有机微量元素络(螯)合物的螯合率

508 2009, Vol. 30, No. 23

食品科学※专题论述

有机微量元素络(螯)合物的螯合率

测定方法简述

胡晓波，谢明勇*

(南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047 )

摘 要：从有机微量元素的螯合率对于衡量产品的品质、调节工艺条件、研究作用机理3个方面，阐述了测定螯合率的重要意义；综述了螯合率测定的方法，对凝胶过滤色谱法和有机溶剂萃取法进行比较，指出有机溶剂萃取法测定螯合率可能具有比较好的适用性。

关键词：有机微量元素；螯合率；螯合率的测定；凝胶过滤色谱法；有机溶剂萃取法

Determination of Chelating Rate in Organic Trace Element Complexes

HU Xiao-bo，XIE Ming-yong*

(State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

Abstract ：In this paper, the significance of chelating rate in organic trace element complexes has been demonstrated from threepoints such as balancing product quality, modulating process conditions and exploring product mechanisms. Determinationmethods for chelating rate were reviewed here. Based on comparison, organic solvent extraction method exhibited more appli-cable than gel filtration chromatography.

Key words：organic trace element；chelating rate；chelating rate determination；gel filtration chromatography method；organic solvent extraction method

中图分类号：S816. 17　 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2009)23-0508-04

根据美国饲料管理官员委员会(AAFCO)的定义，有机微量元素络(螯) 合物分为6类：金属元素特定氨基酸复合物、金属元素氨基酸复合物、金属元素氨基酸螯合物、金属元素蛋白盐、金属元素多糖类复合物、金属元素有机酸盐。作为微量元素无机盐的替代物，它具有生物学利用率高、提高动物的生产性能和免疫力的特点，并可能具有与无机盐不同的吸收机制，能够减少微量元素间的拮抗作用等[1-6]。有机微量元素络(螯) 合物螯合率值反应的是有机微量元素络(螯) 合物中有机组分和无机组分所占的比例，是影响有机与无机微量元素作用效果的首要因素，它和有机微量元素络(螯) 合物在动物体内发挥的生理功能有重要联系[7-8]。

由于微量元素本身的特性及络(螯) 合反应的分步性和不完全性、生产工艺的原因，产品纯度难于控制；以及不同络(螯) 合剂和不同微量元素形成的络(螯) 合物其络

(螯) 合强度和络(螯) 合率差异很大。因此，常用有机微量元素螯合率的高低来反映有机微量元素螯合物品质，以及调节工艺条件，研究微量元素的作用机理的一个指标[9-13]。有机微量元素螯合率的测定对于动物营养研究、有机微量元素的制备与畜牧生产、市场监督具有重要的理论与实际意义。本文将从有机微量元素螯合率的测定意义、测定方法进行论述，旨在为在畜牧业生产中科学、有效地应用有机微量元素添加剂提供理论依据和方法学指导。11.1

螯合率测定的重要意义

螯合率作为衡量产品品质的一个重要指标有机微量元素的络(螯) 合率，即络(螯) 合态元素的比例，常用来作为衡量产品品质的一个重要指标，对

收稿日期：2009-07-02

基金项目：教育部“长江学者和创新团队计划”项目(IRT0540)；2006年度中国江西留学人员创业园科研项目作者简介：胡晓波(1971－) ，女，副教授，博士研究生，主要从事食品化学与营养研究。 E-mail：[email protected]

*通讯作者：谢明勇(1957－) ，男，教授，博士，主要从事食品化学，食品营养与安全研究。E-mail ：[email protected]

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于一个有机微量元素添加剂产品，同时会相应给出它的螯合率，结合其他测定数据，提供产品全面的信息。如林娜妹等[14]以乙酸铜和甘氨酸为原料，利用一步室温固相反应合成了一水合甘氨酸铜，所得产物螯合率为98.27%。李大光等[15]以氯化锌和甘氨酸为原料，用一步室温固相反应合成了一水合甘氨酸锌，所得产物螯合率可达94.39%。杨云裳等

[16]

以L -天门冬氨基酸和硝酸

锌为原料合成 L -天门冬氨基酸锌螯合物，其螯合率为95.20%。杨林等[17]测定了蛋氨酸铁、铜、锌、锰的螯合率分别为95.6%、99.3%、98.2%、95.6%。姚磊等[18]

以

硫酸亚铁和L -甘氨酸为原料，合成甘氨酸亚铁螯合物的

螯合率65.43%。1.2

螯合率作为调节工艺条件的重要参数

刘成梅等[19]以罗非鱼皮胶原多肽(TSP-I)与硫酸锌为原料，采用水热体系法制备多肽螯合锌产品。以响应面法优化罗非鱼皮胶原多肽螯合锌工艺，所考察的响应值为螯合率，确立了最佳螯合工艺条件：反应温度60℃、pH5.3、TSP-I 与硫酸锌摩尔比2:1、TSP-I 浓度3.4g/100ml、反应时间40m i n 。李大光等

[15]

以氯化锌和甘氨酸为原

料，用一步室温固相反应合成一水合甘氨酸锌，以螯合率为考察指标，通过正交试验，确立了最佳生产工艺条件：研磨时间80min ，NaOH 水溶液加入量0.4ml ，配位比1:2.5。张凤等

[20]

以蛋氨酸和氯化锰为原料，合

成了蛋氨酸锰，也是以螯合率为指标，考察工艺条件对产品螯合率的影响，从而确定最佳工艺条件为：配体摩尔比2:1，反应温度80℃，反应时间90min 。朱迎春等[21]利用骨渣和豆粕研制成了新一代补钙制剂——复合氨基酸螯合钙，实验运用二次通用旋转实验对生产工艺进行了研究，以螯合率为指标，确定了复合氨基酸钙螯合反应的最佳工艺条件：复合氨基酸与钙的质量比为5:1，pH 值为7.9，作用温度为45℃时，螯合率最高，为72.86%。1.3

螯合率作为研究微量元素作用机理的重要指标近年来，对有机微量元素络(螯) 合物相对生物学利用率的研究，各个实验报道间差别很大。造成这些差异的原因可能与所用有机微量元素络(螯) 合物产品的质量(主要是螯合率和络合强度) 不同有密切关系。因此，研究有机微量元素络(螯) 合物产品的螯合率和络合强度与其在动物体内吸收代谢具有直接的相关性[13]。李素芬等[22-23]调查显示，在有机微量元素络(螯) 合物与等量硫酸盐或氧化物进行的55次比较实验中，有27次表明有机微量元素络(螯) 合物对畜禽的作用效果高于等量的无机物，有23次实验作用效果显示与等量无机物无差异，有2次实验作用效果低于等量的无机物，另外有3次实验作用效果与高剂量无机物的作用效果相同。造成如此差异的因素主要是有机微量元素络(螯) 合物在产品中所占的比例

(络合率或螯合率) 以及络合(螯合) 物的络合强度，它们是影响有机微量元素络(螯) 合物作用效果的首要因素[1]。2

螯合率测定的方法

关于螯(络) 合率检测方法，以前的研究工作中多采用电化学分析方法，如离子选择性电极法、氧化还原电位滴定法、浓差电位法等测定络合体系的络合率。但这类方法有很多不足，一是只能间接笼统地测得游离或络合金属离子的总量；二是方法准确度差。由于电位测定法一般要求样品的浓度较低，因此样品大都稀释，溶液稀释后络合平衡会发生移动，所以电化学方法的结果不能代表真实情况；三是方法局限性较大。如离子选择性电极，目前仅限于 Cu2+、Ca 2+等少数几个离子有选择性电极，且性能不太稳定[24]。

有机微量元素络(螯) 合物螯合率测定的难点在于以下两个方面，一是有机微量元素络(螯) 合物的产品丰富，它们在溶解度、酸碱度、配位比、螯合强度方面都有比较大的差异，难以建立统一的方法；二是样品中螯合态和游离态的微量元素难以准确分离，而且有机微量元素对酸和碱的稳定性不强，在酸和碱的环境中都有一定程度的分解，总的来说目前还没有成熟的分离方法，很难准确地测定螯合率。当前文献报道的螯合率的测定方法主要有两种。一是凝胶过滤色谱法，二是有机溶剂萃取法。2.1凝胶过滤色谱法

2.1.1

Biogel P-2 凝胶过滤色谱法

参照 Brown等[25]的方法，凝胶过滤色谱法提供了一种可以根据分子筛的原理将被分离物质按分子大小分开的方法，有机微量元素溶液经过凝胶层析柱后，其中的微量元素络合物因分子量大而先流出层析柱，游离状态的微量元素离子则因分子量小而后流出，从而可将不同形态微量元素分开。收集微量元素络合物的洗脱液，计算螯合率[10]。

计峰等[13]用凝胶过滤色谱法未检测到甘氨酸锰和蛋氨酸锰在 pH7、0.1mol/L Tris缓冲液中有络合锰的存在。结果提示，由于锰离子形成络合物的能力比较弱，溶液中的络合锰在凝胶过滤过程中，可能因络合平衡破坏而在分离过程中发生解离，从而未能检测出络合形态的锰。梁建光等[26]根据Brown 和Zeringue 方法，利用凝胶过滤色谱法测定有机锌源在 pH2、0.2mol/L HCl-KCl或pH5、0.1mol/L KH2PO 4-K 2HPO 4缓冲液及去离子水中可溶部分的络合率。溶解部分的锌经凝胶色谱柱洗脱后的结果与无机锌离子完全相同，且在氨基酸之后被洗脱出来，说明未检测到溶于缓冲液和去离子水中的可溶性锌有络合锌存在。这一结论与 Brown等[25]、Cao [27]、Li 等[28]和Guo 等[29]等的络合物在上述缓冲液中的可溶部分

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以离子状态存在的报道相同，但与 Matsui等[30]报道锌络合物在pH2缓冲液中解离、在pH4缓冲液中保持完整的报道不同，也与 Cao[27]和Guo 等[29]的在去离子水的滤过液中有络合峰存在的结果不同，造成这种差异的原因可能与金属元素所形成络合物的络合强度不同有关。2.1.2

葡聚糖凝胶过滤色谱法

基于GB/T 13080.2—2005葡聚糖凝胶过滤色谱法测定螯合率原理：有机微量元素络(螯) 合物样品经加热溶解、离心分离，分成沉淀态螯合元素、可溶性螯合元素及游离态金属离子。可溶性螯合元素及游离态金属离子经过凝胶色谱，在规定条件下洗脱，实现可溶性螯合态金属元素和游离态金属离子的分离，分别用原子吸收光谱法测定沉淀态螯合元素、可溶性螯合元素及游离态金属离子的含量，即可计算出相应的螯合物的螯合率。

杨林等[31-32]运用该法测定了蛋氨酸与铁、铜、锰、锌螯合物的螯合率，得到实验重复性变异系数：蛋氨酸铁1.3%，蛋氨酸铜0.2%，蛋氨酸锰2.6%，蛋氨酸锌0.9%；实验再现性变异系数：蛋氨酸铁1.5%，蛋氨酸铜0.3%，蛋氨酸锰2.7%，蛋氨酸锌1.0%。实验证实了该方法测定蛋氨酸系列螯合物的螯合率的可行性，该方法于2005年成为国家标准。何激进等[33]采用该法测定了羟基蛋氨酸系列螯合物的螯合率，得到实验重复性变异系数：羟基蛋氨酸铁1.2%，羟基蛋氨酸铜0.8%，羟基蛋氨酸锰2.5%，羟基蛋氨酸锌1.2%；实验再现性变异系数：羟基蛋氨酸铁1.3%，羟基蛋氨酸铜0.8%，羟基蛋氨酸锰2.6%，羟基蛋氨酸锌1.3%。也有运用该方法测定甘氨酸锌、甘氨酸铁的研究。

葡聚糖凝胶过滤色谱法操作复杂，实验时间长，对实验设备条件要求较高，需要配备原子吸收分光光度计；而且该方法进样量少，稀释倍数很大，变异系数大，对于操作人员的要求也很高。它不适用于推广到实际生产中，对于其他产品的测定可行性也有待进一步研究。2.2

有机溶剂萃取法

有机溶剂萃取法[8,34]，是利用有机微量元素络(螯) 合物在有机溶剂中的溶解性很差，而游离的无机金属离子可以溶解于甲醇、乙醇等有机溶剂中，通过有机溶剂萃取可以分离游离态金属离子。分离之后可以采用络合滴定法、氧化还原滴定法测定微量元素的含量，从而计算螯合率。

易凯等[34]运用该法测定微量元素氨基酸螯合物样品中蛋氨酸锌、蛋氨酸钴、蛋氨酸铜、甘氨酸铜、甘氨酸铁、蛋氨酸铁的螯合率分别为95. 2%、93. 0%、95.8%、95.0%、71.0%、89.4%，变异系数为0.4%～

0.6%，说明方法的精密度较好。周建群等[35]采用该方法测定蛋氨酸螯合锌的螯合率大于95%，变异系数为2.25%。林娜妹等[14]采用该法测定一水合甘氨酸铜螯合率为98.27%。

有机溶剂萃取法操作简单，实验设备、人员要求也低，但是，理论上螯合态的微量元素在有机溶剂中也是有一定溶解度的，对不同的产品，选择合适的有机溶剂和用量仍然是一个需要研究的问题。3

结 语

综上所述，对于有机微量元素络(螯) 合物的螯合率的测定研究已在有机微量元素络(螯) 合物的生产、销售、应用等方面得到广泛的关注，尽管人们不断地研究其针对性、可行性的测定方法，不断完善各种产品的检测方法，有机微量元素络(螯) 合物螯合率值的高低已被业界作为是衡量其品质优劣的重要指标。在螯合物的实际应用中，人们也经常把“螯合率”看作一种反应得率。有学者认为在螯合率测定过程中，由于螯合物存在络合平衡，会造成螯合物的解离，引起游离金属离子的增加，使得测量产生偏差。建议不用测螯合率。笔者认为几乎大多数螯合物的稳定常数都大于3，由络合平衡产生的金属离子的解离是很小的，在误差允许范围之内。当然，在认识一个有机微量元素络(螯) 合物时，还应结合化学分析与仪器分析所提供的信息，进行全面的评判。对有机微量元素络(螯) 合物螯合率的测定是完全有必要的。

对于参照Brown 等[25]的凝胶过滤色谱法，由于螯合物稳定常数是有条件的，也称为“条件稳定常数”。例如，一个螯合物在中性pH 值时稳定常数很大，但在酸性和碱性受到了H ＋和OH －浓度的影响，会解离成配位体和金属离子或生成羟合络离子和配位体。因此，在用pH 值偏酸性的缓冲盐洗脱，同时由于产品本身络合强度不大，造成过凝胶柱后洗脱液中收集不到络合态可溶性的金属化合物，显示该方法的局限性。相比之下，有机溶剂萃取法由于操作简单、实验条件要求低，在基层推广有它的适用性，在测定精密度要求不是很高的情况下，它的测定结果还是能反应产品的质量的。但是对有机溶剂萃取法选择合适的有机溶剂和用量仍然是一个需要研究的问题。

有机微量元素络(螯) 合物有利于促进动物的生长发育，降低饲养成本，减少对环境的污染，是微量元素添加剂更新换代的优良产品。针对各种有机微量元素络(螯) 合物的特点，建立简便有效的测定方法，对工厂生产管理和市场监督都有重要意义。研究开发能避免上述螯合率测定缺点的新方法将具有很大的挑战性。

※专题论述

食品科学

2009, Vol. 30, No. 23511

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