KR20140062419A - 미량 영양소 보충제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필수 미네랄의 금속 산화물 또는 금속 수산화물 또는 금속 탄산염과, 가소화 바인더를 포함하는 필수 미네랄의 산 및/또는 금속염을 반응함으로써 제조되어, 미량 영양소 결정 및 가소화 바인더의 슬러리를 형성하고 상기 슬러리로부터 미량 영양소 결정의 응집 입자를 형성하는 미량 영양소 보충제에 관한 것이다. 응집 입자는 다양한 사료 혼합물과 쉽게 혼합되도록 소망의 입자 크기 및 밀도로 생성될 수 있는 분진이 없고 자유 유동성인 미량 영양소 보충제를 제공한다. 응집 입자에서 가소화 바인더는 동물의 소화계에서 미량 영양소의 방출이 가능한 사이에 복합 사료 혼합물에 존재할 수 있는 미량 영양소 결정과 다른 성분들 사이의 상호 작용에 대한 기회를 감소시킨다.

Description

미량 영양소 보충제{MICRONUTRIENT SUPPLEMENT}
본 발명은 인간 및 다른 동물의 생존, 성장, 건강 및/또는 생식력을 향상시키는 식품 또는 동물성 사료용 미량 영양소 보충제에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 인간 및 다른 동물에 대해 필수 금속의 높은 생물학적 이용가능성을 제공하는 적어도 하나의 필수 금속의 염기성 염을 포함하는 미량 영양소 보충제의 상당한 개선 및 다양한 식품, 식품 혼합물 및 보충제에 미량 영양소 보충제가 포함되는 것을 개선시키는 입자 크기의 범위에 걸쳐서 미량 영양소 보충제의 제조 방법에 관한 것이다.
미량 영양소는 보통 비타민 및 몇몇 성분들을 미네랄 또는 금속염의 형태로 포함하고; 특히 성분은 칼슘, 인, 칼륨, 철, 아연, 구리, 마그네슘, 망간 및 요오드를 포함한다. 미량 영양소는 일반적으로 적은 양, 즉 1gm/일 미만으로 소모되고, 보통 변동없이 흡수되며, 많은 필수 성분들은 촉매 기능을 갖는다. 미량 영양소는 보통 미세한 양으로 존재하지만, 그들의 생체내 이용률은 생존, 성장, 건강 및 생식력에 대해 필수적이다. 미량 영양소는 어린이와 다른 어린 동물들에게, 특히 그들이 빠르게 성장하는 초기 발달 시기 동안 중요하다. 또한, 많은 새로운 품종의 동물들은 개선된 사료를 보다 적게 소비하는 동안 빠른 성장 능력으로서 미량 영양소의 추가량을 필요로 한다. 이 집중 성장은 비타민 결핍에 대한 민감성 증가를 야기하는 보다 큰 신진 대사 스트레스를 부과한다. 필요한 미량 영양소는 이들 재료가 자연발생되거나 또는 시판되든지 음식 또는 사료 재료에 있어서 흔히 발견되지 않거나 충분한 양으로 발견되지 않는 것이 잘 알려져 있다. 따라서, 사실상 모든 산업 식품 및 사료 배합에는 비타민 및 미네랄이 강화된다. 상업용 가축 생산자에게 그들의 가축 떼에게 미량 영양소를 공급하기 위한 비용은 충격적일 수 있다.
인간 및 동물들의 추가 미량 영양소에 대한 요구가 기재되어 있지만, 미량 영양소의 유효성은 항상 그들의 요구를 만족시키지 않는다. 단순히 음식이나 사료 재료에 미량 영양소의 양을 증가시키는 것은 충분하지 않다. 이 방법은 비효율적이고, 낭비적이며, 위험하다. 많은 미량 영양소는 쉽게 흡수되지 않고; 첨가된 비타민 및 미네랄의 양은 흡수되지 않고 그냥 배설된다. 비타민 및 미네랄의 과도한 양은 위험하고, 특정 상황에 있어서 과도한 양은 중증 급성 및 만성 피해를 야기하는 독이 될 수 있으며, 심지어 치명적일 수 있다. 따라서, 비용을 절감하고, 폐기물을 줄이고, 인간 및 동물에 대한 영양 요구량의 보다 정확한 제어를 확립하는데 도와주기 위해서, 저렴하고 쉽게 흡수되는 미량 영양소를 제공할 필요가 있다.
쉽게 생물학적 이용가능하고, 안정적으로 저장되며, 매우 다양한 다른 비타민과 호환되는 미량 영양소 보충제를 제공할 필요가 있다. 또한, 미량 영양소 보충제는 생존 능력, 성장, 건강 및/또는 생식력을 증가시킬 수 있는 인간 및 동물을 위한 음식 재료를 생산 및 제공하는데 비용이 효율적이어야 한다.
미량 영양소는 통상 염, 산화물 및 킬레이트의 형태로 생산 및 이용가능하다. 산화물은 비교적 저렴하지만; 미량 영양소의 염과 킬레이트 형태처럼 효율적으로 흡수되지 않는다.
킬레이트화 미량 영양소는 비교적 고가이지만; 보다 쉽게 흡수되고, 양호한 생물학적 이용가능성을 갖는다.
모두 Abdel-Monem에 의해 기재된 미국 특허 제 4,021,569호, 미국 특허 제 3,941,818호, 미국 특허 제 5,583,243호, Ashmead에 의해 기재된 미국 특허 제 4,103,003호, Helbig 외에 의해 기재된 미국 특허 제 4,546,195호, 모두 Abdel-Monem 외에 의해 기재된 미국 특허 제 4,900,561호, 미국 특허 제 4,948594호, Leu에 의해 기재된 미국 특허 제 5,061,815호, Anderson에 의해 기재된 미국 특허 제 5,278,329호, Anderson 외에 의해 기재된 미국 특허 제 5,698,724호, Wheelwright 외에 의해 기재된 미국 특허 제 6,114,379호, Hopf에 의해 기재된 미국 특허 제 7,523,563호 및 Lohmann 외에 의해 기재된 미국 특허 공개 출원 제 2010/0222219호에서 다양한 미량 영양소의 예를 발견할 수 있다.
본 발명자 중 한 사람은 미국 특허 제 5,534,043호, 미국 특허 제 5,451,414호 및 미국 특허 제 6,265,438호의 공동 발명자이다. 이들 특허에는 일반식 M(OH)yX(2-y)/i의 염기성 금속염이고, 그 수화물 형태인 미량 영양소가 기재되어 있으며, 여기서 M은 금속 양이온이고, X는 음이온 또는 음이온 착물이며, i는 X의 원자가에 따라 1~3이다.
미국 특허 제 5,534,043호, 미국 특허 제 5,451,414호 및 미국 특허 제 6,265,438호에 기재된 미량 영양소는 금속 양이온의 원료로서 에칭액을 사용하는 공정 및 약 30~300미크론의 입자 크기를 갖는 염기성 금속염을 생성하는 결정화 공정으로부터 성장한다.
본 발명은 비슷한 미량 영양소보다 다용성을 갖고, 높은 정도의 생물학적 이용가능성을 갖는 염기성 금속염 형태로 미량 영양소를 제공한다.
본 명세서로부터 명백해질 본 발명의 다양한 특색, 특징 및 실시형태에 의하면, 본 발명은 결정이 가소화 바인더와 응집되어서 가소화 응집 입자를 형성하는 적어도 하나의 필수 미네랄의 염기성 염의 결정을 포함하는 미량 영양소 보충제를 제공하고,
상기 결정의 크기는 약 0.1㎛~약 20㎛이고, 상기 가소화 응집 입자의 크기는 약 50㎛~약 300㎛이다.
본 발명은 a) 필수 미네랄의 금속 산화물 또는 금속 수산화물 또는 금속 탄산염과, 가소화 바인더를 함유하는 필수 미네랄의 산성 및/또는 금속염을 반응하는 단계; 및
b) 상기 얻어진 작은 입자를 응집 생성물로 응집(즉, 분무 건조에 의해)하는 단계를 포함하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법을 더 제공한다.
본 발명은 미량 영양소 보충제 및 미량 영양소 보충제의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 미량 영양소 보충제는 고형분, 현탁액, 또는 비타민, 미네랄 등의 다른 영양소를 함유하는 혼합물, 및 음식 또는 동물 사료로서 인간 또는 동물에게 직접 투여할 수 있어 인간 또는 동물의 생존, 성장, 건강 및/또는 생식력을 향상시킨다. 미량 영양소 보충제에 있어서 염기성 염은 하나 이상의 필수 금속, 약학적으로 허용가능한 음이온, 및 히드록실기 부분의 2가 또는 3가 양이온을 포함한다. 본 발명의 미량 영양소 보충제는 쉽게 흡수되거나 생물학적 유효량을 흡수하기 때문에 필수 금속의 양호한 생물학적 이용가능성을 제공한다. 미량 영양소는 다른 영양소, 특히 비타민과 조합하여 예혼합 보충제를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 염기성 염을 포함하는 예혼합 보충제는 포함된 비타민의 생물 활성에 있어서 장기간 큰 감소없이 저장될 수 있다.
필수 금속은 본 발명의 목적에 대해서 인간 또는 다른 동물들에 의해 생존, 성장, 건강 및/또는 생식력을 증가시키는 생물학적 유효량으로 흡수되는 약학적으로 허용가능한 금속으로서 정의된다. 본 발명에 대해서 필수 금속의 작용기구는 중요하지 않다. 예를 들면, 금속 효소 또는 금속 단백질에 있어서 필수 금속은 보인자 또는 촉매로서 작용할 수 있고; 여러 가지 조직에 의해 흡수될 수 있다. 또한, 필수 금속 또는 그 대사물질은 박테리아 또는 동물의 생존, 성장, 건강 및/또는 생식력에 유해한 다른 병원균의 성장을 억제할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시형태에 있어서 염기성 금속염은 2가 금속 양이온(M), 히드록실기 부분, 및 음이온 또는 음이온성 착물(X)을 포함한다. 본 발명의 실시형태의 염기성 금속염이 1가 음이온을 포함할 때, 염기성 염은 일반식 M(OH)yX(2-y)의 화합물을 포함한다. 염기성 염이 2가 음이온을 포함할 때, 염기성 금속염은 일반식 M(OH)yX(2-y)/2의 화합물을 포함한다. 또한, 염기성 염이 3가 음이온을 포함할 때, 염기성 금속염은 일반식 M(OH)yX(2-y)/3의 화합물을 포함한다. 상기 일반식 중, M은 마그네슘, 칼슘, 철, 망간, 아연, 구리, 및 코발트를 포함하는 금속 2가 양이온의 군으로부터 선택되는 것이 바람직하고, X는 약학적으로 허용가능한 음이온 또는 음이온성 착물이며, y는 0 초과 2 미만의 실수로부터 선택된다. 특정 실시형태에 있어서 y는 비정수로서 선택될 수 있다.
본 발명의 변경예에 있어서 염기성 금속염은 3가 금속 양이온(M'), 히드록실기 부분, 및 음이온 또는 음이온성 착물(X)을 포함한다. 본 발명의 실시형태의 염기성 금속염이 1가 음이온을 포함할 때, 염기성 금속염은 일반식 M'(OH)uX(3-u)의 화합물을 포함한다. 염기성 염이 2가 음이온을 포함할 때, 염기성 금속염은 일반식 M'(OH)uX(3-u)/2의 화합물을 포함한다. 또한, 염기성 염이 3가 음이온을 포함할 때, 염기성 금속염은 일반식 M'(OH)uX(3-u)/3의 화합물을 포함한다. 상기 일반식 중, M'은 코발트, 철 및 크롬을 포함하는 금속 3가 양이온의 군으로부터 선택되는 것이 바람직하고, X는 약학적으로 허용가능한 음이온 또는 음이온성 착물이며, u는 0 초과 3 미만의 실수로부터 선택된다. 특정 실시형태에 있어서 u는 비정수로서 선택될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서 하나 이상의 금속 양이온은 염기성 금속염으로 포함될 수 있다.
염기성 염을 형성하는 미세 구조에 있어서 금속 양이온은 배위권에서 히드록실기 부분을 포함한다. 따라서, 상기 화합물의 동족 계열 내에서 M(또는 M') 및 X의 유사성을 일정하게 유지하고, 히드록실기 부분은 정확한 화학량론 단위로 포함되지 않아도 된다. 이들 계열에 있어서 y는 약 0 초과 2 미만(또는 M'에 대해서 u는 0 초과 3 미만)이다. 필수 금속의 2가 양이온(M)에 대한 구체적인 실시형태에 있어서 y는 약 1.0 초과 약 1.5 이하인 것이 보다 바람직하다. u 및 y의 값은 염기성 염을 제조하는데 사용되는 실험 조건에 따라 달라질 수도 있다. 예를 들면, u 또는 y는 염이 제조되는 pH에 따라 달라질 수도 있고; 또한 u 또는 y는 반응 매체에 존재하는 약학적으로 허용가능한 음이온(X)의 농도에 따라 달라질 수도 있다. 0 초과 약 2 미만인 y(M'에 대해서는 0 초과 3 미만인 u)의 값을 변화시키는 것이 미량 영양소 보충제의 용해도, 생물학적 이용가능성, 영양가 및 개선된 비타민 안정성에 영향을 미친다고 생각된다.
염기성 금속염에 대한 음이온(X)은 약학적으로 허용가능한 음이온이다. 약학적으로 허용가능한 음이온은 기술분야에 있어서 잘 알려져 있다. 예를 들면, 약학적으로 허용가능한 음이온의 목록에 대해 S.M. Berge et al. J. Pharmaceutical Sciences, 66:1~19, 1977은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 약학적으로 허용가능한 음이온의 예는 할로겐화물, 탄산염, 중탄산염, 황산염, 아황산염, 중황산염, 중아황산염, 인산염, 일수소인산염, 이수소인산염, 메타인산염, 피로인산염, 질산염 및 아질산염을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다. 상기 음이온은 부분적으로 중화된 무기산으로부터 유도될 수 있다. 본 발명에 대해 유용한 무기산의 예는 HCl, HBr, HI, H2SO4, H3PO4, H4P2O7, HNO2 및 HNO3를 포함한다. 본 발명에 대해 유용하다고 생각되는 유기산은 포름산, 아세트산, 시트르산 및 옥살산을 포함한다. 염기성 금속염은 일반적으로 물에서 약 pH 1.9와 약 pH 8.0 사이의 pH를 갖는다. 일반적으로, 형성된 염기성 금속염의 pH와 종 사이에는 상관 관계가 있지만, 이는 화합물이 형성된 이온의 매트릭스에 따라 약간 다를 수도 있다. 염기성 염의 과잉은 동일한 양이온성 필수 금속 및 약학적으로 허용가능한 음이온을 갖는 화합물의 동족 계열에 제조할 수 있다. 이들 염기성 금속염은 염기성 염에 있어서 약학적으로 허용가능한 음이온(X)에 대한 히드록실기 부분의 각각의 비율에 의해 구별될 수 있다.
본 발명에 대해 유용한 특정 음이온은 그들의 본질에 있어서 상당한 생물학적 효과를 부여한다. 생물학적으로 중요한 음이온의 구체예는 요오드화물, 염화물, 및 인산염(인)을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 이들 생물학적으로 중요한 음이온은 본 발명의 염기성 염에 사용되는 미량 영양소라고 생각될 수 있다. 따라서, 반드시 금속이라 생각되지 않는 요오드 및 염화물 등의 필수 성분의 염기성 염을 제공하는 것은 본 발명의 범위 내이다. 또한, 이들 필수 성분은 본 발명에 따라 염기성 염으로 제공된다.
염기성 금속염은 일반적으로 비수용성이지만, 용해도는 pH에 따라 달라질 수 있다. 통상, 염기성 금속염은 낮은 pH, 즉 pH 약 2.0~약 0.1 미만에서 약간의 용해도를 갖는다. 또한, 특정 염기성 금속염은 물에서 높은 pH, 통상 pH 약 7.5 또는 8~약 11 이상에서 용해된다.
본 발명에 따른 미량 영양소를 제조하는 염기성 반응은 금속 산화물과 산 및/또는 금속염의 반응을 포함한다. 상기와 같이 반응에 사용되는 산은 HCl, HBr, HI, H2SO4, H3PO4, H4P2O7, HNO2 및 HNO3 등의 무기산 또는 포름산, 아세트산, 시트르산 및 옥살산 등의 유기산을 포함할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 금속염은 ZnCl2, ZnSO4, CuCl2, MnCl2, Fe(NO3)2, FeCl2, FeSO4, Co(NO3)2 및 CoI2를 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 염기성 염화아연을 제조하는데 사용될 수 있는 모범적인 반응은
5ZnO＋2HCl＋4H2O→Zn5(OH)8Cl2·(H2O) 및
4ZnO＋ZnCl2＋5H2O→Zn5(OH)8Cl2·(H2O)
를 포함한다.
또한, 이들 반응은 하나의 금속의 금속 산화물과 다른 금속의 금속염이 반응하는 것, 또는 서로 다른 금속의 산화물과 통상의 금속염 및/또는 산이 반응하여 "하이브리드" 결정 또는 결정형의 조합을 제조하는 것이 가능하다.
당연히, 이들 조합을 사용할 때 다양한 잠재적 반응 및 최종 생성물이 있다.
본 발명에 의하면, 염기성 금속염은 반응 또는 건조가 완료된 생성물의 무게에 기초한 가소화 바인더의 약 0.5wt.%~약 10wt.%, 바람직하게는 약 1~약 5wt.%를 포함하는 수성 매체에서 일어나는 반응에 의해 형성된다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 가소화 바인더는 옥수수 전분, 감자 전분, 쌀 전분 또는 수식된 유도체 또한 다른 약학적으로 허용가능한 바인더를 포함한다. 상기 반응은 염기성 금속염의 결정이 분산된 수계 슬러리를 생성한다. 결정은 일반적으로 약 0.1㎛~약 20㎛ 범위의 크기를 갖는다.
소망의 크기를 갖는 미량 영양소를 제조하기 위해서, 반응 슬러리는 분무 건조 또는 다른 응집 방법에 의해 응집되어서 미량 영양소 결정의 응집물을 형성한다. 분무 건조 공정의 파라미터는 약 50㎛~약 300㎛의 평균 입자 크기를 갖는 응집물을 형성하기 위해 제어될 수 있다. 전체 공정의 보다 상세한 설명은 하기와 같다.
과정의 제 1 단계는 산출된 양의 물을 약 30~약 75wt.%의 최종 총 고형분 농도를 야기하는 반응기에 첨가하는 것이다. 목표는 계속 혼합되고, 펌핑되고, 분무 건조될 수 있는 가장 높은 고형분 농도 슬러리를 제조하는 것이다. 물의 양을 최소화함으로써, 분무 건조기에서 물을 증발시키기 위해서 요구되는 에너지 비용을 최소화할 수 있다. 물론, 낮은 고형분 농도는 분무 건조시 또는 전에 물을 증발시키기 위해서 비례적으로 증가되는 에너지 비용의 비용으로 사용될 수 있다.
전분은 반응기에서 물에 첨가된다. 첨가되는 전분의 양은 배치에서 완료된 생성물의 건조량에 기초하여 약 0.5~약 10wt.%, 바람직하게는 약 1~약 5wt.%의 결과로 산출된다. 상기 전분은 3개의 기능을 행한다. 첫째로, 금속 산화물 또는 금속염이 상기 반응기에 첨가되면 전분은 슬러리의 점도를 크게 감소시킨다. 전분이 사용되지 않을 경우, 슬러리의 고형분 함량은 약 45wt.%로 제한될 수도 있다. 전분을 첨가함으로써 점도는 감소될 수 있고, 고형분 농도는 약 60wt.% 이상 증가될 수 있다. 따라서, 전분은 분무 건조를 통해 에너지 비용 감소뿐만 아니라 생산률을 크게 증가시킨다. 전분의 다른 기능은 작은 결정을 함께 유지하는 분무 공정시에 바인더 역할을 하여 소망하는 입자 크기 범위에 있어서 우수하고 안정된 응집물을 형성한다. 바인더의 추가적인 기능은 사료에서 생성물의 안정성을 증가시키는 것이다.
전분이 반응기에서 첨가 및 혼합된 후 반응물이 첨가된다. 실례가 되는 목적에 대해서, 상기 공정은 염기성 염화아연의 제조를 참조하여 설명하고, 본 명세서에서 설명한 바와 같이 본 발명은 염기성 염화아연의 제조에 한정되는 것은 아니라고 생각된다.
이어서, HCl(32%) 또는 ZnCl2 용액 중 하나가 반응기에 화학량론적 양으로 첨가되어 산화아연과 상기 등식에 따라 반응한다.
산화아연은 반응기에 첨가되는 마지막 반응물이다.
모든 성분이 반응기에 첨가되면, 반응물은 충분한 시간에 대한 혼합 조건 하에서 약 180℉로 가열되어 최종 결정 형태(시몬콜레이트)로 최대 전환을 얻는다. 통상, 90% 초과의 전환은 약 4시간에서 달성될 수 있다. 달성되는 전환 정도는 슬러리에 X-선 회절 분석을 행해서 확인할 수 있다. 반응물을 180℉로 가열하는 것이 반응 시간을 크게 감소시켜 추가 가열없이 반응을 행할 수 있지만; 보다 느린 속도로 일어난다. 반응이 완료되면 슬러리는 분무 건조를 준비한다.
본 발명의 과정시에, 분무 건조는 GEA Niro 제작의 노즐 타워라고 하는 장형 분무 건조기를 사용하여 테스트되고, 다른 유형의 분무 건조기가 사용될 수 있다고 생각된다. 반응 슬러리는 고압 노즐을 통해서 분무 타워의 꼭대기에 도입된다. 고압 노즐은 노즐 타워에서 가열된 공기를 통해 떨어지는 슬러리의 작은 방울을 생성한다(약 50 낙하 거리). 작은 방울이 건조기의 바닥에 도달할 때까지, 그들은 또는 약 50㎛~약 300㎛ 및 바람직하게는 약 250㎛의 범위 내에서 입자 크기(평균 입자 크기)를 갖는 응집물 또는 입자를 건조한다. 당업자에 알려진 바와 같이, 최종 입자 크기가 노즐 디자인/오리피스 크기, 분무 건조기의 높이, 펌프 압력, 슬러리 고형분 함량, 온도, 및 적절한 바인더/농도를 포함하는지 결정하는 몇몇 파라미터가 있다. 이들 파라미터는 통상, 매우 좁은 입자 크기 분포에서 소망의 입자 크기를 갖는 생성물을 지속적으로 생성하기 위해서 적절한 슬러리 특성에 따라 장비의 적당한 크기/유형을 결정하는데 도움이 될 수 있는 간단한 실험에 의해 결정된다. 분무 건조기에 슬러리를 분무하거나 분사하는 몇몇 방법이 있다. 본 발명의 공정시에, 고압 노즐은 가장 큰 입자 크기 및 가장 좁은 입자 크기 분포를 생성하는데 특히 적합한 것으로 결정한다.
본 발명의 공정은 분진이 없고 밀도 및 입자 크기의 최적화 조합으로 형성될 수 있어서 통상의 복합 동물 사료 혼합물에 쉽고 빠르게 혼합되는 자유 유동성 미량 영양소 생성물을 제공하는 가소화 바인더를 사용하는 보다 큰 응집 입자로 형성되는 결정을 생성한다. 또한, 큰 응집물 입자(함께 응집된 개별 결정 각각의 조합된 표면적과 비교하여)의 작은 표면적은 비타민, 효소, 지방, 기름 등의 복합 사료 혼합물에서 존재할 수 있는 다른 성분과의 상호 작용에 대한 기회를 감소시킨다. 바인더가 가소화성이기 때문에, 사료가 동물의 소화관에 들어가면 필수 미량 미네랄의 개별 결정은 천천히 방출되어 소화, 흡수 및 신진 대사 작용을 한다. 이 방출 속도는 사용되는 바인더의 선택에 의해 조절될 수 있다.
본 발명의 미량 영양소 제품의 분진이 없고 자유 유동성 성질은 시판의 미량 영양소 제품을 통해 약간의 이점을 제공한다. 이 점에서, 본 발명의 미량 영양소 제품은 계량, 공급, 이동되거나, 사료에 미량 영양소 제품을 프로포셔닝에 처리 문제를 발생시키고, 원치않는 변형을 야기할 수 있는 장비의 고화 및 막힘 등의 핸들링 문제의 발생없이 종래의 처리 장비에 의해 다룰 수 있다. 또한, 미량 영양소의 자유 유동성 성질은 사료에 미량 영양소 제품이 균일 또는 균질하게 혼합될 수 있게 한다. 다른 시판의 미량 영양소 제품에 대해서 미량 영양소 제품의 그램수에 따른 비율이 1톤의 사료보다 많이 혼합될 수도 있다는 것을 고려하지 않으면 이러한 균일 또는 균질 혼합은 어려울 수 있다. 쉽게 균일 또는 균질 혼합물을 형성하는 능력은 선택과 바인더의 양 및 입자 크기를 포함하는 입자 응집시에 응집 입자 크기 및 밀도를 제어하는 능력에 의해 향상된다. 본 발명에 따라 응집 입자 크기 및 밀도를 제어할 수 있는 것은 특히 간편한 단위 측정 및 쉽게 균일 또는 균질한 혼합을 포함하는 예정된 사료 혼합물과 호환이 되는 미량 영양소 제품의 개별화를 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 미량 영양소 제품의 분진이 없는 성질의 핸들링을 개선하는 것은 사료에서 미량 영양소 제품의 제조 및 미량 영양소 제품의 혼합을 포함하는 미량 영양소 제품을 처리함으로써 건강상의 위험을 방지한다.
본 발명에 따라 제조된 많은 염기성 염은 비수용성이 높다. 이 비수용성에도 불구하고, 미량 영양소 보충제는 동물 조직에 쉽게 흡수 및 포함된다. 예를 들면, Zn5(OH)8Cl2·(H2O)를 함유하는 미량 영양소 보충제는 그들의 사료에 보충제가 포함될 때에 칙스(chicks)에 의해 쉽게 흡수된다. 칙스는 염기성 아연염에서 아연을 쉽게, 또는 수용성 아연종을 포함하는 다른 아연의 재료보다 더 잘 흡수한다.
본 발명의 미량 영양소 보충제는 다른 영양소와 혼합될 수 있다. 상기 영양소는 미량 및 다량 영양소를 모두 포함한다. 미량 영양소의 예는 비타민 및 미네랄을 포함한다. 본 발명에 대해 유용한 비타민의 예는 비타민A, 비타민D3, 비타민E(토코페롤), 비타민K(메나디온), 비타민B12(시아노코발라민), 비타민B6, 비타민B1, 비타민C(아스코르브산), 나이아신, 리보플라빈, 티아민 질산염, 엽산, 칼슘 판토테네이트, 피리독신, 염화콜린, 비오틴, 이들 비타민의 공지의 약학적으로 허용가능한 유도체 및 그 혼합물을 포함한다. 본 발명에 대해 유용한 미네랄 또는 금속염의 예는 황산구리, 황산철, 산화아연, 망간, 철, 요오드, 셀레늄, 미량 금속의 아미노산 착물, 및 그 혼합물을 포함한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 다량 영양소는 곡물, 씨앗, 풀, 육분, 어분, 지방, 및 기름 등의 원료 사료 중 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 미량 영양소 보충제는 소망의 입자 크기에 대해서 약 50㎛~약 300㎛의 범위 내의 입자 및 상대적으로 좁은 크기 분포를 생성할 수 있는 분진이 없고 자유 유동성 응집 입자로서 제공된다. 여기서, 입자 크기 분포의 협소함은 하기로 계산되는 "너비"로서 정의된다.
너비=[d(.9)-d(.1)]/d.5
여기서,
d(.9)는 샘플의 90% 이하가 입자 크기이다.
d(.1)는 샘플의 10% 이하가 입자 크기이다.
d(.5)는 샘플의 50% 이하가 입자 크기이다.
본 발명의 공정시에, 약 0.8~약 1.25 범위의 너비를 갖는 분무 건조에 의해 응집 입자가 생성된다.
최종 미량 영양소 제품의 입자 크기를 제어하는 능력은 미량 영양소 제품이 특정 사료 또는 보충제 혼합물에 대한 사용에 대해 개별화되는 것을 가능하게 한다. 예를 들면, 곡물 또는 씨앗과의 혼합을 위한 특정 입자 크기 및 풀, 육분, 어분, 지방 또는 기름과의 혼합을 위한 다른 입자 크기를 제공하는 것이 요구될 수도 있다. 또한, 보다 쉽게 소망의 양의 미량 영양소를 측정하기 위해서 최종 미량 영양소 제품의 입자 크기가 조정될 수 있다.
바인더의 선택은 복합 사료 혼합물에서 필수 미네랄의 방출에 영향을 미칠 수 있다. 사료 혼합물에서 철, 구리, 아연 및 망간과 같은 금속은 비타민, 효소, 항생물질 등과 같은 유용 성분과 파괴적 화학 반응에 참여할 수 있다. 따라서, 복합 사료 혼합물이 제조되어 그것이 소비될 때와 영양소가 동물의 소화계에서 흡수되는 사이의 시간 동안 유해한 손실을 최소화하기 위해서 단단히 결합되거나 보호된 금속을 갖는 것이 최상이다. 반면에, 금속이 너무 단단히 결합되거나 보호되어 있으면, 동물의 소화계에서 영양소가 흡수되는 능력은 저해될 수 있다.
본 발명에 의하면, 바인더 및 분무 건조 작업 조건의 선택은 복합 사료 혼합물이 제조되어 그것이 소비될 때와 영양소가 동물의 소화계에서 흡수되는 사이의 시간 동안 영양소가 너무 단단히 바인딩되어 동물의 소화계에서 영양소의 흡수를 저해하지 않게 영양소를 충분히 보호할 수 있는 미량 영양소 응집 입자를 생성할 수 있다. 옥수수 전분, 감자 전분, 또는 수식된 유도체 등의 약학적으로 허용가능한 바인더는 특히 본 발명의 목적에 적합하다.
상기 본 발명의 다른 실시형태에 상술한 바와 같이, 미량 영양소는 하나 이상의 필수 영양소를 포함할 수 있다. 이 점에서, 반응 용기에 공급되는 반응물(상술한 바와 같이)은 산화물 및/또는 철, 아연, 구리, 마그네슘 및 망간 등의 하나 이상의 필수 미네랄의 염을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 반응은 하나 이상의 필수 미네랄을 포함하는 결정을 생성한다.
다른 실시형태에 있어서, 반응 생성물 또는 다른 반응 배치로부터 슬러리는 분무 건조 공정 전에 함께 조합됨으로써 통상의 응집 입자에서 하나 이상의 배치로부터 영양소 결정과 함께 응집될 수 있다.
본 발명에 따른 조합이 다양한 미량 영양소의 조합을 생성할 수 있다는 것은 하나 이상의 필수 영양소 및/또는 분무 건조 전의 다른 반응 배치로부터 슬러리 조합을 포함하는 반응물의 결합을 사용하여 이해할 수 있다. 이는 예혼합 또는 완성된 사료의 혼합 및 균질성에 관하여 최종 소비자에게 보다 큰 통제력을 제공한다.
본 발명의 특색 및 특징은 실례가 되는 목적을 위해 한정되지 않는 실시예로서 제공되는 이하의 실시예에 의해 예시된다.
실시예 1
이 실시예에서 염기성 염화구리는 이하의 반응에 따른 산화제이구리와 염산의 반응에 의해 생성되었다.
2CuO＋HCl＋H2O→Cu2(OH)3Cl
이 실시예에서 반응물이 화학량론 또는 근접하게 첨가되었다. 먼저 1리터의 반응 용기에 287ml의 물을 첨가한 후 270ml의 HCl(32%)을 첨가했다. 혼합하면서 436g의 CuO를 첨가한 후 29g의 수식 옥수수 전분 바인더를 첨가했다. 상기와 같이, 전분 바인더는 세 가지 기능을 제공한다. 첫째로, 상기 얻어진 슬러리의 점도를 크게 감소시킴으로써 슬러리가 펌핑가능/혼합가능하게 한다. 둘째로, 전분 바인더는 분무 건조 공정시에 바인더의 역할을 한다. 셋째로, 바인더는 사료에서 제품의 안정성을 증가시킨다.
10분간의 혼합 후에, 반응기(약 55% 고형분을 갖는 슬러리)의 함량은 두 개의 앨리쿼트로 나누었다. 두개의 앨리쿼트 모두는 24시간 동안 혼합하고, 하나는 상온에서, 다른 하나는 180℉로 가열하여 반응 속도에서 온도의 영향을 확인했다. 반응은 XRD에 의해 관찰했다.
이 실시예의 결과로서, 산화구리는 180℉로 가열된 앨리쿼트에서 2시간 이내에 염기성 염화구리로 전환되는 반면에, 상온에서 반응된 앨리쿼트는 완료에 도달하기까지 24시간이 걸리는 것을 알았다.
실시예 2
이 실시예에서 염기성 염화구리는 이하의 등식에 따른 산화제이구리와 염화제이구리의 반응에 의해 생성되었다.
3CuO＋CuCl2＋3H2O＝2Cu2(OH)3Cl
이 반응은 400ml의 물과 207g/L의 Cu를 함유하는 128.27ml의 염화제이구리 수용액을 1리터 비커에 첨가함으로써 행해졌다. 혼합하면서 100g의 산화제이구리를 용액에 첨가했다. 혼합물을 180℉로 가열하고, 24시간 동안 혼합 및 반응했다. X-선 회절에 의해 반응을 관찰했다. 2시간 후에 샘플이 산화구리(흑동광)의 100% 전환을 나타내는 아타카마석/클리노아타카마석의 100%의 혼합물을 갖는 것을 알았다.
실시예 3
이 실시예에서 염기성 염화구리는 이하의 등식에 따른 산화제일구리와 염산 및 산소의 반응에 의해 생성되었다.
2Cu2O＋2HCl＋O2＋2H2O＝2Cu2(OH)3Cl
이 반응은 300ml의 물과 63.8ml의 염산을 산소의 첨가를 위해 스파징 스톤을 갖춘 500ml 비커에 첨가함으로써 행해졌다. 100g의 산화제일구리를 용액에 첨가한 후 180℉로 가열했다. 실험 동안 혼합물에 산소 기포가 지속적으로 발생했다. 결정 식별을 위해 2시간 후에 샘플을 X-선 회절에 의해 분석했다. 결과는 93.8%의 아타카마석/클리노아타카마석의 혼합물 및 6% 산화구리(Cu2O)를 나타냈다.
실시예 4
이 실시예에서 염기성 염화구리는 이하의 반응에 따른 탄산구리와 염산의 반응에 의해 생성되었다.
Cu2(OH)2CO3＋HCl＝Cu2(OH)3Cl＋CO2
이 반응은 200ml의 물과 45.8ml의 HCl을 500ml 비커에 첨가함으로써 행해졌다. 혼합하면서 100g의 탄산구리를 상기 용액에 첨가한 후 180℉로 가열했다. 혼합물을 24시간 동안 상온에서 혼합 및 반응했다. 반응의 처음 20분 동안, 이산화탄소가 발생된 결과로서 상당한 기포가 발생했다. 2시간 후에 샘플을 빼내고, X-선 회절에 의해 분석하여 결정 구조를 확인했다. 결과는 결정이 탄산구리(공장석)가 존재하지 않는 100%의 아타카마석/클리노아타카마석의 혼합물인 것을 나타냈다.
실시예 5
이 실시예에서 염기성 염화아연은 이하의 반응에 따른 산화아연과 염산의 반응에 의해 생성되었다.
5ZnO＋2HCl＋4H2O＝Zn5(OH)8Cl2·H2O
이 반응은 200g의 ZnO, 104ml HCl(32%), 190.4ml H2O, 및 13.3g 수식 옥수수 전분을 1리터 반응 용기에 첨가함으로써 행해졌다. 혼합물을 180℉로 가열하고, 총 4시간 동안 혼합했다. 생성물을 X-선 회절에 의해 분석하여 96.5% 염기성 염화아연(시몬콜레이트) 및 3.5% ZnO(홍아연석)를 발견했다.
실시예 6
이 실시예에서 염기성 염화아연은 이하의 반응에 따른 산화아연과 염화아연의 반응에 의해 생성되었다.
4ZnO＋ZnCl2＋5H2O＝Zn5(OH)8Cl2·H2O
이 반응은 400ml 물, 170g/l Zn을 함유하는 118ml 염화아연 용액, 및 100g의 산화아연을 1리터 비커에 첨가함으로써 행해졌다. 혼합물을 180℉로 가열하고, 총 24시간 동안 혼합 및 반응했다. 샘플을 주기적으로 꺼내고, 결정 식별을 위해 X-선 회절 분석에 의해 실험했다. 24시간 후에 산화아연을 97.2% 염기성 염화아연(시몬콜레이트) 및 2.8% 산화아연(홍아연석)으로 전환했다.
실시예 7
이 실시예에서 염기성 염화망간은 이하의 반응에 따른 산화망간과 염산의 반응에 의해 생성되었다.
2MnO＋HCl＋H2O＝Mn2(OH)3Cl2
이 반응은 100ml 물, 13.88ml의 HCl(32%), 및 20.03g의 산화 망간을 미리 질소로 퍼지된 혼합 반응 용기에 첨가함으로써 행해졌다. 또한, 혼합물에 질소 기포가 발생하여 반응 중에 Mn+2가 Mn+ 3로 산화되는 것을 방지했다. 반응 용기를 혼합하고, 100℃에서 24시간 동안 가열했다. 반응 생성물의 샘플을 X-선 회절 분석을 위해 의뢰하고, 산화망간이 되는 상태로 86% 염기성 염화망간(켐파이트)를 발견했다.
실시예 8
이 실시예에서 염기성 염화망간은 이하의 반응에 따른 산화망간과 염화망간의 반응에 의해 생성되었다.
3MnO＋MnCl2＋3H2O＝2Mn2(OH)3Cl2
이 반응은 100ml 물, 22.49g의 염화망간 4수화물, 및 20.14g의 산화망간을 미리 질소로 퍼지된 혼합 반응 용기에 첨가함으로써 행해졌다. 또한, 혼합물에 질소 기포가 발생하여 반응 중에 Mn+2가 Mn+ 3로 산화되는 것을 방지했다. 반응 용기를 혼합하고, 100℃에서 24시간 동안 가열했다. 반응 생성물의 샘플을 X-선 회절 분석을 위해 의뢰하고, 93.6% 염기성 염화망간(켐파이트) 및 6.3% Mn3O4(호우스먼나이트)를 발견했다.
실시예 9
이 실시예에서 기재된 반응에 의해 생성된 염기성 금속 슬러리는 매우 작은 0.1~20㎛ 결정을 생성한다. 분무 건조 이전의 수식 전분 바인더의 첨가는 입자 크기가 50~300㎛ 범위에서 효과적으로 조정되는 것을 가능하게 한다. 선행 실험을 행하는 동안 전분 또한 슬러리의 점도를 크게 감소시킨다는 것을 알았다. 이 발견은 슬러리의 총 고형분 함량을 55% 이상 높게할 수 있는 중요한 개선 공정이었다. 이는 생성물을 건조하는데 요구되는 에너지뿐만 아니라 이들 슬러리의 펌핑 및 혼합을 위해 요구되는 마력 요건에 있어서 상당한 감소를 나타낸다. 이 실시예에서 전분이 염기성 염화구리 슬러리에 대한 점도에 있어서 10배 감소와 약 2.5wt.%의 전분이 첨가될 때 약 15,000Cps~약 1,000Cps의 점도 감소를 제공한다는 것을 알았다.
실시예 10
이 실시예에서 실험실 실험을 행하여 미국 특허 제 6,265,438호의 공정에 따라 생성된 TBCC의 표준 생성과 비교하여 3염기 염화구리(TBCC)의 상대적 반응도를 확인했다. 이 실험은 아세테이트 완충 용액(pH 4.7) 400ml에 각 재료로부터 1.62g의 구리를 둠으로써 행해졌다. 용액은 상온에서 4시간 동안 혼합했다. 실험 동안 반응도의 척도로서 가용성 구리를 주기적으로 측정했다. 데이터는 분무 건조 생성물이 약간 더 높지만 표준 TBCC의 반응도와 비슷하고, 방출 속도에 관해서 추세선에 근접하게 따르는 것을 나타냈다.
본 발명의 염기성 금속염은 인간 및 다른 동물에 있어서 생존 능력, 성장 속도, 건강 및/또는 생식력을 향상시키기 위해서 사용될 수 있다. 임의의 이론에 구속받는 것은 아니지만, 염기성 금속염이 보다 쉽게 흡수 및/또는 미네랄, 무기 금속염 또는 해당 필수 금속을 포함하는 다른 영양소를 통하여 증가된 생물학적 이용가능성을 나타낸다고 생각된다. 본 발명의 염기성 금속염의 바람직한 실시형태는 박테리아의 성장을 크게 감소시키고, 따라서 본 발명의 바람직한 형태의 사용을 나타내는 것은 인간 및 다른 동물의 성장 및 건강을 효과적으로 향상시킬 수 있는 것을 알았다. 또한, 본 발명의 바람직한 염기성 금속염은 특정 박테리에 대해 향상된 효능을 나타냄으로써, 필수 금속의 보다 작은 양 및/또는 낮은 농도의 사용을 가능하게하여 동물에게 상당히 동등하거나 동등한 강력한 효능을 제공한다.
본 발명은 앞선 설명으부터 특정 방법, 재료 및 실시형태를 참조하여 기재되어 있지만, 당업자는 본 발명의 특징을 쉽게 알 수 있고, 다양한 변경 및 수정은 상기 및 첨부된 청구항에서 나타내는 본 발명의 목적 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 사용 및 특징을 적용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 결정이 가소화 바인더와 응집되어서 가소화 응집 입자를 형성하는 적어도 하나의 필수 미네랄의 염기성 염의 결정을 포함하고,
    상기 결정의 크기는 약 0.1㎛~약 20㎛이고, 상기 가소화 응집 입자의 크기는 약 50㎛~약 300㎛인 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가소화 바인더는 약학적으로 허용가능한 탄수화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가소화 바인더는 응집 입자의 10wt.% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제.
  4. 제 1 항에 있어서,
    산은 무기산을 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 필수 미네랄의 염기성 염의 결정은 적어도 2개의 필수 미네랄을 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 필수 미네랄의 염기성 염의 결정 및 적어도 다른 하나의 필수 미네랄의 염기성 염의 결정은 가소화 바인더와 함께 응집되어서 가소화 응집 입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제.
  7. 제 1 항에 있어서,
    동물성 사료와 조합하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제.
  8. a) 필수 미네랄의 금속 산화물 또는 금속 수산화물 또는 금속 탄산염과, 필수 미네랄과 가소화 바인더의 산성 및/또는 금속염을 반응하는 단계; 및
    b) 상기 단계 a)의 반응 생성물로부터 분무 건조 또는 다른 응집 방법에 의해 응집 입자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계 a)의 반응 생성물은 미량 영양소 결정의 슬러리 및 가소화 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 미량 영양소 결정은 약 0.1㎛~약 20㎛의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계 b)는 약 50㎛~약 300㎛ 크기를 갖는 응집 입자를 생성하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 슬러리의 고형분 함량은 상기 미량 영양소 결정의 75wt.% 이하인 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 슬러리의 고형분 함량은 상기 미량 영양소 결정의 약 30wt.%~약 75wt.%인 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계 a)에 있어서의 반응 혼합물은 약 180℉의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 바인더는 약학적으로 허용가능한 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계 a)에 있어서의 반응 혼합물은 1개 이상의 금속 산화물 및/또는 1개 이상의 금속염 및 산을 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법.
  17. 제 8 항에 있어서,
    c) 다른 필수 미네랄의 금속 산화물 또는 금속 수산화물 또는 금속 탄산염과, 다른 필수 미네랄과 가소화 바인더의 산성 및/또는 금속염을 반응시키는 단계;
    상기 단계 a)와 상기 단계 c)의 반응 생성물을 조합하는 단계; 및
    상기 단계 a) 및 상기 단계 c)의 조합 반응 생성물을 (분무 건조 또는 다른 응집 방법에 의해) 응집하는 것을 포함하는 단계 b)를 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미량 영양소 보충제의 제조 방법.
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