DE3812653A1 - Verfahren zur herstellung von 1 : 1-komplexsalzen aus zink oder mangan und (alpha)-aminosaeuren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des Ver­ fahrens zur Herstellung von 1 : 1-Komplexen von Zink oder Mangan mit α-Aminosäuren, insbesondere Methionin. Die Grund­ verfahren, die gemäß der vorliegenden Anmeldung verbessert werden, sind in den US-Patenten der Anmelderin mit den Nummern 39 41 818 mit dem Titel "1 : 1 Zinc Methionine Complexes" und 39 50 372 mit dem Titel "1 : 1 Manganese Alpha Amino Acid Complexes" beschrieben (vgl. auch die deutschen Patente DE 24 62 916 und 24 36 946).

In den genannten US-Patenten werden die 1 : 1-Komplexsalze per se sowie Grundverfahren für ihre Herstellung beschrieben. Die Komplexsalze haben, wie in beiden US-Patentschriften zum Ausdruck kommt, die nützliche Eigenschaft, sehr gut vom Körper absorbierbare Zusätze zur Ergänzung der Nahrung von sowohl Tieren als auch Menschen zu sein, so daß sie einfach verfüg­ bare Quellen für Zinkionen einerseits und Manganionen anderer­ seits darstellen.

Bei der kommerziellen Herstellung dieser 1 : 1-Komplexe aus Metall und Aminosäure ergaben sich zeitweise bestimmte Probleme beim Auflösen der Ausgangs-Salze und der α-Aminosäure, die beide in fester pulverisierter Form vorliegen. Das führte dazu, daß, obwohl die Salze theoretisch in Wasser gut löslich sein sollten, das Mischen, das zur Sicherung einer wesentlichen Auflösung (selbst bei erhöhten Temperaturen) zur Gewährleistung des für eine adequate Umsetzung zwischen den Reaktionspartnern unter Bildung von 1 : 1-Komplexen von Zink und/oder Mangan und der α-Aminosäure erforderlichen innigen Kontakts erforderlich ist, übermäßig aufwendig wurde. Mit der Herstellungstechnik war daher ein dieser inhärentes Problem verknüpft, und zwar sowohl unter dem rein praktischen Gesichtspunkt einer geeigneten Auf­ lösung selbst in heißem Wasser als auch unter dem Gesichts­ punkt der Produktreinheit, indem nämlich Probleme bestanden, sicherzustellen, daß das Produkt im wesentlichen vollständig aus den gewünschten 1 : 1-Komplexen besteht.

Es bestand daher ein anhaltendes dringendes Bedürfnis nach Verfahrensverbesserungen, die eine leichte Auflösung der eingesetzten Umsetzungspartner bzw. Bestandteile der Reaktions­ mischung ermöglichen und die gleichzeitig sicherstellen, daß die Produktausbeute in hohen Mengen aus den gewünschten 1 : 1- Komplexen aus den Metallionen und den α-Aminosäure-Salzen bestehen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Hauptaufgabe läßt sich somit als Verbesserung des Verfahrens zur Herstellung von 1 : 1-Komplexen aus Mangan und α-Aminosäuren gemäß US-PS 39 50 372 und von 1 : 1-Komplexen aus Zink und α-Aminosäuren gemäß US-PS 39 41 818 beschreiben, so daß diese Komplexe auf einfache Weise innerhalb kurzer Herstellungszeiten und mit einer hohen Ausbeute der gewünschten 1 : 1-Komplexe hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der genannten Art dadurch gelöst, daß die Umsetzung gemäß Kennzeichen des Patentanspruchs 1 in Gegenwart einer für die Bildung der 1 : 1- Komplexe katalytisch wirksamen Menge von Eisen(III)ionen durch­ geführt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Im Hinblick auf die Verwendungsmöglichkeiten und die praktische Nützlichkeit der erfindungsgemäß herzustellenden 1 : 1-Komplexe wird auf die bereits mehrfach erwähnten US-PSen 39 50 372 und 39 41 818 (bzw. DE-PSen 24 36 946 und 24 62 916) verwiesen.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren noch näher erläutert.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahrensverbesserung, die die Herstellung von 1 : 1-Komplexen aus Zink und/oder Mangan mit α-Aminosäuren in hohen Ausbeuten erleichtert, so daß die gewünschten 1 : 1-Komplexe in hoher Ausbeute in einer Form erhalten werden, in der sie biochemisch nach einer Aufnahme mit der Nahrung von Tieren und Menschen leicht absorbiert werden können und damit Zink und Methionin in den für eine gute Gesundheit, Gewichtszunahme und eine ausgeglichene Kost angemessenen und richtigen diätetischen Mengen zur Verfügung gestellt werden. Die Umsetzung ist eine direkte einfache Um­ setzung zwischen dem Zinksalz bzw. dem Mangansalz und der α-Aminosäure, die beide wenigstens teilweise in Wasser aufge­ löst sind. Die Umsetzung wird sowohl unter dem Gesichtspunkt der Löslichmachung der entsprechenden Salze als auch unter dem Gesichtspunkt der Herstellung der gewünschten 1 : 1-Kom­ plexe zwischen den Zinkionen bzw. Manganionen und der ge­ wünschten Aminosäure, vorzugsweise Methionin, deutlich kata­ lysiert, indem man die Umsetzung in Gegenwart einer katalytisch wirksamen Menge von Eisen(III)ionen durchführt, vorzugsweise in Form von Eisen(III)sulfat.

Es erscheint wichtig, darauf hinzuweisen, daß die Zink- bzw. Manganverbindungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, als komplexierte Salze bezeichnet werden. Diese Salze sind sorgfältig von herkömmlichen Salzen wie beispielsweise Zinkchlorid oder Manganchlorid zu unterschei­ den. Bei herkömmlichen Salzen wie Zinkchlorid oder Mangan­ chlorid sind Kation und Anion nur durch elektrostatische An­ ziehungskräfte miteinander verbunden. Die gemäß der vorliegen­ den Erfindung hergestellten 1 : 1-Komplexsalze unterscheiden sich von herkömmlichen Salzen dadurch, daß sie neben der elektrostatischen Anziehung zwischen dem Kation und dem Anion auch noch eine koordinative Bindung zwischen dem Kation und der Aminogruppe der α-Aminosäure aufweisen.

Die bevorzugte α-Aminosäure für das erfindungsgemäße Verfahren ist Methionin. Sowohl bei den Zink-Komplexsalzen und den Man­ gan-Komplexsalzen können jedoch selbstverständlich auch andere α-Aminosäuren verwendet werden. Vorzugsweise sind diese essentielle α-Aminosäuren. Diejenigen essentiellen α-Amino­ säuren, die für die Ausbildung der 1 : 1-Komplexsalze gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, sind Arginin, Histidin, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan und Valin. Ferner ist auch Glycin, das keine essentielle Aminosäure ist, eine bevorzugte α-Aminosäure, da Glycin leicht verfügbar ist und zur Herstellung der Komplex­ salze gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Von allen genannten bevorzugten natürlichen α-Aminosäuren sind Methionin und Glycin die am stärksten bevorzugten.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt hergestellten Zink-Methionin-Komplexsalze weisen die allgemeine Formel auf:

worin X ein Anion ist und w eine ganze Zahl ist, die der negativen Ladung des Anions X entspricht. Der Klammerausdruck in der obigen Formel stellt das Kation dieser Komplexsalze dar und beschreibt einen 1 : 1-Komplex von Zink und Methionin.

Die Komplexsalze aus Mangan und α-Aminosäuren weisen die Formel auf:

worin R den an das α-Atom einer α-Aminosäure gebundenen Rest bedeutet, vorzugsweise den Rest einer der Aminosäuren Methionin oder Glycin, X ein Anion ist und w eine ganze Zahl ist, die der negativen Ladung des Anions X entspricht. Der Klammeraus­ druck in der obigen Formel bezeichnet das Kation des Komplex­ salzes und stellt einen 1 : 1-Komplex von Mangan und α-Amino­ säure dar.

Das Herstellungsverfahren für die gewünschten Zink-Methionin- 1 : 1-Komplexsalze istwie im Falle generell der α-Aminosäuren, wie bereits in den genannten Patentschriften erwähnt, eine einfache direkte Umsetzung. Üblicherweise beginnt die Umsetzung mit der Verwendung eines wasserlöslichen Zinksalzes und/oder eines wasserlöslichen Mangansalzes. Geeignete Zinksalze, die verwendet werden können, sind die Halogenide, die Sulfate und die Phosphate. Das gewünschte Gewichtsverhältnis von Zinksalz zu Methionin liegt im Bereich von 1 : 1 bis 2 : 1, vorzugsweise bei 3 : 2. Geeignete verwendbare Mangansalze sind ebenfalls die Halogenide, Sulfate und Phosphate. Das gewünschte Gewichtsver­ hältnis von Mangan zu Methionin beträgt 1 : 1 bis 2 : 1, vor­ zugsweise 4 : 3. In jedem der genannten Fälle sind die Sulfat salze unter dem Gesichtspunkt der Verfügbarkeit und, wenigstens gegenwärtig, auch der Kosten bevorzugt.

Bei dem Grundverfahren werden diese Salze wenigstens teilweise in Wasser aufgelöst, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur. Temperaturen im Bereich von etwa 82 bis etwa 96°C haben sich als vorteilhaft erwiesen, wobei Temperaturen im Bereich von 88 bis 96°C besonders bevorzugt sind. Eine herkömmliche Technik für die praktische Durchführung des Verfahrens besteht darin, das Salz in eine wäßrige Lösung einzurühren, während gleich­ zeitig Dampf eingeblasen wird, um die Temperatur auf den ge­ wünschten Temperaturbereich zu erhöhen.

Bei der besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als nächstes die katalytische Menge des Eisen­ (III)ions zugesetzt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die katalytische Menge der Eisen(III)ionen sowohl vor der Zugabe der α-Aminosäure als auch danach zugesetzt werden kann, wobei die vorherige Zugabe etwas bevorzugt ist.

Wie weiter oben bereits erwähnt wurde, wurde festgestellt, daß dann, wenn die Umsetzung zwischen dem wasserlöslichen Metall­ salz und der α-Aminosäure in Gegenwart einer katalytisch wirk­ samen Menge von Eisen(III)ionen durchgeführt wird, zwei wünschenswerte Dinge geschehen. So wird einmal die Auflösung des Salzes und der Aminosäure in dem Wasser im Hinblick auf die Auflösungsgeschwindigkeit erheblich verbessert, und außer­ dem wird eine gesteigerte Ausbeute der gewünschten 1 : 1-Kom­ plexe erhalten.

Es ist nicht genau bekannt, wieso Eisen(III)ionen das Verfahren katalysieren, der Effekt ist jedoch eindeutig. Die Eisen(III)­ ionen können in Form irgendeines wasserlöslichen Salzes wie Eisen(III)chlorid, Eisen(III)sulfat, Eisen(III)phosphat, Eisen­ (III)acetat oder irgendeines anderen wasserlöslichen Eisen(III)­ salzes zugegeben werden. Besonders bevorzugt sind Eisen(III)­ chlorid und Eisen(III)sulfat. Die zugegebene Menge kann im Bereich von etwa 2 bis etwa 10%, bezogen auf das Trockenge­ wicht der α-Aminosäure betragen, wobei vorzugsweise von etwa 4 bis etwa 8%, bezogen auf das Trockengewicht der α-Aminosäure, verwendet werden. Für die gemäß der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte α-Aminosäure, Methionin, haben sich 4 Gew.-% in den bisherigen Versuchen als beste Menge erwiesen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß irgendeine Menge im Bereich von etwa 2 bis etwa 10% des Gewichts der α-Aminosäure wirkt. Die untere angegebene Grenze, d. h. 2%, entspricht etwa der Mindestmenge, die für eine signifikante Verbesserung erfor­ derlich ist. Die obere Grenze ist eine Grenze aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen, da zusätzliche Mengen keinerlei zusätzlichen Effekt außer zusätzlichen Kosten zu haben scheinen. Nachdem die bevorzugte katalytische Menge an Eisen(III)ionen zu dem wasserlöslichen Salz von Zink oder Mangan zugesetzt wurde und damit vermischt wurde, wird die gewünschte α-Aminosäure in die Reaktionsmischung eingerührt, wobei das Einblasen von Dampf gesteigert wird, um die Temperatur wiederum auf den gewünschten Temperaturbereich anzuheben.

Wenn bei der Umsetzung gemäß der vorliegenden Erfindung Eisen­ (III)ionen verwendet werden, wird die Lösung nahezu schlagartig klar, es kommt zu keiner Klumpenbildung, und im Falle der Zink- Methionin-Komplexe wird die Lösung sofort zu einer klaren röt­ lich-braunen Lösung. Im Falle der Mangan-Methionin-Komplexe verwandelt sich die Reaktionslösung sofort in eine ausgesprochen klare Lösung ähnlicher Farbe. In beiden Fällen gibt es keiner­ lei Problem einer Klumpenbildung, und die Umsetzung führt direkt zu den gewünschten 1 : 1-Komplexen.

Nachdem die Umsetzung abgeschlossen ist, was gewöhnlich nach wenigen Minuten der Fall ist, jedoch gewünschtenfalls auch erst nach einer Stunde oder länger, ist das Produkt fertig für die Endverarbeitung.

Wenn ein Produktkonzentrat gewünscht wird, kann dieses in je­ dem der genannten Fälle sprühgetrocknet werden. Wenn das Pro­ dukt mit einem Träger wie beispielsweise einem Getreideprodukt vermischt werden soll, kann es in unterschiedlichen Verhält­ nissen vermischt werden, in Trocknungstrommeln gegeben werden und als trockner Überzug auf das Getreideprodukt aufgebracht werden.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von zwei Beispielen noch weiter erläutert.

Beispiel 1 Herstellung von 1 : 1-Zink-Methionin-Komplexen

Bei diesem Verfahren wird in einem Ansatz eine Charge von 458 kg Produkt hergestellt.

226,8 kg Wasser werden auf eine Temperatur im Bereich von 93 bis 96°C erhitzt, indem Dampf in einen den Ansatz ent­ haltenden Behälter aus nichtrostendem Stahl eingeblasen wird. 136 kg Zinksulfat von Reagenzqualität werden dem Behälter zu­ gesetzt, während dieser kontinuierlich gerührt wird. In ähn­ licher Weise werden 4,54 kg Eisen(III)sulfat zugesetzt, und es wird kontinuierlich Dampf eingeblasen, um die Temperatur im Bereich von 93 bis 96°C zu halten. Danach werden unter kontinuierlichem Rühren 90,7 kg Methionin zugesetzt.

Das Reaktionsprodukt wird sofort klar, alle Klumpenbildung verschwindet, und das Produkt scheint die Form einer echten Lösung von rötlich-brauner Farbe aufzuweisen. Wenn festge­ stellt wird, daß sich alles aufgelöst hat und nichts in Sus­ pension zurückgeblieben ist, wirddas Produkt einem Sprüh­ trockner zugeführt und unter Gewinnung eines 1 : 1-Zink- Methionin-Komplexsalzes sprühgetrocknet.

Die Bildung des 1 : 1-Komplexes wird durch Infrarotanalyse, Titrationskurvenanalyse und quantitative Analyse bestätigt. Es wurde festgestellt, daß das gewünschte Produkt in einer Menge von mehr als 90% Ausbeute erhalten wurde.

Beispiel 2 Bildung eines 1 : 1-Komplexes aus Mangan und α-Aminosäure

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wird im wesentlichen in identi­ scher Form mit den folgenden Veränderungen durchgeführt: Wiederum betrug die Größe des Ansatzes 458 kg, 226,8 kg Wasser und 226,8 kg Feststoffe. Bei den Feststoffen wurde das Mangan­ salz in Form von Mangansulfat verwendet, und der Eisen(III)- Katalysator war wiederum Eisen(III)sulfat. Das Mangansulfat wurde in einer Menge von 129,7 kg verwendet, die Menge des Methionins betrug 97,1 kg. Das Gewichtsverhältnis der beiden Umsetzungspartner betrug 4 : 3. Die Menge des verwendeten Katalysators betrug 4,54 kg.

Wiederum war klar zu erkennen, daß es zu keiner Klumpenbildung kam, daß sich eine echte Lösung bildete und daß die Umsetzung beim Rühren in Gegenwart der Umsetzungspartner nahezu sofort vollständig war. Wiederum wurde der gewünschte 1 : 1-Mangan- Methionin-Komplex in einer Ausbeute von mehr als 90% gebildet.

Durch den erfindungsgemäßen Zusatz von Eisen(III)ionen werden somit die angestrebten Verbesserungen des Herstellungsverfahrens vollständig erreicht.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von 1 : 1-Komplexsalzen aus α-Aminosäuren und einem Metallion aus der Gruppe der Zink­ und Manganionen, bei dem man ein wasserlösliches Metallsalz aus der Gruppe der Zinksalze und Mangansalze, das wenigstens teilweise in Wasser gelöst ist, mit einer α-Aminosäure umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Umsetzung in Gegenwart einer für die Bildung von 1 : 1-Komplexen katalytisch wirksamen Menge von Eisen(III)ionen durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die α-Aminosäure Methionin ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinksalz Zinksulfat ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Mangansalz Mangansulfat ist.

5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisen(III)ionen in Form von Eisen(III)­ sulfat eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die wäßrige Lösung der wenigstens teilweise gelösten Zink- und/oder Mangansalze zu Beginn auf eine Tempera­ tur im Bereich von etwa 82 bis 96°C erhitzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung auf eine Temperatur im Bereich von etwa 88 bis 96°C erhitzt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Umsetzungspartner während der Zugabe der α-Aminosäure kontinuierlich vermischt.

9. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gewichtsverhältnis von Zinksulfat zu Methionin im Be­ reich von 1 : 1 bis 2 : 1 wählt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Zinksulfat zu Methionin etwa 3 : 2 beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewichtsverhältnis von Mangansulfat zu Methionin im Bereich von 1 : 1 bis 2 : 1 gewählt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Mangansulfat zu Methionin etwa 4 : 3 beträgt.