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(shù)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(shù)銀

鋅作為人體必需的一種微量元素，其作用十分強(qiáng)大，已引起醫(yī)學(xué)界、營(yíng)養(yǎng)學(xué)界的高度重視。鋅參與動(dòng)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(jī)能正常發(fā)育的重要元素。鋅還能促進(jìn)人體智力發(fā)育，增進(jìn)味覺(jué)的食欲，特別是對(duì)于孕期婦女、青少年更是不可缺少。乳酸鋅無(wú)臭，味甘甜，極易被人體所吸收，是一種替代硫酸鋅的新型補(bǔ)鋅劑。在所有鋅制劑中，乳酸鋅是比較理想的一種,其對(duì)腸道無(wú)刺激性且味道好，有助于改善部分食品的風(fēng)味。與其他鋅制劑相比，乳酸鋅具有價(jià)格低、安全性高、人體利用率高等優(yōu)點(diǎn)，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，營(yíng)養(yǎng)值不會(huì)因溫度、壓力或其他外界因素變化。由此可見(jiàn)，采用L-乳酸鋅作為鋅強(qiáng)化劑，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本具有十分重要的意義。

一、實(shí)驗(yàn)部分

乳酸鋅是一種白色結(jié)晶粉末，易溶于水，難溶于乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑，一般含3個(gè)結(jié)晶水，熔點(diǎn)為276-277℃，結(jié)構(gòu)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(fù)分解反應(yīng)法、氧化鋅與乳酸反應(yīng)和鐵粉直接與乳酸反應(yīng)法。3種方法的反應(yīng)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(yīng)周期長(zhǎng)、收率低，且反應(yīng)過(guò)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(yīng)溫和，生成的硫酸鈣微溶于水，沉淀有利于反應(yīng)向生成目標(biāo)產(chǎn)物的方向進(jìn)行，收率高，產(chǎn)品符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

2.實(shí)驗(yàn)條件和步驟。為考察反應(yīng)物配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、結(jié)晶時(shí)間這4個(gè)因素對(duì)ITO粉體粒徑的影響，首先對(duì)這4個(gè)主要影響因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(jí)）、硫酸鋅（金匯太亞化學(xué)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(guó)Nicolet儀器公司）。

（2）實(shí)驗(yàn)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(yīng)器中緩慢加入28.7 g硫酸鋅，在80℃的水浴中緩慢反應(yīng)4 h，在此溫度下靜止8 h，將濾液濃縮結(jié)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(shí)熱過(guò)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(lái)，從另一方面考慮，溫度高乳酸鋅不容易結(jié)晶析出，可以提高產(chǎn)品收率。

二、結(jié)果與討論

1.L-乳酸鋅合成工藝條件對(duì)收率的影響。

（1）反應(yīng)物配比（乳酸鈣∶硫酸鋅）對(duì)收率的影響。如圖1所示，在給定實(shí)驗(yàn)條件下（反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間為4 h，結(jié)晶時(shí)間為24 h），產(chǎn)物的收率先是隨著反應(yīng)物配比增大而增大。當(dāng)反應(yīng)物的配比達(dá)到1.10（摩爾比）后，再增加反應(yīng)物配比，目標(biāo)產(chǎn)物收率變化不大，故最佳的反應(yīng)物料配比為1.10（摩爾比）。

圖 1 反應(yīng)物配比對(duì)L-乳酸鋅收率的影響

（2）反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響。如圖2所示，在給定實(shí)驗(yàn)條件下（反應(yīng)物配比為1.10（摩爾比），反應(yīng)時(shí)間為4 h，結(jié)晶時(shí)間為24 h），產(chǎn)物的收率先是隨著反應(yīng)溫度的增大而增大，當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃時(shí)，再提高反應(yīng)溫度，產(chǎn)物收率增加很小，故最佳的反應(yīng)溫度為80℃。

圖 2 反應(yīng)溫度對(duì)L-乳酸鋅收率的影響

（3）反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響。在給定實(shí)驗(yàn)條件下（反應(yīng)物配比為1.10（摩爾比），反應(yīng)溫度為80℃，結(jié)晶時(shí)間為24 h）,產(chǎn)物的收率先是隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，如圖3所示，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為4 h時(shí)，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，產(chǎn)物收率增加很小，綜合考慮反應(yīng)最佳時(shí)間為4 h。

圖 3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)L-乳酸鋅收率的影響

（4）結(jié)晶時(shí)間對(duì)收率的影響。在其他實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，考察結(jié)晶時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響，所得產(chǎn)品收率隨結(jié)晶時(shí)間變化的規(guī)律如圖4所示。從圖4中可以看出，隨著結(jié)晶時(shí)間的增長(zhǎng)，產(chǎn)品的收率逐漸增大，開(kāi)始增加比較迅速，當(dāng)結(jié)晶時(shí)間為24 h，再增加結(jié)晶時(shí)間，產(chǎn)品收率略有增加。這一規(guī)律表明結(jié)晶時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的收率有影響，最佳結(jié)晶時(shí)間為24 h。

圖4 結(jié)晶時(shí)間對(duì)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

三、結(jié)論

本文，筆者采用食品級(jí)乳酸鈣和分析級(jí)硫酸鋅反應(yīng)，經(jīng)過(guò)濾、真空干燥得到了白色的乳酸鋅產(chǎn)品，產(chǎn)率達(dá)到93.3%，產(chǎn)品純度為99.1%。經(jīng)過(guò)正交試驗(yàn)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(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間為4 h，產(chǎn)品結(jié)晶時(shí)間為24 h。采用元素分析、FT-IR分析對(duì)產(chǎn)品進(jìn)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(xiàng)目“自動(dòng)連續(xù)結(jié)晶生產(chǎn)L-乳酸鋅新技術(shù)（10 42 0 0 510 0 17）。