CN101999517B - 低分子海藻多糖微量元素螯合物的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
低分子海藻多糖微量元素螯合物的制备方法及应用，本发明利用海洋中资源丰富、价格低廉海藻作为原料，通过生物酶对海藻原料进行分子改性和修饰，通过微滤和超滤的方式获得所需分子量的海藻多糖，这样得到的海藻多糖包括海藻中含有的所有种类多糖，将海藻多糖与微量元素金属离子进行螯合反应，生成低分子海藻多糖微量元素螯合物，制备出新一代有机微量元素产品，大大地降低了产品成本。且本发明制备过程生成的滤液作为溶剂进行循环使用，确保生产过程没有有毒废弃物产生。产品可应用于各种动物中，作为饲料添加剂，减少50％以上的微量元素添加量，减少动物粪便中50％以上金属元素的排放量。动物生长性能完全达到或超过大比例添加无机微量元素的效果。降低养殖成本。
Description
所属技术领域
本发明以海洋藻类植物为原料制备低分子量海藻多糖微量元素螯合物，属于有机微量元素饲料添加剂的制备方法及应用技术领域。
背景技术
畜牧水产养殖业发展对环境污染所造成的危害已引起人们的广泛关注。尤其是配合饲料中使用的高剂量无机微量金属，由于在动物体内的生物学利用率较低，因此除较少一部分被动物利用外，大部分随粪便排入外界环境中，对环境造成的污染影响越来越大，给生态环境造成了极大的损坏，给人类的健康带来了严重的隐患，同时也是对不可再生的矿物资源的极大浪费。因此，人们开始寻求应用有机形态的微量元素产品来解决无机态微量元素饲料添加剂产品带来的问题。
国外对于有机微量元素的研究始于20世纪60年代，到70年代之后，世界上许多国家如美国、意大利、丹麦、荷兰等都在这一领域进行了深入研究。有机微量元素饲料添加剂产品从第1代简单的有机酸类微量元素化合物如柠檬酸、富马酸、酒石酸、抗坏血酸等的亚铁盐和葡萄糖酸锌等发展到目前以氨基酸类有机微量元素螯合(络合)物为主的第2代产品。第1代有机微量元素化合物与无机微量元素比没有明显的优势，没有解决无机微量元素存在的问题。第2代有机微量元素化合物，国外已有几十种氨基酸类有机微量元素螯合(络合)物的商业化饲料添加剂产品。尽管氨基酸微量元素螯(络)合物(AATMC)如氨基酸铁、氨基酸铜、氨基酸锰和氨基酸锌等有着稳定、高效、毒性小，在肠道内易于消化吸收，有利于提高动物生产性能，防治微量元素缺乏症，并且有益于饲料中营养组分的利用，还兼有氨基酸强化剂作用等优点，但是与无机态微量元素相比，氨基酸微量元素螯(络)合物产品的成本太高，大范围应用艰难，推广应用速度缓慢。为了克服第2代有机微量元素饲料添加剂产品的缺点，国内外有很多研究以植物多糖为配体，开发新一代有机微量元素饲料添加剂产品---多糖类有机微量元素化合物饲料添加剂产品，属于第3代有机微量元素产品。具有第二代有机微量元素的绝大部分优点，部分植物多糖还具有增强动物免疫力的作用。但关键是寻求易得、成本低的植物多糖原料，并研究出成本低的制备方法。
海藻是一种生长在海洋中的可再生植物，资源丰富，价格低廉。海藻中除了少量的微量元素、甘露醇等外，绝大部分是多糖成分。中国国家发明专利CN1148600A公开了一种用海藻多糖与无机金属微量元素反应制备海藻多糖微量元素络合物的制备方法。其制备过程主要是先采用碱液将海藻中的海藻酸多糖提取出来，然后再同微量元素金属离子进行络合反应，生成海藻多糖微量元素络合物。该专利公开的制备过程仅仅利用了海藻中的酸性多糖，浪费了资源，因此产品成本较高，且生产过程中会产生大量的废渣，推广应用较为艰难。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于克服国内外已有技术的缺点和不足。为了充分利用海藻资源，最大限度地利用海藻中的多糖成分，提高海藻多糖微量元素饲料添加剂的生物学活性，降低生产成本。本发明通过生物酶对海藻原料进行分子改性和修饰并，通过微滤和超滤的方式获得所需分子量的海藻多糖。这样得到的海藻多糖包括海藻中含有的所有种类多糖，不仅仅是中国国家发明专利CN1148600A中的酸性海藻多糖，得到海藻多糖的收率比中国国家发明专利CN1148600A的收率高50％以上。将海藻多糖再与微量元素金属离子进行螯合反应，生成低分子海藻多糖微量元素螯合物，制备出可用作饲料添加剂的新一代(第三代)有机微量元素产品，反应收率比中国国家发明专利CN1148600A提高50％以上，大大地降低了产品成本。且本发明制备过程生成的滤液作为溶剂进行循环使用，确保生产过程没有有毒废弃物产生。
本发明还通过一系列的动物应用试验，确定了本发明的低分子量海藻多糖微量元素螯合物饲料添加剂产品在动物中的应用效果和使用方法。
技术方案：选择褐藻、红藻、蓝藻等可食用海藻为原料，将其粉碎后，按料液比1∶8-10比例将干海藻粉加入水中，搅拌均匀后，加入复合酶制剂(蛋白酶、葡聚糖酶、脱酯酶、)，酶底比5-10∶100，pH5-6，45℃下反应6-8小时，105℃灭活30min。加入0.5-1M硫酸溶液，80-100℃下反应1-3小时，用1-2N NaOH溶液中和至pH6-7，用截流分子量50000Da的陶瓷微滤膜进行过滤，除去分子量大于5万Da的大分子多糖，再用截流分子量为1000Da的超滤膜进行浓缩和脱盐，得到所需的低分子量海藻多糖溶液。
将金属离子Cu2+、Mn2+、Fe2+、Zn2+、Co2+等的硫酸盐或盐酸盐配制成0.2M-1.0M溶液，在50-70℃、搅拌条件下，加入到上述低分子量海藻多糖溶液中，反应4-5小时后，离心分离，滤饼在80-90℃下干燥48h，得到低分子海藻多糖微量元素螯合物产品。离心分离得到的滤液作为配制金属离子溶液的溶剂进行循环使用。待该滤液中循环5-8次后，采用反渗透进行浓缩至原体积的1/5-1/10，水溶液进行循环使用，浓缩液通过喷雾干燥的方式获得水溶性低分子海藻多糖微量元素螯合物产品。
有益效果：本发明通过生物酶对海藻原料进行分子改性和修饰，提高了海藻中海藻多糖的利用率50％以上，提高了反应产物的收率50％以上，因此可大大地降低产品的成本，同时，由于利用了海藻中的所有种类海藻多糖，保留了海藻中可增强动物免疫力多糖成分，使产品还具有增强动物免疫力的功效。
本发明产品在动物中的生物利用率比无机微量元素添加剂大大提高，因此可大大减少养殖行业对环境中金属元素的排放量，减少环境污染。同时，由于添加量的减少，可节约有限的矿物资源，且生产过程中没有废物排放，符合环境有好资源节约的国家政策方针。
本发明确定了发明产品在动物中的应用效果和使用方法，对行业具有指导和示范作用。
具体实施方式
实施例1制备低分子海藻多糖螯合铜饲料添加剂
称取10Kg干褐藻，将其粉碎，按料液比1∶8加入80L水中，搅拌均匀后，加入0.5Kg复合酶制剂(蛋白酶、葡聚糖酶)，pH5，45℃下反应8小时，105℃灭活30min。加入0.5M硫酸溶液，90℃下反应1.5小时，用1.5N NaOH溶液中和至pH7，用截流分子量50000Da的陶瓷微滤膜进行过滤，除去分子量大于5万Da的大分子多糖，再用截流分子量为1000Da的超滤膜进行浓缩和脱盐，得到所需的低分子量海藻多糖溶液。
将0.5M硫酸铜溶液，在50℃、搅拌条件下，加入到上述低分子量海藻多糖溶液中，反应5小时后，离心分离，滤饼在90℃下干燥48h，得到低分子海藻多糖螯合铜产品，收率60％，铜含量31.6％。
离心分离得到的滤液作为配制金属离子溶液的溶剂进行循环使用。待该滤液中循环8次后，采用反渗透进行浓缩至原体积的1/5，水溶液进行循环使用，浓缩液通过喷雾干燥的方式获得水溶性低分子海藻多糖螯合铜产品30Kg，铜含量34.5％。
实施例2制备低分子海藻多糖螯合锌饲料添加剂
称取10Kg干红藻，将其粉碎后，按料液比1∶10比例加入100L水中，搅拌均匀后，加入1Kg复合酶制剂(蛋白酶、葡聚糖酶、脱酯酶、)，pH6，45℃下反应7小时，105℃灭活30min。加入1M硫酸溶液，80℃下反应2小时，用2N NaOH溶液中和至pH6，用截流分子量50000Da的陶瓷微滤膜进行过滤，除去分子量大于5万Da的大分子多糖，再用截流分子量为1000Da的超滤膜进行浓缩和脱盐，得到所需的低分子量海藻多糖溶液。
将1.0M硫酸锌溶液，在50℃、搅拌条件下，加入到上述低分子量海藻多糖溶液中，反应4小时后，离心分离，滤饼在85℃下干燥48h，得到低分子海藻多糖螯合锌产品，收率56％，锌含量29.8％。离心分离得到的滤液作为配制金属离子溶液的溶剂进行循环使用。待该滤液中循环6次后，采用反渗透进行浓缩至原体积的1/10，水溶液进行循环使用，浓缩液通过喷雾干燥的方式获得水溶性低分子海藻多糖螯合锌产品28.3Kg，锌含量32.7％。
实施例3制备低分子海藻多糖螯合亚铁饲料添加剂
称取10Kg干蓝藻，将其粉碎后，按料液比1∶9比例加入90L水中，搅拌均匀后，加入0.8Kg复合酶制剂(蛋白酶、葡聚糖酶)，pH5.5，45℃下反应6小时，105℃灭活30min。加入0.6M硫酸溶液，80℃下反应1小时，用1N NaOH溶液中和至pH6，用截流分子量50000Da的陶瓷微滤膜进行过滤，除去分子量大于5万Da的大分子多糖，再用截流分子量为1000Da的超滤膜进行浓缩和脱盐，得到所需的低分子量海藻多糖溶液。
将0.2M氯化亚铁溶液，在60℃、搅拌条件下，加入到上述低分子量海藻多糖溶液中，反应4.5小时后，离心分离，滤饼在80℃下干燥48h，得到低分子海藻多糖螯合亚铁产品，收率62％，亚铁含量28.8％。
离心分离得到的滤液作为配制金属离子溶液的溶剂进行循环使用。待该滤液中循环5次后，采用反渗透进行浓缩至原体积的1/10，水溶液进行循环使用，浓缩液通过喷雾干燥的方式获得水溶性低分子海藻多糖螯合亚铁产品20.5Kg，亚铁含量30.6％。
实施例4制备低分子海藻多糖螯合锰饲料添加剂
称取10Kg干褐藻，将其粉碎，按料液比1∶10加入100L水中，搅拌均匀后，加入0.7Kg复合酶制剂(蛋白酶、葡聚糖酶)，pH5，45℃下反应7小时，105℃灭活30min。加入1M硫酸溶液，100℃下反应1小时，用2N NaOH溶液中和至pH6，用截流分子量50000Da的陶瓷微滤膜进行过滤，除去分子量大于5万Da的大分子多糖，再用截流分子量为1000Da的超滤膜进行浓缩和脱盐，得到所需的低分子量海藻多糖溶液。
将1M硫酸锰溶液，在50℃、搅拌条件下，加入到上述低分子量海藻多糖溶液中，反应5小时后，离心分离，滤饼在90℃下干燥48h，得到低分子海藻多糖螯合锰产品，收率58％，锰含量30.8％。
离心分离得到的滤液作为配制金属离子溶液的溶剂进行循环使用。待该滤液中循环5次后，采用反渗透进行浓缩至原体积的1/8，水溶液进行循环使用，浓缩液通过喷雾干燥的方式获得水溶性低分子海藻多糖螯合锰产品21.6Kg，锰含量33.7％。
实施例5制备低分子海藻多糖钴螯合饲料添加剂
称取10Kg干褐藻，将其粉碎，按料液比1∶10加入100L水中，搅拌均匀后，加入0.8Kg复合酶制剂(蛋白酶、葡聚糖酶)，pH5.5，45℃下反应6.5小时，105℃灭活30min。加入0.5M硫酸溶液，100℃下反应3小时，用1N NaOH溶液中和至pH6，用截流分子量50000Da的陶瓷微滤膜进行过滤，除去分子量大于5万Da的大分子多糖，再用截流分子量为1000Da的超滤膜进行浓缩和脱盐，得到所需的低分子量海藻多糖溶液。
将1M氯化钴溶液，在50℃、搅拌条件下，加入到上述低分子量海藻多糖溶液中，反应4小时后，离心分离，滤饼在90℃下干燥48h，得到低分子海藻多糖螯合钴产品，收率55％，钴含量29.8％。
离心分离得到的滤液作为配制金属离子溶液的溶剂进行循环使用。待该滤液中循环8次后，采用反渗透进行浓缩至原体积的1/5，水溶液进行循环使用，浓缩液通过喷雾干燥的方式获得水溶性低分子海藻多糖螯合钴产品36Kg，钴含量35.2％。
实施例6低分子海藻多糖螯合铜、蛋氨酸铜和硫酸铜对生长猪生长性能的影响
1、试验动物与试验设计
试验选用210头(大白×长白)健康、体重相近约15kg的生长猪，按体重、性别随机分为7个处理，每个处理3个重复，每个重复10头猪。
2、试验日粮
试验日粮在基础日粮的基础上分别添加20，50和200mg/kg来源于硫酸铜、20和50mg/kg来源于蛋氨酸铜和低分子海藻多糖螯合铜三种形式的铜。蛋氨酸铜中的蛋氨酸生物学利用率100％计算，从而保证所有日粮的蛋氨酸水平一致。基础日粮为玉米-豆粕型，参照NSNG(2010)美国全国猪营养指南配制日粮(标准回肠真可消化赖氨酸1.10％，猪代谢化能3350cal/kg)，饲料状态为粉料。
3、饲养管理程序
试验在资源种猪场进行，猪舍为全封闭式，负压通风，猪舍温度保持在25-28℃。单圈饲养，每个圈单独配备一个食槽和一个鸭嘴式饮水器。塑料漏缝地板。自由采食和饮水。免疫程序按照资源原种猪场常规饲养管理程序进行。在试验前有5-7d的预试验期，在此期间饲喂日粮铜的水平为20mg/kg，以便统一日粮中铜的浓度以及调整动物体内铜的水平。实验结束时进行称重和结料。
4、实验结果
实验结果见表1。由表1可知，50mg/kg蛋氨酸铜和低分子海藻多糖螯合铜的铜来源组与200mg/kg硫酸铜的铜来源组日增重显著高于其他组(P＜0.05)，但是三者间差异不显著(P＞0.05)。除200mg/kg硫酸铜来源的铜组(采食量最佳组)和20mg/kg蛋氨酸铜来源的铜组(采食量最差组)外，各组采食量差异不显著。虽然各组料肉比无显著差异(P＞0.05)，但是50mg/kg蛋氨酸铜和低分子海藻多糖螯合铜的铜来源组与200mg/kg硫酸铜的铜来源组的料肉比有降低的趋势。
表1、低分子海藻多糖螯合铜、蛋氨酸铜和硫酸铜对生长猪生长性能的影响
5、结论
50mg/kg的低分子海藻多糖螯合铜来源的铜在仔猪生长阶段(15-30Kg)可以替代高铜(200mg/kg硫酸铜来源的)，不影响仔猪的生产性能，并能有效降低粪中铜的排放量达67.43％。
实施例7低分子海藻多糖微量元素螯合物复合包的配置实例(mg/kg日粮，按有效含量计)
一、猪
1、仔猪(＜20kg)：低分子海藻多糖铜40～150、低分子海藻多糖亚铁80～150、低分子海藻多糖锰40～80、低分子海藻多糖锌80～150、低分子海藻多糖钴0～1；
2、生长肥育猪(20kg-60)：低分子海藻多糖铜10～40、低分子海藻多糖亚铁50～90、低分子海藻多糖锰30～50、低分子海藻多糖锌50～90、低分子海藻多糖钴0～0.5；
3、母猪：低分子海藻多糖铜10～35、低分子海藻多糖亚铁60～150、低分子海藻多糖锰35～60、低分子海藻多糖锌60～100、低分子海藻多糖钴0～0.5；
二、鸡
1、肉鸡：低分子海藻多糖铜5～25、低分子海藻多糖亚铁60～100、低分子海藻多糖锰60～100、低分子海藻多糖锌60～100；
2、蛋鸡(生长期)：低分子海藻多糖铜5～25、低分子海藻多糖亚铁50～100、低分子海藻多糖锰60～100、低分子海藻多糖锌45～90；
2、蛋鸡(产蛋期)：低分子海藻多糖铜8～35、低分子海藻多糖亚铁50～100、低分子海藻多糖锰60～120、低分子海藻多糖锌45～90；
三、反刍动物
低分子海藻多糖铜10～25、低分子海藻多糖亚铁60～100、低分子海藻多糖锰50～80、低分子海藻多糖锌60～100、低分子海藻多糖钴0.5～1；
四、水产
低分子海藻多糖铜3～15、低分子海藻多糖亚铁50～100、低分子海藻多糖锰20～40、低分子海藻多糖锌50～80、低分子海藻多糖钴0.5～1。
Claims (2)
1.一种低分子海藻多糖微量元素螯合物产品的制备方法，其特征在于：
1)按料液比1∶8-10比例将干海藻粉加入水中，加入由蛋白酶、葡聚糖酶、脱酯酶组成的复合酶制剂，酶底比5-10∶100，pH5-6，45℃下酶解6-8少时；
2)将步骤1)的酶解产物在105℃灭活30min，加入0.5-1M硫酸溶液，80-100℃下反应1-3小时，用1-2N Na0H溶液中和至pH6-7；
3)将步骤2)得到的混合物用截流分子量50000Da的陶瓷微滤膜进行过滤，除去分于量大于5万Da的大分子多糖，再用截流分子量为1000Da的超滤膜进行浓缩和脱盐，得到所需的低分子量海藻多糖溶液；
4)将金属离子Cu2+或Mn2+或Fe2+或Zn2+或Co2+的硫酸盐或盐酸盐配制成0.2M-1.0M的溶液在50-70℃、搅拌条件下，加入到步骤3)得到的低分子量海藻多糖溶液中，反应4-5小时后，离心分离，滤饼在80-90℃下干燥48h，得到低分子海藻多糖微量元素螯合物产品；
5)步骤4)的滤液作为配制金属离子溶液的溶剂进行循环使用，待该滤液中循环5-8次后，采用反渗透进行浓缩至原体积的1/5-1/10，水溶液进行循环使用，浓缩液通过喷雾干燥的方式获得水溶性低分子海藻多糖微量元素螯合物产品。
2.根据权利要求1所述的低分子海藻多糖微量元素螯合物产品的制备方法，其特征在于：所述海藻原料是：褐藻、红藻、蓝藻、绿藻。
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