控緩釋型丁酸及製備方法和用途的製作方法
2023-08-07 01:44:56
專利名稱：控緩釋型丁酸及製備方法和用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種控緩釋型丁酸及製備方法和用途。
背景技術：
丁酸的生物學功能如下(1)維護胃腸道內有益微生物菌叢正常胃腸道的一個非常重要特徵是內部細菌的協調平衡，尤其是幼畜。丁酸對微生物區系的選擇作用具有正面效應，它可促進有益菌的生長，而抑制有害菌(如大腸桿菌和沙門氏菌)的生長。
(2)促進胃腸道細胞的增殖和成熟，維持腸道黏膜上皮細胞的正常形態，維護腸黏膜正常的屏障作用幼年動物消化道不完善，消化酶如澱粉酶、蛋白酶和脂肪酶在斷奶兔、犢牛、仔豬或雛雞階段的分泌很差。在這生命的關鍵階段，小腸上皮細胞在形態上表現出較短的絨毛和未成熟的隱窩，導致幼年動物分泌消化酶和吸收日糧營養素的能力減小。應激因子如日糧改變、母源抗體缺失以及轉群等加劇了這一過程。研究人員報導，犢牛、兔子和仔豬飼餵丁酸鈉提高了澱粉酶、蛋白酶和脂肪酶等消化酶的分泌，雛雞飼餵丁酸鈉，其嗉囊的角質化過程加快。
丁酸是一種快速分化細胞的能量源，它可以通過更新中間細胞而刺激受損絨毛膜的修復。大鼠結腸灌注乙酸、丙酸、丁酸混合液，能增加空腸、近端結腸黏膜DNA含量，刺激腸上皮細胞增殖。其中，丁酸對結腸上皮細胞增殖與黏膜生長起主要作用，對隱窩上皮細胞增殖的劑量依賴性、刺激作用順序是丁酸、丙酸、乙酸。結腸內灌注丁酸能促進黏膜生長，表現為黏膜總量、DNA含量和有絲分裂指數的增加。
(3)丁酸可促進非特異性免疫系統和特異性免疫系統的功能。
由於丁酸在常態下是液體，腐蝕性和揮發性很強，具有刺激性臭味，使用不方便。而且，飼料中添加的丁酸首先必須經腸黏膜吸收，才能發揮其生理效應。為使外源添加的丁酸能為腸上皮細胞吸收，還需將丁酸有選擇地在小腸末端、大腸以及盲腸釋放，從而產生修復、保護腸上皮細胞，維護腸黏膜正常屏障，維護腸道有益微生物菌系的效果。
控緩釋系統對藥物、農藥、肥料、香料的釋放部位、速度和方式具有選擇性和可控性，可實現目標物的靶向傳輸和控緩釋，提高其利用率和作用效果，控緩釋體系的研究和應用將給相關行業帶來新的技術革命。控緩釋技術在飼料添加劑的研究開發方面也展現了巨大的應用前景和理論意義，它可推動產品的高性能化與環境友好化，將在新的層次上為畜牧業可持續發展提供物質和技術保證。
控緩釋技術的關鍵是控釋載體的選擇。水滑石(Hydrotalcites，or Layered DoubleHydroxides，LDHs)是陰離子型無機功能材料，結構上具備層板化學組成、層離子種類及數量、晶粒尺寸及其分布的可調控性，在催化、離子交換、吸附、化工等方面具有廣泛的用途。近年來，水滑石在生物醫藥等方面有了新的應用，水滑石作為治療胃病的特效藥，在歐洲已迅速實現商品化。利用水滑石具有的插層組裝的性能和很好的生物相容性，將其作為生物藥物分子的傳輸載體具有很高的應用價值，水滑石被認為是一類結構和作用機制新穎的緩釋型載體，已越來越受到研究者的廣泛關注。
文獻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等人成功地將生物分子核苷酸(Nucleoside Monophosphates)和脫氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid，DNA)用離子交換的方法插入到LDHs層間，形成bio-LDH層狀分子複合材料。水滑石被用作生物分子的傳輸載體。
文獻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.製備了雙氯芬酸、布洛芬和奈普生等抗炎藥插層水滑石。
文獻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.水滑石被用作藥物緩釋的傳輸載體，進行了布洛芬在水滑石中的插層，對插層產物的釋放性能研究表明，在中性pH值的條件下，藥物的釋放速度變得緩慢，達到了延緩藥物釋放的目的。
水滑石在450℃～550℃下煅燒將破壞其層狀結構，得到雙金屬氧化物。雙金屬氧化物能通過吸附環境中的陰離子和水分子來恢復重建水滑石結構，且因具有較大的比表面積和孔體積，容易接受客體。焙燒後的雙金屬氧化物比其前驅物有更大的比表面積，且具有結構「記憶」效應，即在水環境中重新吸收陰離子使其恢復原有的層狀結構。
發明內容
本發明的目的是提供一種控緩釋型丁酸及製備方法和用途。
控緩釋型丁酸是一種以水滑石為載體的控緩釋型丁酸，丁酸根佔水滑石層間陰離子總量的80～100％。
控緩釋型丁酸的製備方法包括以下步驟1)將水滑石或雙金屬氧化物研磨至大於400目，加水攪拌均勻，製成濃度為1％～10％的懸浮漿液；；2)將摩爾數為水滑石或雙金屬氧化物1～2倍的丁酸鹽，於攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，室溫反應5～15小時；3)步驟2)的懸浮漿液離心或過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘乾、粉碎至大於300目，得到控緩釋型丁酸。
發明中使用的水滑石可以是市售商品，也可以根據現有技術製備，其製備技術是眾所周知的。水滑石化學結構通式為M2+1-xM3+x(OH)2]x+[An-x/n·mH2O]，該水滑石中的二價金屬離子M2+可以是Mg2+，Zn2+，Fe2+，Mn2+，Co2+，Cu2+，Ca2+中的任何一種；三價金屬離子M3+可以是Al3+，Fe3+，Cr3+，Ti3+中的任何一種；An-可以是CO32-，Cl-，NO3-中的任何一種，優選CO32-；X＝0.5～0.17；M2+/M3+＝1～5。發明中使用的雙金屬氧化物為將上述水滑石在450～550℃溫度下煅燒而成。
本發明製備方法中，所說的丁酸鹽可以是正丁酸、正丁酸鈉、正丁酸鉀。
製備方法的漿液脫水工藝，可因地制宜，選用離心或過濾等方法進行脫水。脫水後所得的濾餅可使用常規烘乾設備乾燥。烘乾後的控緩釋型丁酸為塊狀，可選用常規粉碎設備粉碎至粒度大於300目。
控緩釋型丁酸用於牛、羊、畜禽、水產動物飼料添加劑。
本發明的優點是(1)利用水滑石具有的插層組裝性能以及雙金屬氧化物通過層狀結構重建吸附陰離子的性質來搭載丁酸，實施方法簡便，適宜工業化生產，成本較低。
(2)由於水滑石具有很好的生物相容性和胃腸道黏膜親和性、層間可交換性、高表面活性和大比表面積等特點，使之對所負載的丁酸具有控緩釋作用，從而大大提高了丁酸的吸收利用率。
(3)本發明所製得的控緩釋型丁酸易於與飼料混合，形成均勻分散系，使用方便。
(4)本發明的控緩釋型丁酸可修復、保護腸上皮細胞，維護腸黏膜正常屏障，維護腸道有益微生物菌系，提高動物的健康水平，提高日增重和飼料轉化效率。
具體實施例方式
本發明的的控緩釋型丁酸用於修復、保護腸上皮細胞，維護腸黏膜正常屏障，維護胃腸道有益微生物菌系，提高動物的健康水平，提高日增重和飼料轉化效率。使用方法為將粉末狀的控緩釋型丁酸，按以下添加劑量拌入配合飼料中(kg/t配合飼料)斷奶仔豬0.75～1.0；生長豬0.5～0.75；肉雞0.5～0.75；蛋雞(育雛期)0.5～1.0，犢牛0.5～1.0。
本發明結合以下實例作進一步的說明。
實施例11)將市售的水滑石在450℃溫度下煅燒，製得雙金屬氧化物，再研磨至500目，加水攪拌均勻，製成濃度為10％的懸浮漿液；
2)將摩爾數為雙金屬氧化物2倍的正丁酸，於攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，室溫反應15小時；3)步驟2)的懸浮漿液離心脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘乾、粉碎至300目，得到控緩釋型丁酸。丁酸根佔水滑石層間陰離子總量的100％。
將72頭體重8.3kg左右的「杜長大」三元雜交仔豬按飼養試驗要求分成3組，每組設3個重複，每個重複8頭。控緩釋型丁酸組基礎日糧+1g/kg控緩釋型丁酸；抗生素組基礎日糧+抗生素；複合組基礎日糧+抗生素+1g/kg控緩釋型丁酸。飼餵4周後，採用組織學和掃描電鏡技術，對仔豬小腸黏膜上皮和杯狀細胞的顯微和超微結構進行了觀察研究。結果顯示，各試驗組的空腸和迴腸黏膜結構完整，層次清晰，腸絨毛排列整齊，柱狀細胞結構清晰，控緩釋型丁酸組和複合組腸絨毛粗壯，而抗生素組腸絨毛頂端偶見腸上皮脫落，腸絨毛相對較細；各試驗組迴腸的杯狀細胞數量為空腸的1.3～2.2倍，且以複合組的杯狀細胞數最多，控緩釋型丁酸次之，抗生素組最少；各試驗組空腸和迴腸腸上皮表面微絨毛結構清晰，排列整齊，複合組的細胞衣最厚且均勻，控緩釋型丁酸組次之，抗生素組較薄。結果表明，控緩釋型丁酸能促進杯狀細胞增殖，改善小腸黏膜上皮細胞的形態結構，進而促進仔豬的消化吸收，提高其生產性能，其在這些方面的作用均優於抗生素。
實施例21)將市售的水滑石研磨至400目，加水攪拌均勻，製成濃度為4％的懸浮漿液；；2)將摩爾數為水滑石2倍的正丁酸鈉，於攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，室溫反應10小時；3)步驟2)的懸浮漿液過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘乾、粉碎至500目，得到控緩釋型丁酸。丁酸根佔水滑石層間陰離子總量的85％。
選擇健康艾維茵商品代公母混合雛240羽，隨機分為2組(每組設3個重複，每個重複40羽)，分別飼餵含0和0.75g/kg控緩釋型丁酸的飼糧。在自由採食、飲水和24小時光照條件下，進行了為期49天(1～49日齡)的飼養試驗。結果表明，與對照組相比，肉雞日糧中添加0.5g/kg控緩釋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)；使盲腸中雙歧桿菌和乳桿菌分別增加了202.1％(P＜0.05)和99.5％(P＜0.05)，使梭菌數下降了81.2％(P＜0.05)；使盲腸上皮黏膜腺窩深度和細胞密度分別提高了20.2％(P＜0.05)和30.1％(P＜0.01)。
實施例3預備根據「鎂鋁型水滑石水熱合成」(謝暉，矯慶澤，段雪.應用化學，2001，1870-72)的方法製備水滑石。
1)將預備步驟中得到的水滑石在550℃溫度下煅燒，製得雙金屬氧化物，再研磨至600目，加水攪拌均勻，製成濃度為5％的懸浮漿液；2)將摩爾數為雙金屬氧化物1.5倍的正丁酸鉀，於攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，室溫反應15小時；3)步驟2)的懸浮漿液離心脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘乾、粉碎至400目，得到控緩釋型丁酸。丁酸根佔水滑石層間陰離子總量的90％。
將48頭體重30kg左右的杜長嘉生長豬按飼養試驗要求分成2組，每組設三個重複，每個重複8頭，分別飼餵含0和0.5g/kg控緩釋型丁酸的飼糧，自由採食和飲水，預試期7天，正試期45天。飼養試驗結束時，禁食(自由飲水)24小時後稱重，計算試驗豬的日平均採食量、日增重和料重比，飼養試驗結束後，從每組選體重相近的6頭豬(公母各半)屠宰，無菌採取結腸內容物進行腸道菌群分析，採取十二指腸內容物測定消化酶活性。
結果如下與對照組相比，生長豬日糧中添加0.5g/kg控緩釋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)；使結腸中雙歧桿菌、乳酸桿菌數分別增加了299.1％(P＜0.01)和285.3％(P＜0.01)，並使結腸內容物pH值降低了0.50個單位(P＜0.05)，使結腸中大腸桿菌數下降了79.1％(P＜0.01)，使梭菌數下降了82.1％(P＜0.01)；使十二指腸內容物中總蛋白水解酶、胰蛋白酶、澱粉酶活性分別提高了70.1％(P＜0.05)和65.2％(P＜0.01)，72.1％(P＜0.01)。
實施例4預備根據「二元金屬類水滑石的合成及其作為前驅體對NOx的吸附性能研究」(郭志強，倪哲明，俞衛華，王力耕，葛忠華.材料科學與工程學報，2004，22(6)878-880)的方法製備水滑石。
1)將預備步驟中得到的水滑石研磨至600目，加水攪拌均勻，製成濃度為1％的懸浮漿液；；2)將摩爾數為水滑石1.5倍的正丁酸鈉，於攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，室溫反應5小時；3)步驟2)的懸浮漿液離心脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘乾、粉碎至500目，得到控緩釋型丁酸。丁酸根佔水滑石層間陰離子總量的80％。
將64頭體重8.3kg左右的「杜長大」三元雜交仔豬按飼養試驗要求分成2組，每組設4個重複，每個重複8頭，分別飼餵含0和0.75g/kg控緩釋型丁酸的飼糧，自由採食和飲水，試驗期50天。記錄腹瀉情況、耗料量、空腹始重和終重。飼養試驗結束後，每組選體重相近8頭豬(每個重複2頭，公母各半)屠宰，無菌採取結腸內容物，待進行大腸桿菌分析；取0.5cm×0.5cm的中部空腸一段，用0.9％NaCl將其衝洗乾淨，平鋪在濾紙上將液體吸乾，爾後浸入甲醛固定液，待光鏡分析用。利用德國Leica組織切片設備，製備空腸光鏡切片，H.E.染色。利用Leica QWin圖象分析儀測量絨毛高度和腺窩深度。
結果如下，在對照日糧中添加0.75g/kg控緩釋型丁酸使仔豬日增重提高了13.1％(P＜0.01)，料重比下降了8.0％(P＜0.05)；顯著降低了仔豬腹瀉率，使仔豬平均腹瀉率比對照組降低了73.2％(P＜0.01)；使結腸內容物中大腸桿菌顯著下降(P＜0.01)；使空腸絨毛高度和絨毛高度/腺窩深度的比率分別提高了20.1％(P＜0.05)和35.3％(P＜0.01)。
實施例51)將市售的水滑石在500℃溫度下煅燒，製得雙金屬氧化物，再研磨至500目，加水攪拌均勻，製成濃度為6％的懸浮漿液；2)將與雙金屬氧化物等摩爾數的正丁酸鉀，於攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，室溫反應5小時；3)步驟2)的懸浮漿液過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘乾、粉碎至大於300目，得到控緩釋型丁酸。丁酸根佔水滑石層間陰離子總量的90％。
權利要求
1.一種控緩釋型丁酸，其特徵在於，它是一種以水滑石為載體的控緩釋型丁酸，丁酸根佔水滑石層間陰離子總量的80～100％。
2.根據權利要求1所述的一種控緩釋型丁酸，其特徵在於所說的水滑石化學結構通式為[M2+1-xM3+x(OH)2]x+[An-x/n·mH2O]，其中，二價金屬離子M2+為Mg2+，Zn2+，Fe2+，Mn2+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Ca2+中的任何一種，三價金屬離子M3+為Al3+，Fe3+，Cr3+，Co3+，Ti3+中的任何一種；An-為CO32-，Cl-，NO3-，SO42-中的任何一種；X＝0.5～0.17；M2+/M3+＝1～5。
3.一種如權利要求1所述的一種控緩釋型丁酸的製備方法，其特徵在於方法的步驟如下1)將水滑石或雙金屬氧化物研磨至大於400目，加水攪拌均勻，製成濃度為1％～10％的懸浮漿液；；2)將摩爾數為水滑石或雙金屬氧化物1～2倍的丁酸鹽，於攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，室溫反應5～15小時；3)步驟2)的懸浮漿液離心或過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘乾、粉碎至大於300目，得到控緩釋型丁酸。
4.根據權利要求3所述的控緩釋型丁酸的製備方法，其特徵在於，所說的雙金屬氧化物為將水滑石在450～550℃溫度下煅燒而成。
5.根據權利要求3或4所述的控緩釋型丁酸的製備方法，其特徵是所說的水滑石化學結構通式為[M2+1-xM3+x(OH)2]x+[An-x/n·mH2O]，其中，二價金屬離子M2+為Mg2+，Zn2+，Fe2+，Mn2+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Ca2+中的任何一種，三價金屬離子M3+為Al3+，Fe3+，Cr3+，Co3+，Ti3+中的任何一種；An-為CO32-，Cl-，NO3-，SO42-中的任何一種；X＝0.5～0.17；M2+/M3+＝1～5。
6.根據權利要求3所述的控緩釋型丁酸的製備方法，其特徵是所說的丁酸鹽為正丁酸、正丁酸鈉或正丁酸鉀。
7.一種如權利要求1所述的控緩釋型丁酸的用途，其特徵在於，它用於牛、羊、畜禽、水產動物飼料添加劑。
全文摘要
本發明公開了一種控緩釋型丁酸及製備方法和用途，它是一種以水滑石為載體的控緩釋型丁酸，丁酸根佔水滑石層間陰離子總量的80～100％。其製備方法是，利用水滑石具有的插層組裝性能將丁酸根插入到水滑石層間，或者將水滑石煅燒到450～550℃得到雙金屬氧化物，利用雙金屬氧化物通過層狀結構重建吸附陰離子的性質來搭載丁酸。由於水滑石具有很好的生物相容性和胃腸道黏膜親和性、層間可交換性、高表面活性和大比表面積等特點，使之對所負載的丁酸具有控緩釋作用。本發明的控緩釋型丁酸可修復、保護腸上皮細胞，維護腸黏膜正常屏障，維護腸道有益微生物菌系，提高動物的健康水平，提高日增重和飼料轉化效率。
文檔編號A23K1/16GK1824639SQ20061005011
公開日2006年8月30日 申請日期2006年3月31日 優先權日2006年3月31日
發明者胡彩虹, 夏枚生, 張紅梅 申請人:浙江大學