专利名称：控缓释型丁酸及制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控缓释型丁酸及制备方法和用途。
背景技术：
丁酸的生物学功能如下(1)维护胃肠道内有益微生物菌丛正常胃肠道的一个非常重要特征是内部细菌的协调平衡，尤其是幼畜。丁酸对微生物区系的选择作用具有正面效应，它可促进有益菌的生长，而抑制有害菌(如大肠杆菌和沙门氏菌)的生长。
(2)促进胃肠道细胞的增殖和成熟，维持肠道黏膜上皮细胞的正常形态，维护肠黏膜正常的屏障作用幼年动物消化道不完善，消化酶如淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶在断奶兔、犊牛、仔猪或雏鸡阶段的分泌很差。在这生命的关键阶段，小肠上皮细胞在形态上表现出较短的绒毛和未成熟的隐窝，导致幼年动物分泌消化酶和吸收日粮营养素的能力减小。应激因子如日粮改变、母源抗体缺失以及转群等加剧了这一过程。研究人员报道，犊牛、兔子和仔猪饲喂丁酸钠提高了淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等消化酶的分泌，雏鸡饲喂丁酸钠，其嗉囊的角质化过程加快。
丁酸是一种快速分化细胞的能量源，它可以通过更新中间细胞而刺激受损绒毛膜的修复。大鼠结肠灌注乙酸、丙酸、丁酸混合液，能增加空肠、近端结肠粘膜DNA含量，刺激肠上皮细胞增殖。其中，丁酸对结肠上皮细胞增殖与粘膜生长起主要作用，对隐窝上皮细胞增殖的剂量依赖性、刺激作用顺序是丁酸、丙酸、乙酸。结肠内灌注丁酸能促进粘膜生长，表现为粘膜总量、DNA含量和有丝分裂指数的增加。
(3)丁酸可促进非特异性免疫系统和特异性免疫系统的功能。
由于丁酸在常态下是液体，腐蚀性和挥发性很强，具有刺激性臭味，使用不方便。而且，饲料中添加的丁酸首先必须经肠黏膜吸收，才能发挥其生理效应。为使外源添加的丁酸能为肠上皮细胞吸收，还需将丁酸有选择地在小肠末端、大肠以及盲肠释放，从而产生修复、保护肠上皮细胞，维护肠黏膜正常屏障，维护肠道有益微生物菌系的效果。
控缓释系统对药物、农药、肥料、香料的释放部位、速度和方式具有选择性和可控性，可实现目标物的靶向传输和控缓释，提高其利用率和作用效果，控缓释体系的研究和应用将给相关行业带来新的技术革命。控缓释技术在饲料添加剂的研究开发方面也展现了巨大的应用前景和理论意义，它可推动产品的高性能化与环境友好化，将在新的层次上为畜牧业可持续发展提供物质和技术保证。
控缓释技术的关键是控释载体的选择。水滑石(Hydrotalcites，or Layered DoubleHydroxides，LDHs)是阴离子型无机功能材料，结构上具备层板化学组成、层离子种类及数量、晶粒尺寸及其分布的可调控性，在催化、离子交换、吸附、化工等方面具有广泛的用途。近年来，水滑石在生物医药等方面有了新的应用，水滑石作为治疗胃病的特效药，在欧洲已迅速实现商品化。利用水滑石具有的插层组装的性能和很好的生物相容性，将其作为生物药物分子的传输载体具有很高的应用价值，水滑石被认为是一类结构和作用机制新颖的缓释型载体，已越来越受到研究者的广泛关注。
文献1Choy，J.K.，Kwak，S.Y.，Jeong，Y.J.，Park，J.S.2000.Inorganic layerd doublehydroxides as nonviral vectors.Angew.Chem.39，4041～4045.Choy等人成功地将生物分子核苷酸(Nucleoside Monophosphates)和脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid，DNA)用离子交换的方法插入到LDHs层间，形成bio-LDH层状分子复合材料。水滑石被用作生物分子的传输载体。
文献2Khan AI，Lei L，Norquist AJ，O′Hare D.Intercalation and controlled release ofpharmaceutically active compounds from a layered double hydroxide.Chem Commun(Camb)，2001，212342-2343.制备了双氯芬酸、布洛芬和奈普生等抗炎药插层水滑石。
文献3Ambrogi V，Fardella G，Grandolini G，Perioli L.Intercalation compounds ofhydrotalcite-like anionic clays with antiinflammatory agents--I.Intercalation and in vitro release ofibuprofen.Int J Pharm.，2001，22023-32.水滑石被用作药物缓释的传输载体，进行了布洛芬在水滑石中的插层，对插层产物的释放性能研究表明，在中性pH值的条件下，药物的释放速度变得缓慢，达到了延缓药物释放的目的。
水滑石在450℃～550℃下煅烧将破坏其层状结构，得到双金属氧化物。双金属氧化物能通过吸附环境中的阴离子和水分子来恢复重建水滑石结构，且因具有较大的比表面积和孔体积，容易接受客体。焙烧后的双金属氧化物比其前驱物有更大的比表面积，且具有结构“记忆”效应，即在水环境中重新吸收阴离子使其恢复原有的层状结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种控缓释型丁酸及制备方法和用途。
控缓释型丁酸是一种以水滑石为载体的控缓释型丁酸，丁酸根占水滑石层间阴离子总量的80～100％。
控缓释型丁酸的制备方法包括以下步骤1)将水滑石或双金属氧化物研磨至大于400目，加水搅拌均匀，制成浓度为1％～10％的悬浮浆液；；2)将摩尔数为水滑石或双金属氧化物1～2倍的丁酸盐，于搅拌下缓慢加入步骤1)的悬浮浆液中，室温反应5～15小时；3)步骤2)的悬浮浆液离心或过滤脱水；4)将步骤3)所得的滤饼烘干、粉碎至大于300目，得到控缓释型丁酸。
发明中使用的水滑石可以是市售商品，也可以根据现有技术制备，其制备技术是众所周知的。水滑石化学结构通式为M2+1-xM3+x(OH)2]x+[An-x/n·mH2O]，该水滑石中的二价金属离子M2+可以是Mg2+，Zn2+，Fe2+，Mn2+，Co2+，Cu2+，Ca2+中的任何一种；三价金属离子M3+可以是Al3+，Fe3+，Cr3+，Ti3+中的任何一种；An-可以是CO32-，Cl-，NO3-中的任何一种，优选CO32-；X＝0.5～0.17；M2+/M3+＝1～5。发明中使用的双金属氧化物为将上述水滑石在450～550℃温度下煅烧而成。
本发明制备方法中，所说的丁酸盐可以是正丁酸、正丁酸钠、正丁酸钾。
制备方法的浆液脱水工艺，可因地制宜，选用离心或过滤等方法进行脱水。脱水后所得的滤饼可使用常规烘干设备干燥。烘干后的控缓释型丁酸为块状，可选用常规粉碎设备粉碎至粒度大于300目。
控缓释型丁酸用于牛、羊、畜禽、水产动物饲料添加剂。
本发明的优点是(1)利用水滑石具有的插层组装性能以及双金属氧化物通过层状结构重建吸附阴离子的性质来搭载丁酸，实施方法简便，适宜工业化生产，成本较低。
(2)由于水滑石具有很好的生物相容性和胃肠道粘膜亲和性、层间可交换性、高表面活性和大比表面积等特点，使之对所负载的丁酸具有控缓释作用，从而大大提高了丁酸的吸收利用率。
(3)本发明所制得的控缓释型丁酸易于与饲料混合，形成均匀分散系，使用方便。
(4)本发明的控缓释型丁酸可修复、保护肠上皮细胞，维护肠黏膜正常屏障，维护肠道有益微生物菌系，提高动物的健康水平，提高日增重和饲料转化效率。
具体实施例方式
本发明的的控缓释型丁酸用于修复、保护肠上皮细胞，维护肠黏膜正常屏障，维护胃肠道有益微生物菌系，提高动物的健康水平，提高日增重和饲料转化效率。使用方法为将粉末状的控缓释型丁酸，按以下添加剂量拌入配合饲料中(kg/t配合饲料)断奶仔猪0.75～1.0；生长猪0.5～0.75；肉鸡0.5～0.75；蛋鸡(育雏期)0.5～1.0，犊牛0.5～1.0。
本发明结合以下实例作进一步的说明。
实施例11)将市售的水滑石在450℃温度下煅烧，制得双金属氧化物，再研磨至500目，加水搅拌均匀，制成浓度为10％的悬浮浆液；
2)将摩尔数为双金属氧化物2倍的正丁酸，于搅拌下缓慢加入步骤1)的悬浮浆液中，室温反应15小时；3)步骤2)的悬浮浆液离心脱水；4)将步骤3)所得的滤饼烘干、粉碎至300目，得到控缓释型丁酸。丁酸根占水滑石层间阴离子总量的100％。
将72头体重8.3kg左右的“杜长大”三元杂交仔猪按饲养试验要求分成3组，每组设3个重复，每个重复8头。控缓释型丁酸组基础日粮+1g/kg控缓释型丁酸；抗生素组基础日粮+抗生素；复合组基础日粮+抗生素+1g/kg控缓释型丁酸。饲喂4周后，采用组织学和扫描电镜技术，对仔猪小肠黏膜上皮和杯状细胞的显微和超微结构进行了观察研究。结果显示，各试验组的空肠和回肠黏膜结构完整，层次清晰，肠绒毛排列整齐，柱状细胞结构清晰，控缓释型丁酸组和复合组肠绒毛粗壮，而抗生素组肠绒毛顶端偶见肠上皮脱落，肠绒毛相对较细；各试验组回肠的杯状细胞数量为空肠的1.3～2.2倍，且以复合组的杯状细胞数最多，控缓释型丁酸次之，抗生素组最少；各试验组空肠和回肠肠上皮表面微绒毛结构清晰，排列整齐，复合组的细胞衣最厚且均匀，控缓释型丁酸组次之，抗生素组较薄。结果表明，控缓释型丁酸能促进杯状细胞增殖，改善小肠黏膜上皮细胞的形态结构，进而促进仔猪的消化吸收，提高其生产性能，其在这些方面的作用均优于抗生素。
实施例21)将市售的水滑石研磨至400目，加水搅拌均匀，制成浓度为4％的悬浮浆液；；2)将摩尔数为水滑石2倍的正丁酸钠，于搅拌下缓慢加入步骤1)的悬浮浆液中，室温反应10小时；3)步骤2)的悬浮浆液过滤脱水；4)将步骤3)所得的滤饼烘干、粉碎至500目，得到控缓释型丁酸。丁酸根占水滑石层间阴离子总量的85％。
选择健康艾维茵商品代公母混合雏240羽，随机分为2组(每组设3个重复，每个重复40羽)，分别饲喂含0和0.75g/kg控缓释型丁酸的饲粮。在自由采食、饮水和24小时光照条件下，进行了为期49天(1～49日龄)的饲养试验。结果表明，与对照组相比，肉鸡日粮中添加0.5g/kg控缓释型丁酸使日增重提高了10.2％(P＜0.01)，使料重比降低了7.2％(P＜0.05)；使盲肠中双歧杆菌和乳杆菌分别增加了202.1％(P＜0.05)和99.5％(P＜0.05)，使梭菌数下降了81.2％(P＜0.05)；使盲肠上皮黏膜腺窝深度和细胞密度分别提高了20.2％(P＜0.05)和30.1％(P＜0.01)。
实施例3预备根据“镁铝型水滑石水热合成”(谢晖，矫庆泽，段雪.应用化学，2001，1870-72)的方法制备水滑石。
1)将预备步骤中得到的水滑石在550℃温度下煅烧，制得双金属氧化物，再研磨至600目，加水搅拌均匀，制成浓度为5％的悬浮浆液；2)将摩尔数为双金属氧化物1.5倍的正丁酸钾，于搅拌下缓慢加入步骤1)的悬浮浆液中，室温反应15小时；3)步骤2)的悬浮浆液离心脱水；4)将步骤3)所得的滤饼烘干、粉碎至400目，得到控缓释型丁酸。丁酸根占水滑石层间阴离子总量的90％。
将48头体重30kg左右的杜长嘉生长猪按饲养试验要求分成2组，每组设三个重复，每个重复8头，分别饲喂含0和0.5g/kg控缓释型丁酸的饲粮，自由采食和饮水，预试期7天，正试期45天。饲养试验结束时，禁食(自由饮水)24小时后称重，计算试验猪的日平均采食量、日增重和料重比，饲养试验结束后，从每组选体重相近的6头猪(公母各半)屠宰，无菌采取结肠内容物进行肠道菌群分析，采取十二指肠内容物测定消化酶活性。
结果如下与对照组相比，生长猪日粮中添加0.5g/kg控缓释型丁酸使日增重提高了10.7％(P＜0.01)，使料重比降低了7.4％(P＜0.05)；使结肠中双歧杆菌、乳酸杆菌数分别增加了299.1％(P＜0.01)和285.3％(P＜0.01)，并使结肠内容物pH值降低了0.50个单位(P＜0.05)，使结肠中大肠杆菌数下降了79.1％(P＜0.01)，使梭菌数下降了82.1％(P＜0.01)；使十二指肠内容物中总蛋白水解酶、胰蛋白酶、淀粉酶活性分别提高了70.1％(P＜0.05)和65.2％(P＜0.01)，72.1％(P＜0.01)。
实施例4预备根据“二元金属类水滑石的合成及其作为前驱体对NOx的吸附性能研究”(郭志强，倪哲明，俞卫华，王力耕，葛忠华.材料科学与工程学报，2004，22(6)878-880)的方法制备水滑石。
1)将预备步骤中得到的水滑石研磨至600目，加水搅拌均匀，制成浓度为1％的悬浮浆液；；2)将摩尔数为水滑石1.5倍的正丁酸钠，于搅拌下缓慢加入步骤1)的悬浮浆液中，室温反应5小时；3)步骤2)的悬浮浆液离心脱水；4)将步骤3)所得的滤饼烘干、粉碎至500目，得到控缓释型丁酸。丁酸根占水滑石层间阴离子总量的80％。
将64头体重8.3kg左右的“杜长大”三元杂交仔猪按饲养试验要求分成2组，每组设4个重复，每个重复8头，分别饲喂含0和0.75g/kg控缓释型丁酸的饲粮，自由采食和饮水，试验期50天。记录腹泻情况、耗料量、空腹始重和终重。饲养试验结束后，每组选体重相近8头猪(每个重复2头，公母各半)屠宰，无菌采取结肠内容物，待进行大肠杆菌分析；取0.5cm×0.5cm的中部空肠一段，用0.9％NaCl将其冲洗干净，平铺在滤纸上将液体吸干，尔后浸入甲醛固定液，待光镜分析用。利用德国Leica组织切片设备，制备空肠光镜切片，H.E.染色。利用Leica QWin图象分析仪测量绒毛高度和腺窝深度。
结果如下，在对照日粮中添加0.75g/kg控缓释型丁酸使仔猪日增重提高了13.1％(P＜0.01)，料重比下降了8.0％(P＜0.05)；显著降低了仔猪腹泻率，使仔猪平均腹泻率比对照组降低了73.2％(P＜0.01)；使结肠内容物中大肠杆菌显著下降(P＜0.01)；使空肠绒毛高度和绒毛高度/腺窝深度的比率分别提高了20.1％(P＜0.05)和35.3％(P＜0.01)。
实施例51)将市售的水滑石在500℃温度下煅烧，制得双金属氧化物，再研磨至500目，加水搅拌均匀，制成浓度为6％的悬浮浆液；2)将与双金属氧化物等摩尔数的正丁酸钾，于搅拌下缓慢加入步骤1)的悬浮浆液中，室温反应5小时；3)步骤2)的悬浮浆液过滤脱水；4)将步骤3)所得的滤饼烘干、粉碎至大于300目，得到控缓释型丁酸。丁酸根占水滑石层间阴离子总量的90％。
权利要求
1.一种控缓释型丁酸，其特征在于，它是一种以水滑石为载体的控缓释型丁酸，丁酸根占水滑石层间阴离子总量的80～100％。
2.根据权利要求1所述的一种控缓释型丁酸，其特征在于所说的水滑石化学结构通式为[M2+1-xM3+x(OH)2]x+[An-x/n·mH2O]，其中，二价金属离子M2+为Mg2+，Zn2+，Fe2+，Mn2+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Ca2+中的任何一种，三价金属离子M3+为Al3+，Fe3+，Cr3+，Co3+，Ti3+中的任何一种；An-为CO32-，Cl-，NO3-，SO42-中的任何一种；X＝0.5～0.17；M2+/M3+＝1～5。
3.一种如权利要求1所述的一种控缓释型丁酸的制备方法，其特征在于方法的步骤如下1)将水滑石或双金属氧化物研磨至大于400目，加水搅拌均匀，制成浓度为1％～10％的悬浮浆液；；2)将摩尔数为水滑石或双金属氧化物1～2倍的丁酸盐，于搅拌下缓慢加入步骤1)的悬浮浆液中，室温反应5～15小时；3)步骤2)的悬浮浆液离心或过滤脱水；4)将步骤3)所得的滤饼烘干、粉碎至大于300目，得到控缓释型丁酸。
4.根据权利要求3所述的控缓释型丁酸的制备方法，其特征在于，所说的双金属氧化物为将水滑石在450～550℃温度下煅烧而成。
5.根据权利要求3或4所述的控缓释型丁酸的制备方法，其特征是所说的水滑石化学结构通式为[M2+1-xM3+x(OH)2]x+[An-x/n·mH2O]，其中，二价金属离子M2+为Mg2+，Zn2+，Fe2+，Mn2+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Ca2+中的任何一种，三价金属离子M3+为Al3+，Fe3+，Cr3+，Co3+，Ti3+中的任何一种；An-为CO32-，Cl-，NO3-，SO42-中的任何一种；X＝0.5～0.17；M2+/M3+＝1～5。
6.根据权利要求3所述的控缓释型丁酸的制备方法，其特征是所说的丁酸盐为正丁酸、正丁酸钠或正丁酸钾。
7.一种如权利要求1所述的控缓释型丁酸的用途，其特征在于，它用于牛、羊、畜禽、水产动物饲料添加剂。
全文摘要
本发明公开了一种控缓释型丁酸及制备方法和用途，它是一种以水滑石为载体的控缓释型丁酸，丁酸根占水滑石层间阴离子总量的80～100％。其制备方法是，利用水滑石具有的插层组装性能将丁酸根插入到水滑石层间，或者将水滑石煅烧到450～550℃得到双金属氧化物，利用双金属氧化物通过层状结构重建吸附阴离子的性质来搭载丁酸。由于水滑石具有很好的生物相容性和胃肠道粘膜亲和性、层间可交换性、高表面活性和大比表面积等特点，使之对所负载的丁酸具有控缓释作用。本发明的控缓释型丁酸可修复、保护肠上皮细胞，维护肠黏膜正常屏障，维护肠道有益微生物菌系，提高动物的健康水平，提高日增重和饲料转化效率。
文档编号A23K1/16GK1824639SQ20061005011
公开日2006年8月30日 申请日期2006年3月31日 优先权日2006年3月31日
发明者胡彩虹, 夏枚生, 张红梅 申请人:浙江大学