饲料用复合氨基酸螯合锌的制备工艺研究

     金属微量元素氨基酸螯合物的研究发展在我国已有10多年的历史。氨基酸螯合物被吸收代谢的程度优于其它一般无机盐微量元素，普遍报导它的主要优点在于：①促进多种酶的生产，增强动物机体的免疫力和抗应激能力。②微量元素以氨基酸吸收途径进入血液循环，吸收率高。③能缓解矿物质之间的拮抗竞争，各种微量元素被畜禽吸收更彻底。④氨基酸螯合物比无机盐易溶解，溶解度高[1]。锌是动物必需的微量元素之一，作为第三代的饲料添加剂，氨基酸锌在水产、畜禽养殖业中的应用研究已取得了显著成效。氨基酸螯合盐的生产研究也日趋成熟。采用单种氨基酸与微量元素螯合能取得很好的效果，但在养殖业应用上来说，其成本较高。国内已有少数厂家应用不同的蛋白源来制备复合氨基酸，如羽毛粉、血粉及动物内脏等，这些原料有的成本较高，有的分解要求高，有的对环境污染较严重，都不十分理想。本文采用豆粕作为氨基酸源，采用酸水解方法得到复合氨基酸，再将复合氨基酸与无机锌在适当条件下进行螯合反应，得到复合氨基酸螯合锌产品。此方法工艺简单、无污染、成本也较低，是一种较理想的方法。

    1 材料与方法

    1.1 试验材料

    豆粕（饲料级，CP 43%）、一水硫酸锌（饲料级，98%）、硫酸（分析纯，98%）、石灰浆（市售）、氢氧化钠（分析纯）、丙酮（分析纯）。

    1.2 试验设备

    原子吸收分光光度仪（SP2900）、精密酸度计PHS-3C、抽滤器、离心沉淀机。

    1.3 试验方法

    1.3.1 豆粕水解

    水解流程：

    豆粕粉碎过16目筛→硫酸水解→抽滤→石灰浆中和→抽滤→复合氨基酸液

    试验用饲料级豆粕（已脱脂），先测定其粗蛋白含量，粉碎后，按一定的料液比用4mol/l硫酸水解。在一定的温度下水解一定的时间，测定游离氨基酸含量。

    1.3.2 螯合反应

    螯合流程：

    复合氨基酸液→检测游离氨基酸量→加硫酸锌→调节pH值→保温螯合→浓缩烘干→粉碎避湿保存

    复合氨基酸液检测游离氨基酸含量后，以一定的配位比加入硫酸锌，调节至最佳螯合的pH值，保温螯合一定的时间后，将物料液浓缩烘干。

    1.4 检测方法

    1.4.1 粗蛋白的测定

    凯氏定氮法。

    1.4.2 游离氨基酸的测定

    改进甲醛法[2，3]。

    1.4.3 螯合率的测定

    1.4.3.1 原理

    由于复合氨基酸螯合锌在有机溶剂如丙酮中的溶解度极小，而游离锌则能溶于丙酮溶液中[4]。利用这一特性，本文采用丙酮来析出氨基酸螯合锌，滤除沉淀物，对滤液中的可溶性锌进行测定。

    1.4.3.2 方法

    称取0.1g样品，加10ml蒸馏水溶解，溶解完全后，加热蒸发浓缩至溶液体积约5ml。用丙酮转入50ml容量瓶中定容。用定量慢速滤纸过滤，吸出滤液稀释一定倍数检测锌含量。

    2 结果与讨论

    2.1 豆粕水解工艺参数的确定

    关于豆粕水解的资料报道较多，已较成熟，其条件参数基本一致。本文采用4mol/l的硫酸作为水解液，为便于控制，采用常压、沸腾回流[5]。豆粕粉碎过16目筛。豆粕与硫酸料液比为1g/2.5ml。

    水解时间是常压水解中最重要的参数。本文以水解时间-耗碱量曲线来判断最佳水解时间，见图1。

    在不同的时间吸取少量水解液，经离心机澄清出上清液，定量吸取一定体积，参照甲醛法用同一浓度的氢氧化钠溶液进行滴定。

    从图1可以看出，水解时间超过12h后，曲线平坦，游离氨基酸总量已趋稳定。因此，可确定水解时间以略大于12h为宜。

    2.2 螯合参数的确定

    2.2.1 影响复合氨基酸与锌螯合的重要参数

    介质的pH值、摩尔配比、螯合时间、螯合温度等都是影响复合氨基酸与锌螯合的重要参数。其中介质的pH值对螯合反应影响最大。pH值太大，羟基容易与锌离子形成氢氧化锌沉淀。pH值太小，H+会取代金属离子与供电基团结合，使螯合率降低。所以精密控制pH值对螯合反应至关重要。本文通过pH值滴定曲线来描述锌离子与复合氨基酸的螯合反应。

    图2中，AA曲线是用约0.1mol/l的氢氧化钠溶液滴定复合氨基酸液曲线，AA+Zn曲线是用同浓度氢氧化钠溶液滴定加有硫酸锌后的复合氨基酸液的曲线。曲线C是以上两曲线的差曲线。

    从图2可以看出，在AA+Zn线上pH值在4.5左右时，C曲线开始快速上升，说明体系中开始出现H+。这符合氨基酸与金属离子螯合的理论，即每2分子氨基酸与1分子锌螯合，会释放出2分子的H+。随着碱液的不断加入，AA+Zn线上在pH值为6.3~7.1时，差曲线呈现一段平坦线，说明加入的碱被H+充分中和，导致pH值无变化。pH=7.1则可看作是反应的完成点，因此，本文中确定螯合的最佳pH值为7.1。

    2.2.2 摩尔配比对螯合率的影响

    摩尔配比是指溶液中游离氨基酸与锌离子的摩尔比。摩尔配比高，有利于锌离子螯合完全，但产品中的锌浓度低，氨基酸的利用率不高。这对降低产品的成本不利。摩尔配比太低，则螯合不完全，产品品质低。

    本文中以相同的游离氨基酸总量，分别以摩尔配比为1：1，2：1，3：1，4：1进行螯合试验，所得结果见表1。

    试验结果表明，当摩尔配比在2：1以上时，锌离子可以比较完全的与复合氨基酸螯合，因此确定的摩尔配比是2：1。

    2.2.3 螯合温度对螯合率的影响

    对复合氨基酸与金属离子螯合的温度有不同的报道。这可能与复合氨基酸的来源不同有关。本文以2：1的配比，在10℃、30℃、60℃、100℃的温度下进行螯合。

    试验结果表明，温度对螯合反应的影响不大。在室温下就能较好地螯合。

    2.2.4 螯合时间对螯合率的影响

    螯合反应是一个快速反应，只要锌盐溶解完全，螯合反应就基本完成[6]。螯合反应的特征是溶液中产生H+，所以螯合反应的进行，必将导致溶液pH值的下降。本文采用精密酸度计对已调节为pH=7.10的溶液进行观察，观测记录见表3。

    3 结论

    3.1 研究复合氨基酸螯合锌的合成工艺条件，确定了成熟的参数是摩尔配比为2：1、pH值为7.1、温度为室温，其螯合率可达到92%以上。本文中所提出的试验方法对其它金属离子与复合氨基酸螯合的研究有一定的参考价值。

    3.2 在试验的基础上，初步确定生产工艺流程如下：

    豆粕→破碎→水解→中和→过滤→测氨基酸→加锌盐→调pH值→螯合→浓缩干燥→粉碎混合→成品包装

    按本文所确定的参数制得的复合氨基酸螯合锌实验室样品，经检验含粗蛋白32%、总锌9%，能够满足饲料添加剂生产需要。对工业化生产有一定的参考价值。