一种纤维类猪饲料添加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及饲料添加剂领域，用于提高猪的蛋白质吸收率及改善便秘情况，更具体地说，是一种纤维类猪饲料添加剂及其制备方法。

背景技术

我国饲料资源短缺，传统养殖业通常用低纤维原料，以谷物、添加剂和动植物蛋白来配制动物饲料，饲料所用粮食的比重不断升高，导致人畜同粮、人畜争粮的矛盾日益显著，并且提高了养殖成本。为此，国务院倡导改变农业二元为三元耕作制度，加大饲料作物和优质牧草的生产力度，鼓励发展不与人类争夺粮食的草食家畜养殖，以满足我国畜牧业对饲料和牧草日益增长的需求。

为了获得绿色植物的纤维素，并将其易于动物吸收，通常采用的方法是青贮，如在孕穗到抽穗阶段的牧草，蜡熟期到乳熟期的青玉米秸秆等，通过人工控制发酵条件，将糖类等碳水化合物转化成乳酸等有机酸，使其pH值降低，抑制霉菌活动，提高原料利用率的一种发酵技术，但这种方法通常适用于小规模的饲养用户，且发酵时间较长，因此，需要将该发酵方法科学化、规范化。

现有技术中对添加剂的研究通常是为了提高牲畜的机体免疫功能、降低死亡率率，而对牲畜的蛋白质利用率和便秘功能方面的添加剂的研究较少，现有的改善猪的繁殖和便秘的功能添加剂通常具有大量的抗生素，这虽然能改善猪的繁殖和便秘功能，但是长期食用会造成猪的机体免疫力下降。

发明内容

本发明提供了一种纤维类猪饲料添加剂及其制备方法。

一种纤维类猪饲料添加剂制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将收获的绿植在加工前丢弃外来植物碎片、枯萎碎片，分选后直接冷冻于-20℃的环境中直至加工，将冷冻的绿植在5℃下解冻过夜；

(2)在室温下将绿植在双螺杆中加工压榨，双螺杆的速度为82rpm，得到绿色汁液和肉浆；

(3)将绿色汁液在水浴中加热至60℃，并在该温度下保持20-30秒，然后冷却至约5℃，并离心10分钟，得到的沉淀构成一次蛋白质生坯，将残留的上清液转移到新的容器中，加热到80℃并在此温度下保持20-30秒，冷却至约5℃，并离心10分钟，得到二次蛋白质生坯和棕色的上清液；

(4)将一次蛋白质生坯和二次蛋白质生坯在半连续超临界萃取釜中萃取，开启CO

(5)萃取液脂质体的制备：将二氧化碳在冷箱中冷却后由单杠柱塞泵加入高压混合釜中，二氧化碳的注入速率由柱塞泵控制器控制在200mL/h；

(6)采用磷脂制备蛋白质萃取液脂前体，并对脂前体进行水化得到蛋白质萃取液脂质体溶液，将蛋白质萃取液脂质体置于高压釜水浴加热装置中，调节高压釜中的压力达到预设值，并通过控温器将温度加热到预设值，保持温度压力40min；

(7)微调阀门，使高压釜中的压力降低1-2MPa，将蛋白质萃取液脂质体溶液通过内径为5mm的喷嘴喷入接收罐中，溶液由于温度和压力的急剧变化使其溶解能力减小，达到过饱和溶液，溶质析出形成微粒，所述微粒作为猪饲料的蛋白质添加剂。

进一步地，所述绿植包括白三叶草、红三叶草及紫花苜蓿。

进一步地，利用所述肉浆制备多孔膳食纤维作为饲料添加剂，包括如下制备方法：

(1)按照m(肉浆)∶m(水)＝3∶1加入自来水，充分润透，混合均匀，要求散而不凝，没有结团；

(2)蒸汽灭菌120℃，60min；

(3)加入复合酶：将灭菌后的原料冷却至室温，于无菌室中加入复合酶，加酶量分别为：纤维素酶加入量为2-3U/g，木聚糖酶加入量为5-7U/g，初始pH值控制在6.5-7.0；

(4)酶解：在50℃下恒温72h，采用超声波振动2次/h，使发酵物松散、均勾；

(5)接种活化酵母：活性干酵母按0.05％加入，使用前取适量无菌水，25℃活化2h；

(6)酵母发酵：在30℃培养箱内发酵96h；

(7)热风干燥：将发酵饲料摊于浅盘中，50℃热风风干12-24h，得到多孔膳食纤维。

进一步地，所述萃取釜、所述分离釜均通过水浴加热。

进一步地，一次蛋白质生坯和二次蛋白质生坯在半连续超临界萃取釜中萃取时，萃取压力预设值为38MPa，萃取温度预设值为55℃，萃取预设时间为2h，CO2流量预设值为6L/min。

进一步地，所述脂前体为磷脂。

进一步地，所述喷嘴的内径为5mm。

进一步地，高压釜压力预设值为23-24MPa，高压釜温度预设值为50-60℃。

一种纤维类猪饲料添加剂，所述猪饲料添加剂采用如上所述的制备方法制备而成，所述添加剂按照重量配比计，包括如下组分：普通农副产物100份，蛋白质添加剂20-30份，多孔膳食纤维添加剂60-80份。

通过超临界萃取法是一个最适于微细化的方法，不仅使绿植的蛋白质分离出来，耗时短，节能，提取效率高，还能对有效成分具有保护作用，在适宜的萃取压力及温度下不会使绿植的生物活性物质失去活性，还能提取出许多传统方法无法分离出来的生物有效的活性成分，还具有抗氧化和灭菌的作用，与此同时它的微细化过程不会带来污染，尤其是一些有机溶剂的残留。

第一，通过白三叶草、红三叶草、紫花苜蓿得到的多孔膳食纤维中含有丰富的可溶性小肽、游离氨基酸及乳酸，使得其散发出醇香的风味，能有效的改善适口性，提高动物的采食量；第二，多孔膳食纤维中抗原被彻底降解了，猪群的肠道也更健康了，从而采食量也随之增加；第三，多孔膳食纤维中的不良寡糖去除干净，使得猪胀气减少，有利于提高采食量；第四，随着多孔膳食纤维添加量的提高，食糜粘性增加，降低了饲粮养分的扩散速度，为微生物的附着和增殖创造了条件，便秘情况有明显的下降趋势，主要由于多孔膳食纤维可改善胃肠道环境，同时提高胃肠道有益微生物的数量，有益菌附在肠點膜上构成一道免疫屏障，由此降低猪便秘的发生。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

白三叶草、红三叶草是世界上分布最广的一种豆科牧草，初花期干物质粗蛋白含量高达24.7％，纤维含量相对低于禾本科，矿物含量高于禾本科，富含氨基酸和多种维生素(维生B、C、E和K)，具有高度易消化性、营养性及适口性，干物质消化率可以高达80％。白三叶牧草中还含有多种活性成分——叶蛋白、异黄酮、膳食纤维、绿原酸和挥发性成分等特殊的营养功能成分，据研究表明，全国采集的47个白三叶样品平均粗蛋白含量比1267个豆科牧草种的平均值18.4％要高，说明白三叶是豆科牧草中的优质牧草。紫花苜蓿是我国栽培最广的豆科牧草，因其蛋白含量高，营养丰富，适应性强，素有“牧草之王”的美称。

叶蛋白又称作青草胶，是一种从绿色植物茎叶中提取的含有较高蛋白的浓缩物质，属于功能性蛋白。叶蛋白的营养成分极其丰富，可利用碳水化合物的含量为5-20％，蛋白含量约为45-65％，脂肪约为7-25％。叶蛋白含有丰富的18种氨基酸，并且氨基酸的组成比例比较均衡，还含有各种矿物质、胡萝卜素和维生素(B、C、E)等营养成分，营养价值可与鸡蛋、牛乳相媲美。叶蛋白可以作为鸡、猪等动物的蛋白和维生素补充料来源。

绿色饲料被认为是高蛋白产量的作物，并且具有可能成为当地生长的可持续蛋白质来源。然而，没有加工，在单胃动物(例如猪)不能正确利用蛋白质。且绿色植物由细胞内容物和细胞壁组成，通常情况下细胞内容物所占比例仅有20％，而细胞壁所占比例则高达80％。细胞壁通常由纤维素、半纤维素、木质素、果胶、蛋白质所组成。细胞内容物主要由部分蛋白质和可溶性碳水化合物等成分构成，通常细胞内容物可直接被动物消化吸收，而粗纤维则不容易被吸收，且消化不完全。因此，为了进一步改善绿植中蛋白质及纤维的可吸收性，传统的物理处理法只是简单地通过机械、人工或加热的方法对秸秆进行一个初步处理，改变其外部状态增加秸秆的表面积，进而增大和瘤胃中微生物的接触面积，也就是说，传统的物理处理方法只适用于反刍动物。同时，物理处理方法虽在一定程度上提高了绿植饲料的利用率，但其营养价值并未发生改变，在生产中工作强度大，不宜大规模使用。

对此，本发明提供了一种可溶蛋白质的生产方法，具体步骤如下：

(1)将收获的绿植在加工前丢弃外来植物碎片、枯萎碎片，分选后直接冷冻于-20℃的环境中直至加工，将冷冻的绿植在5℃下解冻过夜；

(2)在室温下将绿植在双螺杆中加工压榨，双螺杆的速度为82rpm，得到绿色汁液和肉浆；

(3)将绿色汁液在水浴中加热至60℃，并在该温度下保持20-30秒，然后冷却至约5℃，并离心10分钟，得到的沉淀构成一次蛋白质生坯，将残留的上清液转移到新的容器中，加热到80℃并在此温度下保持20-30秒，冷却至约5℃，并离心10分钟，得到二次蛋白质生坯和棕色的上清液；

(4)将一次蛋白质生坯和二次蛋白质生坯在半连续超临界萃取釜中萃取，开启CO

(5)萃取液脂质体的制备：将二氧化碳在冷箱中冷却后由单杠柱塞泵加入高压混合釜中，二氧化碳的注入速率由柱塞泵控制器控制在200mL/h；

(6)采用磷脂制备蛋白质萃取液脂前体，并对脂前体进行水化得到蛋白质萃取液脂质体溶液，将蛋白质萃取液脂质体置于高压釜水浴加热装置中，调节高压釜中的压力达到预设值，并通过控温器将温度加热到预设值，保持温度压力40min；

(7)微调阀门，使高压釜中的压力降低1-2MPa，将蛋白质萃取液脂质体溶液通过内径为5mm的喷嘴喷入接收罐中，溶液由于温度和压力的急剧变化使其溶解能力减小，达到过饱和溶液，溶质析出形成微粒。

如何提高白三叶草、红三叶草、紫花苜蓿中蛋白质含量对提高其生物利用度，增加其附加值有很重要的意义。但由于蛋白质溶解度低，严重影响了猪对其的吸收，而且猪对蛋白质的吸收程度不仅受分子结构的影响，也受到粒子大小的影响，粒子粒径越小，它的比表面积也就越大，那么与猪体的接触面积也就越大，溶解度也就随之增加，这就越有利于猪的吸收。活性成分粒子经微细化后，更容易在猪的组织内滲透扩散，大大提高其生物利用度。不仅如此，还能降低由于局布浓度过高而对猪产生的副作用。而通过超临界萃取法是一个最适于微细化的方法，不仅使绿植的蛋白质分离出来，耗时短，节能，提取效率高，还能对有效成分具有保护作用，在适宜的萃取压力及温度下不会使绿植的生物活性物质失去活性，还能提取出许多传统方法无法分离出来的生物有效的活性成分，还具有抗氧化和灭菌的作用，与此同时它的微细化过程不会带来污染，尤其是一些有机溶剂的残留。

超临界萃取过程当中对萃取过程的压力和温度改变十分敏锐，在一定压力中，溶解能力与密度有密不可分的关系，可以通过萃取过程中温度或压力来改善被提取物的溶解度。本发明将压力设为36-40MPa，萃取温度设为50-60℃，萃取预设时间设为2-3h，CO

但同时，由于蛋白质萃取液的化学性质极不稳定，易受光、热、氧和金属离子的影响，发生氧化分解，影响其生物利用度，因此，本发明采用脂质体作为蛋白质萃取液的传输体系，其具有很好的相容性和靶向性，提高蛋白质活性物质的稳定性，促进猪对蛋白质的吸收。高压釜的温度和压力的相互作用对脂质体的载物量有很大影响，经验证，高压釜最佳的压力预设值为23.5MPa，温度预设值为54.5℃，此时，脂质体的载物量能够达到90％。为了提高饲料的营养利用率，必须分离保留纤维和可溶的蛋白质以便能够使绿色植物成为猪的纤维素及蛋白质来源。而且重要的是，在从绿汁生产饲料蛋白质中产生了一种富含纤维素、半纤维素、木质素的肉浆。纤维素是植物细胞壁的主要成分之一，由D-葡萄糖通过β-1，4糖苷键链接形成的高分子化合物，在自然界分布广泛。植物纤维素具有特殊的复杂结构，纤维素由几种微小的纤维素纤维组成，微小的纤维素纤维由不同的纤维素分子组成，结构比半纤维素要稳定，用强酸、纤维素酶等处理可得到单糖。半纤维素是由木糖、甘聚糖等不同类型的单糖构成的异质多聚体，各单糖聚合体之间又以共价键、氢键等化学键相连接，具有亲水性，因而其细胞壁具有弹性，结构比纤维素简单，也是木质纤维素较容易被吸收的一部分。木质素是一类结构复杂的，由苯基丙烷及其衍生物形成的三维空间网状结构。随着秸秆生长期的逐渐延长，其木质素含量不断增加，使木质素结构更加稳定，不易被动物吸收利用。

由于膳食纤维结构复杂，不能够直接将其转化为单糖供动物消化吸收，严重降低饲料的利用率。单一的膳食纤维由于结构等特点，动物利用率较低，研究一种新的处理方法来提高其营养价值，发挥其营养优势，具有重要意义。

本发明将从绿汁生产饲料蛋白质中产生了一种富含纤维素、半纤维素、木质素的肉浆经过加工，成为流动性好、表面积大、颗粒均匀、混合均匀度高、残留少的膳食纤维；该膳食纤维更容易被胃肠道吸收、较大的表面积而与有机和无机物质更有效地相互作用等特点，结果证实，在饲粮中添加膳食纤维可以显著提高猪平均日增重、平均日采食量和饲料利用率，同时可以增强肠道的保护作用。具体方法如下：

(1)按照m(肉浆)∶m(水)＝3∶1加入自来水，充分润透，混合均匀，要求散而不凝，没有结团；

(2)蒸汽灭菌120℃，60min；

(3)加入复合酶：将灭菌后的原料冷却至室温，于无菌室中加入复合酶，加酶量分别为：纤维素酶加入量为2-3U/g，木聚糖酶加入量为5-7U/g，初始pH值控制在6.5-7.0；

(4)酶解：在50℃下恒温72h，采用超声波振动2次/h，使发酵物松散、均勾；

(5)接种活化酵母：活性干酵母按0.05％加入，使用前取适量无菌水，25℃活化2h；

(6)酵母发酵：在30℃培养箱内发酵96h；

(7)热风干燥：将发酵饲料摊于浅盘中，50℃热风风干12-24h，得到多孔膳食纤维。

采用微生物或者一系列降解酶对其进行分解或转化，其作用机理是微生物在生长繁殖过程中分泌大量的酸和酶类，作用于肉浆，进而酶解高分子酯链，使糙面增大，更好地被微生物所降解。在发酵过程中，有效降解菌将秸秆中的纤维素、半纤维素不同程度的降解，并转化为糖类和脂肪类，提高秸秆的碳水化合物和脂肪酸的含量。发酵结束后，使饲料营养价值得到提高。由于发酵大多在密闭的厌氧环境下进行，微生物降解酶可利用纤维素作为底物，将其酶解为木糖然后再经无氧发酵，将其转化成有机酸类。随着有机酸含量的增加，导致饲料的pH值逐渐降低，当pH值低于4.2时，可抑制有害菌的生殖，保存营养物质，从而起到长期储存的目的。饲料在培养箱50℃热风风干12-24h后，水份含量基本恒定。50℃热风干燥温度也比较容易控制，具有能耗少，时间短，营养成分保留完好的优点，适宜在生产中应用。

pH值初始pH值也是发酵条件优化的重要环节，能够影响微生物的生长繁殖和代谢产物的积累。适宜的pH值能够显著提高发酵生产水平，过高或过低的pH值会改变细胞膜的通透性，从而影响微生物对各营养元素的吸收；pH值也会影响发酵过程中酶的活性，从而影响微生物的生长和发酵产物的合成。

温度对微生物发酵的影响是多方面的，其中最主要的是对微生物细胞生长和代谢产物形成的影响。随着温度的升高，微生物的生长繁殖速度加快；当温度过高时，酶失活，菌体衰老，代谢产物产量降低；而温度过低时，会抑制酶的活性，使微生物的生长代谢减慢。因此，保持适宜的温度对微生物发酵过程有重要作用。

多孔膳食纤维具有表面积大的特性，是普通膳食纤维的10～12倍，具有高表面积比、强吸附能力、突出的粘合能力。与普通膳食纤维相比，多孔膳食纤维的流动性更强，容易混合均匀，更重要的是颗粒大小分布均匀，使用安全，而且良好的粒度分布保证预混料混合均匀，使食物与胃肠道有更大的接触面积，增加营养物质的吸收，同时，降低交叉污染的可能性。通过对猪胃和空肠内容物中的细菌体外培养研究，结果发现，在多孔膳食纤维培养基中，胃样品细菌生长的延滞时间更长，而空肠样品没有变化，胃与空肠样品细菌生长降低的更快，显著改善了猪的肠道形态，生长性能和健康状况；同时，还增加了十二指肠绒毛高度和绒毛高度与隐窝深度比值(P＜0.05)，上调了胰岛素样生长因子，粘连蛋白-1和转化生长因子的mRNA表达，增加空肠黏膜浓度的分泌。

试验选取体重相近、健康状况良好的妊娠后期母猪、哺乳期母猪和公猪各100头。对照组词喂基础日粮，试验组使用采用不同比例的本发明饲料添加剂，保证各组之间营养水平一致，结果表明，本发明饲料添加剂的比例越高，猪的日增重和采食量越大，便秘率越低。经研究，主要原因有几点：第一，通过白三叶草、红三叶草、紫花苜蓿得到的多孔膳食纤维中含有丰富的可溶性小肽、游离氨基酸及乳酸，使得其散发出醇香的风味，能有效的改善适口性，提高动物的采食量；第二，多孔膳食纤维中抗原被彻底降解了，猪群的肠道也更健康了，从而采食量也随之增加；第三，多孔膳食纤维中的不良寡糖去除干净，使得猪胀气减少，有利于提高采食量；第四，随着多孔膳食纤维添加量的提高，食糜粘性增加，降低了饲粮养分的扩散速度，为微生物的附着和增殖创造了条件，便秘情况有明显的下降趋势，主要由于多孔膳食纤维可改善胃肠道环境，同时提高胃肠道有益微生物的数量，有益菌附在肠點膜上构成一道免疫屏障，由此降低猪便秘的发生。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。