CN104585513A - 一种羽毛低聚肽螯合型矿物元素的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种羽毛低聚肽螯合型矿物元素的生产技术。将家禽羽毛进行清洗、除杂、粉碎和降解处理，制备成小分子羽毛低聚肽。再将其溶液经去除大分子、活性炭吸附等步骤处理后直接与无机盐离子进行螯合反应，反应时间50-60 min，反应温度40-60摄氏度，pH范围4.5-6.0。将螯合上清液进行乙醇沉淀，获得的沉淀产物经醇洗、干燥、粉碎，包装后即得羽毛低聚肽螯合型矿物元素成品。本发明制备的羽毛低聚肽螯合矿物元素拥有生物利用度高，环境污染小，投入设备少、适口性好及价格低廉等优点，具有良好的应用前景与推广意义。

Description

一种羽毛低聚肽螯合型矿物元素的生产方法

技术领域

本发明属于饲料添加剂技术领域，具体涉及一种羽毛低聚肽螯合型矿物元素的生产技术。该技术是以屠宰场废弃的各类家禽羽毛和无机矿物盐为原料，经过本发明所述生产工艺将其制备成为新型羽毛低聚肽螯合型矿物元素。

背景技术

蛋白质和矿物元素是动物机体生命活动和新陈代谢必需的两种营养物质。传统畜禽养殖生产中，人们常使用豆粕等农作物产品作为蛋白来源。这些原料成本高，分子量大，常含有一些抗营养物质，不易被机体直接而充分地吸收利用。而另一方面，肉制品生产加工过程中，大量的家禽羽毛被作为屠宰废弃物处理掉。中国是一个养殖大国，据报道商品鸭年出栏量超过16亿只（2013），鸡年出栏量110亿只（2011）。参考文献，以每只鸡/鸭产羽毛60 g粗计，当前我国家禽羽毛年产量逾60万吨羽毛，折算成饲料蛋白超过48万吨。一般饲用豆粕蛋白含量约40%，要提供48万吨饲料蛋白将折合上百万吨豆粕。这是一笔非常巨大的财富。传统的无害化处理、副产品生产并不能有效利用这一资源，本发明的推广是将家禽羽毛物尽其用，其中涉及的羽毛低聚肽是采用一定技术将家禽羽毛变废为宝，充分降解其中含量丰富，结构稳定，不可利用的角蛋白等物质并将其分解成分子量小（分子量≤2000 D），易被机体吸收利用的一类蛋白小肽。经前期试验研究表明，羽毛低聚肽易溶于水，能够被动物消化道中的胃蛋白酶和胰蛋白酶充分消化，完全不含有抗营养成分，是一种新型的优质饲用蛋白小肽来源。

现代农业高速前进的今天，畜禽产品趋向高产型、瘦肉型方向发展。这导致动物对蛋白质、糖类、微量元素等的需求量、生物利用度和吸收速率必须大幅度提高。如何使动物获得最佳的免疫力、抗病力和抗应激能力，是当前从业人员非常关注以及亟需解决的问题。其中矿物元素的合理高效利用问题迫在眉睫。传统的矿物元素添加多是无机盐或乳酸盐、丙酸盐等初级有机盐。这些盐类添加量大，生物利用度低，对动物机体本身毒性也比较大，容易与机体内的营养物质发生反应，降低营养物质的吸收利用，同时对环境也存在巨大威胁，因此渐渐为人们所疏远和摒弃。近年来许多生产企业将目光聚集在氨基酸螯合盐的研制与推广。固然氨基酸螯合盐抗干扰能力强，稳定性好，也易于吸收，生物效价高，对饲料中维生素等活性物质的破坏作用小，排放少等优点。但也要看到氨基酸螯合盐价格高，如美国、日本等国家用人工合成的蛋氨酸、赖氨酸等单一氨基酸合成的微量元素氨基酸螯合物，价格均为无机盐的5-10倍，限制了其在饲料领域的应用。

近年来，以集约化为特点全球养殖业的飞速发展，为人类生活水平的提高做出了巨大贡献，但是饲料蛋白资源开始出现严重的短缺，已制约养殖业的可持续发展。然而富含动物多种必需氨基酸、蛋白质含量达75%-90% 的家禽羽毛却没有得到有效的利用，我国每年可收集利用的羽毛达20-30 万吨，加工后用于饲料的不足2 万吨，大部分羽毛及动物毛发未被合理利用，既浪费了资源，又污染了环境。羽毛不能利用的主要原因是羽毛粉加工技术不过关，产品消化吸收率低，质量参差不齐，导致饲养效果不佳。

要利用羽毛角质蛋白, 必须对角蛋白进行科学处理，破解角质蛋白的空间结构，使其变成可消化吸收的状态。国内外对羽毛粉的加工已有了一定研究。目前，国内外主要采用高温高压水解法、酸水解法、碱水解法、酶解法、微生物法和挤压膨化等方法对羽毛粉的加工。这些方法都能在一定程度上提高羽毛粉的消化率，但都存在着明显的不足，如加工技术不过关，产品消化吸收率低，质量参差不齐，导致饲养效果不佳，经济效益不佳，处理过程造成二次污染等。

中国专利CN201210201404.8公布了一种羽毛蛋白肽饲料添加剂及应用，将羽毛和酵母培养物采用多菌种联合发酵生产一种羽毛蛋白肽饲料添加剂，不但消除了羽毛不能被畜禽消化利用问题，而且含有多种活性肽，角蛋白酶、消化酶以及促生长因子，能完全替代鱼粉、血浆蛋白粉等动物性蛋白饲料。该发明羽毛蛋白肽采用的是生物发酵方式，制备时间长，产物成分复杂，与本专利的羽毛低聚肽制备工艺和本发明的一种羽毛低聚肽螯合型矿物元素的生产方法的研究思路完全不同。

发明内容

本发明是利用各类家禽羽毛和无机金属盐为原料制备一种羽毛低聚肽螯合型矿物元素的生产技术。其目的在于用肉制品生产加工过程中废弃的家禽羽毛制备成可被机体吸收利用的小分子低聚肽，然后将其与来源广泛的无机盐进行螯合反应，经过一些列后续工序制备成为羽毛低聚肽螯合型矿物元素。本发明的制备的产品具有成本低，投入少，效率高等特点，具有广阔的应用前景，适合大规模工业化生产。

为了实现上述目的，本发明提供一种羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，家禽羽毛和无机盐为原料，其包括如下步骤：

一种羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，其特征在于，以羽毛和无机盐为原料，其包括步骤A-F：

A.羽毛低聚肽溶液制备；

B.羽毛低聚肽溶液与无机盐离子进行螯合反应；

C.螯合产物的固液分离、上清收集及蒸发浓缩；

D.收集浓缩液，添加乙醇进行沉淀反应；

E.乙醇沉淀产物的固液分离；

F.收集沉淀物，得羽毛低聚肽螯合型矿物元素成品。

其中A羽毛低聚肽溶液制备方法为

    ①、家禽羽毛经收集、清洗、除杂、干燥、粉碎等步骤制备羽毛粉；

②、将羽毛粉经过粉碎、溶解、过滤、活性炭吸附除杂、再过滤，配制成终浓度为10%-20%（W/V）的溶液。

③、将②中10%-20%（W/V）羽毛粉溶液通过角蛋白酶、酸性蛋白酶（代号：3350，pH 4-6）、中性蛋白酶（代号1398，pH 6-8）和碱性蛋白酶（代号2709，pH 8-10）等进行降解，其中总加酶量为干物质重的0.5%，反应温度90-100℃，反应时间6-8h，然后经过浓缩、干燥等步骤，制备成羽毛低聚肽粉。

依次添加酸性蛋白酶（代号：3350，pH 4-6）、中性蛋白酶（代号1398，pH 6-8）和碱性蛋白酶（代号2709，pH 8-10），添加比例0.01%-10%（W/V）。

进一步地，

B.羽毛低聚肽溶液与无机盐离子进行螯合反应，其特征在于，螯合反应步骤中是将10%-20%（W/V）羽毛低聚肽溶液与10%-20%（W/V）无机盐离子进行螯合反应。

羽毛低聚肽溶液与无机盐离子螯合反应步骤中，反应时间50-60 min。

羽毛低聚肽溶液与无机盐离子螯合反应步骤中，反应温度40-60℃。

羽毛低聚肽溶液与无机盐离子螯合反应步骤中，pH范围4.5-6.0。

收集浓缩液，添加乙醇进行沉淀反应，乙醇终浓度75%-90%，反应时间为3-4 h；

进一步地，

乙醇沉淀产物的固液分离，无水乙醇洗涤2-3次。收集沉淀物，并进行干燥、粉碎、分装及包装等步骤，获得羽毛低聚肽螯合型矿物元素成品。

所述的无机盐包括钙、镁、铜、铁、锰、铬、锌、钴等元素的硫酸盐、乙酸盐、盐酸盐、碳酸盐、氧化物、氢氧化物等的可溶性盐。

上述技术方案中所述羽毛低聚肽粉的制备过程包括以下步骤：

家禽羽毛的收集、清洗、除杂、粉碎等前处理，制备羽毛粉；

将羽毛粉通过角蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶等降解，然后经过浓缩、干燥等步骤，制备成羽毛低聚肽粉。

本发明将目光转向小肽螯合盐的生产与制备。蛋白质被机体摄入后，经过一系列过程降解为氨基酸或小肽，从而被吸收和为细胞所利用。有研究称人体内利用肽合成蛋白质的机率高于对氨基酸的利用约25%。小肽能够直接介入血细胞、肌肉细胞、神经细胞、生殖细胞、内分泌细胞、皮肤细胞的新陈代谢，参与细胞的生长、发育、生理功能以及分裂增殖各个环节。因此蛋白小肽的开发具有巨大的潜在的生理学意义与开发前景。

本发明针对上述研究的缺点不足进行了研究理念与生产工艺的改进，生产出的羽毛低聚肽螯合型矿物元素具有以下特点：

1、双重营养功能。本发明制备的羽毛低聚肽螯合型矿物元素同时具有小分子肽与矿物元素的双重生理功能。在饲料中添加具有一举两得之效。

2、原料来源丰富，成本低廉。本发明使用原料直接是屠宰生产线下来的各种禽类羽毛和无机盐。

3、生产工艺简单，设备投入少，耗能低。在使用成本上大大降低，易于推广和应用。

4、吸收利用途径特殊。羽毛低聚肽螯合型矿物元素的吸收利用是通过专门的小肽吸收通道，避免了与金属离子吸收利用是发生拮抗竞争，提高吸收效率。此外金属离子和小肽螯合后能够抑制上皮细胞刷状缘上肽酶的水解活性，防止肽水解，这样结构完整的肽作为矿物质的配体通过肽转运机制进入粘膜细胞。金属离子在消化道经过胃及小肠中离子的吸收部位时都以螯合态存在，吸收速度较氨基酸螯合盐更快。

5、吸收率高，生物利用度好。羽毛低聚肽有机微量元素分子内电荷趋于中性，在消化道pH环境下溶解性好，性质稳定，不易与其它微量元素、微生素、药物等互作或拮抗。

6、本发明制备的螯合型矿物元素无特殊气味，适口性好，易于采食。

鉴于上述特点及优点，本发明制备的羽毛低聚肽螯合矿物元素拥有生物利用度高，环境污染小，投入设备少、适口性好及价格低廉等优点，具有良好的应用前景与推广意义。

附图说明

图1：一种羽毛低聚台螯合型矿物元素的制备工艺流程图

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明进行进一步阐述。需要明确的是，这些实施例只是用于解释而不是限制本发明的，只要是符合本发明精神的任何技术方案，都应该在本发明要求的保护范围内。

下面就本发明所采用的技术方案进行详细描述。

实施例1 羽毛低聚肽粉的制备与前处理

对羽毛进行收集、清洗、除杂与干燥，然后利用羽毛粉碎机进行粉碎，要求粉碎产物细度在40-100目。将获得的羽毛粉溶于水中制成50-60%羽毛粉悬液，先添加5%-10%（W/V）氢氧化钠进行预水解，作用时间6-8h。碱反应完成后,添加0.01%-0.05%（W/V）角蛋白酶进行酶解，反应条件是50-65℃，搅拌作用10-12h。反应完成后将其与85℃灭活30min。然后将反应液进行浓缩，调整pH值，再依次添加酸性蛋白酶（代号：3350，pH 4-6）、中性蛋白酶（代号1398，pH 6-8）和碱性蛋白酶（代号2709，pH 8-10），酶总添加比例0.5%（W/V），作用时间5-6h。然后再将浓缩液进行干燥、分装等步骤，制备成羽毛低聚肽粉。

将羽毛低聚肽粉制备成30%-50%溶液，调节溶液pH至4-5，充分反应3h。离心除去溶液中大分子蛋白沉淀。然后向上清液中添加0.5%-1%（W/V）活性炭，充分混匀，然后静置反应1h。上述步骤是为了充分保证羽毛低聚肽平均分子量水平处于低聚肽范围内，其中分子量≤2000 D的小肽含量需达到90%-95%，然后调节羽毛低聚肽溶液终浓度10%-20%备用。

实施例2  羽毛低聚肽与无机盐的鳌合反应

    配制10%-20%（W/V）无机盐离子溶液（钙、镁、铜、铁、锰、铬、锌等元素的硫酸盐、乙酸盐、盐酸盐、碳酸盐、氧化物、氢氧化物中的可溶性无机盐类）。其中某些无机盐溶解度较小，可以适当调节添加量，另外鉴于小肽分子同时拥有氨基端与羧基端，也能够充分发挥其两性特性与无机盐发生反应，促进其溶解。

将羽毛低聚肽溶液置于水浴锅上预热15min，然后缓缓添加无机盐溶液，边加边搅拌。搅拌速度控制在500 r/min左右，反应时间50-60 min，反应温度40-60℃，pH范围4.5-6。反应体系中羽毛低聚肽与盐离子（钙、镁、铜、铁、锰、铬、锌、钴等离子）的质量比为2:1、1:1或1:2，具体数值与离子化合价相关。

实施例3  羽毛低聚肽螯合矿物元素的收集、纯化与成品获得

    将实施例2中获得的羽毛低聚肽螯合产物进行固液分离，3000-5000 r/min离心30 min，收集上清。将上清液进行蒸发浓缩，并添加适量乙醇进行沉淀反应。乙醇终浓度75%-90%，反应时间3-4 h。反应完成后进行离心，3000-5000 r/min×30 min，收集沉淀，并以相应浓度乙醇溶液清洗2-3遍，保证完全除去游离无机盐离子。

将上述沉淀进行烘干，粉碎。干燥温度保持在50-60℃，尽量不超过反应温度，以免高温条件影响羽毛低聚肽螯合型矿物元素产品的理化性质。

经过上述技术方案，获得了羽毛低聚肽螯合型矿物元素成品。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，其特征在于，以羽毛和无机盐为原料，其包括步骤A-F：

A.羽毛低聚肽溶液制备；

B.羽毛低聚肽溶液与无机盐离子进行螯合反应；

C.螯合产物的固液分离、上清收集及蒸发浓缩；

D.收集浓缩液，添加乙醇进行沉淀反应；

E.乙醇沉淀产物的固液分离；

F.收集沉淀物，得羽毛低聚肽螯合型矿物元素成品。

2.根据权利要求1所述的羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，其中A羽毛低聚肽溶液制备，其特征在于：

    ①、家禽羽毛经收集、清洗、除杂、干燥、粉碎等步骤制备羽毛粉；

②、将羽毛粉经过粉碎、溶解、过滤、活性炭吸附除杂、再过滤，配制成终浓度为10%-20%（W/V）的溶液；

③、将②中10%-20%（W/V）羽毛粉溶液通过角蛋白酶、酸性蛋白酶（代号：3350，pH 4-6）、中性蛋白酶（代号1398，pH 6-8）和碱性蛋白酶（代号2709，pH 8-10）等进行降解，其中总加酶量为干物质重的0.5%，反应温度90-100℃，反应时间6-8h，然后经过浓缩、干燥等步骤，制备成羽毛低聚肽粉；

依次添加酸性蛋白酶（代号：3350，pH 4-6）、中性蛋白酶（代号1398，pH 6-8）和碱性蛋白酶（代号2709，pH 8-10），添加比例0.01%-10%（W/V）。

3.根据权利要求1所述的羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，其中B.羽毛低聚肽溶液与无机盐离子进行螯合反应，其特征在于，螯合反应步骤中是将10%-20%（W/V）羽毛低聚肽溶液与10%-20%（W/V）无机盐离子进行螯合反应。

4.根据权利要求3所述的羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，其特征在于，B.羽毛低聚肽溶液与无机盐离子螯合反应步骤中，反应时间50-60 min。

5.根据权利要求3所述的羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，其特征在于，B.羽毛低聚肽溶液与无机盐离子螯合反应步骤中，反应温度40-60℃。

6.根据权利要求3所述的羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，其特征在于，B.羽毛低聚肽溶液与无机盐离子螯合反应步骤中，pH范围4.5-6.0。

7.根据权利要求1所述的羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，其特征在于，收集浓缩液，添加乙醇进行沉淀反应；乙醇终浓度75%-90%，反应时间为3-4 h。

8.根据权利要求1所述的羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，其特征在于，

乙醇沉淀产物的固液分离，无水乙醇洗涤2-3次；

 收集沉淀物，并进行干燥、粉碎、分装及包装等步骤，获得羽毛低聚肽螯合型矿物元素成品。

9.根据权利要求1所述的羽毛低聚肽螯合型矿物元素的制备方法，所述的无机盐包括钙、镁、铜、铁、锰、铬、锌、钴等元素的硫酸盐、乙酸盐、盐酸盐、碳酸盐、氧化物、氢氧化物等的可溶性盐。