CN105876165A - 一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法及用途，以饲料级L‑赖氨酸硫酸盐和饲料级硫酸锌作为反应原料，用水体系合成法在适宜条件下发生螯合反应制备中等螯合强度赖氨酸锌新型饲料添加剂。本发明还提供了所述方法制备的中等螯合强度赖氨酸锌用作鸡新型锌源饲料添加剂的用途；与硫酸锌和常规有机锌添加剂相比，本发明的产品螯合强度适中，具有更高的生物学效价，可以更有效地防治鸡等畜禽锌缺乏，减少锌排放造成的环境污染。本发明方法的反应原料廉价易得，并采用当前有机微量元素主流合成工艺水体系合成法，具有反应得率高、产品螯合强度重现性好、操作简单、成本较低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机锌饲料添加剂的制备方法，具体地说，是一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法及用途。
背景技术
锌是动物的必须微量元素之一，在体内具有广泛的生物学功能，因而被称为“生命元素”(于昱，2008；梁建光，2006)。畜禽饲粮中锌含量较低(苏琪等，1994)，且存在许多限制锌吸收利用的因素，因此，生产中通常需要额外添加锌(Huang等，2007)，以预防畜禽锌缺乏。目前，我国畜禽饲粮中最常应用的锌添加形式为无机锌(如硫酸锌或氧化锌等)，但无机锌源易破坏饲料中的维生素及其他活性营养物质，且在胃内低pH值时可溶解，并在进入pH值接近中性的小肠中易形成不溶的氢氧化物，因而吸收利用率低，添加量过大则易造成浪费及环境污染(于昱，2008)。因此，近年来研制开发的新一代结构稳定和电中性、与体内存在形态趋近的有机锌，已引起人们的广泛关注(沈素芳,2010)。
对有机锌源相对生物学利用率的研究，各个试验报道间差别很大(黄艳玲，2007)。本发明人在总结前人研究的基础上，采集国内外有代表性的7种有机锌源，分析其化学特性，并应用多种试验研究手段，在不同形态锌对肉仔鸡的生物学利用率上做了大量工作，取得了一系列研究成果。如用6日龄胰脏MT mRNA表达水平来评价不同螯合强度的有机锌源对肉仔鸡的相对生物学利用率结果表明，以无机硫酸锌为100％，则中等螯合强度有机锌的相对生物学利用率最高(121％)，弱螯合强度有机锌与无机硫酸锌的接近(100％)，而偏极强螯合强度有机锌最差(72.3％)(黄艳玲,2007；Huang等,2009)。用原位结扎灌注肠段法研究锌的吸收动力学模式时发现，锌在鸡十二指肠和空肠的吸收是一个饱和且有载体参与调节的过程，而在回肠中则是非饱和扩散过程；有机锌的吸收率高于无机锌，且与其螯合强度有密切关系，并以偏极强螯合强度的有机锌吸收最好，中等螯合强度次之，弱螯合强度最次(于昱,2008；Yu等,2008,2010)。为绕过肠道复杂体系的干扰，采用静脉注射法比较了不同形态锌在肉仔鸡靶组织中的代谢利用率差异，发现鸡对有机锌的生物学组织有效性与其本身的螯合强度之间有着密切的相关性，并以中等螯合强度有机锌的靶组织代谢利用性最佳，偏极强螯合强度有机锌最差(沈素芳,2010；Shen等,2013)。以上系列新近研究成果都表明，有机锌的螯合强度是影响其生物学利用率的主要因素，即在鸡上并非所有螯合强度的有机锌产品的相对生物学利用率都显著高于无机硫酸锌，而是只有中等螯合强度的有机锌才具有该优势。因此，研究开发产品得率高且螯合强度重现性好的中等螯合强度有机锌生产工艺，对于减少有机锌源的盲目生产与低效添加，降低环境污染，均具有重要的理论与现实意义。
当前氨基酸微量元素螯合物的合成方法主要有两种，分别是液相合成生产和固相合成生产(张凤，2008)。液相合成法包括水体系合成法和非水体系合成法，是指将氨基酸与可溶性金属盐溶解在水中(水体系合成法)或乙醇等有机溶剂中(非水体系合成法)，适当调节pH值后，在加热条件下发生螯合反应，经洗涤、干燥后制得产品。固相合成法包括固相微波法和固相室温法。固相微波法是指将金属盐与氨基酸混匀后，加入少量水，经微波催化后合成；固相室温法是指将氨基酸与金属盐混合研磨后，待二者充分反应后干燥即制得产品。固相合成法操作简便省时，但在反应过程中需不断对反应物进行研磨混合，降低了合成效率，因而难以得到目标产品。液相合成法在反应条件和技术上都较成熟，且通常可获得较高的螯合率，因而成为了当前有机微量元素生产的主流合成工艺(刑颖，2011；王丽霞，2013)。近年来用液相合成法探讨有机微量元素的合成条件多有报道(孔随飞，2011；武建刚等，2008；钟国清，2011；舒绪刚等，2014；管海跃等，2008；张瑞华，2004)，但用液相合成法生产中等螯合强度有机锌，则在迄今查阅到的国内外文献中均未见报道。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法及用途，螯合强度适中，具有更高的生物学效价，可以更有效地防治鸡等畜禽锌缺乏，减少锌排放造成的环境污染；同时可以实现低成本、高效益的规模化生产，为畜禽养殖提供一种优良的新型补锌化合物。
与其他络(螯)合物的稳定性一样，微量元素络(螯)合物的稳定性受到中央离子和配位体的共同影响(高占峰等，2008)。本发明人其他研究结果表明(未发表成果)，以饲料级DL-蛋氨酸、L-赖氨酸盐酸盐、甘氨酸为反应原料时，与饲料级硫酸锌用水体系合成法制备的有机锌络(螯)合物，在不同反应工艺条件下得到的样品均为弱螯合强度。只有以饲料级L-赖氨酸硫酸盐为反应原料时，与饲料级硫酸锌在L-赖氨酸与锌投入的摩尔比为2：1、反应液pH值为8、反应温度60℃和反应时间30min条件下制备的赖氨酸锌为中等螯合强度赖氨酸锌。
本发明的第一个目的，是提供一种中等螯合强度赖氨酸锌螯合物的制备方法，主要步骤包括：称量反应原料饲料级L-赖氨酸硫酸盐和饲料级硫酸锌→在水介质中溶解→加热搅拌的情况下上述两种原料发生螯合反应→反应液经浓缩后析出沉淀→在4000r/min下离心10min→弃上清→沉淀用95％乙醇洗涤3遍后→干燥→粉碎制备得到中等螯合强度(Qf测定值介于10至100之间)赖氨酸锌新型饲料添加剂。
在螯合反应过程中，反应的工艺参数条件设定为L-赖氨酸硫酸盐与硫酸锌的摩尔比为2：1，反应液pH值7～9，温度60℃，反应时间30min。
反应液浓缩方式包括减压旋转蒸发、冷冻真空干燥、烘箱热风干燥或喷雾干燥。
本发明的第二个目的，是提供以上制备的中等螯合强度赖氨酸锌用作鸡新型锌源饲料添加剂的用途，即按上述操作流程制备中等螯合强度赖氨酸锌，通过添加到鸡饲料中混合均匀后饲用，从而防治鸡锌缺乏。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
(1)本发明之中等螯合强度赖氨酸锌新型饲料添加剂的制备方法，按本方法操作制备得到的产品螯合强度均为中等即Qf测定值介于10至100之间，从而实现了通过调整反应工艺条件调控产品的螯合强度，对于降低有机锌盲目生产与低效添加、提高鸡等畜禽生产效益、减少环境污染等均具有极好的应用前景。
(2)本发明不仅选用的反应原料廉价易得，且采用当前有机微量元素生产主流的合成工艺——水体系合成法，技术上成熟稳定，反应产率高达85％左右，合成成本低廉，具有极好的推广应用前景。
具体实施方式
根据以上生产流程，以下给出几个具体实施方式：
实施例1：以饲料级L-赖氨酸硫酸盐(L-赖氨酸有效含量55％)与饲料级硫酸锌(实测锌含量33.44％)制备中等螯合强度赖氨酸锌螯合物。
称取296.81g饲料级L-赖氨酸硫酸盐(L-赖氨酸约1.11摩尔)，溶解于加有超纯水的烧杯中，搅拌下加热至60℃，并保持温度恒定。待L-赖氨酸硫酸盐完全溶解后，加入109.91g饲料级硫酸锌(锌约0.55摩尔)，用40％氢氧化钠溶液调节反应液pH值至9.0，反应30min后，将反应液置于烘箱中热风浓缩反应液至晶膜出现，从烘箱中取出后于室温下冷却，析出大量沉淀。4000r/min离心20min弃上清，沉淀用95％乙醇洗涤3遍后75℃烘干，粉碎后过40目筛，包装后保存。用原子吸收光谱法测得样品含锌量为14.32％；用极谱法测得样品螯合强度为47.5。
实施例2：用饲料级L-赖氨酸硫酸盐(L-赖氨酸有效含量55％)、饲料级L-赖氨酸盐酸盐(L-赖氨酸有效含量78.8％)分别与饲料级硫酸锌(实测锌含量33.44％)发生螯合反应，比较两种赖氨酸原料制备的赖氨酸锌样品螯合强度的差异。
试验采用3×2的两因子完全随机处理安排，共设3个反应pH值处理(分别为7、8和9)和2个赖氨酸反应原料处理(分别为饲料级L-赖氨酸硫酸盐与饲料级L-赖氨酸盐酸盐)。对于L-赖氨酸盐酸盐原料，每个处理组合3个重复。考虑到L-赖氨酸硫酸盐组的产物均为中等螯合强度，为进一步证明中等螯合强度赖氨酸锌合成条件下产物螯合强度的重现性与可靠性，对于L-赖氨酸硫酸盐原料，还另外加设3个重复，共有6个重复。设定反应条件为：L-赖氨酸与锌的摩尔比2：1，温度60℃，时间30min，与上述反应pH处理设置组合成反应条件，进行赖氨酸锌螯合物的制备。
称取164.36g饲料级L-赖氨酸硫酸盐(约0.62摩尔)或115.94g饲料级L-赖氨酸盐酸盐(L-赖氨酸约0.62摩尔)，溶解于加有超纯水的烧杯中，搅拌下加热至60℃，并保持温度恒定。待氨基酸配体原料完全溶解后，加入60.45g饲料级硫酸锌(锌约0.31摩尔)，用40％氢氧化钠溶液调节反应液至设定的pH值，反应30min后，将反应液至于烘箱中热风浓缩反应液至晶膜出现，从烘箱中取出后于室温下冷却，析出大量沉淀。4000r/min离心20min弃上清，沉淀用95％乙醇洗涤3遍后75℃烘干，粉碎后过40目筛，包装后保存。两种赖氨酸源制备的赖氨酸锌各反应条件下的产率、锌含量及螯合强度见下表：
表1中等螯合强度赖氨酸锌重现性验证试验数据
#其余合成条件：摩尔比2：1，温度60℃，时间30min。
*表示6个重复的平均值。
+表示3个重复的平均值。
Δ以L-赖氨酸盐酸盐为反应原料制备的赖氨酸锌产品带2个氯离子和7个结晶水，理论锌含量11.8％；以L-赖氨酸硫酸盐为反应原料制备的赖氨酸锌样品带2个硫酸根离子和7个结晶水，理论锌含量9.70％。
表1中结果表明，以L-赖氨酸盐酸盐为赖氨酸源时，在反应液3个pH值下制备获得的均为弱螯合强度赖氨酸锌产品；而以L-赖氨酸硫酸盐为赖氨酸源时，在3个pH值下均能获得中等螯合强度赖氨酸锌产品，但仍以pH值为8时产品得率最高，锌含量更接近其理论锌含量。
总之，与硫酸锌和常规有机锌添加剂相比，本发明的产品螯合强度适中，具有更高的生物学效价，可以更有效地防治鸡等畜禽锌缺乏，减少锌排放造成的环境污染。本发明方法的反应原料廉价易得，并采用当前有机微量元素主流合成工艺水体系合成法，具有反应得率高、产品螯合强度重现性好、操作简单、成本较低等优点。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：以饲料级L-赖氨酸硫酸盐与饲料级硫酸锌为反应原料，以水为介质，将上述两种原料发生螯合反应，反应液浓缩析出大量晶体，离心后用95％乙醇洗涤沉淀3遍，干燥后粉碎，制备得到纯度较高的中等螯合强度赖氨酸锌产品。
2.根据权利要求1所述的一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：所述中等螯合强度的Qf测定值为10至100。
3.根据权利要求1或2所述的一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：所述反应体系中L-赖氨酸与饲料级硫酸锌中锌的摩尔比为2：1。
4.根据权利要求1或2所述的一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：所述反应条件：pH值为7～9，反应温度60℃，反应时间30分钟。
5.根据权利要求1或2所述的一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：所述离心条件为室温下4000r/min，离心20分钟。
6.根据权利要求1或2所述的一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：所述反应液浓缩方式为减压旋转蒸发或喷雾干燥或真空冷冻干燥或烘箱热风干燥。
7.根据权利要求1或2所述的一种中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：其中所用调节pH值的试剂为40％氢氧化钠溶液，所用提纯试剂为95％乙醇。
8.根据权利要求1或2所述的一种饲料添加剂中等螯合强度赖氨酸锌的制备方法，其特征在于：所述干燥温度60～80℃。
9.根据权利要求1-8任意之一的方法所制备的中等螯合强度赖氨酸锌饲料添加剂，用作鸡新型锌源饲料添加剂的用途。
10.根据权利要求9的用途，其中将所述的中等螯合强度赖氨酸锌作为鸡锌源饲料添加剂，通过添加到鸡饲料中混合均匀后饲喂，从而防治鸡锌缺乏。
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