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氨基酸螯合物营养强化剂的制备及应用研究

发布时间:

江南大学 硕士学位论文 氨基酸螯合物营养强化剂的制备及应用研究 姓名:张凤 申请学位级别:硕士 专业:食品科学 指导教师:张晓鸣 20080801

摘要

摘要
氨基酸螫合物是一种新型微量元素添加剂,具有理化稳定性好、生物效价高、对维 生素及不饱和脂肪酸影响小等优点。本文合成了甘氨酸铁、甘氨酸锌、甘氨酸钙、蛋氨 酸铜及蛋氨酸锰五种螯合物。确定了蛋氨酸铜和蛋氨酸锰合成的工艺条件,与EDTA—Fe、 硫酸亚铁比较研究了甘氨酸铁在面粉营养强化剂中的应用性能,同时研究了五种螯合物 和相应无机盐在母乳化奶粉中的应用性能。 首先合成了复合甘氨酸铁、甘氨酸锌和甘氨酸钙。以蛋氨酸和氯化锰为原料合成蛋 氨酸锰,最佳工艺条件为:配体摩尔比2:1;反应温度80"C;反应时间90 min,产品螯 合率为89.91%。以蛋氨酸和硫酸铜为原料合成蛋氨酸铜,最佳条件为:配体摩尔比2:1;
每50 mL6%蛋氨酸溶液加入3.25 mL30%的NaOH,产品螯合率为90.32%。

根据“7+1”营养强化组方,采用不同铁源、锌源制备了无机组、有机组、螯合组和 混合组四组面粉营养强化剂,研究室温以及45。C储藏过程中亚铁氧化率以及维生素A、 维生素Bl、维生素B2、烟酸、叶酸保留率的变化情况。甘氨酸铁的氧化稳定性好于硫 酸亚铁,更适于做铁强化剂;烟酸非常稳定,室温及45。C储藏后保留率均接*100%; 叶酸降解非常明显,但螯合组叶酸保留率仍略高于其他三组;无机组面粉营养强化剂中 维生素B1降解较快,而其他三组的保留率均在90%以上,回归分析可知维生素B1的降 解符合一级动力学,呈指数衰减规律;四组强化剂中维生素B2保留率差别很小,维生 素B2降解与光照强度有关,需要避光保存;维生素A的保留率为螯合组最高,有机组 和混合组次之,无机组最差,温度升高加速维生素A的降解,回归得到维生素A的降 解动力学方程。 最后研究了五种氨基酸螯合物、无机盐作为矿物元素强化剂时母乳化奶粉中亚铁氧 化情况,维生素A、维生素C、维生素E保留率以及过氧化值的变化。甘氨酸铁用于母 乳化奶粉氧化稳定性及冲调性能均好于硫酸亚铁;维生素A、维生素C、维生素E的保 留率均为螯合组>混合组>无机组,温度升高加速它们的降解;三组母乳化奶粉储藏一定 时间后POV均略有升高,升高幅度为无机组>混合组>螯合组,氨基酸螯合物在母乳化 奶粉中的应用性能优于无机盐。 关键词:氨基酸螯合物 亚铁稳定性过氧化值 面粉营养强化剂 母乳化奶粉维生素保留率

Abstract

Abstract
AAC(Amino
acid

chelate)is



new

type

of

microelement additive
on

with

good

physic.chemical sTab.ility and bioavailability,its adverse effect

vitamins and UFA is very

weak.W.e
glycine

synthesized five AACs chelated

as

follows:glycine chelated ferrous,glycine chelated zinc, chelated copper and

calcium,methionine

methionine

chelated

Manganese(II).
Firstly glycine chelated ferrous,glycine chelmed zinc,glycine chelated calcium were synthesized.Then methionine chelated

Manganese(II)was
as

synthesized

with

MnCl2

and

methionine.The

optimum
CuS04

synthesis

conditions were found

follows:molar ratio of ligand
chelmed copper Was

2:1,90 min,80。C,and the yield of production Was synthesized

89.91%.Methionine

with

and

methionine,the

optimum conditions

were:molar ratio of ligand
over

2:1,add 3.25mL 30%NaOH to 50 mL 6%methionine solution,and the yield is According to“7+1”nutritional program,Four kinds of

90%.

flour fortificants

were prepared

with different mineral sources:inorganic,organic,chelate and mixed.The retention of Fe(II), vitamine A,vitamine B I,vitamine BE,nicotinic acid and folate Was studied during storage
at

ambient

temperature and 45"C.111e results indicate that oxidation sTab.ility of Fe(II)in

chelate group is beRer than inorganic group;Nicotinic acid has good sTab.ility high level in all difference Was

and

keep



groups;retention

rate of vitamine B2 was about

80%after storage,no big

found

among the 4 groups;retention rate of the other four kinds of vitamines

in chelate group is the highest,mixed and organic group follows,inorganic

group

is the

lowest.Besides,we find the degradation kinetic equation for vitamine A,vitamine B1.

We

also studied the sTab.ility of

Fe(II),the

retention of VA、Vc、VE and POV during

storage when adding inorganic salt,chelates we synthesized into indicate that the oxidation sTab.ility of

infant formulae.nle

results

Fe(II)in

chelate is better than FeS04,the retention

rate OfVA、Vc、VE keeps highest in chelate group

infant

formulae,followed by

mixed group,

and

inorganic group is the lowest.higher temperature could accelerate the degradation of

vitamins mentioned above.The POV of three group of infant formulas all become higher after
storage:inorganic group>mixed group>chelate group,which suggests that AAC is beRer

than

inorganic salts when adding into infant formulae.

Key

words:amino

acid

chelate,flour fortificant,infant formulae,retention Fe(II),POV

rate

of

vitamins,oxidation sTab.ility of

II

独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是泰人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果.尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料.与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

名:

独凰



期:

坦墨堡:丝

关于论文使用授权的说明
本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定: 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允 许论文被查阅和借阅,可以将学位论文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、汇编学位论文,
并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。

保密的学位论文在解密后也遵守此规定。

名:

独凰

导师签名:


期:

伽og。g、%

第一章绪论

第一章绪论
1.1金属元素¥tJk-螯合物的定义及应用特性
1.1.1金属元素氨基酸螯合物的定义 自17世纪初,化学界发现并制备出螯合物以来,螯合物的研究和应用在很多行业 都得到了很大的发展。。20世纪70年代,金属元素氨基酸螯合物开始在人类营养和动物 营养中得到应用,目前其应用领域越来越广泛。 美国官方饲料管理协会(American 氨基酸螫合物(Amino
acid association offeed control

officials,AAFCO)对

chelate,AAC)的概念确定如下:氨基酸金属元素螯合物是

指由1 mol可溶性的金属盐中的金属离子与1~3 mol(最佳为2 m01)氨基酸反应,以配

位共价键结合而成的产物,生成的螯合物分子量一般不超过800,其稳定常数一般在 104~1015之间,既有利于微量元素以螯合物形式完整地被转运吸收,又能在需要时有效 地把金属离子释放出来。 1.1.2金属元素的两种吸收途径 与营养有关的金属矿物元素主要有Ca、Fe、Cu、Mn、Zn、Co等。这些矿物元素 是人和动物体所必需的营养素之一,是人体组织的重要组成部分,直接或间接的参与机 体几乎所有的生理和生化过程,对生命活动起着极其重要的作用。人体及动物体内,矿 物元素吸收途径主要有以下两种: 1.1.2.1离子吸收模式 同位素研究表明【l】,小肠吸收金属离子的最主要部位是在十二指肠,小肠对二价金 属离子的吸收机理非常相似。钙和细胞膜上的蛋白质以特定的几何形式(可以假定为环 状结构)结合起来,吸收是通过主动转运体系:铜和钙一样也和粘膜细胞表面的蛋白质 结合,这些蛋白质是低分子量的,结合后铜螯合物的吸收需要能量;锌和一个比血浆白 蛋白小的,分子量在800左右的小肽,锌的吸收是主动过程需要能量;铁和粘膜细胞上 的低分子量蛋白质配体结合,这个螯合过程可防止小肠中碱性条件下摄入的铁发生沉
淀。


无机盐进入消化道后,金属元素呈阳离子态,必须先在胃肠道中与适当的内源或外 源的有机体(配位体)结合形成络合物,形成有机的脂溶性表面,再以此形式吸收并通 过粘膜细胞的类脂屏障转运入细胞,而配位体往往为氨基酸;吸收后的金属元素在* 中也必须与某些蛋白结合才能被运输到机体所需的部位产生功效12J。它们的吸收行为可 用相似的途径来表示,即离子吸收模式:(1)金属离子化;(2)阳离子和粘膜细胞表面
的蛋白质络合;(3)结合离子主要利用矿物质泵主动转运透过膜,同时也可能有少量扩

散;(4)进入粘膜细胞,完整的蛋白质复合物受到pH变化的影响而释放出离子;(5) 阳离子和位于末端网状组织的储藏肽重新络合;(6)离子迁移至底膜;(7)原生质中pH 变化导致金属离子从储藏肽中释放并还原;(8)离子被位于底膜的外围蛋白再次结合;

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(9)离子进入血浆。离子吸收模式是一个需要能量的主动转运过程,载体蛋白的作用 是通过螯合作用中和离子的电荷使之顺利通过带电荷的膜进入转运通道。主动转运时粘 膜细胞吸收特定离子的速度取决于细胞的需要,而与肠腔内该离子的浓度无关。 1.1.2.2金属离子螯合物吸收模式 主动吸收模式只描述了金属以离子状态提供到粘膜细胞膜刷状缘上的情况,但事实 上,膳食中一些与蛋白质结合的金属在肠内经常不经电离而直接被生物体吸收。人体对 铜、铁、锌等金属元素的吸收可能有第二种途径,即螯合物吸收模式。关于螯合物的吸 收机制,目前有两种假说: 第一种为完整吸收假说。这种观点认为金属氨基酸螯合物及其蛋白盐并非通过离子 吸收模式,而是利用氨基酸或小肽的吸收机制被完整吸收【3】。其核心是金属离子以共价 键和离子键与氨基酸配位体键合,被保护在螯合物的核心,并且金属螯合物以整体的形 式穿过粘膜细胞膜,被吸收进入粘膜后金属螯合物可能会:A.完全或部分水解为氨基酸 和离子,离子在细胞内与储藏的小肽螯合由离子途径进入*;B.完整的螯合物不经水 解而转运到底膜;C.在底膜完全或部分水解,离子和膜上的完整蛋白结合进入*;D. 以原始的肽类似物结合底膜上的谷胱甘肽进入*【4】。体外和原位研究也表明,半胱氨 酸和组氨酸大量存在时,能够与锌生成稳定的螯合物,从而大大增加小肠对锌的吸收和 运输。锌不能以离子的形式穿过小肠上皮细胞,而是以螯合物的形式穿过细胞膜的。 第二种为竞争吸收假说。螯合态的微量元素进入消化道后,避免了金属元素与肠道 内一些物质(如植酸)作用形成不溶性化合物或被吸附在有碍元素吸收的不溶解胶体上, 螯合物以整体形式直接到达小肠刷状缘,并在吸收位点处发生水解,其中的金属以离子 形式进入肠上皮细胞并被吸收入*,因此进入体内的微量元素量增加。氨基酸螯合铁、 锌之所以比硫酸亚铁、硫酸锌更有效地被动物吸收利用f5’6】,可能是因为氨基酸螯合态 的铁、锌可以防止与日粮中的植酸结合形成不溶物而不能被吸收。 两种假说均表明,氨基酸螯合物要优于有机酸矿物盐和无机盐。氨基酸金属离子螫 合物通过氨基酸或小肽的吸收途径进入肠细胞;而无机盐金属离子通过离子吸收途径, 有机酸矿物盐能部分改*鹗粞蔚娜芙庑裕部赡芗跎傥藁纬S龅降脑又世胱痈扇牛 但它们的最终吸收都是通过离子吸收途径,吸收速度和效率低于氨基酸螯合物。 1.1.3金属元素氨基酸螯合物的应用特性 食物中的无机盐被人体摄入后,在酸性胃液介质中易被电离成为金属阳离子,然后 进入小肠被人体吸收利用。而小肠壁对带有正电荷的金属离子有一定的排斥作用,导致 部分金属离子不仅不易被吸收,还会刺激胃肠,引起腹泻。不同金属元素之间的拮抗作 用也会使吸收进入体内的金属元素利用率和沉积效率受到限制,导致其生物效价降低。 而金属元素氨基酸螯合物中的金属离子以螯合态存在,在消化道中大大降低了元素间 (如Ca、Cu、Fe、Zn、Mn等二价离子)的拮抗作用,同时也减少了与植酸、草酸等结 合生成沉淀的机会,有利于金属元素的吸收,并且对消化道无不良刺激和影响。Du等 (1996)的研究也表明17J,小肽螯合铜利用肽的吸收机制,与铁、锌、锰的普通吸收机


第一章绪论

制不形成竞争。

此外,无机金属盐因其带有结晶水及其它固有特性,易吸湿甚至会氧化(如硫酸亚 铁),对食品中的维生素有很大的破坏作用,易导致维生素氧化降解,需要超量添加维 生素,最终提高了食品成本。对于一些脂肪尤其是不饱和脂肪酸含量较高的食品,添加 无机金属盐一些游离的金属离子(如Cu2+、/VIa2+)很容易催化脂肪的氧化酸败,造成食 品质量下降,甚至产生对人体有害的物质。微量元素氨基酸螯合物较无机盐化学稳定性 高,可以减少对食物中维生素的破坏,降低氧化降解反应,减少食品中脂肪的酸败发生;
如蛋氨酸锌与各种营养物质、维生素相容性较好,具有协同作用,对维生素的破坏作用 低于无机盐【引。

就生物利用率而言,无机金属元素的吸收和利用需要特异的载体,而氨基酸螯合物
由于金属离子与氨基酸在体外螯合,形成金属元素吸收的原始形式,进入机体以后,按

不同组织和酶系统对氨基酸的需要,将被氨基酸螯合的金属元素直接运输到特定的靶组
织和酶系统中,通过靶组织和酶的作用释放出金属元素,以满足机体的需要,这就省去 了吸收无机态元素所需的生化过程,从而提高了金属元素的利用率。

1.2几种氨基酸螯合物的概述
1.2.1几种矿物元素的生理功能 铁:铁是人和动物体所必需的微量元素之一,制造血红素、肌红蛋白和细胞色素都
必须依赖铁。铁也是酶(过氧化氢酶)、非血红素铁(NHI)和硫蛋白(琥珀酸脱氢酶)

的一个组分及其他酶的无机辅助因子。正常人体内铁的含量为35"-'60 mg/kg,其中70% 存在于血红蛋白,3%~5%存在于肌红蛋白,15%存在于铁贮藏蛋白.铁蛋白和血铁黄素。
铁缺乏除了引起贫血外还从其他方面影响机体功能。缺铁会影响人的行为和认知能力,

缺铁儿童对周围事物不感兴趣,易于烦躁,在运用智力解决问题上的主动性降低,智力 不完善,而且在以后补充铁后也难以恢复【91。缺铁会降低机体抗感染能力,临床研究表 明,铁缺乏时儿童腹泻、呼吸道感染患病率高,补铁后下降。缺铁对机体体温调节能力
有影响,美国营养学家发现,铁缺乏妇女即使血红蛋白值在正常范围内,她们对寒冷的

抵抗力也下降,表现为更早感觉寒冷、寒战、失眠等Ilo】。动物和人体实验均证明缺铁会 增加铅的吸收,从而导致铅中毒。许多流行病学研究也表明,妊娠早期贫血后婴儿早产、
低出生体重儿及胎儿死亡率高。

锌:是人和动物体必需的微量元素之一,锌是人体内200多种酶的组成部分,它直
接参与了核酸的合成、几乎所有水*的蛋白质和氨基酸代谢、细胞的分化和增殖以及许 多重要的代谢【1lJ。锌还具有与巯基的亲和力,而巯基是决定蛋白质结构(如酶、膜)的

重要因素。人体内还有一些酶需要锌的激活而发挥其活性作用。鉴于锌参与生物体内几 乎所有的代谢,因此锌缺乏症是非特异性的,可能会有许多并发病症ll劭。锌缺乏症可分 为两大类型:①营养性锌缺乏症。表现生长迟缓、免疫力降低、伤口愈合慢、皮炎:性
功能低下、食欲不振、味觉异常、食土癖、暗适应减慢等。男性的第二性征发育和女性

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生殖系统的发育演变延缓,女性月经初潮延迟或闭经,骨骼发育受影响,影响脑功能, 使智商降低。也可出现嗜睡症、抑郁症和应激性症状。②肠病性肢皮炎。为常染色体遗 传性疾病,多发生于停止母乳改用人工喂养的婴儿期。主要表现不易治愈的慢性腹泄、 脱发和皮炎,也可有厌食、嗜睡、生长落后及免疫功能低下等表现。 钙:在正常人体中,钙占体重的1.5%---2.O%,其中99%集中在骨骼和牙齿中,其 余的1%存在于软组织、细胞外液和*中,这部分钙通称为“混合钙池”, “混溶钙池” 里的钙与骨骼里的钙保持动态*衡,对人体发挥着调节生理功能的重要作用【131。钙在构 成和维持健康的骨组织的重要组分,缺钙影响骨骼的生长发育,婴幼儿和青少年缺钙会 造成骨骼发育不全,如常见的“佝偻病”。钙还维持心脏、肌肉与神经的正常兴奋传导, *中钙缺少时,则神经、肌肉兴奋性增高,引起抽搐【l引,如手足抽搐症。钙还有促进 *凝固的作用,它能激活凝血酶原而发挥凝血酶的凝血作用。缺钙时,出血不易止住。 铜:铜是动物和人体必需的微量元素之一,正常人体内铜含量为2,---3 mg/kg其中 绝大部分分布在肌肉和骨骼内,肌肉组织约占总量的一半,体组织铜主要分布在肝脏。
铜是许多金属酶的组成成分【l 51,直接参与机体代谢,这些酶包括细胞色素氧化酶、尿酸

氧化酶、氨基酸氧化酶、酪氨酸酶、铜蓝蛋白酶等。铜是铜蓝蛋白的辅基,在血浆中可 与血浆铜蓝蛋白结合催化Fe2+至Fe3+,对生成运铁蛋白、促进铁的吸收和转运具有重要 作用;铜蓝蛋白还能促进血红素和血红蛋白的合成,铜缺乏可引起缺铁性贫血【16】。神经 髓鞘的形成和神经递质儿茶酚胺的生物合成均需含铜的细胞色素氧化酶,多巴胺.D羟化 酶及酪氨酸酶的参与,铜缺乏可引起神经元减少、脑萎缩等症状,导致神经系统功能异 常。铜是超氧化物歧化酶的活性中心结构,会催化超氧离子成为氧和过氧化氢,从而保 护细胞免受超氧离子的损伤。此外,铜还是胺氧化酶和赖氨酸氧化酶的辅基,参与骨骼 的合成,缺铜会引起骨骼脆性增加,血管和皮肤的弹性变差。铜的日需量为1"--'2 mg, 正常的膳食即能满足此需求,铜也是一种氧化强化剂,能催化不饱和脂肪酸、油及某些
维生素的降解。

锰:锰是人体必需的微量元素之一,成人体内约含12"--20 mg,集中在骨骼、肝和 肾脏中。它不仅是精氨酸激酶、丙酮酸羧化酶等多种酶的重要组成部分,也是磷酸化酶、 醛缩酶、半乳糖基转移酶等的激活剂【1‘L 18—91,具有促进生长、增强免疫力和提高动物 繁殖性能等作用。同时,锰能够参与造血、卟啉合成、改善机体对铜的利用,构成Mn.SOD 具有抗衰老抗肿瘤作用【20一11。锰缺乏会导致生长停滞、骨骼畸形;锰与生殖功能有关, 缺锰可导致生殖功能紊乱。此外,锰缺乏还会引起神经*⑸榇ぁ⒐布檬У鞯取 1.2.2金属元素氨基酸螯合物作为添加剂的理论依据 在人体及动物体内,许多金属离子的吸收发生在小肠处,这些金属离子首先要同氨 基酸生成螯合物,即金属离子以共价键和离子键与氨基酸的配位体键合,被保护在螯合 物的核心,并且金属螯合物以整体的形式进入细胞,然后在细胞中自动断开螯合键,分 解成氨基酸和金属离子,分别被利用。张经坤等【22】研究证实,食物中的钙离子(Ca¨) 进入到人体小肠处时,可与小肠的刷状缘自动分泌的小分子量氨基酸或小肽时会立刻发


第一章绪论

生螯合反应(pH=7.6),生成氨基酸或肽螯合钙,以整体形式被刷状缘细胞吸收。进入 细胞之后,在细胞液作用下,又自动断开螯合键,重新分解成钙离子和氨基酸或肽,分 别被人体利用。 金属元素氨基酸螯合物由于在体外形成,形成一种有机的脂溶性表面,不仅节约了 生物体内能量的消耗,而且脂溶性表面结构使其可以直接通过细胞膜的类脂屏障被吸收 利用,不受肠胃道pH环境影响,不受其他离子的拮抗影响,其生物效价远远高于无机 金属离子。另外,金属元素氨基酸螯合物还可以同时为生物体提供了氨基酸,大大提高 了氨基酸的生物效价。 螯合稳定常数指螯合物中螯合剂(配位体)对金属离子的亲和力。研究表明,金属 螯合物中金属元素的利用情况取决于它的稳定常数,如果稳定常数过低,其中的金属元 素在肠道环境中易解离成为金属离子,从而失去了螯合物的优越性;如果稳定常数过高, 则当机体需要时,螯合物不能很好的释放金属元素,从而降低了金属元素的利用率。植 酸在pH为5"--'6时与亚铁离子、铜离子和锰离子等金属微量元素离子的螯合稳定常数 (19K)为10.85~17.63【23】,形成了难以吸收的植酸微量元素络合物,不能被人体所吸 收利用。金属元素氨基酸螯合物的稳定性常数(19K)一般在4.--..15之间,远低于植酸 盐,进入消化道后既可以防止金属元素在肠道变成不溶性化合物或被吸附在有碍元素吸 收的不溶解胶体上,而直接到达小肠刷状缘,又能及时有效的释放其中的金属元素,大 大提高了金属元素的生物效价。

1,3营养强化面粉及母乳化奶粉概况
1.3.1营养强化面粉概况 微量元素是人体和动物生命活动中必不可少的营养素。常规膳食或饲料一般满足不 了人和动物对微量元素的需要,必须额外添加或强化。为了确保微量元素添加或强化的 效果,人或动物体对微量元素添加剂的生物利用率就成为这一领域研究和产品开发的焦 点问题。 营养素缺乏是一个全球性问题[241。二战初期,美国政府就制定法规,在大米、面粉 和其他谷物食品中强制添加维生素Bl、B2、烟酸和铁等四种营养素。我国国家卫生部的 全国营养调查资料表明,我国人民膳食中多种营养素摄入不足,如维生素A、B1、B2 及矿物元素钙、铁、锌、硒等,尤其是贫困地区和部分儿童人群,微量营养素缺乏的问 题更为严重。世界银行估计,发展中国家人口营养不良造成的经济损失相当于其GDP 的3~5%,由此推算,我国的经济损失大于3000亿元。食物强化是成效比最高的消除 微量营养素缺乏的公共卫生措施。日本于1952年立法制定了食品的强化法规。随后, 欧洲、东南亚等许多国家都先后制定了相关食品营养强化法规【25】。参考世界上的成功经

验并结合我国的实际情况,政府决定将大众主食一面粉作为营养强化的载体在全国推
广。面粉是我国居民的主食原料,对其实行营养强化,补充维生素和铁、锌、钙等矿物 元素,由于并不改变人们的饮食消费模式,很容易融入已有的食品生产和流通体系中,

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并且能够被经常性地实施,有利于全体居民营养和健康状况的改善,产生较好的效果并 长期保持。
表1.1‘‘7+1”营养强化面粉中各种营养素的强化量
1’ab.1.1 Fortification level ofnutriments in?‘7+1”fortificated flour

项目 维生素Bl 维生素B2 烟酸 叶酸

强化量(mg/kg面粉)

” ”



铁 锌
钙 维生素A







“7+1”是国家公众营养与发展中心和国家公众营养改善项目办公室组织国内营养专 家,参照国际营养强化的标准,针对中国人群的特点确定的强化面粉配方,营养成分符 合中国营养学会DRI标准,即基础配方+建议配方的模式。其中,“7”为基础配方,包括 铁、锌、钙、维生素B1、维生素B2、叶酸、烟酸七种人体普遍缺乏而又必需的营养素; “1”即维生素A,为建议配方。随着面粉营养强化剂生产技术和工艺的提高和完善,面 包、饼干、方便面、挂面、速冻主食品等食品生产原料都要逐步使用营养强化面粉。 目前面粉强化常用的微量元素制剂主要有硫酸亚铁,硫酸锌,焦磷酸铁、焦磷酸铁 钠、磷酸三钙、氧化锌,碳酸钙等。金属硫酸盐理化性质不稳定,容易吸湿结块。硫酸 亚铁作为最传统的补铁制剂,其化学稳定性很差,空气中极易氧化,遇水则迅速水解, 因此生物利用率很低。无机盐对维生素尤其是VA和Vc有极大的破坏作用,主要催化其 氧化降解反应。碳酸钙则适口性差,有特征的苦味,由于其添加量大会影面粉的口感, 并且也影响锌的生物利用率。而EDTA.Fe虽然具有非常好的化学稳定性,EDTA为配体 的金属络合物稳定常数在1016~1028,络合物在人体内不能有效地释放其金属离子【23】23, 从而使生物效价大大降低。 1.3.2母乳化奶粉概况 母乳化奶粉又称配方奶粉,是在普通奶粉的基础上根据婴儿的生理需求加以调配的 奶制品。母乳化奶粉去除了部分酪蛋白,增加了乳清蛋白;去除了大部分饱和脂肪酸, 加入了植物油,从而增加了不饱和脂肪酸,降低了矿物质含量,以减轻婴幼儿肾脏负担; 另外还添加了多种矿物元素(如铁、锌、钙、铜、锰等)、维生素(VA、B族维生素、 抗坏血酸、VE等)、某些氨基酸及其他成分,使之组成及体内代谓}接*母乳,以满足婴 幼儿生长发育的营养需求。 母乳化奶粉作为婴幼儿生长发育唯一的营养来源,其营养非常丰富,组成也很复杂。 我们必须保证含有足够的营养素,才能保证婴儿正常的营养需求。其中不仅含有多种维


第一章绪论

生素,还有铁、锌、钙、铜、锰等多种矿物元素,而这些组分之间会有相互作用影响母 乳化奶粉中某些组分的稳定性。如食品体系中的氧化剂可以直接降解抗坏血酸、维生素 A、类胡萝b素和维生素E,并可能间接影响其他维生素【2酬。与此相反,凭借还原作用 及作为氧和自由基清除剂,如抗坏血酸、异抗坏血酸以及各种硫醇类还原剂,可以增加 易氧化维生素的稳定性(如叶酸)。 母乳化奶粉中传统添加的矿物元素为各种无机盐,如硫酸亚铁、硫酸锌、氧化锌、 碳酸钙、氯化锰等。而游离的铜、铁、锰等金属离子会导致羟基自由基的产生,很容易 造成维生素A的氧化降解【2。7】;未经催化时母乳化奶粉中抗坏血酸的氧化反应基本可以 忽略,食品中微量元素是抗坏血酸氧化降解的主要因素,在金属离子仅以10。6浓度存在 的情况下氧化反应的速率常数比无金属离子存在时要高出几个数量级,Fe(III)和Cu(II) 对抗坏血酸的催化活性尤其显著;自由基存在的情况下,维生素E的降解速度会尤其加 剧。因此,采用合适的矿物元素添加剂,延长母乳化奶粉的货架寿命,最大限度的提高 母乳化奶粉储藏过程中各种维生素的保留率是非常关键的。 婴儿奶粉中的脂肪氧化也是一个较严重的质量问题,它不仅影响产品的口感、货架 寿命,还涉及到了食品安全问题。婴儿奶粉中的脂肪由于含有较多的植物油脂和一定数 量的多不饱和脂肪酸,因此它很容易被氧化,长时间存放及母乳化奶粉中存在的一些金 属离子时脂肪的氧化会更加严重,氧化的结果就是过氧化值的增高。脂肪的过度氧化不 仅使婴儿奶粉产生令人讨厌的气味,还能产生有毒物质并严重影响婴幼儿的身体健康, 还会给生产企业带来较大的损失。虽然我国在婴幼儿食品国家标准中还没有把过氧化值 指标纳入必检项目,但它对婴幼儿的健康十分重要的。因此,控制婴儿奶粉过氧化值的 增高、减少脂肪氧化,已经是当前中国婴儿奶粉企业面临的当务之急。

1.4立题背景及意义
*三十年的研究表明,氨基酸螯合物具有化学性能稳定、生物效价高、无毒无刺激 性、适口性好、增强人体免疫功能,并能提高人体抗应激能力等特性【2引。因此,氨基酸 螯合物成为目前国际公认的最佳微量元素营养强化剂或添加剂。氨基酸金属元素螯合物 的开发和应用,可以解决以往金属矿物元素添加剂生物学效价低、理化性能不稳定(特 别是亚铁盐)等缺点,而且其对维生素、不饱和脂肪酸、天然色素等活性成分的影响较 小,在体内能减少与其它微量元素和常量元素的拮抗,可用作食品营养强化剂、医药制 剂,用于铁、锌等微量元素缺乏症的防治。目前,许多国家已有以氨基酸螯合物为主要
成分的营养保健品面市。

目前,氨基酸螯合物已成为一个拥有广阔市场前景的新兴产业,其产品既可作为医 药制剂用于防治铁、锌、钙等微量及常量元素缺乏症或并发症,又可作为营养强化剂添 加到婴幼儿、孕产妇和老年人保健食品中12圳,同时还可作为饲料添加剂用于改善饲养效 果,提高饲料报酬【30,31,32】;作为农业生产中的植物促生长剂用于叶面肥喷施或浸种【33, ”】。随着人们对氨基酸螯合物为代表的新型有机微量元素作用机理及功效的认识不断深 入,对食品品质和安全的日益重视,以及对生态环境的关注,绿色食品添加剂氨基酸螯


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合物的研制开发及应用呈加速发展的趋势。 食品的组成是极其复杂的,很多是由多种矿物元素、维生素、多不饱和脂肪酸等 与载体或稀释剂组成的复杂体系。在这一复杂的食品环境中,食品中组分之间会发生化 学作用,另外储藏过程多种环境因素如储藏温度、分子氧、光照、水分活度、离子强度、 pH、酶和微量金属催化剂以及其他反应物(蛋白质、还原糖、自由基、活性氧等)均会 导致维生素及其他活性成分发生降解,造成食品质量下降,货架寿命缩短。 “7+1”营养强化面粉是国家发改委下属公众营养与发展中心提出以营养强化食品改 善公众健康的战略,可能在今年内颁布实施营养强化面粉国家标准;2008年至2010年, 建立面粉行业监管体系,中国七成规模面粉企业生产营养强化面粉;2010年,面粉强制 营养强化法规进入国务院审议程序。面粉营养强化剂是以矿物质与微量元素、维生素为 主要原料加入了少量面粉,强化的营养素包括钙、铁、锌、维生素Bl、维生素B2、维 生素A、烟酸和叶酸,可直接将其混匀于面粉便可得到成品营养强化面粉。黄玲研究发 现,甘氨酸螯合铁强化面粉和硫酸亚铁强化面粉贮藏过程中,甘氨酸螯合铁的氧化稳定 性明显好于硫酸亚铁,更适合作为铁强化剂添加到面粉中。最新资料表明,国内外虽然 有多种金属元素氨基酸螯合物作为食品添加剂的报道(如氨基酸铁、氨基酸锌、氨基酸 钙等),但没有公开文献报道其产品达到本项目研制产品的质量指标,特别是没有研究 报道涉及到铁、锌螯合物的复水性和亚铁氧化稳定性,也没有相关数据报道关于氨基酸 螯合物添加到食品中在加工及储藏过程对食品中油脂、维生素保留率的影响及作用,而 这些都是非常重要的食品加工质量指标。 婴儿奶粉中的脂肪含量高达25~3 1%,主要为植物油和乳脂肪,一小部分来自磷脂。 其中植物脂肪占到了总脂肪的70%以上,而不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸占总植物脂 肪酸含量的53%以上,极容易氧化的多不饱和脂肪酸(DHA、AA)也占到了总不饱和 脂肪酸的10%。这些不饱和脂肪酸化学性质极不稳定,极易在适宜的温度、湿度、水分 和光照条件下,快速发生脂肪氧化反应,产生过氧化物。金属离子存在的情况下,氧化 反应还会加速,产生更多的过氧化物。这可能意味着市面上婴幼儿奶粉中不饱和脂肪酸 (尤其是DHA和AA)的实际含量和它在外包装上标示的量不一致。因此采用适当的 微量元素添加剂,减少加工及储藏过程中维生素的降解,防止不饱和脂肪酸的氧化,已 经成为中国婴幼儿奶粉行业面临的重要挑战。 目前我国对面粉中各种营养素的强化量已经有了明确的规定,婴幼儿奶粉中各种营 养素含量也有一定的技术标准,本课题在研究面粉营养强化剂和母乳化奶粉中微量元 素、维生素、等活性成分间的相互作用和配伍影响及变化规律,为面粉营养强化剂和功 母乳化奶粉的配方研制提供理论基础,选择合适的添加剂制剂,优化配方,制定相应产 品的技术标准,实现营养素在面粉营养强化剂和母乳化奶粉中的稳定和合理超量添加, 保证产品的安全、高效、低成本。

1.5本课题主要研究内容
1.在前人工作的基础上合成复合甘氨酸铁、甘氨酸锌、甘氨酸钙、蛋氨酸铜和蛋氨酸


第一章绪论

锰,并对蛋氨酸铜和蛋氨酸锰的合成工艺进行研究,确定最佳工艺条件。 2.对复合甘氨酸铁及甘氨酸锌在面粉营养强化剂中的应用性能进行研究,并对维生素 Bl、维生素B2、烟酸、叶酸及维生素A在储藏过程中的变化情况进行测定,考察氨 基酸螯合物在面粉营养强化剂中的应用性能,为面粉营养强化剂中各营养素的合理
超量添加提供理论依据。

3.对五种氨基酸螯合物在母乳化奶粉中的应用性能进行研究,考察螯合物对油脂的催 化氧化作用,测定母乳化奶粉中维生素A、维生素C、维生素E在储藏过程中的变 化规律,为母乳化奶粉配方的优化提供依据。



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第二章氨基酸螫合物的制备
2.1引言
与人体营养有关的金属矿物元素,主要包括铁、锌、钙、铜、锰等。它们在人体中 含量虽然不高,但有着极其重要的生理作用,参与人体几乎所有的代谢过程。常规膳食 或饲料一般满足不了人和动物体对微量元素的需要,必须额外添加或强化。而金属元素 氨基酸螯合物作为新一代矿物营养强化剂,有着广泛的应用前景。 本实验在国内外对氨基酸螯合物研究现状的基础上,合成甘氨酸铁、甘氨酸锌、甘 氨酸钙、蛋氨酸铜和蛋氨酸锰。其中甘氨酸铁、锌、钙的合成工艺目前已经比较成熟, 故本实验只对蛋氨酸铜、蛋氨酸锰的合成工艺条件进行了探索,同时对五种螯合物的产 品组成、理化性质进行分析和测定。

2.2实验材料及设备
2.2.1实验材料
蛋氨酸(化学纯)

国药集团上海化学试剂公司 国药集团上海化学试剂公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司
国药集团化学试剂有限公司

甘氨酸(化学纯) 硫酸亚铁(化学纯) 氧化锌(化学纯) 氧化钙(化学纯)
硫酸铜(分析纯)

氯化锰(化学纯)
维生素C(分析纯)

国药集团化学试剂有限公司 江南大学设备处

工业酒精

2.2.2实.验设备
电子恒温水浴锅 喷雾干燥机QZR.5 可见分光光度计722 WF2000 红外光谱仪470FT.IR 深圳国华仪器厂

无锡市林州喷雾干燥机厂
上海尤尼柯有限公司 美国MICOLET NEXUS公司 美国Varian公司 北京四环科学仪器厂 上海市实验仪器总厂 APV公司 梅特勒一托利多仪器有限公司

火焰原子吸收光谱仪SpectmAA220 冷冻干燥机LGJ一10
电热真空干燥箱DZF.6021

均质机1 5MR一8TBA
pH计DELTA320

10

第二章氨基酸螯合物的制各

2.3实验方法
2.3.1氨基酸螯合物的制备工艺
2.3.1.1复合甘氨酸铁的合成工艺f35】
加入FeCl2

甘氨p溶解(水浴50。C)_

加抗氧化剂、充N2保护



调pH至5.5

合成


氢氧化钠

乙醇洗涤

成品+一喷雾干燥+—一沉淀._—一乙醇萃取
图2.1甘氨酸螯合铁的合成工艺
Fig.2—1 Processing procedure of glycine chelated ferrous





称取45 g的甘氨酸,用150 mL去离子水溶解在三颈烧瓶中,水浴加热至50℃恒温。

待甘氨酸完全溶解后,加入抗氧化剂(维生素C),同时充氮气使三颈瓶中溶液处于无 氧状态。加入39.76 g氯化亚铁,用40%氢氧化钠溶液调pH至5.5,反应15 min后,所 得反应液用乙醇处理得到沉淀,再用乙醇洗涤沉淀数次。向已达到水溶性良好要求的甘 氨酸螯合铁中加适量水溶解,再按照1:1(w:w)加入麦芽糊精、1.25%的抗氧化剂,在均
质压力为30 MPa条件下均质两次,再喷雾干燥得到产品。

2.3.1.2甘氨酸钙的合成工艺
在250 mL锥形瓶中加入约90 mmol甘氨酸,加热水100 mL,搅拌溶解,然后按照 配位比2:l加入CaO,在80℃水浴中反应2 h,边反应边搅拌,反应完后过滤除去反应 液中少许不溶物,将滤液冷冻干燥得到产品。

2.3.1.3甘氨酸锌的合成工艺
称取22.5 g甘氨酸于烧杯,加入100 mL去离子水,水浴加热至80℃恒温。待甘氨 酸完全溶解后,加入8.1 g氧化锌,边搅拌使其反应1 h。反应结束后,过滤弃去不溶物, 将滤液冷冻干燥得到产品。


2.3.1.4蛋氨酸铜的合成工艺
称取一定量蛋氨酸,加蒸馏水50 mL缓慢加热至基本溶解,加入30%的NaOH摇 匀。称取O.01 mol CuSO。?5I-120(2.50 g),加蒸馏水20mL使其溶解。将上述两溶液混 合,震荡15 min,抽滤,并用去离子水水洗涤几次,将所得沉淀室温真空干燥得到产品。

2.3.1.5蛋氨酸锰的合成方法
将4 mmol LiOH?H20溶解于50 mL无水乙醇中,震荡几分钟滤去不溶物并转入

江南大学硕士学位论文 250

mL的三口烧瓶,加入4 mmol蛋氨酸,水浴加热回流1.5 h后,氮气保护下,加入

MnCl。?4H20继续加热回流反应一段时间。将其冷却至室温,过滤并用无水乙醇洗涤沉 淀数次,将所得沉淀于室温干燥得到产品。 2.3.2氨基酸含量的测定 凯式定氮法测定。 2.3.3金属元素含量测定 2.3.3.1锌、钙、铜、锰含量测定:原子吸收法 2.3.3.2铁含量测定:邻菲哕啉比色法1361: 甘氨酸螯合铁中铁含量的测定: (1)总铁含量测定:样品溶液的准备:准确称取0.059左右的样品置于100 mL烧 杯中,加入2 mL浓盐酸,待样品完全溶解后,用去离子水定容至100 mL容量瓶中。 样品测定:准确吸取1 mL样品溶液于25 mL容量瓶中,按照标准曲线的操作步骤 测定吸光度,计算铁含量。 (2)亚铁含量测定【37】:准确称取O.05 g左右的样品置于100 mL烧杯中,加入2 浓盐酸,待样品完全溶解后,用蒸馏水定容至100 mL容量瓶中。取10 mL至150 分液漏斗中,加入1
mL mL mL mL

1:1的硫酸溶液,2 mL20%硫氰酸钾溶液,混匀。再加入30

无水乙醚,振摇提取由三价铁形成的硫氰酸铁,反复数次,直至乙醚层无色,除去乙醚 层。余下的水层转入100 mL容量瓶中,定容。 样品测定:准确吸取10 mL样品溶液于25 mL容量瓶中,按照标准曲线的操作步骤 测定吸光度。 2.3.3.2螯合率的计算(以金属元素计)

螫合靴,=甏鬻糕堋%
分别称取相同质量的复合甘氨酸铁和硫酸亚铁于敝口铝盒中,于空气中放置,定时

2.3.4甘氨酸螯合铁在水中的氧化稳定性 将本实验制备的甘氨酸螯合铁与硫酸亚铁分别配制成相同浓度溶液,放置一定时间, 定期取样测定溶液中亚铁/总铁的变化,观察比较亚铁氧化情况。 2.3.5甘氨酸螯合铁与硫酸亚铁的吸湿返潮性

测定其增重。 2.3.6红外光谱分析 KBr压片法,测定纯品蛋氨酸及蛋氨酸铜、蛋氨酸锰在4000
谱图。
cmd ̄400 cmd的红外

12

第二章氨基酸螫合物的制备

2.4结果与讨论
2.4.1蛋氨酸铜螯合工艺的选择
合成蛋氨酸铜的产物纯度及螯合率受多个因素的影响,如铜盐、蛋氨酸浓度、NaOH

添加量、配位比等,本实验研究了这些因素对产物组成及螯合率的影响。 2.4.1.1不同铜盐对螯合率及产品纯度的影响 分别以CuS04,CuCl2,CuAc2作为铜源,按照上述螯合方法分别进行螯合作对比
实验。结果发现所得产物螯合率相差很小;以CuS04和CuCh作为铜源所得产物的纯度

相当,而由CuAc2制的的产物纯度稍高,这可能是由于Ae‘更易溶于水从而被除去【38l。
考虑到硫酸铜更常见且价格较低,因此采用硫酸铜作为原料合成蛋氨酸铜。 表2.1不同铜源对产物组成及螯合率的影响
Tab.2.1 Effect of copper
source on

the constitute and yield of production

2.4.1.2

NaOH添加量对螯合率及产品纯度的影响

蛋氨酸的浓度不仅会影响反应速率,而且会影响产物螫合率。根据化学*衡原理, 蛋氨酸溶液浓度的降低,产物的螯合率呈上升趋势,但实际生产中浓度过低会导致设备
庞大、生产效率低,查阅资料蛋氨酸浓度为6%左右为宜。采用硫酸铜,在50 mL6%的

蛋氨酸溶液中,分别加入不同量30%NaOH合成,对所得的产品分析,结果如下表:
表2.2 NaOH添加量对产物组成及颜色的影响
Tab。2.2 Effect of increasing NaOH
on

the constitute and colour of production

NaOH作为去质子剂,‘其作用是使蛋氨酸中的羧基去质子化,故其添加量可以通过
影响蛋氨酸去质子化的程度来影响螯合反应p圳。添加量过少会导致螯合反应不充分,造

成资源浪费;添加量过大则会导致产物中混有Cu(OH)2沉淀。从表2.2可以看出,随着 NaOH添加量的增加,产物中铜的含量越来越高,产物的颜色由亮兰色逐渐变成墨绿色,
添加3.5 mL时铜含量已远远超过蛋氨酸铜中铜的含量,其中包括了部分Cu(On)2沉淀, 使产物纯度降低。因此确定为50 mL6%蛋氨酸溶液中加入3.25 mL 30%的NaOH为宜。

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2.4.1.3配位比对产物螯合率的影响 配位比即氨基酸与金属元素的摩尔比,是影响螯合反应的一个重要因素。配位比太 小,形成的螯合物不稳定;配位比增大螯合物的稳定性增强,但是螯合物稳定性过强, 将不利于动物体的吸收利用1401,同时会造成氨基酸浪费增加生产成本。每50 mL6%蛋 氨酸溶液中加入3.25 mL30%的NaOH,配位比为2:1时螯合率达到90.32%,之后继续 增大配位比螯合率几乎不再上升,因此确定最适配位比为2:1。
∞ 太
曝 墨


∞ ∞ ∞ 加
o l:l 2:1 3:1 4:1




司a



配位比

图2-2不同配位比对螯合率的影响

2…4 1 4产品溶解度的测定
溶解度,为3.93

Fig.2—2 Effect ofcomplex ratio

on

the yield ofproduction

称取蛋氨酸铜1 g左右于容量瓶中,加水100 mL,于37。C水浴中保温,间歇摇动6
mg/l 00 mL(37。C)。

h;

次日过滤,取滤液25 mL,*行3份,原子吸收法测定铜含量并计算蛋氨酸铜在37。C水中

2.4.2蛋氨酸锰螯合工艺的选择 在蛋氨酸锰的合成过程中,不同配位比、水浴温度、反应时间等因素都会影响产物 的螯合率,本实验主要考察了以上三个因素对螯合率的影响。 2.4.2.1反应温度对螯合率的影响

:k

舳 ∞ 如 ∞


爆 忑


术 \

镁}
巧Ⅱ



反应温度/'c

图2.3反应温度对螯合率的影响
Fig.2-3 Effect of temperature
on

the yield of production

14

第二章氨基酸螫合物的制备

温度是影响反应速率的重要因素。由图中可以看出,在温度较低时,随着反应温度
的升高,螯合率不断上升,当温度达到80℃时,螯合率达到89.91%。温度继续上升时, 螯合率不再发生明显改变,且温度过高会导致锰的氧化,增加生产成本,因此可以确定 80℃为最适反应温度。

2.4.2.2反应时间对螯合率的影响
时间也是影响反应的一个重要因素,反应时间过短,则底物不能充分反应;时间过 长造成能量资源浪费。从图中可以看出,反应时间小于90 min时,产物螯合率随反应
时间延长呈上升趋势,90 min时螯合率达到90%左右,之后延长反应时间螯合率几乎不

再变化。另外,反应时间过长也会导致锰发生氧化现象,增加生产成本,因此确定反应
时间为90
min。
100

矗80
耀 §60


意40
≈Ⅱ

榴20
O 0 50 100 150 200

反应时间/min

图2—4反应时间对螯合率的影响
Fig.2—4 Effect of reaction time
on

the yield of production

2.4.2.3不同配位比对螯合率的影响


蝤 态 亲 \ {;{卜
≈Ⅱ

潮 ∞舌;踟加∞的们∞加m


◇◇护◇略>◇◇ ’’
、’ ‘b‘

配位比

图2-5不同配位比对螯合率的影响
Fig.2—5 Effect of complex ratio
on

the yield of production

配位比即氨基酸与金属元素的摩尔比,是影响螯合反应的一个重要因素。配位比太 小,形成的络合物不稳定;配位比增大络合物的稳定性越强,但是络合物稳定性过强,
将不利于动物体的吸收利用,同时会造成氨基酸浪费增加生产成本。当反应温度为80

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℃,反应时间为90 min时,配位比为2:1时螯合率达到89.91%,之后继续增大配位比

螯合率几乎不再上升。因此确定最适配位比为2:1。 2.4.3氨基酸螯合物产品组成分析 2.4.3.1复合甘氨酸铁产品组成分析
表2.3甘氨酸铁产品组成
Tab.2.3 Constitute of glycine chelated ferrous

成分
总铁

质量分数(%)
9.90 8.1l 45.52 3.73 40.85

亚铁 甘氨酸 水分 麦芽糊精、盐等

2.4.3.2甘氨酸锌产品组成分析
表2.4甘氨酸锌产品(ZnOly3)组成分析
Tab.2.4
Constitute of glycine chelated zinc(ZnGly3)

2.4.3.3甘氨酸钙产品组成分析
表2.5甘氨酸钙产品(CaGly2)的组成分析
Tab.2.5
Constitute of glycine chelated calcium(CaGly2)

2.4.3.4蛋氨酸铜产品组成分析
表2.6蛋氨酸铜(CuMeh)产品组成分析
Tab.2.6
Constitute of methionine chelated

coppe(CuMet2)

2.4.3.5蛋氨酸锰产品组成分析
16

第二章氨基酸螫合物的制备

表2.7蛋氨酸锰(MnMet2)产品成分分析
Tab.2.7 Constitute of methionine chelated

manganese(MnMet2)

2.4.4复合甘氨酸铁在水中的氧化稳定性






硇 \ 《 茸

∞%∞踮∞佰伯鲇∞
O ZU 40 60

+甘氨酸铁

时间/h

+硫酸亚铁

图2.6甘氨酸铁在水溶液中的氧化稳定性
Fig.2-6 Oxidation stab.ility of glycine chelated ferrous in solution

相同浓度的硫酸亚铁和甘氨酸铁的水溶液在空气中放置48 h时,硫酸亚铁溶液中亚 铁/总铁从最初的93.68%降至75.53%,亚铁的氧化非常迅速;而甘氨酸螫合铁中亚铁/总

铁并没有明显的下降,表明合成的复合甘氨酸铁具有很好的氧化稳定性,其中的亚铁不
易氧化。

2.4.5复合甘氨酸螯合铁与硫酸亚铁的吸湿返潮性






蚓 霉



20

..40

60

+复合甘氨酸铁

时间/h

+硫酸亚铁

图2.7复合甘氨酸铁与硫酸亚铁吸湿性比较
Fig.2?7 Moisture absorption ability of glycine chelated ferrous and FeS04

17

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由图2.7可以看出,复合甘氨酸铁和硫酸亚铁在放置之处的几个小时内增重非常明 显,随着放置时间的延长,曲线趋于*稳,增重逐渐减少。但甘氨酸铁的吸湿增重均低 于硫酸亚铁,放置48 h时,甘氨酸铁增重率为1.17%,比硫酸亚铁(1.74%)低32.76%。 表明实验中制备的复合甘氨酸铁吸湿作用小,用于面粉营养强化剂、母乳化奶粉等低水 分活度食品可以延长其货架寿命。 2.4.6红外谱图分析与鉴定



●∞O

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3蛳2咖 '嘲D'啪
M■■’_■-●臼n"

图2.8蛋氨酸红外谱图

Fig.2—8 IR spectroscopy of methionine

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M■Hnn■-●‘靠砷

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1面

图2-9蛋氨酸锰红外谱图
Fig.2-9 IR spectroscopy of Mn(Meth

纯品蛋氨酸的红外谱图中,在3000 cm以左右有一宽吸收峰,且在1700 cm以附*有 强吸收峰,表明它含有一COOH结构;而螯合物中无此结构,说明螯合物中不存在游离

的蛋氨酸【4¨。螯合前后CHrS和CH3一S的对称和反对称吸收未发生变化,均出现在
2910

cm。附*,表明以上基团未参与螯合。图2.8中1)(NHs+)吸收带出现在2930 cm以
cmd

附*,而蛋氨酸与锰发生螯合后,这一吸收峰发生转移,分别在3260 cm"1和3365

出现1)d(NH2)和1)。ta(NH2)吸收峰;同时纯品蛋氨酸中羧基的C=O伸缩振动出现在
1580

ClTI-1附*,而螯合物中这一红移了35 cm"1,这是由于锰离子取代了一,与羧基与

形成了共价键【421。同时,蛋氨酸红外谱图在2100 cm。有oi,.氨基酸的特征吸收峰,而螯 合以后此特征吸收峰则消失【4们。
18

第二章氨基酸螯合物的制备

对产物组成进行分析得知,锰含量为15.47%,蛋氨酸含量为84.05%,结合元素分
析和红外谱图可以确定蛋氨酸螯合锰的化学组成为Mn(Met)2。

图2.10蛋氨酸铜红外谱图
Fig.2?1 0 IR spectroscopy of

Cu(Met)2

纯品蛋氨酸的红外谱图中,在3000 cm_左右有一宽吸收峰,且在1700 cm以附*有 强吸收峰,表明它含有.COOH结构;而螯合物中无此结构。图2.8在2500
缩振动由1600 cm。1移至1680
cm‘1-3100 cm。1

有强宽吸收谱带,且在2100 cmd附*有弱吸收,表明含有NH3+;而图2一lO中N—H伸

cm~,红移了80cm‘1左右表明螯合物中含有圳2【43J。两

图中,CH广S和CH3.S的对称和反对称吸收未发生变化,均出现在2910 cm"1附*,
表明以上基团未参与螯合。蛋氨酸中羧基的C=O伸缩振动出现在1580 cm。1附*,而螯 合物中这一吸收红移了50 cm~,这是由于羧基与铜离子形成了共价键。同时,氨基酸红 外谱图在2100 cm。1有a.氨基酸的特征吸收峰,而螯合以后此特征吸收峰则消失。

对合成的产物组成进行了分析,其中铜含量为17.01%,蛋氨酸含量为80.95%,结
合元素分析和红外谱图可以确定蛋氨酸螯合铜的化学组成为Cu(Met)z。

2.5本章小结
本章合成了五种氨基酸螯合物,其中对蛋氨酸铜和蛋氨酸锰的合成工艺进行了研 究,得到的主要结论如下: 1.合成了纯度较高的复合甘氨酸铁、甘氨酸锌和甘氨酸钙。其中复合甘氨酸铁具有很 好的氧化稳定性,吸湿返潮性低于硫酸亚铁。
2.

以蛋氨酸和氯化锰为原料合成蛋氨酸锰,最佳工艺条件为:配体摩尔比2:1;反应温 度80。C,反应时间90 min,产品螯合率为89.91%。产物组成及红外光谱分析可知, 产物化学组成为Mn(Met)2。 以蛋氨酸和硫酸铜为原料合成蛋氨酸铜,最佳条件为:配体摩尔比2:1;每50mL6%
蛋氨酸溶液加入3.25mL 30%的NaOH,产品螯合率为90.32%。产物组成及红外光

3.

谱分析可知,产物化学组成为Cu(Met)2。

19

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第三章螯合物在面粉营养强化剂中的应用
3.1引言 2002年10月18日,国家公众营养改善项目办公室、公众营养与发展中心组织国内 营养专家,参照国际营养强化的标准,确定了我国面粉营养强化的推荐配方即“7+1”方
案。2003年9月起,国家已经开始在兰州进行面粉营养强化试点,目前已取得显著效果。 随国家在全国面粉中采取强制性强化标准,面包、饼干、挂面等食品原料都要逐步使用 营养强化面粉。 面粉营养强化剂是以矿物质与微量元素、维生素为主要原料制成,可以直接与面粉

以一定比例混合得到符合标准的营养强化面粉。硫酸亚铁、硫酸锌等无机盐是面粉营养 强化剂中最便宜的矿物元素添加物,但贮藏过程中,硫酸亚铁会很快被氧化,且容易催 化维生素的氧化降解;EDTA铁理化稳定性好,但络合稳定常数过高不易被人体吸收利
用:而氨基酸螯合物(甘氨酸铁、甘氨酸锌)不易发生拮抗,铁的氧化稳定性明显优于

硫酸亚铁,且对维生素的破坏作用也较小,可在面粉中长期贮藏。 针对以上问题,本实验根据“7+1”营养强化组方制备0.59/00面粉营养强化剂,根据铁 源、锌源的不同分成无机组、有机组、螯合组和混合组,研究室温及45"C储藏过程中亚
铁氧化率以及维生素A、维生素Bl、维生素B2、烟酸、叶酸保留率的变化情况。

3.2实验材料与设备
3.2.1实验材料
面粉 维生素A 维生素B1 维生素B2 烟酸 叶酸 泰兴市纷华面粉有限公司

浙江医药股份公司
浙江天心制药厂 上海迪赛诺公司 上海迪赛诺公司 上海迪赛诺公司

3.2.2实验设备
旋涡振荡器 液相色谱仪Agilentl 100 上海医科大学仪器厂 美国Agilent公司

3.3实验方法
3.3.1面粉贮藏实验
(1)面粉营养强化剂的制备

20

第三章螫合物在面粉营养强化剂中的应用

根据“7+1”营养强化组方,制备了0.50/60面粉营养强化剂。其中谷物及其制品中各种 营养素的添加量见表3.1。由于钙的添加量较大,可以直接添加到面粉中,因此本实验

只加入除钙之外的七种营养素。同时,根据不同的铁源和锌源本课题制备了无机组、有 机组、螯合组、混合组四组对照,分别以相同浓度添加得到四组面粉营养强化剂。
表3.1
100

g面粉营养强化剂中各组分添加量(曲

Tab.3.1 Content of nutrients in 1 00 g flour fortificant(g)

注:

(1)无机组中的铁源为七水合硫酸亚铁,锌源为硫酸锌 (2)有机组中的铁源为EDTA.Fe,锌源为L一乳酸锌 (3)螯合组中的铁源为甘氨酸铁,锌源为甘氨酸锌 (4)混合组中的铁源为EDTA.Fe,锌源为甘氨酸锌

混合:按上述配方称好后,按照先大量组分后少量组分置于充氮气的塑料袋,来回 摇晃15分钟,使其充分混匀。 (2)面粉营养强化剂的储藏方案 将以上四种面粉营养强化剂分为两部分贮藏: 1.取出I/2置于自封袋中室温贮藏; 2.剩余1/2置于自封袋中于恒温箱中45℃加速贮藏。 上述样品每隔一定时间取出一部分测定一次其中的亚铁和总铁含量,比较甘氨酸螫 合铁、硫酸亚铁不同铁源中亚铁的氧化情况;同时测定并比较不同面粉营养强化剂中维 生素A、维生素Bl、维生素B2、烟酸、叶酸保留率。

3.3.2面粉营养强化剂亚铁占总铁比例的测定
(1)样品预处理 高铁与亚铁的分离:称取1 g面粉营养强化剂于离心管中,加入8 mLl mol/L盐酸 充分振摇以溶出其中的铁离子或者螯合铁,3000 r/min离心20 min,离心后的液体略显 浑浊,将此悬浮液等分。一份用于总铁的测定,另一份用于萃取后亚铁的测定。 (2)铁的测定

亚铁的测定:上述样品处理后所得的:晷:浮液一份放入分液漏斗中萃取,加入1:l硫
2l

江南大学硕士学位论文

酸溶液1 mL,20%硫氰酸钾溶液2 mL,混匀,溶液呈红色:加入乙醚30 mL,振摇提 取由三价铁形成的硫氰酸铁,反复数次,直至乙醚层无色;除去乙醚层。余下的水层, 包括固形物,移入坩埚,在水浴中蒸干。再用小火炭化,然后在5509C下灰化3 ̄4 h,灰 分加浓盐酸l mL,仔细搅拌至溶解,用水稀释后移入25 mL容量瓶中,再用水反复洗 涤坩埚,洗液并入容量瓶中(必要时过滤)。按照标准曲线方法测定吸光值,计算亚铁 含量。 总铁的测定:将余下的另一份悬浮液,同样在坩埚中先在水浴中蒸干,再用小火炭 化,以下步骤同亚铁测定方法。 (3)亚铁氧化率的计算

亚铁氧化率c%,=茎塑塑{差≤等斋主襄雾笋×t。。%
面粉营养强化剂贮藏过程中亚铁氧化率: 3.3.3水溶性维生素含量的测定
样品处理脚r 45】:准确称取1 g面粉营养强化剂,加入80 mL去离子水,振摇使其充 分混匀。准确移取1/2于100 mL棕色容量瓶,加入2 mol/L氢氧化钠溶液4 mL,剧烈

震荡。再加入50

mL 1

mol/L的磷酸缓冲液(pH 5.5),使体系最终pH降为7。用去离子

水定容至刻度。于室温超声水浴处理10 min,将所得溶液通过0.22 pm醋酸纤维素膜过 滤后高效液相测定烟酸、叶酸、维生素B1、维生素B2的含量。 色谱条件: 分析柱: 流动相:
Zorbax Eclipe XDB C 1 8 4.6×250 mm

O.05mmol/L庚烷磺酸钠(A) 90(A) 30(A) 30(A) 90(A)

甲醇(1 oo%)(B) 10(B) 70(B) 70(B) 10(B)

梯度洗脱:0 min
15 min 18 min 20 min

流速: 检测器: 柱温: 进样量:

l mL/min

紫外波长=270
30℃
lO“L

nm

3.3.4维生素A含量的测定 样品处理【46】:准确称取l g面粉营养强化剂样品,加入5 111L去离子水,旋涡震荡
使其充分混匀。准确移取1/5于离心管,加入3 mL无水乙醇,震荡3 min,再加入1 mL 正己烷,振摇1 min,静置约5 min后加入3 mL饱和NaCI溶液来回震荡1 min以促进 溶剂分离,将上述混合液于室温3000 r/min离心5 rain,上清液中正己烷相通过0.22 llm
22

第三章螯合物在面粉营养强化剂中的应用

醋酸纤维素膜过滤后收集到棕色瓶中,高效液相色谱测定。 色谱条件:
分析柱:Diamonsil
C1 8 4.6x250 mill

流动相:甲醇(100%) 流速:
l mL/min
nln

检测器:紫外波长=325 柱温:
30℃

迸样量:10皿

3.4结果与讨论
3.4.1面粉营养强化剂储藏过程中铁的变化情况 根据不同的铁源和锌源,本实验制备了以下四组面粉营养强化剂:①无机组:硫酸 亚铁+硫酸锌;②有机组:EDTA.Fe+L.乳酸锌;③螯合组:复合甘氨酸铁+甘氨酸锌; ④混合组:EDTA.Fe+甘氨酸锌。由于无机组及螯合组中铁大部分是以亚铁形式存在,
故考察了它们两组在储藏过程中亚铁的氧化稳定性,结果如下图:
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+无机组 +螯合组
图3-1面粉营养强化剂45℃储藏时亚铁/总铁的变化
Fig.3?1 The ferrous content change in flour

储藏时间/d

fortificant

during storage at 45"C

如图3.1,贮藏初期,无机组面粉营养强化剂中亚铁/总铁为93.68%,而螫合组仅为 81.09%。经过28天45℃加速储藏后,螯合组面粉营养强化剂中亚铁/总铁降至58.43%, 亚铁的氧化率为27.94%;而无机组面粉营养强化剂中亚铁/总铁降为46.04%,亚铁氧化
率高达50.85%,即加速储藏28天时已经有超过一半的亚铁氧化为三价铁。面粉中甘氨

酸螯合铁的亚铁/总铁下降趋势为一条*滑的曲线,且无机组面粉营养强化剂中亚铁氧化 速率明显高于螯合组。由此可见,作为铁强化剂添加至面粉中,螯合铁的氧化稳定性要 明显优于硫酸亚铁。

江南大学硕士学位论文
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+无机组

储藏时间/d

+螯合组

图3-2面粉营养强化剂室温储藏时亚铁^总铁变化情况
Fig.3-2 The ferrous content change in flour fortificant during storage at room temperature

由图3.2可知,面粉营养强化剂在室温储藏120天时,无机组亚铁/总铁已经从

93.68%降为8.69%,亚铁的氧化率达到了90.72%,即绝大部分的亚铁已经氧化为三价铁; 而螯合组亚铁/总铁从81.09%降为13.58%,亚铁氧化率为83.25%。 室温储藏30天时,无机组和螫合组面粉营养强化剂中亚铁/总铁分别为57.64%和
65.47%,亚铁保留率均高于45℃加速储藏相同时间的无机组和螯合组(46.04%和

58.43%)。由此可见,亚铁氧化速率与储藏温度有关,储藏温度越高,亚铁氧化速率越 快。
无论是室温还是45。C储藏,亚铁氧化都很明显,这可能是由于储藏环境湿度较大,

而且袋子密封性不理想,很容易造成亚铁的氧化。因此,面粉营养强化剂应在干燥、阴
凉的环境保存。

3.4.2面粉营养强化剂储藏过程中烟酸含量变化情况
烟酸亦称维生素PP,为尼克酸和尼克酰胺的总称,是人体的必需营养素,是辅酶 及辅酶II的构成部分,为细胞呼吸所必需,以辅酶形式参与体内很多代谢过程。



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无机组

有机组

螯合组

混合组

图3—3营养强化面粉添加剂45"C储藏30天时烟酸保留率
Fig.3?3 Retention rate of nicotinic acid in flour fortificant after storage at 45*(2 30 days

24

第三章螯合物在面粉营养强化剂中的应用

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无机组

有机组

螯合组

混合组

图3-4面粉营养强化剂室温储藏120天时烟酸保留率
Fig.3—4 Retention rate of nicotinic acid in flour fortificant after storage at

room temperature

120 days

通过面粉营养强化剂室温及45"C力11速储藏后烟酸的含量变化可以发现,45℃储藏 30天及室温储藏120天后,四组烟酸保留率非常相似,都接*100%,表明烟酸非常稳 定,不同的铁源、锌源对于烟酸并无影响。烟酸用于面粉营养强化稳定性令人满意。 3.4.3面粉营养强化剂储藏过程中叶酸含量变化情况 叶酸(folate)是指具有一类与叶酸(蝶酰基.L.谷氨酸)类似的化学结构和营养活 性物质的总称。在未添加微量元素的强化食品和预混料的加工和储藏过程中,叶酸具有 很好的保留率,它在低水分含量的食品的储藏过程中很少降解。但食品体系中存在氧化
剂或还原剂时,叶酸的C9-N10键会发生断裂,从而导致叶酸失活【471。
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+无机组+有机组+螯合组—-混合组
图3—5面粉营养强化剂45"C储藏时叶酸的变化情况
Fig.3?5 Content change of folate in flour fortificant during storage at 45。C

储藏时间/d

由面粉营养强化剂储藏过程中叶酸的变化曲线可知,室温储藏120天后,无机组,
有机组,螯合组和混合组中叶酸的保留率分别为9.29%,10.79%,12.1%,9.61%。可以 发现叶酸氧化降解速率非常快,这是由于食品体系中的离子组分会显著影响叶酸的稳定

25

江南大学硕士学位论文

性,已知的金属催化剂(如Cu(II)、Fe(III))可以加速叶酸的氧化降解【4引。其中Fe(III) 催化的氧化反应为:四氢蝶啶(如四氢叶酸)_二氢蝶啶(如二氢叶酸)_完全氧化的 蝶啶(如叶酸),但目前不同金属催化效率差异的原因尚不了解。
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+无机组+有机组+螯合组+混合组
图3-6面粉营养强化剂室温储藏时叶酸的变化情况
Fig.3—6 Content change of folate in flour fortificant dudng storage at room temperature

储藏时间/d

四组对比可以发现,无机组面粉营养强化剂中叶酸降解速率最高,混合组和有机组 次之,螯合组最低。这是由于无机组中硫酸亚铁极易吸收空气中的水分和氧气而氧化为 三价铁,使体系中Fe(IH)离子迅速增加进而催化叶酸降解;有机组中EDTA.Fe稳定常 数在1016,~1028,不易释放其中的铁离子,故较无机组不易催化叶酸氧化降解;螯合组 中由于甘氨酸螯合铁中,铁与甘氨酸形成螯合的环状结构,铁离子处在螯合环中心不易 被氧化为三价铁,因此其对叶酸催化降解的能力最低。 不同储藏温度的曲线对比可知,45℃加速储藏30天后四组面粉营养强化剂中叶酸 的保留率分别为10.16%,19.21%,44.95%和14%;而室温储藏30天时相应组别的样品 中叶酸保留率分别为15.34%,16.77%,41.19%和15.88%,二者之间相差很小,表明温 度对叶酸稳定性影响很小。 3.4.4营养强化面粉储藏过程中维生素Bl含量变化情况 维生素Bl又称硫胺素或抗神经炎素(Thiamin)。由嘧啶环和噻唑环结合而成的一 种B族维生素,有引湿性,露置在空气中易吸收水分。pH在3.5时可耐100℃高温,当
pH大于5时易失效。

26

第三章螯合物在面粉营养强化剂中的应用




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+无机组+有机组+螯合组+混合组
图3.7面粉营养强化剂室温储藏时维生素Bl的变化情况
Fig.3—7 Content change ofVBl in flour fortificant during storage at room temperature

储藏时间/d

由上图可以看出,室温储藏过程中,有机组、螯合组及混合组面粉营养强化剂中维
生素Bl的降解非常缓慢,储藏120天时维生素B1的保留率分别为91.86%,92.86%和

92.14%,三者保留率非常接*;而无机组中维生素B1降解较快,120天时保留率降为
7】.28%。 加



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+无机组 +有机组 +螯合组 +混合组
图3-8面粉营养强化剂45。C储藏时维生素BI的变化情况
Fig.3—8 Content change of Vm in flour fortificant during storage at 45℃

储藏时间/d

不同温度储藏的面粉营养强化剂对比可以发现,45℃加速储藏30天时有机组、螯
合组及混合组样品中维生素Bl的保留率均在90%以上,但低于室温储藏30天时的保留

率;而无机组中维生素Bl保留率为72%。这是由于维生素Bl在室温、低水分活度时极
为稳定。相对于有机组和螯合组,无机组面粉营养强化剂中的硫酸亚铁极易吸收空气中 的水分和氧气,导致体系水分活度升高,加速维生素B1降解。

在45℃时,维生素B1开始加速降解,尤其是当水分活度为O.4或更高时(即高于 水分活度为0.24的单分子层水分值时),维生素Bl的降解急剧加速。但面粉体系中水分 活度在O.2以下【4州,故维生素Bl降解速率虽然较室温加快,仍然相对较慢。另外,面粉
27

江南大学硕士学位论文

中的碳水化合物和蛋白质可以降低加热时维生素Bl的降解速率,部分原因是蛋白质与 硫胺素的硫醇形式生成混合二硫化合物,此反应能延缓硫胺素的进一步降解。 硫胺素的降解存在着几个可能的机制,有时几种机制同时起作用。由于有机组、螯 合组和混合组维生素Bl降解程度非常小,故只对无机组面粉营养强化剂中维生素Bl的
降解动力学进行了研究,对其进行回归分析可知维生素Bl的降解符合一级动力学,呈

指数衰减规律,这与文献报道是一致的,降解的动力学方程见表3.2。
表3.2无机组中维生素Bl降解的动力学方程
Tab.3.2 Degradation kinetic equation OfVBl in inorganic fortificant

3.4.5营养强化面粉储藏过程中维生素B2含量变化情况 维生素B2又名核黄素(riboflavin),是一类具有核黄素生物活性物质的总称。核黄 素对热稳定,不受空气中氧的影响,在酸性介质中稳定,在中性pH稍不稳定,在碱性
介质中则快速降解。 将四组营养强化面粉添加剂分别在室温和45。C储藏,每隔一定时间测定维生素B2 的含量,比较研究不同组别维生素B2的保留率。测定结果如下:
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+无机组+有机组+螯合组---0--混合组
图3-9面粉营养强化剂室温储藏时维生素B2的变化情况
Fig.3—9 Content

储藏时间/d

change

of Vm in flour fortificant during storage at room temperature

28

第三章螫合物在面粉营养强化荆中的应用


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+无机组 +有机组+螯合组+混合组
图3.10面粉营养强化剂45℃储藏时维生素B2的变化情况
Fig.3—10 Content change ofVa2 in flour fortificant during storage at 45℃

储藏时间/d

由图中可以看出,四组营养强化面粉添加剂在室温储藏120天后维生素B2的保留 率相差不大,都在80%左右,具有较好的稳定性。维生素B2的降解不受金属离子的影

响,但对光非常敏感,其典型降解机制为光化学过程,若将其暴露于可见光下可产生自
由基。核黄素光解生成超氧化物和核黄素自由基(R?),02与R.反应形成过氧化自由基 和其他产物。实验中所用自封袋避光性能欠佳,从而导致了核黄素的降解。

两种温度储藏的添加剂对比可知,45*(2储藏的四组营养强化面粉添加剂中维生素
B2的降解速率略高于室温储藏的相应组别。维生素B2是耐热的,并且不受大气中氧的 影响,光线强度是决定维生素B2降解速度的主要因素,这可能两种储藏环境的光强度 差异导致的,因此面粉营养强化剂需要避光保存。

3.4.6面粉营养强化剂储藏过程中维生素A的变化情况
维生素A是一种脂溶性维生素,对酸及碱均较稳定,但遇氧、热易被破坏,其氧化

降解与不饱和脂肪的氧化降解类似,凡是促进脂质氧化的因素同样加速维生素A的氧化 【501。无机金属盐中的游离金属离子为单线态氧和过氧化自由基的产生提供条件,进而促
进维生素A的氧化降解。 将四组面粉营养强化剂分别在室温和45℃条件下储藏,每隔一定时间测定维生素A 保留率,测定结果如下图:

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江南大学硕士学位论文

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o无机组

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△螯合组

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图3-11面粉营养强化剂室温储藏时维生素A变化情况
Fig.3—1 1 Content change ofVA in flour fortificant during storage at room temperature

由图3.1l可以看出,室温储藏过程中无机组面粉营养强化剂维生素A的氧化降解
速度最快,储藏120天后仅剩16.75%;有机组和混合组次之,分别为23.75%和24.25%;

螯合组维生素A氧化降解速度最慢,储藏120天时维生素A保留率为30%。这是因为
无机组面粉营养强化剂中铁锌强化剂均为游离的金属离子,尤其是有还原能力的亚铁离

子,极易吸收空气中的氧气和水分氧化为三价铁,为单线态氧和过氧化自由基的产生提 供了条件,引发了维生素A的氧化降解;螯合组中由于甘氨酸螯合铁中,铁与甘氨酸形
成螯合的环状结构,铁离子处在螯合环中心不易被氧化从而具有更好的氧化稳定性,不 易催化维生素A的氧化降解。螯合组与混合组对比发现,EDTA.Fe催化维生素A降解

的能力稍次于甘氨酸螯合铁,也具有更好的稳定性,但由于其螯合常数(约为1016,..一1028) 过强使铁元素不能被人体有效利用。因此作为铁强化剂,氨基酸螯合铁性能优于
EDTA.Fe和硫酸亚铁。
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储藏时间/d
o无机组 D有机组 △整合组 。混合组

图3.12面粉营养强化剂45"C储藏时维生素A变化情况
Fig.3—1 2 Content change Of VA in flour fortificant during storage at
30

第三章螫合物在面粉营养强化剂中的应用

两图对比可以看出,加速储藏时四组样品中维生素A的氧化降解速率要明显高于室 温储藏。储*谕常疤焓保椅麓⒉氐奈藁椤⒂谢椤Ⅱ献楹突旌献榈谋A袈 分别为50.25%,55.5%,61.25%,56.5%;而45℃加速储藏的保留率分别为19.75%,27%, 33.5%和32.75%。这是因为在氧气存在的情况下,温度升高会促进维生素A的降解。 维生素A的氧化降解符合一级反应特征,呈指数衰减规律【511,对数据进行回归分 析可以得到其降解的动力学方程,结果如表3.3:
表3.3维生素A降解的动力学方程
Tab.3.3 Degradation kinetic equation

of昀in

flour fortificant

3.5本章小结
本章研究了不同铁源和锌源的面粉营养强化剂在室温及45"C储藏过程中维生素B1、 维生素B2、烟酸、叶酸及维生素A的变化情况,同时比较了甘氨酸铁和硫酸亚铁的亚
铁氧化稳定性,得到的主要结论如下: 1.甘氨酸铁的氧化稳定性好于硫酸亚铁,螯合组亚铁氧化率明显低于无机组,更适于 做铁强化剂。温度升高会加速铁的氧化。 2.烟酸自身非常稳定,室温及45℃储藏后保留率均接*100%,强化结果令人满意。 3.金属离子催化降解叶酸的能力很强,四组面粉营养强化剂中叶酸降解均非常明显, 但螫合组叶酸保留率仍高于其他三组。 4.无机组面粉营养强化剂中维生素Bl降解较快,而其他三组的保留率均在90%以上。 温度升高会加速维生素Bl降解。回归分析可知维生素Bl的降解符合一级动力学, 呈指数衰减规律。 5.维生素B2的保留率无机组最低,螯合组最高,混合组和有机组稍次于螯合组。储藏

江南大学硕士学位论文

温度升高,维生素B2的降解速率略有升高。
6.游离的金属离子可以催化维生素A的氧化降解,故维生素A的保留率为螯合组最高,

有机组和混合组次之,无机组最差。储藏温度升高时,维生素A的降解速率也会加
快。维生素A的降解符合一级动力学,呈指数衰减规律,回归分析得到了其降解的 动力学方程。

第四章螯合物在母乳化奶粉中的应用

第四章螯合物在母乳化奶粉中的应用
4.1引言 母乳化奶粉,又称配方奶粉,是在普通奶粉的基础*凑漳溉橛煞趾陀ざ杂
养素的需要量而调制的乳制品。母乳化奶粉去除了部分酪蛋白,增加了乳清蛋白;去除

了大部分饱和脂肪酸,加入了植物油,从而增加了不饱和脂肪酸,降低了矿物质含量, 以减轻婴幼儿肾脏负担;另外还添加了铁、锌、钙、铜、锰等矿物元素,以及多种维生 素、某些氨基酸等,使之更接*人乳以满足婴幼儿生长发育的生理需求【521。 目前母乳化奶粉最常用的矿物元素强化剂为硫酸亚铁、碳酸钙、硫酸锌等无机矿物 盐。但吸收利用率低,理化稳定性差,更突出的问题是营养元素之间存在相互拮抗作用, 微量元素对维生素(如VA、VE)的催化氧化、降解作用【5引,钙对锌的吸收抑制作用等,
使活性成分生物效价降低,产品保质期缩短。而氨基酸螯合物作为新型矿物元素添加剂,

具有化学性质稳定、生物效价高等优点,更重要的是对维生素、不饱和脂肪酸等活性成 分的影响较小,在体内能减少与其它微量元素和常量元素的拮抗,可以添加到母乳化奶
粉中。

针对以上问题,本章主要将五种氨基酸螯合物(复合甘氨酸铁、甘氨酸锌、甘氨酸 钙、蛋氨酸铜、蛋氨酸锰)、无机盐(硫酸亚铁、硫酸锌、碳酸钙、硫酸铜、氯化锰)
作为矿物元素强化剂,同时将维生素A、维生素C、维生素E按标准添加到奶粉中,通 过比较研究不同组别母乳化奶粉储藏过程中亚铁氧化稳定性、维生素保留率及体系过氧

化值的变化情况,考察了氨基酸螯合物在母乳化奶粉中的应用性能。

4.2实验材料与设备
4.2.1实验材料
全脂奶粉 维生素C 维生素A微胶囊 维生素E微胶囊 完达山乳品有限公司 国药集团化学试剂有限公司 无锡华诺威动物保健品有限公司 无锡华诺威动物保健品有限公司

4.2.2实验设备
可见分光光度计722 WF2000 液相色谱仪Agilentl 100 上海尤尼柯有限公司 美国Agilent公司

4.3实验方法
4.3.1母乳化奶粉的储藏实验
(1)母乳化奶粉的制备

旺雨大学坝士学位论文

按照母乳化奶粉营养成分表添加了铁、锌、钙、铜、锰以及维生素A、维生素C、 维生素E。其中铁的添加量为1
1 mg/100

g奶粉,锌的添加量为7

mg/100

g奶粉,钙的

添加量为300 mg/100 g奶粉,铜的添加量为500牡#100 g奶粉,锰的添加量为25 gg/1009

奶粉,维生素A添加量为2500 生素E添加量为5
IU/100

IU/100

g奶粉,维生素C添加量为50mg/100 g奶粉,维

g奶粉。

同时,为了考察不同矿物元素来源稳定性及对母乳化奶粉中维生素保留率的影响, 本实验做了三组对照,各种营养素分别以相同浓度添加到奶粉中。 三组配方分别如下:

无机组:
混合组:

奶粉+硫酸亚铁+氧化钙+硫酸锌十硫酸铜+氯化锰+VA+Vc+VE

螯合组:奶粉+甘氨酸铁+甘氨酸钙+甘氨酸锌+蛋氨酸铜+蛋氨酸锰+VA+Vc+VE
奶粉+EDTA-Fe+乳酸钙+乳酸锌+蛋氨酸铜+蛋氨酸锰+VA+Vc+VE

(2)母乳化奶粉的储藏方案 将以上三组混合好的母乳化奶粉分为两部分贮藏: 1.取出1/2置于塑料袋中室温贮藏:
2.剩余1/2置于同样的塑料袋中于恒温烘箱中45"C*H速贮藏。

上述产品每隔一定时间取出一部分测定其中的亚铁和总铁含量,比较甘氨酸螯合
铁、硫酸亚铁不同铁源中亚铁的氧化情况;同时测定并比较不同组母乳化奶粉中维生素

A、维生素C及维生素E的保留率。 4.3.2母乳化奶粉中亚铁站总铁比例的测定
(1)样品预处理 母乳化奶粉预处理:称取10 g母乳化奶粉,处理方法与面粉营养强化剂相同。

(2)铁的测定 同面粉营养强化剂。
(3)亚铁氧化率的计算公式

①母乳化奶粉贮藏过程

亚铁氧化率=茎翌堕理翟兹篱篱孟蓦萝慧产×?。。%

亚铁氧化率=垫三萱号筹皇等舅主簇蒉胖×,。。%
②母乳化奶粉冲调过程 4.3.3母乳化奶粉中维生素A含量的测定
样品处理146]:称取20 g母乳化奶粉样品,加入80 mL去离子水,旋涡震荡约5
min

使其充分混匀。准确移取2 mL上述混合液于10 mL离心管中,加入3 mL无水乙醇, 震荡3 min,再加入l mL正己烷,振摇1 min,静置约5 min后加入3 mL饱和NaCl溶 液来回震荡1 min以促进溶剂分离,将上述混合液于室温3000 r/min离心5 min,上清液
34

第四章螯合物在母乳化奶粉中的应用

中正己烷相通过O.22 gm醋酸纤维素膜过滤后收集到棕色瓶中,高效液相色谱测定。 色谱条件同面粉营养强化剂中维生素A的测定。

4.3.4母乳化奶粉中维生素C含量的测定(2,4.二硝基苯肼比色法)
样品处理:称取5 g奶粉样品,用5%的三氯乙酸定容至100 mL,摇匀,过滤。取
50 25

mL滤液加入0.1 g活性炭振摇l min,过滤。弃去最初数毫升滤液后,收集10 mL于

mL棕色容量瓶,用2%硫脲定容至刻度,摇匀。
取三只试管,每只加入以上样品稀释液4 mL,按照标准曲线测定步骤进行显色反

应,测定吸光值,计算抗坏血酸含量。

4.3.5母乳化奶粉中维生素E含量的测定 样品处理方法同维生素A。
色谱条件:分析柱:Symmetry
C1 8 4.6x250 rain

流动相:甲醇(100%)

流速: 柱温:

l mL/min
nnl

检测器:紫外波长=325
30℃
p,L

进样量:10

4.3.6母乳化奶粉过氧化值的测定 (1)母乳化奶粉中脂肪的提取:Rose—Gottlieb法f54,55’56】 (2)POV值的测定:国标法,GB/T
5535.1995

4.3.7蛋氨酸铜、蛋氨酸锰对油脂的催化氧化作用
45 4C烘箱法【57】:将所有油样置于45。C恒温箱中保存,每隔48

h测定油脂的过氧化

值。 油样处理:准确称量油样十份,每份100 g,分别添加以下物质:猪油+蛋氨酸锰;

菜籽油+蛋氨酸锰;猪油+氯化锰;菜籽油+氯化锰;猪油+蛋氨酸铜;菜籽油+蛋氨酸 铜;猪油+硫酸铜;菜籽油+硫酸铜;猪油+空白;菜籽油+空白。蛋氨酸锰、蛋氨酸铜、 硫酸铜及氯化锰均按油样质量的0.02%添加。置于45。C恒温箱中放置,定期取样测定油
脂的过氧化值。

4.3.8母乳化奶粉冲调前后亚铁氧化情况的变化
准确称取5 g母乳化奶粉,按照每5 g奶粉加35 mL水的比例,用80。C热水冲调。 分别测定冲调前后亚铁/总铁的变化情况。

江南大学硕士学位论文

4.4结果与讨论
4.4.1蛋氨酸锰、铜对油脂的催化氧化 油脂储藏过程中氧气、紫外线、水等外界因素都会引起脂肪酸,尤其是不饱和脂肪 酸的氧化酸败。铜、铁、锰等金属离子会导致羟基自由基的产生,羟基自由基是已知最 强的氧化剂,反应性极强,它几乎可以和油脂中存在的所有成分发生反应【5引。油脂中或 多或少都存在脂质过氧化氢,铜离子、锰离子均可以加速脂质过氧化物的分解速率,并 且与脂质过氧化氢反应使得O—O键断裂,产生脂氧自由基RO?和脂过氧自由基ROO?, 从而加速油脂的氧化酸败【591,过氧化值升高。
7 6 5 4 3

. ∞_.口∞暑\>。皿 2
l 0 O 2 4 6 8 10 12

+空白组+蛋氨酸锰组+氯化锰组
图4.1猪油POV随储藏时间的变化
Fig.4-l Change of POV of lipids during storage 2 O 8 6 4 2 O
O Z 4 6 8 lO 12

贮藏时间/d

. ∞)I.口∞昌\>o山

+空白组 +蛋氨酸锰组+氯化锰组
图4.2菜籽油POV随储藏时间的变化
Fig.4-2

贮藏时间/d

Change

of POV of vegeTab.1e oil during storage

从图中可以看出,添加了氯化锰的猪油过氧化值很快升高,到第8天,过氧化值就 迅速上升到5.78 meq/kg,而添加蛋氨酸螫合锰的猪油此时过氧化值仅为2.58
meq/kg,

与空白的POV值非常接*;添加了氯化锰的菜籽油过氧化值在第八天达到lO.5,而添

第四章螯合物在母乳化奶粉中的应用

加蛋氨酸锰的菜籽油为7.75,比空白组(6.56)略高,但明显低于添加氯化锰的油脂。

添加了蛋氨酸铜和硫酸铜的猪油、菜籽油也有同样的变化趋势。表明实验合成的蛋氨酸 铜、蛋氨酸锰中铜、锰几乎全部以蛋氨酸螯合物的形式存在,有很好的稳定性,较无机
盐不易催化食品中油脂的氧化反应。
7 6 5 4 3

,∞工.口∞吕\>o钆 2
l 0 0 2 4 6 8 10 12

+空白组+蛋氨酸铜组+硫酸铜组
图4-3猪油POV随储藏时间的变化
Fig.4—3 Change of POV of lipids during storage 2

储藏时间/d



lO 8 6 4 2 0
O 2 4 6 8 10 lZ

一.髓)I.口。暑\>。乱

+空白组 +蛋氨酸铜组 +硫酸铜组
图4.4菜籽油POV随储藏时间的变化
Fig.4?4

储藏时间/d

Change

of POV of vegeTab.1e oil during storage

另外,五组菜籽油的过氧化值均高于同条件处理的猪油,这是因为菜籽油中不饱和 脂肪酸的含量较高,更易发生氧化。可见实验合成的蛋氨酸锰及蛋氨酸铜纯度较高,稳 定性好,不易催化油脂的氧化酸败,可以用于脂肪含量较高的母乳化奶粉。 4.4.2母乳化奶粉储藏过程中亚铁的变化情况 根据母乳化奶粉营养成分表,铁的添加量为11
mg/100

g奶粉,比较无机组和螯合

组奶粉在室温及45℃储藏过程中亚铁/总铁的变化,结果如下:
37

江南大学硕士学位论文

∞ ∞




岱 炀
弋 斟

∞ 们 ∞






10

20

30

40

50

60

70

+无机组

储藏时间/d

+螯合组

图4-5母乳化奶粉室温储藏过程中亚铁的变化情况
Fig.4-5 The ferrous content change in IF during storage at room temperature

100

80 长

\ 蝼60






《40
20

0 0 5 lU 15 ZO 25 30

+无机组

储藏时间/d

+螯合组

图4-6母乳化奶粉45"C储藏过程中亚铁的变化情况
Fig.4—6 The ferrous content change in IF during storage at 45 9C

由图可知,室温储藏60天时无机组母乳化奶粉中亚铁/总铁已经从初始的93.68%降
为43.59%,亚铁的氧化率为53.47%;而螯合组中亚铁/总铁从初始的81.09%降为50.31%,

亚铁氧化率为37.96%。表明作为铁强化剂,复合甘氨酸铁的氧化稳定性明显好于硫酸
亚铁。 不同储藏温度室铁的变化情况相比,45℃储藏30天无机组和螯合组母乳化奶粉中 时亚铁/总铁分别为47.34%和59.92%,亚铁氧化率分别为49.47%和26.1 l%,均高于室 温储藏同期时两组奶粉中亚铁氧化率(分别为30.08%和15.99%),表明亚铁氧化速率与 储藏温度相关,温度越高则亚铁氧化越快。 另外,母乳化奶粉无论是无机组还是螫合组,其亚铁氧化速率均低于相应的面粉营 养强化剂。这是由于母乳化奶粉中添加了抗坏血酸,它可以通过自身的氧化而起到抗氧 化剂的作用160],从而使亚铁氧化速率降低。

38

第四章螯合物在母乳化奶粉中的应用

4.4.3母乳化奶粉储藏过程中维生素C的变化情况
维生素C又名抗坏血酸(ascorbic acid),是一种含6个碳的a一酮基内酯的弱酸,

有很强的还原性。因此抗坏血酸很容易以各种形式降解,影响降解机制的因素包括温度、 盐和糖的浓度、pH、氧气、酶、金属催化剂、抗坏血酸的初始浓度等。
将抗坏血酸按照母乳化奶粉营养成分列表添加到奶粉中后,分别在室温和45℃储

藏,每隔一定时间测定抗坏血酸含量,结果如下图:



∞ ∞ ∞ 们 加

0 lO ZU 3U 4U bU 60 ,,0



旃 圈 毯







+无机组+螯合组十混合组
图4—7母乳化奶粉室温储藏时维生素C的变化
Fig.4—7 Content change ofVc in IF during storage at room temperature

储藏时间/d

由图中可知,室温储藏60天后无机组、螯合组及混合组母乳化奶粉中抗坏血酸的 保留率分别为8.1%,59.8%和51.6%。三组母乳化奶粉中抗坏血酸稳定性均较差,降解 速度都比较快。这是因为抗坏血酸很容易以各种形式降解,包括有氧降解和无氧降解。
虽然抗坏血酸的无氧降解途径在有氧存在时也起着作用,但在室温下非催化有氧降解的

速度要远远大于无氧降解的速度,故有氧情况下以有氧降解为主。在氧存在的的情况下, 抗坏血酸主要是经过其单价阴离子(HA.)而降解成脱氢抗坏血酸,其反应途径和总速 度是反应体系中金属催化剂(Mn+)浓度的函数.且当金属催化剂是cu2十和Fe3+时,反应 速度常数比自动氧化时要增高几个数量级,Cu2+的催化能力是Fe”的80倍,因此这些
金属离子仅以10缶浓度存在时便能引起维生素C的严重损失【611。

三组相比可以发现螯合组和混合组中抗坏血酸的保留率比较接*,均在50%以上,
稳定性相对较好,而无机组最差。这是由于金属离子催化抗坏血酸氧化降解的速率不仅 与金属离子的浓度有关,其存在状态同样有很大影响。无机组中添加的分别为硫酸亚铁、 硫酸锌、碳酸钙、硫酸铜、氯化锰。它们均是以离子形式存在,硫酸亚铁又极易吸收空

气中的水分和氧气氧化为三价铁,从而使得体系中Cu2+和Fe3+大量存在而造成抗坏血酸
的快速降解;而螫合组和混合组中,铁源和铜源均为螯合形式(螯合组为复合甘氨酸铁

和蛋氨酸铜,混合组为EDTA.Fe和蛋氨酸铜),而螯合物对抗坏血酸的催化能力要远远
低于游离态离子,如Fe3+与EDTA的螯合物催化能力是游离Fe”的四分之一。另外,金 属螯合物催化的抗坏血酸氧化降解与氧气浓度无关,故螯合组和混合组抗坏血酸保留率

39

江南大学硕士学位论文

呈线性的下降趋势。由以上可见,螯合物对抗坏血酸的破坏远远小于无机盐,在母乳化 奶粉中的应用性能显著优于无机盐。
120 100





静80 跚

警60
懈 州40


20 O 0


10

15

20

25

30

+无机组 +螯合组 +混合组
图4-8母乳化奶粉45℃储藏时维生素C的变化情况
Fig.4—8 Content change ofVc in IF during storage at 45*(2

储藏时间/d

两种温度储藏的母乳化奶粉比较,45"C储藏28天后无机组、螯合组及混合组母乳 化奶粉中抗坏血酸的保留率分别为10.2%,38.4%,54%;而室温储藏同期时抗坏血酸保 留率明显优于45"C储藏,分别为20.4%,79.6%,76.2%。除了抗坏血酸自身自动氧化的 速率随温度提高而加快外,温度提高会加速亚铁的氧化,更重要的是Cu2+和Fe3+催化抗 坏血酸氧化降解的能力也会随温度升高而增大,因此造成了45"C储藏时抗坏血酸的急剧 降解。


4.4.4母乳化奶粉储藏过程中维生素A的变化情况 将维生素A按照母乳化奶粉营养成分列表添加到奶粉中后,分别在室温和45℃储 藏,每隔一定时间测定维生素A含量,结果如下图:
120

100 水

蒋80



譬60

薰40
20 O


10

20

30

40

50

60

70

储藏时间/d

o无机组

口螯合组

△混合组

图4-9母乳化奶粉室温储藏时维生素A的变化
Fig.4—9 Content

change

of VA in IF dudng storage at room temperature
40

第四章整合物在母乳化奶粉中的应用

由上图可以看出,室温储藏60天时无机组、螯合组和混合组母乳化奶粉中维生素
A的保留率分别为27.67%、38.72%和32.79%。其中螯合组母乳化奶粉维生素A氧化降

解速度最慢,混合组次之,无机组最快。这同样是因为无机组添加了硫酸亚铁、硫酸铜、 氯化锰等无机盐,这些游离的金属离子均会导致羟基自由基的产生,进而催化维生素A 的氧化降解;螯合组由于金属均以氨基酸螯合物形式添加,具有很好的稳定性不易催化 维生素A的氧化降解;混合组中铁源为EDTA.Fe,铜源和锰源分别为蛋氨酸铜和蛋氨 酸锰,维生素A保留率稍次于螯合组,但明显好于无机组。
120

100 长

蒋80


譬60


萎40
20 O 0 5 10 15 20 25 30

储藏时间/d

o无机组

口螯合组

厶混合组

图4-10母乳化奶粉45℃储藏时维生素A的变化
Fig.4—10 Content change ofVA in IF during storage at 45"(2

不同温度储藏的母乳化奶粉对比,可以发现室温储藏的三组样品中维生素A的降解

速率略低于45℃储藏。室温储藏30天时无机、螯合、有机组母乳化奶粉中维生素A保 留率分别为55.23%、61.05%和56.4%;而45"C储藏同期时维生素A保留率为53.14%、 58.49%和53.16%。温度升高会加速维生素A的氧化降解,不过在母乳化奶粉这一食品
体系中,由于多种金属离子的存在,维生素的降解途径主要是金属离子产生的自由基引

发的间接氧化,而这一降解途径受温度的影响并不大,因此两种温度储藏时维生素A的
保留率相差不是很大。 另外,与储藏同期的面粉营养强化剂相比,母乳化奶粉中维生素A的保留率都远高

于面粉营养强化剂。这是由于奶粉中添加了维生素C,维生素E,这两种维生素均具有 良好的抗氧化作用,维生素E能够与过氧化自由基(或其他自由基)反应,形成氢过氧
化物和a.生育酚自由基,使脂质过氧化链式反应中断,从而实现抗氧化效果;维生素C 也可以通过清除单重态氧达到抗氧化效果,从而在一定程度上抑制了维生素A的降解。

此外,抗坏血酸还可使其他抗氧化剂再生,如还原生育酚自由基,故二者同时存在时抗 氧化效果会增强。 维生素A的氧化降解符合一级反应特征,呈指数衰减规律,对数据进行回归分析结
果如下表:
4l

江南大学硕士学位论文

表4.I维生素A氧化降解的动力学方程
Tab.4.1 Degradation kinetic equation ofvA in IF

4.4.5母乳化奶粉储藏过程中维生素E变化情况
维生素E是具有与a.生育酚类似活性的母生育酚(Tocols)和生育三烯酚(Tocotrienolsl 的总称,是一种脂溶性维生素。在无氧或无氧化脂质存在时,维生素E具有很好的稳定 性。但有分子氧存在时可以使维生素E加速降解,若有自由基并存,则维生素E失活更 快‘62?631。 将维生素E按照母乳化奶粉营养成分列表添加到奶粉中后,分别在室温和45。c储 藏,每隔一定时间测定维生素E含量,结果见图4.11和图4.12。
100

80 术 \

嚣60



髫40

20



无机组

螯合组

混合组

图4-11母乳化奶粉45"C储藏30天后维生素E保留率
Fig.4-1 1 Retention ratio of VE in IF aider 30days storage at 45"C

由图4—1l可以看出45℃储藏30天后,无机组、螫合组和混合组中维生素E的保留 率分别降为69.72%,90.62%和85.54%。无机组降解最快,这是由于无机组中添加了硫

酸亚铁、硫酸铜、氯化锰等无机盐,这些游离的金属离子均可导致羟基自由基的产生,
42

第四章螯合物在母乳化奶粉中的应用

这些自由基可引起体系中脂肪的氧化酸败,而维生素E可以通过提供酚羟基的质子和电 子,捕获自由基,中断反应,防止脂肪氧化,但会导致自身氧化降解。同时维生素E可 以将氧化了的三价铁还原为亚铁离子,自身被氧化。
100

80 冰



槲 醯60 毯
【工】

、,。0

懒40


]黪
1》



。≮Ij

:j‘J二


蠢≥


20

l≤≥

},霪
鬈‘‘
螯合组

;,鋈
霪;
混合组

7,7



无机组

图4—12母乳化奶粉室温储藏60天后维生素E保留率
Fig.4—1 2 Retention ratio of VE in IF after 60days storage at room temperature

螯合组和混合组维生素E的降解都明显低于无机组,这是由于这两组矿物元素大都 以螯合物形式存在,游离的金属离子很少,体系稳定性较好。但由于婴幼儿消化系统发 育不完善,而EDTA.Fe稳定常数太高不易释放出来被人体利用。因此,作为母乳化奶
粉中的矿物元素添加剂,氨基酸螯合物有很大的优越性。 室温(约25℃)储藏60天后三组样品中维生素E的保留率分别为75.06%,92.02%

和85.9%,比45℃储藏30天时还要略高。表明温度升高同样会加速维生素E的氧化降
解。

4.4.6母乳化奶粉储藏后过氧化值的变化 分别在母乳化奶粉储藏之初,及储藏一定时间后测定三组母乳化奶粉的过氧化值,
结果见图4.13。 储藏0天时,三组母乳化奶粉过氧化值均为O.09,而室温储藏60天后无机组、螯

合组和混合组的过氧化值分别升为1.57、O.89和1.15meq/kg。这是由于无机组中添加的 无机盐尤其是硫酸亚铁、氯化锰、硫酸铜,游离的铜、铁、锰等金属离子会导致羟基自 由基的产生,羟基自由基是己知最强的氧化剂,反应性极强,它几乎可以和油脂中存在 的所有成分发生反应,从而加速母乳化奶粉中脂肪酸的氧化酸败,使体系过氧化值升高; 螯合组中矿物元素均以氨基酸螯合物形式添加,有很好的稳定性,不易催化脂肪酸的氧 化,故过氧化值变化较小;混合组中铁、锌、钙为有机酸盐,而铜、锰为氨基酸螯合物,
因此过氧化值的变化低于无机组,但高于螯合组。由此可见,氨基酸螯合物应用于母乳 化奶粉中不易催化脂肪酸氧化,有着很好的稳定性。

43

江南太学颈士学位论文

肌御
无机蛆 盛台组 混台组 口生温储龌30天 ■室泓储藏60大 口45℃储藏30犬

图4.13母乳化奶粉储藏后过氧化值变化情况
Fi94-13Change ofPOVofIF after storage

不同储藏温度比较,可以发现45。C储藏时三组母乳化奶粉过氧化值的升高均明显高
于室温储藏,45"C储藏30天是过氧化值分别与相应组室温储藏60天时相当。因此.温

度也是影响母乳化奶粉中脂肪酸氧化的重要因素,温度越高脂肪酸氧化越快,过氧化值 升高也越快。 另外,实验中所有母乳化奶粉过氧化值虽然都有所升高,但整体变化速率都比较慢, 这是由于体系中还添加了维生素C、维生素E。这两种维生素均是优良的抗氧化剂,尤 其是维生素E可以通过自身的氧化来防止脂肪酸的氧化。而且维生素C对维生素E具 有协同作用,在食品或食物体系中,添加维生素C或其脂肪酸衍生物可以强化维生素E 的抗氧化效果。 4.4.7冲调前后亚铰的氧化情况
将室温储藏60天后的无机组及螯合组母乳化奶粉用热水冲调,对冲调前后亚铁/总

铁分别进行测定并进行比较,结果如下表:
表4.2母乳化奶粉冲调前后亚铁变化情况
Tab 4 2 Ferrous contel]l changeinIF after dissolving

表中数据显示了母乳化奶粉用80℃的自来水冲调前后亚铁/总铁的变化。冲调过程 中,奶粉中的硫酸亚铁、甘氨酸铁直接与水、空气接触,且水温较高,因此亚铁的氧化

比较明显。对比可以发现,无机组中亚铁憎铁由冲前的43 59%降为35 54%,氧化率为
18

47%;而螯合组中亚铁/总铁由冲前的50 31%降为46 58%,氧化率为7 41%,明显低

第四章螯合物在母乳化奶粉中的应用

于硫酸亚铁。因此,甘氨酸铁用于母乳化奶粉,冲调性能更佳。

4.5本章小结
本章研究了氨基酸螫合物在母乳化奶粉中的应用性能,研究了将不同微量元素添加 到母乳化奶粉中时对体系过氧化值及维生素A、维生素C、维生素E稳定性的影响,得
到主要结论如下:

1.母乳化奶粉储藏过程及冲调过程螯合组的亚铁氧化稳定性均好于无机组,即甘氨酸 铁用于母乳化奶粉氧化稳定性及冲调性能更佳。 2.无机组维生素C降解非常迅速,螯合组最慢,混合组稍次于螯合组。温度升高会加
速维生素C的降解。

3.维生素A以无机组降解最快,螯合组最慢,混合组稍次于螯合组,但明显好于无机 组。温度升高同样会加速维生素A的降解,回归分析得到了维生素A降解的动力学 方程。 4.三组母乳化奶粉中维生素E稳定性都较好,但保留率为螫合组>混合组>无机组。温 度升高维生素E的降解速度加快。


5.蛋氨酸铜、蛋氨酸锰都较硫酸铜、氯化锰更不易催化油脂氧化酸败。三组母乳化奶 粉储藏一定时间后POV均略有升高,升高幅度为无机组>混合组>螯合组,表明氨 基酸螯合物在母乳化奶粉中的应用性能由于无机盐和有机盐。

45

江南大学硕士学位论文

主要结论
1.合成了复合甘氨酸铁、甘氨酸锌和甘氨酸钙,确定了蛋氨酸锰和蛋氨酸铜合成的最 佳条件。以蛋氨酸和氯化锰为原料合成蛋氨酸锰,最佳工艺条件为:配位比:2:1; 反应温度:80℃;反应时间90 min,产品螯合率为89.91%。以蛋氨酸和硫酸铜为原 料合成蛋氨酸铜,最佳条件为:配位比:2:1;每50 mL6%蛋氨酸溶液加入3.25
的NaOH,产品螯合率为90.32%。
mL30%

2.面粉营养强化剂和母乳化奶粉中甘氨酸铁的氧化稳定性均好于硫酸亚铁,更适于做 铁强化剂。温度升高会加速铁的氧化。 3.面粉营养强化剂中,烟酸非常稳定,储藏后保留率均接*100%;金属离子催化降 解叶酸的能力很强,叶酸降解均非常明显,但螯合组叶酸保留率仍高于其他三组; 维生素B1和维生素B2均是无机组面粉营养强化剂降解较快,螯合组最高,混合组 和有机组稍次于螯合组,温度升高对维生素Bl和维生素B2的稳定性影响不大。 4.游离的金属离子可以催化维生素A的氧化降解,故面粉营养强化剂和母乳化奶粉中 维生素A的保留率为螯合组最高,无机组最差。储藏温度升高时,维生素A的降解 速率也会加快。维生素A的降解符合一级动力学,呈指数衰减规律,回归得到了维 生素A降解的动力学方程。 5.三组母乳化奶粉中无机组维生素C降解非常迅速,螯合组最慢,混合组稍次于螯合 组;维生素E稳定性较好,但保留率为螫合组>混合组>无机组。氨基酸螯合物用于 母乳化奶粉对维生素C和维生素E的破坏作用均小于无机盐。温度升高维生素C和


维生素E的降解速度加快。 6.蛋氨酸铜、蛋氨酸锰都较硫酸铜、氯化锰更不易催化油脂氧化酸败。三组母乳化奶

粉储藏一定时间后POV均略有升高,升高幅度为无机组>混合组>螯合组,表明氨 基酸螯合物在母乳化奶粉中的应用性能由于无机盐和有机酸盐。

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致谢

致谢
值此论文完成之际,我衷心的感谢我的导师张晓鸣教授。本论文是在张老师的悉心 指导下完成的。论文从选题、实验研究到最后的成稿,无一不凝聚着恩师的心血。在这 两年的时间里,张老师给予我的不仅有精湛的专业知识,更有严谨的治学态度、孜孜不 倦的求学精神及乐观向上的生活态度,导师那严谨的科学态度、渊博的知识、敏锐的思 维、为人处事宽宏的胸襟和崇高的品格都将是我工作和生活中永远的榜样,在此谨向尊
敬的导师致以由衷的感谢和崇高的敬意! 感谢朱老师、闻老师和袁老师在这两年中实验过程中给予我的帮助,感谢他们在我

实验过程中给予的指导,使我懂得了做学问的方法以及态度,感谢他们的无私奉献。感 谢分析测试中心的虞老师、贡老师、陈尚卫老师在原子吸收及色谱分析部分给我理论上
的支持以及实验上的帮助。

感谢华诺威公司的卢老师热心的帮助,为我实验的顺利进行提供了便利。 感谢实验室师兄董志俭、丁堡淼、张文斌、付湘晋,师姐刘巧瑜、马丽萍、黄晓丹、
高红霞及同学路宏波、罗浪锋、冯岩、王吟佼、李攀还有师妹高梅娟、李丽的帮助,你

们的支持和帮助让我在顺利完成实验的同时,也收获了很多真诚的的友情,这份弥足珍 贵的精神财富一定会让我受益终生的。 感谢庞莉、穆昭、阿佼、赵瑾在生活上对我的支持和帮助。 感谢父母家人在物质和精神上对我的支持和鼓励,有你们做后盾,无论遇到什么困
难相信我都会有勇气去克服和面对。

最后,感谢所有认识和帮助过我的同学和朋友,祝你们在以后的生活和工作中一切
顺利1

47

参考文献

参考文献
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江南大学食品学院.1997
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51

攻读硕士期间发表的相关论文

攻读硕士期间发表的相关论文
1.张风,张晓鸣.蛋氨酸锰的合成及其对油脂催化氧化的研究川.食品工业科技,(已 收录)

52

附录

附录
1.

铁标准曲线的绘制 标准曲线的绘制:于一组25 mL容量瓶中,分别注入0.00、2.00、4.00、6.00、8.oo、10.0 mL

标准溶液,加l mLl mol/L盐酸,2 mLlO%的盐酸羟胺溶液和5 mLl0%醋酸钠缓冲溶液,混匀,再 加入1 mLO.12%的邻菲哕啉溶液,定容,以空白为参比,于510 nm波长下,测定吸光度,绘制工作 曲线。
m 7 m 6 仉 5 良 4

靼Qo

m 3 m 2 仉 1 O 0 20 40 60 80 100

铁含量/ug

铁含量标准曲线
2.

维生素C的测定: 标准曲线的绘制:准确称取O.1 g抗坏血酸标准样品于100 mL棕色容量瓶中,加去离子水定容、

摇匀。取50 mL于三角瓶中,加入2.0 g活性炭振摇l min,过滤。取滤液l mL于50 mL棕色容量瓶 中,加硫脲0.5 g,用5%的三氯乙酸稀释至刻度。取此溶液用l%硫脲稀释成抗坏血酸浓度分别为1,
2,4,6,8,10

1.tg/mL的标准系列。

显色反应:取三只试管,每只试管都加入上述标准系列样品4 mL。其中一只试管作为空白,另 两只试管各加入1.0 mL2%2,4.二硝基苯肼溶液。将三只试管加盖后于37"12恒温水浴保温3小时。 取出后将试样管放入冰水,空白管冷却至室温,然后加入1.0 mL2%2,4.二硝基苯肼溶液。放置10~
15

min后也放入冰水中。 85%硫酸处理:向每只试管滴加5 mL85%硫酸溶液,边滴加边摇动试管,滴加时间至少需要1
min

(防止液温升高而使部分有机物分解着色。影响空白值)。加入硫酸溶液后将试管自冰水中取出,在 室温下准确放置30 min.立即比色。 比色:用1 em比色杯,以空白液调零点,于500 nm波长下测定吸光值。以吸光值为纵坐标, 抗坏血酸浓度为横坐标绘制标准曲线。

53

附录

2 8 6 ●仉 m


i四 m 2 米 0 l 宦S 8


m仉m m





心娼埔H他J昭D ∞驰舵o
0 2






10

12

抗坏血酸浓度(ug/m1)

抗坏血酸含量测定标准曲线

抗坏血酸含量的计算公式:

x』旦×F
IIl

式中,)r抗坏血酸含量,mg/kg

r为由标准曲线查得的样品氧化液中总抗坏血酸的浓度,ug,/mL
V.~称取的匀浆用1%草酸溶液定容的体积,mL

卜样品氧化处理过程中的稀释倍数
m一称取的匀浆中含有原试样质量,g



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