CN101171927B - 具有渗压剂和二价微量元素的胆碱硅酸络合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物制剂，其包括原硅酸和硅酸，初级(“常数/第一”)渗压剂胆碱和没有游离羟基的弱碱化剂；以及涉及一种制备该制剂的方法，其包括：i)水解包括硅的胆碱溶液，从而形成胆碱稳定的原硅酸和低聚物溶液；ii)通过加入不具有羟基的弱碱化剂来碱化胆碱原硅酸和低聚物溶液；以及iii)任选加入二价微量元素和/或次级渗压剂，以获得生物制剂，并且涉及一种生物制剂的用途。

Description

具有渗压剂和二价微量元素的胆碱硅酸络合物
本申请是2003年3月20日提交的，申请号为03809155.0，发明题目为“具有渗压剂和二价微量元素的胆碱硅酸络合物”的分案申请。
本专利申请描述了使用Ca2+和/或渗压剂(osmolytes)的用于植物、动物和人类的特殊胆碱-(原)硅酸络合物的用途和制备。胆碱以非常低的pH抑制高浓度的原硅酸(OSA)和低聚物的胶凝作用，以便能够制备即用的稳定溶液，所述溶液对人类、植物和动物是可生物利用的。OSA的聚合物是大分子(也称为高分子)，由数百或数千个称作单体(OSA)的单元中形成，然而低聚物是中等尺寸的分子-比单体大得多，但是小于高分子(Brinker CJ et al，Sol-Gel Science，The physics and Chemistry ofSol-Gel processing，Academic Press，Boston，p.5)。胆碱在人类和动物的脂肪代谢中起重要的作用，并且是以磷脂酰胆碱的形式，我们细胞膜的一种重要的磷脂作为各种活细胞的一部分。人类从甘氨酸中合成胆碱，但是这种合成对长期良好的健康状况似乎是不够的。它也作为乙酰胆碱，一种重要的神经递质存在。它作为维生素B4也是公知的。而且，胆碱是渗压剂和另一种重要的渗压剂，甜菜碱的前体。在如下条件下，即酒精中毒、Alzheimer病、心绞痛、动脉硬化、哮喘、肝硬化、胱氨酸尿症、抑郁症、糖尿病、湿疹、脂肪肝、头发和指甲问题、肝炎、高胆固醇、高血压、肝肾损坏、MS等，它也可以作为食品增补剂。它也与叶酸盐的作用有关。虽然大多数人通过他们的食物摄取足够的营养(卵磷脂)，但是还有极大多数人缺乏胆碱的报道。叶酸盐的低的摄取量可能是身体内缺乏胆碱的原因。近年来对大鼠的初步研究显示了胆碱可能与成骨和骨的重塑有关(Gugulielmottic et al.，IADR 80 th General Session，2002)。胆碱的日摄取量估计在200-1000mg/天。在研究表明以缺乏胆碱的膳食为食物的自愿者不能够产生足够的胆碱之后，国家科学院于1998年将胆碱分类为必需营养素(Institute of Medicine，Food and Nutrition Board，Dietary referenceIntake，1998，390-422)。能够观察到，缺乏胆碱能够引起软骨的组织病理学变化，即骨、关节处和软骨的发展缓慢，这些变化类似于在缺乏锰的小鸡中发现的变化。最近对胆碱、蛋氨酸和甜菜碱之间的相互关系以及它们的差异进行了评论(Workel et al.，1998，World Poultry，14，1998)。胆碱单独成为用于磷酯、骨的软骨基质的正常熟化以及防止雏鸡的骨短粗病的必要成分。
植物、动物和人类中的硅的作用得到了很好的证明。已知原硅酸是生物活性分子；并且还已知食物和饮用水中的硅必须转化为可以吸收和在生物体内可以进行输送的原硅酸。原硅酸是一种非常弱的酸，在pH低于9.5的情况下根本不稳定，并且迅速沉淀或形成溶胶或凝胶，所述溶胶或凝胶对生物体来说是不可利用的。因此，很难制备高浓度(＞0.5％硅)的原硅酸和低聚物的溶液，所述溶液对不同的生物体来说便于作为储备溶液。在早期专利申请(WO95/21124)中的方法描述了制备在不同的温度下及时稳定的高浓度溶液。这些储备溶液极大多数是非常强的酸(pH＜1)，以防止凝胶和溶胶的形成。与其它硅化合物(硅酸盐，粘土，二氧化硅，马尾状矿脉(horsetail)，沸石等等)相比，它们的生物利用率是相当高的，但是这些制剂在稀释之后变得不稳定。
已经研发了标准制剂，以获得浓缩的生物可用的胆碱-硅酸(SA)-渗压剂溶液的长期溶液。所有渗压剂中仅测试了与胆碱、甜菜碱、肌醇、乙醇胺、甘氨酸、牛磺酸和如甘露醇和山梨糖醇这样的单糖结合的产生酸稳定溶液的配方。因为甜菜碱在保持健壮的骨、软骨、毛发、指甲和各种GAG系统中起很大的作用，所以可为优选。
还不知道这些硅酸稀释液能够用在植物(如在植物的叶子上进行喷洒)或广泛分布的动物(如猪、家禽、马)的饮用水中。因此，在水中具有胆碱-硅酸络合物的特殊溶液已经被测试，并且为特定用途而适当地制备，以及对生物利用率和生理效应进行比较。以下描述用于植物、动物和人类的特殊制剂和使用本发明的这些制剂所产生的出人意料的效果。
植物和动物中的钙的益处在文献(Poovaiah et al.，1988，Hortscience，23，267-71；Dell et al.，1987，Handbook of Nutritionally Essential MineralElements，Marcel dekker，NY)中得到很好的证明。还不知道在胆碱存在的情况下，钙对于OSA是完全惰性的，并且不影响高浓度SA的沉淀或胶凝作用。文献中已披露了盐的加入加速了凝胶的形成，特别是已知钙离子对硅的聚合是非常有效的(Heald et al.，1955，J Appl Chem London，5，425)。在测试Ca2+和OSA的不同组合之后，出人意料地发现Ca2+在pH＜0.7时对高浓度SA不产生任何影响。pH值达到7.5的稀释溶液在硅浓度低于0.07％时完全稳定，其便于用作植物营养液、动物饮用水或动物食品喷雾使用。因此，在碱化步骤中，CaCO3中钙的引入在我们的制剂中是合适的。其它的微量元素，如Mn2+、Sr2+、Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mg2+的二价离子可在碱化步骤期间或之后结合CaCO3的同时添加。氯化物的形成和它们的溶解度是限制因素。Zn2+的加入在动物应用中是很有益的，因为在高浓度OSA的吸收期间，Zn迅速从身体中除去，从而在OSA补给和不足的Zn的补给(低Zn膳食)期间，足够的Zn是血清中减少的唯一元素。这种观察是新颖的，并且显示了在不足的Zn的补给量期间结合Zn和OSA的重要性。有趣地是，在植物中不会获得这些结果。通过在叶子上喷洒增加浓度的OSA之后，植物中Zn的浓度不会受到影响。SA-络合物储备溶液稀释1000倍，并且在夏季(7月和8月)期间作为胡萝卜植物的喷雾使用。分析胡萝卜中的Si、Zn、Cu、Mg、Ca和Fe。在叶子上一周一次进行喷洒之后，除了Si的浓度变成两倍之外，其它的金属没有很大的差异。
在碱化步骤期间，在SA-胆碱络合物的制剂中加入CaCO3以形成稳定的溶液(在低pH时)，并且具有高的生物可用性。加入其它的碱(NaOH，KOH等等)，使pH达到0.5，在1周至3个月之后，会产生胶凝。相反，加入CaCO3，可以有2年的稳定期。我们也使用另外的化合物，如甜菜碱，一种渗压剂来代替CaCO3，以用于碱化。钙和渗压剂的结合以及甜菜碱和其它的渗压剂的结合也是可以的。
本发明涉及一种生物制剂，其制备方法，以及它们在失调和疾病的处理过程中作为营养素和药剂的用途。
本发明还涉及一种作为植物营养素和/或真菌感染抵抗剂的生物制剂的用途，如减少庄稼中的杀虫剂和毒性化合物的浓度。
配方
所有的配方都含有胆碱。
含有钙的配方1
氯化胆碱在真空下干燥，并且用干盐酸处理。在保持温度低于40℃条件下，将四氯化硅(IV)加至形成的酸性胆碱溶液中(SiCl4与氯化胆碱的比值是每3至5mol为1mol)。
对于水解来说，当冷却时，水(冰/冰水)加至溶液中，其中温度保持在-10℃至-30℃范围内。在水中70-75％的氯化胆碱溶液以1∶1的比值加至水解溶液中。所得到的溶液通过加入每升50g的CaCO3浓度的无水碳酸钙来进行碱化。
使用29Si-NMR的结构表征在-30至-70ppm之间不显示任何信号，其是用于碳化硅(Si)的光谱区。光谱显示了大约-72，-82，-92，-102和-112的共振，并且分别是用于Q0，Q1，Q2和Q4种类的特征。
含有钙和锌的配方2
制备在配方1中描述的制剂。在碱化之后以100mg Zn/ml的终浓度加入ZnCl2。
含有甜菜碱的配方3
氯化胆碱在真空下干燥，并且用干盐酸处理。在保持温度低于40℃的条件下，将四氯化硅(IV)加至形成的酸性胆碱溶液(SiCl4与氯化胆碱的比值是每3至5mol为1mol)。
溶液A：对于水解来说，当冷却时，水(冰/冰水)加至溶液中，其中温度保持在-10℃至-30℃。
溶液B：通过向1升蒸馏水中加入重量为1至1.5kg的甜菜碱来制备甜菜碱溶液。
1.8升70-75％的含水氯化胆碱溶液加到2升溶液A中。所得到的溶液通过加入0.2升的溶液B进行碱化。
含有钙和甜菜碱的配方4
氯化胆碱在真空下干燥，并且用干盐酸处理。四氯化硅(IV)加至温度保持在低于40℃的条件下，将四氯化硅(IV)加至形成的酸性胆碱溶液(SiCl4与氯化胆碱的比值是每3至5mol为1mol)。
溶液A：对于水解来说，当冷却时，水(冰/冰水)加至溶液中，其中温度保持在-10℃至-30℃。
溶液B：通过向体积为1升的蒸馏水中加入重量为1至1.5kg的甜菜碱来制备甜菜碱溶液。
1.8升70-75％的含水氯化胆碱溶液加至2升溶液A中。
所得到的溶液通过加入0.1升的溶液B和无水碳酸钙(每升25gCaCO3)来进行碱化。
含有钙和牛磺酸(100mg/ml)的配方5
制备在配方1中描述的制剂。在碱化之后以每升100mg的终浓度加入牛磺酸。
含有甜菜碱和山梨糖醇(300mg/ml)的配方6
氯化胆碱在真空下干燥，并且用干盐酸处理。温度保持在低于40℃的条例下，将四氯化硅(IV)加至形成的酸性胆碱溶液(SiCl4与氯化胆碱的比值是每3至5mol为1mol)。
对于水解来说，当冷却时，水(冰/冰水)加至溶液中，其中温度保持在-10℃至-30℃。通过向体积为1升的蒸馏水中加入重量为1至1.5kg的甜菜碱来制备甜菜碱溶液。
溶液A：对于水解来说，当冷却时，水(冰/冰水)加至溶液中，其中温度保持在-10℃至-30℃。
溶液B：通过向体积为1升的蒸馏水中加入重量为1至1.5kg的甜菜碱来制备甜菜碱溶液。
1.8升70-75％的含水氯化胆碱溶液加至2升溶液A中。
所得到的溶液通过加入0.2升的溶液B来进行碱化。在碱化之后以每毫升300mg的山梨糖醇的终浓度加入山梨糖醇。
所有的制剂也可以与其它的二价离子结合。
实施例
实施例1：增加植物的保水力
甜菜碱-胆碱-SA制剂(0.9％的硅)稀释500倍，并且每周一次喷洒在莴苣作物上。具有同种作物和保持相同耕种条件的土地同时用对照物(水)和草本硅提取物(herbal silica extrct)(Equisletum arvense)进行喷洒。调查所收获作物的几种产品参数，以研究产品质量，如穗稳固性、可商用土地(marketable field)、总鲜重和失重(表1)。用甜菜碱-胆碱-SA进行处理形成最高的鲜重和可商用土地。在用甜菜碱-胆碱-SA进行处理之后，由于在保存期间失重较低，和穗稳固性增加，因此与对照或草本硅处理相比，所收获的作物的质量也更高。这些结果表示了甜菜碱-胆碱-SA的使用增加了植物中水的保持力。
表1：在莴苣作物上使用甜菜碱-胆碱-SA的结果
Figure 2007101860240A00800011
(1)等级：1＝最好的处理；2＝次好的处理；3＝最坏的处理
实施例2：
测定补充甜菜碱-胆碱-SA在小鸡中增加的骨密度。在童子鸡正常的膳食(1.4mg Si/g)中用甜菜碱-胆碱-SA(B-ch-SA)补充，以调查硅对血清钙浓度的作用和股骨内的骨无机盐含量(BMC)密度(BMD)。
一组42,500只小鸡连续6周在它们的饮水中给予B-ch-SA(13.5mgSi/100kg体重/2天)，其增加整个饮食中的Si的摄取量不足0.5％。对照组相同鸡龄的42,600只小鸡同时开始同样的饲喂，但是不补充B-ch-SA。在6周时从每组中随机选择30只小鸡样品以分析血清钙浓度和股骨。股骨的BMC和BMD通过双能X射线吸收测量仪进行分析。记录整个股骨和股骨中5目标个区域的扫描结果。平均值之间的差异采用one-tailedStudent t-test进行评价。
与对照组小鸡(69.47±15.99mg/ml，n＝60)相比，在所补充的小鸡中血清钙浓度(74.85±13.82mg/ml，n＝60)明显增高(p＜0.05)。
与对照组小鸡相比，对于所补充的小鸡来说，在股骨的所有扫描区域中BMC明显增高。与对照组小鸡相比，对于所补充的小鸡来说，总BMC也是明显增高(+8.4％，p＝0.016)。
与对照组小鸡相比，对于所补充的小鸡来说，在中间段(+4.25％，p＝0.0209)、远端的干骨后端(+4.88％，p＝0.0102)以及臀部区(+5.6％，p＝0.014)BMD明显增高。
以B-ch-SA的形式，以小于0.5％的量来增加童子鸡的整个膳食摄取将导致明显增高的血清钙浓度、较高的骨质量和在股骨的皮质层和小梁骨内的密度。
实施例3：减少胡萝卜中的白霉菌感染。
胡萝卜中常见的真菌感染是叶子上的白霉菌感染(Eryphe heraclei)其目视为白色斑点。通常使用杀真菌剂，但是这往往带来以下缺陷：由于被作物吸收，因而对食用者造成中毒或过敏反应。
甜菜碱-胆碱-SA的稀释物在播种之后第3个月开始在3种不同种类的胡萝卜(Nerac，Tyne，Napa)上进行每周一次地喷洒。具有同种作物和保持在相同耕种条件下的田地用杀真菌剂进行喷洒。在处理之后的一周，与未处理的对照组的作物相比，用甜菜碱-胆碱-SA处理的作物和用杀真菌剂处理的作物的叶子上具有明显减少的白色斑点。可以观察到受到影响的叶子上的差异，一直到作物收获(见表2)。
表2：在使用甜菜碱-胆碱-SA之后作物的产量
Figure 2007101860240A00800021
(1)感染评分：1＝严重感染，9＝未感染
与未处理的作物相比，用甜菜碱-ch-SA处理之后的作物发现其产量明显增高，并且与用杀真菌剂处理的作物的产量相类似。
实施例4：甜椒中的硅的转移。
甜椒生长在营养液(hydraculture)中。甜菜碱-胆碱-SA在营养液中稀释500倍。同种作物和保持在相同耕种条件下的其它植物不进行补充。叶子和根部上的硅的浓度通过原子吸收光谱测定法在6周补充之后进行测定。与未补充的对照叶子相比，用甜菜碱-胆碱-SA补充的植物叶子上的硅的浓度大于十倍以上。这些实验清楚地显示了来自甜菜碱-胆碱-SA的硅从根部转移到叶子上。
实施例5：减少植物中的毒性化合物水平。
杀虫剂通常用在作物的栽培中，以防止或处理真菌感染。由于对人类、动物和环境的毒性，因此预防剂的使用必须保持最小量。严格地调节收获的作物上的残余毒剂的上限，并且使其尽可能低，以保证作物的质量。发现使用钙-胆碱-SA(见配方1)稀释液有如下优点：
i)使作物更能抵抗真菌感染，其允许使用更低剂量的杀真菌剂。
ii)减少收获作物中的残余毒剂浓度。
a)莴苣
钙-胆碱-SA制剂以3ml/10L浓度加至杀虫剂溶液中。对照植物仅仅用杀虫剂进行处理(见表A)。
在播种之后的三天进行栽培，叶处理开始，并且重复4次。处理之间的周期为每4天一次。作物在最后处理之后的三周收获，并且分析残余物(异丙脲，二硫代氨基甲酸酯(dithiocarbamates))的浓度。
表A：杀虫剂处理
Figure 2007101860240A00800031
当作物用钙-胆碱-SA制剂处理后，残余毒剂浓度明显降低：二硫代氨基甲酸酯和异丙脲分别发现减少超过64％和30％(见表B)。没有发现任何作物受到真菌感染。
表B：用钙-胆碱-SA进行处理后在莴苣中的残余杀虫剂。
Figure 2007101860240A00800032
在用钙-胆碱-SA制剂(102μg Si/g干重)处理的莴苣中，其中的硅浓度高约45％。
当钙-胆碱-SA制剂与低剂量的常用杀真菌剂歇利防霉剂(fungicideShirlan)(fluazinam，500g/L)结合时，对Phytophthora感染的发病率进行评价。Shirlan的最小推荐剂量每公顷为0.4升，以防止作物受到Phytophthora感染。当杀真菌剂的剂量减少到50％，并且与每公顷为0.5L钙-胆碱-SA制剂结合时，作物没有受Phytophthora感染的痕迹，仍然保持良好，然而不进行处理的栽培植物的地区受到严重感染。
从上面的实施例中很清楚地得知：尤其与钙和诸如甜菜碱这样的渗压剂结合的新型胆碱-SA制剂对植物和动物有非常高的生物可利用性。这些制剂可以作为营养素和药剂使用，所述药剂可以对植物加强防卫并且抵抗不同的不良条件(干旱条件，来自微生物和昆虫感染的应力状态(stresscondition))。这些制剂能够用作动物的正常膳食(富含硅)。这意味着这些制剂(胆碱-SA-渗压剂的混合物)是真正具有活性的。因此，对于某种生理情况，它们的使用具有很好的效果。

Claims (18)

1.一种制备生物制剂的方法，所述生物制剂包括原硅酸和硅酸，为用于不同生物体的储备溶液形式，所述方法包括步骤：
i)水解包括硅的胆碱溶液，从而形成胆碱稳定的原硅酸和低聚物溶液；
ii)通过加入不具有游离羟基的弱碱化剂来碱化胆碱原硅酸和低聚物溶液，其中所述碱化剂是CaCO3或甜菜碱；以及
iii)任选加入二价微量元素和/或次级渗压剂。
2.如权利要求1的方法，其中所述二价微量元素在碱化步骤期间或之后加入。
3.如权利要求2的方法，其中所述二价微量元素选自Mn2+、Sr2+、Fe2+、Cu2+、Zn2+和Mg2+。
4.如权利要求1-3任一项的方法，其中所述储备溶液具有浓度超过0.5％的硅。
5.如权利要求4的方法，其中所述储备溶液具有浓度至多0.9％的硅。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述碱化剂是CaCO3，所述次级渗压剂选自甜菜碱、甘氨酸、牛磺酸、肉毒碱、肌醇、乙醇胺和它们的磷酸盐和单糖。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述碱化剂是甜菜碱，所述次级渗压剂选自甘氨酸、牛磺酸、肉毒碱、肌醇、乙醇胺和它们的磷酸盐和单糖。
8.如权利要求1-7任一项所述方法制备的生物制剂。
9.一种储备溶液形式的生物制剂，其包括原硅酸和硅酸，初级渗压剂胆碱和没有游离羟基的弱碱化剂，其中碱化剂为CaCO3或甜菜碱。
10.如权利要求9所述的制剂，其中制剂包括CaCO3，还包括从甜菜碱、甘氨酸、牛磺酸、肉毒碱、肌醇、乙醇胺和它们的磷酸盐和单糖中选择的次级渗压剂。
11.如权利要求9所述的制剂，其中制剂包括甜菜碱，还包括从甘氨酸、牛磺酸、肉毒碱、肌醇、乙醇胺和它们的磷酸盐和单糖中选择的次级渗压剂。
12.如权利要求8-所述的制剂，其中还包括二价微量元素。
13.如权利要求8-12中任一项所述的制剂，为稀释的形式。
14.如权利要求8-12中任一项所述的生物制剂制备用于治疗动物和人类中与骨、皮肤、软骨、毛发和指甲以及结缔组织有关的病症的药物的用途。
15.如权利要求8-12中任一项所述的生物制剂作为植物营养素和/或真菌感染抵抗剂的用途。
16.如权利要求8-12中任一项所述的生物制剂制备用于动物或人类的营养素的用途。
17.如权利要求14-16中任一项所述的用途，其中所述生物制剂以稀释形式使用。
18.如权利要求17所述的用途，其中所述稀释形式的生物制剂具有低于0.07％的硅浓度。
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