CN116725977A - 一种富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊及其制备方法 - Google Patents
一种富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊及其制备方法，以壳聚糖、三聚磷酸钠及聚乙烯醇作为壁材，氨基酸与脂肪酸按一定比例混合构成芯材。本发明的制备方法包括，第一溶液制备步骤：依序加入壳聚糖、去离子水和醋酸，进行搅拌使之完全溶解；第二溶液制备步骤：将一定量的赖氨酸、亚麻酸混合物加入第一溶液中搅拌均匀；乳化步骤：在第二溶液中加入乳化剂，乳化剪切10‑15min；微胶囊制备步骤：将所述乳化后得到的溶液滴入三聚磷酸钠溶液中成型后，再将其放入聚乙烯醇溶液中进行二次包被得到微胶囊；冷冻干燥步骤：将微胶囊进行冷冻干燥，得到粉末。本发明采用壳聚糖、三聚磷酸钠及聚乙烯醇作为壁材，提高包埋率和载药量。
Description
技术领域
本发明属于功能性饲料添加剂技术领域，具体涉及一种含有赖氨酸和亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊及其制备方法。
背景技术
2001年3月1日我国农业部下发了《禁止在反刍动物饲料中添加和使用动物性饲料的通知》，《通知》要求“各地饲料企业禁止在反刍动物饲料中添加和使用动物性饲料，这些饲料包括肉骨粉、骨粉、血粉、血浆粉、动物脂肪、干血浆及其它血液制品、羽毛粉、鱼粉、鸡杂碎粉、蹄粉等动物性饲料”。
反刍动物蛋白质营养的实质和核心是氨基酸营养。国内外大量的研究表明，赖氨酸是泌乳奶牛或育肥牛以饲喂玉米为基础日粮合成蛋白质的情况下的时第一限制性必需氨基酸，第一限制性氨基酸的缺乏会导致其它必需氨基酸的吸收和利用，从而影响动物氨基酸代谢，最终影响生产性能。在制作日粮配方时，尤其对高产动物需要较高的瘤胃非降解蛋白日粮时，只能通过饲料蛋白质添加物来满足预期的代谢蛋白质中赖氨酸的需求量。而添加结晶型的赖氨酸效果比较差，因为它们在瘤胃中迅速的发生脱氨基作用。即使瘤胃微生物蛋白合成达到最大程度，但进入小肠的蛋白质和氨基酸仍难以满足现代高产育肥牛或产奶牛的营养需要，必需增加进入小肠的真蛋白质和氨基酸的数量。随着人们对过瘤胃蛋白质(氨基酸)认识的加深，过瘤胃蛋白质的局限性也表现出来。因此，人们把研究的重点转移到了过瘤胃氨基酸上。通过对反刍动物限制性必需氨基酸的预测，然后根据氨基酸需要量模型以一种瘤胃保护的形式补充这种氨基酸是一种直接而简便的方法。使用少量的瘤胃保护性氨基酸不但可以代替数量可观的饲料非降解蛋白，还能提高奶牛产奶量和乳脂率或育肥牛的生长性能，降低饲料报酬，并能提高生产者的经济效益。
氨基酸的过瘤胃是指以特定方式加工氨基酸，以使它们在通过瘤胃时不会被瘤胃微生物分解，从而增加了小肠可吸收的氨基酸量并提高了蛋白质利用率。反刍动物保护性氨基酸在反刍动物生产中的优点是氨基酸可以直接到达小肠，氨基酸直接在小肠中吸收利用进而大大提高了氨基酸吸收效率，这样机体内氮的沉积量就会提高，同时可以提高机体产品和副产品的品质，减少机体氮的排放量，这对环境保护产生了重大影响，同时为反刍动物饲料的混合提供了便利，解决了限制性氨基酸在环境中的损耗，解决了反刍动物饲料的混合难题。
氨基酸在反刍动物中的消化吸收和新陈代谢利用水平较低。主要原因在于瘤胃中氨基酸的溶解速度远远超出瘤胃中微生物菌种的生成速度。在生长发育全过程中，反刍动物对日粮中氨基酸的需求量较大，一般日粮不能满足反刍动物对氨基酸的需要。在瘤胃中，瘤胃微生物菌种生成的氨基酸量不能满足反刍动物本身对氨基酸的需要量。因此，我们研究制备过瘤胃氨基酸，来降低瘤胃中氨基酸的溶解速率，使它安全通过瘤胃。
微胶囊是采用特殊的制备方法将某些具有成膜性能的材料包裹于壁芯物质外层而成的一种物质。制备微胶囊的过程称为微胶囊化，它是将固体、液体或气体包裹在一个微小的胶囊中。包封所用的物质称为壁材，被包物质称为芯材。一般粒径为1-5000μm，囊壁厚度一般为0.1-200μm之间。形成微胶囊的物质由于与外界环境相隔离，可以免受环境的影响，从而保持稳定，而在适当的条件下，被包封物质又可以释放出来。
脂肪包被法：由于某些脂肪在瘤胃中降解率较低，所以脂肪和脂肪酸(多为C12-C22的脂肪和脂肪酸)包被的油脂胶囊可以保护氨基酸安全通过瘤胃，在这类产品中还常常加入其它原料，如葡萄糖、卵磷脂、高岭土等。这类材料包被的氨基酸量占总重量的30％左右。包被氨基酸进入皱及小肠后，胃酸和脂肪酶可以分解外层油脂，使氨基酸溶解于胃肠液中并被消化吸收。一些研究者用58％的脂肪酸和30％的蛋氨酸制备了脂肪包被的蛋氨酸过瘤胃制剂等研究，在提高乳产量方面有一定的效果。但这种包被处理方法的潜在问题是氨基酸会发生过度保护，在瘤胃中具有很大惰性的复合物在小肠中也难于消化，影响其利用效率。
利用聚合物包被氨基酸：利用对pH值敏感的聚合物进行包被时，这种聚合物在瘤胃内稳定，但当到达皱胃或小肠时，包被物溶解破裂，释放出游离氨基酸，被胃肠道有效吸收部位所吸收利用。采用多聚复合物来包被氨基酸和少量的其他成分可解决氨基酸过度保护的问题。
化学处理方法主要包括甲醛处理、锌处理和单宁处理。甲醛处理是通过将氨基酸的氨基、羧基和巯基烷基化来降低氨基酸溶解度。酸性条件下甲醛与氨基酸分离，氨基酸被蛋白酶消化。氨基酸通过甲醛的保护可以降低其分解速度并且提高过瘤胃量及氨基酸的利用率。可是甲醛处理也有一些缺点，现阶段在甲醛的应用方面有很大的争议，关键原因是甲醛有毒很容易残留在动物体内，因此用甲醛对过瘤胃氨基酸的处理有一定的限制。
现有过瘤胃氨基酸制备技术的缺点：1)赖氨酸载药量较低；2)过瘤胃率较低；3)芯材为单一的赖氨酸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊，以壳聚糖、三聚磷酸钠及聚乙烯醇作为壁材，氨基酸与脂肪酸按一定比例混合构成芯材。
本发明还提供一种富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊制备方法，该方法包括以下步骤：
第一溶液制备步骤：依序加入壳聚糖、去离子水和醋酸，进行搅拌使之完全溶解；
第二溶液制备步骤：将一定量的赖氨酸、亚麻酸混合物加入第一溶液中搅拌均匀；
乳化步骤：在第二溶液中加入乳化剂，乳化剪切10-15min；
微胶囊制备步骤：将所述乳化后得到的溶液滴入三聚磷酸钠溶液中成型后，再将其放入聚乙烯醇溶液中进行二次包被得到微胶囊；
冷冻干燥步骤：将微胶囊进行冷冻干燥，得到粉末。
优选的，所述壳聚糖的质量浓度在1.2％～2.2％。
优选的，所述微胶囊中赖氨酸与亚麻酸的比例为1:2、1:1或2:1。
优选的，所述浓度范围选自1.0％～1.8％的范围。
优选的，所述聚乙烯醇的浓度范围选自0.5～1.5％的范围。
本发明过瘤胃赖氨基酸的包埋率达到83％、载药量达到36％。本发明过瘤胃赖氨酸在体外瘤胃液中稳定性可达82％，小肠释放率可达86％，较好地呈现过瘤胃和小肠靶向释放的特点。
附图说明
图1示出不同壳聚糖浓度下微胶囊机械强度；
图2示出不同壳聚糖浓度下微胶囊形态；
图3示出微胶囊包埋率；
图4示出微胶囊机械强度；
图5示出不同赖氨酸浓度下微胶囊包埋率；
图6示出不同赖氨酸微胶囊下载药量；
图7示出不同PVP浓度微胶囊机械强度和载药量；
图8示出不同PVA浓度微胶囊过瘤胃率；
图9示出不同PVA浓度微胶囊SGF中释放率；
图10示出不同PVA浓度微胶囊在SIF中释放率；
图11示出体外过瘤胃率；
图12示出在SGF中释放率；
图13示出在SIF中释放率。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行具体说明，有必要在此指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，如果该领域的技术熟练人员根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明范围。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在以下
以下，本发明结合说明书附图详细说明本发明的技术效果。
实施例1
称取1.8g壳聚糖加入100ml超纯水中，同时加入1ml醋酸溶液，搅拌使之完全溶解得到第一溶液；再称取1.6g赖氨酸、1.6g亚麻酸、5μL吐温80，加入至第一溶液中，利用乳化剪切10min得到第二溶液；将混合的第二溶液滴入5％三聚磷酸钠溶液形成微囊；在磁力搅拌器中加入0.5g聚乙烯醇和100mL超纯水，加热完全溶解后，再将上述微囊放入，且缓慢搅拌50min，获得富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊；将微胶囊进行冷冻干燥，得到粉末。
实施例1中，过瘤胃氨基酸壳聚糖pH为5.4，浓度为1.8％，赖氨酸质量浓度为1.6％。赖氨酸与亚麻酸比例为1:1，TPP质量浓度为5％，PVA质量浓度为0.5％，壳聚糖与赖氨酸亚麻酸混合过程中要进行乳化使其完全混匀，利用挤压法制备形态均匀、机械强度较好的微胶囊。
通过实施例1制备的富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊，壳聚糖pH为5.4、过瘤胃赖氨基酸的包埋率达到83％、载药量达到36％、过瘤胃赖氨酸在体外瘤胃液中稳定性可达82％、小肠释放率可达86％，较好地呈现过瘤胃和小肠靶向释放的特点。
实施例2
将壳聚糖的量修改为2.0g，其余不变，按照实施例1的方法制备微胶囊，得到富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊以及粉末。
实施例3
将壳聚糖的量修改为1.2g，其余不变，按照实施例1的方法制备微胶囊，得到富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊以及粉末。
实施例4
将壳聚糖的量修改为1.5g，其余不变，按照实施例1的方法制备微胶囊，得到富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊以及粉末。
实施例5
将壳聚糖的量修改为2.2g，其余不变，按照实施例1的方法制备微胶囊，得到富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊以及粉末。
实施例6
将赖氨酸的量修改为1.0g、亚麻酸的量修改为1.0g，其余不变，按照实施例1的方法制备微胶囊，得到富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊以及粉末。
实施例7
将赖氨酸的量修改为1.2g、亚麻酸的量修改为1.2g，其余不变，按照实施例1的方法制备微胶囊，得到富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊以及粉末。
实施例8
将赖氨酸的量修改为1.8g、亚麻酸的量修改为1.8g，其余不变，按照实施例1的方法制备微胶囊，得到富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊以及粉末。
实施例9
将赖氨酸的量修改为1.6g、亚麻酸的量修改为3.2g，赖氨酸与亚麻酸的比例修改为1:2，其余不变，按照实施例1的方法制备微胶囊，得到富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊以及粉末。
实施例10
将赖氨酸的量修改为2.0g、亚麻酸的量修改为1.0g，将赖氨酸与亚麻酸的比例修改为2:1，其余不变，按照实施例1的方法制备微胶囊，得到富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊以及粉末。
另外，本发明过瘤胃氨基酸更加安全，有效，在体外瘤胃液中稳定性可达82％，小肠释放率可达86％，降低饲养成本，减少环境污染，降级效益显著。本发明过瘤胃氨基酸采用壳聚糖和三聚磷酸钠作为壁材，再加入聚乙烯醇，起到双重保护作用，大大提高过瘤胃氨基酸在瘤胃中的保护率，提高赖氨酸的体内利用率。本发明技术特征为把赖氨酸和亚麻酸一同包埋于壁材中，达到了功能性氨基酸和脂肪酸的同时补给，解决了亚麻酸在环境中酸败等问题，提高了饲喂效果。
简言之，本发明以壳聚糖和三聚磷酸钠作为壁材，赖氨酸和亚麻酸作为芯材，制备过瘤胃氨基酸，壳聚糖先与醋酸混合，形成均匀的溶液，再加入赖氨酸亚麻酸进行乳化剪切，完全溶解后，将其滴入三聚磷酸钠溶液中，成型后，再将其放入聚乙烯醇溶液中进行二次包被。
(1)称取1.2-2.2g壳聚糖加入100mL去离子水，加入1-2mL醋酸溶解，制备壳聚糖溶液，滴入5wt·％三聚磷酸钠溶液，最优选壳聚糖浓度；
(2)称取1.0g赖氨酸，加入0.5-2.0g亚麻酸，加入5-15μL吐温80，利用均质乳化剂进行乳化剪切10-15min，将混合的壳聚糖溶液滴入5％三聚磷酸钠溶液形成微囊，最优选赖氨酸与亚麻酸的比例。
(3)在(2)步骤中筛选出赖氨酸与亚麻酸比例为1：1基础上，称取1.0-1.8g赖氨酸和相同质量的亚麻酸，混合均匀后加入壳聚糖溶液、加入10-15uL吐温-80，用均质乳化剂进行乳化剪切10min，滴入到5％三聚磷酸钠溶液中，得到微囊。
(4)分别称取0.5-2.0g聚乙烯醇加入100mL超纯水中，加热溶解，将在(3)步骤当中获得的微囊放入磁力搅拌器缓慢搅拌5-10min，获得富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊。
(5)在步骤(4)中获得的微胶囊分别在4、5、6％三聚磷酸钠(TPP)中放入，在磁力搅拌器缓慢搅拌5-10min，获得富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊，分别为T1、T2、T3组，对照组为未包被的赖氨酸。
在步骤(5)中获得的微胶囊进行冷冻干燥，分析其表征特征。
实验例1
微胶囊机械强度的测量
步骤(1)中制备的微胶囊机械强度、粒径及形态进行了分析。具体方法如下：在每组微胶囊中随机选取10粒，将微胶囊置于称量天平上，盖上载玻片清零数据，通过单轴按压法对微胶囊正面逐渐加压直至破裂，分析天平显示的数值由小变大再突然变小，记录突然变小前的最大数值，每组平行测三次，记录数值并取平均值，以此表示微胶囊的机械强度。
如图1所示，不同壳聚糖浓度的微胶囊机械强度，考虑微胶囊机械强度，优选壳聚糖浓度在1.2％～2.2％，更优选为1.8％～2.2％，最优选为1.8％～2.0％。
图2示出不同壳聚糖浓度下制备的微胶囊形态。
表1不同壳聚糖浓度微胶囊粒径
实验例2
步骤(2)中制备的微胶囊测定了包埋率、载药量及形态，具体采用的分析方法如下：
包埋率(％)＝(N1-N2)/N1×100％，
其中，N1：用于微胶囊制备的赖氨酸总量
N2：三聚磷酸钠溶液中残留的赖氨酸量
载药量＝微胶囊中赖氨酸的重量(mg)/过瘤胃赖氨酸微胶囊重量(mg)Ⅹ100％
在本发明中，图3示出微胶囊包埋率；图4示出微胶囊机械强度。
如图所示，微胶囊中赖氨酸的比例大于亚麻酸的情况下，微胶囊包埋率以及机械强度优异，从微胶囊包埋率以及微胶囊机械强度的方面考虑，微胶囊中赖氨酸与亚麻酸的比例优选为1:1，同时，微胶囊的粒径较均匀，16.88±0.12μm，且微胶囊载药量0.36±0.01mg/mg。
表2不同赖氨酸与亚麻酸比例微胶囊粒径与载药量
在本发明中，关于步骤(3)中微胶囊赖氨酸浓度，从微胶囊包埋率和载药量方面考虑，赖氨酸浓度范围选自1.0％～1.8％的范围，具体可以举出1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％，其中，赖氨酸浓度最优选为1.6mg/mL。
在本发明中，图7示出不同PVA浓度下微胶囊机械强度和载药量，按照步骤(4)制备的微胶囊，从微胶囊载药量和机械强度方面考虑，PVA浓度范围选自0.5～1.5％的范围，可以举出0.5％、1.0％、1.5％，其中，最优选为0.5％。
同时，图8示出不同PVA浓度微胶囊过瘤胃率；图9示出不同PVA浓度下微胶囊在人工胃液SGF中释放率；图10示出不同PVA浓度下微胶囊在人工肠液SIF中释放率。
当PVA浓度为0.5％的情况下，经8小时的过瘤胃率均为85％以上；对于微胶囊在人工胃液SGF中释放率，30分钟内释放达20％左右，然后缓慢释放；对于微胶囊在人工肠液SIF中释放率，在一小时内释放达82％左右，之后，经5小时稳定释放最终达到86％。
在本发明中，步骤(5)中制备的微胶囊分析包埋率、机械强度、载药量，其结果如表3所示。微胶囊过瘤胃率、SGF和SIF释放率如图11、12、13所示。结果显示，TPP浓度为5％，有利于提高微胶囊性能和体外胃肠道耐受性，即瘤胃中得到较好的保护、皱胃开始缓慢释放、到达小肠迅速释放，达到了过瘤胃的目标和小肠靶向传递的目标。
表3.不同浓度TPP对微胶囊性能的影响
本发明过瘤胃赖氨基酸的包埋率达到83％、载药量达到36％。
本发明过瘤胃赖氨酸在体外瘤胃液中稳定性可达82％，小肠释放率可达86％，较好地呈现过瘤胃和小肠靶向释放的特点。
本发明过瘤胃氨基酸更加安全，有效，在体外瘤胃液中稳定性可达82％，小肠释放率可达86％，降低饲养成本，减少环境污染，降级效益显著。
本发明过瘤胃氨基酸采用壳聚糖和三聚磷酸钠作为壁材，再加入聚乙烯醇，起到双重保护作用，大大提高过瘤胃氨基酸在瘤胃中的保护率，提高赖氨酸的体内利用率。
本发明技术优点为把赖氨酸和亚麻酸一同包埋于壁材中，达到了功能性氨基酸和脂肪酸的同时补给，解决了亚麻酸在环境中酸败等问题，提高了饲喂效果。
本发明过瘤胃赖氨基酸的包埋率达到83％、载药量达到36％。本发明过瘤胃赖氨酸在体外瘤胃液中稳定性可达82％，小肠释放率可达86％，较好地呈现过瘤胃和小肠靶向释放的特点。本发明过瘤胃氨基酸更加安全，有效，在体外瘤胃液中稳定性可达82％，小肠释放率可达86％，降低饲养成本，减少环境污染，降级效益显著。本发明过瘤胃氨基酸采用壳聚糖和三聚磷酸钠作为壁材，再加入聚乙烯醇，起到双重保护作用，大大提高过瘤胃氨基酸在瘤胃中的保护率，提高赖氨酸的体内利用率。本发明技术优点为把赖氨酸和亚麻酸一同包埋于壁材中，达到了功能性氨基酸和脂肪酸的同时补给，解决了亚麻酸在环境中酸败等问题，提高了饲喂效果。
Claims (6)
1.一种富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊，其特征在于：以壳聚糖、三聚磷酸钠及聚乙烯醇作为壁材，氨基酸与脂肪酸按一定比例混合构成芯材。
2.一种富含亚麻酸的过瘤胃赖氨酸微胶囊制备方法，该方法包括以下步骤：
第一溶液制备步骤：依序加入壳聚糖、去离子水和醋酸，进行搅拌使之完全溶解；
第二溶液制备步骤：将一定量的赖氨酸、亚麻酸混合物加入第一溶液中搅拌均匀，加入乳化剂，乳化剪切10-15min；
微胶囊制备步骤：将所述乳化后得到的溶液滴入三聚磷酸钠溶液中成型后，再将其放入聚乙烯醇溶液中进行二次包被得到微胶囊；
冷冻干燥步骤：将微胶囊进行冷冻干燥，得到粉末。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述壳聚糖质量浓度在1.2％～2.2％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述微胶囊中赖氨酸与亚麻酸的比例为1:2、1:1或2:1。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述赖氨酸浓度范围选自1.0％～1.8％的范围。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述聚乙烯醇的浓度范围选自0.5～1.5％的范围。
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