利用味精浓缩液制备铜、镧氨基酸螯合物的工艺研究

摘要

味精废水是一种高浓度的有机工业废水，COD、SS等都很高，pH极低，且废水中含有多种氨基酸，富含K+、Na+、Mg2+等无机盐，一般的味精废水处理工艺很难达到国家工业废水排放标准，处理成本高，味精废水综合利用的研究对味精行业的可持续发展具有重要意义。味精废水的综合利用有多种形式，如生产蛋白饲料，生物农药、复合氨基酸肥料等，废水中的蛋白质、氨基酸等得到了再利用，可实现废水的资源化与废物的高值化。氨基酸微量元素螯合物是氨基酸与金属离子以一定的摩尔比螯合的产物，具有稳定性强，生物效价高，易被生物体吸收等特点，是一种新型、高效的营养元素添加剂。考虑到生产成本，大多氨基酸微量元素螯合物以下脚料蛋白为原料，生产复合氨基酸微量元素螯合物，有利于螯合物的规模化生产与应用。本文利用味精浓缩液分别与硫酸铜、硝酸镧反应，制得复合氨基酸铜螯合物与复合氨基酸镧螯合物。
　　首先，本文研究了复合氨基酸铜螯合物的制备工艺，以味精浓缩液的稀释倍数、反应pH值、反应温度与反应时间为影响因素，通过单因素试验与正交试验确定了适宜的合成条件:利用50倍的味精稀释液，调节溶液pH值为10.5，置于50℃的恒温水浴锅中螯合反应30分钟，得到复合氨基酸铜螯合产物。采用有机溶剂分离沉淀的方法，使复合氨基酸铜螯合物以沉淀的形式析出，实现螯合铜与无机铜的分离，在此条件下制得的复合氨基酸铜螯合物的螯合率达88.47％。螯合产物经纯化处理后，对其成分与理化性质进行了表征分析。研究发现，味精浓缩液中的谷氨酸、缬氨酸与酪氨酸都参与了螫合反应，且谷氨酸在合成反应中参与度更大。氨基酸分子中的O与N同时与铜离子形成稳定的配位键，水分子也参与了配位反应。对复合氨基酸铜螯合物进行氨基酸含量分析，其氨基酸的含量占样品总重的22.437％，其中谷氨酸含量最高，达12.264％。
　　其次，本文研究了复合氨基酸镧螯合物的制备工艺，以味精稀释液与硝酸镧为原料，经试验确定了较为合理的反应条件:利用30倍的味精废水稀释液，调节pH值至6，将恒温水浴锅设置为90℃螯合反应2.5h，得到复合氨基酸镧螯合物，以丙酮为有机溶剂分离提纯螯合物，采用原子吸收分光光度法测得复合氨基酸镧螯合物的螯合率为89.2％。产物经纯化后，通过紫外光谱、红外光谱、热分析、氨基酸含量分析等方法对复合氨基酸镧螯合产物进行了分析表征。结果表明，在螯合物的合成过程中，谷氨酸和缬氨酸参与了配位反应，而酪氨酸不与镧离子发生配位反应，游离在溶液中。螯合反应中氨基酸分子的羧基氧与氨基氮与镧同时形成配位键，水分子也参与配位反应。复合氨基酸镧螯合物在117.84℃处发生热效应，在172.96℃处出现一个吸热峰，螯合产物中的氨基酸开始分解，并失去配位水。通过对复合氨基酸镧螯合物进行氨基酸含量分析，发现螯合物样品中氨基酸的含量占样品总重的25.518％，其中谷氨酸含量最高，达16.289％。
　　本文以味精浓缩液为原料，研究了复合氨基酸铜、镧螯合物的制备方法与性质，为复合氨基酸微量元素螯合物的合成方法提供了新的思路，为味精废水的综合利用拓宽了范围，减少了环境污染，其产物可作为氨基酸微肥，为农作物提供营养元素，有广泛的应用前景。