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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'IMPORTATION au nom de :
DONNA J. COCKERILL pour : "Composition de fer permettant d'élever la concentration en fer du sang d'un mammifère, et son procédé de préparation"
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"Composition de fer permettant d'élever la concentration en fer du sang d'un mammifère, et son procédé de préparation"
La présente invention concerne de manière générale une composition de fer améliorée qui constitue une source assimilable de fer et qui est utile sur le plan physiologique pour prévenir et traiter l'anémie par carence en fer chez les mammifères, y compris l'homme, quand on l'utilise seule ou comme additif dans le traitement d'autres types d'anémies.
Parmi les sels de fer ferreux que l'on a proposés pour traiter l'anémie par carence en fer, citons le produit de réaction sulfate ferreux-glycine (sulfate de ferroglycine) formé en faisant réagir le sulfate ferreux et la glycine en quantités équimolaires.
Cependant, ce produit sulfate ferreux-glycine est instable dans l'eau du robinet normale et est également instable dans les conditions que l'on rencontre normalement dans l'appareil intestinal des mammifères soumis à un régime normal, en particulier les mammifères à la mamelle. Ainsi on a trouvé que le sulfate de ferroglycine formé en faisant réagir des quantités équimolaires de fer ferreux et de glycine est instable dans l'appareil intestinal des mammifères soumis à un régime normal et est donc totalement insatisfaisant pour constituer une source assimilable supplémentaire de fer par
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administration par voie orale dans l'eau de boisson ou comme supplément dans un mélange alimentaire.
C'est un but de la présente invention de fournir un procédé de production d'une forme de fer utilisable sur le plan nutritionnel et active sur le plan pharmacologique, qui ait une stabilité améliorée et une efficacité d'absorption améliorée.
C'est également un but de la présente invention de fournir un produit de réaction utilisable sur le plan nutritionnel et pharmacologique du chlorure ferreux et de la glycine qui, quand on l'administre par voie orale aux mammifères déficients en fer, élève la concentration en hémoglobine du sang à un niveau nettement supérieur à celui que l'on pouvait obtenir préalablement à l'aide d'autres formes de fer administrées par voie orale.
La présente invention concerne un procédé de production d'une composition de fer utilisable pour élever la concentration en fer dans le sang d'un mammifère, caractérisé en ce qu'on fait réagir un sel non toxique de fer ferreux et au moins deux équivalents molaires de glycine, et de préférence huit équivalents molaires de glycine, pour former un produit de réaction contenant ledit fer sous forme non ionique.
On a découvert que l'on peut préparer une source nutritive améliorée de fer qui est facilement assimilée et qui a un degré de stabilité élevé dans les conditions que l'on rencontre dans l'appareil intestinal des mammifères soumis à un régime normal, y compris les mammifères à la mamelle, et un degré élevé de stabilité dans des mélanges secs avec des substances alimentaires comestibles solides, et dans l'eau du robinet ayant un pH
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compris entre environ 1 et environ 4,5, par réaction en solution aqueuse d'un équivalent molaire d'un composé du fer ferreux non toxique, comme le chlorure ferreux ou le sulfate ferreux, avec au moins deux et de préférence huit équivalents molaires de glycine, de façon à former un composé dans lequel deux molécules de glycine sont liées de façon ionique à chaque molécule de fer ferreux,
et dans lequel de préférence six molécules supplémentaires de glycine sont liées de façon covalente à chaque molécule de fer, le fer ferreux étant maintenu à l'état non ionique.
Le produit de réaction formé en faisant réagir un équivalent molaire d'un sel ferreux et deux équivalents molaires de glycine est désigné sous le nom de dérivé de 2-glycine ferreuse et la réaction peut être illustrée par les équations suivantes :
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Le produit de réaction 2-glycine ferreuse peut ensuite être complexé avec jusqu'à six molécules de glycine et ce dernier produit de réaction peut être représenté par la formule suivante :
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où"X"est un anion monovalent ou divalent, comme Cl ou SO., et n est 1 ou 2. Ce dernier produit de réaction est appelé ci-après complexe de 2-glycine ferreuse et de glycine, ou 8-glycine ferreuse.
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On a trouvé que, quand on fait réagir un sel ferreux et de la glycine dans un rapport molaire 1 : 2 du fer à la glycine et que l'on ajoute des ions carbonate à une solution aqueuse du produit de réaction 2-glycine ferreuse, une partie du fer précipite. Ceci peut être largement surmonté en ajoutant un excès de glycine à la solution de réaction de façon à amener à achévement la réaction entre la glycine et le fer ferreux.
Et quand chaque molécule de fer ferreux est associée à huit molécules de glycine, deux liées de façon ionique et six liées par des liaisons covalentes, la molécule de fer ferreux est totalement stabilisée vis-à-vis de la réaction avec les ions carbonate solubles dans l'eau.
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i i Un excès de glycine lie tous les ions Fe présents, ce qui empêche les ions Fe+++ de déplacer Fe du composé 2-glycine ferreuse et ce qui empêche sa transformation en ions Fe par oxydation. L'addition d'un excès de glycine à une 8-glycine ferreuse stabilisée en quantité suffisante pour se combiner avec les ions d'autres métaux dans les aliments ingérés, les additifs alimentaires ou l'eau, minimise encore le problème de la dégradation du dérivé de 2-glycine ferreuse ou de 8-glycine ferreuse.
L'acidification d'une solution aqueuse du dérivé de 2-glycine ferreuse comportant jusqu'à six molécules supplémentaires de glycine améliore également la résistance de Fe à l'oxydation et améliore ainsi sa stabilité. En général, plus faible est le pH de la solution en dessous de pH 6, 0, plus efficace est la stabilisation. Comme un pH de 4,0 à 4,5 est à peu près le pH le plus faible auquel une substance peut être réduite et reste très agréable à
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avaler, et comme dans cet intervalle de pH Fe résiste à l'oxydation en Fe ce dernier intervalle de pH est considéré comme optimal pour la stabilisation du composé de 2-glycine ferreuse et de 8-glycine ferreuse en solution aqueuse.
On utilise de préférence un acide organique comestible, comme l'acide tartrique, l'acide succinique, l'acide ascorbique, l'acide citrique ou l'acide fumarique, pour effectuer l'abaissement du pH d'un support aqueux ou solide pour le complexe. Et comme ces acides organiques sont des acides lentement absorbés, ils maintiennent le pH de l'appareil gastro-intestinal à un degré inférieur plus longtemps que les acides minéraux plus rapidement absorbés, comme l'acide chlorhydrique. Si on le désire cependant, on peut utiliser de petites quantités d'un acide minéral potable, comme l'acide chlorhydrique qui est également utile pour empêcher l'anémie par carence en ions chlorure, pour acidifier totalement ou partiellement le complexe de 2-glycine ferreuse et l'appareil gastrointestinal.
La 8-glycine ferreuse peuvent également être utilisés simultanément avec des tampons de pH en quantité suffisante pour abaisser le pH de l'appareil gastrointestinal du mammidère à 4,5 ou moins. On peut utiliser avantageusement des composés qui sont simultanément des agents acides et des agents complexants des ions métal-
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ji. liques gênants tendant à déplacer Fe de la ferro 2- glycine, comme l'acide ascorbique. L'acide citrique stabilise l'ion ferrique en formant le citrate ferrique soluble, ce qui empêche la formation d'oxyde ferrique.
L'acide fumarique a l'avantage d'être moins hygroscopique que l'acide citrique.
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Un autre procédé de stabilisation du dérivé de 2-glycine ferreuse et du complexe de glycine pour empêcher l'oxydation de Fe en Fe conslste a utl 1- ser des substances qui utilisent préférentiellement l'oxygène de l'air environnant ou l'oxygène dissous dans les solutions, comme le formaldéhyde-sulfoxylate de sodium, le bisulfite de sodium, l'hydroxytoluène butylé et l'hydroxyanisole butylé. Comme les préparations de 2-glycine ferreuse ne contiennent pas de quantités appréciables d'ions Fe libres, les composés antioxydants précédents peuvent être utilisés de façon efficace dans la présente invention, alors qu'ils ne peuvent pas être utilisés pour stabiliser la 1-glycine ferreuse.
Le butylhydroxyanisole et le butylhydroxytoluène sont stables dans les préparations de 2-glycine ferreuse et
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++... aident Fe en Fe. Et, alors que le formaldéhyde-sulfoxylate de sodium et le bisulfite de sodium sont rapidement désactivés dans des conditions acides, quand on les ajoute à raison de faibles quantités, environ 0,5 à 1, 0 %, à des solutions aqueuses de 2-glycine ferreuse et qu'on les conserve ensuite dans un conteneur hermétique pour empêcher un contact ultérieur avec l'air, ils prolongent efficacement la durée de conservation du complexe en empêchant la transformation de Fe en Fe203.
Des compositions en poudre sèche peuvent encore être stabilisées par revêtement des particules avec des préparations solubles dans l'eau ou digestibles qui empêchent le contact avec l'air. De nombreux produits sont disponibles dans ce but, comme l'alcool polyvinylique, et l'enrobage est généralement effectué par un procédé de séchage par pulvérisation.
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Il est entendu que les dérivés de 2-glycine ferreuse ayant six molécules de glycine liées de façon covàlente, préparés selon la présente invention, peuvent être stabilisés par l'un quelconque des procédés décrits précédemment utilisés seuls ou en combinaison.
Les exemples particuliers suivants sont donnés pour mieux illustrer la présente invention sans toutefois la limiter aux substances ou modes opératoires particuliers utilisés.
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EXEMPLE I On dissout un équivalent molaire de chlorure ferreux tétrahydraté (198,8 g) et légèrement plus de 2 équivalents molaires de glycine (160 g) dans de l'eau désionisée que l'on a acidifiée à pH environ 4,0 avec de l'acide chlorhydrique. On chauffe de préférence la solution de réaction à une température d'environ 100 C et on la protège de préférence du contact avec l'oxygène en plaçant le récipient de réaction sous atmosphère d'azote. On ajoute de préférence à la solution de réaction une petite quantité d'un antioxydant, comme le butylhydroxyanisole, en particulier lorsque la solution n'est pas placée sous atmosphère d'azote. La réaction a lieu rapidement jusqu'à achèvement substantiel, en formant le chlorhydrate de 2-glycine ferreuse.
Le fer ferreux du composé est sous forme non ionique et la solution de réaction est essentiellement exempte d'ions ferriques. La 2-glycine ferreuse peut être recueillie de la solution de réaction sous forme d'un précipité par addition d'alcool éthylique à la solution, ou bien la solution aqueuse en elle-même peut être administrée sous
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forme liquide ou peut ensuite être traitée par séchage par pulvérisation pour former une poudre sèche.
EXEMPLE II
On prépare une solution de chlorure ferreux contenant 1 molécule-gramme de Fecal (l98, 8 g) en dissolvant du chlorure ferreux tétrahydraté dans une solution aqueuse à 3 % d'acide chlorhydrique pour former 334 ml d'une solution acide aqueuse à 38 % de chlorure ferreux. On dissout 2 molécules-grammes de glycine (150,15 g) dans les 334 ml de la solution à 38 % de chlorure ferreux tout en chauffant à ébullition. On chauffe la solution de réaction à une faible ébullition jusqu'à ce que la température de la solution de réaction atteigne 152 C. Puis on verse la solution de réaction dans un conteneur revêtu de Teflon et on la laisse refroidir sous une atmosphère de faible humidité jusqu' à cristallisation. On lave avec de l'acide chlorhydrique dilué les cristaux qui se sont formés.
Les cristaux formés titrent 16% de fer en poids et correspondent au sel tétrahydraté du chlorhydrate de 2-glycine ferreuse ayant la formule : Fe (NH3 CHCOO")Cl. Le chauffage des cristaux à 120 C fournit le chlorhydrate anhydre.
Les cristaux tétrahydratés ont un aspect brun transparent vitreux, sont très solubles dans l'eau, ont un goût douceâtre non astringent et sont stables dans l'air sec. Les cristaux forment un revêtement superficiel brun quand on les conserve à l'air humide. Une solution aqueuse du chlorhydrate de 2-glycine ferreuse est stable à un pH de 4,5 et moins.
EXEMPLE III
On prépare le sulfhydrate de 2-glycine ferreuse
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en suivant le mode opératoire de l'exemple I, en utilisant 278 g de sulfate ferreux tétrahydraté à la place du chlorure ferreux de l'exemple I.
EXEMPLE IV
On prépare une solution de chlorure ferreux contenant une molécule-gramme de chlorure ferreux ze g) en dissolvant du chlorure ferreux tétrahydraté dans une solution aqueuse à 3% d'acide chlorhydrique, pour former 334 ml d'une solution acide aqueuse à 38 % de chlorure ferreux. On dissout huit moléculesgrammes de glycine (600,6 g) dans les 334 ml de la solution à 38 % de chlorure ferreux tout en chauffant lentement jusqu'à ébullition. On chauffe la solution de réaction à ébullition lente jusqu'à ce que la température de la solution de réaction atteigne 152 C. Puis on verse la solution de réaction dans un conteneur revêtu de Teflon et on laisse refroidir sous atmosphère à faible humidité jusqu'à cristallisation. On lave les cristaux avec de l'acide chlorhydrique aqueux à 3 %.
Les cristaux titrant 6,99 % de fer ont un aspect jaune-brun translucide, sont stables à l'air sec mais forment un revêtement superficiel brun quand on les conserve à l'air humide, et ont un goût sucré-acide de type citronnade. Les cristaux sont très solubles dans l'eau et sont stables en solution aqueuse à un pH de 4,5 ou moins.
EXEMPLE V
On prépare le chlorhydrate de 8-glycine ferreuse en dissolvant 13,3 g de chlorure ferreux tétrahydraté dans 50 ml d'acide chlorhydrique aqueux à 3%. On chauffe à ébullition la solution acide aqueuse de chlo-
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rure ferreux ayant un pH de 4,0 et on y dissout 40 g de glycine. On chauffe lentement la solution de réaction pour éliminer l'eau jusqu'à ce que la température de la solution atteigne 152 C. On verse le mélange réactionnel sur une feuille de Teflon et on le laisse refroidir jusqu'à la température ambiante. On lave avec de l'acide chlorhydrique dilué les cristaux qui se sont formés au cours du refroidissement.
Les cristaux ont un aspect translucide jaune-brun clair et quand on les titre, on trouve qu'ils contiennent 96 % du fer à l'état ferreux, ce qui est le même pourcentage de fer à l'état ferreux que dans le chlorure ferreux tétrahydraté initial utilisé dans le mélange réactionnel. Une solution aqueuse de la 8-glycine ferreuse ne forme pas de précipité quand on ajoute à la solution des ions carbonate solubles.
EXEMPLE VI
A une solution acide aqueuse (pH 4,0), on ajoute 198,8 g de chlorure ferreux (1 molécule-gramme) et 600,6 g de glycine (8 molécules-grammes) et on laisse réagir en solution. Quand on ajoute du carbonate de sodium aqueux à une portion de la solution en quantité suffisante pour réagir avec tout le fer ferreux qu'elle contient et que l'on filtre, on trouve dans le filtrat tout le fer ferreux.
On chauffe à ébullition lente le reste de la solution de réaction pour éliminer toute l'eau, sauf l'eau d'hydratation (c'est-à-dire jusqu'à ce que la température de la solution atteigne 152 C) et on verse la solution de réaction sur une feuille de Teflon. Par refroidissement jusqu'à la température ambiante, le
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mélange réactionnel cristallise complètement en formant des cristaux jaune-brun translucides.
EXEMPLE VII
On chauffe la solution de réaction de l'exemple I à ébullition et on la fait bouillir lentement pour effectuer l'élimination de l'eau jusqu'à ce que la température monte au-dessus de 110oc. On place la solution de réaction dans un réfrigérateur jusqu'à ce que des cristaux se forment dans le liquide sirupeux.
On lave les cristaux avec de l'acide chlorhydrique dilué et on trouve par analyse que les cristaux sont du chlorhydrate de 2-glycine ferreuse tétrahydraté.
Il est entendu que la 2-glycine ferreuse solide que l'on a en outre stabilisée par addition d'une quantité allant jusqu'à six molécules supplémentaires de glycine liées par les liaisons de coordination, peut être recueillie ou cristallisée à partir d'une solution réactionnelle aqueuse par des moyens autres que l'ébullition pour éliminer l'eau. Si on le désire, on peut utiliser un séchage sous vide, un séchage par évaporation éclair, etles cristaux peuvent être développés pour former une poudre blanche qui est très soluble dans l'eau et stable à l'air sec mais hygroscopique dans l'air humide.
Comme la glycine et la sérine sont des métabolites interchangeables, il est possible de substituer la sérine à la glycine dans les exemples précédents pour obtenir une source de fer améliorée pour une utilisation nutritionnelle et thérapeutiquechezieemannifères.
Comme certains mammifères sont déficients en ion chlorure qui est essentiel dans l'organisme et qui a plusieurs rôles importants, le produit de réaction chlorhydrate de la présente invention est préféré pour l'administration orale aux mammifères.
On peut également utiliser d'autres sels de
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fer ferreux, comme l'acétate ferreurs, la citrate ferreux, l'ascorbate ferreux et le tartrate ferreux, comme sels ferreux non toxiques pour réaction avec la glycine pour former le dérivé de 2-glycine ferreuse et la 8-glycine ferreuse. Pour cette raison, l'invention n'est pas limitée aux produits de réaction formés en faisant réagir la glycine avec le chlorure ferreux ou le sulfate ferreux utilisés dans les exemples particuliers.
EXEMPLE VIII
On prépare un liquide contenant du fer de supplément, en dissolvant dans de l'eau 6,3 g de chlorhydrate de 2-glycine ferreuse tétrahydraté (pour avoir 264,2 mg de fer par litre d'eau) et 8,5 g de glycine (pour obtenir un excès six fois molaire) dans 3,785 litres d'eau et en ajustant le pH de la solution à environ 4,6 par addition d'acide citrique. La solution est fournie comme eau de boisson à des porcelets à la mamelle.
EXEMPLE IX
On prépare un mélange alimentaire liquide contenant du fer de supplément en dissolvant dans une solution classique de solides du lait normalement fournie à des porcelets à la mamelle, suffisamment de chlorhydrate de 8-glycine ferreuse tétrahydraté pour obtenir 1000 mg de fer pour 3,785 litres de solution de solides du lait. Le mélange alimentaire liquide est donné aux
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porcelets à la mamelle d'une manière classique.
EXEMPLE X On prépare un mélange alimentaire solide con- tenant du fer de supplément en mélangeant du chlorhydrate de 8-glycine ferreuse tétrahydraté avec un mélange alimentaire solide classique pour porcelets en quantité suffisante pour obtenir 200 ppm de fer ferreux en
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poids. Le mélange alimentaire solide est donné comme aliment aux porcelets d'une manière classique.
Comme les porcelets sont souvent anémiques à la naissance et deviennent rapidement extrêmement anémiques pendant les 21 premiers jours après la naissance, en raison de leur croissance très rapide (4 fois leur poids de naissance en 3 semaines) et de l'impossibilité d'obtenir une quelconque quantité significative de fer à partir du lait des truies, les porcelets constituent des sujets particulièrement adaptés pour déterminer l'utilité physiologique et nutritionnelle des suppléments de fer.
Ainsi, on montre l'efficacité et la supériorité du produit de réaction de la présente invention en traitant des porcelets dans des essais contrôlés, en utilisant (1) une injection de dextranne de fer normalisée qui était jusqu'à présent le meilleur moyen pour traiter l'anémie chez les porcelets, (2) du citrate d'ammonium ferrique ajouté dans l'eau de boisson des porcelets car ce sel de fer est l'additif le plus couramment utilisé dans l'eau de boisson des porcelets, et (3) une solution de 2-glycine ferreuse dans l'eau de boisson des porcelets contenant un excès de glycine suffisant pour former le sel de 8-glycine ferreuse. Les essais ont été effectués en utilisant deux essais identiques avec 4 porcelets par portée et avec 10 portées, le sel de 8-glycine ferreuse étant administré à un taux de 1000 mg pour 3,785 litres d'eau de boisson.
Les produits fer ferreux-glycine ce la présente invention sont également utilisables pour augmenter la concentration en fer dans le sang de l'homme. Alors que le sulfate ferreux, produit de traitement le plus souvent
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utilisé pour augmenter la concentration en fer dans le sang de l'homme, n'est absorbé qu'à un degré d'environ 10 % de la dose administrée par voie orale, et la 8-glycine ferreuse est plus totalement absorbée de façon significative quand on l'administre par voie orale. Ainsi, une dose nettement plus faible de 8glycine ferreuse peut être administrée à l'homme et évite alors un grand nombre des réactions défavorables que l'on rencontre normalement par suite de l'administration de quantités importantes de sels de fer.
Par exemple, une dose de 100 mg par jour de 8-glycine ferreuse satisfera à tous les besoins normaux ou nutritionnels en fer.
REVENDICATIONS
1. Procédé de production d'une composition de fer permettant d'élever la concentration en fer dans le sang d'un mammifère, caractérisé en ce qu'on fait réagir en solution aqueuse une mole d'un sel non toxique de fer ferreux et au moins deux moles de glycine pour former une solution aqueuse d'un produit de réaction dans lequel chaque molécule de ce fer a réagi avec au moins deux molécules de glycine.
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IMPORT PATENT in the name of:
DONNA J. COCKERILL for: "Iron composition for raising the iron concentration in the blood of a mammal, and its preparation process"
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"Iron composition for raising the iron concentration in the blood of a mammal, and process for its preparation"
The present invention generally relates to an improved iron composition which is an assimilable source of iron and which is physiologically useful for preventing and treating iron deficiency anemia in mammals, including humans, when use it alone or as an additive in the treatment of other types of anemia.
Among the ferrous iron salts that have been proposed to treat iron deficiency anemia are the reaction product ferrous sulfate-glycine (ferroglycine sulfate) formed by reacting ferrous sulfate and glycine in equimolar amounts.
However, this ferrous sulfate-glycine product is unstable in normal tap water and is also unstable under the conditions normally encountered in the intestinal tract of mammals on a normal diet, especially mammals with udders . Thus, it has been found that ferroglycine sulfate formed by reacting equimolar amounts of ferrous iron and glycine is unstable in the intestinal tract of mammals subjected to a normal diet and is therefore completely unsatisfactory in constituting an additional assimilable source of iron by
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oral administration in drinking water or as a supplement in a food mixture.
It is an object of the present invention to provide a method of producing a form of iron usable nutritionally and pharmacologically active, which has improved stability and improved absorption efficiency.
It is also an object of the present invention to provide a reaction product which can be used nutritionally and pharmacologically for ferrous chloride and glycine which, when administered orally to iron deficient mammals, increases the concentration of hemoglobin in the blood at a level significantly higher than that previously obtained using other forms of iron administered orally.
The present invention relates to a process for producing an iron composition which can be used to raise the iron concentration in the blood of a mammal, characterized in that a non-toxic ferrous iron salt and at least two molar equivalents are reacted. of glycine, and preferably eight molar equivalents of glycine, to form a reaction product containing said iron in nonionic form.
It has been discovered that an improved nutrient source of iron can be prepared which is readily assimilated and has a high degree of stability under conditions encountered in the intestinal tract of mammals on a normal diet, including mammals with udder, and a high degree of stability in dry mixtures with solid edible food substances, and in tap water having a pH
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between about 1 and about 4.5, by reaction in aqueous solution of a molar equivalent of a non-toxic ferrous iron compound, such as ferrous chloride or ferrous sulfate, with at least two and preferably eight molar equivalents of glycine, so as to form a compound in which two molecules of glycine are ionically linked to each molecule of ferrous iron,
and wherein preferably six additional glycine molecules are covalently linked to each iron molecule, the ferrous iron being maintained in the non-ionic state.
The reaction product formed by reacting one molar equivalent of a ferrous salt and two molar equivalents of glycine is referred to as the ferrous 2-glycine derivative and the reaction can be illustrated by the following equations:
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The ferrous 2-glycine reaction product can then be complexed with up to six molecules of glycine and this latter reaction product can be represented by the following formula:
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where "X" is a monovalent or divalent anion, such as Cl or SO., and n is 1 or 2. This latter reaction product is hereinafter called the ferrous 2-glycine and glycine complex, or 8-ferrous glycine.
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It has been found that when a ferrous salt and glycine are reacted in a 1: 2 molar ratio of iron to glycine and carbonate ions are added to an aqueous solution of the 2-glycine ferrous reaction product, part of the iron precipitates. This can be largely overcome by adding excess glycine to the reaction solution in order to complete the reaction between the glycine and the ferrous iron.
And when each ferrous iron molecule is associated with eight glycine molecules, two ionically linked and six linked by covalent bonds, the ferrous iron molecule is completely stabilized with respect to the reaction with the soluble carbonate ions in the water.
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i i An excess of glycine binds all the Fe ions present, which prevents the Fe +++ ions from displacing Fe from the ferrous 2-glycine compound and which prevents its transformation into Fe ions by oxidation. Adding an excess of glycine to a ferrous 8-glycine stabilized in an amount sufficient to combine with ions of other metals in ingested food, food additives or water, further minimizes the problem of degradation of the derived from ferrous 2-glycine or ferrous 8-glycine.
Acidification of an aqueous solution of the ferrous 2-glycine derivative comprising up to six additional glycine molecules also improves the resistance of Fe to oxidation and thus improves its stability. In general, the lower the pH of the solution below pH 6.0, the more effective the stabilization. Since a pH of 4.0 to 4.5 is roughly the lowest pH at which a substance can be reduced and remains very pleasant to
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swallow, and as in this pH range Fe resists oxidation to Fe this latter pH range is considered to be optimal for the stabilization of the compound of ferrous 2-glycine and ferrous 8-glycine in aqueous solution.
An edible organic acid, such as tartaric acid, succinic acid, ascorbic acid, citric acid or fumaric acid, is preferably used to effect the lowering of the pH of an aqueous or solid support for the complex. And since these organic acids are slowly absorbed acids, they keep the pH of the gastrointestinal tract lower for longer than more rapidly absorbed mineral acids like hydrochloric acid. If desired, however, small amounts of a potable mineral acid, such as hydrochloric acid, which is also useful for preventing chloride ion deficiency anemia, can be used to fully or partially acidify the 2-glycine complex. ferrous and gastrointestinal tract.
Ferrous 8-glycine can also be used simultaneously with sufficient pH buffers to lower the pH of the mammalian gastrointestinal tract to 4.5 or less. It is advantageous to use compounds which are simultaneously acid agents and complexing agents for metal ions.
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ji. bothersome lics that tend to displace Fe from ferro-glycine, such as ascorbic acid. Citric acid stabilizes the ferric ion by forming soluble ferric citrate, which prevents the formation of ferric oxide.
Fumaric acid has the advantage of being less hygroscopic than citric acid.
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Another method of stabilizing the ferrous 2-glycine derivative and the glycine complex to prevent the oxidation of Fe to Fe is to use substances that preferentially use oxygen from the surrounding air or dissolved oxygen in solutions, such as sodium formaldehyde sulfoxylate, sodium bisulfite, butylated hydroxytoluene and butylated hydroxyanisole. Since ferrous 2-glycine preparations do not contain appreciable amounts of free Fe ions, the above antioxidant compounds can be used effectively in the present invention, while they cannot be used to stabilize 1-glycine ferrous.
Butylhydroxyanisole and butylhydroxytoluene are stable in the preparations of ferrous 2-glycine and
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++ ... help Fe to Fe. And, while sodium formaldehyde sulfoxylate and sodium bisulfite are quickly deactivated under acidic conditions, when added in small amounts, about 0.5 to 1, 0%, to aqueous solutions of ferrous 2-glycine and then stored in an airtight container to prevent further contact with air, they effectively prolong the shelf life of the complex by preventing the conversion of Fe to Fe203 .
Dry powder compositions can be further stabilized by coating the particles with water soluble or digestible preparations which prevent contact with air. Many products are available for this purpose, such as polyvinyl alcohol, and the coating is generally carried out by a spray drying process.
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It is understood that the ferrous 2-glycine derivatives having six covalently linked glycine molecules prepared according to the present invention can be stabilized by any of the previously described methods used alone or in combination.
The following particular examples are given to better illustrate the present invention without however limiting it to the particular substances or procedures used.
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EXAMPLE I One molar equivalent of ferrous chloride tetrahydrate (198.8 g) and slightly more than 2 molar equivalents of glycine (160 g) are dissolved in deionized water which has been acidified to pH about 4.0 with hydrochloric acid. The reaction solution is preferably heated to a temperature of about 100 ° C. and is preferably protected from contact with oxygen by placing the reaction vessel under a nitrogen atmosphere. Preferably a small amount of an antioxidant, such as butylhydroxyanisole, is added to the reaction solution, particularly when the solution is not placed under a nitrogen atmosphere. The reaction takes place rapidly until substantial completion, forming the ferrous 2-glycine hydrochloride.
The ferrous iron of the compound is in nonionic form and the reaction solution is essentially free of ferric ions. Ferrous 2-glycine can be collected from the reaction solution as a precipitate by adding ethyl alcohol to the solution, or the aqueous solution itself can be administered as
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liquid form or can then be treated by spray drying to form a dry powder.
EXAMPLE II
A ferrous chloride solution containing 1 gram molecule of Fecal (198.8 g) is prepared by dissolving ferrous chloride tetrahydrate in a 3% aqueous hydrochloric acid solution to form 334 ml of a 38% aqueous acid solution ferrous chloride. Two gram-molecules of glycine (150.15 g) are dissolved in the 334 ml of the 38% ferrous chloride solution while heating to the boil. The reaction solution is heated to a low boil until the temperature of the reaction solution reaches 152 C. Then the reaction solution is poured into a container coated with Teflon and allowed to cool under a low humidity atmosphere. until crystallization. The crystals which have formed are washed with dilute hydrochloric acid.
The crystals formed titrate 16% by weight of iron and correspond to the tetrahydrate salt of the ferrous 2-glycine hydrochloride having the formula: Fe (NH3 CHCOO ") Cl. Heating the crystals to 120 C provides the anhydrous hydrochloride.
The tetrahydrate crystals have a glassy transparent brown appearance, are very soluble in water, have a sweet, non-astringent taste and are stable in dry air. The crystals form a brown surface coating when stored in moist air. An aqueous solution of ferrous 2-glycine hydrochloride is stable at pH 4.5 and below.
EXAMPLE III
Ferrous 2-glycine sulfhydrate is prepared
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following the procedure of Example I, using 278 g of ferrous sulfate tetrahydrate in place of the ferrous chloride of Example I.
EXAMPLE IV
A ferrous chloride solution containing a gram molecule of ferrous chloride ze g) is prepared by dissolving ferrous chloride tetrahydrate in a 3% aqueous solution of hydrochloric acid, to form 334 ml of a 38% aqueous acid solution of ferrous chloride. Eight gram molecules of glycine (600.6 g) are dissolved in the 334 ml of the 38% ferrous chloride solution while heating slowly until boiling. The reaction solution is heated to a slow boil until the temperature of the reaction solution reaches 152 C. Then the reaction solution is poured into a container coated with Teflon and allowed to cool under a low humidity atmosphere until crystallization. The crystals are washed with 3% aqueous hydrochloric acid.
The crystals titrating 6.99% iron have a translucent yellow-brown appearance, are stable in dry air but form a brown surface coating when stored in humid air, and have a sweet-acid taste like lemonade . The crystals are very soluble in water and are stable in aqueous solution at a pH of 4.5 or less.
EXAMPLE V
Ferrous 8-glycine hydrochloride is prepared by dissolving 13.3 g of ferrous chloride tetrahydrate in 50 ml of 3% aqueous hydrochloric acid. The aqueous acid solution of chloro is heated to boiling
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ferrous rure having a pH of 4.0 and 40 g of glycine are dissolved therein. The reaction solution is slowly heated to remove the water until the temperature of the solution reaches 152 C. The reaction mixture is poured onto a Teflon sheet and allowed to cool to room temperature. The crystals which formed during cooling are washed with dilute hydrochloric acid.
The crystals have a light yellow-brown translucent appearance and when titrated, we find that they contain 96% of iron in the ferrous state, which is the same percentage of iron in the ferrous state as in ferrous chloride initial tetrahydrate used in the reaction mixture. An aqueous solution of ferrous 8-glycine does not form a precipitate when soluble carbonate ions are added to the solution.
EXAMPLE VI
To an aqueous acid solution (pH 4.0), 198.8 g of ferrous chloride (1 gram molecule) and 600.6 g of glycine (8 gram molecules) are added and the solution is left to react. When aqueous sodium carbonate is added to a portion of the solution in sufficient quantity to react with all the ferrous iron which it contains and which is filtered, all the ferrous iron is found in the filtrate.
The rest of the reaction solution is heated to a slow boil to remove all water except the water of hydration (i.e. until the temperature of the solution reaches 152 C) and pour the reaction solution onto a Teflon sheet. By cooling down to room temperature, the
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reaction mixture completely crystallizes, forming translucent yellow-brown crystals.
EXAMPLE VII
The reaction solution of Example I is heated to the boil and boiled slowly to remove the water until the temperature rises above 110 ° C. The reaction solution is placed in a refrigerator until crystals form in the syrupy liquid.
The crystals are washed with dilute hydrochloric acid and the crystals are found by analysis to be ferrous 2-glycine hydrochloride tetrahydrate.
It is understood that the solid ferrous 2-glycine which has also been stabilized by adding an amount of up to six additional molecules of glycine linked by the coordination bonds, can be collected or crystallized from a aqueous reaction solution by means other than boiling to remove water. If desired, vacuum drying, flash evaporative drying can be used, and the crystals can be developed to form a white powder which is very soluble in water and stable in dry air but hygroscopic in air wet.
Since glycine and serine are interchangeable metabolites, it is possible to substitute serine for glycine in the previous examples to obtain an improved source of iron for nutritional and therapeutic use in mammalian animals.
Since some mammals are deficient in the chloride ion which is essential in the body and which has several important roles, the hydrochloride reaction product of the present invention is preferred for oral administration to mammals.
It is also possible to use other salts of
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ferrous iron, such as ferrous acetate, ferrous citrate, ferrous ascorbate and ferrous tartrate, as non-toxic ferrous salts for reaction with glycine to form the derivative of 2-glycine ferrous and 8-glycine ferrous. For this reason, the invention is not limited to the reaction products formed by reacting the glycine with ferrous chloride or ferrous sulfate used in the particular examples.
EXAMPLE VIII
A liquid containing supplemental iron is prepared by dissolving in water 6.3 g of ferrous 2-glycine hydrochloride tetrahydrate (to have 264.2 mg of iron per liter of water) and 8.5 g of glycine (to obtain a six-fold molar excess) in 3.785 liters of water and adjusting the pH of the solution to approximately 4.6 by addition of citric acid. The solution is supplied as drinking water to udder piglets.
EXAMPLE IX
A liquid food mixture containing supplement iron is prepared by dissolving in a conventional solution of milk solids normally supplied to udder piglets, sufficient ferrous 8-glycine hydrochloride tetrahydrate to obtain 1000 mg of iron for 3.785 liters of solution milk solids. The liquid food mixture is given to
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udder piglets in a conventional manner.
EXAMPLE X A solid feed mixture containing supplemental iron is prepared by mixing 8-glycine ferrous hydrochloride tetrahydrate with a conventional solid feed mixture for piglets in an amount sufficient to obtain 200 ppm of ferrous iron.
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weight. The solid feed mixture is fed to the piglets in a conventional manner.
As piglets are often anemic at birth and quickly become extremely anemic during the first 21 days after birth, due to their very rapid growth (4 times their birth weight in 3 weeks) and the inability to obtain Any significant amount of iron from sow milk, piglets are particularly suitable subjects for determining the physiological and nutritional usefulness of iron supplements.
Thus, the efficacy and superiority of the reaction product of the present invention is shown by treating piglets in controlled trials, using (1) an injection of standardized iron dextran which has hitherto been the best means for treating anemia in piglets, (2) ferric ammonium citrate added to piglets 'drinking water because this iron salt is the most commonly used additive in piglets' drinking water, and (3 ) a solution of ferrous 2-glycine in the drinking water of piglets containing an excess of glycine sufficient to form the salt of ferrous 8-glycine. The tests were carried out using two identical tests with 4 piglets per litter and with 10 litters, the ferrous 8-glycine salt being administered at a rate of 1000 mg per 3.785 liters of drinking water.
The ferrous iron-glycine products of the present invention can also be used to increase the iron concentration in human blood. While ferrous sulphate, the treatment product most often
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used to increase the iron concentration in human blood, is only absorbed to a degree of about 10% of the oral dose, and ferrous 8-glycine is more significantly absorbed when given orally. Thus, a significantly lower dose of ferrous glycine can be administered to humans and thus avoids many of the adverse reactions normally encountered with the administration of large amounts of iron salts.
For example, a 100 mg daily dose of ferrous 8-glycine will meet all normal or nutritional iron requirements.
CLAIMS
1. A method of producing an iron composition making it possible to raise the iron concentration in the blood of a mammal, characterized in that a mole of a non-toxic ferrous iron salt is reacted in aqueous solution and at least two moles of glycine to form an aqueous solution of a reaction product in which each molecule of this iron has reacted with at least two molecules of glycine.