甘氨酸亞鐵的合成方法及應用

甘氨酸亞鐵的合成方法及應用（總

7頁）--本頁僅作為文檔封面，使用時請直接刪除即可----內頁可以根據需求調整合適字體及大小-甘氨酸亞鐵的合成方法及應用XXX（XXX大學,材料科學與工程學院,綿陽621010）摘要：本文介紹了甘氨酸亞鐵的作用，幫助人們進一步了解甘氨酸亞鐵的用途；總結了其合成方法和近年來的研究進展，對復分解法、直接配位法、室溫固相法等方法制備甘氨酸亞鐵做了總結與評述。介紹了甘氨酸亞鐵的應用并對今后甘氨酸亞鐵的發(fā)展做出了展望。關鍵詞：甘氨酸亞鐵；合成；應用中圖分類號：文獻標識碼：A文章編號：1000-6631（2012）TheSyntheticMethodsandtheApplicationofFerrousGlycin-ateWXXZhang（FacultyofMaterialsScienceandEngineering,xxxUniversityofScienceand

Technology,Mianyang,621010,China）Abstract:ThepaperintroducedthefunctionofFerrousGlycin-ate,andhelppeoplelearnmoreabouttheapplication;SummarizedthesynthesismethodsandtheadvancedapplicationofFerrousGlycin-ate.Thesyntheticmethodssuchasmultipledecomposedmethod,collocationmethodandroomtemperaturesolid-statereactionsoonwerereviewed.TheapplicationofFerrousGlycin-atewereintroduced.ThedevelopmenthenceforthofFerrousGlycin-atewasdescribedtoo.Keywords:FerrousGlycin-ate;Synthesis;Application甘氨酸亞鐵［Fe（Gly）］為一種氨基酸螯合物，鐵是血紅蛋白、肌紅蛋白、多種酶系的主要成份，在體內起著營養(yǎng)、免疫的重要作用。甘氨酸亞鐵是營養(yǎng)性飼料添加劑，在飼料中為防治動物貧血癥、獲得最佳免疫水平、健康生長提供了一條高效、安全、簡便的途徑。與第一代（無機酸鐵鹽）和第二代（有機酸鐵鹽）相比，甘氨酸亞鐵具有穩(wěn)定性好，易吸收，無鐵腥味，無胃腸刺激，無毒副作用，生物利用率高等特點，是最新一代補鐵添加劑，能為畜禽同時補充鐵和甘氨酸，提高動物適口性。人體和動物體制造血紅素、肌紅蛋白和細胞色素都必須依賴鐵，鐵與人體和動物體內造血、攜氧和產能等過程有直接關系。鐵元素是人體和動物體所必需的微量元素之一，如果缺乏，則會引起缺鐵性貧血。甘氨酸是氨基酸中分子量最小的一種氨基酸，因而甘氨酸螯合鐵更容易被人和動物體吸收、利用。甘氨酸螯合鐵不僅具有腸道吸收的最佳分子結構，而且還提供了造血和攜鐵所必需的甘氨酸。因此，甘氨酸亞鐵是比較優(yōu)良的補鐵的化合物。由于甘氨酸亞鐵是一種螯合物，其結構比較復雜，難以確定，通過查閱文獻［1，］得知其結構可能如下：（NHCHCOO）Fe.2HOH.n圖1甘氨酸亞鐵的可能結構properstructureofFerrousGlycin-ate用Perkin-Elmer2400型元素分析儀，對甘氨酸亞鐵中的元素質量分數進行分析測定，得出下表：表1甘氨酸亞鐵的元素質量分布TableelementsmassfractionofFerrousGlycin-ate元素 Fe C H N質量分數甘氨酸亞鐵的合成與表征現如今，甘氨酸亞鐵的合成主要方法有復分解法、直接配位法、室溫固相法等。而其表征本文介紹紅外光譜法及紫外光譜法甘氨酸亞鐵的合成復分解法該方法提供了一種在水介質中，通過以甘氨酸鈣螯合物與硫酸亞鐵，或以甘氨酸亞鐵硫酸鹽螯合物與鈣的氫氧化物或氧化物等4種復分解反應途徑制備甘氨酸亞鐵螯合物，反應中同時加人穩(wěn)定劑或替代鐵粉還原劑，使制得的產品中總質量分數為10%~27%，亞鐵質量分數為5%—27%，亞鐵質量分數為5%—25%，產物中含有較少的硫酸根離子。該方法具有能以工業(yè)規(guī)模生產，反應產物易分離等特點，操作工藝簡單，成本低廉，產品質量穩(wěn)定等優(yōu)點。直接配位法此方法采用直接配位法及有機溶劑萃取法，以亞鐵鹽和甘氨酸為原料，在的水浴中反應合成甘氨酸螯合鐵。甘氨酸含量測定：凱氏定氮法［2，］甘氨酸螯合鐵中，只有甘氨酸是惟一的氮源，因此，用凱氏定氮法測定甘氨酸含量，方法簡單，結果準確。甘氨酸螯合鐵的測定曾嘗試用高效液相色譜法，但是，流動相溶液以及洗脫過程可能會使甘氨酸螯合鐵分解?？傝F含量測定：鄰菲羅啉比色法（測定鐵時要對樣品用酸處理）。亞鐵含量測定：硫氰酸鹽分離，鄰菲羅啉比色法。水分測定：恒重法螯合物可在有機溶劑中沉淀析出，如果選擇適當的鐵源可以使游離金屬離子溶于有機溶劑，就可以使螯合鐵和游離鐵分離，為進一步的提純和檢測提供可能．常見的亞鐵鹽有硫酸亞鐵和氯化亞鐵。不同配位比對甘氨酸亞鐵的生成有著不同的作業(yè)，配位比即配位體與金屬離子的摩爾數之比．它是影響金屬離子與氨基酸配位反應的一個重要因素，配位比太小，不能形成穩(wěn)定的環(huán)狀結構，配合物不穩(wěn)定；配位比太大，會造成氨基酸的浪費，不經濟．因此，我們應研究能達到一定螯合程度的最小配位比，既保證產品成本，又能充分利用氨基酸，降低產品成本，使其能用于大規(guī)模工業(yè)生產。室溫固相法室溫固相法合成甘氨酸亞鐵是新興的合成方法,比起液相反應可以簡化工藝。固相反應不僅不用使用溶劑，可以減少對環(huán)境的污染，而且反應選擇性高，副反應少。目前,氨基酸微量元素螯合物的合成主要通過液相方法,它存在合成時間長,成本高,需要大量的堿液中和螯合時產生的氫離子,生成大量鹽類等副產物,存在廢液污染,純化工藝復雜等缺點。而室溫固相法剛好克服了這一缺點，使其能廣泛應用于工業(yè)生產。室溫固相化學反應的發(fā)生起始于兩個反應物固體界面的分子接觸，接著發(fā)生化學作用，生成產物分子。反應物含有結晶水，在機械力作用（研磨）下，此時反應物內部或表層的結晶水可在反應物界面形成一層液膜，形成微表面液相區(qū)，這可以大大加快反應的進行。室溫固相反應最大的特點在于反應溫度降至室溫或近室溫，因而具有便于操作和控制的優(yōu)點。此外還有不使用溶劑、高選擇性、高產率、污染少、節(jié)省能源、合成工藝簡單等特點。這些特點符合當今社會綠色化學發(fā)展的要求，因而越來越受到人們的歡迎。甘氨酸亞鐵的表征紅外光譜3000 2000 1500 1000 500圖3000 2000 1500 1000 500圖2甘氨酸紅外光譜theinfraredspectroscopyofglycine1OO959Q85旳7570656055504540353025201004000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500圖3甘氨酸亞鐵紅外光譜theinfraredspectroscopyofFerrousGlycin-ate由圖中可以看出:甘氨酸的紅外光譜在2600?3100cm-】有較強寬譜帶，這是NH3+的特征吸收峰，而甘氨酸亞鐵的紅外光譜中無此吸收峰，說明甘氨酸亞鐵中沒有游離的nh3+,同時，甘氨酸在2100cm-1處有一個較強的吸收峰，這是A—氨基酸的特征吸收峰，而甘氨酸亞鐵中無此吸收峰。因此可以確定甘氨酸亞鐵中沒有游離的甘氨酸存在，由此可在實驗中表征甘氨酸亞鐵的產生。紫外光譜圖4甘氨酸亞鐵紫外光譜Fig4theultravioletspectrum(UV)ofFerrousGlycin-ate以二次水為溶劑，配置一定濃度的樣品，用UV2762紫外光譜儀先進行全程掃描，再在200-400nm波長范圍內掃描，結果如圖4所示。由圖4可見，甘氨酸亞鐵在200nm處有一紫外吸收峰，而甘氨酸沒有紫外吸收峰。這可能是由于鐵原子發(fā)生電荷躍遷，即鐵原子4s軌道上的1個電子首先激發(fā)躍遷到了4p軌道上，然后進行sp3d2雜化，使波長發(fā)生了變化，從而說明有絡合物甘氨酸亞鐵形成。甘氨酸亞鐵的應用鐵是人體必需微量元素之一,是維持機體某些特殊功能的重要成分。缺鐵使血紅蛋白的合成減少而導致貧血，稱為缺鐵性貧血(IDA)[3U內已有東北農業(yè)大學的滕冰、韓友文等人研究了氨基酸微量元素螯合物作為飼料添加劑,在動物飼養(yǎng)中顯著提高了微量元素在小腸內的吸收,提高其生物學效價。甘氨酸亞鐵是一種螯合物,與其它補鐵強化劑相比較具有適口性好、副作用小、吸收率高的特點,容易被人體吸收,是一種較理想的鐵營養(yǎng)強化劑,對防止鐵營養(yǎng)缺乏,增進健康具有重要意義。甘氨酸亞鐵的作用機制血紅素，是血紅蛋白分子上的主要穩(wěn)定結構，是血紅蛋白、肌紅蛋白等的輔基。其核心是亞鐵離子，具有攜氧能力，維持人體各器官正常工作。而人體血液中血紅蛋白的濃度低于患者同年齡組、同性別和同地區(qū)的正常標準時，即為貧血，因此血紅素的合成對人體健康來說有著重要作用。合成血紅素中最關鍵的一環(huán)是合成血紅素所需要的催化劑 酶，ALA(o—Aminolaevulinicacid)合成酶是血紅素合成酶系中的限速酶，血紅素對此酶有反饋抑制作用。研究表明Hi，當亞鐵血紅素的濃度為10mol/L時可抑制ALA合成酶的合成，為10~10mol/L時可抑制活性，而高鐵血紅素則是ALA合成酶的強烈抑制劑。酶反應體系中含有甘氨酸，加入硫酸亞鐵后，整個反應體系與加入甘氨酸和硫酸亞鐵混合物組類似。酶反應體系的pH值為7.2,極有利于形成氨基酸螯合鐵，由此可以推測酶反應體系中形成了絡陽離子型甘氨酸螯合鐵。甘氨酸螯合鐵的化學結構與血紅素中卟啉環(huán)上的毗咯極為相似。故可作為競爭性類似物，與ALA合成酶競爭結合調控位點，從而對ALA合成酶的活性有影響。向酶反應體系中加入Fe2+，可增強ALA合成酶的活性。Vogel(1960)用取自缺鐵鴨血液的研究表明，向體外酶反應體系中加入Fe2+能加強缺鐵細胞合成血紅素的能力，向反應體系中同時加入Fe2+和甘氨酸，對血紅素合成的促進作用比單獨加甘氨酸或Fe2+更強。甘氨酸亞鐵的功能與應用鐵缺乏癥是人類常見疾病之一，包括鐵減少、缺鐵性紅細胞生成和更為嚴重的缺鐵性貧血，其中缺鐵性貧血易發(fā)于孕婦和兒童。國際上對普通食品進行鐵強化已進行了50多年，通過強化提高膳食營養(yǎng)素含量已經被證明是一種行之有效的方法。目前常用于食物強化的兩種鐵化合物是硫酸亞鐵和非常細顆粒的元素鐵［9］，但是鑒于硫酸亞鐵的胃腸道刺激、可促進脂質氧化和酸敗等缺點，元素鐵的吸收利用差，故使用上受到了限制。乳酸亞鐵由于胃腸道刺激小，已被廣泛應用于強化食品或保健食品，由于使用較高劑量時還有較濃鐵腥味，影響口感。另外一些鐵化合物，如正磷酸鐵和焦磷酸鐵，溶解性不好，反應性差，也不容易被吸收［6］，患者用藥依從性差。國外研究證明，以甘氨酸亞鐵的形式補鐵具有較好療效［7］。由于甘氨酸亞鐵片的主要成分為甘氨酸鰲合鐵，具有良好的理化性質和生物活性，與其他的鐵劑相比具有適口性好、副作用小、吸收率高的特點，容易被人體吸收。所含的鐵受蛋白酶的保護，不與胃液中的鹽酸和蛋白酶發(fā)生反應，穩(wěn)定性好，可以更好地被機體吸收和利用，具有較高的生物利用度，從而使患者體內的鐵元素達到較高水平，改善紅細胞的生存環(huán)境，使紅細胞更為飽滿。這表明甘氨酸亞鐵片能夠為患者提供更易吸收的鐵元素，治療孕婦缺鐵性貧血療效好，無明顯不良反應，可在臨床推廣應用［11］。氨基酸鐵是第三代鐵源添加劑，具有生物學效價高、吸收率高、化學結構穩(wěn)定、增強免疫力、利于環(huán)保等特點，是當前國內外研制和開發(fā)應用的熱點。醫(yī)學研究表明,氨基酸螯合鐵在動物體內具有很高的生物學利用率，相當于同水平硫酸亞鐵的125-185%。甘氨酸為分子量最小的氨基酸，甘氨酸亞鐵在體內能更容易被吸收利用。甘氨酸亞鐵的應用展望世界上約有20億人受到某種程度鐵不足的影響，不僅在世界上廣大不發(fā)達地區(qū)，而且在工業(yè)化世界也是這樣。在許多國家中，平均40%或更多育齡婦女患有貧血，根據調查表明在學齡前兒童中也有相似的情況。在過去幾年中，各國政府和非政府衛(wèi)生組織強調了鐵的重要性。據調查在埃及、約旦和黎巴嫩等國家中30%-50%育齡婦女患有貧血癥。鐵缺乏對生存、智能、生殖衛(wèi)生和勞動生產率都有很大影響。在兒童中不可恢復的受損后果包括：嬰兒期受損害的智能發(fā)展、學習障礙以及生長發(fā)育遲滯。人體吸收氨基酸很有效，在營養(yǎng)物質消化后通過腸壁的先后次序中，氨基酸排在前面，實際上所有氨基酸的95%被吸收。鐵與氨基酸螯合使它在運輸過程中以化合物整體形式被帶著通過腸壁，從而能更好的被人體吸收。多年來,各國研究人員一直在探求副作用小、生物利用率高的鐵營養(yǎng)強化劑。氨基酸微量元素螯合物的研究與應用屬于新興的邊緣學科——生物無機化學的研究范疇，作為藥物或營養(yǎng)性添加劑的應用始于20世紀80年代。20多年的研究表明：氨基酸螯合物具有化學性能穩(wěn)定、生物效價高、無毒無刺激性、適口性好、增強人體免疫功能等特性，還可減少與其它微量元素的拮抗，提高人體抗應激能力。氨基酸螯合鐵可以有效的預防缺鐵性貧血的發(fā)生［10］。鐵的氨基酸的螯合物在十幾年來被廣泛應用在食物的鐵強化和缺鐵性貧血的治療中，包括甘氨酸亞鐵(FeBC)、甘氨酸鐵(FeTC)、鹽酸甘氨酸亞鐵等等，其中甘氨酸亞鐵的研究和應用最為普遍［5］。氨基酸螯合鐵強化食品目前并不是很普遍，由于目前還缺少大規(guī)模的人群干預試驗，其對各個年齡段人群的補鐵效果還有待進一步的研究。甘氨酸亞鐵是甘氨酸與鐵經過化學配位技術而合成的一種全新優(yōu)質鐵劑。醫(yī)學研究表明甘氨酸亞鐵能解決動物缺鐵引發(fā)的臨床癥狀,目前被認定為動物最佳的補鐵產品。近年來,國內外企業(yè)竟相研發(fā)甘氨酸亞鐵,但由于獨特的結構和制備工藝,致使各家產品質量參差不齊,同時缺乏合適的質量檢測方法,從而限制了其在實際生產中的應用。我們應注重對生產方法和制備工藝的改良，努力使其能實現大規(guī)模生產。微量元素鐵在人體中發(fā)揮著非常重要的生理調節(jié)功能［8］，對人類的健康起著舉足輕重的作用。開發(fā)甘氨酸亞鐵食品對人類的健康、安全與營養(yǎng)保健等都有十分重要的意義。甘氨酸亞鐵食品的開發(fā)還是有很廣闊的前景，在今后開發(fā)研究中盡量結合食品營養(yǎng)、食