CN104920810A - 富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及饲料加工领域，提供富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法。该制备方法包括一次混合步骤：将精制水与吸附性赋形剂搅拌混合得到一次混合物；二次混合步骤：将L-谷氨酸与一次混合物搅拌混合得到二次混合物；pH值调节步骤：采用pH调节剂调节二次混合物的pH值至4.5-5.5；酵素反应步骤：在二次混合物中加入谷氨酸脱羧酶以及吡哆醛磷酸盐，搅拌进行酵素反应；以及干燥步骤：将赋形剂及酵素反应产物进行干燥。该制备方法还可包括整形步骤：采用球团矿整形装置将干燥后的混合物进行整形。

Description

富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法

技术领域

本发明涉及家畜饲料添加剂制备技术领域，尤其涉及一种富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法。

背景技术

γ-氨基丁酸(GABA)是非蛋白性氨基酸，多存在于人的大脑、蔬菜、水果、米和粗米等谷类。可作用于包括人在内的高等动物、无脊椎动物以及昆虫的神经传输物质，在植物体内做防御作用。GABA在人体内具有抑制疲劳、加强注意力、强化血压的效果，GABA被人们发现以后，包括健康技能食品在内的多种食品和动植物添加剂陆续上市，使用范围也越来越扩大。GABA可以缓解动物疲劳情绪、抑制疾病的发生、促进生长荷尔蒙分泌的生产性提高、提高包括牛肉在内的畜产品的品质等效果。观察关于GABA对动物的作用效果的案例可以发现，给集体饲喂的猪和鸡投入此物质可以缓解疲劳、提高增体重，可以缓解在夏天发生的高温疲劳，从而可以预防鸡蛋品质的低下，还可以缓解通过移动产生的输送疲劳减少应激。近几年用例如GABA含量高的桑叶的天然物质作为添加剂，试图形成品牌畜产品的生产。

大量生产GABA的方法有合成法、抽出法、发酵法以及酵素法。合成法有化学性工序的特性，会使用各种化学合成物，所以不适合使用于动物的饲料。抽出法在抽出过程中发生大量的污水和废弃物，所以制造原价很高。发酵法的GABA转换效率太低，很难适用于动物性饲料添加剂的大量生产。酵素法是作为动物用饲料添加剂的适用可能性相对较高，但是因增加生产单价，脱盐、脱水、过滤、浓缩、结晶化等繁琐工序会导致制造单价高。因此，至今GABA限制性地应用于人体内健康食品的原料或医疗领域，而很难应用于家畜的饲料添加剂当中。

发明内容

本发明是鉴于现有技术中存在的上述问题而做出的，其目的在于提供一种工序简单、成本低的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，该制备方法利用酵素反应，从L-谷氨酸生产γ-氨基丁酸，省去脱盐、脱色、过滤、浓缩、结晶化等高费用工序，以简单工序、低成本制备富含GABA的饲料添加剂。

为实现上述目的，本发明的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法的技术方案如下：

本发明的一种富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，包括：

一次混合步骤：将精制水与吸附性赋形剂搅拌混合得到一次混合物；

二次混合步骤：将L-谷氨酸与所述一次混合物搅拌混合得到二次混合物；

pH值调节步骤：采用pH调节剂调节所述二次混合物的pH值至4.5-5.5；

酵素反应步骤：在所述二次混合物中加入谷氨酸脱羧酶以及吡哆醛磷酸盐，搅拌进行酵素反应；以及

干燥步骤：将所述赋形剂及酵素反应产物进行干燥。

进一步地，所述吸附性赋形剂为谷类或谷类副产物、硅、泡沸石、皂土和/或蛭石的粉末。

进一步地，所述谷类或谷类副产物为脱脂米糠、大豆粕和/或玉米。

进一步地，所述谷类或谷类副产物粉末的粒度大小为1-3mm，所述硅、泡沸石、皂土及蛭石粉末的粒度大小小于200目。

进一步地，所述一次混合步骤中，所述精制水与所述吸附性赋形剂按照精制水：吸附性赋形剂＝20-70％(L/KG)的比例混合。

进一步地，所述二次混合步骤中，L-谷氨酸与所述一次混合物按照L-谷氨酸：精制水＝1-15％(KG/L)的比例混合，优选5-10％(KG/L)。

进一步地，所述pH调节剂为柠檬酸、果酸、苹果酸、乳酸、草酸、丁酸、丙酸、延胡酸、甲酸、盐酸、硫酸以及磷酸中的一种或多种。

进一步地，所述酵素反应的反应温度为30-37℃。

进一步地，所述干燥步骤中干燥温度为40-90℃。

进一步地，该制备方法还包括整形步骤：采用球团矿整形装置将干燥后的混合物进行整形。

本发明的另一种富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，包括：

一次混合步骤：将精制水与L-谷氨酸搅拌混合得到一次混合物；

pH值调节步骤：采用pH调节剂调节所述一次混合物的pH值至4.5-5.5；

酵素反应步骤：在所述二次混合物中加入谷氨酸脱羧酶以及吡哆醛磷酸盐，搅拌进行酵素反应，并间歇性投入界面活性剂；

二次混合步骤：将吸附性赋形剂与酵素反应溶液搅拌混合；以及

干燥步骤：将所述赋形剂及酵素反应产物进行干燥。

进一步地，所述吸附性赋形剂为谷类或谷类副产物、硅、泡沸石、皂土和/或蛭石的粉末。

进一步地，所述谷类或谷类副产物为脱脂米糠、大豆粕和/或玉米。

进一步地，所述谷类或谷类副产物粉末的粒度大小为1-3mm，所述硅、泡沸石、皂土及蛭石粉末的粒度大小小于200目。

进一步地，所述一次混合步骤中，所述精制水与所述L-谷氨酸按照精制水：L-谷氨酸＝1-40％(L/KG)的比例混合，优选30-35％(L/KG)。

进一步地，所述pH调节剂为柠檬酸、果酸、苹果酸、乳酸、草酸、丁酸、丙酸、延胡酸、甲酸、盐酸、硫酸以及磷酸中的一种或多种。

进一步地，所述酵素反应的反应温度为30-37℃。

进一步地，所述酵素反应步骤中的所述界面活性剂为Tween80。

进一步地，所述二次混合步骤中，L-谷氨酸与所述酵素反应溶液按照L-谷氨酸：酵素反应溶液＝20-80％(KG/L)的比例混合，优选40--60％(KG/L)。

进一步地，所述干燥步骤中干燥温度为40-90℃。

进一步地，该制备方法还包括整形步骤：采用球团矿整形装置将干燥后的混合物进行整形。

本发明还提供一种富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂，其按照所述的制备方法制备得到。

有益效果

本发明的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法利用谷氨酸脱羧酶的催化作用，使L—谷氨酸在变化为GABA的过程和在GABA的赋形剂中吸附的过程合为一体，与用谷氨酸脱羧酶做催化剂，先从L-谷氨酸生产GABA后，再在另外的工序中把GABA用作饲料添加剂加工的现有方法对比，省去 现有方法伴随而来的脱盐、脱色、过滤、浓缩、结晶化等复杂、消耗费用的工序。另外，本发明把关联制造设备简单化，与现有方法相比，可以以低廉的价格制备富含GABA的饲料添加剂，这样既可以给予动植物各种有益的效果，又可以把价格调节到最低。饲料中广泛的使用GABA，在以饲料为主饲养大量家畜时，即可以要求高的生产性又可以减少在恶劣的环境中饲养所引起的疾病的传染，进而减少不必要的损失。本发明的富含GABA的饲料添加剂的制备方法避免使用脱盐、脱色、过滤、浓缩、结晶化步骤，因此可以减少污水的产生，既可以防止环境污染，又可以节俭有关费用。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明进行详细描述。

本发明的第一种富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法包括：

一次混合步骤：将精制水与吸附性赋形剂按照精制水：吸附性赋形剂＝20-70％(L/KG)的比例搅拌混合得到一次混合物；

二次混合步骤：将L-谷氨酸与上述一次混合物按照L-谷氨酸：精制水＝1-15％(KG/L)，优选5-10％(KG/L)的比例，搅拌混合得到二次混合物；

pH值调节步骤：采用pH调节剂调节上述二次混合物的pH至4.5-5.5；

酵素反应步骤：在上述二次混合物中加入谷氨酸脱羧酶以及吡哆醛磷酸盐，搅拌进行酵素反应，反应温度为30-37℃；以及

干燥步骤：将赋形剂及酵素反应产物进行干燥，干燥温度为40-90℃。

该制备方法还包括采用球团矿整形装置将干燥后的混合物进行整形的步骤。

吸附性赋形剂是可以吸附GABA维持形态的成分，采用谷类或谷类副产物、硅、泡沸石、皂土以及蛭石的粉末中至少一种，这些粉末可以单独或混合使用。谷类或谷类副产物可以用脱脂米缸、大豆粕及玉米中的一种或多种，是1--3mm的粒度大小的粉末形态。无机物赋形剂(硅、泡沸石、皂土、蛭石等)是以粒度大小小于200目的粉末形态。如果使用蛋白质含量高或缓冲力高的谷类或谷类副产物作为吸附性赋形剂，要用PH调节剂把PH值调节到4.5-5.5范围以内。

在一次混合步骤中，精制水含量低于20-70％(L/KG)的范围，会使作为酵素的谷氨酸脱羧酶以及作为助酵素的吡哆醛磷酸盐吸收到赋形剂粒子之间，很难接触到不溶性的L-谷氨酸；如果高于20-70％(L/KG)的范围，会加长反应后的干燥时间，还会使费用增加。

在二次混合步骤中，L-谷氨酸与精制水的比例为1-15％(KG/L)，优选5-10％(KG/L)，如果L-谷氨酸的含量低于1％(KG/L)的范围，制备出的饲料添加剂GABA含量过低，导致经济性低；如果高于15％(KG/L)的范围，GABA不能转换，剩下的L-谷氨酸含量增高，无法获取所需的饲料添加剂。

为了使L-谷氨酸的酵素反应可以持续进行，pH值要维持在4.5—5.5之间。如果pH不在上述范围之内，需要用pH调节剂调节pH值。pH调节剂可用无机酸和/或有机酸，如果饲料添加剂需要给予家畜，就要用有机酸。上述有机酸包括柠檬酸、果酸、苹果酸、乳酸、草酸、丁酸、丙酸、延胡酸、甲酸等。无机酸包括盐酸、硫酸、磷酸等。

在酵素反应中，酵素反应的温度要维持在30—37℃之间，如果不在此范围以内，酵素反应会减弱或不会发生。为了维持上述温度，可以从一次混合或二次混合开始加温。

在干燥步骤中，可以用热风或真空干燥的方法，干燥温度是在40—90℃之间。如果干燥温度低于40℃，干燥时间会加长；高于90℃，会使谷类原料中的碳水化合物变形，以致颜色变化。在热风干燥时，搅拌时持续的注入一定温度的风进行干燥，这会使混合物的粒子之间形成空间，有利于干燥，节俭干燥费用。

现有技术的酵素法通常是往封闭的反应器内部投入精制水和L—谷氨酸搅拌，使酵素接触反应制备。为了消除酵素反应中产生的大量碳酸气体气泡，不得不使用界面活性剂。如果这时不能及时消除气泡，会使反应溶液和碳酸气体往外流出，尽而消失。本发明的该制备方法是使赋形剂在混合状态中进行上述酵素反应，所以不会产生气泡发生而引起的溶液流失的现象，因此不必使用消泡剂，不必使用高价的界面活性剂。另外，在有赋形剂的条件下进行酵素反应生成的GABA会直接吸附在上述赋形剂，这样省略了现有技术中脱盐、脱色、过滤。浓缩、结晶化的过程，这样可以低成本的制备含有GABA的饲料添加剂，并且防止环境污染。

本发明的第二种富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法包括：

一次混合步骤：将精制水与L-谷氨酸按照精制水：L-谷氨酸＝1-40％(L/KG)，优选30-35％(L/KG)的比例搅拌混合得到一次混合物；

pH值调节步骤：采用pH调节剂调节上述一次混合物的pH值至4.5-5.5；

酵素反应步骤：在上述二次混合物中加入谷氨酸脱羧酶以及吡哆醛磷酸盐，搅拌进行酵素反应，并间歇性投入界面活性剂；

二次混合步骤：将吸附性赋形剂与酵素反应溶液按照L-谷氨酸：酵素反应溶液＝20-80％(KG/L)，优选40--60％(KG/L)的比例搅拌混合；以及

干燥步骤：将上述赋形剂及酵素反应产物进行干燥。

该制备方法还包括整形步骤：采用球团矿整形装置将干燥后的混合物进行整形。

在一次混合步骤中，精制水和L-谷氨酸的混合在液态反应器实现，且精制水以及有关成分的投入量是要在液态反应器的加容量的60-70％范围里，如果投入量高，在酵素反应阶段难以消除碳酸气泡，从而有反应溶液流出的顾虑。L-谷氨酸的含量若低于上述范围时，制备的饲料添加剂GABA含量过低，导致价值低；如果高于上述范围时，GABA不能转换，剩下的L-谷氨酸含量增高，无法获取所需的饲料添加剂。

在pH值调节步骤中，所用pH调节剂与第一种方法相同。

在酵素反应步骤中，由于没有吸附性赋形剂参与反应，酵素反应中会产生的碳酸气体气泡，因此需要间歇性投入界面活性剂，优选Tween80来消除气泡。酵素反应中的其他反应条件与第一种制备方法的相关步骤中的反应条件相同。

在二次混合步骤中，混合是在搅拌机中实现，如果赋形剂和酵素反应溶液的混合比率低于上述范围，制备出的饲料添加剂GABA含量较低，若高于上述范围，会导致在干燥阶段时的干燥效率极具下降，加长反应后的干燥时间，还会使费用增加。

除上述与第一种制备方法的不同条件之外，其他制备条件，例如吸附性吸附剂的种类及粒度大小、干燥温度等条件均与第一种制备方法的相关条件实质上相同。

第二种制备方法是在酵素反应结束以后，与吸附性赋形剂混合，使GABA 吸附在赋形剂上，虽然有把酵素反应中产生的碳酸气体气泡用界面活性剂消除的过程，但是可以在没有脱盐、脱色、过滤、浓缩、结晶化的过程下制备富含GABA的饲料添加剂，从而降低成本，防止环境污染。

下面结合具体的实施例来对本发明的制备方法进行说明。

第一实施例 

本实施例使用可以提供加热和热风的配置有热风供给装置的搅拌机来实现富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备。首先，把吸附性赋形剂脱脂米糠100Kg(粒度大小2mm)和反应机制的精制水60L投入到搅拌机中；在搅拌混合均匀以后投入L-谷氨酸9Kg，充分搅拌，同时在把混合物加热并维持在37℃；用柠檬酸调节混合物的pH值至5.0，在混合物中添加0.02mM的谷氨酸脱羧酶和500g的吡哆醛磷酸盐，搅拌进行酵素反应，反应时间15小时；酵素反应结束以后把赋形剂和酵素反应物的混合物用热风干燥机边搅拌边干燥，干燥温度70℃，搅拌速度是30rpm，干燥时间是32小时。经测定，本实施例制备的粉末形态饲料添加剂水分含量为8.3重量％，GABA含量9.04重量％。

第二实施例 

本实施例与第一实施例采用相同的方法，在干燥得到粉末形态饲料添加剂后，采用圆形球团矿整形装置将干燥得到粉末形态饲料添加剂整形为直径6mm的球团矿。经测定，制备的球团型饲料添加剂的水分含量是9.3重量％，GABA含量为8.45重量％。

第三实施例 

本实施例中酵素反应的反应器采用容量为100L的液态反应器。将反应机制的精制水60L和L-谷氨酸18Kg添加到上述液态反应器中，搅拌，加热，将混合溶液的温度维持在37℃；采用乳酸将混合溶液的pH值调节至5.0；添加谷氨酸脱羧酶0.02mM和吡哆醛磷酸盐900g至上述液态反应器中的混合溶液中，搅拌开始酵素反应，并间歇性的投入界面活性剂Tween80(采用水以10％的比例稀释)来消除酵素反应中发生的碳酸气泡，反应时间20小时； 将酵素反应后的78Kg的酵素反应溶液移送到配置有热风供给装置的搅拌机中，再投入吸附性赋形剂脱脂米糠100Kg(粒度大小2mm)，搅拌；将酵素反应溶液和吸附性赋形剂的混合物边搅拌边用热风干燥，干燥温度70℃，搅拌速度30rpm，干燥时间42小时。经测定，干燥后的粉末形态饲料添加剂的水分含量为9.2重量％，GABA含量25.12重量％。

第四实施例 

本实施例中酵素反应的反应器采用容量为100L的液态反应器。将反应机制的精制水60L和L-谷氨酸18Kg添加到上述液态反应器中，搅拌，加热，将混合溶液的温度维持在37℃；采用果酸将混合溶液的pH值调节至5.0；添加谷氨酸脱羧酶0.02mM和吡哆醛磷酸盐900g至上述液态反应器中的混合溶液中，搅拌开始酵素反应，并间歇性的投入界面活性剂Tween80(采用水以10％的比例稀释)来消除酵素反应中发生的碳酸气泡，反应时间20小时；将酵素反应后的酵素反应溶液移送到配置有热风供给装置的搅拌机中，再投入吸附性赋形剂泡沸石粉末(200目)，酵素反应溶液和泡沸石的重量比为1:1，边搅拌边用热风干燥，干燥温度70℃，搅拌速度30rpm，干燥条件30小时。经测定，干燥后的粉末形态饲料添加剂的水分含量为8.4重量％，GABA含量22.15重量％。

第五实施例 

本实施例采用与第三实施例相同的方法。将反应机制的精制水60L和L-谷氨酸18Kg添加到上述液态反应器中，搅拌，加热，将混合溶液的温度维持在37℃；采用乳酸将混合溶液的pH值调节至5.0；添加谷氨酸脱羧酶0.02mM和吡哆醛磷酸盐900g至上述液态反应器中的混合溶液中，搅拌开始酵素反应，并间歇性的投入界面活性剂Tween80(采用水以10％的比例稀释)来消除酵素反应中发生的碳酸气泡，反应时间20小时；将酵素反应后酵素反应溶液50Kg移送到配置有热风供给装置的搅拌机中，再投入吸附性赋形剂玉米粉末100Kg(粒度大小1mm)，搅拌，玉米粉末水分含量是14.8重量％；将吸附性赋形剂和酵素反应溶液的混合物边搅拌边用热风干燥，干燥温度70℃，搅拌速度30rpm，干燥条件28小时；将干燥后的饲料添加剂用圆形 球团矿整形装置整形为直径6mm的球团矿，从而完成了球团型饲料添加剂。经测定，制备的球团型饲料添加剂的水分含量是12.04重量％，GABA含量为17重量％。

吸附性赋形剂的谷类或谷类副产物的水分含量为14-20重量％时，不用添加水分或球团矿整形也能制造出球团型饲料添加剂。

本发明的富含GABA的饲料添加剂的制备方法省去现有方法伴随而来的脱盐、脱色、过滤、浓缩、结晶化等复杂、消耗费用的工序，降低生产成本，同时可以减少污水的产生，防止环境污染。

以上所述的具体实施方式仅用于具体说明本发明的精神，本发明的保护范围并不局限于此，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过变更、置换或变型的方式轻易做出其它的实施方式，这些其它的实施方式都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，包括：

一次混合步骤：将精制水与吸附性赋形剂搅拌混合得到一次混合物；

二次混合步骤：将L-谷氨酸与所述一次混合物搅拌混合得到二次混合物；

pH值调节步骤：采用pH调节剂调节所述二次混合物的pH值至4.5-5.5；

酵素反应步骤：在所述二次混合物中加入谷氨酸脱羧酶以及吡哆醛磷酸盐，搅拌进行酵素反应；以及

干燥步骤：将所述赋形剂及酵素反应产物进行干燥。

2.根据权利要求1所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，所述吸附性赋形剂为选自谷类、谷类副产物、硅、泡沸石、皂土或蛭石中至少一种以上的粉末。

3.根据权利要求2所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，所述谷类或谷类副产物选自脱脂米糠、大豆粕、或玉米中选择的至少一种以上。

4.根据权利要求3所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，所述谷类或谷类副产物粉末的粒度大小为1-3mm，所述硅、泡沸石、皂土及蛭石粉末的粒度大小小于200目。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，所述一次混合步骤中，所述精制水与所述吸附性赋形剂按照精制水：吸附性赋形剂＝20-70％(L/KG)的比例混合。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，所述二次混合步骤中，L-谷氨酸与所述一次混合物按照L-谷氨酸：精制水＝1-15％(KG/L)的比例混合。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂为柠檬酸、果酸、苹果酸、乳酸、草酸、丁酸、丙酸、延胡酸、甲酸、盐酸、硫酸以及磷酸中的一种或多种。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，所述酵素反应的反应温度为30-37℃。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，所述干燥步骤中干燥温度为40-90℃。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，该制备方法还包括整形步骤：采用球团矿整形装置将干燥后的混合物进行整形。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，在所述酵素反应步骤中，在所述二次混合物中加入谷氨酸脱羧酶以及吡哆醛磷酸盐，搅拌进行酵素反应，并间歇性投入界面活性剂。

12.根据权利要求11所述的富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂的制备方法，其特征在于，所述酵素反应步骤中的所述界面活性剂为Tween80。

13.一种富含γ-氨基丁酸的饲料添加剂，其按照权利要求1-12所述的制备方法制备得到。