH值,然后是甘氨酸浓度、反应摩尔比、反应时间。最佳螯合条件是:反应摩尔比GlyBFe=1B:1,温度40℃,pH=4,氨酸浓度为5%时间120min。
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