本发明涉及营养素强化饲料添加剂，具体涉及一种用于生产营养强化功能食品的饲料添加剂及其制备工艺与应用。
背景技术：
食品中含有多种营养素，但因种类不同，其分布和含量也不相同。此外，在食品的生产加工和保藏过程中，营养素往往遭受损失。营养强化食品就是指为增强营养成分而加入了天然的或者人工合成天然营养素的食品。营养强化食品不仅可以补充食品中营养素的不足，提高食品的营养价值，适应不同人群的需要，还兼有简化膳食处理，方便摄食和防病保健等作用。
现有研究表明多不饱和脂肪酸类营养素(包括二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸、花生四烯酸、α-亚麻酸、γ-亚麻酸等)和萜烯类营养素(包括虾青素和角鲨烯营养素等)在预防疾病、促进人体发育以及抗氧化等方面具有显著有益效果，因此越来越成为普通消费者和特定消费人群喜爱的营养强化元素。
目前人类摄取这些营养元素的方式主要包括以下两种：第一种途径是将特定目标营养物质从原始来源处(微生物和植物)分离、提取和纯化后，制成高浓度制剂比如胶囊后直接食用，这种方式对于消费者而言具有方便快捷的优点，然而繁琐、复杂和漫长的提取过程不但破坏了营养元素的结构和功能而且也显著增加了营养元素的生产成本和销售价格。相较于第一种从原始生产者经工业分离提取浓缩再到人的利用方式，第二种是从原始生产者-生产动物-肉蛋奶-人的途径，这种利用动物作为营养元素的分离、浓缩的途径，省去了高成本的工业分离和浓缩过程，以健康、自然和低成本的方式将营养元素大量富集于动物制品中。同时，这种方式利用动物体内源的特定营养素合成途径将低价格前体物质转化为高价值的目标营养元素，例如利用动物体内的长链多不饱和脂肪酸合成途径可以将α-亚麻酸和γ-亚麻酸分别转化为dha和ara，从而节约了外源dha和ara的添加，具有降低生产成本的作用。
发明专利201210385417.5公开了“一种富含dha微藻粉及其制备方法”，该专利将富含dha的发酵液直接加工成微藻粉，然后将其作为饲料添加剂用于畜牧、水产养殖中并有效富集于动物体内，再通过“富含dha的微藻粉→动物体→人”的食物传递路线，使人类从日常饮食中摄入足够量的dha。
然而，由于微生物和植物固有的细胞膜和细胞壁抗降解屏障结构以及细胞组成成分内的抗营养因子(半纤维素、植酸、酸溶性木质素等)严重阻碍了动物消化系统对营养元素的消化吸收利用，从而造成饲料因微生物和植物添加量增大而，成本高，因此急需开发以微生物和植物为原料生产高消化率营养强化饲料添加剂的生产工艺。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种营养素强化饲料添加剂及其制备工艺与应用解决现有技术存在的问题。
为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：
一种营养素强化饲料添加剂的制备工艺，主要包括以下步骤：
(1)物料预处理：将待处理的富营养素植物生物质与0.1％-1％的无铁的氯化钙水溶液混合均匀得到混合物料，调整混合物料的ph值为3-8；
(2)无氧-氯化钙水热法处理：将步骤(1)制备的混合物料转入容器内，真空泵抽去容器内气体至相对真空度为-0.01至-0.1mpa，在密闭搅拌条件下加热至温度达到100℃后，放气直至无压力，然后密闭继续加热至100-150℃，保温30-120分钟，然后放气降温至20-80℃，固液分离得到固态水热植物生物质；
(3)胶体磨粉碎：将步骤(2)所得固态水热植物生物质与富营养素微生物菌体按干重1:9到9:1的比例混合，然后与去离子水混合配制成浓度为5-10％的植物生物质-微生物菌体混悬液，将混悬液倒入胶体磨，以20μm间隙运转10-30min，10μm间隙运转10-20min，制成胶体磨处理液；
(4)添加抗氧化剂：将抗氧化剂加入步骤(3)所得胶体磨处理液中混合均匀，制成抗氧化剂浓度为0.001-0.01％的抗氧化-胶体磨处理液；
(5)高压均质：将步骤(4)所得抗氧化-胶体磨处理液用高压均质机进行均质处理多次。
步骤(1)中加热后铁的存在会造成严重的美拉德反应，产生有害的副产物，因此需要无铁。富含脂肪和蛋白质的物料除铁非常重要。ph值为3-8时有利于抑制美拉德反应，提高生物质内半纤维素抽提率。步骤(2)抽真空除氧，加热至100℃后再放气是为了排除冷空气。加热处理完成后放气是为了去除气态有害副产物，以及降温。步骤(3)先20um再10um增加粉碎效率比直接10um粉碎效果增强很多。胶体磨处理破坏植物籽实的结构，减少物料颗粒粒径，增加消化吸收率。步骤(4)所述抗氧化剂包括乙氧基喹啉、丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、没食子酸丙酯、特丁基对苯二酚、茶多酚、维生素e、l-抗坏血酸-6-棕榈酸酯中的一种或者多种。本发明所用的水均为去离子水。
进一步的，所述营养素为脂肪族类营养素，包括多不饱和脂肪酸和甾醇。
进一步的，所述脂肪族类营养素包括α-亚麻酸、γ-亚麻酸、共轭亚油酸、二十二碳六烯酸(dha)、二十四烯酸(ara)、二十碳五烯酸(epa)、虾青素、角鲨烯中的一种或者多种；所述富营养素植物生物质为亚麻籽(linumusitatissimumseed)、亚麻荠籽(camelinasativa)、月见草籽(oenotherabiennis)、琉璃苣籽(boragoofficinalis)、黑醋粟籽(ribs.nigrum)、罗汉果仁(siraitiagrosvenorii)和紫苏籽(perilla.frutescens)中的任意一种或者多种。
进一步的，步骤(3)所述富营养素微生物菌包括产二十二碳六烯酸(dha)微生物、产二十碳四烯酸(ara)微生物、产二十碳五烯酸(epa)微生物、产γ-亚麻酸微生物、产角鲨烯微生物、产虾青素微生物中的一种或者多种。
进一步的，步骤(1)中所述混合物料中的富营养素植物生物质与水的质量比为1:3-20。
进一步的，步骤(5)所述均质处理的条件为压力10-200mpa，均质机入口温度4-25℃。
进一步的，步骤(3)所述富营养素微生物菌体存在形式为是湿态、干态、发酵液态中的一种或者多种。
进一步的，所述产dha微生物为裂殖壶菌属、破囊壶菌属(thraustochytrium)、隐甲藻属(crypthecodinium)、吾肯氏壶菌属(ulkenia)、希瓦氏菌属(shewanella)和被孢霉属(mortierella)中一种或者多种；所示产ara微生物为被孢霉属微生物；所述产epa微生物为微拟球藻属(nannochloropsis)、小球藻属(chlorella)中的一种或者多种，所述产γ-亚麻酸微生物为毛霉属、被孢霉属中的一种或者多种，所述产虾青素微生物为红酵母属(generarhodotorula)、红冬孢酵母属(rhodosporidium)、掷孢酵母属、盐藻属(dunaliella)、红球藻属(haematococcus)中的一种或者多种，所述产角鲨烯微生物为裂殖壶菌属、破囊壶菌属(thraustochytrium)、拟酵母属(pseudozyma)中的一种或者多种。
一种上述制备工艺制备的营养素强化饲料添加剂。
上述营养素强化饲料添加剂的用途，用作畜禽、水产养殖动物、伴侣性动物的饲料添加剂；所述畜禽包括牛、猪、鸡、鸭和鹅；所述水产动物包括虾、鱼和蟹；所述伴侣性动物为猫、狗和鸟类。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明以富特定营养元素的微生物和植物生物质为原料，建立了基于无氧-钙盐水热预处理、胶体磨破碎和高压均质处理法的高消化率营养强化饲料添加剂的制备工艺。通过抽提生物质木质纤维素中的半纤维素破坏微生物和植物细胞抗降解屏障，另外添加的氯化钙也可以显著促进植物细胞壁抗降解屏障的降解，增加目标营养元素的动物消化吸收率，同时水热预处理法也可以将生物质中的抗营养因子转化为动物生长所需的营养元素，例如将半纤维素转化为寡糖、抗营养因子植酸转化为肌醇和磷酸、将抗营养因子酸溶性木质素转化为多酚等，经该方法处理后植物籽实的抗营养因子会降低而且消化率会显著提高。
(2)针对含有油脂和蛋白的植物籽实，本发明创新性的开发了无氧-钙盐水热预处理技术，此方法是在无氧、无铁离子和钙离子存在的条件下进行高温水热处理，显著降低了美拉德反应的发生，从而有力地保护了植物籽实内的营养成分。
(3)无氧-钙盐水热预处理技术中的放气步骤可以显著去除水热过程中产生的醇、醛、酸等低沸点物质。
(4)本发明对水热处理后的植物籽实以及富营养素微生物混合后进行了胶体磨和高压均质两步处理，在胶体磨降低物料颗粒大小的基础上，又应用高压均质技术破坏了微生物和植物籽实细胞壁和细胞膜，显著提高了植物籽实和微生物的消化率以及目标营养元素的吸收率和转化得率。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1
dha营养强化饲料添加剂的制备
主要包括：将无霉变、完整的亚麻籽与0.5％的无铁的氯化钙水溶液以1:6的质量比混合均匀，调整混合物料的ph值为4并倒入高压水热反应釜中，盖上反应釜盖，经液面以上出气口连接真空泵，抽真空5分钟，以去除氧气。然后密闭反应釜各出口，加温至100℃，打开反应釜出气口放气30秒，然后开始水热预处理。水热预处理条件为：温度100℃，处理时间为60分钟，搅拌速度60转/min，初始ph值7。处理结束后快速放气降温至90℃，经固液分离后，去离子水洗亚麻籽一遍。将裂殖菌藻粉和预处理后亚麻籽以1:3的比例混合后倒入去离子水中进行混合并浸泡20分钟，裂殖菌浓度为2.5％，亚麻籽浓度为7.5％。然后将混悬液倒入胶体磨，以20μm间隙运转20min，10μm间隙运转10min，制成亚麻籽粉-微藻粉混合液，接着向混合液内加入茶多酚和生育酚，形成茶多酚和生育酚浓度分别为0.04％和0.03％的亚麻籽粉-微藻粉混合液。将含抗氧化剂的混合液泵入高压均质机中，以200mpa的压力，入口温度4℃的条件下均质处理2遍后即得终产品。
实施例2
ara营养强化饲料添加剂的制备
主要包括：将无霉变、完整的月见草籽与1％的无铁的氯化钙水溶液以1:10的质量比混合均匀，调整混合物料的ph值为5并倒入高压水热反应釜中，盖上反应釜盖，经液面以上出气口连接真空泵，抽真空5分钟，以去除氧气。然后密闭反应釜各出口，加温至100℃，打开反应釜出气口放气30秒，然后开始水热预处理。水热预处理条件为温度120℃，处理时间为30分钟，搅拌速度150转/min，初始ph值7。处理结束后快速放气降温至90℃，经固液分离后，水洗月见草籽一遍。将高山被孢霉菌体与预处理后月见草籽以1:1的比例混合后倒入去离子水中进行混合并浸泡20分钟，高山被孢霉菌体浓度为5％，月见草籽浓度为5％。然后将混悬液倒入胶体磨，以20μm间隙运转30min，10μm间隙运转20min，制成月见草籽粉-被孢霉菌粉混合液，接着向混合液内加入茶多酚和生育酚，形成茶多酚和生育酚浓度分别为0.05％和0.04％的月见草籽粉-被孢霉菌粉混合液。将含抗氧化剂的混合液泵入高压均质机中，以100mpa的压力，入口温度20℃的条件下均质处理2遍后即得终产品。
实施例3
γ-亚麻酸-角鲨烯-dha营养强化饲料添加剂的制备
主要包括：将无霉变、完整的紫苏草籽与0.8％的无铁的氯化钙水溶液以1:10的质量比混合均匀，调整混合物料的ph值为5并倒入高压水热反应釜中，盖上反应釜盖，经液面以上出气口连接真空泵，抽真空5分钟，以去除氧气。然后密闭反应釜各出口，加温至100℃，打开反应釜出气口放气30秒，然后开始水热预处理。水热预处理条件为温度150℃，处理时间为10分钟，搅拌速度150转/min，初始ph值7。处理结束后快速放气降温至90℃，经固液分离后，水洗紫苏籽一遍。将裂殖壶菌藻粉和预处理后紫苏籽以1:2的比例混合后倒入去离子水中进行混合并浸泡30分钟，裂殖壶菌浓度为5％，紫苏籽浓度为2.5％。然后将混悬液倒入胶体磨，以20μm间隙运转30min，10μm间隙运转20min，制成紫苏籽-微藻粉混合液，接着向混合液内加入茶多酚和生育酚，形成茶多酚和生育酚浓度分别为0.05％和0.04％的紫苏籽-微藻粉混合液。将含抗氧化剂的混合液泵入高压均质机中，以150mpa的压力，入口温度20℃的条件下均质处理2遍后即得终产品。
实施例4
α-亚麻酸-虾青素营养强化饲料添加剂的制备
主要包括：将无霉变、完整的亚麻籽与1％的无铁的氯化钙水溶液以1:6的质量比混合均匀，调整混合物料的ph值为4并倒入高压水热反应釜中，盖上反应釜盖，经液面以上出气口连接真空泵，抽真空5分钟，以去除氧气。然后密闭反应釜各出口，加温至100℃，打开反应釜出气口放气30秒，然后开始水热预处理。水热预处理条件为温度120℃，处理时间为30分钟，搅拌速度150转/min，初始ph值6.8。处理结束后快速放气降温至90℃，经固液分离后，水洗亚麻籽一遍。将雨生红球藻干粉和预处理后亚麻籽以1:2的比例混合后倒入去离子水中进行混合并浸泡30分钟，雨生红球藻浓度为2.5％，紫苏籽浓度为5％。然后将混悬液倒入胶体磨，以20μm间隙运转30min，10μm间隙运转20min，制成亚麻籽-雨生红球藻混合液，接着向混合液内加入茶多酚和生育酚，形成茶多酚和生育酚浓度分别为0.05％和0.04％的亚麻籽-雨生红球藻混合液。将含抗氧化剂的混合液泵入高压均质机中，以150mpa的压力，入口温度20℃的条件下均质处理2遍后即得终产品。
实施例5
α-亚麻酸-epa营养强化饲料添加剂的制备
主要包括：将无霉变、完整的亚麻籽与1％的无铁的氯化钙水溶液以1:6的质量比混合均匀，调整混合物料的ph值为4并倒入高压水热反应釜中，盖上反应釜盖，经液面以上出气口连接真空泵，抽真空5分钟，以去除氧气。然后密闭反应釜各出口，加温至100℃，打开反应釜出气口放气30秒，然后开始水热预处理。水热预处理条件为温度120℃，处理时间为30分钟，搅拌速度150转/min，初始ph值6.8。处理结束后快速放气降温至90℃，经固液分离后，水洗亚麻籽一遍。将富epa微拟球藻干粉和预处理后亚麻籽以1:2的比例混合后倒入去离子水中进行混合并浸泡30分钟，微拟球藻浓度为5％，亚麻籽浓度为2.5％。然后将混悬液倒入胶体磨，以20μm间隙运转30min，10μm间隙运转20min，制成亚麻籽-微拟球藻混合液，接着向混合液内加入茶多酚和生育酚，形成茶多酚和生育酚浓度分别为0.05％和0.04％的亚麻籽-微拟球藻混合液。将含抗氧化剂的混合液泵入高压均质机中，以150mpa的压力，入口温度20℃的条件下均质处理2遍后即得终产品。
实施例1-5中添加剂的组成如表1所示。另外实施例1-5所用的水均为去离子水。
表1实施例1-5中添加剂组成
实施例6
dha营养强化饲料添加剂的制备
主要包括：将无霉变、完整的亚麻籽与1％的无铁的氯化钙水溶液以1:20的质量比混合均匀，调整混合物料的ph值为8并倒入高压水热反应釜中，盖上反应釜盖，经液面以上出气口连接真空泵，抽真空5分钟至相对真空度为-0.1mpa，以去除氧气。然后密闭反应釜各出口，加温至100℃，打开反应釜出气口放气30秒，然后开始水热预处理。水热预处理条件为：温度150℃，处理时间为30分钟，搅拌速度60转/min，初始ph值7。处理结束后快速放气降温至80℃，经固液分离后，去离子水洗亚麻籽一遍。将裂殖菌藻粉和预处理后亚麻籽以1:9的比例混合后倒入去离子水中进行混合并浸泡20分钟，然后与去离子水混合配制成浓度为10％的植物生物质-微生物菌体混悬液。然后将混悬液倒入胶体磨，以20μm间隙运转30min，10μm间隙运转10min，制成亚麻籽粉-微藻粉混合液，接着向混合液内加入茶多酚和生育酚，形成茶多酚和生育酚的总浓度为0.01的亚麻籽粉-微藻粉混合液。将含抗氧化剂的混合液泵入高压均质机中，以200mpa的压力，入口温度4℃的条件下均质处理2遍后即得终产品。
实施例7
dha营养强化饲料添加剂的制备
主要包括：将无霉变、完整的亚麻籽与0.1％的无铁的氯化钙水溶液以1:3的质量比混合均匀，调整混合物料的ph值为3并倒入高压水热反应釜中，盖上反应釜盖，经液面以上出气口连接真空泵，抽真空5分钟至相对真空度为-0.01mpa，以去除氧气。然后密闭反应釜各出口，加温至100℃，打开反应釜出气口放气30秒，然后开始水热预处理。水热预处理条件为：温度100℃，处理时间为120分钟，搅拌速度60转/min，初始ph值7。处理结束后快速放气降温至20℃，经固液分离后，去离子水洗亚麻籽一遍。将裂殖菌藻粉和预处理后亚麻籽以9:1的比例混合后倒入去离子水中进行混合并浸泡20分钟，然后与去离子水混合配制成浓度为5％的植物生物质-微生物菌体混悬液。然后将混悬液倒入胶体磨，以20μm间隙运转10min，10μm间隙运转20min，制成亚麻籽粉-微藻粉混合液，接着向混合液内加入茶多酚和生育酚，形成茶多酚和生育酚的总浓度为0.001的亚麻籽粉-微藻粉混合液。将含抗氧化剂的混合液泵入高压均质机中，以10mpa的压力，入口温度25℃的条件下均质处理3遍后即得终产品。
实施例8
饲料饲喂对比试验
将实施例1、2、3制备的营养强化饲料添加剂以及未经此工艺处理的原料与正大蛋鸡饲料以1:49的质量比混合分别制成蛋鸡日粮，每只蛋鸡每天饲喂100g日粮，连续饲喂2周，每天记录采食量，并在第5天收集当天新鲜鸡粪,实验室氯仿-甲醇-水法抽提饲料和鸡粪内粗脂肪，gc分析饲料和鸡粪内dha、亚麻酸、花生四烯酸含量并计算饲料和收集鸡粪中的脂肪酸总量，应用以下公式计算消化率，结果见表2，从表2中可以看出，经过本发明的工艺处理后的营养强化饲料添加剂消化率大幅度提高。
(1)富dha营养强化饲料添加剂(亚麻籽+裂殖壶藻)组消化率计算公式
0.5[(wfdha-whdha)/wfdha+(wfαlna-whαlna)/wfαlna]
其中wfdha—采食饲料中dha总量；
whdha—鸡粪中dha总量；
wfαlna—饲料中α亚麻酸总量；
whαlna—鸡粪中α亚麻酸总量。
(2)富ara营养强化饲料添加剂(月见草籽+高山被孢霉)
0.5[(wfara-whara)/wfara+(wfγlna-whγlna)/wfγlna]
其中wfara—采食饲料中花生四烯酸总量；
whara—鸡粪中花生四烯酸总量；
wfγlna—饲料中γ亚麻酸总量；
whγlna—鸡粪中γ亚麻酸总量。
(3)富γ-亚麻酸-dha营养强化饲料添加剂(紫苏草籽+裂殖壶藻)
0.5[(wfdha-whdha)/wfdha+(wfγlna-whγlna)/wfγlna]
其中wfdha—采食饲料中dha总量；
whdha—鸡粪中dha总量；
wfγlna—饲料中γ亚麻酸总量；
whγlna—鸡粪中γ亚麻酸总量。
表2本工艺对饲料原料消化率的影响
以上所披露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。