CN103931905A - 使用粉砂岩的饲料添加剂和包含所述添加剂的功能性饲料 - Google Patents

使用粉砂岩的饲料添加剂和包含所述添加剂的功能性饲料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于粉砂岩的功能性饲料添加剂。所述功能性饲料添加剂主要由粉砂岩粉末构成。所述功能性饲料添加剂可表现出针对各种病原体的优异抗菌活性而无需使用化学品如抗生素，并能吸附和排泄有害物质如真菌毒素和重金属，但是对有益物质无影响。因此，所述功能性饲料添加剂可以用于牛、猪、鸡的饲料中。此外，其无细胞毒性，并能降低饲料的消耗量，因为其提高饲料效率的同时还降低饲料转化率。

Description

使用粉砂岩的饲料添加剂和包含所述添加剂的功能性饲料
技术领域
本发明大体涉及用于功能性饲料的添加剂，更具体地，涉及包含粉砂岩粉末的饲料添加剂。
背景技术
畜禽养殖倾向于规模经济和工业化。在有限空间中提高畜牧业的生产率和经济性的努力中，已经实施了畜禽的密集饲养。在这种情况下，动物易于暴露于各种疾病下。
世界各地的畜牧业所面临的主要问题，初步是由于导致动物大量死亡和生产率降低的牲畜疾病所致。作为解决这些问题的方案的一部分，将抗生素如庆大霉素和林可霉素等添加于动物饲料中来应对牲畜疾病的发作。
然而，在饲料中使用抗生素可能引起抗生素的滥用，从而导致动物自身抵抗疾病的免疫力降低而需要更有效的抗生素。更糟糕的是，当抗生素被牲畜摄取时保留在牲畜中，并对食用所述牲畜的人的健康具有消极影响。
考虑到疾病的预防，优选加强牲畜或家禽的自身免疫力而不是向饲料中添加抗生素或化学品。
同时，无机材料如天然矿物质可以用作牲畜或家禽的无害饲料添加剂。尽管矿物质以痕量存在于动物体内，但其本身参与各种生物作用，包括骨骼形成、渗透控制、体液的酸碱平衡、酶的激活以及辅酶的构建。有许多实例，其中硅酸盐和云母类矿物质的沉积岩被用作建筑材料或动物饲料的添加剂。云母类矿物质中用作动物饲料添加剂或在工业上应用的代表是黑云母、沸石、伊利石、结冷胶、膨润土、蒙脱土(膨润土的主要成分)、黄土、脉斑岩以及锗。特别是在生物工业上，云母类矿物质用作动物饲料添加剂、土壤改良剂以及水改良剂。有些应用于化妆品材料或建筑材料。在牲畜或家禽中，所述矿物质的功能是防止摄取过量水而导致的软便，并通过延迟食物通过肠通道而改善消化性。例如，据观察在鸡中无机材料可提高平均体重和食物保留率，并有助于肠消化性，这可以通过排泄物观察到。此外，无机材料可以吸附有害肠寄生细菌如大肠杆菌(E.coli)，真菌毒素如黄曲霉素以及重金属如汞或镉等。就此而言，韩国专利No.343367公开了“Feed Composition of Growing Livestock forReplacing Antibiotics(用于替代抗生素的饲养牲畜的饲料组合物)”，其包含锗黑云母而不是抗生素。现有技术，包括该专利，公开的矿物质不能有效吸附真菌毒素如呕吐毒素。此外，它们在营养上无效，因为它们吸附有用的添加物赖氨酸、磷和维生素B2，而且吸附有害物质。特别是，膨润土通过诱导细胞坏死而表现出细胞毒性，而据观察黑云母缺少抗菌活性并且表现出安全相关问题。
最近已经研发了商业上可用的动物饲料产品(包括鱼饲料)，其中各种微生物被吸附于常见矿物质。农村市场上的产品使用典型的EM(有效微生物)。然而，这些微生物产品的问题在于其并未适当选择吸附微生物的赋形剂。此外，微生物产品由于其生物学限制并未发挥良好的功能。微生物产品的其他功能性问题来自于它们对抗生素和其他化学品的抗性不足或来自于其抗性过度。
粉砂岩特别是在中国主要用作茶壶的材料，但是未见有关将粉砂岩用于生物产业的报道。
发明概述
因此，针对现有技术存在的问题而做出了本发明，并且本发明的目的是，提供对各种病原体表现出优异抑制活性而不含化学化合物如抗生素，并且通过吸附而排泄有害物质但不影响有益肠物质的功能性饲料添加剂。
根据其一个方面，本发明提供了包含粉砂岩粉末的饲料添加剂。
根据其另一方面，本发明提供了包含饲料添加剂的功能性饲料。
根据其又一方面，本发明提供了抑制肠细菌的方法，包括用功能饲料喂食牲畜。
根据本发明，基于粉砂岩的功能性饲料添加剂可针对各种病原体表现出优异的抗菌活性，而无需使用化学品如抗生素，并且吸附和分泌有害物质如真菌毒素和重金属，并且对有益物质无影响。因此，功能性饲料添加剂可以用于牛、猪以及鸡的饲料中。另外，其不是细胞毒性的，并且可以降低食物消耗量，因为其提高了食物功效同时降低食物转化率。
附图说明
根据下文结合附图的详细描述将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征以及其他优点，其中：
图1是表示本发明的饲料添加剂中有机质含量的TGA图；
图2是表示本发明的饲料添加剂中有机质鉴定的色谱。
图3表示用或未用本发明的饲料添加剂处理的细胞照片；
图4是表示本发明饲料添加剂的比表面积的图；以及
图5表示琼脂平板的照片，其表明本发明的饲料添加剂不吸附有益的肠细菌，其中L=将饲料添加剂和蒸馏水混合后分离的上清液，P=本发明的饲料添加剂，和L+P=液体(L)和粉末(P)的混合物。
具体实施方式
根据其一个方面，本发明涉及包含粉砂岩粉末的饲料添加剂。
可用于本发明的粉砂岩，在形态上介于砂岩和页岩之间，与其他矿物质相比，硅和铁的含量非常高。粉砂岩的pH为约8，并且粘性有些低。用于本发明的粉砂岩可以直接从中国的矿藏获得。
本发明的粉砂岩经加工可以具有各种粒径，这取决于终产品的配制和喂食动物的种类。在本发明的一个实施方案中，粉砂岩的粒径级别优选为200-300目。例如，粒径小于200目的粉砂岩不能均质地与饲料混合。另一方面，即使当其粒径超过300目时，饲料添加剂不会明显增强消化性和吸附性。因此，出于经济因素，粉砂岩的粒径大小优选小于300目。
根据其另一个方面，本发明涉及包含本发明饲料添加剂的功能性饲料。本发明的粉砂岩可以适用于各种动物的饲料，包括鸡、鸭、猪、牛等，并且基于食物总重，其可以以0.05-1wt%的量，优选以0.1-0.5wt%的量使用。当然，本发明的功能性饲料具有抗菌活性，并对有害物质有吸附作用，这些优点在某些程度上随着本发明粉砂岩含量的增加而增强。如果粉砂岩的含量超过1wt%，则不能进一步获得明显的添加效果(节省食物、抗菌活性等)。因此，粉砂岩的上限优选设为1wt%。另一方面，直到其含量到达0.05wt%才能获得粉砂岩的效果。
除了本发明的饲料添加剂外，本发明的功能性饲料可以包含典型饲料所用的材料，如碳水化合物和蛋白质源，例如脱脂牛奶、酪蛋白酸钠、玉米粉、大豆粉、鱼粉、玉米麸、小麦粉以及小麦胚芽粉。功能性饲料还可以包含牲畜生长所需量的维生素和矿物质。
根据其另一个方面，本发明提供了抑制肠细菌生长的方法，包括用本发明的功能性饲料喂食牲畜。
通过下述实施例，可以获得对本发明的更好理解，下述实施例用于说明本发明，而不能解释为限制本发明。
实施例1：利用粉砂岩制备饲料添加剂
粉砂岩是从中国阜新的矿藏开采的，并且磨碎成大小为200-300目的粉末。仅通过粉末制备饲料添加剂。
实施例2：饲料添加剂的成分分析
利用X射线荧光(XRF)分光仪(日本岛津公司)，定量分析实施例1制备的饲料添加剂的无机元素，并将结果概括于下述表1中。由表1的数据可以看出，饲料添加剂的铁、锰以及铝丰富，并且可能作为土壤改良剂适用于农业产业。
表1
元素 含量(%) 分析法 谱线 净强度 背景强度
O 46.3230 Quant.-FP O Ka 5.117 0.946
Si 32.6011 Quant.-FP SiKa 1031.885 3.289
Al 8.1800 Quant.-FP AlKa 346.852 20.705
Fe 5.3979 Quant.-FP FeKa 604.405 1.833
K 3.9682 Quant.-FP K Ka 276.312 1.655
Mg 1.0884 Quant.-FP MgKa 13.490 0.632
Ti 0.7180 Quant.-FP TiKa 16.750 0.266
Na 0.6871 Quant.-FP NaKa 3.173 0.132
Ca 0.5320 Quant.-FP CaKa 32.649 0.787
P 0.2199 Quant.-FP P Ka 9.566 0.882
Zr 0.0790 Quant.-FP ZrKa 38.034 9.123
Ba 0.0681 Quant.-FP BaLa 0.511 0.249
Mn 0.0406 Quant.-FP MnKa 3.249 0.982
Sr 0.0288 Quant.-FP SrKa 12.018 6.884
Rb 0.0217 Quant.-FP RbKa 8.230 6.019
Zn 0.0146 Quant.-FP ZnKa 2.584 1.934
Cr 0.0135 Quant.-FP CrKa 0.790 0.674
S 0.0122 Quant.-FP S Ka 0.526 0.685
Ni 0.0048 Quant.-FP NiKa 0.701 1.309
Y 0.0010 Quant.-FP Y Ka 0.458 7.873
另外，利用热重量分析仪(TGA)(型号：Pryis1，美国珀金艾尔默(PerkinElmer)公司制造)分析实施例1制备的饲料添加剂的有机质的含量。在该分析中，以10℃/min的温度增量，将饲料添加剂加热至高达600℃。通过比较于600℃燃烧的饲料添加剂最终重量与饲料添加剂的初始重量(图1)进行计算发现，饲料添加剂所含有机质的量为3.81%。鉴于在韩国获得的相似岩石的总有机含量3.1%，预计本发明的饲料添加剂会在体内表现出更高的生物利用度。
利用气相色谱(GC,型号：6890GC，美国安捷伦公司制造)鉴定实施例1制备的饲料添加剂的有机质。尽管韩国的相似岩石含有5种有机质，在本发明的饲料添加剂中发现了多达20种有机质(图2)。据信，在粉砂岩沉降过程中，累积了更多的有机质。因此，本发明的饲料添加剂在营养上比常见的矿物质添加剂更有价值。
为了获得实施例1制备的饲料添加剂的销售许可，对表2给出的化合物含量进行检查。对于水分含量，用由铝制备的干燥称量瓶准确称重2-5g样品。接着，将样品在干燥器中于135±2℃干燥2hr，或于105～110℃干燥直到重量不再发生变化。在热释放30min后，对样品进行称重。重量差视为水分含量。
为了测量阳离子交换量，将5A滤纸(碎屑)在柱中放置成1cm厚度，其底部用脱脂棉（absorbent cotton）阻塞，然后添加1N乙酸铵以除去柱与滤纸之间的泡沫。接着，将2g饲料添加剂的150ml1N乙酸铵溶液添加于无泡沫的柱，并调整过滤，以便将乙酸铵洗脱6-12hr。过滤完成后，添加150ml80%乙醇，并以相同的方式洗脱，以洗脱乙酸铵。将样品和滤纸置于蒸馏烧瓶中，随后将5g氧化镁以及300ml蒸馏水添加于烧瓶。在将50ml4%硼酸溶液添加于接收器（receptor）后，以与粗蛋白相同的方式进行蒸馏，并且用0.1NHCl滴定溶液。同时进行空白对照试验。根据下述公式计算CEC。
阳离子交换量(CEC)(meq/100g)=(T-B)/S×N×F×100
※T：样品0.1N–HCl效价(ml)
B：空白对照试验的0.1N–HCl效价(ml)
N：HCl的当量浓度
F：0.1N–HCl的因子
S：样品重量(g)
根据全国性的授权方法，利用各种Si标准溶液进行硅的定量。利用各自元素的标准试剂，通过原子吸收分光光度法分析无机元素。使用EDTA滴定法制备用于分析分子化合物的标准样品和缓冲液。
分析结果概括于下述表2中，如表2所示，发现本发明的饲料添加剂满足许可标准。特别是，与含有约6%的CEC的常规韩国产品(包含红色页岩的饲料组合物)相比，在本发明的饲料添加剂中CEC增加约3倍。因此，将所述饲料添加剂评估为非常有价值，因其阳离子的自由电子是高活性的。转到分子化合物，与常规矿物质添加剂相比，本发明的饲料添加剂的硅、氧化铝以及氧化铁稍微丰富。就分子化合物的种类和含量而言，对于本发明的饲料添加剂没有发现涉及商业使用许可的问题。
表2
检测项目 测量的含量
水 0.61%
CEC(meq/100g) 19.19%
二氧化硅(SiO2) 60.78%
氧化铝(Al2O3) 13.8%
氧化铁(Fe2O3) 3.5%
氧化钙(CaO) 0.18%
氧化钠(Na2O) 0.03%
氧化钾(K2O) 0.45%
氧化镁(MgO) 0.7%
五氧化二磷(P2O5) 0.14%
氧化锰(MnO) 18.08ppm
实施例3：饲料添加剂中重金属的含量
利用适当的方法，如原子吸收分光光度法和离子计方法，分析实施例1制备的饲料添加剂的有害重金属含量。
结果概括于下述表3中。可以看出，在本发明的饲料添加剂中根本没有检测到砷和铅，并且所存在的其他重金属的水平比法定限度低得多。实际上，鉴于商业上可利用的常规产品含有相当量的有害重金属这一事实，本发明的饲料添加剂被视为最安全的。
表3
组分 含量 法定限度
砷 未检测到 40ppm
铅 4.99ppm 30ppm
汞 未检测到 0.5ppm
氟 24.11ppm 1,800ppm
镉 0.93ppm 50ppm
铬 24.57ppm 100ppm
硒 0.09ppm 2ppm
实验例1：测定真菌毒素的吸附
将在实施例1制备的饲料添加剂以1.0%的量添加于黄曲霉素、呕吐毒素(DON)以及玉米赤霉烯酮(zearelanone)的各自标准溶液，并孵育16hr，之后，利用ELISA方法测量溶液中的毒素浓度。表4给出了结果。对于对照，将蒸馏水而不是饲料添加剂添加于标准溶液。根据下述公式计算真菌毒素的降低速率。
降低(%)=(A-B)/A×100
A：对照真菌毒素的浓度
B：检测样品中真菌毒素的浓度
表4
根据表4的数据，显而易见的是，本发明的饲料添加剂表现出优异的真菌毒素吸附性。特别是，本发明的饲料添加剂分别以92%和82%的速率吸附黄曲霉素和呕吐毒素。鉴于常规饲料添加剂以约20%的速率吸附呕吐毒素这一事实，本发明的饲料添加剂在除去真菌毒素方面被视为优异的。
实验例2：有益物质的吸附
将实施例1制备的饲料添加剂以0.3%的量添加于维生素B2、赖氨酸以及磷的各自标准溶液中。在孵育24hr后，测量维生素B2、赖氨酸以及磷的浓度，并且将结果概括于下述表5中。对于对照，将蒸馏水而不是所述饲料添加剂在标准溶液中混合。以相同的方式计算吸附率
表5
检测项目 吸附率(%)
赖氨酸 4.21%
磷(P) 4.76%
维生素B2 20.50%
如表5所示，与以80%或更高的比率吸附赖氨酸、磷以及维生素的目前商业上可用的产品相比，观察到本发明的饲料添加剂对有用物质的吸附几乎无影响。
实验例3：抗菌活性测定
在配备了螺帽的30ml玻璃管中放置0.4g实施例1制备的饲料添加剂，并将0.2ml检测细菌的细胞培养物小心且均匀地喷洒于饲料添加剂上。接着，将所述玻璃管加上螺帽，并在TSB(胰蛋白大豆液体培养基，Tryptic Soy Broth)中于37±1℃细菌孵育18hr。孵育后计数活细胞。对于对照，使用蒸馏水而不是所述饲料添加剂。根据下述公式计算细胞降低。
降低(%)=(A-B)/A×100
A：对照的细胞计数
B：样品的细胞计数
表6
由表6可以看出，本发明的饲料添加剂针对病原体发挥优异的抑制活性。特别是，大肠杆菌和沙门氏菌的生长以约99%的比率受到抑制。沙门氏菌是在鸡和猪中发现的典型病原体，其导致牲畜或家禽经发生腹泻直至死亡，食物摄取降低、重量减轻，从而带来明显的经济损失。
此外，计数鸡排泄物中的沙门氏菌，结果如表7所示。可以看出，本发明的饲料添加剂明显减少了沙门氏菌的量。因此，本发明的饲料添加剂可以作为抗生素的替代品用于环境友好的有机农业领域中。
表7
对照 检测样品
沙门氏菌(cfu/ml) 107 104
实施例4：细胞毒性(安全性)测定
为了用于测定实施例1制备的饲料添加剂的安全性，将角质细胞系HaCaT于37℃在添加10%胎牛血清(FBS)和2ml L-谷氨酰胺的DMEM中于5%CO2培养箱(日本三洋公司)内孵育24hr。利用CCK-8试剂分析细胞存活。将HaCaT细胞以1×104细胞/孔的密度接种于96-孔培养板(Mutiplate)(美国Nunc公司)中孵育24hr。用添加FBS的新鲜培养基替换所述培养基后，用各种浓度的饲料添加剂(1、5、25以及125μg/ml)处理细胞24hr。对于对照，在缺少饲料添加剂的情况下处理所述细胞。
结果在图3中给出。如图3所示，与未处理的细胞相比，本发明的饲料添加剂几乎不引起细胞的形态变化。几乎所有目前商业上可用的矿物质添加剂均改变细胞的形态(例如细胞毒性的)，并且有些诱导即时坏死，例如膨润土。然而，本发明的饲料添加剂经观察不引起形态变化，因此对于细胞是安全的。因而预计其可用作生物工业材料。
实施例5：吸附有毒物质的比表面积(吸附表面积)
利用BET表面积测量仪(型号：QUADRASORB SI,美国康塔公司(Quantachrome)制造)测量本发明的饲料添加剂和韩国所用的相似矿物质的比表面积。物质的比表面积与物质的吸附性有关，并且受物质物理结构的影响很大。粉砂岩具有如鳞片一样的扁平形状，并且在在鳞片样扁平结构间含有孔，与多孔云母不同。据发现，粉砂岩的比表面积为33.04m2，这比相似矿物质的比表面积大约5倍，所述相似物质的比表面积经测量为5.95m2(图4)。
实验例6：有害重金属的吸附
测量实施例1制备的饲料添加剂对重金属的吸附性，并将结果概括于下述表8中。
表8
重金属 吸附性(%)
铅(Pb) 100%
镉(Cd) 77%
砷(As) 49%
硒(Se) 66%
在表8中可以看出，本发明的饲料添加剂对有害重金属表现出优异的吸附效果。特别是，铅被100%吸附。其他重金属也被以高比率吸附。因此，本发明的饲料添加剂还可以用作水和其他环境的改进剂。
实验例7：有益肠细菌的测定效果
进行检查以确定实施例1制备的饲料添加剂是否吸附有益的肠细菌。为此，选择3种乳酸菌，即嗜酸性乳杆菌(Lactobacillusacidophilus)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)以及乳脂乳球菌(Lactococcus cremoris)。将20mL液态MRS琼脂与100μl109个乳酸菌细胞混合，并固化。将纸盘置于琼脂盘上，并将40μl1%饲料添加剂溶液施加于纸盘，随后于37℃孵育24hr。
如果材料吸附有毒物质且抑制有害细菌，则预测所述材料对有益肠细菌具有抑制活性。然而，据发现，粉砂岩对有益肠细菌无抑制活性(图5)。因此，本发明的饲料添加剂对有益的肠细菌无负面影响，而是预料其选择性吸附并抑制有害物质。
实验例8:鸡经济性状检测
为了检查本发明的饲料添加剂对牲畜经济性状的影响，将总计100只肉仔鸡分成4组，每组25只，并用于一个月的实验。构建临时设施，并维持在18～25℃的温度。本实验所用的雏鸡是1日龄，并且用含有本发明的饲料添加剂的饲料喂食一个月，在所述饲料中本发明的饲料添加剂的量为0.3%，总蛋白含量为20%。其后测量它们的饲料转化效率(FE)和饲料转化率(FC)。饲料效率利用总重量除以总食物摄取，而饲料转化率为表示为E的倒数。
此外，检查本发明的饲料添加剂对雏鸡免疫系统和疾病抗性的影响。实验15天后，给雏鸡口服注射沙门氏菌(1×108个细胞)，并观察临床致病症状。允许所有雏鸡自由取食物和水。对于对照，未使用本发明的饲料添加剂。
表9
检测项目 对照1 对照2 检测1 检测2
食物效率(FE) 1.69 2.06 1.89 2.78
饲料转化率(FC) 0.60 0.48 0.53 0.36
临床症状 66.7% 0%
死亡率 32% 0%
*对照1：缺少饲料添加剂，未感染沙门氏菌，对照2：缺少饲料添加剂，感染了沙门氏菌
检测1：以0.3%添加的饲料添加剂，未感染沙门氏菌
检测2：以0.3%添加的饲料添加剂，感染了沙门氏菌
临床症状：抑郁、直肠脱垂、白色排泄物。
根据表9的数据可以理解，当用本发明的饲料添加剂喂食时，雏鸡的FC增加，但是FE降低，这表明本发明饲料的饲料添加剂可以降低消耗的饲料的量。此外，感染沙门氏菌3-5天后，在未处理的雏鸡(对照2)中观察到各种临床症状(表8)。相比之下，据发现，喂食0.3%的本发明饲料添加剂的检测组(检测2)，未患有临床症状。在未处理组(对照2)，死亡率经测量高达约30%，但是在用所述饲料添加剂处理的检测组(检测2)未发现死亡(0%)。临床症状的代表为抑郁、直肠脱垂以及白色排泄物。因此，本发明的饲料添加剂有效提供牲畜或家禽的免疫力，并发挥典型添加剂降低食物消耗量的作用。
尽管出于说明之目的，已经公开了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员应当认识到，在不偏离所附权利要求书所公开的本发明精神范围内的情况下，可以进行各种修改、添加以及替换。

Claims (5)

1.饲料添加剂，包含粉砂岩粉末。
2.如权利要求1所述的饲料添加剂，其中所述粉末的粒径范围为200-300目。
3.功能性饲料，包含权利要求1或2所述的饲料添加剂。
4.如权利要求3所述的功能性饲料，其中基于所述功能性饲料的总重量，其所包含的所述粉末的量为0.05-1wt%。
5.抑制肠细菌的方法，包括用权利要求3所述的功能性饲料喂食牲畜。
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