花生粕制備復合氨基酸螯合鋅的研究

解成駿，李洪潮，張文強，劉 俊，徐懷春

(文山學院 化學與工程學院， 云南 文山 663009)

微量元素氨基酸金屬螯合物有特定的生化特性，其吸收方式、代謝途徑、安全性均優于無機微量元素，具有較高的生物學效價，有益于動物的吸收利用。特定的氨基酸金屬螯合物是合成動物、人體體液及各種臟器細胞的重要原料，被廣泛用于食品、醫藥、農藥、飼料等行業，其前景廣闊[1]。

花生粕中蛋白質含量高達48%～50%，氨基酸種類齊全，其中天門冬氨酸、谷氨酸、精氨酸含量分別為4.426%、7.572%、4.919%[2]，以花生粕為原料，制備氨基酸金屬螯合物，可綜合利用花生粕等富含蛋白質的廢棄物，應用前景好。

成人體內鋅含量為1.4～3.0 g，廣泛分布于人體的各種組織、器官中，對人體的免疫系統、神經系統、代謝系統、生長發育、智力等方面有重要的影響[3-4]。

構成蛋白質的各種氨基酸與各種金屬鹽形成金屬螯合物的能力不同，螯合物穩定性也有差異[5]。本研究在大豆粕制備復合氨基酸螯合銅的基礎上[6]，研究花生粕制備復合氨基酸螯合鋅，擴展了應用研究，該工藝成熟、簡單，條件易控，產率高。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

花生粕，購自云南昆明農貿市場。

復合氨基酸(98%)(LR 250 g)(ID 242405；No 141819)，北京北納創聯研究院；氯化鋅、乙二胺四乙酸二鈉、溴化鉀等均為分析純。

瑞士Precisa XA220A電子天平；IRprestige-21傅里葉變換紅外光譜儀，日本島津。

1.2 實驗方法

1.2.1 復合氨基酸的制備

取花生粕50.0 g，用200 mL、6 mol/L鹽酸恒溫90℃回流8 h，熱濾，濾液用5.0 g活性炭恒溫50℃攪拌10 min，趁熱抽濾除雜質、脫色，所得濾液用氫氧化鈉調節pH為5～6，濃縮結晶得到復合氨基酸粗品。將氨基酸粗品用50 mL冰乙酸恒溫85℃回流50 min，趁熱抽濾除鹽，濾液用其8倍體積的丙酮結晶、抽濾，再用無水乙醇洗滌晶體2～3次除油脂，干燥，得到較純復合氨基酸。

1.2.2 復合氨基酸螯合鋅的制備

稱取一定量自制的復合氨基酸溶解于50 mL水中，再加入一定量氯化鋅，滴加3 mol/L醋酸溶液，調節pH到一定值，在一定的螯合溫度下充分攪拌反應一定時間后，將濾液冷卻到室溫，抽濾除去不溶性雜質，濾液加入其8倍體積的甲醇，靜置20 min充分結晶，抽濾得到白色結晶，用無水乙醇洗滌2～3次，真空干燥，得到目標產品復合氨基酸螯合鋅。

1.2.3 復合氨基酸螯合鋅制備工藝探究

選擇復合氨基酸標準品，根據其含量計算平均氨基酸的物質的量。將復合氨基酸標準品與氯化鋅在一定的物質的量比、螯合溫度、螯合時間、體系pH等螯合條件下，改變其中1個因素，固定其余3個因素，制備復合氨基酸螯合鋅，以鋅的螯合率為衡量標準確定制備復合氨基酸螯合鋅的單因素條件，在單因素實驗的基礎上設計正交實驗確定最佳工藝條件。

1.2.4 復合氨基酸、復合氨基酸螯合鋅的紅外光譜(IR)表征

先用純溴化鉀進行背景掃描，再將壓好的壓片放到紅外光譜儀上進行掃描，分別測定復合氨基酸標準品，制備的復合氨基酸、復合氨基酸螯合鋅在4 000～400 cm-1的紅外光譜。

1.2.5 EDTA法測定金屬鋅含量

稱取一定量的復合氨基酸螯合鋅產品于250 mL錐形瓶中，加入2.0 mL 1 mol/L的硫酸溶液，攪拌溶解，加50 mL蒸餾水，再加入20 mL pH 5.4六亞甲基四胺緩沖溶液和2～3滴二甲酚橙指示劑，用0.021 2 mol/L的EDTA標準溶液滴定至終點，重復3次。按下式計算產品中鋅含量。

WZn=CEDTA×VEDTA×65.41/(1 000×m)×100%

式中：WZn為鋅含量，%；CEDTA為EDTA標準溶液的濃度，mol/L；VEDTA為滴定消耗EDTA標準溶液的體積，mL；65.41為鋅的摩爾質量，g/mol；m為產品試樣的質量，g。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 復合氨基酸標準品與氯化鋅物質的量比對螯合反應的影響

選取復合氨基酸標準品與氯化鋅物質的量比按1∶1、2∶1、3∶1、4∶1(總量小于10.0 g)，用醋酸控制螯合體系pH為4，螯合溫度60℃，螯合時間1 h，按1.2.2方法制備復合氨基酸螯合鋅，考察復合氨基酸標準品與氯化鋅物質的量比對螯合反應的影響，結果見表1。

表1 復合氨基酸標準品與氯化鋅物質的量比對螯合反應的影響

由表1可知，當復合氨基酸標準品與氯化鋅物質的量比為2∶1時，復合氨基酸螯合鋅中鋅的螯合率最大，為80.23%。

2.1.2 體系pH對螯合反應的影響

選取復合氨基酸標準品與氯化鋅的物質的量比2∶1，用醋酸調控螯合體系pH分別為4、5、6、7，控制螯合溫度60℃，螯合時間1 h，按1.2.2方法制備復合氨基酸螯合鋅，考察體系pH對螯合反應的影響，結果見表2。

表2 體系pH對螯合反應的影響

由表2可知，當螯合體系pH為4時，復合氨基酸螯合鋅中鋅的螯合率最大，為80.24%。

2.1.3 螯合溫度對螯合反應的影響

選取復合氨基酸標準品與氯化鋅的物質的量比2∶1，用醋酸調控螯合體系pH為4，控制螯合溫度分別為40、50、60、70℃，螯合時間1 h，按1.2.2方法制備復合氨基酸螯合鋅，考察螯合溫度對螯合反應的影響，結果見表3。

表3 螯合溫度對螯合反應的影響

由表3可知，當螯合溫度為50℃時，復合氨基酸螯合鋅中鋅的螯合率最大，為83.46%。

2.1.4 螯合時間對螯合反應的影響

選取復合氨基酸標準品與氯化鋅的物質的量比2∶1，用醋酸調控螯合體系pH為4，控制螯合溫度為50℃，螯合時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0 h，按1.2.2方法制備復合氨基酸螯合鋅，考察螯合時間對螯合反應的影響，結果見表4。

表4 螯合時間對螯合反應的影響

由表4可知，當螯合時間為1 h時，復合氨基酸螯合鋅中鋅的螯合率最大，為80.86%。

2.2 正交實驗

在單因素實驗的基礎上，以復合氨基酸標準品與氯化鋅的物質的量比(A)、體系pH(B)、螯合溫度(C)、螯合時間(D)為考察因素，以鋅的螯合率為指標，進行四因素三水平正交實驗，以確定最佳螯合工藝條件，正交實驗因素水平見表5，正交實驗設計及結果見表6。

表5 正交實驗因素水平

表6 正交實驗設計及結果

由表6可知，各因素對螯合反應影響的主次順序為A>C>B>D,即復合氨基酸標準品與氯化鋅的物質的量比影響最大，其次是螯合溫度，體系pH影響次之，螯合時間影響最小。最優工藝組合為A2B3C1D1，即復合氨基酸標準品與氯化鋅的物質的量比2∶1，體系pH 5，螯合溫度40℃，螯合時間0.5 h。螯合溫度過低，不利于螯合，但溫度太高，氨基酸螯合物不穩定；螯合時間太短，螯合率低，螯合時間太長，產物復雜；體系pH太低，不利于螯合，體系pH太高，金屬鹽水解，不利于螯合；復合氨基酸與氯化鋅的物質的量比為2∶1時，原料盡可能用完，不會浪費。

以花生粕為原料制備復合氨基酸，在最佳螯合工藝即螯合溫度40℃、螯合時間0.5 h、體系pH 5、復合氨基酸與氯化鋅的物質的量比2∶1條件下，制備復合氨基酸螯合鋅，測定其IR圖譜進行表征，用EDTA法測定復合氨基酸螯合鋅中的鋅含量，以進一步確定目標。

2.3 IR表征

2.3.1 復合氨基酸的IR圖譜

按1.2.4方法測繪的復合氨基酸標準品、自制復合氨基酸的IR圖譜以及解成駿等[6]測繪的復合氨基酸IR圖譜，見圖1。

圖1 復合氨基酸標準品(1)、自制復合氨基酸(2)、文獻[6](3)的復合氨基酸IR圖譜

2.3.2 制備的復合氨基酸和復合氨基酸螯合鋅的IR圖譜(見圖2)

由圖2可知，伸縮振動區的復合氨基酸在3 371.57 cm-1處有N—H鍵的特征吸收峰，而復合氨基酸與鋅螯合后N—H鍵吸收峰出現在3 151.80 cm-1處，螯合物中明顯發生了化學反應而產生吸收峰紅移，復合氨基酸在2 988.87 cm-1處出現較強的O—H鍵吸收峰，在3 057.81 cm-1處有C—H鍵吸收峰。復合氨基酸與鋅螯合后無O—H鍵吸收峰，C—H鍵吸收峰出現在2 962.86 cm-1處。復合氨基酸中N—H、C—H、O—H鍵的特征吸收峰比較明顯，而復合氨基酸螯合鋅的紅外光譜中N—H鍵比較明顯、C—H鍵峰減弱、無O—H鍵的吸收峰，故判斷復合氨基酸已經與鋅離子螯合。

圖2 自制復合氨基酸(1)、復合氨基酸螯合鋅(2)的IR圖譜

2.4 復合氨基酸螯合鋅中鋅含量(見表7)

表7 螯合物中鋅含量測定結果

由表7可知，螯合物中鋅含量的平均值為29.34%，由于銅離子與鋅離子的摩爾質量分別為63.55 g/mol和65.41 g/mol，解成駿等[6]在研究大豆粕制備復合氨基酸螯合銅的研究中，銅含量平均值為29.97%(誤差在容量分析范圍之內) ，兩者相似，產品可信。

由于復合氨基酸的粒徑與鋅鹽有固定的值，因而螯合是固定的，螯合物中的鋅含量是固定的[5]，因而測定產品中鋅含量，復合氨基酸的含量也就可以算出，從而可對生產進行控制。

3 結 論

以花生粕為原料，通過特定溫度下酸水解、活性炭脫色、有機試劑純化制備復合氨基酸，然后與氯化鋅螯合制備復合氨基酸螯合鋅，對產品進行IR表征，用EDTA法測定金屬鋅含量，進一步確定目標產物。在生產實際控制過程中，先對產品進行IR表征，再用EDTA法測定金屬鋅含量，計算復合氨基酸的含量或用化學法測定氨基酸的含量，實現生產控制。

該工藝易操作、成本低，制得的產品純度較高，螯合物的結構穩定，分析測試、生產控制簡便易行。制備的產品經進一步純化，可廣泛應用于食品、飼料、農藥等行業。該方法可供富含蛋白質的原料綜合開發參考。