由赖氨酸水溶液制备单赖氨酸盐化合物

摘要

本发明涉及一种制取单赖氨酸盐化合物(200，300，400，500，600，700，800，900)的方法。该方法包括：制备(502)溶解有赖氨酸(802)和金属盐(404)的液态反应混合物(810)；使溶解于反应混合物中的赖氨酸和金属盐反应成该单赖氨酸盐化合物；并且干燥该液态反应混合物以收得单赖氨酸盐化合物。

说明书

技术领域

本发明涉及一种氨基酸金属盐化合物、尤其是单赖氨酸盐化合物的制备方法及其用途。

现有技术

当使金属化合物与氨基酸反应时出现螯合物或盐类化合物。尤其是，氨基酸螯合化合物在动物饲养中被用于供应微量元素。目前在市场上可获得的氨基酸螯合化合物在微量元素含量、氨基酸与金属的化学当量比、水中溶解度、颜色和结构、pH值以及制备残留物的量和类型方面存在差异。尤其是，用于对反应物进行机械活化的磨机的磨屑和/或可能包含在反应离析物中的无机阴离子(尤其氯化物)是不希望有的杂质来源。

EP 1 529775 B1描述了一种由金属与有机酸制备螯合物的方法，该方法基本在无水介质中完成。然而，所述的制备过程需要对所用金属化合物进行复杂的预处理。

专利DE 10 2011 011 924 84描述了一种制备氨基酸螯合化合物的方法，根据该方法，金属氧化物、金属碳酸盐、金属硫酸盐、金属氯化物和/或金属氢氧化物以固体形式通过冲击和压力被机械活化；随后，被活化的金属氧化物/金属碳酸盐/金属氢氧化物/金属硫酸盐和/或金属氯化物与固体形式的氨基酸混合，并在固态反应中被反应成氨基酸螯合化合物。专利申请CN 92107282.1和CN 2007/130121.0描述了使用球磨机来使乙酸铜和甘氨酸的混合物机械活化并发生反应以产生甘氨酸螯合物。但是，使用球磨机和其它磨机(例如振动磨、搅拌式球磨机、鼓磨机)的缺点是，因为磨机的高机械应力而出现磨屑，磨屑会作为杂质留在氨基酸螯合物中，可能要费力地从中除去它。此外存在工艺技术上的问题，因为反应参与物易于吸附在固体表面(磨机)上，由此影响反应。

此外，在许多所述的用于制备氨基酸螯合化合物的方法中涉及的氨基酸是甘氨酸，而不是赖氨酸。赖氨酸是人类和其它哺乳动物无法自产的必需氨基酸。赖氨酸是结缔组织尤其是胶原蛋白的最重要的组成部分之一。因此，缺乏赖氨酸会导致结缔组织变弱。然而，用于产生甘氨酸螯合物的已知方法不能被简单转用到赖氨酸，因为甘氨酸是最短小和最简单的天然氨基酸，而赖氨酸具有长的链状氨基酸残基。这种尺寸差异对螯合物晶格结构且进而也对相应氨基酸能够形成的螯合化合物的类型有显著的空间影响，且还影响到所需的反应条件。因此不能将针对甘氨酸所描述的制备方法转用到赖氨酸。

因此，本发明的任务是提供一种替代或改进的针对氨基酸(赖氨酸)的氨基酸-金属化合物制备方法以及一种相应的化合物。

本发明所基于的任务分别利用独立权利要求的特征来完成。在从属权利要求中给出本发明的实施方式。下述的实施方式和例子可相互自由组合，只要它们不相互排斥。

在一方面本发明涉及一种制取单赖氨酸盐化合物的方法。该方法包括：

-准备溶解有赖氨酸和金属盐的液态反应混合物；

-将溶于反应混合物中的赖氨酸和金属盐反应成单赖氨酸盐化合物；

-干燥液态反应混合物以收得单赖氨酸盐化合物。

由液态赖氨酸溶液(尤其是赖氨酸水溶液)制取单赖氨酸盐化合物可能是有利的，因为在此方法中所生成的单赖氨酸盐具有高纯度。根据本发明的实施方式，所取得的单赖氨酸盐化合物基本上或完全不含各种不同的残留物，它们在采用现有技术中所知的制备方法时通常污染产物。

例如观察到了，在市场上可获得的且在发酵过程中取得且在理论上也可作为原料用于化学合成单赖氨酸盐的赖氨酸硫酸盐(作为饲料成分的欧盟批准编号：3.2.5)具有大量的由发酵副产物产生的杂质。这些杂质有时会参与到由赖氨酸和金属盐构成的化合物形成螯合物或盐的过程中，其中，既不能预测、也不能可靠避免如此形成的“杂质化合物”的类型和数量。只能有限地或根本无法从最终产品中去除这些未定义的化合物。

相比之下，根据本发明的实施方式，如此制备液态反应混合物，即，赖氨酸(作为纯物质)和金属盐被分别溶解于水中，其中，赖氨酸可以在金属盐被加入溶液之前、期间或之后被加入溶液。根据优选实施方式，事先准备并例如在市场上从商业经销商处购入尚未含有参与化合物制取的金属盐的赖氨酸水溶液。接着，金属盐被溶解在该赖氨酸水溶液中以产生反应混合物。

在现有技术中已知的用于氨基酸螯合物或氨基酸盐的制备方法有时在高压或高温下完成。但赖氨酸是一种相当敏感的氨基酸，其在这些极端条件下通常无法加工或无法无损加工。相比之下，本发明的实施方式是一种相对温和的制备方法，其也适用于化学敏感的氨基酸如赖氨酸。

根据本发明的实施方式，该方法因此包括：准备赖氨酸水溶液。通过将金属盐溶解在赖氨酸水溶液中来产生液态反应混合物。

通过将赖氨酸溶于水中而获得的、在目前市场上可得到的赖氨酸水溶液(“液体赖氨酸”)不含伴随在发酵罐中制备赖氨酸所带来的杂质，因为这些杂质是在其它工艺中产生的或者或许有的残余物已在制备过程中被除去。例如赖氨酸溶液可以是市售的纯赖氨酸溶液或提纯赖氨酸溶液，其基本不含或完全不含其它物质。用于产生单赖氨酸盐化合物的赖氨酸水溶液因此特别是纯的赖氨酸水溶液，其基本或完全不含其它物质和杂质，尤其不含发酵残余物。因此，根据本发明实施方式从目前可购得的赖氨酸水溶液制得的单赖氨酸盐化合物具有比通过发酵或借助机械活化由赖氨酸硫酸盐产生的相应螯合化合物明显更高的纯度。

除此之外，市售的赖氨酸硫酸盐化合物比目前可在市场上得到的“液体赖氨酸”贵许多(就赖氨酸量而言)。后者在市场上可作为赖氨酸含量约为50％(重量比，其余为水)的赖氨酸水溶液来购得，例如尤其是CJCHEILJEDANG BIO公司的名为“BestAmino

另外，赖氨酸在市场上可作为L-赖氨酸单盐酸盐(简称为“盐酸赖氨酸”)来获得(作为饲料成分的欧盟批准号：3.2.3)。但申请人发现，盐酸赖氨酸会腐蚀加工所用的机器和设备，只要它们由金属制成或具有金属部件。特别是当盐酸赖氨酸化合物以热、机械和/或湿化学的方式被活化时，能够观察到强烈腐蚀作用。这不仅造成材料磨损加剧、容器和机器腐蚀损坏和进而更高的生产成本，也导致铁锈和其它由腐蚀造成的杂质尤其是重金属进入反应产物。因此，本发明的制备方法允许产生特别纯的单赖氨酸盐化合物，并且这伴随更低的制备成本或更少的由腐蚀引起的材料磨损。

在另一个有利的方面，赖氨酸水溶液具有碱性pH值，从而避免在单赖氨酸盐化合物制取过程中对机器和设备的腐蚀损坏。

根据本发明的实施方式，液态反应混合物在金属容器中产生，在同一金属容器中也使反应混合物的离析物反应成最终的单赖氨酸盐化合物。作为其替代，也可以将多个金属容器用来产生反应混合物并进行化学反应，和/或可以使用金属设备如搅拌器、混合器等。这可能是有利的，因为许多在市场上可获得的用于执行和控制化学反应的反应器和容器是金属的。可以使用这些标准容器而不必担心这些容器或设备提前失效，因为赖氨酸水溶液因其碱性pH值和/或因为不合氯化物(盐酸盐)而不会腐蚀这些金属物体。

根据本发明实施方式，在此所述的赖氨酸尤其是以水溶状态存在的L-赖氨酸(CAS号：56-87-1)。赖氨酸具有通式C

根据本发明的实施方式，单赖氨酸盐化合物是具有如图2-9之一所示的结构式的化合物，其中，在图2、图4、图6和图8中的M代表金属盐的金属阳离子，A代表金属盐的阴离子。

根据本发明的实施方式，在单赖氨酸盐化合物中，作为阴离子存在的恰好一个赖氨酸分子通过离子键与金属盐的作为一价或二价阳离子存在的正好一个金属原子结合。

根据本发明的实施方式，单赖氨酸盐化合物是赖氨酸盐水合物，即包含至少一个水分子的单赖氨酸盐化合物。

根据化合物的实施方式，该金属盐是金属硫酸盐、金属氢氧化物或金属碳酸盐。

比之其它盐、尤其金属氯化物，上述金属盐具有以下优点，即，它们不引起或仅略微造成与液体反应混合物接触的金属物体的腐蚀速率提高。

根据一个实施方式，该金属盐是金属氯化物。尽管此实施方式也可被用于制备单赖氨酸盐化合物，但因为金属设备在这种反应溶液中的腐蚀趋势提高，故不优选使用金属氯化物。

根据本发明的实施方式，金属盐的金属是二价金属，尤其是锰Mn

根据本发明的实施方式，单赖氨酸盐化合物是单赖氨酸盐。因此，盐晶格的每个单体单元具有恰好一个赖氨酸分子并且优选具有(金属盐的)恰好一个金属原子。

根据本发明的实施方式，单赖氨酸盐化合物是单体单赖氨酸盐或者多聚单赖氨酸盐，或者是单体单赖氨酸盐与多聚单赖氨酸盐的混合物。

根据本发明的实施方式，所用金属盐是具有如下组分的盐：a)一个二价金属原子和一个二价阴离子；或b)一个二价金属原子和两个一价阴离子；或c)两个一价金属原子和一个二价阴离子；或d)一个一价金属原子和一个一价阴离子。

根据本发明的实施方式，单赖氨酸盐化合物是单赖氨酸硫酸锰或单赖氨酸硫酸铁。

根据本发明特别优选的实施方式，金属盐是硫酸锌(ZnSO

根据本发明的实施方式，通过按照1摩尔金属盐金属原子对应于1摩尔赖氨酸的摩尔比而将金属盐溶解于赖氨酸水溶液中来生成液态反应混合物。

在反应混合物中的金属盐和赖氨酸的相应重量比取决于具体所用的金属或金属盐。在测试中观察到了，尽管所具有的赖氨酸与金属原子之摩尔比明显不同于上述1∶1比例，液态反应混合物还是形成根据图2、图4、图6和图8中的通式的基本上结构纯净的产物，即便在此情况下或许在反应混合物中留有未反应的金属盐成分残余物。根据本发明实施方式的本发明方法因此可能是有利的，因为它关于赖氨酸与金属或金属盐的摩尔比的波动而言是稳定的。但最好如此产生液态反应混合物，即，赖氨酸和金属原子按照1∶1的摩尔比存在，以确保尽可能所有的离析物、至少所有的金属盐金属原子在反应中转化成期望产物、即所述的单赖氨酸盐化合物。

根据本发明的实施方式，化学反应过程包括：在至少60℃、优选是60℃～90℃的温度下将溶解的赖氨酸和溶解的金属盐机械混合至少15分钟。例如，液态反应混合物可在约80℃的温度被搅拌至少20分钟、特别是约25～35分钟。已观察到，不到60分钟、甚至是不到50分钟、又甚至是不到40分钟的搅拌时间通常足以将液态反应混合物中的所有离析物完全或几乎完全转化为单赖氨酸盐化合物。

根据本发明的实施方式，所提供的赖氨酸水溶液的赖氨酸含量为该水溶液的至少30重量％、优选至少40重量％。赖氨酸水溶液的其余分量基本或完全由水组成。例如可购得具有50％赖氨酸含量的市售水溶液。然后，可通过加水来进一步稀释该水溶液，以方便在随后的喷洒干燥过程中喷洒完全反应的液态反应混合物和/或便于在赖氨酸水溶液中溶解金属盐。额外的水(如果确有必要的话)优选是在金属盐溶于赖氨酸水溶液中之前被加入到所提供的赖氨酸水溶液中的。但也可行的是与金属盐一起或在金属盐之后才添加额外的水。

“是否应当加水以及或许应当添加多少水”的问题取决于所选的干燥方法、相关液态赖氨酸溶液的浓度以及其中要溶入的金属盐的类型。但是，为了回答这个问题，简单的实验操作就完全足够了。如果计算的金属盐量例如在超过60℃的温度下在搅拌15分钟后仍未完全溶解在赖氨酸水溶液中，则可以反复多次加入少量水，直到金属盐完全溶解。记录加入的水量，并且可以在随后的制备过程中在采用相同类型的赖氨酸水溶液和相同类型的金属盐的情况下从一开始就将其量出并添加到赖氨酸水溶液或反应混合物中。如果将雾化工艺用于干燥完全反应的反应混合物且同时确定反应混合物对于所用喷嘴来说太稠以致无法雾化或雾化不足，则可以在利用相同类型的赖氨酸水溶液和同类型的金属盐的后续制备过程中给赖氨酸水溶液或反应混合物添加额外的水。如果雾化过程现在符合期望，则记录额外水量并且在将来在制备过程重复时总是将其加入到赖氨酸溶液或反应混合物中。如果雾化过程因反应混合物过黏而仍无法正常工作，则在后续执行该方法时继续增大额外水量。包括随后的雾化在内的化学反应被频繁重复并且或许调整水量，直至获得期望的雾化效果。

在许多实施方式中，所提供的赖氨酸水溶液在金属盐溶解于其中之前已被加热至超过60℃，因为这可加速金属盐溶解过程。但也可行的是先将金属盐加入赖氨酸水溶液以使金属盐溶于其中，且在溶解过程之后或期间将溶液温度升高至超过60℃。优选在不断搅拌下使金属盐溶解在液态赖氨酸溶液中。

根据本发明的实施方式，所述赖氨酸水溶液和液态反应混合物基本不含盐酸及其盐。尤其是，所述赖氨酸水溶液和液态反应混合物基本上不含赖氨酸盐酸盐或其溶液产物。

这可能是有利的，因为特别是氯离子、盐酸及其盐或盐酸赖氨酸残基可能造成金属物体如金属反应容器或搅拌器被腐蚀。

根据本发明的实施方式，在反应后在液态反应混合物中所含的单赖氨酸盐化合物是根据如图2-9之一所通用示出或作为具体例子示出的结构式的化合物。通常，液态反应混合物含有不到1％的如下的单赖氨酸盐化合物，其所具有的结构式或所具有的赖氨酸和金属原子之摩尔比与此不同。

根据本发明的实施方式，该方法还包括在干燥之后或期间由单赖氨酸盐化合物造粒。

在另一方面，本发明涉及一种单赖氨酸盐化合物，其通过根据在此所述的实施方式和例子之一的单赖氨酸盐化合物制备方法来生成。

根据本发明的实施方式，单赖氨酸盐化合物具有如图2、图4、图6和图8之一所示的结构式，其中，M代表金属盐的金属阳离子，A代表金属盐的阴离子。其具体例子分别在图3、图5、图7和图9中被示出。

根据本发明的实施方式，单赖氨酸盐化合物基本不含或完全不含氯化物和氯离子。优选地，完全反应的液态反应混合物和从中获得的干燥反应产物基本不含或完全不含氯化物和氯离子。特别是，在干燥和/或造粒过程中所获得的粉末或颗粒基本上或完全不含氯化物和氯离子。

根据本发明的实施方式，通过本文所述的方法产生的单赖氨酸盐化合物包含结晶水。结晶水的量通常在单赖氨酸盐化合物重量的5％至最大10％的范围内。根据本发明的实施方式，单赖氨酸盐化合物因此是水合物。这可能是有益的，因为水合物几乎甚至根本不吸湿。在干燥形式下，如此产生的单赖氨酸盐化合物因此不易于从周围空气中吸湿并形成团块。因此，该化合物保持松散，因此可长期良好库存和加工处理。

根据实施方式，例如通过赖氨酸水溶液的水含量来调节含水反应混合物的水含量，使得固体与水之比为至少2∶1，其中，该固体由赖氨酸和金属盐之总和组成。在一些实施例中，为了更好的加工和方便溶解，可以降低固体含量，例如降低至1∶1的比例。

如果使用铁盐作为金属盐并且如果在反应混合物中加入少量柠檬酸，则柠檬酸可以为固体重量的0.15％～0.25％，例如固体重量的0.2％。

申请人已经观察到，该方法的实施方式关于可溶解在赖氨酸水溶液和/或液态反应混合物中的氧气的波动浓度而言是稳定的。这意味着，溶液中的波动的氧气浓度没有显著影响所获得的单赖氨酸盐化合物的组成。根据本发明的实施方式，该制备方法因此没有将赖氨酸水溶液和/或液态反应混合物煮沸(加热超过沸点)的步骤(至少在单赖氨酸盐化合物制备过程中，因为赖氨酸水溶液的生产商可能会煮沸赖氨酸溶液以改善保质期)。

作为氨基酸，赖氨酸的等电点为9.74。根据本发明的实施方式，液态反应混合物所具有的pH值远低于该等电点的pH值，即低于9.5、优选低于8.5。例如赖氨酸水溶液可以一开始具有约10.2的pH值。当通过将金属盐溶解在赖氨酸水溶液中而生成液态反应混合物时，所得液态反应混合物的pH值变为酸性，其中，该pH值主要取决于所用金属盐。

在下表中分别给出各种成分的优选混合比和各种金属盐对pH值的影响。

为了获得该pH值，(除了以铁盐为金属盐的一些实施方式外)不需要向液态反应混合物加入酸或碱来调节pH值以确保获得期望的反应产物。金属盐的加入就足以充分降低pH值。申请人已观察到，在几乎所有情况下(除了在添加某些铁盐时)不需要通过附加酸来降低pH值，并且此观察结果归结于作为氨基酸的赖氨酸极其容易与金属离子一起形成单赖氨酸盐化合物。

相反，根据本发明实施方式的单赖氨酸盐化合物制备方法规定了，在不添加(额外)酸如吡啶甲酸或蚁酸的情况下产生该液体反应混合物。已经观察到，不仅不需要为了使本文所述的成分进入溶液而加入酸(这还将导致液态反应混合物的腐蚀性加剧)。但应该避免腐蚀，以便当在反应混合物制备和加工中使用金属容器和设备时尽可能减少重金属的进入。仅在使用铁盐时才优选还加入有机酸如柠檬酸，以将铁保持在期望的氧化态。

避免添加酸可能是有利的，因为添加其它酸会导致单赖氨酸盐化合物被其它反应产物特别是螯合物污染。根据本发明的实施方式，制备方法还没有对液态反应混合物施加电压的步骤。申请人已经观察到，即使不施加电压，反应混合物所含的离析物也能快速有效地反应成单赖氨酸盐化合物。在含水反应体系中，有时使用短时电流来加速反应。然而，施加电压一方面增加了能耗，另一方面至少在施加高电压时会产生离子或自由基，其会加剧液态反应混合物的腐蚀性。

在另一方面，本发明涉及一种物质混合物，其包含一种或多种根据本发明实施方式的单赖氨酸盐化合物。该混合物质例如可以是用于农场牲畜和宠物的饲料或饲料添加剂、用于堆肥场或沼气厂的发酵添加剂、植物肥料、食品、食品添加剂或人用食品补充剂。

在另一方面，本发明涉及一种将根据本文所述的实施方式和例子之一的单赖氨酸盐化合物用作农场牲畜和宠物的饲料添加剂和/或用作发酵添加剂和/或肥料添加剂和/或食品添加剂和/或食品补充剂的用途。

在动物饲料中使用单赖氨酸盐化合物能够造成性能提升并改善肠道对微量元素的吸收。在饲料中的微量元素的功效可提升，排泄率可降低。生理供应不足和性能下降的风险被降低。此外，有机结合的微量元素似乎具有生理优势，例如提高畜牧和繁殖能力、提高鸡蛋质量以及使身体器官或组织吸收更多的微量元素。

“离子键”(也称为“离子键合”、“盐键”、“异极键”或“电价键”)是由带正电离子和带负电离子相互静电吸引所产生的化学键。从ΔEN＝1.7的电负性差起，可认为有50％的部分离子性。因此如果差值大于1.7，则存在离子键，其中也包括极性键、主要是共价键。但纯离子键的情况代表一种理想化。通常，在元素周期表(PSE)中靠左的元素(即金属)与在PSE中靠右的元素(即非金属)之间存在离子键。如果观察例如氯化钠(它通常被视为离子键合的经典情况)的离子键占比，则算出的值约为73％。氟化铯的离子性约为92％。

光谱照片已经表明，根据本发明实施方式的单赖氨酸盐化合物是基于离子键的单赖氨酸盐，而不是具有配位键的复合化合物或狭义上的螯合物。

“单体赖氨酸盐化合物”是由一种或多种单体构成的化合物，其中，在每个单体中有正好一个赖氨酸分子通过离子键与正好一种金属盐或其离子成分结合。

也被称为“螯合络合物”或“螯合物”的“螯合化合物”是如下化合物，在此，多齿配体(也称为“螯合剂”，其具有超过一个的自由电子对)占据中心原子的至少两个配位点(结合位点)。中心原子优选是带双正电荷的金属离子(例如Fe

以下，“基本上不含”某种物质的材料是指如下材料，其按照不到其重量的1％、优选不到0.4％的占比由这种物质组成，或者其包含的所述物质不到其重量的1％、最好不到0.4％。

“赖氨酸水溶液”在此是指溶解有赖氨酸的水。根据优选实施方式，赖氨酸水溶液完全或基本上不含除赖氨酸之外的其它氨基酸。根据本发明的实施方式，液态反应混合物完全或基本上不含氯化物和氯离子。

“液态反应混合物”在此是指包含该化学反应的离析物和/或产物的水溶液。在化学反应开始之前，反应混合物基本上只含有离析物。在所有或至少限制性离析物完全反应成一种或多种产物后，反应混合物含有该产物和或许作为化学当量残余物而剩下的离析物。

附图简介

以下将仅举例详细说明本发明的实施方式，在此，参照包含实施方式的附图，其中：

图1示出L-赖氨酸的通用结构式；

图2示出单赖氨酸盐化合物的通用结构式；

图3示出根据图2通式的单赖氨酸盐化合物的一个具体例子；

图4示出另一种单赖氨酸盐化合物的通用结构式；

图5示出根据图4通式的单赖氨酸盐化合物的一个具体例子；

图6示出另一种单赖氨酸盐化合物的通用结构式；

图7示出根据图6通式的单赖氨酸盐化合物的一个具体例子；

图8示出另一种单赖氨酸盐化合物的通用结构式；

图9示出根据图8通式的单赖氨酸盐化合物的一个具体例子；

图10示出用于制备如图1所示的单赖氨酸盐化合物的方法的流程图；

图11示出用于制备单赖氨酸盐化合物的通用方法的流程图；

图12示出装有液态反应混合物的容器；

图13示出单赖氨酸锰颗粒的照片；

图14示出单赖氨酸铁颗粒的照片；

图15示出单赖氨酸硫酸铁的电子显微镜照片；

图16示出单赖氨酸硫酸锰的电子显微镜照片；

图17示出两个单赖氨酸盐的红外光谱。

图1示出呈其天然L构型的必需蛋白原α-氨基酸——赖氨酸。根据本发明的优选实施方式，“赖氨酸”是指L型赖氨酸。赖氨酸包含氨基酸表征基团，即氨基104、羧基106和赖氨酸典型残基102。羧基可以带负电，因此赖氨酸以赖氨酸阴离子的形式存在。

图2示出如可根据本文所述制备方法的实施方式所获得的单赖氨酸盐化合物200的通用结构式。

在单赖氨酸盐化合物200中，每个金属原子对应于正好一个赖氨酸分子。它例如由赖氨酸水溶液与金属盐来形成，其中，该金属盐由一个二价金属和一个二价阴离子组成。

羧基带负电，因此赖氨酸以赖氨酸阴离子的形式存在。赖氨酸阴离子通过离子键与溶解的金属盐的金属阳离子结合。尤其是，离子化合物中的金属阳离子M代表金属盐的阴离子A与赖氨酸阴离子之间的结合环节。在根据图2的实施方式中，金属离子M是带双正电荷的阳离子，金属盐阴离子是带双负电荷的阴离子，其一个电荷通过带电荷的质子而饱和。带正电的金属离子尤其可以是Mn

图3示出根据图2的通式的单赖氨酸盐化合物的一个具体例子，即单赖氨酸硫酸锰300的结构式。单裂解化合物200、300可含有结晶水(水合水)。

图4示出如可根据在此所描述的制备方法的实施例获得的单赖氨酸盐化合物400的通用结构式。在单赖氨酸盐化合物400中，每个金属原子对应于正好一个赖氨酸分子。它例如由赖氨酸水溶液与金属盐形成，其中，该金属盐由一个二价金属和两个一价阴离子组成。

图5示出根据图4的通式的单赖氨酸盐化合物的一个具体例子，即单赖氨酸氯化锰500的结构式。该单裂解化合物可含有结晶水(水合水)。化合物500可作为液态赖氨酸和氯化锰MnCl

图6示出如可以根据在此所描述的制取方法的实施方式获得的单赖氨酸盐化合物600的通用结构式。在单赖氨酸盐化合物600中，每个金属原子对应于恰好一个赖氨酸分子。它例如由赖氨酸水溶液与金属盐形成，其中，该金属盐由两个一价金属原子和一个二价阴离子(例如硫酸盐、碳酸盐)组成。化合物600、700可以含有结晶水。赖氨酸分子通过其带单负电荷的羧基借助离子键而与带单正电荷的金属离子结合。二价阴离子不是单赖氨酸盐化合物600的组成部分，而是作为残余物601留在反应溶液中。

结构式600所呈现的结构与例如在硫酸钾(K

图7示出根据图6的通式600的单赖氨酸盐化合物的一个具体例子，即单赖氨酸钾700的结构式。单裂解化合物700可以包含结晶水(水合水)。

图8示出如可根据在此所描述的制备方法的实施方式所获得的单赖氨酸盐化合物800的通用结构式。在单赖氨酸盐化合物800中，每个金属原子对应于恰好一个赖氨酸分子。它由赖氨酸水溶液与金属盐来形成，其中，金属盐例如最好由一个一价金属原子和一个一价阴离子(如氯离子)组成。化合物800、900可以含有结晶水。赖氨酸分子依靠其带单负电荷的羧基通过离子键而与带单正电荷的金属离子结合。

图9示出根据图8的通式800的单体赖氨酸盐化合物的一个具体例子，即单赖氨酸氯化钾900的结构式。单裂解化合物900可以包含结晶水(水合水)。

赖氨酸残基的氨基的氮原子上的自由电子对可以接受一个质子，如针对图8所举例示出的那样。

根据化合物的实施方式，该单赖氨酸盐化合物能够以单体形式或以包含若干所述单体的聚合物形式存在。该化合物也能够以单体和聚合物的混合物形式存在。例如，单体可以由根据图2-9之一所明确说明的式子的化合物形成。聚赖氨酸盐的形成可能是有利的，因为这样可以获得均匀一致的盐晶格和赖氨酸盐单体的密堆积。

在许多实施方式中，被加入到赖氨酸水溶液中的金属盐也可含有水合水。

图10示出用于制备如图2-9所示的单赖氨酸盐化合物200、300、400、500、600、700、800、900的方法的流程图。

在第一步骤602中准备赖氨酸水溶液。例如赖氨酸水溶液是可通过商业供应商来获得的。例如在市场上可获得赖氨酸含量约为50％(重量)的赖氨酸水溶液。赖氨酸水溶液呈深棕色，其pH值为碱性至微碱性。具有这种pH值的溶液不会或几乎不会侵蚀钢制容器。赖氨酸水溶液在很长一段时间内保持溶解稳定并能够贮存在例如塑料罐或钢罐中。根据一些实施方式，可以通过按照期望量将赖氨酸溶解在水或金属盐水溶液中来自己制作赖氨酸水溶液。然而，使用已预制好的赖氨酸水溶液(不含金属盐)可以节约时间，因为这样的溶液在市场上已可以购得现成品。

尤其是，所用的赖氨酸水溶液应该不含氯化物和氯离子以及其它可能造成钢制容器或设备腐蚀的物质。由此防止就设备使用寿命和要获得的单赖氨酸盐化合物的质量而言都是不希望的设备腐蚀：在现有技术中所使用的用于形成螯合物的湿化学工艺(此时反应混合物中含有盐酸或其盐)中已经观察到由盐酸引起的设备腐蚀导致钢精炼剂如铬和其它重金属的释放。因腐蚀而释放出的重金属又可能以不确定的方式与溶解在反应溶液中的金属盐反应，并且形成作为杂质被包含于最终产品中的化合物。干式工艺采用磨机或其它机械活化形式并导致磨屑污染。尤其是在将单赖氨酸盐化合物用作饲料添加剂、食品补充剂和/或植物肥料的情况下，重金属如铬混入最终产品中是极其不希望有的。许多重金属对健康有害，因此不应进入动物和人类的新陈代谢或耕地中。因此，使用赖氨酸水溶液来制备单赖氨酸盐不仅便宜，而且特别健康和环保，这是因为由此避免腐蚀过程和进而避免不希望有的重金属进入反应溶液。

所提供的液态赖氨酸溶液最好是饲料法允许的和/或食品法允许的赖氨酸溶液。

在可选步骤中，可给所提供的赖氨酸水溶液添加额外的水以稀释该溶液。尤其当购得赖氨酸溶液时，可能的是应当降低浓度以提高金属盐溶解度和/或以确保反应溶液在随后干燥过程中能够良好雾化。也可行的是，如果需要，可以在金属盐溶解于赖氨酸水溶液之前、期间或之后添加这种额外的水。

在进一步的步骤604中，通过将金属盐溶解在赖氨酸水溶液中来生成液态反应混合物。例如，可以在不断搅拌的同时将盐加入赖氨酸溶液中。通过使金属盐如硫酸盐溶解来释放出热，由此使混合好的溶液自身变热。随着升温，金属盐溶解得更快一些。根据实施方式，通过加热器将赖氨酸水溶液和/或液态反应混合物主动加热至例如超过30℃、如超过50℃、还例如超过60℃的温度。优选在无主动加热的情况下进行反应以便节能，因此在溶解过程中反应混合物的温度升至高于室温约5～15℃。

金属盐优选是以1∶1的金属原子M与赖氨酸之摩尔比被加入的。所需金属盐的量此时取决于所用金属盐的类型和赖氨酸溶液浓度。

例如液态反应混合物可以包含如下成分或由如下成分组成，以便获得约1公斤单赖氨酸锰：

-570克一水合硫酸锰(57％)，

-980克赖氨酸水溶液(赖氨酸重量比为50％)，

-700克额外的水。

根据另一个例子，液态反应混合物可以包含以下成分或由以下成分组成，以便获得约1公斤的单赖氨酸铁：

-570克一水合硫酸铁(57％)，

-980克赖氨酸水溶液(赖氨酸重量比为50％)，

-700克额外的水。

在下一步骤306中使溶解在反应混合物中的赖氨酸与金属盐发生化学反应，从而生成单赖氨酸盐化合物。在此，溶解的赖氨酸在持续搅拌下在优选高于60℃的温度下与金属盐反应并转化为离子单赖氨酸-金属盐化合物。优选一直进行搅拌过程，直到反应混合物的离析物完全转化为单赖氨酸盐化合物或直至达到化学平衡，因此单赖氨酸盐化合物的浓度预计不再提高。为此，通常需要20～60分钟、特别是大约25～35分钟的时间。代替搅拌地，也可以采用液态反应混合物的其它机械混合形式，例如摇动、借助喷嘴的湍流、将液态混合物反复倒入其它容器中等。

例如当赖氨酸与金属盐通过化学反应生成单赖氨酸盐化合物时，针对硫酸锰按以下反应式来进行：

MnSO

用于制备单赖氨酸铁的相应反应式如下：

FeSO

通式概括如下：

MA+C

在此情况下，M代表金属盐的金属，A代表金属盐的非金属部分。如果考虑到金属盐中的电荷比，则M代表金属阳离子，A代表相应的阴离子。

例如M可以代表锰Mn

根据一个实施方式由反应混合物产生的单赖氨酸盐化合物、即[MnC

由根据本发明的另一个实施方式的反应混合物形成的单赖氨酸盐化合物、即[FeC

根据本发明实施方式，金属硫酸盐与赖氨酸溶液的优选数量比可以按照下表针对多种不同的金属硫酸盐来计算，并且取决于所用赖氨酸溶液的浓度。例如，赖氨酸溶液可以具有50％的赖氨酸重量比。优选如此选择赖氨酸溶液量和金属盐量，即，在最终反应溶液中存在赖氨酸分子与金属盐金属原子的等摩尔比(以下在表中称为“等摩尔混合物”)。可行的是将赖氨酸和金属盐以其它摩尔比加入溶液中以产生反应混合物，例如代替1∶1的摩尔比地，按照1∶1.20或1∶0.80的摩尔比。但优选地将反应产物按照以下比例加入溶液中，因为由此仅有很少的化学当量残余离析物(如有)留在反应溶液中。

290.19克/摩尔的分子量是针对50％赖氨酸溶液计算出的值，其计算如下：1000克的50％纯赖氨酸水溶液含有分子量为146.19克/摩尔的500克赖氨酸和分子量为18.015克/摩尔的500克水。因而在1000克液态赖氨酸(“F赖氨酸””)中含有500克/146.19克/摩尔＝3.42摩尔的赖氨酸和500克/18.015克/摩尔＝27.7摩尔的水。因此，赖氨酸与H

因此，为了制备单赖氨酸硫酸锰，将1重量份的上述50％赖氨酸溶液与1.92份硫酸锰混合，例如做法是将1.92份硫酸锰溶解在1份赖氨酸溶液中。按照相似的方式来计算其它金属盐的金属盐量。

在其它实施方式中，使用各种不同的镁盐来制取单赖氨酸镁盐。下表给出了用于制备各种赖氨酸镁的重量比：

从上表可以看出，某些金属盐以水合物的形式存在。在这种情况下，在计算要加入到溶液中的金属盐的重量或量时必须相应考虑水合水占比。水合水对F赖氨酸和相应金属盐之混合比的影响在上表中针对镁盐被举例示出出。下表包含用于钙盐的相应重量比。

为了制取单赖氨酸硼，例如可以使用碳酸硼或硫酸硼作为金属盐。为了获得单赖氨酸钠，除了硫酸钠以外，还可以使用碳酸钠或一水合碳酸钠或十水合碳酸钠作为金属盐。因此，上表应被理解为只是例子。

在离析物完全转化为单赖氨酸盐化合物之后或在达到化学反应平衡之后，在进一步的步骤608中将液态反应混合物干燥，以获得其中所含的反应产物、即单赖氨酸盐化合物。

例如，干燥可以通过喷洒干燥(也称为雾化干燥)来进行。在喷洒干燥中，借助雾化器将完全反应的或达到平衡的反应混合物送入热气流中，热气流在很短时间内(几秒到零点几秒)将混合物中所含的反应产物干燥成细粉。例如，借助于压力雾化器(根据构型而通常为50～250巴)、气流雾化器(根据构型而通常为1～10巴)或旋转雾化器(根据构型而通常为4000～50000l/min)，待干燥的反应混合物被雾化。由此将显著增大液体总表面积。被雾化的反应混合物被喷入热气流中，因为表面积大，故液体在很短时间内蒸发，并将潮湿物料干燥成细粉。因为蒸发用能量通过热气来提供，故喷洒干燥就是所谓的对流干燥。热气优选为空气。但是，使用惰性气体也是可行的。

热气的输入温度在150～200℃范围内，特别是在170～190℃范围内。完全反应的反应混合物(即深棕色溶液)的供应温度优选在60～80℃的范围内。喷洒压力优选在2.0～3巴的范围内，特别是在2.0～2.8巴的范围内。所喷洒的、完全反应的反应混合物的固体含量优选为约40～60％，特别是约45～52％。

现在，可以分离并收集所累积的粉末状干燥物料。例如，旋风分离器可以将干燥而成的单赖氨酸盐粉末与气流分离。喷洒干燥器不仅可以连续运行，也可以间断运行。

借助于喷洒干燥所获得的单赖氨酸盐粉末颗粒的直径通常在80μm至100μm之间。根据一个实施方式，超过90％、优选超过95％的单赖氨酸盐粉末颗粒的直径在80μm至100μm之间。

根据本发明的一些实施方式，干燥的单赖氨酸盐粉末颗粒被团聚成晶粒以改善粉末特性(例如粉末流动性、沉降行为、粉尘倾向)。因此，例如要将很细的单赖氨酸盐粉末送回到雾化器区域以在那里促成团聚。

在该方法的许多实施方式中，完全反应的反应混合物的干燥步骤在单独的步骤中进行，此步骤是在利用通过干燥而获得的粉末造粒的步骤之前进行的。

在其它实施方式中，在干燥过程中产生单赖氨酸盐颗粒。此方法变型的一个例子是喷洒造粒，在喷洒造粒中，就像在单纯的喷洒干燥中一样，首先在加工容器(“流化床”)内将干燥的微粒保持在悬浮状态。这些微小颗粒的表面充当结晶核，用于由雾化生成的其它小液滴。因而在喷雾造粒方法中，干燥和造粒在共同的方法步骤中进行，该方法步骤允许控制颗粒生长并因此也控制颗粒尺寸且有时还控制其表面结构。

本发明意义上的“颗粒”是粒状物，其中，至少95％、优选至少97％的颗粒的直径在100μm至800μm之间的范围内。颗粒优选具有700～800克/升的堆比重(单赖氨酸铁：约750克/升；单赖氨酸锰：约760～770克/升)，残余湿度小于5％，例如残余湿度为2～3％。

将单赖氨酸盐粉末加工成颗粒至少在如下实施方式中有许多优点，例如像减少粉尘倾向、更易处理、改善流动性、降低结块倾向和更易计量分配，根据所述实施方式，带有填充物或添加剂的颗粒被“拉伸”，以由此降低单位体积内的单赖氨酸盐化合物浓度。

然而在一些应用中有利的是直接销售并进一步加工干燥的单赖氨酸盐粉末，因为由于粉末具有大的比表面积，故经过喷洒干燥的粉末在水中的溶解速度比相应的颗粒更快。

一般，利用在此所述的方法所生成的单赖氨酸盐化合物包含结晶水。例如单赖氨酸盐化合物[MnC

根据在此所述的方法所获得的单赖氨酸盐化合物具有纯度很高的优点，即基本上不合原料事先所含的或在加工过程中才被掺入的杂质。特别是，来自被腐蚀的钢制容器的重金属的混入得以避免。该方法成本低廉并且能够在短时间内进行，因为可动用在市场上已可获得的赖氨酸水溶液。

可通过多种方式使用如此收得的单赖氨酸盐化合物：赖氨酸是一种限制性氨基酸并用于核酸合成、碳水化合物代谢，并且对抗体、荷尔蒙和酶的产生很重要。赖氨酸改善许多生物体尤其还有农场动物的氮平衡、加强消化酶分泌、促进细胞钙转运且通常会导致更好的健康状态、更高的食物吸收率并改善性能特性。通过将饲料中添加的微量元素结合到单赖氨酸盐化合物中，可提高微量元素(金属)的生理功效，从而总体上只需将少量金属盐或金属化合物加入饲料，由此也减少相应金属经由动物排泄物进入到河流和田野中。

在此根据本发明实施方式所描述的单赖氨酸盐化合物的一个应用领域因此是其用作动物饲料成分，例如作为当作农场动物和宠物用食物补充剂或饲料补充剂的微量元素混合物的组分。

此外，单赖氨酸盐化合物可用作植物肥料的组分。已经在植物施肥中观察到在此所述的单赖氨酸盐化合物的多种积极作用，尤其是加强叶片对痕量元素如铁、锰、锌、铜、钙和镁的吸收。以单赖氨酸盐化合物的形式被植物吸收的赖氨酸可增强植物免疫系统并刺激叶绿素合成。

图11示出用于制取如图2-9所示的单赖氨酸盐化合物200、300、400、500、600、700、800、900的通用方法的流程图。在步骤702中生成已经在图10的描述中提到的液态反应混合物，其中，如图10所示，是否首先制备液态赖氨酸溶液且随后将金属盐送入溶液中，或者是否先将赖氨酸溶解在已溶解有期望量的金属盐的水溶液中，或者是否同时将赖氨酸和金属盐置于溶液中，这是未定的。所有这些变型都可被用于获得液态反应混合物。优选在至少30℃的升温下使赖氨酸和/或金属盐溶解，因为这会加速溶解过程。如前所述，在步骤704中将溶解的离析物通过化学反应生成单赖氨酸盐，这最好是在60℃～90℃的温度范围内在持续搅拌下在通常为20～60分钟、如25～35分钟的持续时间内进行的。然后可将完全反应的溶液干燥706以收得单赖氨酸盐，且或许还将其造粒。

图12示出容器806的示意图，容器装有液态反应混合物810，其在60～90℃之间的温度下被搅拌约30分钟，以使溶于其中的物质发生反应。反应混合物810是如下的水，水中一方面溶解有赖氨酸802，另一方面溶解有金属盐如硫酸锰804。溶解过程中，金属盐分解成带正电的金属离子和带负电的阴离子例如硫酸根离子。在反应混合物中所进行的化学反应过程中，这些分解物反应成如图2-9举例所示的单赖氨酸盐化合物200、300、400、500、600、700、800、900。反应容器806可以是例如具有搅拌装置或其它混合装置808的钢制容器。

图13A和13B示出通过喷洒造粒所获得的根据公式[MnC

图14A和14B示出通过喷洒造粒所获得的根据公式[FeC

图15示出在不同分辨率下的单赖氨酸硫酸铁颗粒的电子显微照片。在图15A的黑色图像条中包含白色水平柱，其长度对应于100μm。该图所示的颗粒结构主要取决于相应所选的干燥或造粒过程。图15B中的相应条对应于10μm，图15C中的相应条对应于100μm。尤其在图15C中可清楚看到单赖氨酸硫酸铁盐的晶体结构的表面，其确切说与所选择的干燥或造粒过程无关。该表面显示出许多洼坑和圆形凹窝，但也显示出尖锐且相当线性的断裂线。

图16示出在不同分辨率下的单赖氨酸硫酸锰颗粒的电子显微照片。在图16A的黑色图像条中包含白色水平柱，其长度对应于100μm。图16B中的相应条对应于10μm，图16C中的相应条对应于100μm。在图16C中可清楚看到单赖氨酸硫酸锰盐的晶体结构的表面。该表面显示出许多洼坑和圆形凹窝，但也有尖锐且相当线性的断裂线。总体上，该表面比图15中的赖氨酸铁盐的表面稍微更光滑。

图17示出单赖氨酸铁或单赖氨酸锰的IR分析结果。下表包含这些化合物的化学计量参数，基于相应锰化合物的元素分析。针对通过本发明方法的实施方式所制备的赖氨酸硫酸铁和赖氨酸硫酸锰，以ATR-IR技术采集红外光谱以表征所述组成。该做法避免了任何样品制备和或许随之而来的不希望有的分析物变化。两个红外光谱(赖氨酸硫酸锰光谱在多个位点用“x”标记，赖氨酸硫酸铁光谱在多个位点用圆圈标记)都以1050波数范围内的波段为主，其对于在硫酸根残基中的氧原子和硫原子的红外振动而言是典型的。该波段在这两种金属化合物中几乎是覆盖相同的。在1580cm

还针对锰化合物进行测试：通过计算而从详细元素分析(并非仅C、H或C、H、N分析连同碳、氧和氮元素的标准测定，而是在具体情况下将硫含量和氧含量纳入考量)中得到的化学当量组成是否与预期值一致。从下表得到结果。

根据测定的定量元素即碳、氢、氮、氧和硫的重量百分比(CHNOS分析)，结合LUFA金属分析来表明实际上可推断出硫酸锰单赖氨酸盐(同义词：单赖氨酸硫酸锰)。但它不是以无水状态存在，而是作为含有一当量结晶水的一水合物(见表的右栏)。

从“一个二价金属阳离子分别与一个赖氨酸阴离子和一个硫酸根形成一个基本单元”的化学当量比中不一定推断出单体特性，即1∶1∶1的化合物(可能加上结晶水)。相反，原则上可以想到基于多个所述基本单元的低聚结构，例如如图8所示的那样。在低聚单赖氨酸盐情况下，金属盐的阴离子(即例如硫酸盐残基)可以作为连接键(例如呈SO

附图标记列表

100 L-赖氨酸结构式

102 氨基酸(赖氨酸)的氨基酸残基

104 氨基酸(赖氨酸)的氨基

106 氨基酸(赖氨酸)的羧基

200 单赖氨酸盐化合物的通用结构式

300 根据图2的单赖氨酸盐的例子

400 单赖氨酸盐化合物的通用结构式

500 根据图4的单赖氨酸盐的例子

600 单赖氨酸盐化合物的通用结构式

602-608 步骤

700 根据图6的单赖氨酸盐的例子

702-706 步骤

800 单赖氨酸盐化合物的通用结构式

802 赖氨酸分子

804 硫酸锰

806 反应容器

808 搅拌装置

810 液态反应混合物

900 根据图8的单赖氨酸盐的例子