CN106260592A - 一种极强螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极强螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，以大豆分离蛋白和饲料级硫酸锌为反应原料，通过水解大豆分离蛋白获得大豆分离蛋白水解液，用水体系合成法使大豆分离蛋白水解液与硫酸锌在适宜条件下发生螯合反应，制备极强螯合强度蛋白锌新型饲料添加剂。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宜，具有更高的生物学效价，可以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(75％以上)、产品螯合强度重现性好(连续重复合成4次，产品螯合强度均为极强且Q_f测定值较为接近)、操作简单、成本较低等优点。

Description

一种极强螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机锌饲料添加剂的制备方法，具体的说，是一种极强螯合强度蛋白锌的制备方法。

背景技术

微量元素是动物必须的营养要素之一，为解决动物饲料中微量元素含量的不足，人们在微量元素添加剂方面做了大量的工作。锌是动物的必须微量元素之一，具有促进生长发育与机体的免疫机能、维护细胞膜的完整性等重要的生理功能，参与了生命活动的各个环节，因而被称为“生命元素”(梁建光，2006)。传统的锌制剂，如硫酸锌和氧化锌等，可破坏饲料中的维生素及其他活性物质，且动物对其吸收利用率较低(仅30-60％)，大量未吸收的锌随粪便排出体外，既浪费了有限的矿物元素资源，也给环境造成了较大的污染(于昱，2008)。因此，近年来研制开发的新一代结构稳定、具有较高生物学活性的氨基酸锌螯合物及蛋白锌，已引起人们的广泛关注(罗绪刚，2004)。

Holwerda等(1995)根据络(螯)合物平衡关系及络(螯)合态和非络(螯)合态金属离子的半波电位差ΔE提出了表示络(螯)合强度的参数Q_f，并规定Q_f值介于1～10的为弱络(螯)合强度、介于10～100的为中等络(螯)合强度、介于100～1000的为强络(螯)合强度、1000以上为极强络(螯)合强度。本实验室在此基础上，进一步改善了有机锰、有机锌的络(螯)合强度测定方法，并在不同形态锌在肉仔鸡小肠中的吸收及有机锌源对奶牛的生物学活性方面做了大量工作，取得了一系列研究成果。如用原位结扎灌注肠段法研究锌的吸收动力学模式时发现，锌在肉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，且吸收率与其螯合强度有密切的关系，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)。有机锌对奶牛的生产性能、碱性磷酸酶活性及牛口蹄疫抗体滴度等均有显著影响，且优于硫酸锌，其中偏极强络合强度有机锌效果最好，弱和中等络合强度有机锌次之(梁建光，2006)。

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吸收利用的主要因素。因此，研究开发产品得率高且螯合强度重现性好的极强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极强螯合强度有机锌，则在迄今查阅到的国内外文献中均未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种极强螯合强度蛋白锌的制备方法。产品螯合强度适宜，更易于被机体吸收利用，可以减少锌排放造成的环境污染。

本发明技术解决方案：一种极强螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：以大豆分离蛋白和饲料级硫酸锌为反应原料，通过水解大豆分离蛋白获得大豆分离蛋白水解液，用水体系合成法使大豆分离蛋白水解液与硫酸锌发生螯合反应，反应条件为：大豆分离蛋白与硫酸锌质量比为4:1、pH值为7、温度60℃和反应时间120min，反应后将反应液浓缩得到大量沉淀，用90％乙醇洗涤沉淀多遍(如3遍)，干燥后粉碎，制备得到极强螯合强度蛋白锌产品。

所述极强螯合强度的Q_f测定值为1000以上。

其中水解大豆分离蛋白需要用大豆分离蛋白水解专用酶；所述专用酶为一种复配蛋白酶包括内切酶、端肽酶和风味酶，能把各种植物蛋白水解成蛋白胨、多肽和氨基酸。

所述水解大豆分离蛋白的工艺流程为：称取大豆分离蛋白于烧杯中，加入超纯水将底物浓度调为15％，加入底物重量1％的大豆分离蛋白水解专用酶，用40％氢氧化钠溶液调节大豆分离蛋白溶液pH值为7.5～8.0，于54～56℃条件下连续搅拌水解10h后升温至85℃灭酶10min，过滤得到大豆分离蛋白水解液。

其中沉淀采用离心沉淀，过程为室温下3000～4000r/min离心5～15min。

其中反应液浓缩过程可以是减压旋转蒸发、喷雾干燥、真空冷冻干燥或烘箱热风干燥；所述干燥温度为60～80℃。

其中所用调节pH值的试剂为40％氢氧化钠溶液。

本发明的有益效果：

1.本发明之极强螯合强度蛋白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均为极强螯合强度，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75％以上，合成成本低廉，具有极好的推广应用前景。

具体实施方式

本发明方法的主要步骤：称量反应原料大豆分离蛋白→水解大豆分离蛋白获得大豆分离蛋白水解液→称量饲料级硫酸锌→在水介质中溶解→加热搅拌的情况下大豆分离蛋白水解液与硫酸锌发生螯合反应→反应液经浓缩后析出沉淀→在3000～4000r/min下离心5～15min→弃去上清液→沉淀用90％乙醇洗涤3遍→干燥→粉碎制备得到极强螯合强度蛋白锌新型饲料添加剂。

在螯合反应过程中，反应的工艺参数条件设定为：大豆分离蛋白与硫酸锌质量比为4:1、pH值为7、温度60℃和反应时间120min。在上述条件下制备的蛋白锌为极强螯合强度蛋白锌。

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；所述干燥温度为60～80℃。

在反应过程中需用40％氢氧化钠溶液调节pH值。

下面结合具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。

实施例1

称取70g大豆分离蛋白，加入超纯水调节底物浓度为15％，加入底物重量1％的大豆分离蛋白水解专用酶，用40％氢氧化钠溶液调节大豆分离蛋白溶液pH值为8.0，于55℃条件下连续搅拌水解10h后升温至85℃灭酶10min，过滤得到大豆分离蛋白水解液。按反应原料大豆分离蛋白与硫酸锌质量比4:1称取17.5g饲料级硫酸锌，将硫酸锌溶解于超纯水中，至完全溶解后，将大豆分离蛋白水解液与硫酸锌溶液混合，搅拌升温至60℃并保持温度恒定，用40％氢氧化钠溶液调节反应液pH值为7，反应120min后，将反应液置于烘箱中热风浓缩至结晶膜出现，从烘箱中取出后于室温下冷却，析出大量沉淀。4000r/min离心10min，弃去上清液，沉淀用90％酒精洗涤三遍后置于75℃烘箱中烘干，粉碎后过40目筛，包装后保存。产品得率为76.3％；用原子吸收光谱法测得样品含锌量为5.47％；用极谱法测得样品螯合强度为1341。

实施例2

称取70g大豆分离蛋白，加入超纯水调节底物浓度为15％，加入底物重量1％的大豆分离蛋白水解专用酶，用40％氢氧化钠溶液调节大豆分离蛋白溶液pH值为8.0，于55℃条件下连续搅拌水解10h后升温至85℃灭酶10min，过滤得到大豆分离蛋白水解液。按反应原料大豆分离蛋白与硫酸锌质量比4:1称取17.5g饲料级硫酸锌，将硫酸锌溶解于超纯水中，至完全溶解后，将大豆分离蛋白水解液与硫酸锌溶液混合，搅拌升温至60℃并保持温度恒定，用40％氢氧化钠溶液调节反应液pH值为7，反应120min后，将反应液置于烘箱中热风浓缩至结晶膜出现，从烘箱中取出后于室温下冷却，析出大量沉淀。4000r/min离心10min，弃去上清液，沉淀用90％酒精洗涤三遍后置于75℃烘箱中烘干，粉碎后过40目筛，包装后保存。产品得率为76.6％；用原子吸收光谱法测得样品含锌量为5.80％；用极谱法测得样品螯合强度为1506。

实施例3

称取70g大豆分离蛋白，加入超纯水调节底物浓度为15％，加入底物重量1％的大豆分离蛋白水解专用酶，用40％氢氧化钠溶液调节大豆分离蛋白溶液pH值为8.0，于55℃条件下连续搅拌水解10h后升温至85℃灭酶10min，过滤得到大豆分离蛋白水解液。按反应原料大豆分离蛋白与硫酸锌质量比4:1称取17.5g饲料级硫酸锌，将硫酸锌溶解于超纯水中，至完全溶解后，将大豆分离蛋白水解液与硫酸锌溶液混合，搅拌升温至60℃并保持温度恒定，用40％氢氧化钠溶液调节反应液pH值为7，反应120min后，将反应液置于烘箱中热风浓缩至结晶膜出现，从烘箱中取出后于室温下冷却，析出大量沉淀。4000r/min离心10min，弃去上清液，沉淀用90％酒精洗涤三遍后置于75℃烘箱中烘干，粉碎后过40目筛，包装后保存。产品得率为75.8％；用原子吸收光谱法测得样品含锌量为6.35％；用极谱法测得样品螯合强度为1506。

实施例4

称取70g大豆分离蛋白，加入超纯水调节底物浓度为15％，加入底物重量1％的大豆分离蛋白水解专用酶，用40％氢氧化钠溶液调节大豆分离蛋白溶液pH值为8.0，于55℃条件下连续搅拌水解10h后升温至85℃灭酶10min，过滤得到大豆分离蛋白水解液。按反应原料大豆分离蛋白与硫酸锌质量比4:1称取17.5g饲料级硫酸锌，将硫酸锌溶解于超纯水中，至完全溶解后，将大豆分离蛋白水解液与硫酸锌溶液混合，搅拌升温至60℃并保持温度恒定，用40％氢氧化钠溶液调节反应液pH值为7，反应120min后，将反应液置于烘箱中热风浓缩至结晶膜出现，从烘箱中取出后于室温下冷却，析出大量沉淀。4000r/min离心10min，弃去上清液，沉淀用90％酒精洗涤三遍后置于75℃烘箱中烘干，粉碎后过40目筛，包装后保存。产品得率为78.5％；用原子吸收光谱法测得样品含锌量为6.28％；用极谱法测得样品螯合强度为1506。

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宜，具有更高的生物学效价。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。

需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种极强螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：以大豆分离蛋白和饲料级硫酸锌为反应原料，通过水解大豆分离蛋白获得大豆分离蛋白水解液，用水体系合成法使大豆分离蛋白水解液与硫酸锌发生螯合反应，反应条件为：大豆分离蛋白与硫酸锌质量比为4:1、pH值为7、温度60℃和反应时间120min，反应后将反应液浓缩得到大量沉淀，洗涤沉淀，干燥后粉碎，制备得到极强螯合强度蛋白锌产品；所述极强螯合强度的Q_f测定值为1000以上。

2.根据权利要求1所述的极强螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：其中水解大豆分离蛋白需要用大豆分离蛋白水解专用酶；所述专用酶为一种复配蛋白酶包括内切酶、端肽酶和风味酶，能把各种植物蛋白水解成蛋白胨、多肽和氨基酸。

3.根据权利要求1所述的极强螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：所述水解大豆分离蛋白的工艺流程为：称取大豆分离蛋白于烧杯中，加入超纯水将底物浓度调为15％，加入底物重量1％的大豆分离蛋白水解专用酶，用40％氢氧化钠溶液调节大豆分离蛋白溶液pH值为7.5～8.0，于54～56℃条件下连续搅拌水解10h后升温至85℃灭酶10min，过滤得到大豆分离蛋白水解液。

4.根据权利要求1所述的极强螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：其中沉淀采用离心沉淀，过程为室温下3000～4000r/min离心5～15min。

5.根据权利要求1所述的极强螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：其中反应液浓缩过程是减压旋转蒸发、喷雾干燥、真空冷冻干燥或烘箱热风干燥；所述干燥温度为60～80℃。

6.根据权利要求1所述的极强螯合强度蛋白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。

7.根据权利要求1所述的极强螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：反应后将反应液浓缩得到大量沉淀，用90％乙醇洗涤沉淀多遍。