一种中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法及用图
【专利摘要】本发明涉及一种中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法及用途，以大豆分离蛋白和饲料级硫酸锌为反应原料，通过水解大豆分离蛋白获得大豆分离蛋白水解液，用水体系合成法使大豆分离蛋白水解液与硫酸锌在适宜条件下发生螯合反应，制备中等螯合强度蛋白锌新型饲料添加剂。本发明还提供了所述方法制备的中等螯合强度蛋白锌用作鸡新型锌源饲料添加剂的用途；与硫酸锌和常规有机锌添加剂相比，本发明的产品螯合强度适中，具有更高的生物学效价，可以更有效地防治鸡等畜禽锌缺乏，减少锌排放造成的环境污染。本发明方法的反应原料廉价易得，并采用当前有机微量元素主流合成工艺水体系合成法，具有反应得率高(80％左右)、产品螯合强度重现性好、操作简单、成本较低等优点。
【专利说明】
一种中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法及用途
技术领域
[0001] 本发明涉及一种有机锌饲料添加剂的制备方法，具体的说，是一种中等螯合强度 蛋白锌的制备方法及其用途。
【背景技术】
[0002] 锌是动物的必须微量元素之一，具有促进生长发育与机体的免疫机能、维护细胞 膜的完整性等重要的生理功能，参与了生命活动的各个环节，因而被称为"生命元素"（于 昱，2008;梁建光，2006)。传统的锌制剂，如硫酸锌和氧化锌等，可破坏饲料中的维生素及其 他活性物质，且动物对其吸收利用率较低(仅30-60%)，大量未吸收的锌随粪排出体外，既 浪费了有限的矿物元素资源，也给环境造成了较大的污染(于昱，2008)。因此，近年来研制 开发的新一代结构稳定、具有较高生物学活性的氨基酸锌螯合物及蛋白锌，已引起人们的 广泛关注(罗绪刚，2004)。
[0003] Holwerda等（1995)根据络（螯)合物平衡关系及络(螯)合态和非络（螯)合态金属 离子的半波电位差A E提出了表示络(螯)合强度的参数Qf，并规定Qf值介于1~10的为弱络 (螯)合强度、介于10~100的为中等络(螯)合强度、介于100~1000的为强络(螯)合强度、 1000以上为极强络（螯)合强度。本实验室在此基础上，进一步改善了有机锰、有机锌的络 (螯)合强度测定方法，并在不同形态锌对肉仔鸡的生物学利用率上做了大量工作，取得了 一系列研究成果。如用6日龄胰脏MT mRNA表达水平来评价不同螯合强度的有机锌源在肉仔 鸡上的的相对生物学利用率，结果表明，以无机硫酸锌为100%，则中等螯合强度有机锌的 相对生物学利用率最高（121%)，弱螯合强度有机锌与无机硫酸锌接近（100%)，偏极强螯 合强度有机锌最差(72.3% )(黄艳玲，2007 ;Huang等，2009)。为绕过肠道复杂体系的干扰， 采用静脉注射法比较不同形态锌在肉仔鸡靶组织中的代谢利用率差异，发现鸡对有机锌的 生物学组织有效性与其本身的螯合强度之间有着密切的相关性，并以中等螯合强度有机锌 的靶组织代谢利用性最佳，弱螯合强度有机锌次之，偏极强螯合强度有机锌最差(沈素芳， 2010;Shen等，2013)。以上研究成果都表明，有机锌的螯合强度是影响其生物学利用率的主 要因素，即在鸡上并非所有螯合强度的有机锌产品的相对生物学利用率都显著高于无机硫 酸锌，而是只有中等螯合强度的有机锌才具有该优势。
[0004] 本实验室前期以单体氨基酸为配体合成单一氨基酸锌络(螯)合物试验结果表明， 饲料级DL-蛋氨酸、L-赖氨酸盐酸盐、甘氨酸作为反应原料在不同反应条件下制备的单一氨 基酸锌络(螯)合物均为弱螯合强度，仅以L-赖氨酸硫酸盐为原料在反应pH值为6和7、反应 温度为60 °C、反应时间30min条件下制备的赖氨酸锌是中等螯合强度，说明以单体氨基酸为 反应原料较难得到中等螯合强度有机锌。本实验室前期在全国范围内调研采集有代表性的 有机锌样品，分析其螯合强度。结果表明单一氨基酸锌络(螯)合物均为弱螯合强度，但有较 多的复合氨基酸锌与蛋白锌是中等螯合强度。因此，研究开发产品得率高、产品螯合强度重 现性好且合成成本低廉的中等螯合强度蛋白锌生产工艺，对普及有机锌的推广使用、减少 环境污染和促进生态健康养殖，均具有重要理论和现实指导意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的第一个目的是提供一种中等螯合强度蛋白锌的制备方法，产品螯合强度 适中，螯合强度值均在30~60之间。
[0006] 本发明的第二个目的，是提供以上制备的中等螯合强度蛋白锌用作鸡新型锌源饲 料添加剂的用途，即按上述操作流程制备中等螯合强度蛋白锌，通过添加到鸡饲料中混合 均匀后饲用，从而防治鸡锌缺乏。
[0007] 本发明技术解决方案:一种中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，以大豆 分离蛋白和饲料级硫酸锌为反应原料，通过水解大豆分离蛋白获得大豆分离蛋白水解液， 用水体系合成法使大豆分离蛋白水解液与硫酸锌在适宜条件下发生螯合反应，反应后将反 应液浓缩得到大量沉淀，用90 %乙醇洗涤沉淀多遍(如3遍等），干燥后粉碎，制备得到中等 螯合强度蛋白锌产品。
[0008] 其中水解大豆分离蛋白需要用大豆分离蛋白水解专用酶;所述专用酶为一种复配 蛋白酶，大豆蛋白水解专用。其主要由内切酶、端肽酶、和风味酶等组成，能把各种植物蛋白 水解成蛋白胨、多肽和氨基酸等。
[0009] 其中水解大豆分离蛋白的工艺流程为:称取大豆分离蛋白于烧杯中，加入超纯水 将底物浓度调为15%，加入底物重量1 %的大豆分离蛋白水解专用酶，用40%氢氧化钠溶液 调节大豆分离蛋白溶液pH值为7.5~8.0,于54~56°C条件下连续搅拌水解10h后升温至85 °C灭酶1 Omin，过滤得到大豆分离蛋白水解液。
[0010] 其中适宜的反应条件为：大豆分离蛋白与硫酸锌质量比2:1、pH值为6~7、温度60 °C和反应时间30min。
[0011] 其中适宜的反应条件为:大豆分离蛋白与硫酸锌质量比2:1、ρΗ值为7、温度40~80 °C和反应时间30min。
[0012] 其中沉淀采用离心沉淀，过程为室温下3000~4000r/min离心5~15min。
[0013] 其中反应液浓缩过程可以是减压旋转蒸发、喷雾干燥、真空冷冻干燥或烘箱热风 干燥;所述干燥温度为60~80 °C。
[0014]其中在反应过程中需用40 %氢氧化钠溶液调节pH值。
[0015] 其中在洗涤去杂过程中，采用90%乙醇溶剂洗涤沉淀多遍(如3遍等），以便除去反 应过程中生成的Na2 S04及未反应的氨基酸、肽和蛋白配体。
[0016] 本发明的有益效果：
[0017] (1)本发明之中等螯合强度蛋白锌新型饲料添加剂的制备方法，按本方法操作制 备得到的产品均为中等螯合强度且螯合强度值均在30~60之间，从而实现了通过调整反应 工艺条件调控产品的螯合强度，对于降低有机锌盲目生产与低效添加、提高鸡等畜禽生产 效益、减少环境污染等均具有极好的应用前景。
[0018] (2)本发明方法的反应原料廉价易得，并采用当前有机微量元素主流合成工艺水 体系合成法，具有反应得率高(80%左右）、产品螯合强度重现性好(连续重复合成6次，产品 螯合强度均为中等且螯合强度值均在30~60之间）、操作简单、成本较低等优点，具有极好 的推广应用前景。
【具体实施方式】
[0019] 本发明方法的主要步骤:称量反应原料大豆分离蛋白-水解大豆分离蛋白获得大 豆分离蛋白水解液-称量饲料级硫酸锌-在水介质中溶解-加热搅拌的情况下大豆分离 蛋白水解液与硫酸锌发生螯合反应-反应液经浓缩后析出沉淀-在3000~4000r/min下离 心5~15min-弃去上清液-沉淀用90 %乙醇洗涤3遍-干燥-粉碎制备得到中等螯合强度 蛋白锌新型饲料添加剂。
[0020] 在螯合反应过程中，反应的工艺参数条件可以设定为以下两种：（1)反应原料大豆 分离蛋白与硫酸锌的质量比为2:l、pH值为6~7、温度60°C和反应时间30min;(2)反应原料 大豆分离蛋白与硫酸锌的质量比为2:1、ρΗ值为7、温度40~80 °C和反应时间30min。在上述 条件下制备的蛋白锌为中等螯合强度蛋白锌。
[0021 ]反应液浓缩方式包括减压旋转蒸发、冷冻真空干燥、烘箱热风干燥或喷雾干燥;所 述干燥温度为60~80 °C。
[0022] 在反应过程中需用40%氢氧化钠溶液调节pH值。
[0023] 下面结合具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发 明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。
[0024] 实施例1
[0025]称取70g大豆分离蛋白于烧杯中，加入超纯水调节底物浓度为15%，加入底物重量 1 %的大豆分离蛋白水解专用酶，用40 %氢氧化钠溶液调节大豆分离蛋白溶液pH值为8.0， 于55°C条件下连续搅拌水解10h后升温至85°C灭酶lOmin，过滤得到大豆分离蛋白水解液。 按原料大豆分离蛋白与硫酸锌质量比为2:1称取35g饲料级硫酸锌，将硫酸锌溶解于超纯水 中，至完全溶解后，将大豆分离蛋白水解液与硫酸锌溶液混合，搅拌升温至60°C并保持温度 恒定，用40 %氢氧化钠溶液调节反应液pH值为7，反应30min后，将反应液置于烘箱中热风浓 缩至结晶膜出现，从烘箱中取出置于室温下冷却，析出大量沉淀。4000r/min离心10min，弃 去上清液，沉淀用90%酒精洗涤三遍后置于75°C烘箱中烘干，粉碎后过40目筛，包装后保 存。计算得出产品得率为84.4%;用原子吸收光谱法测得样品含锌量为10.9%;用极谱法测 得样品螯合强度为53.4。
[0026] 实施例2
[0027] 试验采用单因子完全随机设计，固定合成条件大豆分离蛋白与硫酸锌质量比为2: 1、反应时间30min和温度60°C，改变反应pH值(5、6和7)，探讨不同pH值对合成蛋白锌螯合强 度的影响。共3个处理组合，每个处理组合重复合成6次。
[0028]称取70g大豆分离蛋白于烧杯中，加入超纯水调节底物浓度为15%，加入底物重量 1 %的大豆分离蛋白水解专用酶，用40 %氢氧化钠溶液调节大豆分离蛋白溶液pH值为8.0， 于55°C条件下连续搅拌水解10h后升温至85°C灭酶lOmin，过滤得到大豆分离蛋白水解液。 按反应原料大豆分离蛋白与硫酸锌质量比2:1称取35g饲料级硫酸锌，将硫酸锌溶解于超纯 水中，至完全溶解后，将大豆分离蛋白水解液与硫酸锌溶液混合，搅拌升温至60°C并保持温 度恒定，用40 %氢氧化钠溶液调节反应液pH至设定的pH值，反应30min后，将反应液置于烘 箱中热风浓缩至结晶膜出现，从烘箱中取出后于室温下冷却，析出大量沉淀。4000r/min离 心lOmin，弃去上清液，沉淀用90 %酒精洗涤三遍后置于75°C烘箱中烘干，粉碎后过40目筛， 包装后保存。固定合成条件大豆分离蛋白与硫酸锌质量比为2:1、反应时间30min和温度60 °C，不同pH值条件下合成的蛋白锌产品得率、锌含量及螯合强度见表1。
[0029]表1不同pH值对蛋白锌样品得率、锌含量和螯合强度的影响#
[0030]
[0031 ] #表示为6个重复的Mean土 SD(n = 6)。
[0032] *质量比为2:1的反应产物理论锌含量为11.8%。
[0033]表1结果表明：固定大豆分离蛋白和硫酸锌质量比为2:1、温度60°C和反应时间为 30min时，在反应pH值为6或7条件下合成的蛋白锌产品均为中等螯合强度，且产品得率均在 80%以上。
[0034] 实施例3
[0035] 试验采用单因子完全随机设计，固定合成条件大豆分离蛋白和硫酸锌质量比为2: 1、pH值为7和反应时间30min，改变反应温度(40、60和80 °C)，探讨不同温度对合成蛋白锌螯 合强度的影响。共3个处理组合，每个处理组合重复合成6次。
[0036]称取70g大豆分离蛋白于烧杯中，加入超纯水调节底物浓度为15%，加入底物重量 1 %的大豆分离蛋白水解专用酶，用40 %氢氧化钠溶液调节大豆分离蛋白溶液pH值为8.0， 于55°C条件下连续搅拌水解10h后升温至85°C灭酶lOmin，过滤得到大豆分离蛋白水解液。 按原料大豆分离蛋白和硫酸锌质量比2:1称取35g饲料级硫酸锌，将硫酸锌溶解于超纯水 中，至完全溶解后，将大豆分离蛋白水解液与硫酸锌溶液混合，用40%氢氧化钠溶液调节反 应液pH值为7,搅拌升温至设定温度并保持恒定，反应30min后，将反应得到的产品置于75°C 条件下烘干至结晶膜出现，从烘箱中取出后于室温下冷却，析出大量沉淀。4000r/min离心 lOmin，弃去上清液，沉淀用90 %酒精洗涤三遍后置于75°C烘箱中烘干，粉碎后过40目筛，包 装后保存。固定合成条件大豆分离蛋白和硫酸锌质量比为2:1、pH值为7和反应时间30min， 不同温度条件下合成的蛋白锌产品得率、锌含量及螯合强度见表2。
[0037] 表2不同温度对蛋白锌样品得率、锌含量和螯合强度的影响#
[0040] #表示为6个重复的Mean土 SD(n = 6)。[0041 ] *质量比为2:1时的反应产物理论锌含量为11.8%。
[0038]
[0039]
[0042]表2结果表明：固定反应原料大豆分离蛋白与硫酸锌质量比为2:1、pH值为7和反应 时间30min时，在温度40、60或80°C条件下合成的蛋白锌产品均为中等螯合强度，且产品得 率均在79%以上。
[0043]总之，与硫酸锌和常规有机锌添加剂相比，本发明的产品螯合强度适中，具有更高 的生物学效价，可以更有效地防治鸡等畜禽锌缺乏，减少锌排放造成的环境污染。本发明方 法的反应原料廉价易得，并采用当前有机微量元素主流合成工艺水体系合成法，具有反应 得率高、产品螯合强度重现性好、操作简单、成本较低等优点。
[0044]需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发 明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例;且本发明未 详细阐述部分属于本领域公知技术。
[0045]以上所述，仅为本发明部分【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于：以大豆分离蛋白和 饲料级硫酸锌为反应原料，通过水解大豆分离蛋白获得大豆分离蛋白水解液，用水体系合 成法使大豆分离蛋白水解液与硫酸锌发生螯合反应，反应条件为：（1)大豆分离蛋白与硫酸 锌质量比为2:l、pH值为6~7、温度60°C和反应时间30min，或（2)大豆分离蛋白与硫酸锌质 量比为2:1、pH值为7、温度40~80 °C和反应时间30min反应后将反应液浓缩得到大量沉淀， 洗涤沉淀，干燥后粉碎，制备得到中等螯合强度蛋白锌产品;所述中等螯合强度的Q f测定值 为10至100。2. 根据权利要求1所述的中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于:其 中水解大豆分离蛋白需要用大豆分离蛋白水解专用酶;所述专用酶为一种复配蛋白酶包括 内切酶、端肽酶和风味酶，能把各种植物蛋白水解成蛋白胨、多肽和氨基酸。3. 根据权利要求1所述的中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于:所 述水解大豆分离蛋白的工艺流程为:称取大豆分离蛋白于烧杯中，加入超纯水将底物浓度 调为15%，加入底物重量1 %的大豆分离蛋白水解专用酶，用40%氢氧化钠溶液调节大豆分 离蛋白溶液pH值为7.5~8.0，于54~56°C条件下连续搅拌水解1 Oh后升温至85°C灭酶 1 Omin，过滤得到大豆分离蛋白水解液。4. 根据权利要求1所述的中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于:其 中沉淀采用离心沉淀，过程为室温下3000~4000r/min离心5~15min。5. 根据权利要求1所述的中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于:其 中反应液浓缩过程可以是减压旋转蒸发、喷雾干燥、真空冷冻干燥或烘箱热风干燥;所述干 燥温度为60~80 °C。6. 根据权利要求1所述的中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于:其 中所用调节pH值的试剂为40 %氢氧化钠溶液。7. 根据权利要求1所述的中等螯合强度蛋白锌饲料添加剂的制备方法，其特征在于:反 应后将反应液浓缩得到大量沉淀，用90%乙醇洗涤沉淀多遍。8. 根据权利要求1~7所述的任意之一的方法所制备的中等螯合强度蛋白锌饲料添加 剂，用作鸡新型锌源饲料添加剂的用途。9. 根据权利要求8所述的用途，其中将所述的中等螯合强度蛋白锌作为鸡新型锌源饲 料添加剂，通过添加到鸡饲料中混合均匀后饲喂，从而防治鸡锌缺乏。
【文档编号】A23K20/147GK106036041SQ201610656482
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月11日 公开号201610656482.5, CN 106036041 A, CN 106036041A, CN 201610656482, CN-A-106036041, CN106036041 A, CN106036041A, CN201610656482, CN201610656482.5
【发明人】罗绪刚, 温倩, 吕林, 廖秀冬, 胡义信, 张丽阳
【申请人】中国农业科学院北京畜牧兽医研究所