苏氨酸钙的合成工艺研究

苏氨酸钙的合成工艺研究

宋亚琴 王雷 赵中秀

宁波盈前科技有限公司 浙江 宁波 315000

摘要：以L-苏氨酸和氧化钙为原料，研究苏氨酸钙的最佳合成工艺，结果在温度80℃、pH值为8、反应物浓度为60%、反应时间为2h，苏氨酸钙的螯合率为97.1%。同时，确定搅拌速度为25r/min，降温梯度为10°C/h，可得到颗粒均匀，且易于过滤的苏氨酸钙晶体，产率达90%以上。并采用红外光谱法证明了苏氨酸钙的形成。

关键词：苏氨酸钙；螯合钙；合成

钙在人体代谢中发挥着极其重要的作用，是生命中必不可少的元素^[1]。目前常见的补钙产品有碳酸钙、葡萄糖酸钙、L-天门冬氨酸钙等。其中氨基酸微量元素螯合物是第三代微量元素补充剂，它是一类具有环状结构的螯合物，集氨基酸与微量元素为一体，能提高微量元素的生物利用率^[2]。氨基酸钙作为一种新型的钙营养强化剂，可以利用氨基酸和小肽的吸收通道完整地通过小肠粘膜进入血浆并转运至靶器官^[3]，避免食物中的草酸盐等与钙形成不溶物而难以吸收，因而具有稳定性好，吸收利用率高等优点^[4]，在食品行业，医疗，畜牧业的有益作用已越来越被人们所接受^[5]。本研究以L-苏氨酸与氧化钙为原料制备苏氨酸钙螯合物，具有工艺操作简单，绿色环保等优点。并采用红外光谱法对苏氨酸钙进行了表征。

1. 材料与方法

   1. 试剂与仪器

L-苏氨酸、氧化钙及其他试剂均为市售的AR或CP级试剂。HH-2J型磁力搅拌水浴锅（常州朗越仪器制造有限公司）；Nexus470智能型傅立叶变换红外光谱仪（Thermo Nicolet）；2000型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；DHG9030电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）。

1. 2. 测试指标及方法

钙含量：EDTA滴定法；螯合率（%）=螯合物中钙的含量/反应体系中总钙的含量；产物的鉴定：红外光谱法。

1. 3. 合成工艺

三颈瓶中加入25mL纯化水并加热至60℃，边搅拌边加入11.9g苏氨酸和2.8g氧化钙后升温至80℃继续反应至变澄清。过滤，滤清液进行蒸发浓缩至晶体析出时，停止浓缩，开始缓慢降温，待有大量结晶逐渐析出完毕后，过滤，将滤饼洗涤干燥，即得苏氨酸钙产品。

2. 结果与讨论

   1. 合成条件的选择

经初步实验得知，反应时间、pH值、温度、反应物浓度对苏氨酸钙的品质都有影响。为此，采用4因素3水平的正交实验进行苏氨酸钙最优合成工艺的选择。

表1 正交实验结果

根据表1中的R可知，影响苏氨酸钙螯合率的因素顺序为：反应温度＞反应时间＞反应物浓度＞pH值。通过不同水平苏氨酸钙的螯合率来看，最佳组合为A2B3C2D2，用A2B3C2D2组合做进一步的实验验证，螯合率为97.1%。因此L-苏氨酸与氧化钙的最佳合成工艺为：温度80℃、pH值为8、反应物浓度为60%、反应时间为2h。

1. 2. 结晶条件的探讨

溶质从溶液中结晶出来的影响因素有:溶液的浓度、温度、搅拌速度、时间等^[6]。从结晶学原理及规模化生产的角度出发，温度和搅拌速度是重要的可控外部条件。遵循这一原理，在最佳合成工艺条件下，确定搅拌速度为25r/min，降温梯度为10°C/h，可得到颗粒均匀，且易于过滤的晶体，产率达90%以上。

1. 3. 放大实验的初步探索

取原料各为原来的20倍，即苏氨酸238g，氧化钙56g，水500g，在最佳工艺条件下进行反应得产品234g，收率90%以上。

1. 4. 苏氨酸与钙螯合前后红外光谱分析

L-苏氨酸和最佳工艺条件下制备的苏氨酸钙的红外光谱如图1和图2所示。L-苏氨酸与钙离子发生螯合反应后，相应的特征峰位置发生了明显的位移。从图可以看出，L-苏氨酸在3170cm^-1处的N-H键的特征吸收峰^[6]，在形成螯合物后发生明显的位移，出现在3390cm^-1、3330cm^-1。苏氨酸钙中的羧酸根离子1590cm^-1、1420cm^-1较苏氨酸中羧酸根离子的特征峰1640cm^-1和1460cm^-1发生了蓝移，说明羧基参与了配位反应。

图1 L-苏氨酸的红外图谱

图2 苏氨酸钙的红外图谱

3 结论

采用L-苏氨酸与氧化钙可以得到纯度较高的苏氨酸钙，通过正交试验所得最佳工艺为：温度80℃、pH值为8、反应物浓度为60%、反应时间为2h，苏氨酸钙的螯合率为97.1%。并确定搅拌速度为25r/min，降温梯度为10°C/h，可得到颗粒均匀，且易于过滤的苏氨酸钙晶体，产率达90%以上。

参考文献

[1] 戎舜城.天门冬氨酸钙合成的研究[J].中国食品添加剂, 2003(2): 42.

[2] 张纯.锌氨基酸螯合物对断奶仔猪补饲效果的研究[D].成都:四川农业大学, 2004.

[3] 韩友文,滕冰.微量元素氨基酸螯合物的生物效价及其应用中一些问题[J].饲料博览, 2001 (11): 6-9.

[4] 胡晓波,季李娜,龚益,王远兴,聂少平,谢明勇.苏氨酸锌的制备与表征[J].食品工业科技, 2012(24): 355-357.

[5] 王阶标,李秀玲,王学生,等.活性钙在大鼠体内吸收利用率的研究[J].华北煤炭医学院学报, 1999 1(5): 388-390.

[6] 仲维卓,华素坤.晶体生长形态学[M].北京:科学出版社,1999: 216-297.

[7] 谢明勇,胡晓波,聂少平,等.苏氨酸锌的制备方法:中国,200810106870.1[P].2008-0


1.作者简介包含

作者姓名：宋亚琴

单位：宁波盈前科技有限公司

邮编：315000

出生年份：1995

籍贯：安徽安庆

民族：汉

性别：女

学历：研究生

职称：初级工程师

研究方向：有机微量元素

毕业院校：浙江海洋大学
2.作者简介包含

作者姓名：王雷

单位：宁波盈前科技有限公司

邮编：315000

出生年份：1983

籍贯：浙江宁波

民族：汉

性别：男

学历：大学

职称：高级工程师

研究方向：有机微量元素

毕业院校：浙江工业大学
3.作者姓名：赵中秀

单位：宁波盈前科技有限公司

邮编：315000

出生年份：1985年10月

籍贯：江苏徐州

民族：汉

性别：女

学历：大专

职称：初级工程师

研究方向：有机微量元素

毕业院校：东营职业学院