河南金丹乳酸科技股份有限公司 張樹銀
L-乳酸鋅的合成工藝研究*
河南金丹乳酸科技股份有限公司 張樹銀
鋅作為人體必需的一種微量元素,其作用十分強大,已引起醫(yī)學界、營養(yǎng)學界的高度重視。鋅參與動物體及人體內(nèi)上百種酶的合成與體內(nèi)激素的形成,是維持性器官和性機能正常發(fā)育的重要元素。鋅還能促進人體智力發(fā)育,增進味覺的食欲,特別是對于孕期婦女、青少年更是不可缺少。乳酸鋅無臭,味甘甜,極易被人體所吸收,是一種替代硫酸鋅的新型補鋅劑。在所有鋅制劑中,乳酸鋅是比較理想的一種,其對腸道無刺激性且味道好,有助于改善部分食品的風味。與其他鋅制劑相比,乳酸鋅具有價格低、安全性高、人體利用率高等優(yōu)點,且化學性質穩(wěn)定,營養(yǎng)值不會因溫度、壓力或其他外界因素變化。由此可見,采用L-乳酸鋅作為鋅強化劑,對提高產(chǎn)品質量和降低生產(chǎn)成本具有十分重要的意義。
乳酸鋅是一種白色結晶粉末,易溶于水,難溶于乙醇、丙酮等有機溶劑,一般含3個結晶水,熔點為276-277℃,結構式為CH3CH(OH)COO)2Zn·3H2O,分子量為297.59。
1.乳酸鋅的制備方法。乳酸鋅的制備方法主要有硫酸鋅與乳酸鈣復分解反應法、氧化鋅與乳酸反應和鐵粉直接與乳酸反應法。3種方法的反應式如下:
其中,方法(2)以氧化鋅為原料生產(chǎn)成本比較高,不適宜工業(yè)化。方法(3)反應周期長、收率低,且反應過程有氫氣放出,增加了工業(yè)化的難度。因此,本文,筆者采用方法(1)。該方法其反應溫和,生成的硫酸鈣微溶于水,沉淀有利于反應向生成目標產(chǎn)物的方向進行,收率高,產(chǎn)品符合食品衛(wèi)生標準。
2.實驗條件和步驟。為考察反應物配比、反應溫度、反應時間、結晶時間這4個因素對ITO粉體粒徑的影響,首先對這4個主要影響因素進行實驗,確定各因素的優(yōu)化范圍。
(1)試劑與儀器。試劑采用L-乳酸鈣(金丹乳酸公司生產(chǎn)食品級)、硫酸鋅(金匯太亞化學試劑有限公司生產(chǎn)分析純)。儀器采用原子吸收光譜儀(日本島津公司)、NEXUS型傅立葉紅外光譜儀(美國Nicolet儀器公司)。
(2)實驗步驟。取20.8 g乳酸鈣晶體放入三頸圓底燒瓶中,加入100 mL蒸餾水溶解,待晶體全部溶解后,向反應器中緩慢加入28.7 g硫酸鋅,在80℃的水浴中緩慢反應4 h,在此溫度下靜止8 h,將濾液濃縮結晶得到乳酸鋅晶體,真空干燥得白色粉末狀乳酸鋅產(chǎn)品28.65 g,收率為93.3%,純度為99.1%。CaSO4溶解度不大,其溶解度呈特殊的先升高后降低狀況。如,10℃溶解度為0.192 8 g/100 g水(下同),40℃為0.209 7,100℃降至0.161 9。選擇在80℃時熱過濾,在此條件下硫酸鈣溶解度很低,可以將乳酸鈣能從溶液中分離出來,從另一方面考慮,溫度高乳酸鋅不容易結晶析出,可以提高產(chǎn)品收率。
1.L-乳酸鋅合成工藝條件對收率的影響。
(1)反應物配比(乳酸鈣∶硫酸鋅)對收率的影響。如圖1所示,在給定實驗條件下(反應溫度80℃,反應時間為4 h,結晶時間為24 h),產(chǎn)物的收率先是隨著反應物配比增大而增大。當反應物的配比達到1.10(摩爾比)后,再增加反應物配比,目標產(chǎn)物收率變化不大,故最佳的反應物料配比為1.10(摩爾比)。
圖 1 反應物配比對L-乳酸鋅收率的影響
(2)反應溫度對收率的影響。如圖2所示,在給定實驗條件下(反應物配比為1.10(摩爾比),反應時間為4 h,結晶時間為24 h),產(chǎn)物的收率先是隨著反應溫度的增大而增大,當反應溫度為80℃時,再提高反應溫度,產(chǎn)物收率增加很小,故最佳的反應溫度為80℃。
圖 2 反應溫度對L-乳酸鋅收率的影響
(3)反應時間對收率的影響。在給定實驗條件下(反應物配比為1.10(摩爾比),反應溫度為80℃,結晶時間為24 h),產(chǎn)物的收率先是隨著反應時間的延長而增大,如圖3所示,當反應時間為4 h時,延長反應時間,產(chǎn)物收率增加很小,綜合考慮反應最佳時間為4 h。
圖 3 反應時間對L-乳酸鋅收率的影響
(4)結晶時間對收率的影響。在其他實驗條件不變的情況下,考察結晶時間對產(chǎn)物收率的影響,所得產(chǎn)品收率隨結晶時間變化的規(guī)律如圖4所示。從圖4中可以看出,隨著結晶時間的增長,產(chǎn)品的收率逐漸增大,開始增加比較迅速,當結晶時間為24 h,再增加結晶時間,產(chǎn)品收率略有增加。這一規(guī)律表明結晶時間對產(chǎn)品的收率有影響,最佳結晶時間為24 h。
圖4 結晶時間對L-乳酸鋅收率的影響
2.乳酸鋅的表征。產(chǎn)物的紅外光譜如圖5所示,表明產(chǎn)物為(CH3CH(OH)COO)2Zn·3H2O。
圖 5 產(chǎn)物的紅外光譜
本文,筆者采用食品級乳酸鈣和分析級硫酸鋅反應,經(jīng)過濾、真空干燥得到了白色的乳酸鋅產(chǎn)品,產(chǎn)率達到93.3%,產(chǎn)品純度為99.1%。經(jīng)過正交試驗優(yōu)化得到了合成乳酸鋅最佳工藝條件,乳酸鈣與硫酸鋅的摩爾比為1.1∶1,反應溫度80℃,反應時間為4 h,產(chǎn)品結晶時間為24 h。采用元素分析、FT-IR分析對產(chǎn)品進行了表征,表明產(chǎn)物為(CH3CH(OH)COO)2Zn·3H2O。
河南省科技創(chuàng)新人才基金項目“自動連續(xù)結晶生產(chǎn)L-乳酸鋅新技術(10 42 0 0 510 0 17)。