专利名称：寡聚果胶半乳糖醛酸铜及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明属于饲料添加剂领域，特别是涉及一种寡聚果胶半乳糖醛酸铜及其制备方 法与应用。
背景技术：
近年来在畜牧生产中，为了片面追求生产率，在饲料中添加高剂量的金属微量元 素，对环境造成的污染影响越来越大，畜牧养殖业发展对环境污染所造成的危害已引起国 内外的广泛关注。目前，饲料中使用的主要还是无机态的硫酸铜。由于无机铜在动物体内的生物学 利用率较低，一般而言，进入动物机体的铜元素在体内仅有30%被吸收，而大部分在动物体 内蓄积，或随粪便排入外界环境。有研究表明，猪的粪便中铜的含量已高达到1726. 3mg/ kg，对环境构成了极大的危害，同时也对人类的健康带来了严重的隐患。氨基酸微量元素螯 (络)合物，是近几年发展起来的一类新型的有机微量元素饲料添加剂。由于在动物体内生 物学利用率高，体外排泄量少，正逐渐被饲料养殖业所接受。但是因为与硫酸铜相比，氨基 酸微量元素螯(络)合物产品的成本较高，推广起来较艰难。如何获得即具有高的生物学 利用率，低的体外排泄量，又能被广大饲料加工企业所接受的有机铜类饲料添加剂产品是 人们一直关注的热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种寡聚果胶半乳糖醛酸铜及其制备方法与应用。本发明提供的制备寡聚果胶半乳糖醛酸铜的方法，包括如下步骤1)将碱性乙醇水溶液与果胶进行反应，将反应产物用乙醇水溶液溶解，调节pH值 至0. 5-2.0，得到中间产物；2)将所述步骤1)得到的中间产物与内切型果胶酶进行酶解反应，收集酶解反应 产物，得到寡聚果胶半乳糖醛酸；3)将所述寡聚果胶半乳糖醛酸的水溶液与铜盐的水溶液进行反应，得到所述寡聚 果胶半乳糖醛酸铜。上述方法的步骤1)中，所述碱性乙醇溶液为氢氧化钾的乙醇水溶液或氢氧化钠 的乙醇水溶液，所述果胶选自苹果果胶、柑橘果胶和向日葵果胶中的至少一种。各种半乳糖 醛酸的质量百分含量为90%以上的上述三类果胶均适用于该方法，且均可由公开商业途径 购买得到，如向日葵果胶可购自石家庄市行唐县圃兰特果胶厂，柑橘果胶可购自四川大元 生物科技实业有限公司，苹果果胶可购自河南三泰食品工业有限公司。所述氢氧化钾的乙 醇水溶液是将300g-600g氢氧化钾溶于8L-12L乙醇水溶液而得，所述氢氧化钠的乙醇水溶 液是将300g-600g氢氧化钠溶于8L-12L乙醇水溶液而得，所述乙醇水溶液的质量百分浓度 均为40-60%，优选50%;所述果胶与所述碱性乙醇水溶液的用量比为IKg 4-8L;所述将 反应产物用乙醇水溶液溶解步骤中，所述乙醇水溶液的质量百分浓度为40% -60%，优选步骤中，所述盐酸的乙醇水溶液是将盐酸水溶液与乙 醇水溶液以体积比为1 1-10混勻而得，所述盐酸水溶液的质量百分浓度为0.5%-2%， 优选1 %，所述乙醇水溶液的质量百分浓度为40-60 %，优选50 % ；所述调节pH值至0. 5-2. 0 步骤之后，还进行如下操作依次用盐酸的乙醇水溶液和乙醇水溶液洗涤，干燥，得到所述 寡聚果胶半乳糖醛酸；所述用盐酸的乙醇水溶液洗涤步骤中，所述盐酸的乙醇水溶液是将 盐酸水溶液与乙醇水溶液以体积比为1 1-10混勻而得，所述盐酸水溶液的质量百分浓度 为0. 5% -2%，优选1%，所述乙醇水溶液的质量百分浓度为40-60%，优选50%，洗涤次数 为2-4次；所述用乙醇水溶液洗涤步骤中，所述乙醇水溶液的质量百分浓度为40-60 %，优 选50%，洗涤次数为3-6次；所述干燥步骤中，温度为45-75°C，优选70°C，时间为14-28小 时，优选20小时。所述反应步骤中，温度为0-5 °C，优选4 °C，时间为5-8小时，优选6小时。所述步骤2)是将步骤1)所得中间产物进行生物酶降解。该步骤中，所述酶解反 应是在缓冲液存在的条件下进行的，所述缓冲液为由醋酸与醋酸钠组成的缓冲液或由磷酸 氢钠与磷酸二氢钠组成的缓冲液，所述缓冲液的浓度为40-60mM，优选50mM，pH值为4_6， 优选为5 ；所述内切型果胶酶为降解产物以半乳糖醛酸二糖、半乳糖醛酸三糖和半乳糖醛 酸四糖为主的果胶分解酶。各种满足该降解产物调节的内切型果胶酶均适用于该方法，如 Novozymes公司生产的产品编号为Pectinex XXL的内切型果胶酶。所述内切型果胶酶酶活 酶活的定义为Ig酶粉或ImL酶液在30°C和pH值为5. 0的条件下，Ih分解多聚半乳糖醛酸 钠产生的半乳糖醛酸的μπιο 数，定义为1U。所述缓冲液的用量为40-60mL/g所述中间产 物，优选50mL/g所述中间产物，所述内切型果胶酶的用量为1500-3000U所述内切型果胶酶 /g所述中间产物，优选2000-2600U所述内切型果胶酶/g所述中间产物。所述反应步骤中， 温度为45-60°C，优选55°C，时间为40-60分钟，优选50分钟。所述收集酶解反应产物之后， 还进行如下处理将所述酶解反应产物依次进行灭活、真空浓缩和干燥，得到所述寡聚果胶 半乳糖醛酸；所述灭活步骤中，温度为90-110°C，优选100°C，时间为15-25分钟，优选20分 钟，所述真空浓缩步骤中，真空度为0. OlMPa-O. OOMPa，优选0. OOMPa，温度为40_50°C，优选 45 V，所述干燥步骤中，温度为-50 V —30 V，优选-45 V，时间为18-24小时，优选20小时。所述步骤3)是化学合成方法，该步骤中，所述铜盐为硫酸铜或氯化铜，所述步骤 3)中，所述铜盐的水溶液的浓度为0. 15M-0. 3M，优选0. 2M，所述寡聚果胶半乳糖醛酸的水 溶液的质量百分浓度为5 % -15 %，优选10 %，所述寡聚果胶半乳糖醛酸与所述铜盐中的 铜离子的重量比为1 0.12-0.39。所述反应步骤中，温度为25-35°C，优选30°C，时间为 40-60分钟，优选50分钟。所述洗涤步骤可用去离子水进行洗涤。所述干燥步骤优选为冻 干，如可在-50°C —30°C进行冻干。按照上述方法制备而得的寡聚果胶半乳糖醛酸铜及含铜的饲料添加剂，以及该寡 聚果胶半乳糖醛酸铜及含铜的饲料添加剂在制备畜禽、水产养殖动物或反刍养殖动物的饲 料添加剂中的应用，也属于本发明的保护范围。本发明提供的饲料添加剂寡聚果胶半乳糖醛酸铜，是根据寡聚果胶半乳糖醛酸含 有多个羧酸基团，可与金属离子形成稳定的螯合物的特性，通过化学反应对植物果胶进行 脱甲酯化反应，并对产物进行分解降解，再用铜盐进行鳌合制备得到的。本发明提供的寡聚 果胶半乳糖醛酸铜为绿色粉末状，其中，Cu2+的质量百分含量为20%以上，同时兼有寡聚果 胶半乳糖醛酸的生物学功效，且流散性好，具有很好的饲用效果，能够显著促进养殖动物对
5铜离子的吸收，减少抗生素的饲用量，提高动物生长率，并降低死亡率，改善动物品质，减少 动物排泄物中铜离子的含量，降低对环境污染的危害。本发明提供的制备方法，采用农产品 加工下脚料制得的果胶为原料，采用化学处理与生物酶降解的方式制备成寡聚果胶半乳糖 醛酸，并将其作为配体，进一步制备新型饲料添加剂寡聚果胶半乳糖醛酸铜。该方法工艺简 便，易于工业化生产，成本较低，适合饲料工业和畜牧水产养殖业的需求，符合国家对于饲 料添加剂发展的需要，具有较为广阔的发展前景。本发明为开发新一代有机铜类饲料添加 剂提供了一条新的途径。
图1为实施例1中步骤2)所得产物的离子色谱检测谱图。图2为实施例1中步骤2)所得产物的薄层层析检测谱图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。本 发明中所述浓度，如无特别说明，均为质量百分浓度，所述含量如无特别说明，均为质量百 分含量。下述实施例中所用内切型果胶酶均购自Novozymes公司，产品编号为Pectinex XXL0所述方法如无特别说明，均为常规方法。下述实施例中测定寡聚果胶半乳糖醛酸铜中 Cu2+的方法均为常规的原子吸收法。实施例11)称取400g NaOH溶于IOL浓度为50%乙醇水溶液中，得到氢氧化钠的乙醇水溶 液，将该氢氧化钠的乙醇水溶液降温至0-5°C，电磁搅拌，于冰水浴(0-5°C)中将2kg苹果 果胶(购自河南三泰食品工业有限公司，半乳糖醛酸的质量百分含量为90%以上)加入上 述氢氧化钠的乙醇水溶液中，反应6h后，4°C冰箱中过夜(12h)，抽滤得沉淀。将所得沉淀加 入4L浓度为50%的乙醇水溶液中，室温下电磁搅拌，得到沉淀的乙醇水溶液，再用3M HCL 调节该沉淀的乙醇水溶液的PH值至1. 5，在保持pH值不变的条件下继续搅拌40min，抽滤 得沉淀。再依次用盐酸的乙醇水溶液(所述盐酸的乙醇水溶液是将浓度为的盐酸水溶 液与质量百分浓度为50%的乙醇水溶液等体积混勻而得)和浓度为50%的乙醇水溶液进 行洗涤先在沉淀中加入5L所述盐酸的乙醇水溶液，室温下电磁搅拌40min后抽滤得沉淀， 再在沉淀中加入等量所述盐酸的乙醇水溶液，室温下电磁搅拌40min后抽滤得沉淀，再用 所述乙醇水溶液洗涤该沉淀4次，每次用5L所述乙醇水溶液，抽滤得沉淀，将该沉淀于70°C 下干燥20h，得到中间产物1600. 4g，得率80. 2%，甲酯化率为24%，该中间产物为浅红色粉 末。2)称取Ikg步骤1)所得中间产物，加入到50L pH值为5. 5的浓度为50mM的由 HAC和NaAC组成的缓冲液中，置于55°C下搅拌预热40min后加入IOOmL酶活为20000U/mL 的内切型果胶酶，搅拌反应50min后，100°C下加热灭活20min，静置，在真空度为0. OlMPa, 温度为45°C的条件下真空浓缩至IL左右，于-45°C下冷冻干燥20h，得到560. 8g产物，收率 56. 1%。该步骤所得产物分别用离子色谱法(HPAEC)和薄层层析(TLC)法对其结构进行检 测。
离子色谱法检测条件如下采用ED50检测器、GP50泵、CarboPac色谱柱(Φ4Χ 250謹，粒度4 μ m)，流动相采 用 A (NaOH(A. R.)) 100 μ M 和 B (NaAC (A. R.)) 500 μ Μ，具体洗脱程序如表 1 所示，流速 ImL/ min，梯度洗脱40min，30°C下每次进样量10 μ L进行离子色谱分析，所得结果如图1所示。表1、梯度洗脱程序
权利要求
一种制备寡聚果胶半乳糖醛酸铜的方法，包括如下步骤1)将碱性乙醇水溶液与果胶进行反应，将反应产物用乙醇水溶液溶解，调节pH值至0.5 2.0，得到中间产物；2)将所述步骤1)得到的中间产物与内切型果胶酶进行酶解反应，收集酶解反应产物，得到寡聚果胶半乳糖醛酸；3)将所述寡聚果胶半乳糖醛酸的水溶液与铜盐的水溶液进行反应，得到所述寡聚果胶半乳糖醛酸铜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤1)中，所述碱性乙醇溶液 为氢氧化钾的乙醇水溶液或氢氧化钠的乙醇水溶液，所述氢氧化钾的乙醇水溶液是 将300g-600g氢氧化钾溶于8L-12L乙醇水溶液而得，所述氢氧化钠的乙醇水溶液是将 300g-600g氢氧化钠溶于8L-12L乙醇水溶液而得，所述乙醇水溶液的质量百分浓度均为 40-60%，优选50% ；所述果胶与所述碱性乙醇水溶液的用量比为IKg 4-8L;所述果胶选 自苹果果胶、柑橘果胶和向日葵果胶中的至少一种；所述步骤2)中，所述酶解反应是在缓冲液存在的条件下进行的，所述缓冲液为由醋 酸与醋酸钠组成的缓冲液或由磷酸氢钠与磷酸二氢钠组成的缓冲液，所述缓冲液的浓度为 40-60mM，优选50mM，pH值为4_6，优选为5 ；所述缓冲液的用量为40_60mL/g所述中间产物， 优选50mL/g所述中间产物；所述内切型果胶酶的用量为1500-3000U所述内切型果胶酶/g 所述中间产物，优选2000-2600U所述内切型果胶酶/g所述中间产物；所述步骤3)中，所述铜盐为硫酸铜或氯化铜。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述步骤1)所述调节pH值至 0. 5-2. 0步骤之后，还进行如下操作依次用盐酸的乙醇水溶液和乙醇水溶液洗涤，干燥， 得到所述寡聚果胶半乳糖醛酸；所述用盐酸的乙醇水溶液洗涤步骤中，所述盐酸的乙醇水 溶液是将盐酸水溶液与乙醇水溶液以体积比为1 1-10混勻而得，所述盐酸水溶液的质量 百分浓度为0. 5% -2%，优选1%，所述乙醇水溶液的质量百分浓度为40-60%，优选50%， 洗涤次数为2-4次；所述用乙醇水溶液洗涤步骤中，所述乙醇水溶液的质量百分浓度为 40-60%，优选50%，洗涤次数为3-6次；所述干燥步骤中，温度为45-75°C，优选70°C，时间 为14-28小时，优选20小时。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于所述步骤1)中，所述将反应产物 用乙醇水溶液溶解步骤中，所述乙醇水溶液的质量百分浓度为40% -60%，优选50% ；所述步骤3)中，所述铜盐的水溶液的浓度为0. 15M-0. 3M，优选0. 2M，所述寡聚果胶半 乳糖醛酸的水溶液的质量百分浓度为5% -15%，优选10%，所述寡聚果胶半乳糖醛酸与所 述铜盐中的铜离子的重量比为1 0.12-0.39。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于所述步骤2)所述收集酶解反应产 物之后，还进行如下处理将所述酶解反应产物依次进行灭活、真空浓缩和干燥，得到所述 寡聚果胶半乳糖醛酸；所述灭活步骤中，温度为90-110°C，优选100°C，时间为15-25分钟，优选20分钟，所述 真空浓缩步骤中，真空度为0. OlMPa-O. OOMPa，优选0. OOMPa，温度为40_50°C，优选45°C，所 述干燥步骤中，温度为-50°C —30°C，优选_45°C，时间为18-24小时，优选20小时。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于所述步骤1)反应步骤中，温度为0-50C，优选4°C，时间为5-8小时，优选6小时；所述步骤2)反应步骤中，温度为45-60°C，优选55°C，时间为40-60分钟，优选50分钟；所述步骤3)反应步骤中，温度为25-35°C，优选30°C，时间为40-60分钟，优选50分钟。
7.权利要求1-6任一所述方法制备而得的寡聚果胶半乳糖醛酸铜。
8.权利要求7所述寡聚果胶半乳糖醛酸铜在制备畜禽、水产养殖动物或反刍养殖动物 的饲料添加剂中的应用。
9.一种含铜的饲料添加剂，是按照权利要求1-6任一所述方法制备而得的寡聚果胶半 乳糖醛酸铜。
10.权利要求9所述含铜的饲料添加剂在制备畜禽、水产养殖动物或反刍养殖动物的 饲料添加剂中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种寡聚果胶半乳糖醛酸铜及其制备方法与应用。该方法，包括如下步骤1)将碱性乙醇水溶液与果胶进行反应，将反应产物用乙醇水溶液溶解，调节pH值至0.5-2.0，得到中间产物；2)将中间产物与内切型果胶酶进行酶解反应，收集酶解反应产物，得到寡聚果胶半乳糖醛酸；3)将寡聚果胶半乳糖醛酸的水溶液与铜盐的水溶液进行反应，得到寡聚果胶半乳糖醛酸铜。该寡聚果胶半乳糖醛酸铜能显著促进养殖动物对铜离子的吸收，减少抗生素的饲用量，制备方法工艺简便，易于工业化生产，在养殖动物饲料添加剂领域具有重要的实用价值。
文档编号C07H7/033GK101935680SQ20101023544
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者孙丽娜, 梁平, 石波 申请人:中国农业科学院饲料研究所