CN105851554A - 提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂及其制备方法、应用 - Google Patents
提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂及其制备方法、应用 Download PDFInfo
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Abstract
提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂及其制备方法、应用，涉及奶牛的饲喂技术领域，在常温、常压条件下，将棕榈酸和硬脂酸混合置于容器内，在加热条件下，搅拌使棕榈酸和硬脂酸融化成透明液体时倒入蛋氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸，搅拌后将容器移至室温冷却，直至形成细腻颗粒。本发明工艺简单、合理，制成的产品稳定性好，便于保藏，方便使用，可提高泌乳奶牛的泌乳性能、乳品质及奶牛的免疫性能。
Description
技术领域
本发明涉及奶牛的饲喂技术，也涉及控制牛奶蛋白含量的提高技术领域。
背景技术
牛奶蛋白按其来源可分为两类：一类是在乳腺中合成的特有蛋白质，包括酪蛋白、β-乳球蛋白、α-乳清蛋白；另一类是来自血液中的蛋白质，主要有免疫球蛋白和血清清蛋白。90%以上的乳蛋白是由乳腺上皮细胞合成，酪蛋白即是由乳腺合成，同时也是牛奶蛋白的主要蛋白成分，约占牛奶蛋白中的76%～86%。牛奶蛋白能够提供人体所需的多种氨基酸，是目前人类主要的蛋白质营养源之一（Jachik，2004）。而且牛奶蛋白是构成牛奶营养品质的主要物质基础，既涉及乳品质量与安全，又涉及奶业的核心竞争力。中国奶业统计资料（2010）列出了不同国家生鲜乳标准中乳蛋白的含量，发达国家如新西兰为3.7%、荷兰为3.5%，而我国原料乳蛋白的含量相对较低为2.8%，是制约我国优质乳生产的主要难题之一（王加启，2012）。因此，提高乳蛋白含量是我国当前发展优质乳，提升奶业核心竞争力的迫切需求之一。
乳腺合成乳蛋白的前体物为氨基酸，依据理想氨基酸的理论，作为乳蛋白合成的前体物，必需氨基酸的供应量和氨基酸组成的平衡性对乳蛋白和合成都具有重要的意义（Cho等，2007；张兴夫等，2013）。如，在培养液中添加限制性氨基酸可使奶牛乳腺上皮细胞酪蛋白基因的表达量有不同程度的提高。研究另外表明，部分功能性氨基酸除作为乳蛋白合成的底物外，还通过遗传或代谢等通径参与乳蛋白合成的调控。就精氨酸而言，作为一种条件性必需氨基酸和功能性氨基酸，不仅参与动物体蛋白质的合成与沉积，还通过多种酶及其代谢物广泛地参与机体代谢，在动物体内发挥着重要代谢调控效应（Johnson, 1988；Moncada和Higgs, 1993；Morris, 2006）。如，精氨酸对上皮细胞的增殖及蛋白质合成有一定的促进作用。培养液中添加0.3 mmol/L的精氨酸有利于小肠上皮细胞的增殖及蛋白质转化，并可缓解其因内毒素诱发的凋亡（Bie等，2010）；培养液中添加556.00 mg/L的精氨酸可促进奶牛乳腺上皮细胞的增殖，并可通过mTOR通径调控机制促进酪蛋白基因的表达（Wang等，2015），进而促进酪蛋白的合成（Chen等，2013）。而给予Wistar大鼠2倍精氨酸日粮的饲养试验发现，促进了乳腺腺泡发育和提高了乳腺酪蛋白的合成（胡良宇等，2015）。奶牛上的试验也发现，真胃灌注精氨酸组相对于对照组（无精氨酸）能够提高乳蛋白的产量（Doepel和Lapierre，2011）。
发明内容
本发明的目的是提供一种可提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂。
本发明包被制剂由芯材和包被剂组成，其特点是：以蛋氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸的混合物为芯材，以棕榈酸和硬脂酸的混合脂肪酸为包被剂。
在对乳腺氨基酸供应模式进行研究后，在掌握了进入乳腺理想的氨基酸模式的基础上，结合精氨酸对于乳腺分泌乳蛋白的功能研究，本发明提出了该精氨酸复合氨基酸制剂，该制剂能够提供给奶牛乳腺合成酪蛋白所需要的理想氨基酸组成模式，同时添加适量促进乳腺腺泡发育和分泌功能的精氨酸，在泌乳奶牛中添加使用能够促进奶牛的泌乳效率和提高乳蛋白的含量。
本发明的有益效果如下：该复合精氨酸包被制剂可通过提供乳腺分泌乳蛋白所需的理想的氨基酸组成以促进氨基酸的利用效率和乳蛋白的分泌；同时添加了适量的具有促进乳腺腺泡发育、泌乳功能和促进机体免疫性能的精氨酸，从而起到促进泌乳奶牛乳腺发育、乳蛋白分泌的作用。另外，本发明采用棕榈酸和硬脂酸混合脂肪酸进行包被氨基酸复合制剂，通过奶牛瘤胃和在小肠降解的效率高，可使到达乳腺乳腺的氨基酸基本达到乳蛋白的理想模式，以供奶牛泌乳使用，从而提高泌乳奶牛的泌乳性能、乳品质，及其免疫性能。
进一步地，本发明在所述芯材中蛋氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸的混合质量比为8.92∶3.04∶8.20∶13.80∶6.04。设计出发点：1）前期的体外试验表明，在氨基酸比例设定为酪蛋白模式的条件下，精氨酸给予2倍量时酪蛋白的合成量达到最大值。为此，获得酪蛋白合成最大量所需的氨基酸比例。2）常规饲养情况下，进入奶牛乳腺氨基酸的基础量，为达到上述达到酪蛋白合成最大量所需补充的各氨基酸量，进而获得此比例。
使用该蛋氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸的混合质量比形成复合氨基酸产品，牛奶乳蛋白含量和日产量都有显著提高，相对对照组分别提高4.82%和11.84%。
所述混合脂肪酸中棕榈酸和硬脂酸的混合质量比为1∶1。棕榈酸和硬脂酸具有在奶牛瘤胃中不易被降解而小肠中容易被消化吸收的特点，而选其为过瘤胃氨基酸包被材料。
另外，本发明还提出了以上提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂的制备方法：
在常温、常压条件下，将棕榈酸和硬脂酸混合置于容器内，在加热条件下，搅拌使棕榈酸和硬脂酸融化成透明液体时倒入蛋氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸，继续搅拌5 min，然后将容器移至室温冷却，冷却过程中不断搅拌，直至形成细腻颗粒。
本发明工艺简单、合理，制成的产品稳定性好，便于保藏，方便使用，可提高泌乳奶牛的泌乳性能、乳品质及奶牛的免疫性能。
本工艺特点：
1、芯材的生物学性能和功能不受影响；
2、包被材料能够过瘤胃保护和在小肠被降解利用；
3、包被率高，并能够形成细小颗粒产品，以便生产中添加使用。
投料时，所述棕榈酸和硬脂酸的混合质量比为1∶1。该比例包被的产品，包被率可达40%以上，其中40%包被率产品其瘤胃保护率为71.46%，小肠的消化率为89.10%。
所述棕榈酸和硬脂酸融化的温度条件为70℃～80℃。棕榈酸和硬脂酸在等质量比的条件下，其熔点在70～80℃之间，所以70℃～80℃的加热温度使两者融化，对所包被的氨基酸性质没有实质性的影响，同时在常温下为固体可制作包被产品。
本发明的再一目的是提出以上提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂的应用，即对泌乳的奶牛进行饲喂的方法。
一种是传统饲喂方式：即精、粗料分开饲喂方式，每天于奶牛混合精料中添加本发明复合精氨酸包被制剂进行饲喂。
在传统饲喂中采用本发明复合精氨酸包被制剂进行饲喂后，奶牛的产奶量、乳蛋白含量、乳蛋白产量都显著高于对照组（P<0.05），分别提高了7.25%、4.82%、11.84%；同时，但血清的白蛋白、球蛋白和白球比都显著高于对照组（P<0.05）。表明添加本制剂的试验组奶牛泌乳性能和乳蛋白产量有所提高，同时奶牛的免疫性能也有所提高。
另一种是全混合日粮饲喂方式：将本发明复合精氨酸包被制剂与混合精料混匀后再与奶牛其它日粮混合均匀进行饲喂。
对于相同生理阶段和相近生产性能的奶牛，在全混合日粮饲喂中采用本发明复合精氨酸包被制剂进行饲喂后，也能取得相近的饲养效果。
附图说明
图1为复合氨基酸制剂的照片。
具体实施方式
一、备料：
分别称取蛋氨酸8.92 kg、异亮氨酸3.04 kg、苯丙氨酸8.20 kg、赖氨酸13.80 kg、精氨酸6.04 kg、棕榈酸30kg、硬脂酸30kg。
二、复合精氨酸包被制剂生产工艺：
在常温、常压条件下，将棕榈酸和硬脂酸混合置于容器内，在容器外加温，使容器中混合体的温度达到70℃～80℃，搅拌使棕榈酸和硬脂酸融化成透明液体时倒入蛋氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸，继续搅拌5min，然后将容器移至室温冷却，冷却过程中不断搅拌，直至形成细腻颗粒，即复合精氨酸包被制剂。
三、产品特点：
1、测定包被率：
将产品溶于水溶液0.5小时，离心获得上清液作为产品中未被包被的游离氨基酸的样品液；将产品置于用85℃水浴处理0.5小时，离心获得上清液作为产品中总的氨基酸量。用产品的（1-游离的氨基酸量）和其总氨基酸量比获得包被率。采用茚三酮法，通过测定570nm处的光密度，测定样液中氨基酸的含量，取得产品包被率：40%。
2、测定瘤胃保护率：
采用尼龙袋法测定。具体为，在某牧场选择3头瘘管奶牛，将装有5.0 g左右复合精氨酸包被制剂的尼龙袋分批次放入奶牛瘤胃瘘管，并分别在1.5、3、6、12、18、24 h取出测定尼龙袋中氨基酸的含量，计算出精氨酸复合制剂在瘤胃的保护率，取得：瘤胃保护率71.46%。
3、测定小肠消化率：
采用人工小肠液2级消化法测定。具体为，使用瘤胃消化后的样品（先将包被产品称放入尼龙袋在瘤胃液消化16 h后取出，于55℃烘干至恒重后再取样用于小肠液测定）经过两步：即胃蛋白酶溶液pH=2和小肠混合溶液pH=7.8的消化。具体为：胃蛋白酶消化，准确称取1g左右上述的瘤胃非降解产物（16 h人工瘤胃）于50 mL的离心管中，加入20 mL胃蛋白酶溶液（pH=2)，于38℃振荡培养1 h；小肠液消化，用1 mL 1.0 mol/L NaOH溶液中和上述胃蛋白酶培养后的混合物，再加入27 mL小肠混合溶液（pH=7.8），38℃振荡培养24 h。之后取10 mL检测消化液中游离氨基酸的含量，计算出产品中氨基酸经过2级消化后的释放率。小肠消化率89.10%。
四、应用：
1、传统饲喂方式：即精、粗料分开饲喂方式，每天于奶牛混合精料中添加本发明复合精氨酸包被制剂。
2、全混合日粮饲喂方式：将本发明复合精氨酸包被制剂与混合精料混匀后再与奶牛其它日粮混合均匀。
本发明采用奶牛阴外动脉采血分析到达乳腺的氨基酸组成，对照乳蛋白氨基酸模式进行补充添加为乳蛋白的氨基酸模式；同时，添加适量的功能性氨基酸精氨酸以促进乳腺的发育和乳蛋白的分泌。在此基础上利用棕榈酸和硬脂酸混合脂肪酸进行包被，以使得复合氨基酸能够通过瘤胃并在小肠段释放以供奶牛利用，最终达到促进泌乳奶牛的泌乳性能和乳蛋白的分泌，并提高奶牛机体的免疫性能。
实施例1：奶牛乳动脉酪蛋白模式补充氨基酸比例的确定：
在某牧场选取6头体重、胎次（4胎）、泌乳期（80±2 d）、产奶量（21.01±1.0 kg）、体况等基本一致的荷斯坦奶牛。基础日粮参照NRC（2001）奶牛饲养标准配制，见表1。每天09：00和15：00喂料，07：00、15：00和23：00挤奶，其余时间自由饮水。
奶牛阴外动脉采血10 mL，分离血清后采用酸前处理，取上清采用日立氨基酸自动测定仪测定其氨基酸组成。结果见表2，并通过牛奶酪蛋白模式计算乳腺达到酪蛋白模式各种必需氨基酸的补充量。由表2可见，Met、Ile、Phe、Lys、Arg2×等氨基酸需要补充。
表1 基础日粮的组成及营养水平（干物质基础）
上表中，预混料为每千克饲料提供：无水硫酸铜CuSO4 25 mg，一水合硫酸亚铁FeSO4·H2O 75 mg，一水合硫酸锌ZnSO4·H2O 105 mg，Co 0.0024 mg，亚硒酸钠Na2SeO3 0.016 mg，VA 12000 IU，VD3 10000 IU，VE 25 mg，烟酸Nicotinic acid 36 mg，胆碱 Choline 1000mg。
上表中，养分为日粮的泌乳净能是依据各原料的泌乳净能和其配方比例的计算值；其他营养指标为实测值。
表2 奶牛阴外动脉必需氨基酸含量及其乳腺达到酪蛋白模式的相差量
实施例2：灌注混合氨基酸液提高牛奶蛋白含量：
在掌握了到达乳腺酪蛋白模式需要补充的氨基酸及其量的基础上，在某牧场选取上述6头体重、胎次（4胎）、泌乳期（80±2 d）、产奶量（21.01±1.0 kg）、体况等基本一致的奶牛，进行酪蛋白模式混合氨基酸、2×精氨酸混合氨基酸的灌注，灌注期7天，每天灌注4 L，连续灌注8小时。混合氨基酸灌注液组成见表3。
乳蛋白及酪蛋白含量测定结果见表4。表4表明2×精氨酸灌注组的乳蛋白、乳脂肪含量显著高于对照组（P<0.05）；牛奶产量和乳蛋白产量都显著高于酪蛋白模式灌注组（P<0.05）。其中牛奶中酪蛋白含量以及酪蛋白日产量皆以2×精氨酸灌注组为高（P<0.05）。
表3 复合氨基酸灌注液组成
表4 精氨酸复合氨基酸灌注对泌乳性能和乳品质的影响
实施例3：复合精氨酸包被制剂产品的制备：
利用瘤胃中不易降解而小肠中容易消化吸收的棕榈酸和硬脂酸为包被材料包被复合氨基酸，分别使得复合氨基酸的包被率达到30%、35%、40%、45%。其中混合氨基酸的组成见表5。
表5 复合精氨酸包被制剂比例%
包被过程简述如下：在常温时，放入水浴锅中慢慢升到80℃，待到棕榈酸和硬脂酸融化成透明液体时倒入复合氨基酸，不停地搅拌5 min，拿出水浴锅室温冷却，冷却过程中不断搅拌，形成细腻颗粒，如图1所示。
实施例4：复合精氨酸包被制剂产品的瘤胃保护率和小肠消化率：
在某牧场选择3头瘘管奶牛，采用尼龙袋法测定瘤胃释放率。将装有5 g左右复合精氨酸包被制剂的尼龙袋分批次放入奶牛瘤胃瘘管，并分别在1.5、3、6、12、18、24 h取出测定精氨酸复合制剂在瘤胃的释放率。结果见表6，表明以40%包被的产品较低的瘤胃释放率，即较高的瘤胃保护率71.46%。
表6 尼龙袋法测定奶牛瘤胃保护率/%
采用人工小肠液2级消化法测定，使用瘤胃消化后的样品（先将包被产品称放入尼龙袋在瘤胃液消化16 h后取出，于55℃烘干至恒重后再取样用于小肠液测定）经过两步：胃蛋白酶溶液pH=2、小肠混合溶液pH=7.8消化。胃蛋白酶消化：准确称取1 g左右上述的瘤胃非降解产物（16 h人工瘤胃）于50 mL的离心管中，加入20 mL胃蛋白酶溶液（pH=2)，于38℃振荡培养1 h。小肠液消化：用1 mL 1.0 mol/L NaOH溶液中和上述胃蛋白酶培养后的混合物，再加入27 mL小肠混合溶液（pH=7.8），38℃振荡培养24 h。之后取10 mL检测消化液中游离氨基酸的含量，推算出产品中氨基酸经过2级消化后的释放率。
测定结果见表7。包被率的不同其消化率有所不同，其中40%组的消化率较高，与最高组没有显著的差异（P>0.05），结合该组的瘤胃释放率较低，表明该组在瘤胃有较好的保护和在小肠有较好的释放，以供奶牛利用。
表7 人工小肠液2级消化法测定小肠消化率%
实施例5：采用本发明复合精氨酸包被制剂对奶牛生产性能的影响：
本例为日粮中的羊草单独喂给，其他饲料为全混合形式供给（羊草先饲、混合料后饲）的饲喂方式。
对于相同生理阶段和相近生产性能的奶牛采取同样饲养水平的情况下，传统饲喂方式还是全混合日粮饲喂方式可取得相近的饲养效果。
在某牧场选择实验农牧场选取3胎，泌乳80天左右的奶牛24头，分2组每组12头。由奶牛场统一供给高峰奶牛料，其中一组12头不添加复合制剂为对照组，另一组的12头奶牛添加（干物质供给量的1%）本发明制剂为试验组，试验期包括预试2周和试验期1个月。记录牛奶产量、采食量，并采集奶样、饲料样、粪样、血样，以进行乳品质、消化率、血液等指标的测定。
试验结果见表8。表8表明，试验组的采食量、粗蛋白质和酸性洗涤纤维的消化率与对照组没有显著差异，但干物质、粗蛋白质、中性洗涤纤维的消化率都显著高于等对照组（P<0.05）；产奶量、乳蛋白含量、乳蛋白产量都显著高于对照组（P<0.05）；血糖和血清胆固醇与对照组没有明显的差异，但血清的白蛋白、球蛋白和白球比都显著高于对照组（P<0.05）。表明了添加本制剂的试验组奶牛泌乳性能和乳蛋白产量有所提高，同时奶牛的免疫性能也有所提高。
表8 复合精氨酸包被制剂产品对奶牛生产性能的影响
氨基酸是牛奶蛋白合成的前体物，提供给乳腺理想的氨基酸模式将提高氨基酸的利用和泌乳效率；精氨酸可以促进乳腺的发育和乳蛋白的分泌以提高奶牛泌乳性能和乳品质，并可提高奶牛机体的免疫性能。本发明采用奶牛阴外动脉采血分析到达乳腺的氨基酸组成，参照乳蛋白氨基酸模式进行补充添加为乳蛋白的理想氨基酸模式；同时，添加适量的功能性氨基酸精氨酸以促进乳腺的发育和乳蛋白的分泌。在此基础上，利用棕榈酸和硬脂酸混合脂肪酸进行包被，以使得复合氨基酸能够通过瘤胃并在小肠段释放以供奶牛利用，最终达到促进泌乳奶牛的泌乳性能和乳蛋白的分泌，并在一定程度上提高奶牛机体的免疫性能。
鉴于该产品利用奶牛营养生理原理来提高奶牛泌乳性能和乳品质，同时也是一种可以提高氨基酸利用效率节约饲料粗蛋白质或减少氨基酸添加量的添加剂，可解决奶牛生产中提高生产性能和降低成本的实际问题，同时也不存在抗生素、药物等添加剂利用的环境问题。
Claims (8)
1.提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂，由芯材和包被剂组成，其特征在于：以蛋氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸的混合物为芯材，以棕榈酸和硬脂酸的混合脂肪酸为包被剂。
2.根据权利要求1所述提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂，其特征在于：在所述芯材中蛋氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸的混合质量比为8.92∶3.04∶8.20∶13.80∶6.04。
3.根据权利要求1或2所述提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂，其特征在于：所述混合脂肪酸中棕榈酸和硬脂酸的混合质量比为1∶1。
4.如权利要求1所述提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂的制备方法，其特征在于：在常温、常压条件下，将棕榈酸和硬脂酸混合置于容器内，在加热条件下，搅拌使棕榈酸和硬脂酸融化成透明液体时倒入蛋氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸，继续搅拌5min，然后将容器移至室温冷却，冷却过程中不断搅拌，直至形成细腻颗粒。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述棕榈酸和硬脂酸的混合质量比为1∶1。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述棕榈酸和硬脂酸融化的温度条件为70℃～80℃。
7.如权利要求1所述提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂的应用，其特征在于：在传统饲喂方式中，以精、粗料分开饲喂方式，每天于奶牛混合精料中添加所述复合精氨酸包被制剂。
8.如权利要求1所述提高奶牛乳蛋白含量的复合精氨酸包被制剂的应用，其特征在于：在全混合日粮饲喂时，将所述复合精氨酸包被制剂与混合精料混匀后再与奶牛其它日粮混合均匀。
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