天门冬氨酸钙合成的研究

<中国食品添加剂》 China Food Additives 2003 NO．2 天门冬氨酸钙合成的研究 戎舜城 (上海市化学工业学校 ，上海 200331) 摘要 ：研究了反应物的溶解度 、反应物的配比、反应温度、反应时间等对合成天门冬氨酸钙的影响。 关键词 ：天门冬氨酸钙 ，合成 ，研究 ，天门冬氨酸 ，氢氧化钙 ，补钙剂 Study on the Synthesis of L——Calcium Aspartate (Shanghai Chemical Industry School，Shanghai 20033 1) Ah mct：The solubility，amount，and temperature of the reactan ts an d the time of reaction have been researched in the process of synthesis of L—calcium aspartate． 1(ey ：L—calcium aspartate，Synthesis，Research，L—aspartic acid，Calcium hydroxide，Calcium supplement 一 、天门冬氨酸钙课题的提出及意义 钙是人体中含量最丰富的矿物质之一，是我们 生命中必不可少的元素。没有它，人类就不能保持 着强壮的骨骼和牙齿。人体中大约 99％的钙沉积 在这两个地方。此外 ，钙也帮助人的心脏 ，神经 ，肌 肉及人体的其它系统正常运转。据报道，大量使用 咖啡因能降低人体内的钙水平；经常食用含高蛋白 质的食物 ，过量地摄入钠 ，磷 (通过碳酸饮料)，酒精 和含铝的抗酸剂，也都会导致排泄物中的钙水平降 低。事实上 ，根据世界卫生组织的统计 ，许多美国 人对钙的消费低于为了保持骨骼健康，所需摄入钙 量的一半水平。至于中国，情况则更为严重。一般 地说 ，食物是最好的钙源。但对那些仅靠食物不能 满足钙需求的人们来说 ，补钙剂是必需的。 天门冬氨酸钙是氨基酸钙中的一种 ，它是一种 具有生物活性结构的有机酸钙。它化学结构稳定 ， 水溶性好，人体吸收率高，属于现今钙营养强化剂 中最新一代的产品。目前比较著名的补钙剂中，如 “神钙饮”，“钙金”，“乐力”中都主要含有天门冬氨 酸钙的成分。所以，研究天门冬氨酸钙的合成是非 常有意义的。 42 在上海联合食品添加剂公司的委托和帮助下 ， 我们早在一九九七年就对天门冬氨酸钙的合成进 行了一系列的研究，并成功地批量生产了天门冬氨 酸钙。其中，部分研究成果已陆续发在《中国食 品添加剂杂志))2001年的第 1期和 2002年的第 2 期上。 二、天门冬氨酸钙的合成 1．反应机理 ： 2HOOCCH2CH(NH2)COOH +Ca(OH)2= (OOCH2CH(NH2)COOH)2Ca+2H20 2．实验仪器： 1000瓦电炉 ，三 口 1000ml烧瓶 ，五球玻璃冷 凝管 ，2000ml，500ml，250ml，100ml，50ml烧杯 ，玻 璃棒 ，250ml，500ml试 剂 瓶 ，200ml布 氏 漏 斗， 300ml抽滤瓶 ，0—100℃，0—200℃温度计 ，水浴 锅 ，6511型搅拌 器，YQ一2真空泵 ，真空压力计 ， pH3—3C精密 pH计 ，101一A型干燥箱等。 3．实验药品： 氢氧化钙 (食品级)(上海联合食品添加剂公司 提供) 质量指标： 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2003 NO．2 含量 酸不溶物 砷(以 As计) 碳酸盐试验 氟化物 重金属 (以 Pb)计 铅 镁盐和碱金属盐 ≥95．0％ ≤0．5％ ≤3ppm 阴性 ≤0．005％ ≤0．0O4％ ≤10ppm ≤4．8％ 天门冬氨酸(食品级)(上海联合食品添加剂公司提供) 质量指标 ： 含量 砷 (以 As计) 重金属(以 Pb)计 干燥失重 灼烧残渣 比旋光度(a)0∞ ≥98．5％ ≤3ppm 《 10ppm ≤0．25％ ≤ 0．1％ +24．5。～ +26．0。 4．药品的预处理 ： 为了保证合成食品级天门冬氨酸钙的质量，特 别是为了去除原料中可能的重金属离子及其它机 械杂质 ，故对氢氧化钙 (食 品级)和对天 门冬氨酸 (食品级)进行了一定的处理。 具体方法如下 ： (1)氢氧化钙(食品级)的简单处理： 将 1000克氢氧化钙 (食品级)溶于 1000ml蒸 馏水中，制成过饱和溶液，搅拌二十分钟 ，静置 ，直 到上 层 溶 液 澄 清 ，将 清 液倾 倒 除 去，然后 再 加 10000ml蒸馏水 ，如此重复三次 ，除去可能 的机械 瓶中备用 。 (2)L一天门冬氨酸(食品级)的重结 晶： 将 1000克天门冬氨酸 (食品级 )溶于 5000ml 蒸馏水 中，制成过饱和溶液，然后在搅拌的情况下 ， 加热到沸腾 ，使之完全溶解 ，趁热迅速用布 氏漏斗 抽滤，然后，再将滤液加热，减压浓缩，结晶，烘干， 重结晶后制得的晶体，放入试剂瓶中备用。 5．实验过程 ： (1)研究氢氧化钙的溶解度。 由于氢氧化钙在水中的溶解度很小 ，故用精密 pH计测出不同温度下 ，它的溶液 的 pH值 ，然后换 杂质。最后，将沉淀放在低温下真空干燥，放入剂 算成相应的溶解度。 温度℃ 20 40 60 97 水溶液 pH值 12．63 12．54 12．48 12．39 氢氧化钙溶解度 0．161g／100ml 0．131g／100ml 0．112：g／100ml 0．o9g／100ml 从上表 ，可以清楚的看出，氢氧化钙在水中的溶解 的趋向。 度很小 ，并且随着温度的上升 ，它的溶解度有下降 (2)研究天门冬氨酸的溶解度。 温度℃ 20 40 60 97 水溶液 pH值 <1 <1 <1 <1 天门冬氨酸溶解度 0．422g／100ml 9．41g／100ml 33．2g／100ml 53．1g／100ml 从上表可以明显的看 出，在常温下，天 门冬氨 酸的溶解度也很小，但随着温度的提高，它的溶解 度迅速上升 ，在接近溶液沸腾的情况下 ，它的溶解 度可以超过 50多克，这个数值是很高的。 (3)反应物配比对反应的影响。 令氢氧化钙为 x，天门冬氨酸为 Y。 为了对于门冬氨酸钙的合成反应 ，有一个感性 的了解 ，我们在 1000ml三口烧瓶中，放入 750ml蒸 馏水，在搅拌的情况下，观察了当氢氧化钙和天门 冬氨酸钙以一定比例参与反应，反应结束后，溶液 的最终 pH值 ，以及反应中，反应后烧瓶中的情况。 X：Y= 反应时间，mil1． pH值 反应情况 1：10 2O 4左右 不完全 ，反应器底部出现大量沉淀 ，天门冬氨酸过量。 2：10 20 6左右 不完全 ，反应器底部有沉淀，天门冬氨酸仍过量。 3：10 20 8左右 反应较充分，溶液较透明。 4：10 20 9左右 反应不完全，溶液开始浑浊。 5：10 20 12左右 反应不完全，溶液浑浊且有沉淀。 43 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2003 NO．2 从表中可以看出，当天 门冬氨酸过量时，溶液 的底部出现了较多的天门冬氨酸沉淀，如果搅拌功 率较小的话 ，很容易产生沉淀焦化 ，造成溶液发黄。 当氢氧化钙过量时 ，由于部分细微颗粒氢氧化钙悬 浮在溶液中，造成溶液浑浊 ；而部分大颗粒的氢氧 化钙则形成沉淀。而只有当参与反应的氢氧化钙 在反应中既没有过量 的天门冬氨酸，也没有过量的 氢氧化钙。 (4)反应温度对反应的影响。 在 1000ml三口烧瓶中放入 750ml蒸馏水，在 搅拌的情况下，以合适的次序，投放合适的氢氧化 钙和天门冬氨酸的量 ，观察到的反应时间对反应的 和天门冬氨酸 比例适当时，反应才能充分的进行 ， 影响如下 ： X：Y= 溶液温度℃ 反应结束的时间 rain． 观察到的反应情况 理想值 2O 32 反应物悬浮在溶液 中。反应较慢 理想值 35 31 反应物仍悬浮在溶液中。反应有加速现象 理想值 5O 27 反应物仍悬浮在溶液中，反应明显加速 理想值 65 20 反应物较快地溶解 ，反应速度很快 ，出现气泡 理想值 8O 12 反应物迅速地溶解 ，出现大量 的气泡 理想值 95 3 反应物一投入 ，溶液立即沸腾 ，并产生大量的气泡，溶液迅速向上溢起 由于是中和放热反应 ，所以反应 的速度随着反应的 进行有加快的现象。其重要的原因是温度的提高， 加快了天 门冬氨酸的溶解 ，从而促进反应加快进 行。从上表中，我们可以看到，反应温度越高，反应 的时间越短，所以适当的提高温度是有利 的，但是 (5)氢氧化钙的级别对天 门冬氢酸质量的影响。 温度太高 ，反应太剧烈 ，大量的气泡产生，也不利于 反应稳定地进行。根据反应完全程度，以及所测得 的pH值可以判断出反应物氢氧化钙和天门冬氨 酸之比在 O．3一O．4之间是适宜的。 食品级 产品为亮白色粉末 ，在放大镜下观察 ，略微偏红 化学纯 产品为亮 白色粉末 ，在放大镜下观察 ，略微偏黄 从以上的试验可以看出，采用食品级氢氧化钙对色 泽无大影响。 反应后的产物是无色透明的粘稠液体。通过浓 缩，过滤，结晶，干燥，过筛，包装，可得到符合食品级 (6)说明： 的天氨冬氨酸钙成品。其质量指标见下表 项目 指标 含量 c8Hl2OsN2Ca2，％ 105．0—107．0 钙合量，％ 13．10 砷(以 As计)，％ 3ppm 重金属(以 Pb计)，％ 0．0o1 干燥失重，％ 耋0．05 氯化物 ，％ s0．05 硫酸盐 ，％ ≤0．05 溶解度 ，25℃，100ml水 60g pH 8．2O一8．60 比旋度[a]D 6．1—7．7 O．3一O．4之 间是最适宜的。 ii反应 温度 ，控制在 三、结论 ： 65—85℃之间。iii反应 pH值控制在 8—9之间。 综上所述，天门冬氨酸钙的合成的较佳条件可 iV可采用食品级氢氧化钙作为反应的原料。 确定如下 ：i反应物氢氧化钙和天门冬氨酸之比在 (下转 18页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2003 No．2 技术委员会香料分会预审并送全国食 品添加剂标 准化技术委员会年会审查通过后 ，再由卫生部批准 方可作为食品新香料使用。 外国香料公司的产品在进入中国市场前必须 按此法规及审批程序办理，但可将以上材料直接向 全国食品添加剂标准化技术委员会分会办理新香 料申报手续 。 四、关于食品香料香精生产和使用管理 任何一种食品风味从化学上说 由大量的食 品 香料构成(数量多至千种)，靠单纯的一种或几种香 料构不成与加工食品相匹配的风味。因而任何一 种拟真的食品香精均 由许多食 品香料经过科学的 搭配构成，这种 构成基于对食品风味分析 的结果 和基于对每种香料功效的透彻 了解 ，因此食品香精 的配制消耗了大量的人力和物力 ，从而构成了知识 产权。为了保质和使用上的需要，食品香精除有含 许多经过筛选的香料之外，也含有少量防腐剂 ，色 素等其他食品添加剂，但它们只对食品香精起作 用 ，在最终产品(即加香 产品)中没有什么功效可 言。从这个角度说食品香精也是一种复合添加剂， 但它又不是一种普通的复合添加剂。世界各国对 食品香精的生产使用均采用 GMP的办法 ，即对食 品香精只控制其原料及其生产方法 ，只有其原料是 合法的，生产条件是卫生的，则食 品香精就是安全 的，不必也不可能对每个食品香精加以申请和审 批 ，事实上，几千种食品香料可以配制 出无数的食 品香精 ，要管也是管不过来 的，世界上每天都在产 生成千上万的新香精 ，每天也在淘汰无数的食品香 精。 关于食品香精的标签问题 ，由于香精配方的知 识产权问题和配方的复杂性无法在标签上标明所 用的全部原料(这正好象可口可乐只在标签上标明 水、糖、色素，风味基料一样 ，不可能将基料的每个 成分标明)。通过的办法是在标签上只注明为“天 然食品香精”，“人造食品香精”或“加有其他天然原 料的食品香精”。 食品香精的使用也按照 GPM的原则，其使用 范围不必单独申请，其使用量也受自我限制，这不 象色素和防腐剂可以任意多加 ，加有过量香精的食 品是无法下咽的。 自八十年代我国贯彻食品卫生法和食 品添加 剂以来 ，对食品香料和香精的管理均采取 了与国际接轨的办法。此办法早已得到 国家质量 技术监督局 ，卫生部 ，各工业部 门和消费者的普遍 认同，20多年来食 品香精的使用从未发生过安全 问题和造成消费者的投诉。 为了进一步加强对食品香精的管理 ，卫和部和 国家质量技术监督局正准备以卫生许可证和生产 许可证的办法对香料香精生产企业加 以管理。在 发证条件中综合考虑了生产工艺 ，设备条件 ，人才 ， 标准，和卫生要求。我们相信通过这一措施的实 施，香精的质量的安全性会得到进一步提高。 (上接 44页) 参考文献 1．Allender PS，Cuder JA。Follmann D，Cappuccio FP，Pryer，J， Elliott P．Dietary calcium and blood pressure：a meta—analysis of randomizded clinical trials．Ann Intern Med．1996；124(9)： 852—831． 2．Appel L，Moore T，Obarzonek E，et a1．A clinical trial ofthe e一 18 fects of dietary patterns On blood pressure．DASH Collaborative Research Group．N Engl J Med．1997；336：1117— 1124． 3．氨基酸产品介绍 http：／／www．huayinnano．con g8i．htm 4．乔慧玲等编著 ，谈谈怎样补钙 ‘中国骨质疏松杂志)2oo2年 第 2期 23卷。 5．凌关庭 等编 ，‘食 品添加剂 手册 )北 京，化学工业 出版社， 1989年 12月第 1版 ， ，第 21页 ；第 274页 ． 维普资讯 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