一种甘氨酸螯合铁的结晶成长方法,将甘氨酸螯合铁溶解于75-85°C的水中,以20Hz-50Hz的速率进行搅拌,制得浓度为0.3g/ml的甘氨酸螯合铁溶液;以35-45°C/h的降温速率逐步降温,向溶液内滴加有机溶剂,降温至20°C后保持该温度,在该温度下继续完成有机溶剂的滴加,至晶体析出、成长,过滤晶体,烘干后过筛,收集粒度在20-60目之间的产品,从而得到甘氨酸螯合铁的晶体。采用本发明的甘氨酸螯合铁结晶方法可以获得颜色、抗氧化性、抗吸潮性、及水溶性很好的产品。
1.一种甘氨酸螯合铁的结晶成长方法,其特征在于:包括如下步骤:将甘氨酸螯合铁溶解于75-85°C的水中,以20Hz-50Hz的速率进行搅拌,制得浓度为0.3g/ml的甘氨酸螯合铁溶液;以35-45°C/h的降温速率逐步降温,向溶液内滴加有机溶剂,降温至20°C后保持该温度,在该温度下继续完成有机溶剂的滴加;过滤晶体,烘干后过筛,收集粒度在20-60目之间的产品,从而得到甘氨酸螯合铁的晶体,其中,所述有机溶剂为丙酮和无水乙醇的混合液,且丙酮和无水乙醇的质量比为1:1~1:5;所述有机溶剂的质量与所述甘氨酸螯合铁质量比为2:1-1:1;所述有机溶剂全部加完所用时间为2~3小时。
2.如权利要求1所述的一种甘氨酸螯合铁的结晶成长方法,其特征在于:所述步骤中,降温速率为40°C。
3.如权利要求1所述的一种甘氨酸螯合铁的结晶成长方法,其特征在于:所述步骤中,搅拌速率为30Hz。
4.如权利要求1所述的一种甘氨酸螯合铁的结晶成长方法,其特征在于:所述有机溶剂中,丙酮和无水乙醇的质量比为1:3。
5.如权利要求1所述的一种甘氨酸螯合铁的结晶成长方法,其特征在于:所述有机溶剂的质量与所述甘氨酸螯合铁质量比为1:1。技术领域
本发明涉及氨基酸微量元素铁络合物制备技术领域,具体涉及一种水溶性甘氨酸螯合铁的结晶成长方法。
背景技术
目前,铁是动物必需的微量元素之一,也是研究最多和了解最深的人体必需的微量元素之一,然而机体缺铁却是全世界、特别是发展中国家最主要的营养问题之一。铁是血红蛋白的重要组成成分,是血液中输送氧与交换氧的重要元素,也是许多酶的组成成分和氧化还原反应酶的激活剂,铁缺乏会导致贫血等疾病。甘氨酸螯合铁是一种非常容易被包括人类在内的哺乳动物机体吸收的铁营养强化剂,其具有无毒无刺激、吸收快、补铁补血作用显著等众多优点,被广泛用于饲料添加剂。研究表明甘氨酸螯合铁盐中铁离子的吸收比硫酸亚铁高出五到六倍,具有良好的化学稳定性,既避免了矿物之间的相互拮抗作用,又消除了无机盐对维生素氧化的弊端。目前甘氨酸螯合铁主要有以下几种制备方法:1、利用甘氨酸和硫酸亚铁,加入固碱反应,并利用膜分离得到甘氨酸钠盐,继续反应后利用刮板薄膜蒸发浓缩至析出晶膜,最终真空干燥;2、还有一种制备氨基酸亚铁螯合物的方法,将氨基酸和可溶性亚铁盐火鹤加入有机醇溶剂中,反应后抽滤得到固体。目前为止,很少有人采用结晶法生产甘氨酸螯合铁。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种甘氨酸螯合铁的结晶成长方法,其所得产品储存方便,具有优良的抗氧化性、抗吸潮和水溶性,从而消除上述背景技术中缺陷。为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种甘氨酸螯合铁的结晶成长方法,包括如下步骤:将甘氨酸螯合铁溶解于75-85°C的水中,以20Hz-50Hz的速率进行搅拌,制得浓度为0.3g/ml的甘氨酸螯合铁溶液;以35-45°C/h的降温速率逐步降温,向溶液内滴加有机溶剂,降温至20°C后保持该温度,在该温度下继续完成有机溶剂的滴加,至晶体析出、成长,过滤晶体,烘干后过筛,收集粒度在20-60目之间的产品,从而得到甘氨酸螯合铁的晶体,其中,所述有机溶剂为丙酮和无水乙醇的混合液,且丙酮和无水乙醇的质量比为1:1~1:5;有机溶剂的质量与甘氨酸螯合铁质量比为2:1-1:1;有机溶剂全部加完所用时间为2~3小时。本发明中,降温速率最好为40°C。本发明中,优选的搅拌速率为30Hz。本发明中,有机溶剂中,丙酮和无水乙醇的质量比优选为1:3。本发明中,有机溶剂的质量与甘氨酸螯合铁质量比优选为1:1。本发明经过发明人大量反复的试验,才最终确定了有机溶剂的选择及用量的确定、搅拌速率的确定,降温速率的确定,加入有机溶剂速率的确定。在结晶时,加入有机溶剂主要有以下几个原因:1加入有机溶剂后,会使水溶液的介电常数降低,从而使溶质分子间的静电引力增加,促使他们互相聚集,并结晶出来。2水溶性有机溶剂的亲水性很强,他会抢夺本来与亲水溶质结合的自由水,使其表面的水化层破坏,导致溶质分子之间的互相作用增大而产生聚集,从而结晶析出。发明人为了选择合适的有机溶剂,在甲醇、乙醇、丙酮以及其他多种溶剂之间进行过大量反复的试验。乙醇是最常用的晶体析出的有机溶剂,因为它具有结晶作用强、沸点适中、无毒等优点。丙酮的介电常数小于乙醇,但其具有沸点低、挥发损失大、对肝脏有一定毒性、着火点低等缺点,使他应用不及乙醇。甲醇的结晶作用与乙醇相当,但由于甲醇口服有剧毒,所以应用也不及乙醇。从外观来看用乙醇作为析出剂,所得晶体略显白色,晶体颗粒饱满。丙酮作为甘氨酸螯合铁晶体析出的有机溶剂,所得晶体颜色亮黄色,粒度稍差。而其他溶剂也各有其优缺点。通过实验发现,丙酮与乙醇按一定比例混合,作为甘氨酸螯合铁晶体析出的有机溶剂,所得晶体亮黄色,粒度较饱满。因此选择丙酮与无水乙醇按一定比例的混合物作为甘氨酸螯合铁晶体析出的有机溶剂。发明人在长期的实践中发现,丙酮与无水乙醇质量比大于1:1时,结晶产品颜色比较合适(为黄色),但粒度较小;丙酮、无水乙醇质量比为1:3时颜色较好(为亮黄色),颗粒较大,是理想产品;丙酮、无水乙醇质量比小于1:5时,虽然粒度较大,但颜色开始发白。考虑到产品的实际应用价值,选择铁含量较高的产品,所以优选的丙酮和无水乙醇的质量比为1:3。有机溶剂的质量与甘氨酸螯合铁质量比为2:1-1:1,当小于1:1,甘氨酸螯合铁在溶液中没有完全析出,当为1:1时,甘氨酸螯合铁已经基本完全析出,而适当的增加有机溶剂浓度更利于结晶完全,但是如果超过2:1则无明显意义。甘氨酸螯合铁溶液降温速率选择为40°C/h较为合适,搅拌速率从20Hz-50Hz变化的过程中,选择40Hz较为合适。有机溶剂滴加速率的选择,有机溶剂滴加速率过慢时,形成的晶核由于缺乏成长的动力,容易被搅拌打碎,造成晶核过多,成长的晶体多,粒度小;滴加过快也容易造成晶核过多,所形成的晶体粒度小,最优的滴加速度为全部加完有机溶剂时间2小时。因此,本发明优化后的水溶性甘氨酸螯合铁结晶方法为:有机溶剂丙酮和无水乙醇质量比为1:3,有机溶剂的质量与甘氨酸螯合铁质量比为2:1,溶液降温速率40°C/h,搅拌速率40Hz,滴加完有机溶剂用时2小时。由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:采用本发明的甘氨酸螯合铁结晶方法可以获得颜色、抗氧化性、抗吸潮性、及水溶性很好的产品。产品结晶后氨基酸含量为21.35%,亚铁含量为18.23%,三价铁含量为0.38%,水分含量为9.8%。本发明方法具有能以小规模工业化生产,操作工艺简单,加工成本较低,便于长期储存,方便应用等优点。可用于饲料添加剂、营养强化剂、医药制剂,用于铁微量元素缺乏症的防治。
附图说明
图1为本发明制备的甘氨酸螯合铁晶体与粉末状甘氨酸螯合铁氧化稳定性对比结果图;图2为本发明制备的甘氨酸螯合铁晶体与粉末状甘氨酸螯合铁吸潮性对比结果图;图3为本发明制备的甘氨酸螯合铁晶体与粉末状甘氨酸螯合铁在100g水中的溶解性结果图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。实施例1称取90g甘氨酸螯合铁,溶于300g去离子水中,加热至75°C,搅拌速率20HZ,开始降温,降温速率35°C/h,滴加混合有机溶剂180g(其中丙酮90g,乙醇90g),降温至20°C后保持该温度,并完成溶剂滴加,加完有机溶剂用时2小时,晶体于反应器中结晶析出。取烘干产品,称重得到92g产品(水分10%,无水甘氨酸螯合铁收率95.3%)过筛,收集粒度在20-60目之间的产品,占总产品质量的71.44%,产品颜色为黄色,在水中的溶解度最大为116g/100g。产品放置两个月后,亚铁占总铁含量由98.40%变为97.65%,水分含8.95%。实施例2称取90g甘氨酸螯合铁,溶于300g去离子水中,加热至80°C,搅拌速率30HZ,开始降温降温速率40°C/h,滴加混合有机溶剂180g(其中丙酮30g,乙醇150g),降温至20°C后保持该温度,并完成溶剂滴加,加完有机溶剂用时2小时,晶体于反应器中结晶析出。取烘干产品,称重得到92.8g产品(水分10.2%,无水甘氨酸螯合铁收率96.3%)过筛,收集粒度在20-60目之间的产品,占总产品质量的62.14%,产品颜色较黄,在水中最大溶解度116.5g/100g。产品放置两个月后,亚铁占总铁含量由98.30%变为97.80%,水分含8.90%。实施例3称取90g甘氨酸螯合铁,溶于300g去离子水中,加热至85°C,搅拌速率40HZ,开始降温降温速率45°C/h,滴加混合有机溶剂90g(其中丙酮30g,乙醇60g),降温至20°C后保持该温度,并完成溶剂滴加,加完有机溶剂用时3小时,晶体于反应器中结晶析出。取烘干产品,称重得到92.1g产品(水分9.9%,无水甘氨酸螯合铁收率95.5%)过筛,收集粒度在20-60目之间的产品,占总产品质量的72.45%,产品颜色亮黄,水中最大溶解度115.7g/100g。产品放置两个月后,亚铁占总铁含量由98.15%变为97.60%,水分含9.70%。实施例4称取90g甘氨酸螯合铁,溶于300g去离子水中,加热至80°C,搅拌速率50HZ,开始降温降温速率43°C/h,滴加混合有机溶剂135g(其中丙酮27g,乙醇108g),降温至20°C后保持该温度,并完成溶剂滴加,加完有机溶剂用时2.5小时,晶体于反应器中结晶析出。取烘干产品,称重得产品91g(水分9.8%,无水甘氨酸螯合铁收率94.4%)过筛,收集粒度在20-60目之间的产品,占总产品质量的69.14%,产品颜色亮黄,在水中最大溶解度为115.6g/100g。产品放置两个月后,亚铁占总铁含量由98.35%变为97.55%,水分含9.60%。实施例5称取90g甘氨酸螯合铁,溶于300g去离子水中,加热至80°C,搅拌速率30HZ,开始降温降温速率40°C/h,滴加混合有机溶剂90g(其中丙酮22.5g,乙醇67.5g)降温至20°C后保持该温度,并完成溶剂滴加,加完有机溶剂用时3小时,晶体于反应器中结晶析出。取烘干产品,称重得到93g产品(水分10.2%,无水甘氨酸螯合铁收率96.6%)过筛,收集粒度在20-60目之间的产品,占总产品质量的75.28%,产品颜色亮黄色,在水中最大溶解度117.2g/100g。产品放置两个月后,亚铁占总铁含量由98.37%变为97.58%,水分含9.45%。对比实施例1称取90g甘氨酸螯合铁,溶于300g去离子水中,加热至80°C,搅拌速率20HZ,开始降温降温速率40°C/h,滴加有机溶剂丙酮90g,加完有机溶剂用时约0.5小时,降温至20°C于反应器中结晶析出。取烘干产品,称重产品85.3g(水分1.03%,无水甘氨酸螯合铁收率95.2%)其中100目以下的产品占总产品质量的80.54%,产品颜色发白,在水中最大溶解度92.8g/100g。产品放置两个月后,亚铁占总铁含量由98.37%变为96.58%,水分含3.45%。对比实施例2称取90g甘氨酸螯合铁,溶于300g去离子水中,加热至80°C,搅拌速率40HZ,开始降温降温速率40°C/h,滴加有机溶剂乙醇90g,加完有机溶剂用时约0.5小时,降温至20°C于反应器中结晶析出。取烘干产品,称重产品86.3g(水分2.43%,无水甘氨酸螯合铁收率95.5%)过筛其中100目以下的产品质量占总产品质量的86.52%,产品颜色发白。在水中最大溶解度93.8g/100g。产品放置两个月后,亚铁占总铁含量由98.37%变为96.48%,水分含3.45%。对比实施例3称取90g甘氨酸螯合铁,溶于300g去离子水中,加热至80°C,搅拌速率20HZ,开始降温降温速率40°C/h,滴加有机溶剂甲醇90g,加完有机溶剂用时约0.5小时,降温至20°C于反应器中结晶析出。取烘干产品,称重产品86.3g(水分1.75%,无水甘氨酸螯合铁收率94.8%)过筛其中100目以下的产品质量占总产品质量的82.52%。产品颜色比较白,在水中最大溶解度为92.8g/100g。产品放置两个月后,亚铁占总铁含量由98.37%变为96.39%,水分含3.95%。一般而言,判断甘氨酸螯合铁晶体结晶方法好坏的标准为:1、晶体收率:无水甘氨酸螯合铁收率越高,则代表该结晶方法越好;2、晶体颜色:颜色为黄色、亮黄色,说明晶体品质高,如果颜色为白色,说明其中含有杂质;3、晶体粒度:粒度越大,晶体的抗压能力、抗结块能力就越好,品质也越高;4、晶体的溶解度:溶解度越高,说明晶体在水中溶解性越好,进而越容易被动植物所吸收,品质越高;5、吸潮性:对比产出后的产品与两个月后产品含水量的变化,含水量增大的越多,说明吸潮性越大,晶体的品质越低;6、氧化性:对比产出后的产品与两个月后产品中亚铁占总铁含量变化,变化量越大,说明氧化性越高,而晶体的品质也越低。从收率、粒度、颜色、溶解度、吸潮性(两个月后含水量变化)、氧化性(两个月后亚铁占总铁含量变化)将实施例1-5与对比实施例1-3的产品进行对比,结果如下表:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="564"/>从上表很明显看出,采用实施例1-5得到的甘氨酸螯合铁晶体,品质大大优于传统的结晶方法制备的甘氨酸螯合铁晶体。实施例1-5得到的产品含水量都比较高,导致亚铁含量在产品中所占的比例有所下降。在产品粒度方面实施例1-5得到的产品粒度比较大,对比例1-3的产品很细。这粒度的差异导致了产品抗压,和防结块能力的大小。粒度越大抗压和防结块性能越好。以下为本发明制备的甘氨酸螯合铁晶体的性能检测。利用本发明方法制备的甘氨酸螯合铁晶体与粉末状甘氨酸螯合铁氧化稳定性对比:将结晶甘氨酸螯合铁与粉末状甘氨酸螯合铁进行储藏实验,观察他们的稳定性,结果如图1所示。从图1中可以看出,结晶的甘氨酸螯合铁由于在空间结构中,铁原子处于水分子的包围中,这起到了一定的隔氧作用,所以使得结晶性甘氨酸螯合铁的氧化稳定性较粉末状甘氨酸螯合铁的好。利用本发明方法制备的甘氨酸螯合铁晶体与粉末状甘氨酸螯合铁吸潮性对比:将甘氨酸螯合铁晶体与粉末状甘氨酸螯合铁暴露在空气中,观察他们的吸潮情况。结果如图2所示。从图2可以看出,与粉末状甘氨酸螯合铁对比,通过结晶工艺制得的甘氨酸螯合铁产品其吸潮现象有了明显的改善。从图中可以看出结晶甘氨酸螯合铁产品增重明显减少,曲线趋向平稳,可能原因结晶水分子包围在甘氨酸螯合铁分子周围,甘氨酸螯合铁吸附水分子可能已将达到饱和,使甘氨酸螯合铁分子间作用力相对减少。粉末状甘氨酸螯合铁开始呈上升趋势,到第10小时后,增重明显减少,曲线趋向平稳。由于结晶产品中的水分子呈稳定的空间结构,对抗结块起到了很好的作用,使甘氨酸螯合铁能更好的应用于食品强化载体中,并延长其货架寿命。利用本发明方法制备的甘氨酸螯合铁晶体与粉末状甘氨酸螯合铁水溶性对比:甘氨酸螯合铁的水溶性的好坏直接影响到其在饲料中的应用,使结晶甘氨酸螯合铁与粉末状甘氨酸螯合铁的溶解性做一下比较,结果如图3所示。从图3中可以看出,在100g水中,两种不同的产品水溶性差不多,粉末状甘氨酸螯合铁溶解度9.31g/100g,结晶甘氨酸螯合铁溶解度11.88g/100g,换算成不带结晶水的甘氨酸螯合铁溶解度9.36g/100g。由此可见,结晶甘氨酸螯合铁的溶解性很好,很适合于添加到饲料当中,作为铁强化剂很好的应用。本发明不局限于上述具体实施方式,一切基于本发明的技术构思,所作出的结构上的改进,均落入本发明的保护范围之中。