超聲輔助水相合成甘氨酸鋅螯合物

廣西產品質量監督檢驗研究院 劉培杰

百色學院化學與生命科學系 黃桂田 凌紹明＊

鋅是人和動物的必需微量元素之一，具有促進生長發育、調節機體免疫、參與體內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穩定性、易消化吸收和生物學效價高等優點，表現出優良的抗干擾和緩解礦物質之間的拮抗競爭作用（江素梅，2012）。管海躍等（2008）研究表明，甘氨酸鋅作為食品營養強化劑和飼料添加劑時，陰離子的存在會對腸胃產生刺激作用。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。為縮短反應時間、合成不受陰離子干擾的甘氨酸鋅螯合物，本試驗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 （上海森信實驗儀器有限公司）；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，國藥集團化學試劑有限公司）、EDTA（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。

1.2 甘氨酸鋅螯合物的合成 向裝有電動攪拌器的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，燒瓶瓶低位于揚聲器正上方約3 cm處，清洗槽水面應高于燒瓶內液面（完全加入堿式碳酸鋅以后的液面）2～3 cm。啟動攪拌器，當水浴溫度為80℃時，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的量比為2∶1），啟動超聲輻射并開始計時，超聲功率為120 W，超聲作用4 h后停止反應。取出趁熱過濾，濾液于60℃水浴上緩慢加熱濃縮至產生晶膜，轉自然冷卻至室溫，靜置12 h，析出大量白色晶體，抽濾，洗滌，得到粗產品。

將粗產品低溫烘干，研成粉末，用乙醇反復洗滌至濾液與茚三酮不顯藍紫色為止，抽濾，低溫烘干，稱重計算產率（張紅漫等，2002）。

2 結果與討論

2.1 原料物質的量比對產品收率的影響 采用單變量變換法考察原料物質的量比對產品收率的影響。固定超聲波輻射功率120 W，反應溫度80℃，超聲波輻射時間4 h，分別對不同物質的量比的甘氨酸和堿式碳酸鋅的摩爾比進行對比合成試驗。

試驗發現，反應完成后，反應液的澄清度隨著原料物質的量比的增大而增加，但均不能得到完全澄清的溶液。這是因為堿式碳酸鋅不溶于水，與甘氨酸反應后會慢慢溶解，而使溶液的澄清度逐漸加大。在原料物質的量比為2∶0.5以上，隨物質的量比的增大，產品收率增加值不大，從利于純化產品和提高產品純度來考慮，試驗選擇原料物質的量比為 2∶0.5（表 1）。

表1 原料物質的量比對甘氨酸鋅產品收率的影響

2.2 溫度對甘氨酸鋅產品收率的影響 取甘氨酸12.0 g（160 mmol），堿式碳酸鋅 9.0 g（40 mmol），超聲波輻射時間4 h，超聲波功率為120 W，改變反應溫度以考察溫度對產品收率的影響，試驗結果見表2。

表2 反應溫度對甘氨酸鋅產品收率的影響

由表2可知，隨著溫度增加，螯合物的產率呈增加趨勢，反應溫度為80℃時，產品收率為95.5%，由于受到超聲清洗器加熱溫度設計的限制，試驗選取反應溫度為80℃。

2.3 超聲輻射時間對甘氨酸鋅產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，反應溫度80℃，考察超聲輻射時間對反應的影響，試驗結果見表3。

表3 超聲波輻射時間對甘氨酸鋅產品收率的影響

由表3可知，隨著超聲輻射時間的增長，螯合物的產品收率逐漸增大，當超聲輻射時間為4 h時以上時，產率在95%以上。繼續增加超聲輻射時間，產率的增加的幅度不大，因此，試驗選擇超聲輻射時間為4 h。

2.4 超聲輻射功率對甘氨酸鋅產品收率的影響采用單變量變換法考察超聲波功率對甘氨酸鋅產品收率的影響。取甘氨酸12.0 g，堿式碳酸鋅9.0 g，超聲波輻射時間4 h，反應溫度為80℃，考察超聲輻射功率對產品收率的影響，結果見表4。

表4 超聲波功率對甘氨酸鋅產品收率的影響

由表4可知，隨著超聲輻射功率的增加，螯合物的產率逐漸增大，當超聲輻射功率為120 W時產品收率最大，之后隨著超聲輻射功率的增加，產品收率略有下降。因此，試驗選取超聲輻射功率為120 W。

2.5 產品組成分析 產品中鋅的含量采用EDTA配位滴定法進行測定，甘氨酸含量采用凱氏定氮法進行分析。結果表明，鋅的理論含量為28.3%，而實測含量為28.4%，甘氨酸理論含量為64.0%，而實測含量為63.9%，與帶1個結晶水的二甘氨酸鋅[Zn（NH2CH2COO）2]·H2O 組成相吻合，n （甘氨酸）∶n（Zn2+）=2∶1。根據元素分析可知產品為甘氨酸鋅螯合物，其分子式為Zn（NH2CH2COO）2·H2O。

3 結論

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工藝條件為：n（甘氨酸）∶n（堿式碳酸鋅）=2∶0.5，超聲輻射時間為 4 h，反應溫度為80℃，超聲波功率為120 W。在此條件下，產品收率達95%以上。

[1]管海躍，崔艷麗，毛建衛.一水合甘氨酸鋅螯合物的合成及其表征[J].浙江大學學報（理學版），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.