CN109081786A

CN109081786A - 一种氨基酸亚铁螯合物的制备方法

Info

Publication number: CN109081786A
Application number: CN201811196652.1A
Authority: CN
Inventors: 周荣超; 彭启明; 粟宇; 廖常福
Original assignee: Lufeng Tianbao Phosphorus Chemical Co Ltd
Current assignee: Lufeng Tianbao Phosphorus Chemical Co Ltd
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2018-12-25

Abstract

本发明公布了一种氨基酸亚铁螯合物的制备方法，所述方法以硫酸亚铁为铁源，以性质温和稳定的碳酸钙为阴离子脱出剂，在pH调节剂与还原剂配合下，与氨基酸在水溶液中一步反应制备高纯度的氨基酸亚铁螯合物。该法原料常见易得、工艺简单、亚铁得率高，适用性强，产品质量优质稳定，具备大规模工业化生产优势。本发明所述方法适用于甘氨酸、蛋氨酸等多种氨基酸亚铁螯合物的工业化制备。

Description

一种氨基酸亚铁螯合物的制备方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种氨基酸亚铁螯合物的制备方法，所述方法包括以硫酸亚铁为铁源，以碳酸钙为阴离子脱出剂，在pH调节剂与还原剂配合下，与氨基酸在水溶液中反应制备无阴离子的氨基酸亚铁螯合物。

背景技术

铁是人和动物体必要的一种微量元素，是血红蛋白、肌红蛋白及多种酶系的重要成分，对生命体的营养健康、免疫增强和疾病防治等方面有重要作用。氨基酸亚铁螯合物是第三代补铁添加剂，与第一代无机酸铁（硫酸亚铁）和第二代有机酸铁（富马酸亚铁、乳酸亚铁等）相比，具有更好吸收和原子利用率，拥有结构稳定，高效吸收，无毒副作用及环境友好等优点，是重点推广的新式补铁添加剂。

纯净的氨基酸亚铁螯合物为氨基酸与亚铁以2:1配位比形成的无阴离子的稳定螯合结构，一般可由氨基酸与还原铁粉反应制备，但一般氨基酸酸性较弱，与还原铁粉反应较慢，完全反应往往需要数十小时，效率较低，产品收率不理想；

公开号为CN106397234A的中国专利文件公布了一种草酸亚铁和甘氨酸制备甘氨酸亚铁螯合物的方法，该法通过在300~400℃加热草酸亚铁分解出新鲜的氧化亚铁，再在隔离空气环境下使氧化亚铁与甘氨酸合成甘氨酸亚铁。该法一定程度缩短了以还原铁粉为铁源制备氨基酸亚铁螯合物反应时间，但完全反应仍需近十小时，且存在草酸亚铁成本较高，高温分解草酸亚铁需要额外分解设施和大量含二氧化碳与有毒一氧化碳裂解气体处理等问题，这些问题在一定程度上限制了该法的实际应用。

在公开号为CN1164566的中国专利文件中，提出了以甘氨酸、钙的氧化物或氢氧化物与硫酸亚铁为原料，在抗氧化剂存在下，甘氨酸先与钙或硫酸亚铁的一种螯合，再继续与另一种原料发生互分解反应的两步制备甘氨酸亚铁的方法。通过硫酸钙的沉淀作用脱出反应物中的硫酸根，得到不含硫酸根离子的甘氨酸亚铁。

该法原料廉价易得，工艺简单，具有一定的工业化优势。然而所用的原料中氧化钙或氢氧化钙乃至中间体甘氨酸钙，都是比较强的碱性物质，在反应过程，局部的碱性也极容易造成亚铁的氧化，因此互分解法制备的产品往往亚铁含量得率都较低。加入的氧化钙、氢氧化钙反应最后也是成为硫酸根脱出剂，但生成的硫酸钙极细且粘稠，过滤难度较大；而采用稍大目数的滤布，容易造成得到的产品有少量的硫酸钙残留，品质不佳。

在公开号为CN103254104B的中国专利文件中，提出了以羟基蛋氨酸和亚铁盐在水溶液或含有机物水溶液中直接制备羟基蛋氨酸亚铁，利用降温让羟基蛋氨酸亚铁自然析出。该法虽然简单直接，但析出产物之后的酸性母液需要继续中和，得到大量含盐废水，而自然析晶以及合并洗液都让母液中存在着2~8wt%羟基蛋氨酸亚铁和未螯合游离的羟基蛋氨酸及亚铁盐，造成较大的原料损失，也增加了后续处理的负担。

综上所述，目前氨基酸亚铁螯合物制备所面临的主要问题有：

1）亚铁得率低，如复分解法；

2）成本高、反应效率低，如分解草酸亚铁法和还原铁粉法；

3）产品收率低，如羟基蛋氨酸亚铁的直接沉淀法；

4）引入杂质（抗氧化剂），如还原铁粉法、分解草酸亚铁法；

5）产品收率低或产品质量较差，如羟基蛋氨酸亚铁直接沉淀法和甘氨酸亚铁复分解法；

因此提出一种亚铁抗氧化、反应效率、产品收率、成本、杂质控制等几大因素控制较平衡氨基酸亚铁制备方法是氨基酸亚铁螯合物工业化的迫切需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种亚铁抗氧化、反应效率、产品收率、成本、杂质控制等几大因素控制较平衡的适应普遍工业化的氨基酸亚铁螯合物制备方法。

为达到以上目的，本发明提供以下方案：

一种氨基酸亚铁螯合物的制备方法，以硫酸亚铁为铁源，以碳酸钙为阴离子脱出剂，以氧化钙或氢氧化钙或氢氧化钙饱和水溶液为pH调节剂，在还原剂存在下，在水溶液中与氨基酸反应制备无阴离子的氨基酸亚铁螯合物。该法得到的氨基酸亚铁螯合物反应液中，含有硫酸根脱出物沉淀硫酸钙及少量未反应的碳酸钙固体，通过离心或压滤分离沉淀物和反应液，再将滤液减压浓缩后喷雾干燥即得到无阴离子的氨基酸螯合亚铁。也可将滤液浓缩后加入乙醇进一步浸取纯化，将游离的氨基酸和亚铁萃取出去，分离出固体烘干后得到完全螯合纯净的氨基酸亚铁产物。

进一步地，以上所述硫酸亚铁为无水硫酸亚铁、一水硫酸亚铁、四水硫酸亚铁、七水硫酸亚铁中的一种或多种，投料比为氨基酸摩尔量的0.4~0.6当量。

更进一步地，所述硫酸亚铁或各类水合硫酸亚铁为饲料级。

所述阴离子脱出剂碳酸钙为过10~200目的碳酸钙细颗粒，优选20~100目。

特别地，所述阴离子脱出剂碳酸钙用量为硫酸亚铁的1.0~1.2当量。

进一步地，所述碳酸钙阴离子脱除剂脱除阴离子为硫酸根离子。

所述pH调节剂为氧化钙粉末、氢氧化钙粉末、氢氧化钙乳液及氢氧化钙饱和溶液中的一种或多种。

进一步地，所述pH调节剂在阴离子脱出反应结束后加入，控制体系pH=5~7。

所述还原剂为抗坏血酸、盐酸羟胺、亚硫酸氢钠、羰基铁粉、还原铁粉中的一种或多种，特别优选羰基铁粉或还原铁粉中的一种。

进一步地，所述还原剂添加量为硫酸亚铁的0.1~10wt%，优选1~5wt%。

以上方法所述氨基酸为甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸及羟基蛋氨酸中的一种或多种。

特别地，所述硫酸亚铁与氨基酸在水中发生螯合反应的温度为50~100℃，优选80~100℃，总反应时间为30~180min，优选60~120min。

进一步，所述水溶液反应环境使用的溶剂水为脱氧水，采用加热沸腾、超声、惰性气体（如氮气）吹赶等方法脱氧。

特别地，所述氨基酸亚铁的螯合物为分子式中氨基酸与亚铁配位比为2:1的无阴离子纯净螯合物。

进一步，所述氨基酸亚铁螯合物纯度（以产品干基中扣除Fe³⁺、SO₄ ^2-、Pb等非目标成分计）为99%以上。

与现有技术相比，采用本发明的有益效果：

1、工艺简单，制备成本低；

2、反应效率高，产品质量优良；

3、有效控制亚铁氧化，亚铁得率高；

4、反应温和，可控性好；

5、适用于多种氨基酸的亚铁螯合物制备。

本发明采用常见的硫酸亚铁为铁源，原料成本较还原铁粉和草酸亚铁大大降低。采用稳定的固体碳酸钙为阴离子脱除剂，脱除剂性质稳定温和，反应过程不会引起亚铁氧化，且脱出硫酸根过程消耗氢离子，促进氨基酸离解减弱氢离子对阳离子的竞争作用，有助于螯合反应的正向进行。较互分解法、草酸亚铁加热分解法流程都更短，氨基酸、硫酸亚铁与碳酸钙并存而螯合反应与阴离子脱出反应先后自序进行，具有良好的自适应性和可控性。本发明适用于甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸及羟基蛋氨酸等大多数氨基酸系列的亚铁螯合产品，特别适用于甘氨酸、蛋氨酸亚铁螯合物的制备。

具体实施方式

概括来说，本发明大致操作流程如下：将氨基酸、硫酸亚铁、阴离子脱出剂碳酸钙按摩尔比2:0.8~1:0.8~1.2加入采取煮沸、超声、氮气吹赶等方式脱氧处理的水液中，并加入硫酸亚铁0.1~10wt%，优选1~5wt%质量分数的还原铁粉作为还原剂，加热搅拌至温度为50~100℃，优选80~100℃，反应时间为30~180min，优选60~120min，反应时间到后用澄清石灰水调节控制体系pH=5~7，反应结束分离悬浮沉淀和滤液，在密闭环境下对滤液进行减压浓缩，根据产品品质选择直接浓缩喷雾干燥或浓缩后加入乙醇醇析进一步纯化后分离干燥得到氨基酸亚铁螯合产品。制备过程浓缩体系得到的冷凝水和乙醇萃取回收的乙醇均可回用至相应工序。

操作本发明时，参与反应所用的溶剂水采用加热至沸腾20~40min或20~40KHZ超声波覆盖10~20min脱氧，或采用氮气等惰性气体鼓泡入水体进行吹赶置换脱氧，以消除水中的溶解氧，避免在硫酸亚铁加料初期即与水中的溶解氧气发生氧化反应，尽管采用了还原铁粉作为还原剂，但体系中亚铁一旦氧化，还原程度是有限的，额外加入抗氧化剂则增加了产品杂质。

还原铁粉通过将被氧化为三价的铁离子还原为二价铁来维持体系中较低三价铁含量，有利于提高最终产品质量。还原铁粉加入量过少，在较高温度水体系中，则不足以控制三价铁含量，加入过多，过量的还原铁粉随硫酸钙沉淀取出，不仅造成浪费，也对硫酸钙的后处理不利。因此，一般作为还原剂的铁粉加入量应在最低有效量和富余量之间，经实验证明，一般投入量在硫酸亚铁的1~5wt%较为合适。

因工业硫酸亚铁多采用硫酸与铁元素进行反应制备，为保证铁元素反应完全往往硫酸大大过量，因此制得的硫酸亚铁中往往夹带有一定硫酸，再加之随着反应进行碳酸钙减少（包括少量被硫酸钙包被），因此需要额外加入少量澄清石灰水调节溶液pH在5~7之间，以保证产品螯合率以及阴离子彻底脱除。

本发明适用于甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸及羟基蛋氨酸等大多数氨基酸系列的亚铁螯合产品，特别适用于酸性较弱的甘氨酸、蛋氨酸亚铁螯合物的制备，能保证较高的反应速率，使反应温和而有效地进行。

以下对本发明的优选实施例进行说明，应理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

将1mol甘氨酸、0.45mol七水硫酸亚铁和0.5mol细颗粒碳酸钙加入到300ml脱氧水中，再向体系加入1.2g（1wt%硫酸亚铁量）还原铁粉，搅拌升温体系至50~100℃，体系pH=3~4，反应30~180min后，测得pH=4~5，用澄清石灰水调节pH=5~6，得灰绿悬浮液，抽滤得墨绿滤液，减压浓缩至80~100ml，用小型喷雾干燥机喷雾干燥得暗绿色固体粉末。

取1g产品于100ml去离子水中，固体完全溶解，pH=6.7，透明无沉淀，检测得Fe²⁺:19.8%，总铁：21%，硫酸根：0.1%，铅：未检出；亚铁占比：94.3%，产品干基纯度：98.7%.

实施例2

将1mol甘氨酸、0.45mol七水硫酸亚铁和0.5mol细颗粒碳酸钙加入到300ml脱氧水中，再向体系加入2.4g（2wt%硫酸亚铁量）还原铁粉，搅拌升温体系至50~100℃，体系pH=3~4，反应30~180min后，测得pH=4~5，用澄清石灰水调节pH=5~6，得灰绿悬浮液，抽滤得墨绿滤液，减压浓缩至30~60ml，加入120~180ml无水乙醇萃取，抽滤墨绿色析出物，60~105℃下真空干燥8~24h后粉碎得暗绿色固体粉末。萃取液精馏回收乙醇套用至下一次萃取，精馏余液主要为游离的甘氨酸与亚铁，回用至反应阶段。

取1g产品于100ml去离子水中，固体完全溶解，pH=6.5，透明无沉淀，检测得Fe²⁺:20.0%，总铁：20.5%，硫酸根：0.02%，铅：未检出；亚铁占比：97.6%，产品干基纯度：99.48%.

实施例3

将1mol羟基蛋氨酸（88%含量水液产品）、0.45mol七水硫酸亚铁和0.5mol细颗粒碳酸钙加入到300ml脱氧水中，再向体系加入1.2g（1wt%硫酸亚铁量）还原铁粉，搅拌升温体系至80~100℃，体系pH=1~2，反应30~180min后，测得pH=4~5，用澄清石灰水调节pH=5~7，得棕黄悬浮液，抽滤得乳黄滤液，减压浓缩至80~100ml，用小型喷雾干燥机喷雾干燥得乳黄色固体粉末。

取1g产品于100ml去离子水中，固体完全溶解，pH=6.1，透明无沉淀，检测得Fe²⁺:14.8%，总铁：15.1%，硫酸根：0.01%，铅：未检出；亚铁占比：98%，产品干基纯度：99.69%.

实施例4

将1molD，L-蛋氨酸、0.45mol七水硫酸亚铁和0.5mol细颗粒碳酸钙加入到300ml脱氧水中，再向体系加入1.2g（1wt%硫酸亚铁量）还原铁粉，搅拌升温体系至80~100℃，体系pH=3~4，反应60~120min后，测得pH=4~5，用澄清石灰水调节pH=5~6，得土黄色悬浮液，抽滤得乳黄色滤液，减压浓缩至30~60ml，加入120~180ml无水乙醇萃取，抽滤乳黄色析出物，60~105℃真空干燥8~24h后粉碎得乳黄固体粉末。萃取液精馏回收乙醇套用至下一次萃取，精馏余液主要为游离的甘氨酸与亚铁，回用至反应阶段。

取1g产品于100ml去离子水中，固体完全溶解，pH=7.1，透明无沉淀，检测得Fe²⁺:15.2%，总铁：15.5%，硫酸根：0.02%，铅：未检出；亚铁占比：98.1%，产品干基纯度：99.68%.

实施例5

对照实施例2用传统复分解法制备甘氨酸亚铁，采用甘氨酸与氧化钙先制备甘氨酸钙，过滤除去多余氧化钙后，再加入硫酸亚铁与甘氨酸钙进行互分解反应，最后分离干燥得灰绿色固体粉末。

取1g产品于100ml去离子水中，固体完全溶解，pH=7.6，透明无沉淀，检测得Fe²⁺:17.6%，总铁：18.9%，硫酸根：0.48%，铅：未检出；亚铁占比：93.1%，产品干基纯度：98.22%.

实施例6

对照实施例2用还原铁粉法制备甘氨酸亚铁，最后得墨绿色固体粉末。

取1g产品于100ml去离子水中，固体完全溶解，pH=6.1，透明无沉淀，检测得Fe²⁺:20.3%，总铁：21.1%，铅：未检出；亚铁占比：96.2%，产品干基纯度：99.2%.

对比实施例2与实施例5、6可知，采用本发明方法制备的甘氨酸亚铁螯合物的亚铁含量和总铁含量均高于传统互分解法而与还原铁粉法接近。所得产品纯度较复分解法优，溶解于水后透明无杂质，溶解pH=6.5为微弱酸性，质量达到还原法制备的甘氨酸亚铁产品质量。

由实施例3、4分别可知，采用本发明制备了优良品质的羟基蛋氨酸亚铁和蛋氨酸亚铁螯合物，二者亚铁含量分别为14.6%和14.8%，亚铁占比均超过95%，产品干基纯度均在99%以上。

综上可表明，采用本发明所述方法，可以硫酸亚铁为铁源，碳酸钙为阴离子脱出剂，与甘氨酸、蛋氨酸等多种氨基酸制备得质量优良的氨基酸亚铁螯合物，其中该法制备的甘氨酸亚铁螯合物亚铁含量达19.8%，总铁达20.5%，亚铁占比96.6%，精制产品干基纯度达99.48%，产品质量与还原铁粉法制备得产品相近，而成本更低，制备时间更短，具备大规模工业化生产推广的优势。

最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应该理解，任何对前述实施例技术方案进行调整、修改或对部分技术特征的修饰、等同替换等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种氨基酸亚铁螯合物的制备方法，其特征在于：以硫酸亚铁为铁源，以碳酸钙为阴离子脱出剂，在pH调节剂与还原剂配合下，与氨基酸在水溶液中反应制备高纯度的氨基酸亚铁螯合物。

2.根据权利要求1所述氨基酸亚铁螯合物的制备方法，其特征在于，所述硫酸亚铁为无水硫酸亚铁、一水硫酸亚铁、四水硫酸亚铁、七水硫酸亚铁中的一种或多种，投料比为氨基酸摩尔量的0.4~0.5当量；所述硫酸亚铁为饲料级标准。

3.根据权利要求1所述氨基酸亚铁螯合物的制备方法，其特征在于，所述阴离子脱出剂碳酸钙为过10~200目的碳酸钙细颗粒。

4.根据权利要求3所述氨基酸亚铁螯合物的制备方法，其特征在于，所述阴离子脱出剂碳酸钙用量为硫酸亚铁的1.0~1.2当量。

5.根据权利要求1所述氨基酸亚铁螯合物的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂为氧化钙粉末、氢氧化钙粉末、氢氧化钙乳液及氢氧化钙饱和溶液中的一种或多种。

6.根据权利要求6中所述任一项氨基酸亚铁螯合物的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂在阴离子脱出反应结束后加入，控制体系pH为5~7。

7.根据权利要求1所述氨基酸亚铁螯合物的制备方法，其特征在于，所述还原剂为抗坏血酸、盐酸羟胺、亚硫酸氢钠、羰基铁粉、还原铁粉中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述氨基酸亚铁螯合物的制备方法，其特征在于，所述还原剂添加量为硫酸亚铁的0.1~10wt%。

9.根据权利要求1所述氨基酸亚铁螯合物的制备方法，其特征在于，所述氨基酸为甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸及羟基蛋氨酸中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述一种氨基酸亚铁螯合物的制备方法，其特征在于，所述硫酸亚铁与氨基酸在水中发生螯合反应的温度为50~100℃，反应时间为30~180min。