Разработка рационального способа получения комплексных солей марганца, железа с глицином и метионином

Глицин, метионин, их комплексные соли микроэлементов характеризуются высокой биологической доступностью и имеют важное значение в питании животных, а также применяются в медицинской практике (микроэлементология).

Глицинат марганца в хелатной форме широко известный препарат. Его успешно используют в составе витамино-минерального комплекса и косметических средств. Глицинат марганца помогает укреплять стенки артерий, предотвращает развитие атеросклероза, отвечает за выработку супероксиддисмутазы – фермента, который защищает клетки нашего организма от неблагоприятного воздействия свободных радикалов. Глицинат марганца необходим также для нормального функционирования мозга, для выработки энергии, бесперебойной работы поджелудочной железы, синтеза нуклеотидов и холестерина, способствует снижению сахара в крови. Широко известны его антиоксидантные свойства, что лучше всего он усваивается с препаратами меди и цинка [Справочник. Глоссарий косметики].

Экспериментально доказано [1], что глицинат марганца по ЛД50 для мышей (при введении peros), согласно классификации соединений по степени опасности, принадлежит к IV группе токсичности и составляет более 5500 мг/кг массы тела. По сравнению с сульфатом марганца является менее токсичным веществом (ЛД100 MnSO4 – 305 мг/кг).

Кормление цыплят-бройлеров комбикормами, содержащими глицинат марганца, способствует повышению активности ферментов слизистой оболочки тонкого кишечника и печени при стабильных значениях гематологических показателей и способствует увеличению среднесуточных привесов массы тела птицы. Марганец из его комплекса с глицином не накапливается в тканях цыплят-бройлеров и при его избыточном количестве способен выводиться из организма птицы [1].

Микроэлементы играют важную роль в формировании скелета растущих сельскохозяйственных птиц. В роли активатора или в качестве составляющих различных ферментов они влияют на широкий спектр процессов – наращивание, преобразование и распад, в том числе коллагеновых волокон, которые являются составляющей частью костей и хрящей. Биологическая доступность неорганических соединений микроэлементов ограничена. Органически связанные микроэлементы, в том числе глицинные хелаты (железа, меди, марганца, цинка) – «ЭкоТрэйс», характеризуются высокой биологической доступностью и низким противодействием, усваиваются гораздо легче, чем соответствующие сульфаты [2].

Глицинат железа (ЭкоТрэйс Fe20%) – органическое соединение железа, служит источником железа для всех видов сельскохозяйственных животных и птиц. Он максимально используется организмом благодаря своей высокой биодоступности. В отличие от неорганических источников железа препарат не образует в ЖКТ нерастворимых соединений. ЭкоТрэйс Fe 20% усваивается в той же степени, что и аминокислоты. Благодаря особенности строения молекулы глицинатов ЭкоТрэйс не агрессивны по отношению к витаминам и другим компонентам комбикорма. ЭкоТрэйс Fe 20% применяют для обогащения и балансирования рационов для животных и птиц по железу. Оптимальные дозы железа в рационах предотвращают развитие анемии. ЭкоТрэйс Fe 20% вводят ежедневно в целях профилактики и лечения микроэлементоза железа в комбикорма и премиксы. Побочных явлений и осложнений при применении ЭкоТрэйс Fe 20% в рекомендуемых количествах не выявлено. Продукцию от животных после применения ЭкоТрэйс Fe 20% можно использовать в пищевых целях без ограничений [«Биохем Цузатцштоффе Хандельс-унд Продукционсгезелльшафт. Мбх», Германия. ООО «Группа компаний Биохем», Россия].

Глицинаты железа, меди, марганца, цинка, кормовая добавка В-ТRAXIM 2C, новое поколение органических микроэлементов с высоким содержанием металла применяются для балансирования рационов животных и птиц по содержанию микроэлементов.

В-ТRAXIM 2C Мn220 – содержит 22% органического марганца. Марганец оказывает непосредственное влияние на рост, размножение, кроветворение, функцию эндокринных органов, принимает активное участие в окислительно-восстановительных процессах, тканевом дыхании, костеобразовании, противодействует жировой дегенерации печени.

В-ТRAXIM 2C Fe220 содержит 22% органического железа. Железо (II) участвует в окислительно-восстановительных процессах, является важным компонентом для образования гемоглобина. При недостатке железа происходит исхудание, задержка роста, снижение репродуктивных функций.

В-ТRAXIM 2C – глицинаты железа, меди, марганца, цинка – относятся к настоящим микроэлементам, характеризуются отличными физическими и биологическими свойствами благодаря уникальной прочности комбинации аминокислоты – глицина и металла. Более высокая концентрация металла достигается за счет того, что металл связывается с одной молекулой аминокислоты в отличие от хелатов, где атом металла связывается с несколькими аминокислотами [ООО «ВИТА» – здоровье животных – наше решение, Vita-K Su/2012 102356/dlicinaty html].

Хелатные соединения марганца, железа с глицином, метионином обладают большей биодоступностью, чем соответствующие сульфаты [3].

При введении в рацион подопытных коров дефицитных микроэлементов марганца, железа, меди в форме их соединений с метионином выявлено увеличение содержания данных микроэлементов в молоке. В группе животных, которым скармливали метионинаты, повышалась молочная продуктивность и ветеринарно-санитарные показатели качества молока. Подкормка сухостойных коров дефицитными микроэлементами с метионином положительно влияла на живую массу новорожденных телят. Установлено, что балансирование рационов, лактирующих коров хелатными комплексами марганца, железа, меди с метионином более экономически эффективнее, чем применение неорганических солей [4].

Предложены препараты феррокомп-2, феррокомп-3, в составе которых содержатся хелатные комплексы микроэлементов с метионином, для повышения продуктивности животных, профилактики алиментарной анемии [5,6].Разработан способ получения комплексного препарата «Гемовит-меян», включающий компоненты: янтарную кислоту, сульфаты железа, марганца, цинка, меди, кобальта, метионин, нуклеинат натрия.

Метионин включен в состав препарата для усиления гепатопротекторной активности, а нуклеинат натрия как иммуностимулятор [7].

В литературе имеются краткие сообщения о получении глицината марганца с выходом 75% при температуре раствора реагирующей смеси 100 ° С[1] и глицината железа в процессе гидролиза с использованием сульфата железа и глицина [Эко Трэйс Fe 20%]. Однако, методики синтеза и выделение чистых препаратов в указанных источниках не приведены.

Более подробно описаны методики получения метионинатов марганца и железа [6]. Метионинат марганца получают взаимодействием щелочного раствора метионина с хлоридом марганца, а метионинат железа – действием на реакционную смесь метионина и сульфата железа щелочным растворм.

С целью расширения области применения глицинатов и метионинатов марганца и железа в медицине, животноводстве, сельском хозяйстве нами проведены исследования по разработке рационального способа получения химически чистых препаратов.

Материалы и методы . Для синтеза комплексных солей марганца, железа с глицином и метионином были использованы следующие реактивы: глицин (аминоуксусная кислота), содержание основного вещества 98,5-100% производства ЗАО «ЛенРеактив», DL –метионин, квалификация «ч», массовая доля основного вещества 99,2%, производства ЗАО « Вектон»; сульфаты: МnSO 4 ∙ 5H 2 O, FeSO 4 7H 2 O, гидроксид натрия марки «хч».

• 1.    Синтез глицината марганца (II). Раствор 7,9 г (0,033 моль) сульфата марганца (II) МnSO₄ ∙ 5H₂O в 20-25 мл воды (рН = 3) нагревают до 45-50 ° С в течение 20 минут. К гомогенному раствору (рН = 2) присыпают порциями 5 г (0,066 моль) глицина и выдерживают 30-35 минут при 45-50 ° С (рН реакционного раствора равняется 6-6,5). Затем реакционную смесь охлаждают до 10 ° С, выпавший кристаллический продукт фильтруют, промывают спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 6,0 г (75,6%) глицината марганца (II) дигидрата, Мn[C₂H₄O₂N]₂ ∙ 2H₂O. Содержание азота (%): найдено – 11,60; вычислено –11,72.

• 2.    Синтез метионината марганца (II). К суспензии 5 г (0, 34 моль) метионина в 40 мл воды прибавляют 1,36 г (0,034 моль) гидроксида натрия, перемешивают 10 минут до полного растворения метионина и нагревают до 55-60 ° С. К гомогенному раствору (рН 9-10) присыпают порциями 4,1 г (0,017 моль) сульфата марганца (II), МnSO₄ ∙ 5H₂O при интенсивном перемешивании 30-35 минут. Реакционную смесь охлаждают до 10 ° С, выпавший кристаллический продукт отделяют фильтрованием, промывают водой от сульфатов (качественный контроль с ВаСl₂), затем спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 5 г (77%) метионината марганца (II), Мn[C₅H₁₀O₂NS]₂ ∙ 2H₂O. Содержание азота (%): найдено – 7,11; вычислено –7,23.

• 3.    Синтез глицината железа (II). Раствор 9,2 г (0,033 моль) сульфата железа (II) в 20-25 мл воды (рН = 3) нагревают до 40 ° С в течение 20 минут (рН = 2). К этому раствору присыпают порциями 5 г (0,066 моль) глицина и выдерживают 30-35 минут при 45-50 ° С. затем реакционную смесь охлаждают до 10 ° С, выпавший кристаллический продукт фильтруют, промывают спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 6,8 г (85%) глицината железа (II) дигидрата, Fe[C₂H₄O₂N]₂ ∙

• 4.    Синтез метионината железа (II). К суспензии 5 г (0,034 моль) метионина в 40 мл воды прибавляют 1,36 г (0,034 моль) гидроксида натрия, перемешивают 10 минут до полного растворения метионина и нагревают до 55-60 ° С. К гомогенному раствору присыпают порциями 4,6

Глицинат марганца(II) – высокоплавкий кристаллический продукт белого цвета с розоватым оттенком, хорошо растворим в воде, нерастворим в спирте.

Метионинат марганца (II) высокоплавкий кристаллический продукт бледно-розового цвета, нерастворим в воде и спирте.

2H 2 O. Содержание азота (%): найдено – 11,51; вычислено – 11,66.

Глицинат железа (II) – высокоплавкий кристаллический продукт желтого цвета, частично растворим в воде, нерастворим в спирте.

г (0,017 моль) сульфата железа (II), FeSO 4 ∙ 7H 2 O при перемешивании 3035 минут. Реакционную смесь охлаждают до 10-15 ° С, выпавший кристаллический продукт фильтруют, промывают водой от сульфатов

(качественный контроль ВаСl2),затем спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 5,2 г (80%) метионината железа (II)дигидрата,

Fe[C 5 H 10 O 2 NS] 2 ∙ 2H 2 O. Содержание азота (%): найдено – 7,10; вычислено –7,21.

Метионинат железа (II) высокоплавкий кристаллический продукт светло-коричневого цвета, нерастворим в воде и спирте.

Результаты исследований. Глицинаты марганца (II) и железа (II) получают действием на реакционный водный раствор процесса гидролиза соответствующих сульфатов глицином в кислой среде (рН 2-3).

Реакция протекает по схеме (I):

tо

I. 2Н N CН СООН +

МeSO + 2HOH      Me(OH) + H SO

рН < 7

( _ H2O)

[H N CH COO ] Мe

где Ме: Мn2+ (1); Fe2+ (3)

Метионинаты марганца (II), железа (II) синтезируют действием сульфата соответствующего металла на гомогенную реакционную смесь метионина и гидроксида натрия в щелочной среде (рН 9-10).

Реакция протекает по схеме:

+ МеSO

II. 2СН S CH CH CH COONa 4

I ( _ Na SO )

NH 2 рН > 7

[CH S CH CH CH COO ] Мe где Ме: Мn2+ (2); Fe2+ (4).

Из приведенных схем и экспериментальных данных следует, что определяющее влияние на течение процесса и выхода целевых продуктов оказывает рН среды, гомогенность реакционного раствора.

Глицинаты марганца (II) и железа (II) с высокими выходами (75,6, 85%) получают следующим образом: первоначально проводят гидролиз сульфатов в водной среде (рН 2-3),а затем присыпают субстрат – кристаллический глицин (схема I). В процессе гидролиза образуется гидроксид марганца (II) – Мn(OH) 2 и гидроксид железа (II) – Fe(OH) 2 , которые хорошо растворимы в кислотах (кислой среде) и не подвергаются окислению. Глицин также хорошо растворим в воде и реакция протекает в гомогенной фазе. При этом используется минимальное количество воды (растворителя) для реакции, чтобы создать условия выпадения кристаллов целевых продуктов из реакционной смеси.

В щелочной среде (по схеме II) образование глицинатов марганца (II) и железа (II) затруднено, так как гидроксиды марганца (II) и железа (II) не растворяются в щелочных растворах и быстро подвергаются окислению: Мn(OH) 2 до MnО(OH) 2 , а Fe(OH) 2 до Fe(OH) 3 .

Метионинаты марганца (II), железа (II) получают с выходами (77, 80%) в щелочной среде (рН 9-10) через соль натрия с последующим действием сульфатов металлов в гомогенной фазе (схема II).

При этом метионин, относящийся к классу сульфидов (тиоэфиров), выполняет роль антиоксиданта и затормаживает окисление гидроксидов Mn (II), железа (II).

Синтез метионинатов марганца и железа по схеме (I) протекает в гетерогенной фазе из-за малой растворимости метионина в воде, и целевые продукты получаются с низкими выходами (40, 50%).

Для подтверждения структуры полученных комплексных солей кроме элементного анализа проведены качественные реакции. Соли (1-4) дают качественную реакцию на аминогруппу: с хлоридом железа (III) образуются хелаты красного цвета, с сульфатом меди с добавлением ацетата натрия – ярко синего цвета.

При действии на глицинат и метионинат марганца (II) гидроксидом натрия в водной среде выпадает обильный осадок Мn(OH)2 бледно- розового цвета. Глицинат и метионинат железа (II) с гексациано-ферратом (III) калия, К3[Fe(CN)6] образуют темно-синие осадки турнбулевой – сини. Метионинаты марганца (II),железа (II) дают качественную реакцию на сульфидную серу с иодом в среде хлороформа [8].

Заключение. Разработан рациональный способ получения комплексных солей марганца (II), железа (II) с глицином и метионином высокой степени чистоты.

Выявлены факторы, влияющие на течение процесса. Показано, что в оптимальных условиях – рН среды, гомогенность реакционной смеси, целевые продукты получают с высокими выходами, необходимыми для их изучения и применения.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Крижановская О.П. Гигиеническая оценка и обоснование использования глицината марганца при выращивании цыплят-бройлеров: Автореф…диссерт. канд. вет. наук.– Национальный аграрный университет. Киев: 2007. 2. Хильдебранд Б. Глицинаты микроэлементов: Малый вклад для большой пользы. // Ж. «Птица и птицепродукты». 2012, №3, с. 28-29. Компания Biochem GmbH, Германия. 3. Манукян А.В. Применение органических форм марганца и цинка в комбикормах для цыплят-бройлеров: Автореф…диссерт. канд. сельс. хоз. наук. –Сергиев Посад: 2008. 4. Биленчук Р.В. Физиолого-биохимическая характеристика организма коров и их телят и ветеринарно-санитарная оценка молока при микроэлементной коррекции рациона: Автореф…диссерт. канд. вет. наук. – Львов. Львовская гос. академия ветерин. медицины им. С.З. Гжицкого: 1999. 5. Кабиров Г.Ф. Разработка средств профилактики и лечения гипомикроэлементозов овец и свиней: Диссерт…докт. вет. наук. – Казань: 2000. 6. Логинов Г.П. Влияние хелатов металлов с аминокислотами и гидролизатами белков на продуктивные функции и обменные процессы организма животных: Автореф…диссерт. докт. биолог. наук.– Казань: 2005. 7. Пат.РФ. 240476. 27.11.2010. Способ получения комплексного препарата для профилактики и лечения нарушений обмена веществ, микроэлементозов, повышения резистентности организма животных. / А.В. Лебедев, О.А.Швец, А.А. Евглевский и др. 8. Цитович И.К. Курс аналитической химии. – М.: Высш. шк.,1985. 400 с.

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ СОЛЕЙ МАРГАНЦА, ЖЕЛЕЗА С ГЛИЦИНОМ И МЕТИОНИНОМ

Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф. Муллахметов Р.Р.

Резюме

Разработан рациональный способ получения комплексных солей марганца (II), железа (II) с глицином и метионином высокой степени чистоты.

DEVELOPMENT OF RATIONAL METHOD OF IRON WITH GLYCINE AND METHIONINE, MANGANESE COMPLEX SALTS OBTAINING

Kadyrova R.G., Kabirov G.F., Мullakhmetov R.R.