飼料用復合氨基酸螯合鋅的制備工藝研究

　　金屬微量元素氨基酸螯合物的研究發(fā)展在我國已有10多年的歷史。氨基酸螯合物被吸收代謝的程度優(yōu)于其它一般無機鹽微量元素，普遍報導它的主要優(yōu)點在于：①促進多種酶的生產(chǎn)，增強動物機體的免疫力和抗應激能力。②微量元素以氨基酸吸收途徑進入血液循環(huán)，吸收率高。③能緩解礦物質(zhì)之間的拮抗競爭，各種微量元素被畜禽吸收更徹底。④氨基酸螯合物比無機鹽易溶解，溶解度高[1]。鋅是動物必需的微量元素之一，作為第三代的飼料添加劑，氨基酸鋅在水產(chǎn)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的應用研究已取得了顯著成效。氨基酸螯合鹽的生產(chǎn)研究也日趨成熟。采用單種氨基酸與微量元素螯合能取得很好的效果，但在養(yǎng)殖業(yè)應用上來說，其成本較高。國內(nèi)已有少數(shù)廠家應用不同的蛋白源來制備復合氨基酸，如羽毛粉、血粉及動物內(nèi)臟等，這些原料有的成本較高，有的分解要求高，有的對環(huán)境污染較嚴重，都不十分理想。本文采用豆粕作為氨基酸源，采用酸水解方法得到復合氨基酸，再將復合氨基酸與無機鋅在適當條件下進行螯合反應，得到復合氨基酸螯合鋅產(chǎn)品。此方法工藝簡單、無污染、成本也較低，是一種較理想的方法。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗材料

　　豆粕（飼料級，CP 43%）、一水硫酸鋅（飼料級，98%）、硫酸（分析純，98%）、石灰漿（市售）、氫氧化鈉（分析純）、丙酮（分析純）。

　　1.2 試驗設(shè)備

　　原子吸收分光光度儀（SP2900）、精密酸度計PHS-3C、抽濾器、離心沉淀機。

　　1.3 試驗方法

　　1.3.1 豆粕水解

　　水解流程：

　　豆粕粉碎過16目篩→硫酸水解→抽濾→石灰漿中和→抽濾→復合氨基酸液

　　試驗用飼料級豆粕（已脫脂），先測定其粗蛋白含量，粉碎后，按一定的料液比用4mol/l硫酸水解。在一定的溫度下水解一定的時間，測定游離氨基酸含量。

　　1.3.2 螯合反應

　　螯合流程：

　　復合氨基酸液→檢測游離氨基酸量→加硫酸鋅→調(diào)節(jié)pH值→保溫螯合→濃縮烘干→粉碎避濕保存

　　復合氨基酸液檢測游離氨基酸含量后，以一定的配位比加入硫酸鋅，調(diào)節(jié)至最佳螯合的pH值，保溫螯合一定的時間后，將物料液濃縮烘干。

　　1.4 檢測方法

　　1.4.1 粗蛋白的測定

　　凱氏定氮法。

　　改進甲醛法[2，3]。

　　1.4.3 螯合率的測定

　　1.4.3.1 原理

　　由于復合氨基酸螯合鋅在有機溶劑如丙酮中的溶解度極小，而游離鋅則能溶于丙酮溶液中[4]。利用這一特性，本文采用丙酮來析出氨基酸螯合鋅，濾除沉淀物，對濾液中的可溶性鋅進行測定。

　　1.4.3.2 方法

　　稱取0.1g樣品，加10ml蒸餾水溶解，溶解完全后，加熱蒸發(fā)濃縮至溶液體積約5ml。用丙酮轉(zhuǎn)入50ml容量瓶中定容。用定量慢速濾紙過濾，吸出濾液稀釋一定倍數(shù)檢測鋅含量。

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　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 豆粕水解工藝參數(shù)的確定

　　關(guān)于豆粕水解的資料報道較多，已較成熟，其條件參數(shù)基本一致。本文采用4mol/l的硫酸作為水解液，為便于控制，采用常壓、沸騰回流[5]。豆粕粉碎過16目篩。豆粕與硫酸料液比為1g/2.5ml。

　　水解時間是常壓水解中最重要的參數(shù)。本文以水解時間-耗堿量曲線來判斷最佳水解時間，見圖1。

　　在不同的時間吸取少量水解液，經(jīng)離心機澄清出上清液，定量吸取一定體積，參照甲醛法用同一濃度的氫氧化鈉溶液進行滴定。

　　從圖1可以看出，水解時間超過12h后，曲線平坦，游離氨基酸總量已趨穩(wěn)定。因此，可確定水解時間以略大于12h為宜。

　　2.2 螯合參數(shù)的確定

　　2.2.1 影響復合氨基酸與鋅螯合的重要參數(shù)

　　介質(zhì)的pH值、摩爾配比、螯合時間、螯合溫度等都是影響復合氨基酸與鋅螯合的重要參數(shù)。其中介質(zhì)的pH值對螯合反應影響最大。pH值太大，羥基容易與鋅離子形成氫氧化鋅沉淀。pH值太小，H+會取代金屬離子與供電基團結(jié)合，使螯合率降低。所以精密控制pH值對螯合反應至關(guān)重要。本文通過pH值滴定曲線來描述鋅離子與復合氨基酸的螯合反應。

　　圖2中，AA曲線是用約0.1mol/l的氫氧化鈉溶液滴定復合氨基酸液曲線，AA+Zn曲線是用同濃度氫氧化鈉溶液滴定加有硫酸鋅后的復合氨基酸液的曲線。曲線C是以上兩曲線的差曲線。

　　從圖2可以看出，在AA+Zn線上pH值在4.5左右時，C曲線開始快速上升，說明體系中開始出現(xiàn)H+。這符合氨基酸與金屬離子螯合的理論，即每2分子氨基酸與1分子鋅螯合，會釋放出2分子的H+。隨著堿液的不斷加入，AA+Zn線上在pH值為6.3~7.1時，差曲線呈現(xiàn)一段平坦線，說明加入的堿被H+充分中和，導致pH值無變化。pH=7.1則可看作是反應的完成點，因此，本文中確定螯合的最佳pH值為7.1。

　　2.2.2 摩爾配比對螯合率的影響

　　摩爾配比是指溶液中游離氨基酸與鋅離子的摩爾比。摩爾配比高，有利于鋅離子螯合完全，但產(chǎn)品中的鋅濃度低，氨基酸的利用率不高。這對降低產(chǎn)品的成本不利。摩爾配比太低，則螯合不完全，產(chǎn)品品質(zhì)低。

　　本文中以相同的游離氨基酸總量，分別以摩爾配比為1：1，2：1，3：1，4：1進行螯合試驗，所得結(jié)果見表1。

　　試驗結(jié)果表明，當摩爾配比在2：1以上時，鋅離子可以比較完全的與復合氨基酸螯合，因此確定的摩爾配比是2：1。

　　2.2.3 螯合溫度對螯合率的影響

　　對復合氨基酸與金屬離子螯合的溫度有不同的報道。這可能與復合氨基酸的來源不同有關(guān)。本文以2：1的配比，在10℃、30℃、60℃、100℃的溫度下進行螯合。

　　試驗結(jié)果表明，溫度對螯合反應的影響不大。在室溫下就能較好地螯合。

　　2.2.4 螯合時間對螯合率的影響

　　螯合反應是一個快速反應，只要鋅鹽溶解完全，螯合反應就基本完成[6]。螯合反應的特征是溶液中產(chǎn)生H+，所以螯合反應的進行，必將導致溶液pH值的下降。本文采用精密酸度計對已調(diào)節(jié)為pH=7.10的溶液進行觀察，觀測記錄見表3。

　　3 結(jié)論

　　3.1 研究復合氨基酸螯合鋅的合成工藝條件，確定了成熟的參數(shù)是摩爾配比為2：1、pH值為7.1、溫度為室溫，其螯合率可達到92%以上。本文中所提出的試驗方法對其它金屬離子與復合氨基酸螯合的研究有一定的參考價值。

　　3.2 在試驗的基礎(chǔ)上，初步確定生產(chǎn)工藝流程如下：

　　豆粕→破碎→水解→中和→過濾→測氨基酸→加鋅鹽→調(diào)pH值→螯合→濃縮干燥→粉碎混合→成品包裝

　　按本文所確定的參數(shù)制得的復合氨基酸螯合鋅實驗室樣品，經(jīng)檢驗含粗蛋白32%、總鋅9%，能夠滿足飼料添加劑生產(chǎn)需要。對工業(yè)化生產(chǎn)有一定的參考價值。