CN105254683A - α型低聚木糖及其制备方法与应用 - Google Patents

α型低聚木糖及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种α型低聚木糖及其制备方法与应用。该制备方法包括如下步骤:以水为促进剂和以浓盐酸为催化剂的条件下,木糖经反应即得所述α型低聚木糖,所述浓盐酸的摩尔浓度为11~13mol/L。本发明提供的制备方法,首次选择木糖为原料,以无机酸为催化剂,通过化学合成方法大量制备具有益生元功能的α型低聚木糖。相对现有的β型木聚糖制备生产技术而言,本发明的制备方法操作过程简单,产物收率高,制备生产成本低,且生产过程中无“三废”排放,为一种绿色环保、高效的低聚木糖制备生产技术。本发明α型低聚木糖,既为饲料添加剂领域增添了新的品种,也为饲料生产者和养殖者选择更加优良、更符合饲料工业和养殖业需要的饲料添加剂提供了前提保证。

Description

α型低聚木糖及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种寡糖饲料添加剂及其制备方法与应用,具体涉及一种α型低聚木糖及其制备方法与应用。
背景技术
食品安全已成为全社会普遍关注的一个焦点问题。而饲料安全与否对于确保食品安全起着决定性的作用。由于具有提高动物机体免疫能力、减少饲用抗生素使用、提高动物源性食品的品质等功效,因而寡糖已成为饲用抗生素添加剂的主要替代产品之一。
低聚木糖(Xylooligosaccharides,XOS)又称为木寡糖,是一种由2~7个木糖分子通过糖苷键结合而成的功能性聚合糖,能选择性增殖动物机体结肠双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌,促进有益菌定植增殖,抑制肠道有害菌粘附。同时,可增加短链脂肪酸的生成量,降低动物肠道pH值,促进钙的吸收,提高动物的生产性能,降低饲用抗生素的添加量。低聚木糖已成为极具发展潜力的绿色饲料添加剂。
现有低聚木糖产品主要是以富含β型木聚糖的高等植物废弃物如玉米芯、甘蔗渣、稻草、秸秆等通过生物酶如内切型β木聚糖酶、半纤维素酶等降解方法制备生产的,因此其分子形态为β型低聚木糖。尚未在自然界中发现α型低聚木糖。
目前,尚未有α型低聚木糖被用于畜禽养殖中。所以提供一种安全、有效,既能提高畜禽产品质量和品质,又能拓展低聚木糖应用价值的方法,对于本领域技术人员而言,具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种α型低聚木糖及其制备方法与应用,本发明提供的制备方法,过程简单、能耗少、成本低、环保无污染,并且制备得到的α型低聚木糖能促进动物肠道益生菌增殖生长,保障肠道健康发育,增加机体免疫力,提高动物生产性能。
本发明所提供的α型低聚木糖的制备方法,包括如下步骤:
以水为促进剂和以浓盐酸为催化剂的条件下,木糖经反应即得所述α型低聚木糖。
上述的制备方法中,所述浓盐酸的摩尔浓度可为11~13mol/L,具体可为12mol/L。
上述的制备方法中,所述木糖的添加量可为:1~10kg/L水,具体可为5kg/L水;
所述浓盐酸的添加量可为:48~480mL/L水,具体可为240mL/L水。
上述的制备方法中,所述反应的温度可为50~70℃,具体可为60℃,所述反应的时间可为48~72小时,具体可为55~65小时、55小时或65小时。
上述的制备方法中,所述方法还包括如下步骤:所述反应结束后,向所述反应后的体系中加入水进行稀释,然后加入氢氧化钠水溶液调节所述体系的pH值至中性,经真空浓缩和冷却结晶即可。
上述的制备方法中,所述稀释步骤中所加入的水的量为:5~100L/kg木糖,具体可为5L/kg木糖或100L/kg木糖;
所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.1~1mol/L,具体可为0.1mol/L或1mol/L。
本发明进一步提供了上述方法制备的α型低聚木糖。
本发明提供的α型低聚木糖中含有木糖、α-木二糖、α-木三糖、α-木四糖及更高聚合度的α型木寡糖,其中α-木二糖的质量百分含量不低于42%,如42.67%或42.99%。
本发明提供的α型低聚木糖可在畜禽养殖中作为饲料添加剂使用,如用于饲喂养殖动物或宠物,养殖动物如鸡、猪、牛、羊、水产动物等。
本发明α型低聚木糖作为饲料添加剂用于饲喂母猪、仔猪或肉鸡时,可按照下述添加量进行饲喂:所述α型低聚木糖在母猪料中的添加量为100g/吨,所述α型低聚木糖在仔猪料中的添加量为60g/吨,所述α型低聚木糖在肉鸡料中的添加量为60g/吨。
本发明提供的制备方法,首次选择木糖为原料,以无机酸为催化剂,通过化学合成方法大量制备具有益生元功能的α型低聚木糖。相对现有的β型木聚糖制备生产技术而言,本发明的制备方法操作过程简单,产物收率高,制备生产成本低,且生产过程中无“三废”排放,为一种绿色环保、高效的低聚木糖制备生产技术。
本发明提供的α型低聚木糖,既为饲料添加剂领域增添了新的品种,也为饲料生产者和养殖者选择更加优良、更符合饲料工业和养殖业需要的饲料添加剂提供了前提保证。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的α型低聚木糖的液相色谱图。
图2为β-木二糖的液相色谱图。
图3为D-木糖的液相色谱图。
图4为本发明实施例1制备的α-木二糖的13C-NMR谱图。
图5为本发明实施例1制备的α-木二糖的1H-NMR谱图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1、制备α型低聚木糖
取D-(+)-木糖5.0g,加入1ml水,60℃加热溶解,加入240μl浓HCl(摩尔浓度为12M),60℃磁力搅拌65h。反应结束后加入500ml水,搅拌均匀后,用0.1MNaOH中和至中性,通过旋转蒸发仪对反应混合物进行浓缩,加热温度为60℃,抽真空至0.09MPa以下,冷却循环泵制冷-10℃,浓缩至50ml后,自然冷却结晶得到α型低聚木糖。
本实施例制备的α型低聚木糖通过高效液相色谱进行检测,色谱条件如下:色谱系统:Waters2695高效液相色谱;检测器:Waters2414示差折光检测器;色谱柱:Sugar-D(4.6I.D×250mm);流动相:乙腈:水(4:1,v/v);检测温度:30.0℃;进样量:20μl;流速:1.0ml/min;检测时间:20min。
本实施例制备的α型低聚木糖液相色谱图如图1所示,β-木二糖的液相色谱图如图2所示,D-木糖的液相色谱图如图3所示。对比图1、图2和图3可以看出,本实施例制备的α型低聚木糖的二糖组分峰(保留时间为9.153分钟)与β-木二糖(保留时间为9.531分钟)并不相同。
由于目前尚无市售的α-木二糖标准品,因而将二糖组分峰(保留时间为9.153分钟)收集进行核磁分析,13C-NMR谱图如图4所示,1H-NMR谱图如图5所示,13C-NMR谱图显示该化合物具有10个C原子,为木二糖结构;1H-NMR谱图显示该化合物的H原子位移大于5.0,二糖结合形式为α型结构;结合核磁结构解析,本实施例制备的二糖组分明确为α-木二糖。
本实施例制备的α型低聚木糖中α-木二糖含量为42.99%,木糖含量为57.01%(HPLC面积归一法计算)。
实施例2、制备α型低聚木糖
取D-(+)-木糖100.0kg,加入20L水,60℃加热溶解,加入4.8L浓HCl(摩尔浓度为12M),60℃磁力搅拌55h,反应结束后加入500L水,搅拌均匀,用1MNaOH中和至中性,通过旋转蒸发仪对反应混合物进行浓缩,加热温度为60℃,抽真空至0.09MPa以下,冷却循环泵制冷-10℃,浓缩至50ml后,自然冷却结晶得α型低聚木糖。
经高效液相色谱测定,本实施例制备的α型低聚木糖中,α-木二糖的含量为42.67%,木糖的含量为57.33%(HPLC面积归一法计算)。
实施例3、实施例1制备的α型低聚木糖作为妊娠母猪料饲料添加剂
试验采用单因子试验完全随机设计,选择健康、体况相近已确认妊娠55天左右的“长白×大约克”2胎次母猪80头,根据配种时间、体况及预产期等基本相近原则,随机分为4个处理,每个处理2个重复,每个重复10头猪。
处理一:基础日粮组(对照组)
处理二:基础日粮+70gα型低聚木糖/吨
处理三:基础日粮+100gα型低聚木糖/吨
处理四:基础日粮+250gα型低聚木糖/吨
开始饲喂各试验粮,妊娠母猪单体限位栏饲养,专人管理,每日分2次饲喂(早7:00和晚17:00)自由饮水,按照猪场计划进行免疫和常规管理,每天观察并记录试验母猪的食欲、饮水个体行为等情况。
预饲期7天,正试期35天。
母猪日粮参照猪饲养标准(NY/T65-2004)妊娠母猪营养需要标准配制玉米-豆粕型基础饲粮。基础日粮配比及营养成分含量见表1。
表1妊娠母猪基础日粮配比及营养指标
*预混料为每千克日粮含维生素A8500IU、维生素D3000IU、维生素E30IU、铜20mg、铁100mg、锰50g、锌80mg、碘0.2mg、硒0.3mg。
饲喂效果如表2和表3所示。
表2不同添加水平α型低聚木糖对妊娠母猪粪便指标的影响
注:同行数据肩注有不同小写字母者表示差异显著(P<0.05),不同大写字母者表示差异极显著(P<0.01)。下表同。
母猪发生便秘常呈现拉便时间长,粪便干硬,部分表面附有粘液、发亮呈算盘珠状等特征。表2中的数据显示,日粮中添加α型低聚木糖可增加粪便湿润度,缩短母猪排便时间,使粪堆高度降低。与对照组相比,添加250gα型低聚木糖组降低母猪排便时间差异极显著(P<0.01),添加70gα型低聚木糖组和添加100gα型低聚木糖组降低母猪排便时间差异显著(P<0.05)。不同水平添加α型低聚木糖均可提高妊娠母猪粪便中水分含量,且差异显著(P<0.05)。
表3不同添加水平α型低聚木糖对妊娠母猪便秘情况的影响
表3中数据表明,日粮中添加α型低聚木糖可显著降低妊娠母猪便秘,与对照组相比,添加70gα型低聚木糖组、添加100gα型低聚木糖组和250gα型低聚木糖组分别降低妊娠母猪便秘率50%、75%和75%。
由上述试验可知,日粮中添加适宜的本发明α型低聚木糖可提高妊娠母猪粪便湿润度,缩短母猪排便时间,降低便秘率。建议α型低聚木糖在妊娠母猪日粮中添加量为100g/吨。
实施例4、实施例2制备的α型低聚木糖作为断奶仔猪料饲料添加剂进
试验选用杜×长×大猪,平均体重在10.0±0.5kg左右的断奶仔猪120头,随机分为4个处理,每个处理3个重复,每个重复10头猪(5♂、5♀)。于试验开始前一天晚上停止喂料,空腹12小时后于次日晨进行个体称重,记录。对选择的试验猪按1~120的顺序编号,并打上耳号,按要求进行记录。观察猪的生长及健康情况,必要时调整或淘汰。
处理一:基础日粮组(对照组)
处理二:基础日粮+30gα型低聚木糖/吨
处理三:基础日粮+60gα型低聚木糖/吨
处理四:基础日粮+90gα型低聚木糖/吨
试验开始后,要按设计求分组定料。为提高试验猪试验饲料的适口性,可以从预饲期最后1~2天开始逐步改变,喂各自试验组的饲粮,缓慢过度。
预饲期7天,正试期35天。
仔猪日粮参照中华人民共和国农业行业标准猪饲养标准(2004)瘦肉型断奶仔猪营养需要配制,基础日粮配比及营养成分含量见表4。
表4基础日粮配比及营养指标
*预混料为每千克日粮至少提供:维生素A1800IU、维生素D200IU、维生素E11mg、维生素K0.5mg、硫胺素1mg、核黄素3.5mg、泛酸10mg、烟酸15mg、吡哆醇0.15mg、生物素0.05mg、叶酸0.3mg、维生素B120.0175mg、胆碱0.5mg、铜6mg、铁105mg、锰4mg、锌110mg、碘0.14mg、硒0.3mg。
饲喂效果如表5和表6中所示。
表5添加α型低聚木糖对断奶仔猪生长性能的影响
注:同行数据肩注有不同小写字母者表示差异显著(P<0.05),不同大写字母者表示差异极显著(P<0.01)。下表同。
由表5中的数据可知,与对照组相比,添加30gα型低聚木糖组显著提高断奶仔猪平均日增重(P<0.05)及有提高仔猪平均日采食的趋势(P>0.05),60gα型低聚木糖组和90gα型低聚木糖组极显著提高断奶仔猪平均日增重和平均日采食量(P<0.01)。添加60gα型低聚木糖组极显著降低仔猪料重比(P<0.01),其他处理组均有降低料重比的趋势(P>0.05)。
表6添加α型低聚木糖对断奶仔猪腹泻的影响
由表6中的数据可知,与对照组相比,添加30gα型低聚木糖组和添加60gα型低聚木糖组可显著降低仔猪腹泻频率(P<0.05),添加90gα型低聚木糖组有降低仔猪腹泻频率的趋势但差异不显著(P>0.05)。而添加90gα型低聚木糖组与30gα型低聚木糖组、60gα型低聚木糖组相比,仔猪腹泻频率升高且差异显著(P<0.05)。由此可见,仔猪日粮中添加90gα型低聚木糖可能过量,从而可导致仔猪腹泻。
由上述试验可知,日粮中添加适宜的α型低聚木糖可提高断奶仔猪生产性能,降低仔猪腹泻频率。综合考虑经济效益等因素,建议α型低聚木糖在断奶仔猪日粮中添加量为60g/吨。
实施例5、实施例1制备的α型低聚木糖作为肉鸡料饲料添加剂
本实施例选择1日龄健康Ross308鸡共180只,分5组(每组6个重复,每个重复6只,公母各半)以重复为单位采用4层笼养,持续光照。正式试验期间舍内温度控制在22~24℃。试验日粮以干粉料形式饲喂,前期随时补料,后期日喂料3次,自由采食和饮水,按笼记录每日采食量。每天定时打扫鸡舍卫生,定期免疫。注意适时通风,适时观察鸡群,及时发现病鸡予以治疗和记录,严重不愈者淘汰,记录淘汰鸡的鸡号和体重,并扣除耗料量。试验期42天。试验处理如下:
处理1:基础日粮组(对照组)
处理2:基础日粮+30gα型低聚木糖/吨
处理3:基础日粮+60gα型低聚木糖/吨
处理4:基础日粮+90gα型低聚木糖/吨
处理5:基础日粮+120gα型低聚木糖/吨
肉鸡基础日粮以玉米淀粉和豆粕为主要原料,参照NRC(1994)和中华人民共和国农业行业标准肉鸡饲养标准(NY/T332004)肉用仔鸡营养需要配制,配方及营养成分见表7。
表7基础日粮配比及营养指标
*预混料为每千克配合日粮提供:铁50mg、铜8mg、锌60mg、锰60mg、碘0.5mg、硒0.3mg、维生素A6000IU、维生素D32500IU、维生素E10mg、维生素K31.5mg、维生素B10.5mg、维生素B10.5mg、维生素B25mg、维生素B62mg、维生素B120.5mg、生物素0.03mg、叶酸0.5mg、烟酰胺40mg、D-泛酸10mg。
饲喂效果如表8和表9中所示。
表8α型低聚木糖对肉鸡生产性能的影响
注:同行数据肩注有不同小写字母者表示差异显著(P<0.05),不同大写字母者表示差异极显著(P<0.01)。下表同。
日粮中添加α型低聚木糖可提高肉鸡的平均日增重,降低料重比。表8中数据显示,与对照组相比,添加60g、90g和120gα型低聚木糖组显著提高平均日增重(P<0.05)、降低肉鸡料重比(P<0.05)。
表9α型低聚木糖对42日龄肉鸡肠道菌群的影响
由表9中数据可以看出,添加120gα型低聚木糖组与对照组相比提高肉鸡空肠中乳酸杆菌含量差异显著(P<0.05)。
由上述试验可知,日粮中添加α型低聚木糖,可提高肉鸡生产性能,促进肠道乳酸杆菌含量和肠道发育。综合考虑,建议α型低聚木糖在肉鸡日粮中添加量为60g/吨。

Claims (10)

1.一种α型低聚木糖的制备方法,包括如下步骤:
以水为促进剂和以浓盐酸为催化剂的条件下,木糖经反应即得所述α型低聚木糖。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述浓盐酸的摩尔浓度为11~13mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:所述木糖的添加量为:1~10kg/L水;
所述浓盐酸的添加量为:48~480mL/L水。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述反应的温度为50~70℃,所述反应的时间为48~72小时。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述方法还包括如下步骤:所述反应结束后,向所述反应后的体系中加入水进行稀释,然后加入氢氧化钠水溶液调节所述体系的pH值至中性,经真空浓缩和冷却结晶即可。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:所述稀释步骤中所加入的水的量为:5~100L/kg木糖;
所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.1~1mol/L。
7.权利要求1-6中任一项所述方法制备的α型低聚木糖。
8.根据权利要求7所述的α型低聚木糖,其特征在于:所述α型低聚木糖中,α-木二糖的质量百分含量不低于42%。
9.权利要求7或8所述α型低聚木糖在畜禽养殖中作为饲料添加剂的应用。
10.一种饲料添加剂,其活性成分为权利要求7或8所述α型低聚木糖。
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