解成駿，黃 超，徐懷春

（文山學院 化學與工程學院，云南 文山 663099）

在動物體內，特定的金屬離子Mn+必須在小腸處與相應特定的L-α-AA螯合，形成特定L-α-AA-M，才能被小腸吸收，穩(wěn)定進入細胞中，進入細胞后，特定L-α-AA-M在細胞中在酶的作用下裂解形成特定的L-α-AA與特定的金屬離子Mn+才能分別被利用[1]。微量元素氨基酸金屬螯合物L-α-AA-M獨特的生化特性、吸收方式、代謝途徑、安全性均優(yōu)別于無機微量元素，具有較高的生物學效價，有益于動物的吸收利用。

特定的L-α-AA、特定的L-α-AA-M制品是合成動物、人體體液及各種臟器細胞的重要原料，由于具有特殊結構而具有特殊的營養(yǎng)、生理、生化等多種作用，且能全部被吸收，因此特定的L-α-AA、特定的L-α-AA-M制品高效、全能，廣泛用于食品、醫(yī)藥、農藥、飼料等行業(yè)，前景廣泛[2-4]。

大豆、花生等中含有18種氨基酸，其中人體或動物體不能合成或合成速度及數量不能滿足正常生長需要的8種必須氨基酸都有，豆類中含蛋白質20%～30%，與肉類中所含的蛋白質比例相近，大豆、花生等中構成蛋白質L-α-AA豐富且含量高。大豆粕含粗蛋白40%以上，以大豆粕為原料，制備L-α-氨基酸、L-α-氨基酸金屬螯合物，可綜合利用大豆粕等富含蛋白質的廢棄物，變廢為寶，具有廣闊的應用前景[5]。

文山學院化學與工程學院申請的“用大豆餅或花生粕中制備L-α-氨基酸金屬螯合物”項目（云南省教育廳2014年應用研究項目2014Y475）研究如何改變傳統(tǒng)生產L-α-氨基酸、L-α-氨基酸金屬螯合物的方法、表征、工藝控制困難、產率低的問題。

大豆粕或花生粕是榨取了油脂的副產物，已經除去了油脂等，其主要成分為粗蛋白，不同原料中蛋白質的含量、構成蛋白質的L-α-氨基酸組成、含量不同。具有特定立體體結構的L-α-氨基酸，與特定的金屬離子螯合（也作為催化劑使用)[5-6]的能力各異，設計把大豆粕（蛋白質）原料特征水解，先把蛋白質立體空間結構中的縱向聯接被解離而得直鏈蛋白質的同時加入金屬離子，金屬離子可把直鏈蛋白質分子中的L-α-氨基酸的基團結合拖出而與之螯合成L-α-氨基酸金屬螯合物工藝簡單，條件易控，產率高，可減少設備投入，降低能耗，縮短工藝時間。

本研究以大豆粕等為原料制備合L-α-氨基酸金屬螯合物

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

大豆粕（云南昆明出產）；二水氯化銅（CuCl2·2H2O）（AR，廣東汕頭轉寧化工廠）；氫氧化鈉（AR，天津市鳳船化學試劑科技有限公司）；硫酸（98 %）（AR，四川西隴化工有限公司）；無水乙醇（AR，天津市鳳船化學試劑科技有限公司）；甲基紅（AR，中國上海遠航化工廠）；溴甲酚綠（AR，天津市化學試劑三廠）；EDTA（AR，天津市風船化學試劑科技有限公司）；過氧化氫（30 %，AR,天津市致遠化學試劑有限公司）；溴化鉀（AR，天津市風船化學試劑科技有限公司）；冰乙酸 （AR，上海申博化工有限公司）；甲醇（AR，天津市鳳船化學試劑科技有限公司）。

天平（Precisa，XA220A，瑞士生產）；循環(huán)水式多用真空泵（SHB-III，鄭州長城科工貿有限公司）；85-2數顯恒溫磁力攪拌器（金壇市大地自動化儀器廠）；傅里葉變換紅外光譜儀（日本津島)；DHG-9076A型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海躍進醫(yī)用光學器械廠）；201型回流裝置。

1.2 方法

將大豆粕原料先除油脂和糖等，然后用酸控制特定的pH值，在特定的溫度條件下水解若干時間后，再通過調控pH值結晶、除鹽，制備復合的L-α-氨基酸金屬螯合物，應用IR光譜法進行表征，再用配位滴定法測出其金屬含量等進一步表征確定合成物為目標產物。

1.2.1 合成

1.2.1.1 復合L-α-氨基酸的制備

先安裝電磁攪拌回流裝置，然后用電子天平稱取大豆糟粕50 g加入到圓底燒瓶中，用量筒量取3 mol/L硫酸200 mL加入到圓底燒瓶中，設置溫度為100 ℃加熱，水解8 h左右得到可溶性與不可溶性氨基酸和雜質，然后趁熱通過抽濾泵抽濾除去不溶性雜質，在濾液中加入3 g活性炭，攪拌脫色10 min，通過抽濾泵抽濾除去活性炭和雜質，將濾液調節(jié)pH值為5～6蒸發(fā)結晶得粗復合氨基酸結晶，將晶體加入到燒瓶中加入冰乙酸回流45 min，通過抽濾泵抽濾除鹽得濾液，然后向濾液中加入濾液體積8倍的丙酮使之析出得復合氨基酸結晶，最后用無水乙醇洗滌2～3次，將晶體干燥得純復合氨基酸。

1.2.1.2 復合L-α-氨基酸銅螯合物的合成

將上面制得的復合氨基酸取6 g溶解在50 mL的水中，再向里面加入3 g氯化銅，滴加3 mol/L氫氧化鈉溶液，調節(jié)到pH值為8，控制溫度為45 ℃，恒溫反應40 min，期間不斷攪拌，然后將濾液冷卻到室溫，通過抽濾泵抽濾除去不溶性雜質，再向抽濾到的濾液中加入體積為8倍的甲醇，立刻會析出大量晶體，然后靜置10 min，通過抽濾泵抽濾，得到復合氨基酸銅螯合物藍紫色的晶體，用無水乙醇洗滌2～3次，真空干燥，得到純復合氨基酸銅螯合物。

1.2.2 表征

1.2.2.1 IR表征

復合L-α-氨基酸有各自相應的特殊結構，同一復合L-α-氨基酸，結構相同，IR圖譜相同，不同的L-α-氨基酸，結構有差異，IR圖譜也變化，可以利用物質IR譜圖的變化來表征合成產物。

復合L-α-氨基酸與L-α-氨基酸銅螯合物有各自相應的特殊結構，兩者結構有差異，IR圖譜也變化，因而可以利用物質的IR譜圖的變化來表征合成產物。

復合L-α-氨基酸標準品、合成復合L-α-氨基酸、合成復合L-α-氨基酸螯合銅等IR圖譜的制作：開啟傅里葉紅外變換光譜儀并使室內溫度控制在18 ℃至20 ℃，相對濕度小于65%，制作復合L-α-氨基酸壓片和溴化鉀產品壓片（標品和產品為1 mg，溴化鉀為110至140 mg）。

KBr壓片：取適量干燥后樣品，在瑪瑙研缽中與KBr研成均勻的粉末。將混合研好的粉末適量放在專用模具上，進行壓片。

紅外光譜測定：先進行背景掃描，再將壓好的壓片放到紅外光譜儀上進行掃描，分別測定純品復合L-α-氨基酸在400～4 000 cm-1的紅外光譜。

1.2.2.2 配位滴定測定目標C螯合銅中的銅[7]

稱取0.15 g左右產品（精確至0.1 mg）于250 mL錐形瓶中，加入1mol的硫酸溶液2.0 mL，待產品溶解后，加50 mL蒸餾水，再加入pH=5.4的六亞甲基四胺緩沖溶液20 mL和2～3滴二甲酚橙指示劑，用0.02161 mol/L的EDTA標準溶液滴定至溶液由紫紅色突變?yōu)辄S綠色，30 s內不褪色，即為滴定終點，記錄所消耗的EDTA標準溶液的體積，測定3次。

產品中銅的質量分數按下式計算:

其中，W(Cu)為銅的質量分數，C(EDTA)為EDTA標準溶液的濃度（mol/L），V(EDTA)為滴定消耗EDTA標準溶液的體積（mL），63.55為銅的摩爾質量（g/mol），m為產品試樣的質量（g）。

測定出金屬含量，因為能夠與金屬螯合的氨基酸也是特征的，故可以推出復合L-α-氨基酸的含量，從而進行生產控制。

如果是單一的L-α-氨基酸金屬螯合物可以測定金屬含量，可以用薄層色譜法進行分離對比研究、或凱氏定氮法測定產品中的氮或測定產品中的碳的含量等，對產物進行確定表征。

2 結果與分析

2.1 制備復合L-α-氨基酸、復合L-α-氨基酸螯合銅

2.1.1 復合L-α-氨基酸

大豆粕50 g和3 mol/L硫酸200 mL加入到圓底燒瓶，設置溫度為100 ℃，水解8 h左右，加入兩勺活性炭脫色10 min，通過抽濾泵抽濾除質，調節(jié)pH值為5～6蒸發(fā)結晶得粗復合氨基酸結晶，然后將晶體用冰乙酸回流45 min，丙酮使之析出得灰白色晶體，進一步重結晶，得中間產物復合L-α-氨基酸，見圖1。

圖1 復合L-α-氨基酸產品

2.1.2 復合L-α-氨基酸銅螯合物

6 g的中間產物復合L-α-氨基酸和3 g氯化銅混合充分混合后，調節(jié)pH值=8，控制溫度45 ℃，40 min，抽濾,濾液用8倍體積的甲醇結晶析出藍紫色晶體，進一步重結晶，得目標復合L-α-氨基酸銅螯合物，見圖2。

圖2 復合L-α-氨基酸螯合銅產品

2.2 表征

2.2.1 IR表征

2.2.1.1 標準L-α-復合氨基酸（購）的IR圖譜

用IR圖譜制作法平行制作了自購標準復合L-α-氨基酸的IR圖譜，重現性較好，取重現性最好的一個樣進行分析，見圖3。

圖3 復合L-α-氨基酸IR圖譜

2.2.1.2 自制復合L-α-復合氨基酸的IR圖譜

用IR圖譜制作法平行制做了產品復合L-α-氨基酸的IR圖譜，重現性較好，取重現性最好的一個樣進行分析，見圖4。

圖4 自制L-α-復合氨基酸IR圖譜

標準品復合L-α-氨基酸IR圖譜（●圖）與產品復合L-α-氨基酸IR(▲圖)比較

將上面重現性好的自購標準品復合L-α-氨基酸IR圖與產品復合L-α-氨基酸IR圖進行對比，初步確定自制產品為目標產物復合L-α-氨基酸,見圖5。

圖5 標準品(●)、合成產品(▲)的L-α-復合氨基酸的IR圖的比較

從圖5看出，●、▲兩個IR圖譜幾乎一樣，確定合成中間產物為目標產品為復合L-α-氨基酸。

2.2.1.3 產物復合L-α-氨基酸螯合銅IR圖

用IR圖譜制作法平行制做了產品復合L-α-氨基酸螯合銅的IR圖譜，重現性也較好，取重現性最好的一個樣進行分析，見圖6。

圖6 自制復合L-α-復合氨基酸螯合銅的IR圖

復合L-α-氨基酸螯合銅(○)IR圖與復合L-α-氨基酸(△)IR圖比較

將上面重現性好的復合L-α-氨基酸螯合銅IR圖與復合L-α-氨基酸IR圖進行對比，初步確定合成目標產物不是同一個，用復合L-α-氨基酸在控制條件下可以螯合成復合L-α-氨基酸螯合銅，也可用其它方法進一步佐證表征（見圖7）。

圖7 復合L-α-復合氨基酸螯合銅（○）、復合L-α-復合氨基酸(△)的IR圖

根據圖7可知，復合L-α-氨基酸與銅離子螯合后，主要吸收峰同配體相比發(fā)生了明顯位移，相對強度也有所改變。復合L-α-氨基酸在3 116.39-3 044.78 cm-1有較寬的吸收峰，表明復合L-α-氨基酸螯合銅中已無O-H鍵。復合氨基酸在3 367.55 cm-1處的N-H鍵有特征吸收峰，而復合L-α-氨基酸與銅離子螯合后，其N-H出現在3 261.38 cm-1處，說明螯合物中N-H鍵發(fā)生了明顯的化學反應從而產生紅移；復合L-α-氨基酸在2 947.09 cm-1處的C-H鍵有特征吸收峰，而復合L-α-氨基酸與銅離子螯合后，其C-H出現在2 955.59 cm-1處。由于復合L-α-氨基酸存在氫鍵，而發(fā)生締合作用，使得復合L-α-氨基酸紅外光譜沒有出現N-H、C-H和O-H特征吸收峰比較弱而被掩蓋。而形成螯合物后，沒有氫鍵作用，螯合物中N-H、C-H和O-H特征吸收峰比較明顯。由于形成環(huán)狀化合物（？）有擠壓作用使得鍵能增強，鍵力常數增大，像高波數移動，使得N-H、C-H和C=O發(fā)生藍移。通過以上對紅外光譜圖的分析進一步說明復合L-α-氨基酸和銅離子已經螯合了。

2.2.2 復合L-α-氨基酸螯合銅金屬含量測定

用配位滴定法測定復合L-α-氨基酸螯合銅中銅的含量，記錄所消耗的EDTA標準溶液的體積，測定數據見表1 。

表1 復合L-α-氨基酸螯合銅銅含量的測定結果

由表1，得知銅含量的平均值為29.94%，用于生產控制，得到金屬銅的含量就可以推知氨基酸的含量。

L-α-氨基酸中多肽鏈上的4個N-H鍵與銅離子螯合作用，所以具有非常穩(wěn)定的結構，若測定樣品中金屬含量與其理論含量（a%=MCu/MCu（RCHNH2COO）2×100）比較表征研究。劉俊等在研究蛋氨酸銅螯合物合的制備與表征研究時就應用該法測定了蛋氨酸銅螯合物中銅的含量為17.08 %，理論值為17.53%，（誤差在容量分析的規(guī)定范圍內）從而進一步確定了其產物為成產物為目標產物L-α-蛋氨酸螯合銅，其分式為 Cu（CH3SCH2CH2CHNHCOO）2[8]。

3 討論

用大豆粕為原料，通過特定溫度下酸水解、純化制備復合L-α-氨基酸，然后與氯化銅螯合制備復合L-α-氨基酸螯合銅，并通過對產品進行IR法表征研究。知曉了目標產物，在生產實際控制過程中，對L-α-氨基酸進行化學處理，通過簡單的酸堿滴定，分析氨基羧基的數目就可以分析測量L-α-氨基酸；

通過測定L-α-氨基酸金屬螯合物中金屬的含量、也可以測知L-α-氨基酸金屬螯合物的含量，實現生產控制；同時也可以對其它L-α-氨基酸金屬螯合物的合成監(jiān)測提供理論方法意義；還可以為生產優(yōu)化工藝探究提供參考。

該復合氨基酸金屬螯合物可廣泛用于農藥、化肥生產，不但提供緩釋的金屬離子作為殺菌劑、殺蟲劑，更重要的提供了可用的各種氨基酸，解決了無機鹽的弊端，可以達到增肥、農藥的雙重作用。崔秀明等曾經將該類化合物應用于三七根腐病的防治應用研究，探索了氨基酸金屬螯合物對三七根腐病的防治效果,通過盆栽、種苗處理和大田試驗等表明,氨基酸金屬螯合物對三七根腐病有較好效果,綜合防效達73.74%,接近進口農藥58%瑞毒霉錳鋅可濕性粉劑[9]。該產品也可以進一步純化，通過控制恰當的量為醫(yī)學、食品等行業(yè)提供補銅劑，安全性能優(yōu)于無機補銅劑。

該法制備工藝容易操作、成本低，制得的產品純度較高，其螯合物的結構穩(wěn)定，制備的L-α-氨基酸與L-α-氨基酸螯合銅容易表征證明，為制備其它復合L-α-氨基酸金屬螯合物提供可行方法，更可用于生產控制。

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