谷氨酸螯合铜的工艺研究.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流谷氨酸螯合铜的工艺研究.精品文档.本科生毕业论文谷氨酸螯合铜的工艺研究二 级 学 院化学与生物工程学院专 业化学（师范教育）年 级2009级学 号0910711007学 生 姓 名刘忠权指 导 教 师梁柏林职 称副教授完 成 时 间2013年05 月30日独 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。签名： 年月日授权声明本人完全理解贺州学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：学院有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权贺州学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）：签 名： 年月日指导教师签名： 年月日谷氨酸螯合铜的工艺研究摘 要以谷氨酸和硫酸铜为原料合成谷氨酸铜，探讨酸度、物料摩尔比、反应温度和反应时间对谷氨酸铜螯合率的影响。通过单因素实验选取最佳控制点，结合正交试验进行优化。正交试验结果表明：试验的最佳工艺条件：PH=6.00，反应时间为55min，物料摩尔比为2.0:1，反应温度为85。在该条件下，谷氨酸铜螯合率为73.06%。关键词：谷氨酸螯合铜;螯合率；谷氨酸Glutamate Chelated Copper ProcessABSTRACTSynthesize the glutamic with copper powder and glutamic as the raw material to investigate the influences of the acidity,molar ratio, reaction temperature, reaction time on the chlelation rate of the copper-glutamate's synthesis,through the single factor experiment to get the control point and combined with orthogonal test to proceed the condition optimization. The orthogonal experiment results show that the optimum process conditions are: pH6.00, the reaction time is 55min, the molar ratio is 2.0:1, the reaction temperature is 85. The chlelation rate of the copper-glutamate is 73.06% under these conditions.Key words:Copper-glutamate chelate；Chelation rate；Glutamate目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1微量元素铜的重要性11.2 微量元素螯合物饲料添加剂的发展现状及发展趋势11.3本课题研究的依据和意义22 实验部分22.1 药品及主要仪器22.2 实验方法32.2.1 实验原理32.2.2工艺流程路线32.2.3铜离子测定和产品螯合率42.2.4螯合率的计算43 结果与分析43.1单因素实验43.1.1 pH对螯合物产率的影响53.1.2 反应温度对螯合物产率的影响53.1.3 反应时间对螯合物产率的影响63.1.4谷氨酸与五水硫酸铜物料比对螯合物产率的影响73.2正交实验73.2.1正交实验设计方案73.2.2正交实验结果及分析73.3优化条件下的平行实验84 结论8参考文献9致 谢101 前言1.1微量元素铜的重要性微量元素铜对动植物营养的必要性早在1925年就由McHargue报道，随后Hart等(1928)揭示了铜对动物具有防止贫血的功能。从此铜作为动物体内的必需微量元素逐渐为人们所接受，铜在动物体内的代谢过程也得到了深入广泛的研究1。铜是动物体必需的微量元素之一，是动物体内许多酶(如酪氨酸酶、胺氧化酶、抗坏血酸氧化酶、亚铁氧化酶、超氧化物歧化酶和细胞色素氧化酶)组成成分，参与机体代谢。当机体缺铜时，多种酶的活性降低。导致贫血、心脏肥大、骨变形、主动脉瘤、肌肉间出血、毛发褪色、脊髓的脱鞘髓1-2。动物体摄入的铜参与神经肽的修饰、细胞产能、自由基解毒、离子平衡、血液凝集、黑色素形成、结缔组织交联、儿茶酚胺代谢和毛发生成等代谢过程；除此之外，铜还是骨化作用、红白细胞生成、免疫机能胆固醇代谢所必需的营养物质3-6。铜在动物机体里的重要性由此可见，在养殖业中给动物合理的补充铜也尤其重要。1.2 微量元素螯合物饲料添加剂的发展现状及发展趋势70年代后期，氨基酸微量元素螯合物最先以植物蛋白和铁元素为原来合成7。微量元素氨基酸螯合盐具有更高的营养价值和药用性能等优越的特点，在饲料中能充分体现其优越性，在养殖业中倍受人们的重视。目前我国仍普遍使用微量元素的无机盐、氧化物作为添加剂，随着近年来饲料工业的快速发展，氨基酸微量元素螯合物生产规模化进程的加快和技术水平的不断提高，氨基酸微量元素螯合物占领饲料市场的趋势将会是必然，饲料添加剂的品种和数量的出口量在逐年增加，越来越多的产品具有较强的国际竞争力8。氨基酸金属鳌合盐誉为第三代矿物质微量元素饲料添加剂。氨基酸金属鳌合盐克服了无机盐和有机盐的缺点, 应用于牛、羊、猪、禽、鱼、虾、貂等效果十分明显, 能显著地增加重量（产蛋率）, 改善动物的肉质、皮毛, 提高饲料效率。用于养虾, 在水中不易溶失, 可以最大限度地发挥虾饲料的效率, 且不污染水质。该产品在动物体内吸收速度快, 无毒, 无副作用, 无沉积, 不损害消化系统, 不影响其它微量元素及维生素等营养成分的吸收, 且能增进畜禽的抗病能力。氨基酸金属鳌合盐化学稳定性及生化稳定性均好，制法简单, 成本低, 原料易得。氨基酸金属螯合盐的出现, 给微量元素添加剂源开辟了一条新路径9。我国是世界上养殖业最发达的国家，养殖业降本增收直接影响农民的收入和养殖积极性。饲料科研部门从降低生产成本、增加产品的附加值考虑，不断研究、改进氨基酸微量螯合物的生产工艺、降低原材料的浪费、开发廉价的蛋白资源、降低污染，为开发价格优惠、性能优越、产品附加值高的氨基酸微量元素螯合物打下基础10。1.3本课题研究的依据和意义目前在畜禽饲料中最常用的高剂量的无机硫酸铜源，不仅易吸潮结块，不便加工贮存，易破坏维生素，而且吸收率低，排出体外污染环境，降低食品的可食性，这提示了动物营养研究者有必要研制高效吸收利用的新型有机铜源 ， 探求与高铜具有促生长效应类似的无污染的替代添加物，以便更大程度地发挥其促生长效应和避免可能的环境污染11。 我国从20世纪80年代对氨基酸微量元素螯合物进行研究和应用，至今取得较大发展。谷氨酸是机体必需氨基酸之一，所以研究比较多。而工艺研究报道很少，而本课题以原料以水浴螯合成谷氨酸螯合铜工艺未曾见有报导,水浴螯合操作方便、反应速度快、后处理简单、环保的特性，本课题研究操作可行性高。谷氨酸螯合铜，既能提供微量元素铜，又能提供动物机体所需的谷氨酸，达到双重的功效。其具有良好的稳定性，动物易吸收，有良好的饲养效果。2 实验部分2.1 药品及主要仪器2.1.1本实验用水均为一次蒸馏水，实验药品如表1所示：表1 实验药品药品名称规格生产厂家谷氨酸99.9%天津市津科精细化工研究所无水乙醇分析纯广东光华科技股份有限公司硫酸铜分析纯天津市致远化学试剂有限公司氢氧化钠分析纯天津市北方天医化学试剂厂氨水分析纯西陇化工股份有限公司氯化铵分析纯天津市北辰化学试剂有限公司PAN指示剂分析纯天津市致远化学试剂有限公司乙二胺四乙酸钠分析纯天津市北方天医化学试剂厂盐酸分析纯西陇化工股份有限公司2.1.2实验仪器如表2所示表2 实验仪器仪器名称型号生产厂家电子天平AR224CN舜宇恒平科学仪器（上海）有限公司电子天平JJ500常熟市双杰测试仪器厂滴定管50ml厂泰兴市华科实验仪器厂数字酸度计PHS-2C上海虹益仪器设备可见分光光度计722型上海光谱仪器有限公司制造电热恒温水浴锅SSY北京泰克仪器有限公司循环水式多用真空泵SHB-郑州长城科工贸有限公司傅立变换红外分析仪叶360E.S.P美国尼高力仪器公司(Nicolet)电热鼓风干燥箱DGF30/14-AHG101-2A南京实验仪器厂2.2 实验方法2.2.1 实验原理实验以谷氨酸和五水硫酸铜为原料，先加入一定量的蒸馏水水浴加热使谷氨酸完全溶解，再加入五水硫酸铜晶体充分搅拌溶解，调节酸度，水浴螯合。冷却后进行浓缩，然后用无水乙醇洗涤，再经减压抽滤，恒温干燥既得产品。其反应式如下：（1） 2.2.2工艺流程路线本实验工艺流程如图1所示： 谷氨酸五水硫酸铜调节酸度水浴螯合冷却浓缩洗涤减压抽滤烘干无水乙醇回收乙醇成品图1 谷氨酸螯合铜的工艺流程图2.2.3铜离子测定和产品螯合率用EDTA滴定法测定锰离子，将适量的样品溶化、纯化后，加入氨水-氯化铵缓冲溶液，调节溶液的PH值为10左右，然后加入适量PAN指示剂，溶液变为紫红色。用EDTA标准滴定至亮黄色即为终点。2.2.4螯合率的计算（2）=式中: C标准EDTA溶液的浓度, mol/L；V1滴定螯合态金属元素所消耗的EDTA溶液的体积, mL；V0滴定金属元素总量所消耗的EDTA溶液的体积，mL。（3）式中: C标准EDTA溶液的浓度，mol/L； V0滴定金属元素总量所消耗的EDTA溶液的体积，mL；M金属元素的分子量，g/mol；m称取的样品量, g。3 结果与分析3.1单因素实验3.1.1 pH对螯合物产率的影响取16号锥形瓶，分别加入3.0000 g谷氨酸，分别加入50mL蒸馏水水浴加热至完全溶解。分别加入2.5000g五水硫酸铜晶体，搅拌溶解。调节pH=3.00、4.00、5.00、6.00、7.00、8.00，水浴加热50min，反应温度为70。冷却浓缩反应液，分次减压抽率，加入无水乙醇洗涤两次，每次20mL，取滤饼放入烘干箱，110恒温烘干至恒重，放入干燥器冷却，称取产品，计算螯合物率。以pH为横坐标，螯合率为纵坐标绘制曲线，曲线如图2。由图2可知，随着pH的增大，螯合物率逐渐增大， pH=6.00时，螯合物产率最大，当pH小于6.00时，谷氨酸螯合率变化较大，不利于反应。说明本试验应在微酸条件下进行才能达到理想的效果，因此选择最佳pH值为6.00。图 2 pH对螯合物螯合率的影响3.1.2 反应温度对螯合物产率的影响取16号锥形瓶，分别加入2.9426谷氨酸，分别加入50 mL蒸馏水水浴加热至完全溶解。分别加入2.4968g五水硫酸铜晶体，搅拌溶解，调节pH=6.00，反应温度分别为40、50、60、70、80、90，水浴加热50min。冷却浓缩反应液，减压抽率，用无水乙醇洗涤两次，每次20 mL，取滤饼放入烘干箱，110恒温烘干至恒重，放入干燥器冷却，称取产品，计算螯合物率。以反应温度为横坐标、螯合率为纵坐标绘制曲线，如图3。由图3可知，当反应温度为80时，螯合物所得螯合率最佳，温度过低，反应不充分不利于反应，导致螯合产率下降，因此选择最佳反应温度为80。图 3 温度对螯合物螯合率的影响3.1.3 反应时间对螯合物产率的影响取16号锥形瓶，分别加入2.9426 g谷氨酸，分别加入50 mL蒸馏水水浴加热至完全溶。分别加入2.4968g五水硫酸铜晶体，搅拌溶解，调节pH=6.00，反应温度为80，水浴反应时间分别为20min、30min、40min、50min、60min、70min。冷却浓缩反应液，减压抽率，用无水乙醇结晶洗涤两次，每次20 mL，取滤渣放入烘干箱，110恒温烘干至恒重，放到干燥器冷却，称取产品，计算螯合产率。以反应时间为横坐标、产率为纵坐标绘制曲线，如图4。由图4可知，当反应时间为50min时，螯合物率最高，当反应时间大于50min后，螯合率反而有所下降，螯合反应的发生在较短时间内可完成。若选择反应时间过长，反应过程中会产生更多的不确定因素而造成螯合反应的干扰，且会浪费时间，因此选择最佳反应时间为50min。图 4 反应时间对螯合物螯合率的影响3.1.4谷氨酸与五水硫酸铜物料比对螯合物产率的影响取16号锥形瓶，分别加入谷氨酸1.4714 g、2.9426 g、4.4139 g、5.8852 g、7.3565g、8.8378g，即物料比（谷氨酸与五水硫酸铜摩尔比）分别为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1，分别加入适量蒸馏水水浴加热至完全溶解。分别加入2.4968g五水硫酸铜晶体，搅拌溶解，调节pH=6.00，水浴加热50min，反应温度为80。冷却浓缩反应液，减压抽率，用无水乙醇洗涤两次，每次20 mL，取滤饼放入烘干箱，110恒温烘干至恒重，放到干燥器冷却，称取产品，计算螯合率。以物料摩尔比为横坐标、螯合率为纵坐标绘制曲线，如图5。由图5可看出，当谷氨酸和五水硫酸铜物料摩尔比为2:1时，螯合物螯合率最佳，当物料比增大时产率有所下降，物料比越大，也越容易反应生成分子量大的螯合物，不利于动物的吸收。物料比例过大导致谷氨酸过剩，会造成谷氨酸酸的浪费，因此选择最佳物料比为2:1。图 5 物料摩尔比对螯合物螯合率的影响3.2正交实验3.2.1正交实验设计方案在其它条件不变的情况下，以PH（A）、时间（B）、温度（C）、物料摩尔比（D）为主要探究因素，以螯合率为指标，进行L9(34)正交实验：3.2.2正交实验结果及分析表3 正交试验因素水平水平PHA反应温度B（）反应时间C（min）物料摩尔比D15.575451.5:126.080502:136.585552.5:1表4 L9(34)正交试验与结果水平PHA反应温度B（）反应时间C（min）物料摩尔比D螯合率（%）1111136.582122252.633133353.684212351.585223147.376231255.797313254.478321339.219332138.16K147.6347.5443.8640.70K251.5846.3747.4654.30K343.9549.2151.8448.16极差R7.632.847.9813.6主次顺序D>C>A>B优水平2332优组合A2B3C3D23.3优化条件下的平行实验结合以上的数据分析结果，根据水体系合成法的最佳工艺条件下进行实验平行3次，其结果如表4所示：表5 平行实验结果分析平行试验序号123螯合率（%）71.9474.5672.68平均值（%）73.064 结论本实验以五水硫酸铜和谷氨酸为原料进行实验合成了新型氨基酸衍生物谷氨酸铜，经过优化反应条件后的最佳螯合工艺条件为反应温度为85，物料摩尔比为2:1，反应时间为85min，pH为6.00。在该条件下，所得谷氨酸铜的螯合率为73.06%，所得产品为深蓝色粉末。参考文献1 吴建设.营养免疫学研究进展之一：微量元素铜的研究现状J.中国畜牧杂志，1962，32（2）：54-55.2 钱剑，王哲，刘国文.铜在动物体内代谢的研究进展 J.动物医学进展，2003，24（2）：55-57.3 吴建设徽量元素铜在动物机体内的代谢研究进展J饲料博览，1998，(10):11-124 Jaekwon Lee,Joseph RProhaska，et a1ThiehEssential role for mammalian copper transporter Ctrl in copper homeostasis and embryonic developmentProcJNatl Acad Sci USA，2001，98(12)：6842-68475 Lee J，Pens M M，Nose Y,et a1Biochemical characterization of the huma n copper transporter CtrlJJ Biol Chem，2002，277(6)：4380-43876 Simon Labbe,Zhiwu Zhu.Copper-specific Transcriptional Repression of Yeast Genes Encoding Critical Components in the Copper Transport PashwayJ.JBC,1997,272(25)l15951-15958.7 刘明生，胡国良，温小杨氨基酸微量元素螯合物在养殖业中的应用进展J饲料博览，2001(11)：15-17 8 梁 诚饲料添加剂产业现状与发展趋势J精细与专用化学品，2007，15(13)：25-289 袁书林，刘益娟，等氨基酸微量元素螯合物的研究与应用J中国饲料，2002(2)：11-1310 蔡辉益常用饲料添加剂无公害使用技术M北京：中国农业出版社，2004.11 郑学斌，张石蕊，李冬梅微量元素铜在畜禽生产中的应用J河南畜牧兽医，2004，25(10)：11-12致 谢毕业答辩的进行，提醒着我，毕业时刻即将到来。回头望去，往事历历在目！从论文最初的选题到顺利完成，有许多可亲可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的感谢！经过历时近半年的忙碌工作，本次毕业设计即将结束。作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导和帮助，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以现象的。在这里我首先感谢我的导师陈政老师。陈老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，开题报告和实验步骤的制定，以及实验的具体操作和后期论文的编写等整个过程都给予了我悉心的知道。除了敬佩陈老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。之后我要感谢大学四年来所有的老师为我打下化工专业知识的基础。同时还要感谢所有曾经在生活、学习和生活中给予我帮助的每一位师长、同学和朋友们。正是因为有你们的陪伴、鼓励和支持才有我今天的成果。最后感谢化生系和贺州学院大学四年来对我的尽心栽培。