CN104219960A - 提高抗瘤胃微生物降解的膳食成分比例的方法及组合物 - Google Patents
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Abstract
原本易受瘤胃微生物降解影响的饲料成分与矿物水化物(或氧化物)和水混合,并经过针式混合机、制粒机、挤出机或其它合适装置进行加工以生产团聚颗粒。如此生产的反刍动物饲料通过抑制栖息于瘤胃的微生物的过早消化来有效地提高为动物的瘤胃后消化道内的消化和吸收所提供的膳食成分的比例。
Description
技术领域
本发明一般地涉及用于家养反刍动物的反刍动物原料(feedstock),并且,特别涉及抗瘤胃微生物降解的这类原料。
背景技术
反刍的动物,包括牛、绵羊、山羊、鹿和水牛,具有高度专门化且复杂的胃,在胃的部分中栖息着能够消化复合碳水化合物诸如纤维素(纤维)的微生物。反刍动物的胃被分成四个不同的腔室,即瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃。这些区室的前两个以共生的细菌、古细菌、原生动物和真菌的稠密种群的存在为特征。这些微生物能够使反刍动物摄食的饲料发酵,最终产生可被其它微生物或宿主动物所利用的代谢物。正是这种共生关系,才使得反刍动物能够食用不能被猪、鸡、人和其它简单胃的、单胃的动物所消化的纤维饲料而生产牛奶、肉类和其它产品。
反刍动物的生产中的挑战之一是平衡肠中微生物的营养需求与宿主动物的营养需求。高产反刍动物需要大量的氨基酸、能量、维生素和矿物以满足生产牛奶、肉类和(或)纤维的需求。瘤胃(即,网状瘤胃)内的微生物,就它们的能力而言,非常善于通常以远超过它们自己的营养需求的程度降解碳水化合物、蛋白和膳食的其它组分。瘤胃微生物引起的营养过度降解能导致这些营养对于反刍动物宿主相对不足。蛋白、氨基酸和某些维生素在瘤胃内特别易受微生物降解影响。作为一个例子,微生物将膳食蛋白广泛降解以产生氨基酸,然后氨基酸进行脱氨基以产生氨。氨通过瘤胃生态系统的微植物区系和微动物区系(microflora and fauna)而被利用到微生物蛋白的合成;但过量产生氨时,氨被吸收到血液中,经肝脏而被转化为尿素,并经肾脏以作为废产物的尿的形式而被排出。如果过度降解得以避免,这些氨基酸就从瘤胃中离去并变成可供小肠内吸收,从而有助于宿主动物的营养需求。各种手段已被用来以降低它们在瘤胃内对微生物降解的易感性的方式进行修饰膳食成分,从而提高“绕过”(“bypass”)瘤胃的化合物或成分的比例。瘤胃未降解、瘤胃不可降解、瘤胃保护、逃逸和绕过都是用于描述化合物或产品表现出一些程度对瘤胃内微生物的消化作用的抗性。
尽管在相关领域中这些进展,还有必要继续进一步改进用于提高抗瘤胃微生物降解的膳食成分的比例的技术。
发明内容
在本发明的方法中,原本易受瘤胃微生物降解影响的饲料成分与作为粘结剂的通常被称为水化石灰的方解石和/或白云石矿物水化物混合,并且典型地与混合助剂诸如水混合。然后,该混合物经过针式混合机(pin mixer)、制粒机(pelletmill)、圆盘制粒机(disc pelletizer)、滚筒制粒机(drum pelletizer)、挤出机(extruder)或其它合适的装置进行加工以生产团聚颗粒的珠粒(prill)或丸粒(pellet)。
本发明的方法中使用的水化石灰可以是在加压水化器中或常压水化器中生产的高钙石灰、白云石石灰或部分水化的白云石石灰。这将包括由镁石灰和/或方解石白云石石灰(即,高钙石灰、镁石灰、方解石白云石石灰和白云石石灰)制成的水化物。当本发明的实践中使用的组分成分的一些混合物将单独含有前面的组分时,一些混合物也将包括方解石和/或白云石碳酸盐矿物组分,即,白云石、碳酸钙或碳酸镁,或者它们的混合物。加工反刍动物饲料和由此生产的饲料产品的这种方法有效地提高了抗瘤胃微生物降解的饲料中存在的膳食成分的比例。
根据终产物的所期望的特性,还有许多可以使用的额外加工步骤。例如,团聚颗粒可具有团聚后所涂的第二涂层。
加工技术可被用于保护其它成分免受瘤胃微生物的作用。例如,团聚颗粒还可包括赖氨酸、蛋氨酸或作为提高可用于动物瘤胃后消化道(posttruminaltract)中吸收的化合物的比例的手段的其它氨基酸。团聚颗粒可包括动物所需的在数量上超过通常逃脱瘤胃微生物消化的胆碱和水溶性维生素。如此生产的团聚颗粒还可提供对单不饱和或多不饱和脂质的保护,瘤胃微生物通常对单不饱和或多不饱和脂质进行广泛生物氢化以产生饱和脂质。相同的技术可被用于提供对脂溶性维生素、酶、益生菌、益生元、碳水化合物、药物、精油、矿物以及其它化合物的保护,以确保经过瘤胃后存在更大比例的这些产品。
在下面书面描述中,额外的目的、特征和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是在瘤胃中培养24小时后干物质消失的原位(in situ)评估的结果的图表。
图2是生长中肉牛(steer)的血浆中脂肪酸浓度的图表。
具体实施方式
参照下面的描述中详述的非限制性实施方式,对本文中的实施方式和各种特征及其优势细节进行更全面地解释。众所周知的组分和方法和制造技术的描述被省略,以避免不必要地混淆本文中的实施方式。本文所使用的实施例打算仅促进对可实施本发明的方法的理解并且进一步使本领域技术人员能够实施本文中的实施方式。因此,实施例不应被解释为限制所主张的发明的范围。
在本发明中,原本易受瘤胃微生物降解影响的“动物饲料成分”与作为粘结剂的通常被称为水化石灰的方解石和/或白云石矿物水化物混合,并且通常与混合助剂诸如水混合。然后,混合物经过针式混合机、制粒机、圆盘制粒机、滚筒制粒机、挤出机或其它合适的装置进行加工以生产团聚颗粒的珠粒或丸粒。在针式混合机的情况下,干粉末的混合物通常将随着经由针式混合机顶部的注入口正在注入的水而被装入混合机中。然而,可以使用预混合水的方法或者在加工期间添加水的方法。可溶产品可被预溶解,然后经由注入口随着水而被注入(例如,已经以这种方式以及标准干混方式随着经由注入口正在注入的水而成功地进行加工赖氨酸)。半干燥(预润湿)的产品也能被用于圆盘制粒机或圆筒制粒机。在某些情况下,由于高湿度的成分与其它干燥成分混合,所以不需要水。非水溶剂诸如甘油也可以被用于某些环境下。
在此讨论中,“动物饲料成分”是指原本将易受瘤胃微生物/瘤胃中酶降解影响的团聚珠粒或丸粒的组分。这些成分将包括诸如生物活性成分和/或治疗剂或营养剂的东西,以及仅具有食用价值的那些成分。除前面提到的那些“食品成分”之外,这样的成分可以包括:矿物添加剂,诸如钠、钾、铁、钙;维生素,诸如维生素A、B、D等;蛋白/产能食品(energy producing food),诸如磨碎的亚麻籽、干血粉或肉粉、棉籽粉、大豆粉、菜籽粉、葡萄糖、脂肪酸和酵母;生长因子;酶,诸如蛋白酶、脂肪酶或碳水化物酶,碳水化物酶包括但不限于淀粉酶、乳糖酶、半纤维素酶、木聚糖酶(xyanase)和纤维素酶;抗生素;外源性生长促进剂(exogenous growth promotan);以及食品辅助剂,诸如碳酸氢钠、山梨糖醇丙二醇和丙酸钠。“动物饲料成分”可被认为是嵌入或捆绑在碳酸盐/水化配合物组成的基质(换句话说,团聚颗粒的基质)内的芯材。
本发明的方法中使用的水化石灰可以是在加压水化器中或在常压水化器中生产的高钙石灰、白云石石灰或者部分水化的白云石石灰。这将包括由镁石灰和方解石白云石石灰(即,高钙石灰、镁石灰、方解石白云石石灰和白云石石灰)制成的水化物。
用作用于制造本发明的团聚颗粒中的食品成分的粘结剂组分的优选的方解石和白云石矿物水化物从而包括:高钙水化物和白云石水化物以及氢氧化钙和氢氧化镁的混合物。因此,此讨论中,术语“水化石灰”打算通常涵盖所有以下内容:
高钙水化物:水化石灰(氢氧化钙或熟石灰)是生石灰与水的受控熟化所产生的干粉。反应的放热或释放热被捕获并被用于蒸发熟化水。这与“石灰浆液”(“lime slurry”)的区别在于:过量的水未被蒸发并且水化物保持为水悬浮液。化学式为Ca(OH)2。
白云石水化物:白云石水化物基本上是通过两种方法由白云石生石灰制成。第一种方法类似于高钙水化物制造并且通常不会完全使所有氧化物特别是氧化镁组分成为水化物。第二种方法涉及在控制温度和压力以确保所有钙氧化物和镁氧化物是完全水化的特殊水化条件下白云石生石灰的加压水化。来自两种方法的各种水化物,由加压水化器所生产的水化物或由常压水化器所生产的水化物,可被用于本发明的目的。
以上类型的产品的光谱商购自德克萨斯州76107,沃斯堡,休伦街3700,Lhoist北美(Lhoist North America,3700Hulen Street,Fort Worth,Texas76107)或商购自Lhoist全球业务。
正如已经提到的,当本发明的实践中使用组分成分的一些混合物将单独含有前面的组分时,一些混合物也将包括方解石和/或白云石碳酸盐矿物组分,即,碳酸钙或碳酸镁或白云石或它们的混合物。添加这种矿物组分通常有助于最终珠粒形成并且也产生更强的珠粒。可以包括其它矿物诸如硒,以及含铝化合物。在一些情况下,也可以存在矿物氧化物,诸如氧化钙或氧化镁。
从而,本发明的优选粘合剂将通常由与伴随物诸如例如白云石或方解石石灰石混合的水化石灰组成。水化石灰组分将通常为总组合物的10至95重量%,优选约25至90重量%。通过举例的方式,粘合剂可含有约40重量%的水化石灰和约60重量%的白云石石灰石或白云石。示例性白云石石灰岩是申请人的“ProMgTM95”白云石石灰岩,可商购自Lhoist北美。其它伴随物包括:粘土、氧化镁、碳酸镁(菱镁矿)和氢氧化镁(水镁石)。在其它情况下,粘合剂是由单独的水化石灰与动物饲料成分组成。
当与本发明和如前所述进行加工的粘合剂组分混合时,产生了团聚颗粒的基质。最终结果可以是所通常理解的术语丸粒或珠粒。“丸粒”通常采用杆或圆柱体的形式,而“珠粒”将被理解为是指材料的小团聚,在室温下最常见是固体干燥球体。正如所提到的,本发明的产品具有嵌入或捆绑在由碳酸盐/水化物络合物组成的基质内的芯材(动物饲料成分)被认为是有用的。
现将更详细地说明用于制造本发明的团聚丸粒/珠粒的制造工艺。下面的表I给出了在制造本发明的团聚颗粒中针式研磨机(pin mill)所使用的设置。相关领域的技术人员将把“针式研磨机或针式混合机”理解为高速、调节且微造粒的装置,该装置通过高速转子轴和针式组件的作用将粉末转化成小团聚,伴随着添加液体,诸如水、粘合剂、油或表面活性剂。
表I:
下面的表II给出了供给到针式混合机中原成分的原材料性质。
表II:
原材料性质(预运行)
湿度% | 松密度 | 松密度 | |
产品 | 含量 | (充气)(lb/ft3) | 压实)(lb/ft 3 ) |
白云石水化物 | 1.2% | 21.1 | 30.9 |
磨碎的亚麻籽 | 6.6% | 25.4 | 38.2 |
50%DH/50%MFS–预混 | 3.9% | 29.7 | 41.7 |
表III给出了磨碎的亚麻籽的尺寸分布信息,磨碎的亚麻包括待保护免受瘤
胃降解的“动物饲料成分”。磨碎的亚麻籽是通常可获得的例如通过锤磨机所生产的产品。亚麻籽含有高含量的膳食纤维和木脂素,丰富的微量营养物和ω-3脂肪酸。
表III:
磨碎的亚麻籽分级
筛眼孔径 | 残留% | 累积(残留)% |
10目 | 0.0% | 0.0% |
45目 | 71.0% | 71.0% |
80目 | 20.5% | 91.5% |
120目 | 7.0% | 98.5% |
200目 | 1.5% | 100.0% |
325目 | 0.0% | 100.0% |
更多目(pan) | 0.0% | 100.0% |
下面的表IV和表V给出了用针式混合机所生产的成品丸粒性质:
表IV
成品丸粒性质
表V
成品丸粒尺寸分布
(0.5%湿度-90℃实验室干燥样品)
然后,如此制备的团聚颗粒的丸粒被用于本发明的方法在保护饲料成分免受将原本会发生在动物瘤胃中降解的功效的两个测试评估。第一评估是“原位”试验。测试丸粒分别为50%的白云石石灰水化物/50%的磨碎的亚麻籽;75%的石灰水化物/25%的磨碎的亚麻籽;以及90%的石灰水化物/赖氨酸。将它们与亚麻籽或赖氨酸单独进行比较。
评估1号:
原位过程利用孔径为50μm的由合成聚酯纤维(;AnkomTechnology,Mecedon,NY(涤纶;Ankom技术,Mecedon,NY))制成的小原位袋(in situ bag)。孔隙足够小,以使得当饲料物质被放置在袋中时内容物(content)被残留下来。孔径也足够大,以允许在放入瘤胃时微生物进入袋中,从而使内容物暴露于瘤胃微生物的降解作用。饲料颗粒从袋中消失被认为是由于微生物发酵活性,而袋及其内容物在瘤胃环境内悬浮。原位检测中提供了关于饲料对瘤胃内微生物消化的易感性的有用信息。
测试过程由组成将3.2g的样品(原样)添加到Dacron袋中,然后进行热密封并随后放置在瘤胃中并培养24小时。然后,将袋从瘤胃取出、干燥并称重,以测定干物质的消失。对每个样品的残留物进行测定蛋白、总脂肪酸和脂肪酸谱(fatty acid profile)的浓度。在每只动物内制备样品一式两份,连同用于校正的空白袋,并且使用六只动物。为三头牛饲喂高精料的膳食(high-concentratediet),并且对3头饲喂高牧草,即低精料的膳食(low concentrate diet)。
表VI总结了:干物质含量,以及,在原位发酵前,所饲喂的纯研磨的亚麻籽、50:50亚麻籽/石灰混合物,75:25亚麻籽/石灰混合物、90:10石灰/赖氨酸混合物和纯赖氨酸盐酸盐的粗蛋白和总脂肪酸的干物质浓度。这些值被用于计算在原位消化过程期间干物质和营养消失的程度。
表VI
表VII总结了在瘤胃培养24小时期间从原位袋中消失干物质的百分数。两套供体动物(高草料/低精料和高精料/低草料)被用于评估不同瘤胃条件下的消失。被认定为“平均值”的列表示低精料群和高精料群的平均数。47.95~61.38%(平均值54.66%)的未受保护形式的亚麻籽被瘤胃降解,然而石灰/亚麻籽混合物的消失介乎5.16至14.42%,而且更大比例的石灰(即,75%)产生最大的瘤胃稳定性。未受保护的赖氨酸几乎完全降解(≥99.83%),而石灰/赖氨酸混合物在瘤胃内基本上更稳定。
表VII:
在培养24小时后原位干物质消失(%)
表VIII总结了在原位培养24小时后未受保护的和受保护的亚麻产品的脂肪酸含量。这些值被用于与表VI和表VII的信息结合以计算通过原位培养所残留的脂肪酸的比例,这将在表IX中进行总结。平均而言,在培养未受保护的亚麻籽24小时后,残留了小于34%的脂肪酸(范围为27.27-39.95);而对受保护的亚麻产品,残留这个量的两倍以上。
表VIII:
在培养24小时后残留物中总脂肪酸(%)
表IX:
在培养24小时后脂肪酸的瘤胃逃逸率(%)
表X示出了瘤胃培养24小时后袋中残留的残余物的蛋白的浓度。注意到,未受保护的赖氨酸的值是零,这表明100%的材料从袋中消失。表X中的信息被用于与表VI和表VII中的数据结合来计算抗瘤胃降解的蛋白(即,瘤胃逃逸蛋白)的分数,这在表XI中进行总结。未受保护形式的赖氨酸被完全降解,而石灰加工过的产品基本上抗降解。同样地,在24小时原位培育期期间,亚麻籽的受保护形式的蛋白是大约2.5倍抗降解,这表明该方法对于保护营养免受微生物消化具有实质性功效。
表X:
在培养24小时后残留物的粗蛋白(%)
表XI:
在培养24小时后粗蛋白的瘤胃逃逸率(%)
表XII总结了原位培养24小时后残留物的脂肪酸谱。从C18:1n9t、C18:1n11和C18:2n6t看出显着区别,所有这些都是在瘤胃微生物部分生物氢化α-亚麻酸或亚油酸期间形成的。在每种情况下,受保护形式的亚麻籽的值更低,这表明该基质是一种有效的微生物屏障。最显着的是C18:3n3(即,亚麻酸)中的上升,C18:3n3是亚麻籽中主要的多不饱和脂肪酸。相比于未受保护形式的亚麻籽,这种脂肪酸的石灰基质升高的保留(retention)为67~116%。
表XII:
培养24小时后残留物中出现的脂肪酸,表示为最初放入瘤胃的量的百分数。值是将一种脂肪酸转化成另一种脂肪酸(即,生物氢化)的结果。
脂肪酸1 | 亚麻籽 | 50/50亚麻籽 | 75/25亚麻籽 |
C10:0 | 178.44 | 78.90 | 399.13 |
C11:0 | 106.54 | 99.75 | 359.55 |
C12:0 | 55.05 | 163.50 | 243.53 |
C14:0 | 68.05 | 124.24 | 132.99 |
C14:1 | 97.59 | 153.02 | 103.33 |
C15:0 | 90.76 | 159.93 | 162.38 |
C15:1 | 17.55 | 90.38 | 69.15 |
C16:0 | 46.39 | 88.19 | 92.00 |
C16:1 | 46.81 | 87.41 | 86.51 |
C17:0 | 55.31 | 92.12 | 113.38 |
C17:1 | 66.36 | 121.55 | 62.36 |
C18:0 | 47.72 | 95.24 | 105.45 |
C18:1n9t | 429.68 | 97.27 | 267.77 |
C18:1n11 | 416.38 | ND | ND |
C18:1n9c | 36.49 | 72.42 | 77.44 |
C18:1n7 | 36.86 | 56.31 | 67.84 |
C18:2n6t | 414.04 | 40.30 | 59.17 |
C18:2n6c | 30.31 | 69.39 | 60.18 |
18:2c9,t11 | ND | 共轭亚油酸,80.83 | 185.96 |
共轭亚油酸,18:2t10,c12 | ND | 107.68 | 161.15 |
共轭亚油酸,18:2c9,c11 | 87.53 | 182.57 | 141.90 |
共轭亚油酸,18:2t9,tl l | 151.86 | 84.78 | 158.95 |
C18:3n6 | 35.93 | 123.44 | 126.60 |
C18:3n3 | 30.33 | 65.41 | 50.78 |
C20:0 | 38.55 | 87.61 | 85.22 |
C20:1 | 44.71 | 122.91 | 160.07 |
C20:2 | 31.55 | 88.97 | 161.76 |
C20:3n6 | 28.17 | 173.59 | 254.02 |
C20:4n6 | 28.56 | 55.86 | 44.99 |
C20:5n3 | 10.39 | 55.90 | 122.39 |
C22:0 | 55.63 | 135.60 | 78.54 |
C22:5n3 | 10.46 | 61.53 | 132.75 |
C22:6n3 | 104.12 | 99.00 | 79.02 |
C24:0 | 38.74 | 70.36 | 89.69 |
C24:1 | 66.78 | 57.36 | 68.40 |
ND:未检测到
1鉴定脂肪酸的符号如下:紧接着字母“C”的数字表示脂肪酸链中碳原子的数目。紧接着冒号的数字表示脂肪酸链中碳原子之间的双键数(即,饱和度)。ω-3脂肪酸表示为“N3”,ω-6脂肪酸表示为“N6”,依此类推。双键的顺式构型和反式构型分别表示为“c”“t”。
第一评估的结果以图形方式示于附图中的图1。相比于单独的亚麻籽或赖氨酸,可以看出共珠粒的、磨碎的亚麻籽/石灰水化物试验或者甚至对于赖氨酸/石灰水化物试验的原位干百分数消失显着更低。
在接下来的评估中,进行研究以确定是否与白云石水化物和白云石碳酸盐共珠粒的、磨碎的亚麻籽将会降低瘤胃微生物生物氢化多不饱和脂肪酸,从而提高多不饱和脂肪酸在瘤胃血液内的浓度。
评估2号:
过程:四十五头肉牛以重量进行分类(block),随机分配到各个围栏,并且关入进行膳食处理的围栏(15份复制品)。用由30.00%的湿玉米蛋白饲料、25%的小麦秸秆、25%的草原干草(Prairie hay)、12.78%的蒸汽压片玉米和3.02%的补充物(supplement)组成的基础膳食对肉牛饲喂14天。在处理2和处理3中,根据如表1所示的,用2.79%的亚麻籽或8.13%的石灰和亚麻籽的共混物,替换压片玉米的一部分。在三次膳食中,包括了玉米油以提供类似的脂肪浓度。按配方制造膳食以提供至少12%的粗蛋白、300mg/天的莫能菌素、1000IU/lb的维生素A、0.1%的添加钠和0.15%的添加氯、0.7%的钙、0.7%的钾和10ppm的Cu。每天进行测定未消耗的饲料(残屑)的重量。
每周对样品或芦苇(reed)取样并且汇总每次处理的样品,该处理是对于干物质(DM)、有机物质(OM)、粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)和总脂质进行分析。从颈静脉抽取血样用于对研究的0天、7天和14天时的长链脂肪酸(LCFA)浓度进行分析。使用肝素化真空管(绿色顶部),立即将其放置在冰上并离心(1200×g持续20分钟)。在研究的16天时和在饲喂3小时后,通过瘤胃穿刺法(rumenocentesis)对瘤胃流体和瘤胃顶空气体的样品进行取样,以便确定瘤胃pH、瘤胃食糜(ruminal digesta)的LCFA谱和气体组成。
使用SAS的MIXED程序(版本9.0)对数据进行统计分析:处理和天作为固定效应,嵌套在地层(strata)内的牛舍(barn),牛舍作为随机效应,并且动物作为实验单位。
表XIII:
膳食
a按配方制造以提供300mg/天的莫能菌素1000IU/lb的维生素A,0.1%的添加钠,和0.15%的添加氯、0.7%的钙、0.7%的钾和10ppm的铜。
结果:
表XIV:
饲料摄取量和瘤胃pH
表XV:
生长中肉牛的脂肪酸在血浆中的浓度(μg/ml)。
α-亚麻酸(C18:3n3;也通常被称为ALA)被认为是大多数动物的必需营养,这意味着该本体不能够合成足以满足动物营养需求的量的脂肪酸,从而表明必须包括它作为动物膳食的一部分。这种脂肪酸被用作合成其它重要长链脂肪酸的前体(包括:二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸(EPA和DHA)),并且用于胆固醇、类固醇激素、类花生酸类物质(eicosanoids)和其它重要化合物的合成。这种多不饱和脂肪酸通常经受由瘤胃生态系统内的微生物进行的广泛的生物氢化(从而产生硬脂酸),正如Montgomery等人所教导的,Montgomery已示出小于5%的膳食ALA可用于瘤胃后消化道中的吸收。参见,Montgomery SP,Drouillard JS,Nagaraja TG,Titgemeyer EC,Sindt JJ.,2008,"Effects OfSupplemental Fat Source On Nutrient Digestion and Ruminal Fermentation InSteers";J Anim Sci.86(3):640-50(Montgomery SP、Drouillard JS、Nagaraja TG、Titgemeyer EC、Sindt JJ.,2008年,“补充脂肪源对肉牛中的营养消化和瘤胃发酵的影响”,动物科学杂志,86(3)期刊,640-50页)。α-亚麻酸存在于不成熟的冷季型草本植物(grass)、豆科植物(legume)和一些非禾本草本植物(forb)物种中,但是在成熟的牧草(forage)、谷物(cereal grain)和许多油籽(oilseed)中相对匮乏。亚麻籽是在温和气候中生长的油籽,亚麻籽是α-亚麻酸的丰富来源,含有大约40-45%的油,其中,大致55-60%的油是ALA形式的。血浆中亚麻酸的浓度是或多或少与脂肪酸的膳食浓度线性关联,从而使得亚麻籽成为用于评估用于保护营养免受内反刍动物前胃内的微生物的作用的方法的功效的理想候选者。
附图中的图2示出了饲喂不同膳食的动物中α-亚麻酸的血液浓度中的差异。在预试验期期间,用含有低含量ALA的基础膳食饲喂所有动物,从而在实验的0天时导致了ALA在所有处理组中的低血浆浓度。从1-14天,用普通基本膳食饲喂所有的牛,但是亚麻籽处理组和亚麻籽/石灰处理组分别补充有等价量的未收保护形式和受保护形式的亚麻籽。在实验的7天和14天时,ALA的血浆浓度在对照组中保持很低,但是饲喂亚麻籽的组中急剧提高。而且,在7天和14天时亚麻籽/石灰处理组相比于饲喂未受保护形式的亚麻籽的牛,ALA的血浆浓度分别高出412%和292%。这些结果清楚地表明该方法在使得抗瘤胃微生物的生物氢化的膳食ALA的更大比例是成功的。
正如所预期的,处理之中的脂肪酸浓度在实验的0天时(在膳食处理给药之前)是类似的。处理之中的差异在补充亚麻籽和珠粒状亚麻籽/石灰混合物的7天和14天后是显而易见的。最值得注意的是珠粒状亚麻籽/石灰处理的α-亚麻酸(C18:3n3)的升高浓度,这表明该工艺降低了亚麻籽对网状瘤胃(reticulo-rumen)内微生物的生物氢化的易感性。
本发明的方法的一个特别优点可能会被称为团聚颗粒的“自愈”性质,在它们保护核心营养/组合物免受瘤胃微生物降解的能力中生产了自愈性质。申请人已知的现有技术产品将诸如大鼠(Balchem的受保护胆碱)、合成聚合物(Adisseo的受保护的赖氨酸和甲硫氨酸)或蛋白质膜的东西应用到芯材的表面上,从而封装芯材并作为保护屏障。这些产品的功效是有限的,但是,由于外壳倾向变得破裂,从而使芯材暴露于瘤胃微生物。在本发明的方法中,产品以芯材嵌入由碳酸盐/水化络合物组成的基质内的本性方式进行生产。在瘤胃内,材料暴露于相对高浓度的二氧化碳中,从而进一步使表面“再碳酸化”以形成不透水外层。珠粒的破裂在饲料加工期间是不可避免的并且作为动物咀嚼的结果。然而,在本发明的方法的情况下,破裂材料的未受保护的表面通过暴露于瘤胃中的二氧化碳而碳酸化。
通过创造均质或半均质的基质,本发明方法允许活性粘合剂和涂覆材料与旁通材料(bypass material)紧密接触。所有形式的水化石灰将易于与CO2反应以形成碳酸钙。在湿润CO2的环境诸如动物瘤胃中,这种反应将很快地进行。任何碱性表面由于水化物将在这些条件下进行反应,不论它们是否在未涂覆的珠粒、裂缝中的表面或通过处置(handling)或消耗中降解所带来新鲜表面的外侧。不仅由于化学中性表面的生成而且还由于它再碳酸化所产生的钙化合物的体积的提高,新鲜碳酸钙的形成将使表面钝化并且保护它们免受进一步瘤胃降解。该效果有点像建筑应用中的白云石石灰所实现的效果。白云石水化石灰由于其再碳酸化能力而被指定用于地震区中的灰浆(mortar)和灰泥(stucco),由于这种体积膨胀而充满了微裂缝,并且防止裂缝凝聚成导致破坏的大裂缝。本发明的方法从而使用了特殊的水化石灰粘合剂以创造具有修复缺陷能力的基质,而在动物瘤胃中,现有技术的产品没有实现修复缺陷的作用。此外,任何未磨损、折断或溶解的粘结剂将提供积极的瘤胃抖振(buffeting)。
当本发明已对几个优选形式进行了描述时,本领域技术人员将会认识到可以在作出各种修改同时仍然落入下面的权利要求所定义的本发明的范围内。例如,这些制造工艺的控制参数可以被修改或改变以调整团聚颗粒的成品特征。这些可以修改的特征包括但不必限于:颗粒表观密度、颗粒尺寸、颗粒孔隙率,所有这些特征可以赋予或延迟被视为对如本发明的主体中所讨论的其应用有利或不利的某些特性。成品材料特性的额外对照可以通过第二涂层或第二涂层的分层而被修改。
当饲喂反刍动物时,颗粒暴露于瘤胃的水性、富含CO2的环境中,并且颗粒的表面上的化学水化物被再碳酸化以形成CaCO3、MgCO3或基本上抗瘤胃内降解的其它化学碳酸盐。再碳酸化表面充当微生物的有效屏障,从而防止接近嵌入团聚颗粒内的饲料成分或其它组分。团聚颗粒或其片段从瘤胃穿过瓣胃并进入使它们暴露于胃盐酸分泌物的皱胃中。在盐酸存在下,碳酸盐被溶解,释放出嵌入其中的饲料成分或其它组分。然后,从基质中释放的组分可用于瘤胃后消化道中消化和吸收或其它作用。
正如已经解释的,优选的工艺利用矿物水化物(氢氧化物)作为用于基质形成材料的粘合剂。当它可以适合于释放一定比例的瘤胃内的团聚材料时,基质在未经再碳酸化之前将以其水化(或部分水化)形式呈现给动物,从而根据瘤胃环境而在颗粒表面上产生保护性碳酸盐层,并且在这样做时释放基质材料的一部分。当期望使瘤胃内的材料的释放最小化时,水化物可以在制造期间暴露于二氧化碳中以产生含有较大比例的或多或少瘤胃惰性的矿物碳酸盐的产品。作为一种替代方法,可以考虑直接利用碳酸酯来制备基质。
该工艺适合于通过抑制栖息于瘤胃的微生物的过早消化来提高用于瘤胃后消化道内的消化和吸收所提供的膳食成分的比例。该方法可以应用于赖氨酸、甲硫氨酸或作为提高可用于瘤胃后消化道中吸收的化合物的比例的手段的其它氨基酸,从而改善宿主的营养状况。
在某些情况下,粘合剂也可以包括铝化合物。
类似地,该工艺可以应用于胆碱和/或水溶性维生素,维生素包括抗坏血酸(维生素C),维生素包括B1(硫胺素)、B2(核黄素)、B3(烟酸或烟酰胺)、B5(泛酸)、B6(吡哆醇、吡哆醛或吡哆胺或吡哆醇盐酸盐)、B7(生物素)、B9(叶酸)和B12(钴胺素,常用氰钴胺素),所有上述胆碱和/或水溶性维生素高度易于广泛被瘤胃微生物水解,并且是宿主动物所需的在数量上超过通常逃脱瘤胃微生物消化的胆碱和/或水溶性维生素。
该方法也具有用于保护单不饱和或多不饱和脂质的应用,单不饱和或多不饱和脂质通常被瘤胃微生物广泛地生物氢化以产生饱和脂质。如本文中描述的方式络合的脂质降低了不饱和脂肪酸的生物氢化的程度,从而使得它可用于提高在肉、乳和动物脂肪中不饱和脂肪的比例。作为例子,动物产品可富含ω-3脂肪酸、共轭亚油酸或被视为对人类和其它动物的营养有用的其它脂肪酸。作为进一步的考虑,不饱和脂肪酸及其衍生物可以是对瘤胃微生物有毒的,并且当以过量存在时能够降低膳食的其它组分尤其是纤维的消化。使用本文中所描述的方法络合的脂质避免了脂质和瘤胃微生物之间的相互作用,从而保持更优化地消化纤维状饲料和原本损害不饱和脂质的存在的其它成分。在瘤胃后消化道中,多不饱和脂肪相比于饱和脂肪一般更易于消化,从而产生更多用于动物的能量。从而,防止脂质的广泛生物氢化代表了提高反刍动物的脂肪的能量值的手段。
矿物元素也构成用于保护的逻辑目标。例如,亚硒酸钠,这是必需硒的相对可用源,被瘤胃微生物利用以合成硒代半胱氨酸,硒代半胱氨酸在瘤胃后消化道中具有比较差的生物利用度。保护矿物基质内的硒阻碍了与瘤胃微生物的相互作用,保存了更多可用形式的这种必需矿物。使矿物元素和瘤胃微生物之间的相互作用最小化可能也具有其它优点。例如,重金属诸如锌、铜和锰能够引发暴露于这些元素的微生物之中抗菌剂抗性,从而影响要抗菌药物的功效。通过嵌入重金属在保护基质中,与瘤胃微生物的相互作用得以避免,从而排除对微生物转录编码抗菌剂抗性元素的基因的需要。
上面的应用打算仅作为例子,并且绝不应被理解为应用的有限列表。相同的工艺可能被采用作为保护脂溶性维生素、酶、益生菌、益生元、碳水化合物、药物、精油、矿物和其它化合物的手段,从而确保经过瘤胃后存在更大比例的这些产品,以增强它们对宿主动物或瘤胃后消化道中的微生物种群的预期效果。
因此,当本发明已经以其几个形式而被示出时,它从而并不受限,但是易于经受各种变化和修改而不脱离本发明的精神。
Claims (20)
1.一种用于加工反刍动物饲料的方法,所述方法提高了饲料中存在的抗瘤胃微生物降解的膳食成分的比例,所述方法包括以下步骤:
将反刍动物饲料成分与粘合剂和混合助剂混合,从而形成未加工的饲料混合物;
将如此形成的未加工的饲料混合物加工成由团聚颗粒组成的丸粒或珠粒;并且,
其中,所述粘合剂由方解石矿物水化物或白云石矿物水化物单独组成,或者由方解石矿物水化物或白云石矿物水化物与伴随物的混合物组成,所述伴随物选自由矿物碳酸盐、矿物氧化物以及它们的组合组成的组。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述粘合剂由与矿物碳酸盐混合的水化石灰组成。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述水化石灰选自由在加压水化器或常压水化器中生产的高钙石灰、白云石石灰或者部分水化的白云石石灰组成的组。
4.根据权利要求2所述的方法,其中,所述水化石灰由选自由高钙石灰、镁石灰、方解石白云石石灰和白云石石灰组成的组中的起始材料制成。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述未加工的饲料混合物通过针式混合机、制粒机、圆盘制粒机、滚筒制粒机、挤出机或适合于生产团聚颗粒的其它装置来进行加工。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述混合助剂是水。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,所述混合助剂是含水的高湿含量成分。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述混合助剂是非水溶剂。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述粘合剂由水化石灰与方解石碳酸盐矿物材料或白云石碳酸盐矿物材料的混合物组成。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,所述碳酸盐矿物选自由碳酸钙、碳酸镁、白云石以及它们的混合物组成的组。
11.根据权利要求1所述的方法,其中,所述粘合剂为约40重量%的水化石灰和60重量%的白云石石灰石。
12.根据权利要求1所述的方法,其中,所述团聚颗粒具有团聚后所涂的第二涂层。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,所述团聚颗粒在加工期间暴露于二氧化碳,从而产生含有更大比例的基本上为瘤胃惰性的矿物碳酸盐的最终产品。
14.根据权利要求1所述的方法,其中,所述团聚颗粒包括赖氨酸、蛋氨酸或者作为提高在动物瘤胃后消化道中有效吸收的化合物比例的手段的其它氨基酸。
15.根据权利要求1所述的方法,其中,所述团聚颗粒包括动物所需的在数量上超过通常逃脱瘤胃微生物消化的胆碱和水溶性维生素。
16.根据权利要求1所述的方法,其中,如此生产的团聚颗粒提供了对单不饱和或多不饱和脂质的保护,所述单不饱和或多不饱和脂质通常广泛被瘤胃微生物进行生物氢化而产生饱和脂质。
17.根据权利要求1所述的方法,其中,如此生产的团聚颗粒提供对脂溶性维生素、酶、益生菌、益生元、碳水化合物、药物、精油、矿物和其它化合物的保护,以确保经过瘤胃后存在更大比例的这些产品。
18.根据权利要求2所述的方法,其中,以未加工的饲料混合物的总重量计,所述水化石灰的含量为约10至95%。
19.一种反刍动物饲料,包括:
与粘合剂和水混合以形成未加工的饲料混合物的反刍动物饲料成分,将如此形成的未加工的饲料混合物加工成由团聚颗粒组成的经加工的饲料丸粒;并且,
其中,所述粘合剂由方解石矿物水化物或白云石矿物水化物单独组成,或者由方解石矿物水化物或白云石矿物水化物与伴随物的混合物组成,所述伴随物选自由矿物碳酸盐、矿物氧化物以及它们的组合组成的组,并且,
其中,如此加工的团聚颗粒对提高饲料中存在的抗瘤胃微生物降解的膳食成分的比例是有效的。
20.根据权利要求19所述的反刍动物饲料,其中,所述粘合剂由与选自由碳酸钙、碳酸镁、白云石以及它们的混合物组成的组中的伴随物混合的白云石水化石灰组成。
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