CN110996680A - 控制钴向瘤胃细菌瘤胃释放以制备维生素b12的方法和组合物 - Google Patents
控制钴向瘤胃细菌瘤胃释放以制备维生素b12的方法和组合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及方法和组合物,所述组合物是用于提高瘤胃中维生素B12产生的独特钴源。其具有缓慢释放钴源与快速释放钴源组合的优点。与不溶性钴源周转相比,作为可溶性钴源的快速钴离子释放源在瘤胃中周转得更快。
Description
技术领域
本发明涉及钴混合物,其为驯养反刍动物的新钴源。利用钴盐的混合物(所述钴盐是反刍动物瘤胃中的快速钴释放和缓慢钴释放的组合),钴在稳定的时间段内对反刍动物的瘤胃细菌可用,以供细菌产生动物健康和哺乳期间产奶所需的维生素B12。
背景技术
维生素B12在维生素中是独特的,因为其不仅含有有机分子,而且含有必需微量元素钴。维生素B12不由植物或动物制成,并且仅能由几种微生物合成。人肠道中的细菌可从饮食中的无机钴盐制备正常日常要求的足够维生素B12。维生素B12也由反刍动物瘤胃中和其它草食性物种的盲肠中的丰富细菌群大量制备。
维生素B12参与生命所必需的许多生物化学过程。其用作几种酶的辅酶,所述酶催化氢原子从一个碳原子到相邻碳原子的移位,以交换烷基、羧基、羟基或氨基。维生素B12缺乏导致严重疾病恶性贫血的发展。顾名思义,恶性贫血涉及由病症引起的低血红蛋白浓度,但效果还包括中枢神经系统的严重障碍,其可导致异常感觉、运动并且在人类中导致异常思考。
已知维生素B12对奶牛的哺乳性能具有积极影响,参见例如《乳品科学杂志》(Journal of Dairy),2005年2月;88(2):671-6,Grard等人,其显示在早期哺乳中,维生素B12的供应(如果缺乏)限制母牛的哺乳性能。由于在动物营养中需要钴作为维生素B12生产的关键组分,因此反刍动物需要足够的钴膳食供应,用于有效的动物营养和有效的哺乳性能。在反刍动物中,瘤胃材料(固体和流体)的可溶性部分比固体更快地周转(turn over)。这意味着高度可溶性的钴源会比不溶性形式在瘤胃中保持更短的时间。本发明涉及反刍动物的细菌产生维生素B12的能力。当注入B12时,可以通过提高的性能看到对于增加B12产生的需求,参见之前引用的《乳品科学杂志》文章。
发明内容
本发明涉及方法和组合物,所述组合物是用于提高瘤胃中维生素B12产生的独特钴源。其具有缓慢释放钴源与快速释放钴源组合的优点。与固体钴源周转相比,作为可溶性钴源的快速钴离子释放源在瘤胃中周转得更快。因此,更慢的释放(例如钴配体的更长聚合物链)在更长的时间内被消化,给出更慢的钴释放。以这种方式,钴混合物的一部分是可溶性的,而另一部分是基本上不溶性的;不溶性部分会保留在瘤胃中更长时间。当细菌消耗例如钴的多糖时,其会释放钴用于B12产生。或者,非瘤胃可降解聚合物如聚丙烯酸会仅缓慢释放钴。令人惊讶地,数据显示钴向瘤胃细菌的这种控制或缓慢释放与更快释放(如可溶性盐钴源,如单体糖)的组合具有比全部可溶性的钴源或全部不溶性的钴源更大的B12产量。
附图说明
图1是比较产奶量的图,其中动物饲料的唯一差异是钴源。
图2检查使用本发明后,对于实施例1、2和4的制剂,绵羊的血清B12状态。
图3示出对于实施例4和8的制剂,处理前和处理后血清B12水平。
图4示出对于实施例13、2和15的配方,处理前和处理后血清B12水平。
图5示出对于实施例7、9和10的配方,处理前和处理后血清B12。
具体实施方式
本发明涉及快速释放钴源和缓慢释放钴源的混合物,其在向反刍动物饲喂时,允许一些钴离子(快速释放)立即被瘤胃细菌用于制备维生素B12,而余量则随其更缓慢地被瘤胃的微生物代谢而缓慢释放额外的钴离子。研究已经令人惊讶地证明,这种快速释放和缓慢释放钴源组合导致比两种源中单独的任一种均更高效和有效的维生素B12产生。不希望受任何理论的束缚,据信其发生原因是快速释放比细菌能够将其代谢为维生素B12更快地通过瘤胃,因此其大部分被“浪费”。相反,随着瘤胃微生物逐渐代谢更多不溶性聚合物的更大分子,缓慢释放钴源出现,释放钴以制备维生素B12。在全部缓慢释放的情况下,由于可用的钴有限,时间被“浪费”,产生较少的B12。
快速释放钴源包括可溶性无机和有机钴源如氯化钴、硫酸钴、乙酸钴和其它快速释放(可溶性)钴单体糖配合物如葡庚糖酸钴或葡萄糖酸钴,如1987年7月7日的受让人的早期美国专利4,678,854中所示,其公开内容援引加入本文。
缓慢释放钴源包括不溶性和部分可溶性钴聚合物配体如海藻酸、果胶、聚丙烯酸和羧甲基纤维素与钴的配合物的那些,以及具有侧链羧酸基团的其它含钴的聚合物配合物,它们全部在很大程度上都是不溶性的。
快速释放钴源允许来自瘤胃中的流体的钴对于细菌立即可用,但其大部分通过得如此快以至于其不能全部被使用。缓慢释放钴源保留在瘤胃中,并且仅在微生物代谢聚合物或者盐缓慢释放钴时通过,这导致用于制备维生素B12的逐渐可用的钴源或来自不溶性形式的钴的逐渐释放。
关键是使一些聚合物结合可溶性钴并且其一些部分是不可溶性的。这产生如下情形,其中可溶性部分可以立即开始被细菌利用。当流体在瘤胃中周转时,在全部可溶性(无机或低分子量配体)中细菌可用的钴会从瘤胃中去除。到这时,细菌会已将聚合物从结合钴的聚合物降解,将该钴部分释放至瘤胃流体。本质上,这种“不溶性”部分是受控释放的钴源。令人惊讶地,最好使两种类型的钴都存在以优化维生素B12产生。结合不溶性部分的聚合物可以衍生自任何含酸的聚合物。主要的实例是果胶和海藻酸。
提供以下实施例作为本发明的实施方案的示例,要理解它们不是限制性的,因为其他实施例也可以被阐述。然而,认为它们是本发明和通过使用本发明产生的数据的代表。
实施例1
果胶钴-2当量钴,10当量NaOH,在20℃下12小时
向750mL dI水中加入氢氧化钠(59.92g,1.49mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(30.01g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在20℃下搅拌12小时。用12M HCl酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl26H2O(80.42g,0.338mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
图1比较产奶量,其中动物饲料中唯一的差异是钴源。CoPro源是葡庚糖酸钴。这是钴的可溶性单体糖配体。当我们使用为75%氯化钴和25%果胶钴的新钴源的实例时,注意到产奶量增加。
表1
项目 | CoPro | 本发明钴 | 平均差的SE | P值 |
奶,lb/d | 89.9 | 97.0 | 3.0 | 0.02 |
该产奶量增加是统计学显著性的。
实施例2
果胶钴-1当量钴,10当量NaOH,在20℃下12小时
向750mL dI水中加入氢氧化钠(60.02g,1.50mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(30.05g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在20℃下搅拌12小时。用12M HCl酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl26H2O(40.44g,0.170mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例3
果胶钴-0.66当量钴,10当量NaOH,在20℃下12小时
向750mL dI水中加入氢氧化钠(60.09g,1.50mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(30.03g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在20℃下搅拌12小时。用12M HCl酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl26H2O(26.50g,0.112mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例4
果胶钴-0.5当量钴,10当量NaOH,在20℃下12小时
向750mL dI水中加入氢氧化钠(59.96g,1.49mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(29.99g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在20℃下搅拌12小时。用12M HCl酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl26H2O(20.11g,0.085mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例5
海藻酸钴(cobalt alginic)-2当量钴,10当量NaOH,在20℃下12小时
向750mL dI水中加入氢氧化钠(60.01g,1.50mol)。向该碱性溶液中缓慢加入海藻酸(29.90g,0.168mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深黄棕色悬浮液,将其在20℃下搅拌12小时。用12M HCl酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl2 6H2O(80.41g,0.338mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例6
海藻酸钴-1当量钴,10当量NaOH,在20℃下12小时
向750mL dI水中加入氢氧化钠(59.95g,1.49mol)。向该碱性溶液中缓慢加入海藻酸(30.01g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深黄棕色悬浮液,将其在20℃下搅拌12小时。用12M HCl酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl2 6H2O(40.15g,0.168mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例7
海藻酸钴-0.66当量钴,10当量NaOH,在20℃下12小时
向750mL dI水中加入氢氧化钠(59.99g,1.50mol)。向该碱性溶液中缓慢加入海藻酸(29.98g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深黄棕色悬浮液,将其在20℃下搅拌12小时。用12M HCl酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl2 6H2O(26.53g,0.112mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例8
海藻酸钴-0.5当量钴,10当量NaOH,在20℃下12小时
向750mL dI水中加入氢氧化钠(60.02g,1.50mol)。向该碱性溶液中缓慢加入海藻酸(30.06g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深黄棕色悬浮液,将其在20℃下搅拌12小时。用12M HCl酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl2 6H2O(20.08g,0.085mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例9
聚丙烯酸钴-2当量钴,1当量NaOH
向750mL dI水中加入氢氧化钠(2.04g,0.051mol)。向该碱性溶液中一次性加入50%聚丙烯酸(7.57g,0.051mol羧酸亚单元)。将澄清溶液搅拌10分钟,此时一次性加入CoCl2 6H2O(24.28g,0.102mol)。将粉红色悬浮液在室温下搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例10
聚丙烯酸钴-1当量钴,1当量NaOH
向750mL dI水中加入氢氧化钠(2.10g,0.051mol)。向该碱性溶液中一次性加入50%聚丙烯酸(7.54g,0.051mol羧酸亚单元)。将澄清溶液搅拌10分钟,此时一次性加入CoCl2 6H2O(12.14g,0.051mol)。将粉红色悬浮液在室温下搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例11
聚丙烯酸钴-0.66当量钴,1当量NaOH
向750mL dI水中加入氢氧化钠(2.04g,0.051mol)。向该碱性溶液中一次性加入50%聚丙烯酸(7.60g,0.051mol羧酸亚单元)。将澄清溶液搅拌10分钟,此时一次性加入CoCl2 6H2O(8.00g,0.034mol)。将粉红色悬浮液在室温下搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例12
聚丙烯酸钴-0.5当量钴,1当量NaOH
向750mL dI水中加入氢氧化钠(2.01g,0.051mol)。向该碱性溶液中一次性加入50%聚丙烯酸(7.57g,0.051mol羧酸亚单元)。将澄清溶液搅拌10分钟,此时一次性加入CoCl2 6H2O(6.08g,0.102mol)。将粉红色悬浮液在室温下搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例13
果胶钴1当量钴(50%有机/50%无机)-70℃下2.5小时-1当量碱-无HCl
向370mL dI水中加入氢氧化钠(6.74g,0.168mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(30.01g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在70℃下搅拌2.5小时。此时将固体CoCl2 6H2O(40.21g,0.169mol)一次性加入反应液中,并且12.31的pH因此降低至5.868。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例14
果胶钴-1当量钴,1当量NaOH,在70℃下2小时,HCl终止
向370mL dI水中加入氢氧化钠(6.79g,0.169mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(40.49g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在70℃下搅拌2小时。用12M HCl(10.5mL,126mmol)酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl2 6H2O(40.08g,0.170mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例15
果胶钴-0.66当量钴,1当量NaOH,在70℃下2小时,无HCl终止
向370mL dI水中加入氢氧化钠(6.70g,0.168mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(40.45g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在70℃下搅拌2小时。此时将固体CoCl2 6H2O(26.40g,0.112mol)一次性加入反应液中,并且12.45的pH因此降低至5.938。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平和分子量。
实施例16
果胶钴-0.5当量钴,1当量NaOH,在70℃下2小时,无HCl终止
向370mL dI水中加入氢氧化钠(6.81g,0.169mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(40.53g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在70℃下搅拌2小时。此时将固体CoCl2 6H2O(20.07g,0.085mol)一次性加入反应液中,并且12.40的pH因此降低至5.871。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平和分子量。
实施例17
果胶钴-1当量钴,2当量NaOH,在70℃下2小时,HCl终止
向370mL dI水中加入氢氧化钠(13.51g,0.338mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(40.46g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在70℃下搅拌2小时。用12M HCl(21.5mL,258mmol)酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl2 6H2O(39.91g,0.169mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例18
果胶钴,1当量钴,4当量NaOH,在70℃下2小时,HCl终止
向370mL dI水中加入氢氧化钠(27.01g,0.68mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(40.54g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在70℃下搅拌2小时。用12M HCl(43mL,516mmol)酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl2 6H2O(39.91g,0.169mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例19
果胶钴-1.5当量钴,1当量NaOH,在70℃下2小时,HCl终止
向370mL dI水中加入氢氧化钠(6.74g,0.168mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(40.48g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在70℃下搅拌2小时。用12M HCl(10.8mL,130mmol)酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl2 6H2O(60.03g,0.26mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例20
果胶钴-1当量钴,1当量NaOH,在20℃下2小时,HCl终止
向370mL dI水中加入氢氧化钠(6.81g,0.169mol)。向该碱性溶液中缓慢加入果胶(40.5g,0.169mol羧酸亚单元)以便精细地分散在溶液的表面上。精细分散体迅速变成深橙色悬浮液,将其在20℃下搅拌2小时。用12M HCl(10.5mL,126mmol)酸将pH调节至8.8,此时将固体CoCl2 6H2O(40.08g,0.170mol)一次性加入反应液中。将所得粉红色悬浮液搅拌另外1小时,然后在88℃下干燥12小时。将最终的蓝色粉末均化并分析钴水平。
实施例21
图2中示出绵羊接受给定钴源后的处理前和处理后数据。在图2中,研究了三种钴源。CSK16254为75%CoCl2和25%果胶钴(实施例1),CSK16255为50%CoCl2和50%果胶钴(实施例2),CSK16256为100%果胶钴(实施例4)。该研究表明,将可溶性单体配体与结合聚合物的钴源组合优于仅钴聚合物结合形式。
实施例22
图3和所示数据反映绵羊中B12水平的变化。处理前是在添加钴处理之前,而处理后是在钴处理之后。CSK17049是25%葡庚糖酸钴和75%来自实施例4的果胶钴,CSK17050是25%氯化钴和75%来自实施例4的果胶钴,而CSK17051是25%氯化钴和75%来自实施例8的海藻酸钴。数据表明,全部这些组合都给出绵羊中维生素B12的显著增加。
实施例23
图4和所示数据反映绵羊中钴处理前和处理后B12水平的平均变化。处理前是在添加钴处理之前,而处理后是在钴处理之后。CSK17057是来自实施例13的50%氯化钴和50%果胶钴,CSK17058是来自实施例2的50%氯化钴和50%果胶钴,而CSK17059是来自实施例15的25%氯化钴和75%果胶钴。数据表明,全部这些组合都给出绵羊中维生素B12的显著增加。
实施例24
图5和所示数据反映绵羊中钴处理前和处理后B12水平的平均变化。处理前是在添加钴处理之前,而处理后是在钴处理之后。CSK17139是来自实施例9的75%氯化钴和25%聚丙烯酸钴。CSK17140是来自实施例10的50%氯化钴和50%聚丙烯酸钴。CSK17141是来自实施例7的25%氯化钴和75%海藻酸钴。数据表明,全部这些组合都给出绵羊中维生素B12的显著增加。
如前所解释,实施例1-24仅是示例性的。提供它们以提供对所附权利要求的支持。申请人意图在适当范围内依靠等同原则。要理解,当饲喂反刍动物时提供快速释放和缓慢释放组合的其他钴源也被涵盖,只要它们允许本发明提高反刍动物(特别是在哺乳期间)中维生素B12产生的性能。
Claims (14)
1.控制钴向瘤胃细菌的瘤胃释放以转化为维生素B12的方法,其包括:
向反刍动物饲喂以下混合钴源:
快速释放钴源和缓慢释放钴源;
所述快速释放钴源为总钴源的约25重量%至约75重量%,所述总钴源的余量为缓慢释放钴源。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述混合钴源是约50重量%的快速释放钴源和约50重量%的缓慢释放钴源。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述快速释放钴源选自可溶性无机或有机钴离子源和可溶性钴单体糖配合物。
4.根据权利要求1所述的方法,其中钴的所述缓慢释放钴源包括具有侧链羧酸基团的聚合物配合物。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述具有侧链羧酸基团的聚合物配合物包括海藻酸、钴海藻酸盐、果胶、聚丙烯酸和羧甲基纤维素。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述缓慢释放钴源是果胶钴。
7.根据权利要求5所述的方法,其中所述钴源选自海藻酸钴或钴海藻酸盐。
8.用于饲喂反刍动物以控制钴瘤胃释放速率以由瘤胃细菌转化为维生素B12的混合钴源组合物,其包含:
快速释放钴源和缓慢释放钴源;
所述快速释放钴源为总钴源的约25重量%至约75重量%,所述总钴源的余量为缓慢释放钴源。
9.根据权利要求8所述的组合物,其中所述混合钴源是约50重量%的快速释放钴源和约50重量%的缓慢释放钴源。
10.根据权利要求8所述的组合物,其中所述快速释放钴源选自可溶性无机或有机钴离子源和可溶性钴单体糖配合物。
11.根据权利要求8所述的组合物,其中钴的所述缓慢释放钴源包括具有侧链羧酸基团的聚合物配合物。
12.根据权利要求11所述的组合物,其中所述具有侧链羧酸基团的聚合物配合物包括海藻酸、果胶、聚丙烯酸和羧甲基纤维素。
13.根据权利要求12所述的组合物,其中所述缓慢释放钴源是果胶钴。
14.根据权利要求12所述的组合物,其中所述钴源是海藻酸钴。
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