TW202021469A - 粒狀飼料添加物 - Google Patents

Abstract

本揭露是有關於一種能夠減少吸濕性、結塊及結團的粒狀飼料添加物，所述添加物包含鹼性胺基酸及由式1表示的陰離子，其中陰離子對鹼性胺基酸的莫耳比大於0.1並且等於或小於0.52。

Description

粒狀飼料添加物

本發明是有關於一種粒狀飼料添加物，所述粒狀飼料添加物包含鹼性胺基酸（basic amino acid）及由式1表示的陰離子，並且能夠減少吸濕性（hygroscopicity）、結塊（lumping）及結團（caking）現象，其中陰離子對鹼性胺基酸的莫耳比大於0.1並且等於或小於0.52。

飼料添加物為旨在作為常規飲食的補充物而被消費以克服某些化合物每日攝入量不足的問題的產品。為了提高家畜的畜牧效能，常用胺基酸來強化家畜的飼料添加物。

由於藉由微生物發酵生產的用於飼料添加物的胺基酸與其他副產物一起存在於發酵液（broth）中，因此使用了各種增加胺基酸含量的方法。舉例而言，為了增加胺基酸含量，可藉由將純化的高含量胺基酸水溶液與發酵液混合來製備顆粒。然而，在高含量鹼性胺基酸水溶液的情形中，其親水性及極性導致最終粒狀產品出現高吸濕性、結塊及結團現象。此種結塊及結團現象不適合混合飼料廠在技術上所要求的加工製程。此外，為了增加鹼性胺基酸含量，可使用各種用於移除發酵液中雜質的純化製程及添加鹽酸的結晶製程。儘管可以此種方式製備高含量飼料添加物，但需要諸多純化製程，並且必需的試劑需要在使用後排放到廢物中，從而導致經濟及環境問題。

因此，需要一種研發包含高含量鹼性胺基酸且具有低吸濕性的粒狀飼料添加物的經濟方法。

[發明的技術目標]

本揭露提供一種粒狀飼料添加物，所述粒狀飼料添加物包含鹼性胺基酸及由下式1表示的陰離子，並且具有防止吸濕性、結塊及結團現象的效果，其中陰離子對鹼性胺基酸的莫耳比大於0.1並且等於或小於0.52。

[式1]

H_n CO₃ ^(2-n)-

（其中，在式1中n為0或1）。 [達成技術目標的手段]

本揭露的態樣可提供一種粒狀飼料添加物，所述粒狀飼料添加物包含鹼性胺基酸及由下式1表示的陰離子，其中所述陰離子對所述鹼性胺基酸的莫耳比大於0.1且等於或小於0.52。

[式1]

H_n CO₃ ^(2-n)-

（其中，在式1中n為0或1）。

根據態樣的粒狀飼料添加物可包含高含量鹼性胺基酸，並且亦可藉由注入二氧化碳而包含由式1表示的陰離子，以降低鹼性胺基酸的極性。因此，可有效地減少由鹼性胺基酸的極性導致的吸濕性、結塊及結團現象等問題。

在本文中所使用的術語「飼料添加物」是指為提高生產率或促進目標生物體健康而添加到飼料中的物質。飼料添加物可以現有技術中已知的各種形式製備，並且可單獨使用或與常規已知的飼料添加物結合使用。飼料添加物可以恰當的組成比（composition ratio）添加到飼料中，其中此種組成比可鑑於現有技術中的常識及經驗而輕易確定。可將所述飼料添加物添加至例如雞、豬、猴、狗、貓、兔、牛、綿羊、山羊等動物的飼料中，但本揭露的實施例並非僅限於此。

在一個實施例中，飼料添加物可為粒型。

在一個實施例中，此種粒狀飼料添加物可包含鹼性胺基酸。在本文中所使用的術語「鹼性胺基酸」可包括選自離胺酸（lysine）、精胺酸（arginine）及組胺酸（histidine）中的至少一者。鹼性胺基酸可包括選自L-離胺酸、L-精胺酸及L-組胺酸中的至少一者。鹼性胺基酸可為離胺酸、精胺酸及組胺酸各自的鹽或游離胺基酸的形式。鹽可為硫酸鹽、鹽酸鹽或碳酸鹽，但本揭露的實施例並非僅限於此。

鹼性胺基酸可容易地與水結合，並且可為極性的。因此，一般而言，當鹼性胺基酸以高含量包含在粒狀飼料添加物中時，顆粒的極性可增加，從而導致吸濕性、結塊及結團現象此類問題的發生增多。以粒狀飼料添加物的總重量計，粒狀飼料添加物可包含約50重量%至約90重量%、例如約55重量%至約89.5重量%、約60重量%至約89重量%、約65重量%至約88.5重量%、約70重量%至約88重量%、約75重量%至約87重量%、約76重量%至約86重量%、約77重量%至約85重量%、約78重量%至約84重量%、或約79重量%至約80重量%範圍內的鹼性胺基酸。亦即，粒狀飼料添加物可包含高含量的鹼性胺基酸，並且藉由包含上述範圍內的鹼性胺基酸，可產生在運輸及儲存方面的優勢。粒狀飼料添加物可使用藉由純化及濃縮發酵液而製備的胺基酸水溶液來達成此種高含量性質。此外，藉由將胺基酸水溶液與濃縮的發酵液混合，可調節所得溶液中胺基酸的含量，且因此，亦可將飼料添加物中包含的胺基酸的含量調節至恰當範圍內。

在一個實施例中，粒狀飼料添加物可包含由下式1表示的陰離子：

[式1]

H_n CO₃ ^(2-n)-

（其中，在式1中n為0或1）。

由式1表示的陰離子可具體而言包括碳酸氫根離子（HCO₃ ^- ）或碳酸根離子（CO₃ ^2- ）。

陰離子可藉由向含有鹼性胺基酸的水溶液中加入二氧化碳來產生。二氧化碳可與水溶液中的氫離子反應以產生碳酸根離子，然後碳酸根離子可轉化為碳酸氫根離子。在此製程中，粒狀飼料添加物的酸鹼度（pH）可被降低或中和。因此，在一個實施例中，粒狀飼料添加物可包含碳酸根離子、碳酸氫根離子或其混合物。

在一個實施例中，陰離子對鹼性胺基酸的莫耳比可大於0.1且等於或小於0.52。在本文中所使用的術語「陰離子對鹼性胺基酸的莫耳比」可指碳酸氫根離子或碳酸根離子對鹼性胺基酸的莫耳比，並且可由HCO₃ ^- /鹼性胺基酸或CO₃ ^2- /鹼性胺基酸表示。

在飼料添加物中，碳酸氫根離子或碳酸根離子對鹼性胺基酸的莫耳比可大於0.1並且等於或小於0.52。

當莫耳比約為0.1或小於0.1時，顆粒中碳酸氫根離子或碳酸根離子的含量為低使得中和鹼性胺基酸的效果可被減弱，從而導致顆粒的吸濕性或固化性問題。當莫耳比大於約0.52時，顆粒的胺基酸含量可被降低，從而導致產品價值降低。亦即，相較於不含碳酸氫根離子或碳酸根離子的粒狀飼料添加物，粒狀飼料添加物可具有改善的吸濕性。在本文中所使用的術語「吸濕性」是指吸收水分或保濕的趨勢。典型的粒狀飼料添加物（具體而言，包含鹼性胺基酸的粒狀飼料添加物）可表現出高吸濕性，此導致結塊及結團現象增加，從而導致產品價值低。然而，根據本揭露，可提高飼料添加物的產品價值。

莫耳比可具體而言在約0.15至約0.5、或約0.2至約0.45的範圍內。

莫耳比可根據在將顆粒溶解在水中後藉由高效液相層析術（high performance liquid chromatography）獲得的結果來計算。然而，本揭露的實施例並非僅限於此。

粒狀飼料添加物中包含的顆粒的大小可根據畜牧業用途來確定。

在一個實施例中，粒狀飼料添加物的平均顆粒直徑可在約0.1毫米至約3.0毫米的範圍內。在一或多個實施例中，平均顆粒直徑可在約0.5毫米至約3.0毫米的範圍內。然而，在不超出本揭露的目的的範圍內，可作出各種修改。當粒狀飼料添加物的平均顆粒直徑小於約0.1毫米時，固化程度可增加，或者可能產生灰塵。當粒狀飼料添加物的平均顆粒直徑大於約3.0毫米時，在飼料製備期間顆粒可能混合不均勻。

粒狀飼料添加物的顆粒可具有不規則的形狀，且舉例而言可具有球形。

在一個實施例中，當碳酸氫根離子或碳酸根離子對鹼性胺基酸的莫耳比大於0.1且等於或小於0.52時，吸濕性可得到改善，同時結塊及結團現象可減少。因此，藉由將莫耳比調節為大於0.1且等於或小於0.52，可提供吸濕性改善的粒狀飼料添加物。

在一個實施例中，粒狀飼料添加物的酸鹼度可在約8.5至約9.5的範圍內。在一或多個實施例中，粒狀飼料添加物的酸鹼度可在約8.5至約9.2的範圍內。可藉由在發酵製程期間注入二氧化碳來降低酸鹼度。

在一個實施例中，以粒狀飼料添加物的總重量計，粒狀飼料添加物的水分含量（moisture content）可小於約7重量%。舉例而言，粒狀飼料添加物的水分含量可為約0.1重量%至約7重量%。本揭露提供了包含鹼性胺基酸及由式1表示的陰離子的粒狀飼料添加物，其中陰離子對鹼性胺基酸的莫耳比被設定為大於約0.1且等於或小於0.52，藉此改善吸濕性，並且因此僅包含在上述水分含量範圍內的少量水分。

本揭露的粒狀飼料添加物可根據以下方法進行製備。在一個實施例中，粒狀飼料添加物可藉由以下步驟進行製備：製備鹼性胺基酸水溶液；製備中和的胺基酸水溶液；濃縮發酵液；製備含有中和的胺基酸水溶液及濃縮的發酵液的混合胺基酸溶液；以及使混合胺基酸溶液粒化。

在一或多個實施例中，粒狀飼料添加物可藉由以下步驟進行製備：製備鹼性胺基酸水溶液；濃縮發酵液；製備中和的胺基酸水溶液；製備含有中和的胺基酸水溶液及濃縮的發酵液的混合胺基酸溶液；以及使混合胺基酸溶液粒化。

在一個實施例中，在本文中所使用的術語「胺基酸水溶液」可指含有鹼性胺基酸的純化發酵液。詳言之，可藉由過濾、純化及濃縮發酵產物的製程獲得胺基酸水溶液，其中所述發酵產物是藉由培養鹼性胺基酸生產菌株（basic amino acid-producing strain）而獲得的。

發酵產物可藉由在菌株發酵時進行培養而達成，並且可藉由分批補料製程（fed-batch process）、進料製程（feed process）、分批製程（亦被稱為分批培養）或重覆分批補料製程（亦被稱為重覆進料製程）來進行。在本文中所使用的發酵培養基可根據生產菌株的要求進行最佳化。胺基酸水溶液可具有以下特性：濃度為約560克/升至640克/升，酸鹼度為約10.2至約10.7，重量為約1.13至約1.14，純度為約95重量%至約99重量%。

在此製備方法中，對鹼性胺基酸生產菌株無特別限制，只要其為在不超出本揭露的目的的範圍內生產鹼性胺基酸的菌株即可。舉例而言，鹼性胺基酸生產菌株可包括棒狀桿菌屬（genus Corynebacterium）菌株。

此外，菌株生產鹼性胺基酸的條件可包括其中鹼性胺基酸的產量高但菌株的積累量小此類條件。

可對發酵產物進行過濾，或者具體而言，可使用膜來分離其中的微生物。然後，移除微生物的發酵液可穿過具體而言例如離子交換樹脂塔（ion exchange resin tower），以便移除雜質並純化鹼性胺基酸。經純化的胺基酸的濃縮製程可藉由例如真空及/或乾燥製程在含有鹼性胺基酸的發酵液上進行。

在本文中所使用的術語「中和的胺基酸水溶液」可指其中胺基酸水溶液被中和的形式。詳言之，中和的胺基酸水溶液可更在胺基酸水溶液中含有HCO₃ ^- 或CO₃ ^2- 。亦即，中和的胺基酸水溶液可為其中胺基酸水溶液被HCO₃ ^- 或CO₃ ^2- 中和的形式。

在中和胺基酸水溶液的步驟中，可藉由向胺基酸水溶液中加入二氧化碳來進行中和。可在微生物的發酵製程中產生二氧化碳。當二氧化碳被注入胺基酸水溶液中時，可在水溶液中產生HCO₃ ^- 或CO₃ ^2- 使得鹼性胺基酸可被中和。根據此方法，可使用在發酵期間產生的二氧化碳，且因此減少了二氧化碳的排放，並且可回收資源。

此外，由於可省略使用鹽酸中和胺基酸水溶液的傳統製程，因此可簡化純化製程。

中和的胺基酸水溶液可具有以下特性：酸鹼度為約8.9至約9.5，重量為約1.18至約1.20，且純度為約82重量%至約89重量%。

「濃縮發酵液的步驟」可指在自發酵培養基分離鹼性胺基酸之後濃縮發酵培養基的發酵液。在一個實施例中，「濃縮的發酵液」可指含有鹼性胺基酸並藉由真空及/或乾燥製程而濃縮的發酵液。濃縮的發酵液可藉由在真空及加熱狀態下對發酵產物（所述發酵產物是藉由培養鹼性胺基酸生產菌株而獲得的）進行濃縮的製程而獲得而無需純化製程，使得發酵產物中的總固體含量設定在約50重量%至約60重量%的範圍內，即固體含量設定在約50重量%至約60重量%的範圍內。「固體含量」可指在完全移除液體後剩餘的固體的質量。

在一個實施例中，可藉由在室溫下將胺基酸水溶液與濃縮的發酵液混合來進行製備含有胺基酸水溶液及濃縮的發酵液的混合胺基酸溶液的步驟。在混合時，陰離子對混合溶液的莫耳比可為約0.15或大於0.15及約0.65或小於0.65。在一個實施例中，使混合胺基酸溶液粒化的步驟可例如藉由以下來進行：將胺基酸水溶液或濃縮的發酵液連續噴灑到造粒機中，並向造粒機連續供應熱空氣以形成藉由在恆定大小範圍內噴灑而形成的粒子的流化床（fluidized bed）。對於此製程而言，可使用傳統的流化床循環造粒機（circulation granulator）等。粒化的條件可包括例如：注入速度為約5毫升/分鐘至約10毫升/分鐘，噴嘴壓力為約1.2千克/平方公分，溫度為約75℃至約80℃。然而，本揭露的實施例並非僅限於此。

粒狀飼料添加物可適用於製備動物飼料。舉例而言，飼料添加物可為動物飼料預混物的一部分或動物飼料的前驅物，並且飼料添加物自身可與飼料材料混合。

粒狀飼料添加物可單獨施用予動物，或者在可食用載體中與其他飼料添加物組合施用。此外，飼料添加物可作為追肥材料施用予動物，可直接與動物飼料混合，或者可以與飼料分開的口服製劑施用予動物。 [發明的效果]

根據實施例的粒狀飼料添加物包含高含量鹼性胺基酸，並且亦能夠防止由鹼性胺基酸導致的吸濕性、結塊及結團現象。

此外，關於根據實施例的粒狀飼料添加物，可省略使用通常用於中和鹼性胺基酸的鹽酸的製程。因此，可簡化製程，並且可解決由使用鹽酸引起的製程問題。

在下文中，將參照實例更詳細地闡述本揭露。然而，該些實例僅用於說明目的，並且本揭露的範圍並非僅限於該些實例。

實例1至實例6及比較例1至比較例6

圖1為示出根據實施例製備包含高含量鹼性胺基酸的粒狀飼料添加物的步驟的圖式。在下文中，將參照圖1詳細闡述每個步驟。

1.製備混合胺基酸溶液

根據表1及表2所示的組成製備了胺基酸水溶液及濃縮的發酵液，且然後混合所述胺基酸水溶液及濃縮的發酵液以製備混合溶液。在此實例中，使用L-離胺酸作為鹼性胺基酸的實例。除了使用L-離胺酸水溶液代替中和的L -離胺酸水溶液之外，以與實例1相同的方式執行了比較例1至比較例6。首先，藉由純化含有L-離胺酸的發酵液製備了胺基酸水溶液。為了製備發酵液，在30℃的溫度下以200轉/分（rpm）的速度將棒狀桿菌屬的L-離胺酸生產菌株的發酵劑（starter culture）在25毫升的種子培養基中在7.0的酸鹼度下進行了20小時。此處，以1升的蒸餾水計，向種子培養基中補充20克葡萄糖、10克蛋白腖、5克酵母提取物、1.5克尿素、4克KH₂ PO₄ 、8克K₂ HPO₄ ，0.5克MgSO₄ ·7H₂ O、100微克生物素、1毫克鹽酸硫胺素1（thiamine HCl 1）、2毫克泛酸鈣及2毫克煙醯胺。以4 %（體積/體積）將藉由種子培養（seed culture）獲得的起始物（starter）接種到酸鹼度為7.0的生產培養基中，並且在充分通風及攪拌培養基的同時，對培養基進行培養直到加入其中的葡萄糖被完全消耗，藉此獲得最終發酵液。此處，以1升的蒸餾水計，向生產培養基中補充100克葡萄糖、40克(NH₄ )₂ SO₄ 、2.5克大豆蛋白、5克玉米漿固體、3克尿素、1克KH₂ PO₄ 、0.5克MgSO₄ ·7H₂ O、100微克生物素、1毫克鹽酸硫胺素、2毫克泛酸鈣、3毫克煙醯胺及30克CaCO₃ 。在培養完成後，利用HPLC（沃特世公司（Waters Company），2478）分析了發酵液中L-離胺酸的濃度。使用大小為0.1微米的膜移除了發酵液中的微生物。使從中移除微生物的發酵液穿過陽離子交換樹脂塔以吸收發酵液中的L-離胺酸並自其他雜質分離L-離胺酸。使用約2 N（當量濃度）氨溶液自樹脂塔解吸所吸收的L-離胺酸，對其進行回收，且然後在真空中進行加熱及濃縮，藉此製備L-離胺酸水溶液。在濃縮後，L-離胺酸水溶液的濃度為560克/升，酸鹼度為10.2，重量為1.13，且純度為99重量%。在將35千克L-離胺酸水溶液加入中和罐後，在中和的L-離胺酸水溶液中，在50℃的溫度下以1000升/分鐘的速率且以500轉/分鐘的速度注入含有5體積%的二氧化碳的氣體達10小時。利用HPLC（沃特世公司，2478）分析了注入二氧化碳後中和的L-離胺酸及碳酸氫根離子或碳酸根離子的濃度。中和的L-離胺酸水溶液為在L-離胺酸水溶液中進一步含有HCO₃ ^- 或CO₃ ^2- 的溶液。中和的L-離胺酸水溶液的酸鹼度為8.9，比重為1.20，且純度為89重量%。

在不執行純化製程的情況下藉由在真空中加熱及濃縮如上所述製備的發酵液而製備了濃縮的發酵液。然後，將濃縮後發酵液中總固體的含量設定為56重量%。

根據表1及表2中詳細說明的比率將L-離胺酸水溶液或中和的L-離胺酸水溶液與濃縮的發酵液混合，藉此製備混合溶液。利用HPLC（沃特世公司，2478）分析了混合溶液中L-離胺酸及HCO₃ ^- 或CO₃ ^2- 的濃度。參照濃度分析的結果，在表1及表2中示出了計算在實例1至實例6及比較例1至比較例6中每一者中的混合溶液中HCO₃ ^- 對L-離胺酸的莫耳比的結果。

[表1]

[表2]

如表1所示，隨著L-離胺酸水溶液的比率增加，混合溶液中HCO₃ ^- /L-離胺酸的莫耳比降低。如表2所示，根據L-離胺酸水溶液的比率的變化，混合溶液中HCO₃ ^- /L-離胺酸的莫耳比無顯著變化。

2.製備顆粒

然後將表1及表2中詳細說明的混合溶液粒化。詳言之，在80℃的溫度下以5毫升/分鐘的速率及1.2千克/平方公分的噴嘴壓力噴射所製備的混合溶液以將其注入流化床循環造粒機中。藉由分離，根據約0.5毫米至約3.0毫米的大小選擇所製備的顆粒。

2.1.分析顆粒中HCO₃ ^- 對L-離胺酸的莫耳比及L-離胺酸的含量

為了分析在實例1至實例6及比較例1至比較例6中每一者的顆粒中HCO₃ ^- 對L-離胺酸的莫耳比及L-離胺酸的含量，將少量顆粒溶解在了1升超純水中。然後，對其進行HPLC（沃特世公司，2478），並自結果計算出莫耳比。計算結果示出於表3及表4中。

[表3]

[表4]

如在表3及表4中所示，確認了在顆粒中HCO₃ ^- 對L-離胺酸的莫耳比在實例1至實例6中處於0.1至0.52的範圍內，且在比較例1至比較例6中處於0.02至0.03的範圍內。此外，在所有的實例1至實例6及比較例1至比較例6中，確認了L-離胺酸的含量為78%或大於78%，且因此確認了含量為高。

2.2評估吸濕性及固化性

為了評估實例1至實例6及比較例1至比較例6的顆粒的吸濕性及固化性，將3克每種顆粒置於拋棄式質量盤（mass plate）中，並在40℃的溫度及60%的相對濕度下儲存了一周。然後，藉由質量變化量測了顆粒中水分的變化。

此外，為了定量評估吸水顆粒的結塊及結團現象（即，固化），將顆粒置於篩孔大小為1.7毫米的篩上，且然後使用振動器從而在振動（50赫茲，5分鐘）後量測自篩中過濾出的顆粒的質量，以確定結塊及結團的程度。藉由以下方程式計算出了結塊及結團的程度。

結果示出於表5及表6中。

[表5]

[表6]

如在表5及表6中所示，相較於比較例1至比較例6的顆粒，實例1至實例6的顆粒的水分含量以及結塊及結團的程度顯著為低。具體而言，在僅利用L-離胺酸水溶液的情形（比較例1）中，確認獲得了最高的吸濕性。此外，基於顆粒的吸濕性隨著比較例1至比較例6的組成中L-離胺酸水溶液的比例增加而增加的事實，發現純化的L-離胺酸的極性增加了顆粒的吸濕性。同時，還確認了在實例1至實例6的顆粒中，水分含量以及結塊及結團的程度隨著中和的L-離胺酸水溶液的比例降低而增加。亦即，隨著顆粒中HCO₃ ^- 的比例增加，L-離胺酸的極性減弱，藉此改善顆粒的吸濕性。具體而言，當顆粒中HCO₃ ^- /L-離胺酸的莫耳比降低至0.1或小於0.1時，固化性顯著增加。就此而言，確認了為解決固化問題，將HCO₃ ^- /L-離胺酸的莫耳比設定為大於0.1。

因此，確認了當顆粒中HCO₃ ^- 的莫耳比在實例1至實例6的組成中大於0.1且等於或小於0.52時，可減弱顆粒的吸濕性，並且因此亦可減弱由吸濕性導致的結塊及結團現象。

無。

圖1為示出根據實施例製備粒狀飼料添加物的步驟的圖式。

Claims (6)

1. 一種粒狀飼料添加物，包含鹼性胺基酸及由下式1表示的陰離子， 其中所述陰離子對所述鹼性胺基酸的莫耳比大於0.1且等於或小於0.52： [式1] H_n CO₃ ^(2-n)- （其中，在式1中，n為0或1）。
2. 如申請專利範圍第1項所述的粒狀飼料添加物，其中所述鹼性胺基酸為選自由離胺酸、精胺酸及組胺酸組成的群組中的一或多者。
3. 如申請專利範圍第1項所述的粒狀飼料添加物，其中所述粒狀飼料添加物的平均顆粒直徑為0.1毫米至3.0毫米。
4. 如申請專利範圍第1項所述的粒狀飼料添加物，其中所述粒狀飼料添加物的酸鹼度為8.4至9.5。
5. 如申請專利範圍第1項所述的粒狀飼料添加物，其中所述粒狀飼料添加物的水分含量以所述粒狀飼料添加物的總重量計為小於7重量%。
6. 如申請專利範圍第1項所述的粒狀飼料添加物，其中所述鹼性胺基酸的含量以所述粒狀飼料添加物的總重量計為50重量%至90重量%。

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