本发明属于有机化合物合成领域，具体涉及一种稳定的氨基酸亚铁配合物的制备方法。
背景技术：
亚铁是一种人和动物所必须的微量元素，是血红蛋白的组成成分，若食物或者饲料中缺乏，会引起动物缺铁性贫血。传统采用亚铁的无机盐作为饲料添加剂，具有添加过程中具有不稳定性，容易被氧化，动物吸收利用需通过多种生物学屏障，其吸收效率低，添加量大，生物学效价低，大部分经过粪便排出，对环境有污染等缺点。
氨基酸亚铁配合物或螯合物是亚铁离子与氨基酸中的氨基和羧基中的羟基形成配位键，构成的单五元环亚铁配合物，而双五元环则为亚铁的螯合物，这种特定的配合物结构使其分子内电子趋于中性，易于在小肠中吸收和利用，是新一代饲料添加剂。氨基酸亚铁螯合物具有极其稳定的双五元环结构，在生物体内保持相对稳定，因此不易与其他饲料原料或微量元素产生干扰和拮抗，且无阴离子干扰，具有较高的纯度，是一种良好的亚铁营养剂。相较于氨基酸亚铁螯合物，氨基酸亚铁配合物也具有独有的优势，其单五元环结构同样具有良好的稳定性但有更少的分子量，研究表明（kirchgessneretal.1967）在氨基酸与金属形成的结合物中，氨基酸数目越少(分子量越小)，吸收越好；同时亚铁营养剂被动物体吸收利用的前提都是化合物必须在动物体内生理ph范围内溶于水，而氨基酸亚铁配合物易溶于水，在生理ph2.0-7.4具有极好溶解度。
氨基酸亚铁配合物及螯合物制备的除了反应温度、反应时间、原料比例等需要注意外，难点主要在于亚铁离子的抗氧化，亚铁离子的强还原性使其极易被氧化为不被动物体利用的三价铁，因此制备过程一般进行脱氧保护和使用抗氧化剂。最早的抗氧化方式有反应过程氮气保护和加入还原性的抗氧化剂如盐酸羟胺、抗坏血酸等，这些异质抗氧化剂最后成为产品中杂质，不利于产品质量。后来采用还原铁粉、羰基铁粉作为还原剂，还原体系中的三价铁，多余的还原铁被过滤除去。但存在滤除的铁粉夹杂料液与空气接触而氧化，难以被直接利用起来，且为少量铁粉需进行过滤操作，增加了成本等问题。另外，目前尚未有对氨基酸亚铁配合物产品储存和使用过程的抗氧化的工艺考虑，在储存吸潮湿度增加以及饲喂时加入水分时，氨基酸亚铁配合物被氧化的几率和速度大大提高，这实际造成了有效亚铁的损失，但却是被忽视的。
中国专利cn106187797公布了以将甘氨酸和七水硫酸亚铁溶于水中，加入少量铁粉和几滴浓硫酸，在70~90℃下转动反应30~60min，冷却至50~65℃析晶抽滤，结晶固体经无水乙醇洗涤后烘干得产品。该专利加入铁粉同时又加入浓硫酸，铁粉被加入的硫酸消化，此时酸和铁粉可能就优先反应了，所加入的铁粉根本起不到抗氧化的作用，虽省去过滤步骤也无意义。同时溶解掉的铁粉造成相对的过量的游离铁离子，在后续制备过程和保存期间都更容易氧化造成产品品质下降。
中国专利cn107118115公布了将甘氨酸溶于水后，加入0.1~5‰的羰基亚铁，在50~70℃搅拌10~30min脱除溶解氧，然后投入0.95~1.1甘氨酸摩尔比例的七水硫酸亚铁，10~50%甘氨酸重量的麦芽糊精，0.1~5‰的二氧化硅，在50~85℃下搅拌反应20~40min，反应液过滤后喷雾干燥得到产品。该专利使用羰基铁粉做脱氧剂和还原剂，虽然考虑了溶剂水中本身的溶解氧，脱除溶解氧有助于降低亚铁反应过程被氧化，但在20~25%质量分数的甘氨酸溶液，相当量的羰基铁粉会直接在加热脱氧期间与氢离子反应消耗掉，而不能很好起到抗氧化的作用。并且，在产品中加入麦芽糊精和二氧化硅，也使得产品有效含量降低，增加了使用时的添加量。
美国专利us4067994公布了以蛋氨酸和亚铁、三价铁硫酸盐或盐酸盐在60℃水溶液中合成蛋氨酸与铁元素摩尔比1:1的蛋氨酸铁络合盐。该专利所述方法未考虑亚铁离子的抗氧化问题，且把三价铁作为产品的一种有效成分，因此亚铁含量偏低。而普遍的认为，动物体对铁元素的吸收利用主要为亚铁，而对三价铁几乎不吸收。
中国专利cn1112115公布了以羟基蛋氨酸与亚铁的无机盐按1:1~2摩尔比在50~100℃水溶液中，以氢氧化钠调节体系ph=6~8，反应0.8~1.2小时，降温离心分离，得到羟基蛋氨酸亚铁产品。该专利所述方法使用羟基蛋氨酸与硫酸亚铁为主要络合原料，调碱后制备羟基蛋氨酸亚铁。羟基蛋氨酸为蛋氨酸的氨基被羟基取代的蛋氨酸类似物，具有蛋氨酸类似的营养效果。但羟基蛋氨酸的羟基较氨基络合稳定性较弱，且液体蛋氨酸的酸性较强，氢离子与亚铁会发生竞争。使用氢氧化钠调ph可以增强液体蛋氨酸的络合反应，但调节过程会存在局部ph过大造成亚铁易氧化，额外地，还产生硫酸钠废水。
普遍地，目前氨基酸亚铁配合物除了以上制备过程主要面临抗氧化提高有效亚铁含有率以及产品和生产工艺的环保性，也要考虑干燥、存储、运输和使用期间产品的稳定性。特别对一些易吸潮的氨基酸亚铁配合物产品在吸潮后不仅结块流动性变差，亚铁也更易不稳定而发生氧化，如甘氨酸亚铁配合物和羟基蛋氨酸配合物，因此需考虑其储存过程的稳定性。
综上，目前氨基酸亚铁配合物的制备技术主要有以下问题：
（1）使用水做溶剂制备过程没有考虑水中杂质离子去除和溶解氧脱除，这加大了后面制备过程亚铁抗氧化的难度和工作量。
（2）抗氧化剂选择或使用存在问题，如：使用盐酸羟胺、抗坏血酸等异质抗氧化剂带入最终产品影响产品质量；使用铁粉做还原剂时，存在需过滤除去未反应铁粉和回收铁粉难以利用或铁粉与酸或较强酸优先接触造成消耗未发挥实际的还原作用；以上问题都直接影响最终产品质量和稳定性。
（3）未考虑氨基酸亚铁产品储存、运输和使用等后续环节的稳定性控制（中国专利cn107118115加入10~50%甘氨酸重量的麦芽糊精防止储运过程吸潮，但存在上文已描述问题，且对配成饲喂用料使用时稳定性并无帮助）。
（4）部分产品制备方法还产生含盐废水。
技术实现要素：
为解决以上问题，本发明的目的在于提供一种稳定的氨基酸亚铁配合物的制备方法，能够脱除制备用水中杂质离子和溶解氧，大大降低制备过程亚铁氧化率，提高了产品质量，同时抗氧化还原铁粉用量也相应减少。
本发明的目的具体是这样将实现的:
一种稳定的氨基酸亚铁配合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取制备用水脱除溶解氧后，加入氨基酸与亚铁盐，控温40~95℃，搅拌至完全溶解，加入还原铁粉，保温反应20~60min；
（2）反应完毕，加入助剂控制ph=2~5，搅拌10~30min，消化掉残余还原铁粉，反应液直接或浓缩后进行喷雾干燥，收集包装得氨基酸亚铁配合物成品。
所述助剂为2-羟基-4-甲硫基丁酸，但也可乳酸、富马酸、柠檬酸、酒石酸等替代。
进一步地，所述氨基酸为蛋氨酸、苏氨酸、甘氨酸、亮氨酸、丝氨酸、赖氨酸及苯丙氨酸中的一种或多种。
更进一步地，所述氨基酸为蛋氨酸、甘氨酸。
所述还原铁粉用量为亚铁盐摩尔量的0.001~0.01。
所述氨基酸与亚铁盐的摩尔比为0.9~1:1，助剂的用量为0.05~0.2氨基酸摩尔当量。
进一步地，所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁及其各种水合物。
特别地，所述制备用水脱除溶解氧手段为超声波脱氧、热力脱氧和或鼓入氮气。
特别地，所述制备用水为经阴离子树脂交换、阳离子树脂交换、超滤、纳滤、反渗透等一种或多种水处理手段得到的脱除了杂质离子的脱盐水或软化水，水质应满足电导率在1~10us/cm。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
通过脱除制备用水中的杂质离子和溶解氧，降低了亚铁氧化风险，用作抗氧化的还原铁粉保留至反应后期，使用用作助剂的2-羟基-4-甲硫基丁酸消化，保证了整个反应过程铁粉的抗氧化功能同时优化了过滤设备和操作，较低的ph(2~5)有助于保护亚铁不被氧化，而被消化的少量铁粉与助剂形成稳定的螯合物，得到的反应液经喷雾干燥包装得产品。整个过程尽可能避免了亚铁与氧化性物质发生氧化反应，保障了氨基酸亚铁的高亚铁品质。同时，加入的一定量助剂不仅在反应过程用作还原铁粉消化和螯合，在储运和使用时，其通过提供对游离亚铁的二次配合或螯合以较低的ph以抑制亚铁氧化和亚铁配合物的解析，达到产品的稳定。在使用2-羟基-4-甲硫基丁酸为助剂时，还可为动物体提供额外的蛋氨酸补充。
（1）脱除制备用水中杂质离子和溶解氧，大大降低了制备过程亚铁氧化率，提高了产品质量，同时抗氧化还原铁粉用量也相应减少。
（2）抗氧化剂还原铁粉存在直到主反应结束，再使用助剂消化，确保全过程抗氧化，同时省略了过滤操作。
（3）使用2-羟基-4-甲硫基丁酸用作助剂，兼有残余铁粉消化、游离亚铁离子二次螯合和储运使用过程稳定剂作用。
（4）整个工艺过程基本无三废产生，清洁可持续。
具体实施例
本发明将结合下面的实施例来描述，这些实施例作为本发明方法阐述而非作为本发明方法或实施方法的限制范围。
实施例1
蛋氨酸亚铁配合物制备：在2000l的反应釜中加入602.02kg的工业脱盐水（电导率2.8us/cm），然后升温至95℃，保温30~60min，后期同时通入氮气5~15min，分析水中氧的残留量，未检测出。然后再加入301.01kg含量99wt%的dl-蛋氨酸晶体（2000摩尔）和含量98wt%的无水硫酸亚铁310.02kg（2000摩尔），搅拌完全溶解，加入还原铁粉0.448kg（8摩尔），在40~95℃保温20~60min，加入助剂2-羟基-4-甲硫基丁酸3.41kg（20摩尔），调节反应液ph=2~5，消化掉残余还原铁粉，搅拌10~30min，得到dl-蛋氨酸络合亚铁盐水溶液，该水溶液中dl-蛋氨酸络合亚铁盐的浓度为49.7wt%.
蛋氨酸亚铁配合物的喷雾干燥处理：将上述得到的dl-蛋氨酸亚铁配合物水溶液在反应釜中进行减压浓缩处理，将dl-蛋氨酸亚铁配合物水溶液浓缩至浓度为70wt%左右，并且该浓缩液在60℃条件下具有很好的流动性，冷凝水循环至下批次的生产用水，浓缩液然后进行喷雾干燥处理，氮气预热温度为115℃，经过喷雾干燥处理后得到的dl-蛋氨酸亚铁配合物产品607.22kg，产品具有很好的流动性，产品的颜色为浅棕色粉末状，过0.25mm孔径分析筛，产品通过率大于99%，产品中亚铁含量为18.25%，三价铁：0.08%，亚铁的络合率为99%，dl-蛋氨酸亚铁配合物的收率为99.8%。喷雾干燥冷凝回收的冷凝水循环至下批次的dl-蛋氨酸溶解用水，氮气循环至下批次喷雾干燥用气。
实施例2
甘氨酸亚铁配合物制备：在2000l的反应釜中加入451.52kg工业脱盐水（电导率3.2us/cm），然后升温至95℃，保温30~60min，后期同时通入氮气5~15min，分析水中氧的残留量，未检测出。然后再加入151.66kg含量99wt%的甘氨酸晶体（2000摩尔）和含量97wt%的七水硫酸亚铁573.22kg（2000摩尔），搅拌完全溶解，加入还原铁粉0.448kg（8摩尔），在40~95℃保温20~60min，加入助剂2-羟基-4-甲硫基丁酸2.56kg（15摩尔），调节反应液ph=2~5，消化掉残余还原铁粉，搅拌10~30min，得到甘氨酸亚铁配合物水溶液，该水溶液中甘氨酸亚铁配合物的浓度为45.53wt%。
甘氨酸亚铁配合物的喷雾干燥处理：将上述得到的甘氨酸亚铁配合物水溶液在反应釜中进行浓缩处理，将甘氨酸亚铁配合物水溶液浓缩至甘氨酸亚铁配合物的浓度85wt%左右，并且该浓缩液在75℃条件下具有很好的流动性，冷凝水循环至下批次的生产用水，浓缩液然后进行喷雾干燥处理，氮气预热温度为105℃，经过喷雾干燥处理后得到的甘氨酸亚铁配合物产品607.22kg，产品具有很好的流动性，产品的颜色为棕褐色粉末状，过0.25mm孔径分析筛，产品通过率大于99%，产品中亚铁含量为20.82wt%，三价铁：0.06%，亚铁的络合率为99%，甘氨酸亚铁配合物的收率为99.8%。喷雾干燥冷凝回收的冷凝水循环至下批次的甘氨酸溶解用水，氮气循环至下批次喷雾干燥用气。
对比实施例3
按照不考虑抗氧化方法制备蛋氨酸亚铁配合物，蛋氨酸与亚铁盐摩尔比1:1在60℃直接反应后浓缩取出干燥，得到产品。检测亚铁含量为17.65%，三价铁：0.64%，dl-蛋氨酸亚铁配合物的收率为98.6%。
对比实施例4
按照普通还原铁粉过量抗氧化法制备甘氨酸亚铁配合物，蛋氨酸与亚铁盐摩尔比1:1投料，并加入还原铁粉，反应结束过滤掉多余铁粉，处理反应液得到产品。检测亚铁含量为20.62wt%，三价铁：0.10%，甘氨酸亚铁配合物的收率为98.1%.
实施例5
稳定性测试1：
亚铁离子以稳定的配合物和螯合物存在时，无论是固态还是存在于水溶液中，均不容易被氧化，但解析出游离亚铁离子极容易被空气或溶液中氧气氧化为三价铁，亚铁被氧化消耗，进一步促进解析向正向进行，造成亚铁配合物的消耗和亚铁向不能利用的三价铁转化。实验主要通过测定溶液中三价铁含量来跟踪产品解析反应判断其稳定性。
取实施例1、2、3、4所得亚铁配合物各20g转入100ml烧杯并分别加入20ml常温脱氧去离子水搅拌溶解，分别记为a、b、c、d组，敞开放置于操作台，分别于10min，60min，90min对各组取样分析其中三价铁含量。
分析数据如下：
表1：50%浓度亚铁配合物溶液中三价铁含量变化
a：本发明方法制备得蛋氨酸亚铁配合物；
b：本发明方法制备得甘氨酸亚铁配合物；
c：对比例蛋氨酸与硫酸亚铁1:1直接反应制备得蛋氨酸亚铁配合物；
d：对比例甘氨酸与硫酸亚铁在过量铁粉下反应制备的甘氨酸亚铁配合物。
实施例6
稳定性测试2：
由于亚铁作为微量元素营养剂添加量非常少，应此在湿润固体饲料或流态饲料中可能实际浓度更低，因此测试25%浓度氨基酸亚铁配合物稳定性以参考。
取实施例1、2、3、4所得亚铁配合物各60g转入250ml烧杯并分别加入180ml常温脱氧去离子水搅拌溶解，分别记为a、b、c、d组，敞开放置于操作台，分别于10min，60min，90min对各组取样分析其中三价铁含量。
分析数据如下：
表2：25%浓度亚铁配合物溶液中三价铁含量变化
a：本发明方法制备得蛋氨酸亚铁配合物；
b：本发明方法制备得甘氨酸亚铁配合物；
c：对比例蛋氨酸与硫酸亚铁1:1直接反应制备得蛋氨酸亚铁配合物；
d：对比例甘氨酸与硫酸亚铁在过量铁粉下反应制备的甘氨酸亚铁配合物。