专利名称：一种水溶性甘氨酸螯合铁的喷雾干燥方法
技术领域：
本发明涉及一种水溶性甘氨酸螯合铁的喷雾干燥方法，属于氨基酸螯合物制备技术领域。
背景技术：
甘氨酸螯合铁是一种非常容易被包括人类在内的哺乳动物机体吸收的铁营养强化剂，其具有无毒无刺激、吸收快、补铁补血作用显著等众多优点，被广泛用于饲料添加剂。近年来，英国和美国一些研究者对氨基酸螯合铁作为铁营养强化剂应用于食品中的研究逐渐增多。
在我国，上世纪80年代中期开始研究微量元素氨基酸螯合物，并在氨基酸螯合亚铁方面已取得很大进展。杨文炳和姚芬英在90年代初报道了用酸解豆饼得到的复合氨基酸液与硫酸亚铁螯合反应制备复合氨基酸螯合亚铁。秦卫东等人(2003)在此基础上，研究了用脱脂豆粕酶解成复合氨基酸液，与亚铁盐螯合制备复合氨基酸螯合亚铁的工艺。徐海青和明霞(2001)介绍了以鸡羽毛为原料，用盐酸水解，然后与铁盐络合制备复合氨基酸铁络合物的方法。
本发明人申请的发明专利CN1280260C“一种食品营养强化剂甘氨酸亚铁螯合物的制备方法”可以制备甘氨酸亚铁螯合物含量超过80％，甘氨酸亚铁螯合物复水率大于95％的甘氨酸螯合铁。产品甘氨酸螯合铁是一种水溶性物质，其氧化稳定性和水溶液稳定性远远高于硫酸亚铁，但还存在易吸湿，长期保存时部分氧化的缺陷。因此，该方法合成的甘氨酸螯合铁需要经过干燥处理得到易保存的产品，同时能保证干燥制品的水溶性，以利于乳制品、酱油、油脂等液态食品的营养强化，方便加工和应用。采用真空干燥法干燥甘氨酸螯合铁，可以达到上述技术要求，但其工艺为间歇操作，干燥周期长、产量低、产品颗粒大需粉碎，不便于连续化生产，并且干燥后的产品仍有较强的吸湿性。
发明内容
本发明的目的是提供一种食品营养强化剂水溶性甘氨酸螯合铁的喷雾干燥方法，用本方法可以实现工业规模生产，成本低廉，所得产品具有抗氧化性、抗吸湿性和优良的水溶性。明显优于真空干燥法得到的产品。
本发明的技术方案以甘氨酸和氯化亚铁为原料，合成甘氨酸螯合铁，在氯化亚铁水溶液中加入麦芽糊精、抗结块剂和复合抗氧化剂，在一定的压力下均质，最后在喷雾干燥塔中喷雾干燥。
(1)麦芽糊精与甘氨酸螯合铁的质量比为1.25∶1-1∶1.25；
(2)抗氧化剂选用抗坏血酸，其用量为甘氨酸螯合铁质量的1.15％-1.35％；(3)抗结块剂选用微晶纤维素，其用量为甘氨酸螯合铁质量的1％；(4)选定以甘氨酸螯合铁和麦芽糊精合计质量计的固形物含量为20％-30％；(5)均质压力为20-30MPa，均质两次；(6)喷雾干燥进风温度为170-190℃，出风温度为80-90℃。
水溶性甘氨酸螯合铁喷雾干燥方法的研究包括填料剂的选择及用量的确定、抗氧化剂用量的选择、抗结块剂用量的选择、固形物含量的选择、进风温度的选择、均质压力的确定。
喷雾干燥的填料剂在环糊精和低DE值(DE值8-15)的麦芽糊精之间选择。从外观来看，环糊精作为填料剂的甘氨酸螯合铁干燥产品颜色呈土黄色，流动性好，麦芽糊精作为填料剂的甘氨酸螯合铁干燥产品颜色也是土黄色，流动性稍差。但是通过水溶性试验发现，前者的水溶性相当差，在水中极易水解，而麦芽糊精作为填料剂的产品水溶液透明清澈，溶液性质很稳定。因此填料剂选择DE值8-15的麦芽糊精，并考虑添加一些抗结块剂以改善产品的流动性。
喷雾干燥填料剂麦芽糊精用量的确定，分别选用麦芽糊精与甘氨酸螯合铁(以烘箱干燥法确定的干基质量计)质量比分别为1∶2、1∶1.5、1∶1、1.5∶1，2∶1。结果发现麦芽糊精∶甘氨酸螯合铁小于1∶1时产品颜色较深，为应用带来不便；麦芽糊精∶甘氨酸螯合铁为1∶1时颜色较浅，水溶性好，是理想的产品；麦芽糊精∶甘氨酸螯合铁大于1.5∶1时，虽颜色浅，但易水解，不能作为添加剂使用。同时考虑到产品的实际利用价值，选择铁含量较高的产品，所以优选的麦芽糊精∶甘氨酸螯合铁的质量比为1∶1。
抗氧化剂选用抗坏血酸，其用量的选择，在抗氧化剂用量(占甘氨酸螯合铁质量的比例)从0.5％到2％变化的过程中，当抗氧化剂用量小于1.25％时，亚铁/总铁的值较低，而在1.25％之后，亚铁/总铁并没有很大的差别，优选的抗氧化剂用量为甘氨酸螯合铁质量的1.25％。
抗结块剂选用微晶纤维素，其用量为甘氨酸螯合铁质量的1％较为合适。
固形物含量的确定，固形物含量越低时，产品中亚铁的保留率越低，当固形物含量较高时，亚铁被氧化的程度较低，但会有粘壁现象发生。综合考虑各方面因素优选以甘氨酸螯合铁和填料剂合计质量计的固形物含量20％为合适。
进风温度的选择，进风温度过低时由于料液受热不充分导致粘壁现象严重，产品得率低；温度过高时会影响亚铁稳定性，降低亚铁含量，最优化的进风温度为180℃。
本发明优化后的水溶性甘氨酸螯合铁喷雾干燥方法为麦芽糊精与甘氨酸螯合铁的质量比为1∶1，抗氧化剂用量为甘氨酸螯合铁质量的1.25％，抗结块剂为甘氨酸螯合铁质量的1％，固形物含量为20％，均质压力为30MPa，均质两次，进风温度为180℃，出风温度为80℃-90℃。
不同干燥工艺条件制备的甘氨酸螯合铁氧化稳定性对比将喷雾干燥工艺制得的复合甘氨酸螯合铁与真空干燥条件下制得的甘氨酸螯合铁纯品进行贮藏实验，观察它们的稳定性，结果如图1所示。从图1中可以看出，复合甘氨酸螯合铁由于添加一定量的麦芽糊精作为填料剂，这部分填料剂起到了一定的隔氧作用，同时也因为在喷雾干燥前又补加了一定量的抗氧化剂，所以使得复合甘氨酸螯合铁的氧化稳定性较甘氨酸螯合铁纯品的好。
不同干燥工艺制备的产品吸湿返潮性对比将喷雾干燥工艺制得的复合甘氨酸螯合铁与真空干燥条件下制得的甘氨酸螯合铁纯品暴露在空气中，观察它们的吸湿情况。结果如图2所示。从图2可以看出，与真空干燥制得的甘氨酸螯合铁纯品对比，通过喷雾干燥工艺制得的复合甘氨酸螯合铁产品其吸湿现象有了明显的改善。在敞口放置1个小时，复合产品的吸湿增重率比纯品的吸湿增重率小63.46％，在第10个小时复合产品的吸湿增重率比纯品的小47.64％，两者的防吸湿性曲线形状相似，开始时呈线性上升趋势，到第10小时后，增重明显减小，曲线趋向平稳，可能这时候吸湿增重接近饱和。在放置48小时后，最终复合产品的吸湿增重率比纯品小41.81％。这说明喷雾干燥中添加的麦芽糊精和极少量的抗结块剂起到了很好的抗吸湿作用，使得甘氨酸螯合铁能更好地应用到食品强化载体(如面粉)中，并延长其货架寿命。
不同干燥工艺制备的产品水溶性对比甘氨酸螯合铁水溶性的好坏直接影响到其在面粉中的应用，故在此将喷雾干燥得到的复合甘氨酸螯合铁与真空干燥得到的甘氨酸螯合铁纯品的溶解性作一下比较，结果如图3所示。从图3可以看出，在100mL水中，两种不同干燥工艺制备的产品水溶性相差不多，真空干燥方法制备的甘氨酸螯合铁纯品溶解度大约为9.73g/100mL，喷雾干燥方法制备的复合甘氨酸螯合铁溶解度大约为9.05g/100mL。由此可见，复合甘氨酸螯合铁的溶解性很好，很适合于添加到食品中，作为铁强化剂被很好的利用。
本发明的有益效果采用本发明的甘氨酸螯合铁喷雾干燥方法可以获得色泽、水溶性、抗氧化性及抗吸湿性均优良的产品。产品喷雾干燥后氨基酸含量为31.30％，总铁含量为7.17％，亚铁含量为5.89％，几乎没有游离铁。产品的抗氧化性、抗吸湿性及水溶性综合考虑优于真空干燥后的甘氨酸螯合铁产品。喷雾干燥后的产品中水分含量为3.1％，其它成分(糊精、复合抗氧化剂等)含量为58.43％。本发明方法具有能以工业规模连续生产，操作工艺简单，加工成本较低，产品质量稳定，便于长期保存，方便应用等优点。得到的复合甘氨酸螯合铁产品具有化学性能稳定、生物效价高、无毒无刺激性、适口性好、增强人体免疫功能等特性，氨基酸螯合物对维生素、抗生素等活性成分影响很小，还可减少与其它微量元素的拮抗，可用作饲料添加剂、营养强化剂、医药制剂，用于铁锌等微量元素缺乏症的防治。
图1喷雾干燥复合甘氨酸螯合铁和甘氨酸螯合铁纯品的氧化稳定性比较。
图2两种产品随放置时间的吸湿性(吸湿增重)变化。
图3两种不同干燥工艺的螯合铁在100mL水中的溶解性。
具体实施例方式
实施例1称取50g水溶性甘氨酸螯合铁，溶于500mL去离子水中，加入50g麦芽糊精，0.65g抗氧化剂，0.5g抗结块剂，固形物含量为20％，均质压力20MPa，均质两次，进风温度180℃，出风温度为80℃-90℃，于喷雾干燥塔中喷雾干燥。
取5g产品溶于100ml超纯水中，体系透明无沉淀，亚铁含量占总铁含量的81.77％，产品较干燥，溶解性良好。
实施例2称取50g水溶性甘氨酸螯合铁，溶于1000mL去离子水中，加入50g麦芽糊精，0.625g抗氧化剂，0.5g抗结块剂，固形物含量为10％，均质压力20MPa，均质两次，进风温度180℃，出风温度为80℃-90℃，于喷雾干燥塔中喷雾干燥。
取5g产品溶于100ml超纯水中，体系透明无沉淀，亚铁含量占总铁含量的79.10％，产品干燥，溶解性良好。
实施例3称取50g水溶性甘氨酸螯合铁，溶于500mL去离子水中，加入50g麦芽糊精，0.625g抗氧化剂，0.5g抗结块剂，固形物含量为20％，均质压力20MPa，均质两次，进风温度160℃，出风温度为80℃-90℃，于喷雾干燥塔中喷雾干燥。
取5g产品溶于100ml超纯水中，体系透明无沉淀，亚铁含量占总铁含量的84.12％，产品流动差，粘壁现象很严重，可能是进风温度较低而造成的。
实施例4称取50g水溶性甘氨酸螯合铁，溶于500mL去离子水中，加入50g麦芽糊精，0.625g抗氧化剂，0.5g抗结块剂，固形物含量为20％，均质压力30MPa，均质两次，进风温度180℃，出风温度为80℃-90℃，于喷雾干燥塔中喷雾干燥。
取5g产品溶于100ml超纯水中，体系透明无沉淀，亚铁含量占总铁含量的82.03％，产品溶解性很好，溶液清澈。
权利要求
1.一种水溶性甘氨酸螯合铁的喷雾干燥方法，其特征是向已溶于水的甘氨酸螯合铁中加入麦芽糊精、抗结块剂和复合抗氧化剂，在一定的压力下均质，最后在喷雾干燥塔中喷雾干燥，工艺条件为(1)麦芽糊精与甘氨酸螯合铁的质量比为1.25∶1-1∶1.25；(2)抗氧化剂选用抗坏血酸，其用量为甘氨酸螯合铁质量的1.15％-1.35％；(3)抗结块剂选用微晶纤维素，其用量为甘氨酸螯合铁质量的1％；(4)选定以甘氨酸螯合铁和麦芽糊精合计质量计的固形物含量为20％-30％；(5)均质压力为20-30MPa，均质两次；(6)喷雾干燥进风温度为170-190℃，出风温度为80-90℃。
2.根据权利要求1所述的水溶性甘氨酸螯合铁的喷雾干燥方法，其特征是工艺条件为(1)麦芽糊精与甘氨酸螯合铁的质量比为1∶1；(2)抗氧化剂选用抗坏血酸，其用量为甘氨酸螯合铁质量的1.25％；(3)抗结块剂选用微晶纤维素，其用量为甘氨酸螯合铁质量的1％；(4)选定以甘氨酸螯合铁和麦芽糊精合计质量计的固形物含量为20％；(5)均质压力为20-30MPa，均质两次；(6)喷雾干燥进风温度为180℃，出风温度为80℃-90℃。
全文摘要
一种水溶性甘氨酸螯合铁的喷雾干燥方法，属于氨基酸螯合物制备技术领域。本发明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，再加入麦芽糊精、抗结块剂和复合抗氧化剂，在一定的压力下均质，最后在喷雾干燥塔中喷雾干燥，从而获得抗氧化性及抗吸湿性均优良的产品。喷雾干燥后产品的氨基酸含量达到31.30％，总铁含量达到7.17％，亚铁含量达到5.89％，几乎没有游离铁，产品的抗氧化性、抗吸湿性及水溶性都优于真空干燥后的甘氨酸螯合铁产品。本发明方法具有能以工业规模生产，操作工艺简单，成本较低，产品质量稳定、方便保存等优点。
文档编号C07F15/02GK1957756SQ20061009754
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月4日 优先权日2006年11月4日
发明者张晓鸣, 贾承胜, 黄玲, 倪婉星 申请人:江南大学