CN112931699A - 一种过瘤胃氨基酸及其制备方法 - Google Patents

一种过瘤胃氨基酸及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及畜牧饲料加工技术领域，尤其涉及一种过瘤胃氨基酸及其制备方法。具体包括以下步骤：(1)分别称取海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液；(2)称取氨基酸，然后加入到步骤(1)称取的乳清蛋白溶液中，并搅拌；(3)将步骤(2)得到的混合液加入到步骤(1)称取的海藻酸钠溶液中，加热搅拌；(4)将步骤(3)中的混合液滴定至步骤(1)称取的氯化钙溶液中，得到滴定物；(5)将步骤(4)得到的滴定物过滤，干燥成形。本发明得到的过瘤胃技术更加安全、有效、低廉，从而大大提高包被产品的有效成分含量、瘤胃稳定性和小肠释放率。

Description

一种过瘤胃氨基酸及其制备方法
技术领域
本发明涉及畜牧饲料加工技术领域，尤其涉及一种过瘤胃氨基酸及其制备方法。
背景技术
反刍动物的瘤胃是一个复杂的微生物系统，栖息着多样的各种微生物，如瘤胃细菌、瘤胃原虫、厌氧真菌以及少数的噬菌体。瘤胃中的微生物可以降解纤维素、淀粉、蛋白质、脂肪以及维生素等营养物质，除满足自身的生长需要，还为机体提供能量、菌体蛋白等养分，与机体形成一个相互依存和相互制约的动态平衡体系。由于反刍动物这种消化系统的特殊性，饲料中添加的一些营养物质(包括蛋白质、氨基酸、非蛋白氮、脂肪、淀粉、维生素类等)进入瘤胃后会被瘤胃微生物所降解，使得通过瘤胃到达小肠的营养物质量很少，降低了生物学效价，因此，为了提高反刍动物对营养物质的吸收和利用率，由此采用了过瘤胃技术。以此来提高饲料利用率，减少氮排放，改善养殖环境，为反刍动物养殖业的健康可持续发展提供技术依托。
过瘤胃技术是指采用一定的技术处理将营养物质(如蛋白质、氨基酸、脂肪和维生素等)保护起来，减少其在反刍动物瘤胃中的发酵降解，使其在真胃和小肠中释放并被消化吸收。过瘤胃包被技术是目前研究较多的一种过瘤胃技术，其通过在需要被保护的营养物质(芯材)表面包覆一层或几层能在瘤胃中稳定而在真胃中释放的保护材料(壁材)，从而达到过瘤胃的效果。
过瘤胃包被技术应根据不同的芯材选择合适的壁材和制备方法。早在1978年E.R.Qrskov在研究中发现血粉在瘤胃中几乎不降解，国内学者王加启等和李福昌等将新鲜的抗凝全猪血分别与豆饼和豆粕按不同的比例混合、烘干、粉碎制备过瘤胃蛋白饲料，并通过体外试验证明全血包被能够有效降低蛋白饲料在瘤胃内的降解率。斯钦等使用动物油和棕榈油对蛋氨酸进行包被，采用的工艺也是搅拌混合，其结果表明动物油和棕榈油包被的蛋氨酸在瘤胃中均有较强的稳定性，且在真胃液酸性环境中易消化。在早期的这些过瘤胃包被技术的研究中，采用的包被材料种类较少，包被工艺也较为简单，随着科学技术的不断发展以及过瘤胃包被技术研究的不断深入，用于过瘤胃包被的材料越来越多样，包被工艺也越来越丰富。根据包被材料的不同可以将过瘤胃包被技术分为蛋白质包被法、脂肪包被法、聚合物包被法等。根据过瘤胃包被原理的不同可将其分为物理化学包被法和物理机械包被法。其中物理化学包被法主要有复相乳液法和冷凝法；物理机械包被法主要有喷雾干燥法、喷雾冷却法、空气悬浮法和锅包衣法。
蛋白质是动物体重要的营养物质之一，而蛋白质营养的核心即是氨基酸营养，蛋氨酸和赖氨酸被证实为反刍动物代谢蛋白中的第一或第二限制性氨基酸，所以有大量学者进行了赖氨酸和蛋氨酸的过瘤胃研究。有大量的研究结果表明在日粮中添加过瘤胃赖氨酸和蛋氨酸能够提高反刍动物的生产性能。王纪亭等在奶牛日粮中添加过瘤胃蛋氨酸的研究发现，与对照组相比，试验组奶牛的产奶量提高了14.60％，乳脂肪含量提高了12.60％，乳蛋白含量提高了11.65％。L.Misciattelli等以泌乳前期、中期奶牛为试验对象，在其日粮中添加瘤胃保护性蛋氨酸和赖氨酸，结果表明在日粮中添加12g/d过瘤胃蛋氨酸和24g/d过瘤胃赖氨酸均能显著提高乳脂率水平。此外，关于过瘤胃蛋氨酸和赖氨酸对肉牛和肉羊的生产性能的作用也有文献报道。殷溪瀚等的研究表明，在荷斯坦奶公牛的日粮中添加过瘤胃蛋氨酸、赖氨酸能够提高其生产性能和胴体品质，且联合使用的效果要优于单独使用的效果。燕磊等用(43.30±3.36)kg的9月龄小尾寒羊进行试验，日粮中分别添加0％、0.243％、0.485％、0.728％的过瘤胃蛋氨酸，结果表明添加过瘤胃蛋氨酸能够显著提高体增重，其中0.485％组的日增重显著高于对照组。
目前国内外市场上已经形成了过瘤胃淀粉，脂肪，氨基酸，维生素等技术和产品的应用，但是存在着芯材含量低、保护率不高、释放率低、量产工艺复杂、成本高等问题，严重影响产业化进程。甚至因为过瘤胃技术中所用材料的复杂多样，反而会给反刍动物和人类的健康带来威胁。而我们采用乳清蛋白和海藻酸钠作为包被材料，并且在外层包裹一层钙离子，起到双重保护作用，大大提高其在瘤胃中的保护率。生物聚合物海藻酸钠在自然界中含量丰富，经美国食品药品监督管理局(FDA)批准，被广泛应用于食品材料中。该过瘤胃包被技术具有良好的能力，保护生物活性分子免受温度，湿度，酸性条件的影响。使用该技术得到的过瘤胃技术更加安全、有效、低廉，从而大大提高包被产品的有效成分含量、瘤胃稳定性和小肠释放率。
因此，如何提供一种芯材含量高、保护率高、释放率高、生产工艺简单、成本低的过瘤胃氨基酸及其制备方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过瘤胃氨基酸及其制备方法。本发明采用乳清蛋白和海藻酸钠作为包被材料，并且在外层包裹一层钙离子，起到双重保护作用，大大提高其在瘤胃中的保护率。生物聚合物海藻酸钠在自然界中含量丰富，经美国食品药品监督管理局(FDA)批准，被广泛应用于食品材料中。该过瘤胃包被技术具有良好的能力，保护生物活性分子免受温度，湿度，酸性条件的影响。使用该技术得到的过瘤胃技术更加安全、有效、低廉，从而大大提高包被产品的有效成分含量、瘤胃稳定性和小肠释放率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种过瘤胃氨基酸的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液；
(2)称取氨基酸，然后加入到步骤(1)称取的乳清蛋白溶液中，并搅拌；
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到步骤(1)称取的海藻酸钠溶液中，加热搅拌；
(4)将步骤(3)中的混合液滴定至步骤(1)称取的氯化钙溶液中，得到滴定物；
(5)将步骤(4)得到的滴定物过滤，干燥成形。
优选的，所述步骤(2)中搅拌时间为0.5-1.5h。
优选的，所述步骤(3)中加热搅拌时间为0.5-1.5h；加热搅拌的温度为50-55℃。
优选的，所述步骤(2)中氨基酸在乳清蛋白溶液中的浓度为8-12％w/w。
优选的，所述步骤(4)中，滴定物需要在氯化钙溶液中悬浮0.5-1.5h。
优选的，所述步骤(5)中，干燥温度为40-44℃。
优选的，所述步骤(1)中，海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液的体积比为1-3∶1-3∶8-12。
优选的，所述步骤(1)中，所述海藻酸钠溶液的浓度为1.5％w/w；所述乳清蛋白溶液的浓度为5％w/w；所述氯化钙溶液的浓度为10％w/w。
优选的，所述步骤(2)中，所述氨基酸为赖氨酸或蛋氨酸。
优选的，所述步骤(1)中海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液的制备方法为：称取海藻酸钠缓慢加入到水中加热搅拌至海藻酸钠完全溶解，加热的过程中用保鲜膜封上，避免水分蒸发(需1h)；称取乳清蛋白，加入水中，搅拌混匀(溶解半小时)；称取CaCl2至水中，搅拌混匀；所述氯化钙溶液的浓度为10％w/w为氯化钙溶液的质量浓度为10％。
本发明还提供了一种过瘤胃氨基酸的制备方法得到的过瘤胃氨基酸。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
1、本发明过瘤胃包被技术具有良好的过瘤胃保护能力，能保护生物活性分子免受温度，湿度，酸性条件的影响。使用该技术得到的过瘤胃技术更加安全、有效、低廉，从而大大提高包被产品的有效成分含量、瘤胃稳定性和小肠释放率。可应用于反刍动物饲料中，可以降低饲养成本，降低粗蛋白的摄入，减少环境污染，经济效益显著。
2、本发明所述制备过瘤胃氨基酸方法采用乳清蛋白和海藻酸钠作为包被材料，并且在外层包裹一层钙离子，起到双重保护作用，能够大大提高氨基酸在瘤胃中的保护率，从而到达小肠后被吸收，提高饲料利用率。
3、本发明所述制备过瘤胃氨基酸方法能显著提高包被产品的有效成分含量、瘤胃稳定性和小肠释放率。可应用于反刍动物饲料中，可以降低饲养成本，降低粗蛋白的摄入，减少动物粪尿中氨氮等排放对环境造成的污染等，经济效益显著。
4、本发明所述制备过瘤胃氨基酸方法具有良好的过瘤胃能力，保护生物活性分子免受温度，湿度，酸性条件的影响。使用该技术得到的过瘤胃技术更加安全、有效、低廉。产品有效成分含量达到60％以上，24小时过瘤胃保护率达到80％以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为不同过瘤胃包被材料和乳化剂对过瘤胃产品成型率和易碎率感观的影响；
图2为不同过瘤胃包被材料和乳化剂对过瘤胃产品包被厚度的影响。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种过瘤胃氨基酸的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液；海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液的体积比为1∶1∶8；所述海藻酸钠溶液的浓度为1.5％w/w；所述乳清蛋白溶液的浓度为5％w/w；所述氯化钙溶液的浓度为10％w/w；
(2)称取氨基酸，然后加入到步骤(1)称取的乳清蛋白溶液中，并搅拌0.5h；氨基酸在乳清蛋白溶液中的浓度为8％w/w；所述氨基酸为赖氨酸；
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到步骤(1)称取的海藻酸钠溶液中，加热搅拌；加热搅拌时间为0.5h；加热搅拌的温度为50℃；
(4)将步骤(3)中的混合液滴定至步骤(1)称取的氯化钙溶液中，得到滴定物；滴定物需要在氯化钙溶液中悬浮0.5h；
(5)将步骤(4)得到的滴定物过滤，40℃干燥成形。
实施例2
一种过瘤胃氨基酸的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液；海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液的体积比为3∶3∶12；所述海藻酸钠溶液的浓度为1.5％w/w；所述乳清蛋白溶液的浓度为5％w/w；所述氯化钙溶液的浓度为10％w/w；
(2)称取氨基酸，然后加入到步骤(1)称取的乳清蛋白溶液中，并搅拌1.5h；氨基酸在乳清蛋白溶液中的浓度为12％w/w；所述氨基酸为蛋氨酸；
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到步骤(1)称取的海藻酸钠溶液中，加热搅拌；加热搅拌时间为1.5h；加热搅拌的温度为55℃；
(4)将步骤(3)中的混合液滴定至步骤(1)称取的氯化钙溶液中，得到滴定物；滴定物需要在氯化钙溶液中悬浮1.5h；
(5)将步骤(4)得到的滴定物过滤，44℃干燥成形。
实施例3
一种过瘤胃氨基酸的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液；海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液的体积比为2∶2∶10；所述海藻酸钠溶液的浓度为1.5％w/w；所述乳清蛋白溶液的浓度为5％w/w；所述氯化钙溶液的浓度为10％w/w；
(2)称取氨基酸，然后加入到步骤(1)称取的乳清蛋白溶液中，并搅拌1h；氨基酸在乳清蛋白溶液中的浓度为10％w/w；所述氨基酸为赖氨酸；
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到步骤(1)称取的海藻酸钠溶液中，加热搅拌；加热搅拌时间为1h；加热搅拌的温度为52℃；
(4)将步骤(3)中的混合液滴定至步骤(1)称取的氯化钙溶液中，得到滴定物；滴定物需要在氯化钙溶液中悬浮1h；
(5)将步骤(4)得到的滴定物过滤，42℃干燥成形。
实施例4
一种过瘤胃氨基酸的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液；海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液的体积比为1∶1∶10；所述海藻酸钠溶液的浓度为1.5％w/w；所述乳清蛋白溶液的浓度为5％w/w；所述氯化钙溶液的浓度为10％w/w；
(2)称取氨基酸，然后加入到步骤(1)称取的乳清蛋白溶液中，并搅拌1h；氨基酸在乳清蛋白溶液中的浓度为10％w/w；所述氨基酸为蛋氨酸；
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到步骤(1)称取的海藻酸钠溶液中，加热搅拌；加热搅拌时间为1h；加热搅拌的温度为52℃；
(4)将步骤(3)中的混合液滴定至步骤(1)称取的氯化钙溶液中，得到滴定物；滴定物需要在氯化钙溶液中悬浮1h；
(5)将步骤(4)得到的滴定物过滤，42℃干燥成形。
实施例5
一种过瘤胃氨基酸的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液；海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液的体积比为1∶1∶10；所述海藻酸钠溶液的浓度为1.5％w/w；所述乳清蛋白溶液的浓度为5％w/w；所述氯化钙溶液的浓度为10％w/w；
(2)称取氨基酸，然后加入到步骤(1)称取的乳清蛋白溶液中，并搅拌1h；氨基酸在乳清蛋白溶液中的浓度为10％w/w；所述氨基酸为赖氨酸；
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到步骤(1)称取的海藻酸钠溶液中，加热搅拌；加热搅拌时间为1h；加热搅拌的温度为52℃；
(4)将步骤(3)中的混合液滴定至步骤(1)称取的氯化钙溶液中，得到滴定物；滴定物需要在氯化钙溶液中悬浮1h；
(5)将步骤(4)得到的滴定物过滤，42℃干燥成形。
实施例6
分别使用无乳化剂、乳清蛋白、辛烯基琥珀酸淀粉钠、明胶、阿拉伯胶和Span 80作为乳化剂，选用5％CaCl2、10％CaCl2和20％CaCl2溶液对包被物进行反应，进行过瘤胃包被实验，通过包被物成型率，碎片化程度，易碎度和包被层厚度的观察和检测，筛选最优乳化剂和CaCl2浓度。结果如表1所示(各组仅CaCl2浓度或乳化剂的使用与实施例4不同，其他实验条件均与实施例4相同)。
表1.不同过瘤胃包被材料和乳化剂对过瘤胃产品成型率，碎片度，易碎度和包被厚度的影响
Figure BDA0002997070420000121
Figure BDA0002997070420000131
注：成型率：1表示成型率较低，2表示成型率一般，3表示成型率较高；
碎片率：1表示碎片率较高，2表示碎片率一般，3表示碎片率较低；
易碎度：1表示易碎度较高，2表示易碎度一般，3表示易碎度较低；
数字越大，表明该项评分越高，制作效果越好。
结果表明：乳清蛋白组、辛烯基琥珀酸淀粉钠组、Span 80组和无乳化剂组成型率最好，乳清蛋白组、辛烯基琥珀酸淀粉钠组和Span 80组碎片化程度最低，乳清蛋白组、辛烯基琥珀酸淀粉钠组、Span 80组和无乳化剂组易碎度最低，包被层厚度中乳清蛋白组＞明胶组＞无乳化剂组＞Span 80组＞辛烯基琥珀酸淀粉钠组＞阿拉伯胶组。乳清蛋白组中10％w/wCaCl2成型率最好，碎片化程度最低，易碎度最低，包被层厚度最厚。综合以上结果，10％w/wCaCl2浓度下的乳清蛋白组为最优组合。
实施例7
对照组饲喂基础日粮，实验1组在基础日粮的基础上添加过瘤胃赖氨酸6g/头.天和过瘤胃蛋氨酸3g/头.天；实验2组在基础日粮的基础上添加过瘤胃赖氨酸10g/头.天和过瘤胃蛋氨酸5g/头.天。不同字母A，B，C之间表示差异极显著p＜0.01，不同字母a，b，c之间表示差异显著0.01＜p＜0.05，记录过瘤胃赖氨酸和过瘤胃蛋氨酸对湖羊血液中氨基酸含量的影响，结果如表2所示(所使用的过瘤胃氨基酸为实施例4得到的蛋氨酸或实施例5得到的赖氨酸)。
表2.过瘤胃赖氨酸和过瘤胃蛋氨酸对湖羊血液中氨基酸含量的影响
Figure BDA0002997070420000141
Figure BDA0002997070420000151
结果小结：日粮中添加过瘤胃赖氨酸和过瘤胃蛋氨酸能显著增加肉羊血清中赖氨酸和蛋氨酸含量，实验1组和实验2组血液中赖氨酸和蛋氨酸均显著高于对照组，并且实验2组赖氨酸显著高于实验1组，对其他游离氨基酸含量均无显著影响。
实施例8
通过单因素实验比较不同乳化剂及无乳化剂过瘤胃赖氨酸24h过瘤胃保护率，不同组别除乳化剂使用不同，其他实验条件均与实施例5的实验条件相同。
表3.瘘管羊检测过瘤胃赖氨酸24h过瘤胃保护率
组别 24h过瘤胃保护率(％)
阿拉伯胶 72.34
辛烯基琥珀酸淀粉钠 78.00
明胶 74.85
Span80 75.14
无乳化剂 62.35
乳清蛋白 82.43
结果小结：采用乳清蛋白组24h过瘤胃保护率最高，达82.43％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种过瘤胃氨基酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分别称取海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液；
(2)称取氨基酸，然后加入到步骤(1)称取的乳清蛋白溶液中，并搅拌；
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到步骤(1)称取的海藻酸钠溶液中，加热搅拌；
(4)将步骤(3)中的混合液滴定至步骤(1)称取的氯化钙溶液中，得到滴定物；
(5)将步骤(4)得到的滴定物过滤，干燥成形。
2.根据权利要求1所述的一种过瘤胃氨基酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中搅拌时间为0.5-1.5h。
3.根据权利要求1所述的一种过瘤胃氨基酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加热搅拌时间为0.5-1.5h；加热搅拌的温度为50-55℃。
4.根据权利要求1所述的一种过瘤胃氨基酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中氨基酸在乳清蛋白溶液中的浓度为8-12％w/w。
5.根据权利要求1所述的一种过瘤胃氨基酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，滴定物需要在氯化钙溶液中悬浮0.5-1.5h。
6.根据权利要求1所述的一种过瘤胃氨基酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，干燥温度为40-44℃。
7.根据权利要求1所述的一种过瘤胃氨基酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，海藻酸钠溶液、乳清蛋白溶液、氯化钙溶液的体积比为1-3∶1-3∶8-12。
8.根据权利要求1所述的一种过瘤胃氨基酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述海藻酸钠溶液的浓度为1.5％w/w；所述乳清蛋白溶液的浓度为5％w/w；所述氯化钙溶液的浓度为10％w/w。
9.根据权利要求1所述的一种过瘤胃氨基酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述氨基酸为赖氨酸或蛋氨酸。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种过瘤胃氨基酸的制备方法得到的过瘤胃氨基酸。
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