王美玲，龚玉琼，钟国清

（西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳621010）

科学实验研究

柠檬酸锌螯合物的合成与应用

王美玲，龚玉琼，钟国清*

（西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳621010）

柠檬酸锌螯合物作为新型的食品及饲料添加剂，其化学性质稳定、生物利用率高，且对人体及动物无毒副作用，可同时提供人和动物体生长发育所需微量元素锌和代谢所需的柠檬酸。本文介绍了柠檬酸锌的基本性质、合成方法以及在食品、农业及医药领域中的应用，并对柠檬酸锌的应用开发前景进行了展望。

微量元素螯合物；柠檬酸锌；合成

锌是人和动物的必需微量元素，是体内多种酶的组成成分或激活剂，缺锌会导致多种疾病的发生，如小儿生长停滞、智力障碍、生殖功能下降甚至不孕、食欲不振、免疫功能降低等（Prasad，2013）。柠檬酸是一种三羧酸类化合物，可与二价、三价金属离子进行螯合，有较强的螯合能力。柠檬酸锌广泛应用于饲料、食品、医药和日化等行业。作为新型的功能性微量元素螯合物，柠檬酸锌具有吸收速率快、生物利用度高、无毒性、添加量少、无苦涩味等特点，是目前较理想的有机锌制剂。相比传统的单独添加无机微量元素所带来的金属元素间的相互拮抗作用、金属离子的氧化还原对维生素的破坏作用以及对资源的浪费和对环境的污染，柠檬酸锌螯合物具有效果明确性、有效成分可测性、生物利用率高、吸收率好和质量稳定等优点，同时比氨基酸的微量元素螯合物更具价格优势。

1　柠檬酸锌的基本性质

柠檬酸锌又名枸橼酸锌，化学名为2-羟基丙烷-l，2，3-三羧酸锌，中心锌原子与两个柠檬酸的羟基及中间羧基和每个柠檬酸的一个末端羧基键合，构成锌的八面体结构（李卫平等，1995）。柠檬酸锌的组成为Zn3（C6H5O7）2·nH2O（n=0～4），以2个或3个结晶水形式存在较为常见，热稳定性能好，约在265℃失去结晶水。含2个结晶水的柠檬酸锌相对分子质量为610.37，含锌32.13%，白色结晶或粉末，熔点334℃，无臭无味，溶于水，易溶于稀盐酸和稀氢氧化钠，难溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。柠檬酸锌中锌含量可用铬黑T为指示剂、pH=10的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液中用EDTA配位滴定法测定。柠檬酸锌的小鼠灌胃给药LD50为（1693±159）mg/kg，是硫酸锌灌胃给药LD50的9.7倍（王振发等，1998）。柠檬酸锌口服后在消化道内缓慢吸收，相对生物利用度是葡萄糖酸锌的1.36倍（王振发等，1997）。柠檬酸锌是人体母乳中唯一的一种锌配合物，也存在于前列腺和精液中。柠檬酸锌在胃酸的作用下，溶解形成柠檬酸和锌离子，柠檬酸参与三羧酸循环，在体内彻底氧化为二氧化碳和水，部分锌离子被人体吸收。

2　柠檬酸锌的合成

柠檬酸锌传统制备方法一般用锌的无机盐先与碱作用制得氢氧化锌，再与柠檬酸反应得到柠檬酸锌（郑洪江等，1994）。这种工艺方法存在以下问题：氢氧化锌为无定形胶状沉淀，过滤、洗涤较难；反应产物中容易存在其他杂质；反应过程繁琐，产率及产品质量难以提高。目前，普遍以氧化锌为原料合成柠檬酸锌。例如，将10.5 g（0.05 mol）柠檬酸溶于100 mL蒸馏水，分批加入6.1 g（0.075 moL）氧化锌，在60～80℃水浴中加热搅拌反应2 h，然后趁热过滤，滤液减压浓缩至原体积的1/3，加入10 mL 95%乙醇，室温下静置结晶6 h，过滤、洗涤、真空干燥，得白色粉末状柠檬酸锌产品14.8 g，产率96.2%，纯度99.6%。张富强（2016）报道了一种柠檬酸锌的制备方法，将柠檬酸、氧化锌、引发剂、水按物质的量比1∶0.5～0.6∶15∶0.02～0.05投入反应釜中，在搅拌的同时加热至70～80℃，反应5～7 h，然后离心分离，干燥箱中烘干，过筛得成品柠檬酸锌。该工艺产品纯度高、呈颗粒状，分离后易于干燥，得到的产品无需粉碎。姚建飞等（2015）报道了一种三水合柠檬酸锌的合成方法，将柠檬酸和去离子水加入反应釜，搅拌升温至55～65℃，加入锌化合物，再加入催化剂和助剂，搅拌升温进行反应，反应完毕经离心、过滤，所得固体依次进行水洗、无水乙醇洗涤，最后真空干燥得柠檬酸锌三水合物。王元达（2012）将柠檬酸、氧化锌、水按3∶2∶1的比例混匀，放入温度40～60℃反应釜内，反应60～70 min，停机熟化30～40 min，再开机40～50 min，放出结晶温度下的可溶柠檬酸锌，过滤、烘干，得白色结晶粉末产品Zn3（C6H5O7）2·3H2O。

程琳娜等（1995）以水为介质，将氧化锌制成比例适宜的乳浊液与一定浓度的柠檬酸溶液反应，该工艺简短、产率高、无副产物，消除了传统方法中氢氧化物胶状沉淀过滤、洗涤及对副产物的后处理问题。蒋金芝等（1997）也用柠檬酸和氧化锌为原料合成柠檬酸锌，最佳工艺条件为：n（柠檬酸）∶n（氧化锌）=2∶3，60℃反应2 h，95%乙醇为结晶沉淀剂，结晶6 h，产率96.2%，纯度99.6%。高天荣等（1997）用柠檬酸和氧化锌为原料，在pH＜3水溶液中制得一种可溶性柠檬酸锌｛2［C6H8O7· H2O］·［（C6H7O7）2Zn·2H2O］｝。尹继广（2006）以柠檬酸和碱式碳酸锌为原料制得柠檬酸锌，用正交试验探索了物料配比、反应时间和温度等对产率的影响，最佳工艺条件是柠檬酸和碱式碳酸锌的物质的量比为1.0∶0.8，60℃反应2 h，产率95%，纯度99.8%以上。Che等（2005）以Zn（NO3）2· 6H2O、柠檬酸为原料，在乙醇-水（体积比7∶1）体系中控制pH=6，通过水热合成法在150℃反应20 h制得二维的柠檬酸锌配合物C12H14O16Zn3晶体，该配合物中锌离子有两种不同的配位环境。一种是锌离子与2个柠檬酸中的羟基、中间的羧基和一个末端羧基氧原子配位，形成六配位的八面体构型；另一种是锌离子与3个柠檬酸中的3个羧基中的6个氧原子和1个配位水分子中的氧原子形成七配位。Li等（2009）以乙酸锌（0.26 g，1.0 mmoL）、柠檬酸（0.49 g，1.5 mmol）为原料，弱酸性条件下将其溶在15 mL乙醇-水溶剂中，转入30 mL聚四氟乙烯内衬反应釜，160℃反应3 d，得到［Zn3（C6H6O7）（H2O）2］n晶体，产率63%，该配合物含有八面体和四面体两种配位环境的锌原子。

有关其他形式的柠檬酸锌配合物的合成的相关报道也较多。Deng等（2009）在pH 1.5～3.0水溶液中以Zn（NO3）2·6H2O和柠檬酸反应制得［Zn（H2cit）（H2O）］n晶体，该配合物中锌离子处于六配位的八面体配位环境。Lin等（2014）以柠檬酸、Zn（NO3）2·6H2O及KOH为原料，于水-乙醇体系中120℃水热反应3 d，合成了一种柠檬酸锌的配位聚合物｛K［Zn（C6H5O7）（H2O）］｝n，锌离子为五配位的三角双锥几何构型，该配合物在272℃失去配位水分子。Kim等（2010）以ZnCl2和柠檬酸为原料，用KOH调节溶液pH为7，并加入甲醇合成了配合物K4［Zn（C6H5O7）2］晶体，锌离子为八面体配位。梅志恒等（2015）报道了一种柠檬酸锌铵的制备方法，由水100份、柠檬酸17～18份、氧化锌10～11份和氨水35～40份制备而成，将水和氧化锌置于搅拌设备中分散均匀，加入柠檬酸搅拌至溶液变透明，再加入3/4重量的氨水，并将其加热沸腾，浓缩，自然冷却，将剩余的氨水继续缓慢加入，得到透明溶液，置于烘箱中烘干，冷却粉碎后得到柠檬酸锌铵。

3　柠檬酸锌的应用

3.1食品领域中的应用柠檬酸锌作为食品强化剂，吸收效果优于无机锌，可用于面粉、奶粉、食盐、食品、谷类制品、固体及果汁饮料、果茶、保健品等补充强化锌。作为常见的锌营养强化剂，柠檬酸锌的吸收速度快，性能稳定，属实际无毒物，有生物降解功能，无环境污染，有抗黏结剂功能性，特别适用于制造片状营养强化补剂和粉状混合食品。当铁、锌同时严重缺乏时，选用柠檬酸锌可避免与铁起拮抗作用。柠檬酸锌的含锌量高，添加量少，使用成本低，适用范围广，可用于糖尿病人补锌，弥补了葡萄糖酸锌的不足。柠檬酸锌对胃刺激小，是人体内一种重要的生理活性物质，其经济效益为乳酸锌的2倍，葡萄糖酸锌的6倍。利用柠檬酸锌生产的加锌盐无苦涩味，口感好，而葡萄糖酸锌、乳酸锌有涩味。李道荣等（2003）报道，柠檬酸锌在常温下与食盐混合后能稳定存在，在烘烤条件及油炸条件下柠檬酸锌稳定，葡萄糖酸锌150℃开始分解，乳酸锌190℃开始分解，而柠檬酸锌280℃仍很稳定。

3.2医学领域中的应用柠檬酸锌可增强机体免疫力，促进伤口和创伤的愈合，可辅助治疗缺锌引起的儿童生长发育迟缓、反复呼吸道感染、厌食症、肠炎、哮喘、皮炎等疾病。柠檬酸锌可取代氧化锌、磷酸氢钙作为牙膏添加剂，添加柠檬酸锌0.5%～1.0%的牙膏能有效地防治牙龈炎、牙结石、牙出血和龋齿，并对牙膏性能有良好的改善作用。王彦朋等（2007）用柠檬酸锌辅治反复上呼吸道感染疗效显著，有效率达96.67%。田晓堂（2009）用柠檬酸锌片佐治小儿轮状病毒性肠炎，治疗组总有效率达90.36%。杨志超等（2014）用含柠檬酸锌的咀嚼片辅助治疗变应性鼻炎能明显降低血清特异性IgE水平及过敏程度，疗效明显。锌具有抗牙色斑的作用。梁玉伏等（2015）用含柠檬酸锌的0.9%生理盐水的漱液能安全有效地去除牙齿色斑。Sreenivasan等（2009）报道了一种含1%柠檬酸锌的牙膏在临床抗微生物的功效，该牙膏在14 d内可减少厌氧菌和链球菌24%～52%，与对照组有显著差异（P＜0.05）。此外，Bae等（2007）研究了柠檬酸锌配合物对绒癌细胞系的细胞毒作用，证实柠檬酸锌是恶性细胞凋亡的诱导因子。Hong等（2012）研究了柠檬酸锌复合物对激素难治性前列腺癌细胞增殖的影响，结果显示柠檬酸锌能通过激活半胱天冬酶-3途径诱导DU145细胞凋亡。

3.3农业领域中的应用动物仅靠在自然食物的摄取中获得补充锌是不够的，需要在饲料中补充添加微量元素锌。无机锌来源广泛、价格低廉，但易与饲料中的植酸等抗营养因子形成配合物，难以被动物吸收而使其生物利用率降低。柠檬酸锌等有机锌在消化道中能稳定存在，易于被机体吸收，可减少矿物质排放量及矿物质与其他成分间的拮抗作用。此外，施用锌肥可提高粮食作物锌含量，从而通过食物达到补锌的效果。张庆等（2015）研究了叶面喷施不同形态锌化合物对水稻糙米锌浓度的影响，用硫酸锌、柠檬酸锌、葡萄糖酸锌和EDTA二钠锌处理使糙米锌浓度可分别增加32%、29%、27%和27%。柠檬酸锌铵可作为植物中微量元素调节剂，具有环保、无残留，兼容性好、养分吸收好、原料成本低等优点。

4　结语与展望

微量元素锌在动物体内的生物学功能及其作用机制已经研究得越来越深入，锌元素也逐渐成为营养学界关注的焦点之一，低毒高效锌补充营养剂的研制与开发是微量元素锌营养剂研究的方向。柠檬酸锌生产工艺简单、价格低廉、无刺激性、吸收率高、安全可靠，作为食品添加剂、饲料添加剂，在食品工业、饲料工业、医疗卫生等领域中的应用广泛。合成柠檬酸锌的工艺方法较多，以氧化锌或碱式碳酸锌为原料具有更大的优势。目前，微波加热技术以及室温固相反应已在合成反应中广泛应用，具有节能、环保、反应速率快、产率高、符合清洁生产要求等特点，采用微波加热固相反应合成柠檬酸锌有助于提高经济效益，有潜在的应用研究价值。

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Zinc citrate chelate as a new-type food and feed additive，which has stable chemical properties，high biological absorption and utilization rate，non-toxic side effects for human and animal.It can provide the necessary trace element zinc and citric acid required for metabolism of both human and animal.In this paper，the basic properties and synthetic technology methods of zinc citrate were presented，and its applications in food，agriculture and medicine fields were also introduced.The application and development prospect of zinc citrate was prospected.

trace element chelate；zinc citrate；synthesis

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20161604

S816.7

A

1004-3314（2016）16-0014-04

四川省大学生创新创业训练计划项目（201510619041）