KR20020075804A - 조절-방출성 비단백질소를 가진 반추동물용 사료재료 - Google Patents

조절-방출성 비단백질소를 가진 반추동물용 사료재료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 혹위 배양 조건하에서 안전한 조절-방출성 암모니아 생성물을 생산하는 비단백질소 보충물 성분을 갖는 반추동물 사료재료를 제공한다.

Description

조절-방출성 비단백질소를 가진 반추동물용 사료재료{FEEDSTOCK FOR RUMINENTS WITH CONTROLLED-RELEASE NON-PROTEIN NITROGEN}
반추동물 사료는 쉽게 발효가능한 탄수화물 및 자르고 엔실로에 저장된 목초에 일반적으로 의존한다. 이 유형의 사료는 식이성 또는 내생성 염기 및 완충액으로 완전히 균형을 맞추지 못한 혹위 내에서 산을 생성한다. 증가된 산성 조건하에서, 섬유-소화성 혹위 미생물 집단이 보다 알카리성 조건하에 존재하는 집단보다 덜 생산적이다. 혹위내 pH가 중성에 가까울때, 젖을 내는 반추동물은 우유생산물의 지방 함량을 증가시키기위해 미생물에 의한 높은 휘발성 지방산 생성물을 이용할 수 있다.
중탄산나트륨 및/또는 산화 마그네슘이 높은 산-생성 식사가 공급된 반추동물의 우유 및.또는 유지방 생성을 증가시키는데 효과적임이 공지되어 있다[J. Dairy Sci.,65, 712 (1982)] 그렇지만, 이들 첨가제는 사료 흡수를 감소시키고, 칼륨 및 마그네슘의 혈청 함량을 감소시키는 바람직하지 못한 효과를 가질 수 있다.
또 다른 면에 있어서, 본 발명은 혹위 미생물 성장을 지지하고, 단백질 합성을 위한 대사적 요구점을 만족시키기 위해 요구되는 식이 질소와 관련된다. 소에서 최적 미생물 성장과 혹위 발효에 필요한 혹위 암모니아의 농도는 혹위 유동물의 약 200 밀리그램/리터로 평가된다. 식사에 비단백질소(NPN) 원의 첨가는 혹위-생성 암모니아의 이로운 평형 수준을 성취하는데 유리하다.
Streptococcus bovis 및 Bacteroides succinogenes와 같은 혹위 균주들이 J. Bacteriol.,84,605 (1962)에 기술된다.
반추동물을 위한 사료 배급물내 NPN에 관련된 공보는, 참고로서 포함된, 미국 특허 2,560,830; 2,867,354; 2,748,001; 2,840,473; 2,853,385; 2,861,886; 2,965,488; 3,180,735; 3,259,501; 3,416,928; 3,512,986; 3,523,798; 3,551,162; 3,576,642; 3,600,188; 3,635,725; 3,642,489; 3,653,909; 3,677,767; 3,684,518; 3,733,203; 3,852,498; 3,873,728; 3,873,733; 3,937,846; 3,988,483; 4,027,043; 4,044,156; 4,089,980; 4,186,213; 4,194,012; 4,232,046; 4,376,790; 5,733,590; 및 등을 포함한다.
반추동물들은 NPN을 동물 단백질로 전환시키는 독특한 능력을 가지고 있다. 혹위내 미생물 식물군은 NPN을 암모니아로 분해하고, 이를 단백질로 전환시킨다. 그렇지만, 반추동물 사료에 우레아를 사용하는 것과 관련된 주된 문제점이 있다. 우레아의 암모니아로의 효소 분해는 유리된 암모니아의 미생물 흡수보다 더 빠르게 종종 일어난다. 결과 생성된 과량의 암모니아는 반추동물내에서 독성 수준에 이를수 있고, 심각한 불이용성에 이를 수 있다. 보다 과량의 암모니아는 동물 혈류내에흡수된 후 간에서 우레아로 다시 전환되어 배출된다. 손실된 암모니아는 단백질 합성에 사용될 수 없고, 이용가능한 질소를 덜 효과적으로 이용하게 한다.
광범위한 연구는 혹위내 NPN 발효율, 및 혹위내 암모니아의 결과되는 평형 수준을 조절하는 수단을 지시하고 있다. 우레아와 같은 NPN 원은 전형적으로 전분 또는 당밀과 같은 다양한 당류와 물리적으로 혼합되거나, 당류에 화학적으로 결합하여, 반추동물 영양 및 생산성을 위한 성질들의 만족스러운 조합을 갖지 못한 느린-방출 NPN 배합물을 생산한다. 방출 속도는 물리적으로 혼합된 NPN에 대해서는 너무 높고, 화학적으로 결합된 NPN에 대해서는 너무 느리다.
새롭고, 개선된 사료재료와 효과적으로 반추동물을 다루는 방법의 개선 및 가치-부가된 고기 및 유제품의 제공에 계속해서 주목되고 있다.
본 발명은 일반적으로 가축 반추동물용 사료재료에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 증가된 부피 및 /또는 향상된 지방 함량이 수반된 우유생산에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 반추동물내에서 향상된 혹위 건강 및 증가된 미생물 집단을 위한 개선된 NPN 사료재료 보충물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 NPN 보충물 성분을 갖는 반추동물 사료재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 젖소의 우유생산을 증가시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 우유생산물의 지방 함량을 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반추동물에 의한 사료재료 이용 효율을 증가시키는 방법 및 상대적인 퇴비 축적 양을 감소시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 잇점은 첨부되는 설명과 실시예로 부터 명백해질 것이다.
본 발명과 관련되어 주목되는 것은 참고로 첨부된 J.Anim.Sci.,67,820(1989) 와 미국 특허 3,413,118; 3,843,799; 4,118,513; 4,196,194; 4,875,332; 및 5,803,946호를 포함한 공개물이다.
본 발명의 하나 이상의 목적이 (1) 영양적으로 균형잡힌 배급물: (2) 사료 섭생 동안 매일매일 혹위 유동물의 데시리터당 암모니아 약 6-18 밀리리터의 균등 양을 제공하고 유지하기에 충분한 효과적 양의 조절-방출성 비단백질소 조성물; 및 (3) 미생물 단백질 형성을 위한 혹위-이용성 질소 원 중량부당 혹위-이용성 탄수화물 약 0.8 중량부를 포함하는 반추동물용 사료재료에 의해 성취된다.
본 발명의 사료재료는 양, 육우, 젖소와 같은 가축용 반추동물에 특히 적합하다.
조절 -방출성 비단백질소 조성물은 본 발명의 사료재료를 제공하기에 영양적으로 균형잡힌 비율을 갖는 보충물로서 혼합된다. 전형적인 기본 비율은 참고로써 포함된 J. Dairy Sci.,77, 1437 (1994);77, 1661 (1994);및77, 3096 (1994); 및 미국특허 3,778,508; 4,196,194; 4,615,891; 및 4,857,332와 같은 공개물에 기술되어 있다.
사용되는 용어 "혹위-이용성 탄수화물" 이란 단당류, 이당류, 및 다당류 같은 비-섬유성 당 화합물을 언급한다. 쉽게 소화되는 탄수화물은 글루코스, 프락토스, 슈크로스등을 포함하며, 당밀, 옥수수전분, 유장과 같은 영양 원이 좋은 예가 된다.
비단백질소 성분은 건조 물질의 약 0.25 - 15 중량퍼센트의 양으로 본 발명의 사료재료에 혼입된다. 전형적으로 혹위-이용성 탄수화물 약 1-8 중량부가 포함되어 사료재료내 비단백질소의 함량을 균형잡히게 한다. 혹위-이용성 탄수화물은 미생물 단백질을 형성하도록 혹위내에서 암모니아와 반응하기 위한 이용가능한 탄소 구조물을 제공하는 필수적인 쉽게 소화가능한 성분이다.
또다른 구체예에서 본 발명은 , (1) 영양적으로 균형잡힌 식사 배급물: (2) 사료 섭생 동안 매일매일 혹위 유동물의 데시리터당 암모니아 약 6-18 밀리리터의 균등 양을 제공하고 유지하기에 충분한 효과적 양의 조절-방출성 비단백질소 조성물, 이때,조절-방출성 조성물은 혹위-분해성 중합체 코팅으로 캡슐화된 비단백질소 입자들을 포함한다; 및 (3) 미생물 단백질 형성을 위한 혹위-이용성 질소 원 중량부당 혹위-이용성 탄수화물 약 1 - 8 중량부를 포함하는 반추동물용 사료재료를 제공한다.
본 발명의 사료재료는 동물당 비단백질소 조성물 0.2 - 1 파운드/일을 제공하는 양으로 젖소와 같은 반추동물에 배급될 수 있다. 바람직하게 NPN이 보충된 사료재료는 다량의 목초와 소이빈밀을 갖는다.
적당한 비단백질소 원은 우레아, 비유렛, 에틸렌 우레아, 이소부탄 디우레아, 멜라민, 이시아노디아미드, 아세트아미드, 부티르아미드, 및 인산, 카본산, 염산, 황산, 카르밤산, 시트르산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 락트산, 숙신산,푸마르산, 말산, 등의 산의 암모늄염을 포함한다. 동물 사료용 비단백질소 성분은 참고로 첨부된, 미국특허 3,653,909; 미국특허 3,988,483; 및 4,232,046 를 포함하는 공개물에 기술되었다.
본 발명의 조절-방출성 비단백질소 조성물은 자유-유동 입자 형태이다. 조성물 입자들의 크기는 전형적으로, 직경 0.5 - 8 밀리미터 범위일 수 있고, 바람직하게는 약 2 -5 밀리미터 범위 일 수 있다.
바람직한 구체예에서, 미립 비단백질소 조성물은 수용성 생분해성 코팅으로 캡슐화된 NPN 코어 매트릭스를 갖는 입자들을 포함한다.
J. Agric. Food Chem., 36, 616 (1988)는 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 비닐 클로라이드/비닐 아세테이트 공중합체, 또는 폴리비닐 아세테이트와 같은 중합체의 코팅으로 우레아 프릴을 캡슐화하기 위한 유동층 방법을 기술한다.
미국특허 3,413,118은 우레아 및 암모늄 염으로 부터 선택된 비단백질소 화합물을 함유하는 가축류 사료를 기술한다. 비단백질소 화합물은 프로필렌 글리콜, 식물성 오일, 식물성 왁스, 및 레시틴으로 구성되는 에멀젼 및 코팅내에 흡수되는 다량의 맛 향상제로 코팅된 입자들 형태이다.
미국특허 5,803,946은 조절- 방출성 비료로서 이용되는 코팅된 우레아 화합물의 개발을 기술한다. 미립 우레아는 비유렛, 우레탄, 및 동유 연쇄로 구성되는 수-불용성 생분해성 침투성 중합체 망으로 코팅된다.
미국특허 5,803,946의 조절 -방출성 화합물은 조절-방출성 식물 영양제 기술이 양, 육우, 젖소 및 기타 반추동물을 위한 사료 보충물로서 적당한 비단백질소생산물에 까지 미치기 때문에 본 발명의 목적과 어울린다.
또 다른 구체예에서, 본 발명은 (1) 영양적으로 균형잡힌 낙농 배급물: (2) 사료 섭생 동안 매일매일 혹위 유동물의 데시리터당 암모니아 약 6-18 밀리리터의 균등 양을 제공하고 유지하기에 충분한 효과적 양의 조절-방출성 비단백질소 조성물, 이때,조절-방출성 조성물은 혹위-분해성 중합체 코팅으로 캡슐화된 우레아 입자들을 포함한다 ; 및 (3) 미생물 단백질 형성을 위한 혹위-이용성 질소원 중량부당 혹위-이용성 탄수화물 약 1 - 8 중량부를 포함하는 젖소에 의한 유제품의 지방 산율을 증가시키기 위한 사료재료를 제공하는 것이다.
양, 육우, 및 젖소를 위한 조절-방출성 비단백질소 사료 보충물으로서 적당한 본 발명 타입의 코팅된 우레아 생산물은 회전 드럼, 유동층, 회전 팬, 낙하 필름 접촉기, 꼬깔형 블렌더, 및 흔들리는 컨베이어를 포함하는 다양한 장치 중 임의의 한가지에서 미립자의 이동 물질을 우선 생산함으로써 제조될 수 있다. 이들 장치는 입자들에게 이동성을 부여하고, 물질내에서 입자들의 회전 또는 구르기를 유도해서, 입자들의 표면이 붓기, 분무, 또는 혼합에 의해 액체 또는 분말 형태로 입자에 적용될 수 있는 물질( 예컨대, 피복 매질)에 적어도 주기적으로 국소 적용될 수 있다.
입자들의 이동물질은 다음으로 이소시아네이트와 우레아의 축합 생산물인 비유렛을 형성하도록 입자들의 표면 상에서 우레아와 반응하는 다기능 이소시아네이트로 처리된다.
R-NCO + H2NCONH2→R-NHCONHCONH2
반응은 이소시아네이트기가 우레아 표면에 화학 결합을 형성하도록 한다. 이 반응은 코팅과 미립 우레아 코어 사이의 접착력을 증가시키고 우레아 코어 표면 상에 첫번째 수분 차단막을 제공한다.
입자에 적용되는 폴리이소시아네이트의 양은 입자들의 우레아-함유 표면과 반응하기 위해 요구되는 양을 초과한다. 초과량은 두번째 반응을 지지하기에 충분하며, 바람직하게는 비유렛으로 입자들의 표면을 변환시키기 위해 요구되는 양의 약 5 - 10 배 정도이다. 반응재로서 적당한 다기능 이소시아네이트는 두개 이상의 기능기를 갖는 데페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 바람직하게는 다우케미칼사의 PAPI™ 2027 중합체 MDI 또는 ICI 폴리우레탄스의 Rubinate™M 중합체 MDI 이다. 다른 적합한 이소시아네이트는 두개 이상의 이소시아네이트 기능기를 갖는 지방족 또는 방향족, 선형 또는 분지, 치환 또는 비치환 , 포화 또는 불포화 이소시아네이트이다. Rubinate™M 중합체 MDI는 대략 2.7의 기능성과 대략 31.5 %의 NCO 함량을 갖는다.
이후에 이중결합을 갖는 알키드 수지,이중결합을 갖는 오일, 및 개시제의 혼합물을 입자 또는 과립의 이동 물질에 적용한다. 혼합물은 임의로 촉진제 및/또는 희석제 또는 용매를 포함할 수 있다. 바람직한 오일은 탈수 피마자유 이다.
알키드 수지, 오일, 개시제, 및 임의의 촉진제, 및/또는 용매의 혼합물은 과립에 적용하는 즉시 경화하기 시작한다. 첫번째 코팅 단계에서 과립에 적용된 과량의 이소시아네이트는 알키드 수지내 -OH 및 -COOH 및 탈수 피마자유 내 -COOH와 반응한다.
알키드 수지와 오일의 자유 라디칼 중합은 과량의 이소시아네이트 알키드 수지 및 오일의 축중합과 동시에 일어난다. 알키드 수지내 이중결합은 탈수 파마자유 내 이중결합과 반응하여 입자들 상에 완전한 침투성 중합체 망 코팅을 형성하며, 이때, 오일을 포함한 모든 성분은 함께 그리고 입자 우레아 코어에 화학적으로 결합한다.
적합한 알키드 수지는 뉴저지주 웨스트 패터슨시 사이텍 인더스트리즈( Cytec Industries, Inc)의 Dynotal™T-39-EMP이다. 수지는 15 - 25 %의 에탄올 과 1- 메톡시-2-프로판올을 함유한다. mg KOH/g 고체의 산가는 8 - 30 이고, mg KOH/g 고체의 HO - 가는 155 - 160 이며, 23 ℃에서 점도는 2500 - 3500 mPas 이다. 23 ℃에서 3500 - 9000 mPas 의 높은 점도를 갖는 알키드 수지는 필름 인장강도와 같은, 코팅에 향상된 물리적 성질을 부여하기 위해서 사용될 수 있다. 한 예로는 23 ℃에서 6000 - 9000 mPas의 점도를 갖는 Dynotal™T-49-EMP이다. 매우 높은 점도의 수지를 사용하면 코팅 혼합물을 과립에 적용하는 동안 점도를 감소 시키기 위해서 희석제 또는 용매가 요구될 것이다.
알키드 수지내 이중결합과 반응성인 공유 이중결합을 갖는 탈수 피마자유외에 다른 오일도 사용될 수 있다( 예를들어, 동유, 및 아마인유). 탈지 피마자유가 동물에 의해 소비될 때 비독성이고 안전하고, 실온에서 신속히 건조되며, 그의 긴 사슬 탄화수소 뼈대가 코팅에 유연성을 부여하기 때문에 바람직하다.
개시제는 혼합물의 자유라디칼 중합을 개시하기 위해 알키드 수지/오일 혼합물내에서 사용될 수 있다. 중합 촉진제는 반응 속도를 증가시켜서 코팅 경화 시간을 최소화 하기 위한 코팅 혼합물의 바람직한 성분이다. 개시제는 메틸에틸 케톤 퍼옥사이드, 벤질 퍼옥사이드, 및 큐멘 히드로퍼옥사이드와 같은 케톤 퍼옥사이드로 부터 선택된다. 촉진제는 코발트 또는 바나듐과 같은 금속 또는 금속 화합물일 수 있다.
두번째 단계 코팅 혼합물의 점도에 의존해서 희석제 또는 용매가 요구될 수 있다. 예들들어, 두번째 단계 혼합물이 고온 예컨대, 50 ℃( 122℉)정도의 온도에서 적용될 때, 점도는 적용온도를 조정해야만 조절될 수 있다. 두번째 단계 혼합물이 가열되지 않거나, 충분히 가열되지 않거나, 점도가 단지 가열에 의해서 감소 될 수 없을때, 글리콜 에테르(프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트와 같은), 케톤(메틸 에틸 케톤 같은) 및 방향족 탄화수소로 부터 선택된 용매가 점도를 과립 또는 입자의 이동 물질에 적용하기 위한 원하는 밀도로 감소시키기에 충분한 양으로 혼합물에 첨가될 수 있다.
특별한 구체예에서, 우레아 또는 우레아-함유 과립 또는 입자를 코터에 공급하고 약 10분 동안 35 - 100 ℃ (95 - 212 ℉)에서 건조시킨다. 다음에 액체 이소시아네이트를 입자의 이동물질에 이소시아네이트와 우레아 사이의 반응을 위해 요구되는 초과량의 약 5 - 10 배의 양으로 적용하고, 입자를 균일하게 코팅하고 이소시아네이트/우레아 반응을 완결하도록 약 5 분의 체류시간 동안 둔다. 다음에, 알키드 수지, 탈수 파마자유, 개시제, 및 임의 촉진제 및/또는 용매의 혼합물을 입자들에 적용한다. 반응을 재촉하고, 경화시간을 촉진하기 위해서, 입자와 코팅 성분을 바람직하게 가열하고, 60 - 100 ℃ 정도의 승온에서 유지한다. 100 ℃의 온도에서 및 개시제와 촉진제의 효과적 비율과 함께, 경화시간은 5 - 10 분 정도 이다.
침투성 중합체 망 코팅을 형성하기 위해 비단백질소 입자에 적용된 성분들의 비율은 바람직하게 이소시아네이트 약 15 - 65 중량%, 알키드 수지 약 20 - 60 중량%, 오일 약 5 - 35 중량%, 및 개시제 및 촉진제 0.2 - 10 중량% 정도이다. 필요하다면, 용매가 약 40 % 이하의 비율로 사용될 수 있다.
성분들의 보다 바람직한 범위는 이소시아네이트 약 25 - 55 중량%, 알키드 수지 약 25 - 60 중량%, 탈수 피마자유 약 5 - 25 중량%, 및 개시제 0.2 - 6 % 및 용매 3 - 35 % 이다. 알키드 수지내 오일의 비는 바람직하게 약 7:5 - 9:1 범위 내이다. Dynotal™T-39-EMP와 같은 저 점도 수지일때, 성분들의 바람직한 범위는 이소시아네이트 약 30 - 55 중량%, 알키드 수지 약 35 - 55 중량%, 탈수 피마자유 약 5 - 20 중량%, 및 개시제 3 - 6 % 및 용매 3 - 6 % 이다.
중합체 망 형성 성분은 NPN 입자 1.5 - 5 중량 %의 코팅 중량으로 영양제 입자에 적용될 수 있다. 중합체 망이 경화된 후에, 적절한때에, 입자를 코팅된 NPN 입자 약 0.5 - 2 중량 %의 양으로 파라핀 왁스로 오버코팅 할 수 있다.
바람직하고 보다 상세하게 정의된 구체예에서 본 발명은 혹위-분해성 중합체 코팅으로 캡슐화된 우레아 입자를 포함하는 조절-방출성 비단백질소를 위한 반추동물 사료재료 보충물을 제공하며, 중합체 코팅은 지방족 및 지환식 반응제로 구성되는 군으로 부터 선택된 폴리이소시아네이트로 부터 유도된 비유렛 및 우레탄 라디칼과 가교결합된 분자들의 망을 포함한다.
본 발명의 중요한 일면은 반추동물을 위한 조절-방출성 비단백질소 사료 보충물로서 CPG 뉴트리언츠 (division of Agway, Inc., Syracuse, N.Y)에 의해 제조되고 판매되는 Optigen™1200의 개발이다.
Optigen™1200을 생산하는 방법은 실시예 1에서 설명한다. 헥사메틸렌 디이소시아네이트가 우레아 입자 코팅 시스템에서 폴리이소시아네이트 반응제로서 사용되는 것을 주목해야 한다. 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 물질대사 부산물이 디페닐메탄 디이소시아네이트와 같은 폴리이소시아네이트 보다 더 안전하게 소화가능하다. 바람직한 폴리이소시아네이트는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 시클로헥실렌 디이소시아네이트와 같은 지방족 및 지환식 화합물이다.
Optigen™1200과 같은 반추동물을 위한 본 발명의 NPN 보충물은 젖소를 위한 사료 섭생물에 혼입할 때 몇 배의 잇점을 갖는다. 전형적인 잇점은 하기를 포함한다:
(1) 배급물내 보충 단백질의 양을 줄일 수 있다 ( 예컨대, 소이빈밀);
(2) 집에서 자란 목초에 대한 배급물내에 보다 많은 공간이 생기고, 저급 목초의 이용이 촉진된다;
(3) 소 배설물의 부피가 감소하고, 축적된 배설물의 질소 함량이 최소화된다;
(4) NPN 의 반추동물 소화 프로필은 소이빈밀과 유사하며, 이는 효율적인 미생물 성장을 위한 최적의 암모니아 생산율을 제공한다;
(5) 많은 양의 NPN이 해로운 암모니아 독성 없이 공급될 수있다;
(6) BUN (혈액 우레아 질소) 및 MUN (우유 우레아 질소)이 증가하지 않는다;
(7) 우유 생산이 증가한다;
(8) 유제품의 유지방 함량이 증가한다;
(9) 혹위 미생물 집단이 증가한다;및/또는
(10) 혹위 미생물의 효율이 증가 한다.
하기 실시예는 본 발명을 더 설명 한다. 성분들과 특이 요소는 전형적인 것으로서 제공되며, 다양한 변형이 본 발명의 범위내에서 전술한 명세서의 범위에서 유도된다.
혹위 유동물내 암모니아 함량이 J. Anim. Sci.,67; 820 (1980) 및 Clin. Chim. Acta,37, 245 (1972)에 기술된 샘플링 절차에 따라서 모니터될 수 있다.
실시예 Ⅰ
본 실시예는 본발명에 따른 조절-방출성 비단백질소 조성물의 생성을 설명한다.
하기 표준 작업 절차는 Optigen™1200 (CPG Nutrients, division of Agway, Inc ) 약 3680 파운드를 생산하기 위해 사용되었다.
초기 배합물
1. Desmodure 3300 112 파운드
(헥사메틸렌 디이소시아네이트; Bayer)
2. T - 12 촉매 50 그램
(촉진제; Air Products)
두개 성분을 가열 드럼에 채우고, 110 - 115℉로 가열 했다. 혼합물을 분무 용기에 옮기고 분무사이클 전에 120 - 125 ℉로 가열했다.
수지 배합물
1. Dynatol T - 39 50 파운드
( 알키드 수지; Cytec)
2. 동유 24 파운드
(Alnor oil Company)
3. Lupersol 6 파운드
(2- 부탄논 퍼옥사이드 개시제, Aldrich)
4. T - 12 촉매 150 그램
성분들을 가열 드럼에 채우고, 110 - 115℉로 가열 했다. 혼합물을 분무 용기에 옮기고 분무사이클 전에 120 - 125 ℉로 가열했다.
미립 우레아( 평균직경 약 1.5 밀리미터 ; C - F indestries, Long Grove, Iillinois) 의 4000 파운드 배치를 첫번째 가열 드럼에 채우고, 배치를 90 - 100 ℉로 가열했다. 다음에 가열된 우레아를 컨베이어에 의해서 회전 블렌더 (Rollomixer, Model FP ; Continental products Corp., Milwaukee)로 옮겼다. 초기 배합물을 약 3분 동안 이동 우레아 물질에 분무했다.
15분 지난후에, 수지 배합물을 약 3분 동안 일차-코팅된 우레아에 분무했다.코팅된 우레아를 추가 8분 동안 회전 블렌더에 두고, 그다음 슬러지 빈으로 옮겼다.
슬러지 빈 내의 코팅된 우레아를 90 - 120 ℉로 가열하고, 두번째 가열드럼으로 옮겼다. 가열드럼 (90 - 145℉) 내 체류시간은 약 17분이다.
다음에 코팅된 우레아를 컨베이어에 의해 냉각 드럼으로 운송하고, 약 10 분 동안 60 - 90 ℉의 온도에서 유지했다. 냉각 드럼으로 부터의 코팅된 우레아를 체질하고 Optigen™1200 으로서 포장하기 위한 대량 저장 영역으로 옮겼다.
유사한 비단백질소 보충물을 비유렛, 멜라민, 아세트아미드, 염화 암모늄, 암모늄 포스페이트, 암모늄 카보네이트, 암모늄 아세테이트, 및 암모늄 시트레이트와 같은 NPN 화합물과 함께 동일한 작업 절차를 사용하여 생산했다.
본 발명의 Optigen™1200 생성물은 43 파운드/입방피트의 벌크 밀도를 갖는 자유-유동 흰색 비이드( 평균직경 약 2 밀리미터)로 구성된다.
실시예 Ⅱ
본 실시예는 본 발명에 따른 코팅된 비단백질소 조성물의 이로운 조절-방출성을 설명한다.
우레아 및 소이빈밀과 비교해서 Optigen™1200의 조절-방출성을 설명하기 위해서 세가지 범주를 사용했다. 이들 범주는 (1) pH 6.8의 보레이트 포스페이트 완충액내 질소 원의 용해도; (2) 혹위 세균에 의한 발효 동안 실험실내 암모니아 생산; (3) 혹위에서 생체내 건조 물질과 단백질의 소멸이다.
(1) 보레이트 포스페이트 완충액에서의 용해도
사료용 우레아, 소이빈밀 또는 Optigen™1200 20 그램을 pH 6.8의 보레이트 포스페이트 완충 용액 100 ml에 두었다. 완충액과 단백질 보충물을 함유한 플라스크를 자기적으로 휘저어 섞고 39 ℃에서 수조내에 두었다. 수조에서 15분 후에, 플라스크를 자기적으로 휘저어 섞고, 수조에서 제거했다. 플라스크의 내용물을 Whatman ＃4 여과지를 통해 여과했다. 여과된 액체의 암모니아 질소 성분을 효소 및 측색계 수단을 사용하는 시그마 디아그노틱스(Sigma Diagnotics)의 우레아 질소 키트 ＃640를 사용하여 측정했다. 암모니아 질소 농도를 파장 570 nm의 분광측광기상에서 샘플의 흡광도를 측정함으로써 계산했다. 암모니아 질소 농도와 흡광도 사이의 관계는 75 mg/dl의 농도 까지 선형이다. 샘플 흡광도로 부터 암모니아 질소 농도를 계산하기 위한 식은 7개 암모니아 질소 표준값으로 부터 나온다. 이들 표준값은 암모니아 질소 0, 5, 15, 30, 45, 60 및 75 mg/dl 이다. 용해도는 여과된 액체 샘플내 암모니아 농도 (mg/dl)로서 측정했다. 이런 방법으로 얻어진 값을 Dairy One Forage laboratory (Ithaca, N.Y)에 보내진 사료용 우레아, 소이빈밀 또는 Optigen™1200 의 샘플 상에서 얻어진 용해도 값과 비교했다.
용해도 측정을 위해서 각 플라스크에 첨가된 NPN의 양을 표 1 에 기록했다.소이빈밀은 사료용 우레아 및 Optigen™1200과 비교해서 NPN 기준일때 매우 적은 퍼센트의 총 질소 를 함유했다. 그래서, 용해도 측정 값은 총 질소 기준 %로 나타냈다.
단백질 보충물
사료 총 질소 %(공급물기준) 총 질소 %NPN1기준 용해도 측정을 위해플라스크에 첨가된 NPN g
사료용 우레아 45.0 100 9.00
Optigen™1200 43.2 100 8.64
소이빈밀 8.16 11.3 0.184
1소이빈밀,J. Dairy Sci.,65217 (1982)에 따라 계산
(2) 실험실내 혹위 미생물 발효
혹위 유동물을 6 층의 치즈 클로드를 통해서 혹위 소화물을 짜내어 관을 끼운 홀스타인 소로 부터 수집했다. 혹위 유동물을 39 ℃로 데워져 있는 격리된 보온기에 수집했다. 약 2 리터의 혹위 유동물을 수집한 후에 이산화탄소 가스를 보온기로 펌프하여 임의 산소를 제거했다. 혹위 유동물을 8 층의 치즈클로드를 통해서 걸러내고 이산화탄소를 혼합물내로 버블링하면서 완충용액과 혼합했다. 혹위 유동물과 완충액의 혼합물은 혹위 유동물 100 ml 과 완충액 300 ml 로 구성된다. 혹위 유동물과 완충액의 혼합물을 구체적으로 명시된 오븐내 병에 두어 그 병을 가열하고 회전 시킴으로써 39 ℃로 가열했다.
샘플을 공급물 기준으로 35 - 36 %의 비섬유 탄수화물을 함유하도록 배합했다. 샘플의 단백질 원은 Optigen™1200, 공급물 기준으로 46 %의 질소를 함유하는 사료용 우레아, 또는 48 %의 조 단백을 함유하는 소이빈밀 이다. 실험실내 발효에서 탄수화물 원은 Westway Sweet Lac Lactation 보충물이다. 이 보충물은 비트 펄프, 쉽게 소화되는 혹위-이용성 탄수화물, 동물성지방, 칼슘, 인, 이스트배양물로 부터의 소화성 섬유혼합물을 제공한다. 이 탄수화물 원은 짧은 실험실내 발효기간 동안 쉽게 발효하고, 미생물성장을 자극하기 때문에 선택했다. 사료용 우레아 및Optigen™1200처리물은 유사질소성이다. 소이빈밀 처리물은 다른 처리물과 유사질소성이 아니다.조성물을 표2에 요약했다.
샘플의 조성
조성물 소이빈밀 사료용 우레아 Optigen™1200
사료용 우레아 0 42 % 0
Optigen™1200 0 0 44 %
소이빈밀 65 % 0 0
Sweet Lac 35% 58 % 56%
각 조성물 15 그램을 250-ml의 플라스크내 혹위 유동물과 완충액 혼합물 150 ml 와 혼합했다. 플라스크를 손으로 휘젓고, 고무마개로 밀봉했다. 플라스크를 39 ℃에서 배양기에 두었다. 플라스크를 매 두시간마다 손으로 휘저었다. 각 시점에서 9개 플라스크가 있다. 세개 플라스크는 샘플 처리물 그리고 혹위 유동물과 완충액을 함유했다. 세개 플라스크는 단지 혹위 유동물과 완충액을 함유했다. 나머지 세개 플라스크는 단지 Sweet Lac 그리고 혹위 유동물과 완충액을 함유했다.
플라스크를 0,2,4,6,16,18,20 및 24 시간의 시점에서 배양기에서 제거했다. 배양기에서 제거한 후, 각 플라스크의 내용물을 Whatman＃4 여과지를 통해 50-ml의원심분리 관으로 여과했다. 원심분리 관을 나사뚜껑으로 밀봉했다. 각 원심분리관의 내용물을 주사기로 보내며, 이는 밀리포어(Milipore) 여과 디스크에 부착되었다. 샘플을 밀리포어 여과 디스크를 통해 15-ml의 원심분리 관으로 압력하에 힘을 가했다. 15-ml의 원심분리관을 나사 뚜껑으로 밀봉했다. 같은 날 분석한 샘플을 황산으로 산성화 하지 않았다. 밤새 저장된 샘플을 0.25 ml 농도의 황산으로 산성화하고, 42 ℉의 냉장고에 두었다.
모든 샘플을 시그마 디아그노스틱스의 암모니아 질소 키트 ＃640을 사용하여, 암모니아 질소에 대해 분석했다. 각 샘플의 암모니아 질소 농도를 단지 혹위 유동물과 완충액을 함유한 플라스크내에서 측정된 기준 암모니아 농도에 대해서 수정했다.
(3) 생체내 건조 물질 및 단백질 소멸
사료용 우레아, 소이빈밀, 및 Optigen™1200 각각을 나일론 백에 두었다. 샘플 크기를 조정해서, 샘플 대 백 표면 비율이 모든 단백질 원에 대해 유사하도록 했다. 샘플을 가진 나일론 백을 관을 끼운 소의 혹위에서 헌탁시켰다. 시점당 두개의 백과 세개의 반복실험이 있다. 백 배양의 시점은 0,3,6,12,16,24,32 및 36 시간이다. 나일론 백을 혹위에서 제거했을때, 이들을 증류수로 세척했다. 백을 행굼물이 맑을 때까지 세척했다. 백을 60 ℃에서 강제공기 오븐에서 건조시켰다. 복합 샘플을 시점에 따라 제조하고, 조 단백 분석을 위해서 Dairy One Forage laboratory에 보냈다. 건조물질 및 조 단백 소멸을 하기 식에 따라 계산했다.
건조물질 소멸 % = (초기 샘플중량 - 잔여물 중량)/(초기 샘플중량) x 100
단백질 소멸 % = (샘플내 초기 단백질 함량 - 백 잔여물의 단백질 함량)/(샘플내 초기 단백질 함량) x 100
자료를 SAS의 비선형 모델을 사용하여 분석했다.
자료평가
(1) pH 6.8의 보레이트 포스페이트 완충액내 용해도는 Optigen™1200이 소이빈밀과 유사하나 우레아보다는 매우 낮은 단백질 용해도를 가짐을 지시한다.Optigen™1200의 단백질 용해도는 10 - 26 %에서 변한다. 이것은 문헌들에서 보고된 소이빈에 대한 값과 유사하다. 소이빈밀의 단백질 용해도는 18 - 28 %에서 변한다. 사료용 우레아와 비교해서 Optigen™1200은 보레이트 포스페이트 완충용액에 비교적 불용성이다. Optigen™1200은 뛰어난 혹위-분해성 단백질 원이다. Optigen™1200의 90 % 이상이 다른 질소 원과 비교해서 혹위-분해성 단백질로 분류된다 (DM 기준):
사료 총 질소 (%) 총질소 중분해성 질소 (%) 총 질소 중용해도 질소(%) 총 질소 중혹위 분해성 질소(%)
Optigen™1200 43.2 93 10 - 26 7
사료용 우레아 46 100 100 0
알팔파 실레지(Alfalfa Silage) 2.9 - 3.4 85 50 - 60 15 - 18
소이빈밀 8.6 70 - 75 18 - 28 5
(2) 사료용 우레아 또는 Optigen™1200 을 함유하는 실험실내 발효 플라스크에 첨가된 질소와 탄수화물의 양은 유사하다. 발효 동안의 암모니아 농도의 차이는 암모니아 생성율의 차이에 기인한다. Optigen™1200 과 우레아가 혹위 세균과 함께 배양될때 실험실내 암모니아 생산은 Optigen™1200이 우레아와 비교해서 보다 느린 암모니아 생산율을 가짐을 설명한다. 우레아를 암모니아로 신속하게 가수분해한다. 발효 두시간 후에, 우레아가 질소 원일때 , 암모니아 농도는 혹위 유동물의 1559.4 mg/ml 이다. 비교해서, 발효 두시간 후에, Optigen™1200이 질소 원일때, 암모니아 농도는 혹위 유동물의 117 mg/ml이다. 우레아가 질소 원일때 암모니아 농도는 배양 두시간 째에 정상에 도달했다. Optigen™1200이 질소 원일때, 암모니아 농도는 발효동안에 점차적으로 증가하지만, 배양 20시간 까지 정상에 도달 하지 않았다.
자료는 질소 분해율이 우레아와 Optigen™1200 사이에 차이가 있음을 설명한다. Optigen™1200 으로 관찰되는 질소 분해 양상은 다른 "느린-방출성" 질소 보충물과 다르다. 우레아에서 및 젤라틴화 전분/우레아에서 암모니아의 생체내 방출이 신속하다는 것이 J. Anim. Sci.,48(4), 887 (1979)에 보고되었다. 이들 생성물에서, 총 질소의 80 %가 배양 두시간내에 암모니아로 전환될 수 있다.
Optigen™1200 생체내 발효에서 총 질소의 양은 2.96 그램이다. 이것은 단백질과 탄수화물 샘플 15 그램을 조 단백 함량 123.3 %와 곱하여 6.25로 나누어서 얻어졌다. 배양 두시간에, 발효 플라스크내 암모니아 농도는 117 mg/dl이다. 플라스크가 1.5 dl를 함유할 때, 용액내 암모니아 질소의 총 양은 117 x 1.5 =175.5 mg 이다. 이것은 플라스크내 총 질소의 5.9 % 를 나타낸다. Optigen™1200내 질소의 암모니아로의 분해는 다른 "느린-방출성" 질소 보충물과 비교해서 매우 느리게 일어난다. J. Anim. Sci.,50, 527 (1980)의 실험들은 프릴 사료용 우레아와 "느린-방출성" 우레아 보충물을 비교했다. 자료는 소 혹위내 암모니아 농도가 프릴 우레아 에서 53 mg/dl 이고, "느린-방출성" 우레아에서 32 mg/dl 임을 지시한다.이것은 혹위 암모니아의 40 % 감소를 나타낸다. 본 발명에 따라서, 배양 3시간에 암모니아 농도는 Optigen™1200이 NPN 보충물로서 우레아를 대신할때 68 %까지 감소한다. 본 발명은 Optigen™1200이 앞서 개발된 "느린-방출성" 우레아 NPN 보충물과 다름을 설명한다.
(3) Optigen™1200의 생체내 건조 물질 및 단백질 소화는 우레아보다 소이빈밀에 더 가까운 양상을 따른다. Optigen™1200의 건조 물질 소화는 사료용 우레아와는 상당히 다르다. Optigen™1200의 소화가 이차 다항식 양상을 나타내는 한편, 우레아의 소화는 선형 양상을 따른다. 이것은 한가지의 매우 신속한 우레아 소화율 및 두가지의 다른 Optigen™1200 소화율이 있음을 지시한다. Optigen™1200은 혹위 발효의 처음 16시간 동안은 중간 소화율을 갖는다. 이어서 16 -24 시간에 느린 소화가 뒤따른다. 이 다항식 소화 양상은 소이빈밀에서 관찰되는 양상과 유사하다. 발효 처음 3시간 동안에 Optigen™1200이 소이빈밀에 비해 보다 빠른 소화율을 갖지만, 발효 3 - 12 시간에는 보다 느린 소화율을 갖는다. 이것은, 우레아와 같은 전형적인 NPN 화합물이 소이빈밀보다 더 빠른 소화율을 갖기 때문에 Optigen™1200이 조절-방출성 NPN원 임을 설명한다.
Optigen™1200으로 부터의 암모니아 독성 위험은 낮아졌다. Optigen™1200은 30 /일에 0.75 및 1.0 파운드/일의 양으로 젖소에 공급했다. 만약 우레아를 0.75 및 1.0 파운드/소/일의 비율로 공급하면, 소가 암모니아 독성을 감지 할 것이다. Optigen™1200의 안정성은 혹위내 질소의 조절-방출성에서 비롯된다.
소이빈밀 및 Optigen™1200은 혹위 배양 24시간후에 동일한 정도의 생체내 소화에 도달했다. 젖소에 대해 효과적인 혹위 분해성 단백질 원이 될 Optigen™1200의 경우에 12시간 내에 혹위에서 광범위하게 분해 될 수 있다. 혹위 소화물의 통과율은 사료 흡수의 수준에 따라 달라 질 것이다. 고 생산성의 젖소에서, 혹위 소화물의 통과율은 8 %/시간 으로 평가되고 있다(AFRC 1933). 이것은 혹위 뒤집기가 매 12.5 시간마다 일어날 것임을 함축한다. 젖소의 혹위로 부터 고형 소화물의 부분 통과는 3.4 - 4.2 % /시간 으로 변화함이 J. Dairy Sci.,82,1779(1999)에 보고되었다. 이들 통과율에서, 보리, 옥수수, 소이빈밀을 함유하는 전체 혼합 식사에 대한 혹위내 평균 체류시간은 24.5 - 30.5 시간이다. 혹위 세균을 위한 효과적인 질소 원인 Optigen™1200의 경우, 혹위에서 12 - 24 시간내에 완전히 소화되어야 한다. Optigen™1200에 대한 생체내 건조 물질 및 단백질 분해 곡선은 Optigen™1200으로 부터의 NPN이 암모니아로 전환되기 전에 혹위를 통과해 나오지 않음을 지시한다. 혹위내 배양 12시간까지 Optigen™1200으로부터의 질소 77%가 소화된다. 건조물질과 단백질의 소화는 혹위 배양 24시간내에 완결된다. 이들 자료는 다른 "느린-방출" 우레아 보충물을 능가하는 잇점을 설명한다. 아세틸 우레아, 비유렛 및 이소부틸디우레아가 젖소에 공급될 때, 이들 보충물내 실질적인 중량부의 NPN이 혹위의 세균에 의해서 암모니아로 분해되지 않고 혹위를 통과해 나온다(Tammming et al. protein and Non-protein Nitrogen for Ruminants. Seminar of UNEC for Europe. pages 9 - 31, 1977; Pergamon Press,N.Y.).
또한 동물 수행 자료는 Optigen™1200이 우유 생산에 효율적으로 사용됨을 지시한다. Optigen™1200이 0.5 파운드/소/일의 양으로 공급되고, 1.7 파운드의 소이빈밀과 0.15 파운드의 우레아로 대체될 때, 우유생산이 고 생산성의 젖소에서 감소하지 않는다. 추세가 보다 높은 우유 산율에 쏠리고 있다. Optigen™1200이 공급된 젖소는 대조표준 식사가 공급된 젖소 보다 4.3 파운드 많은 우유를 생산했다(89.0 대 84.7 ). 이것은 Optigen™1200이 우유생산시에 우레아 보다 높은 효율로 물질대사됨을 증명한다. 결과적으로, 젖소 퇴비 배출의 축적이 감소되었다. 또 다른 잇점으로서, 소 퇴비의 질소 함량은 Optigen™1200이 사료 배급시에 식물단백질에 대한 부분적인 치환물내 비단백질소 보충물로서 첨가될 때, 감소될 수 있다.
또한, Optigen™1200은 젖소에서 수집된 우유의 유지방 산율에 이로운 영향을 미친다. 특별한 사료 요법에 의존해서, 유지방 산율은 소량 증가 내지는 유지방 함량 기준으로 14 % 만큼 높게 변한다. 우유부피를 기준으로, 이것은 생 우유생산물내 4 % 유지방에 해당한다. 부가적인 잇점으로서, 우유생산의 단백질 산율이 증가한다. 사료재료 성분이, 혹위 유동물 모니터링으로 결정한바, 필요하다면 6 - 18 밀리그램의 암모니아/혹위 유동물의 데시리터로 제공되도록 조정될때, 뛰어난 동물 수행이 성취된다.

Claims (17)

  1. (1) 영양적으로 균형잡힌 배급물: (2) 사료 섭생 동안 매일매일 혹위 유동물의 데시리터당 암모니아 약 6-18 밀리리터의 균등 양을 생성하고 유지하기에 충분한 효과적 양의 조절-방출성 비단백질소 조성물; 및 (3) 미생물 단백질 형성을 위한 혹위-이용성 질소 원 중량부당 혹위-이용성 탄수화물 약 0.8 중량부를 포함하는 반추동물용 사료재료
  2. 제 1 항에 있어서, 반추동물이 양, 육우 및 젖소인 사료재료.
  3. 제 1 항에 있어서, 조절-방출성 비단백질소 조성물이 사료재료 건조물질 약 0.25 -15 중량%를 포함하는 사료재료.
  4. 제 1 항에 있어서, 비단백질소 조성물이 우레아, 비유렛 및 암모늄 염으로 구성되는 군으로 부터 선택되는 사료재료.
  5. (1) 영양적으로 균형잡힌 식사 배급물: (2) 사료 섭생 동안 매일매일 혹위 유동물의 데시리터당 암모니아 약 6-18 밀리리터의 균등 양을 생성하고 유지하기에 충분한 효과적 양의 조절-방출성 비단백질소 조성물, 이때, 조절-방출성 조성물은 혹위-분해성 중합체 코팅으로 캡슐화된 비단백질소 입자들을 포함한다; 및 (3) 미생물 단백질 형성을 위한 혹위-이용성 질소 원 중량부당 혹위-이용성 탄수화물 약 1 - 8 중량부를 포함하는 반추동물용 사료재료
  6. 제 5 항에 있어서, 비단백질소 조성물이 우레아, 비유렛 및 암모늄 염으로 구성되는 군으로 부터 선택되는 사료재료.
  7. 제 5 항에 있어서, 반추동물이 양, 육우 및 젖소이고, 사료 섭생이 동물 한마리당 비단백질소 조성물 0.2 - 1 파운드/일을 제공하는 사료재료.
  8. (1) 영양적으로 균형잡힌 낙농 배급물: (2) 사료 섭생 동안 매일매일 혹위 유동물의 데시리터당 암모니아 약 6-18 밀리리터의 균등 양을 생성하고 유지하기에 충분한 효과적 양의 조절-방출성 비단백질소 조성물, 이때,조절-방출성 조성물은 혹위-분해성 중합체 코팅으로 캡슐화된 우레아 입자들을 포함한다 ; 및 (3) 미생물 단백질 형성을 위한 혹위-이용성 질소원 중량부당 혹위-이용성 탄수화물 약 1 - 8 중량부를 포함하는 젖소에 의한 유제품의 지방 산율을 증가시키기 위한 사료재료.
  9. 제 8항에 있어서, 소 한마리당 일일 우유 생산 양을 증가시키기에 효과적인 사료재료.
  10. 제 8 항에 있어서, 사료 효율을 증가시키고, 소 한마리당 퇴비 산출량을 감소시키기에 효과적인 사료재료.
  11. 제 8 항에 있어서, 혹위-이용성 탄수화물이 단당류, 이당류 및 다당류로 구성되는 군으로 부터 선택되는 사료재료.
  12. 제 8 항에 있어서, 혹위-이용성 탄수화물이 당밀인 사료재료.
  13. 제 8 항에 있어서, 혹위-이용성 탄수화물이 옥수수 전분인 사료재료.
  14. 제 8 항에 있어서, 우레아 입자들 상의 중합체 코팅이 폴리이소시아네이트 반응제로 부터 유도된 비유렛 및 우레탄 라디칼과 가교결합된 분자들의 망인 사료재료.
  15. 제 14 항에 있어서, 폴리이소시아네이트가 지방족 및 지환식 반응제로 구성되는 군으로 부터 선택되는 사료재료.
  16. 제 14 항에 있어서, 폴리이소시아네이트가 헥사메틸렌 디이소시아네이트인 사료재료.
  17. (1) 영양적으로 균형잡힌 낙농 배급물: (2) 사료 섭생 동안 매일매일 혹위유동물의 데시리터당 암모니아 약 6-18 밀리리터의 균등 양을 생성하고 유지하기에 충분한 효과적 양의 조절-방출성 비단백질소 조성물, 이때,조절-방출성 조성물은 혹위-분해성 중합체 코팅으로 캡슐화된 우레아 입자들을 포함한다 ; 및 (3) 미생물 단백질 형성을 위한 혹위-이용성 질소원 중량부당 혹위-이용성 탄수화물 약 1 - 8 중량부를 포함하는 젖소에 의한 유제품의 단백질 산율을 증가시키기 위한 사료재료.
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