一种壳聚糖-载铜蒙脱石插层复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及饲粮添加剂技术领域，具体涉及一种壳聚糖-载铜蒙脱石插层复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

猪炎性肠病(IBD)近年流行广泛，其病因复杂，防控困难，严重威胁我国养猪业安全。其一般以细菌和病毒引起的传染性疾病为主，包括猪流行性腹泻、痢疾、传染性胃肠炎等，表现形式主要为腹泻，同时还伴有体温升高、食欲不振、脱水等症状，引起猪的生长缓慢，饲料报酬下降，生产性能下降，甚至引起猪的死亡，严重影响了养殖业的经济效益。依赖抗生素的防控策略产生了抗生素残留和细菌耐药性增强等严重生态问题，亟待开发一种不依赖于抗生素的绿色、生态防控策略。

发明内容

本发明目的是提供一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，以及该复合物的制备方法和在预防或治疗猪炎性肠病的饲料添加剂和猪饲料中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

本发明技术方案之一：提供一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，所述插层复合材料采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，两种材料之间相互配合，发挥协同增效作用，安全可靠。

优选的，所述载铜蒙脱石散的铜含量为0.5％～5％，所述壳聚糖的分子量为10～50kDa。

本发明所选用的铜含量在保证铜抑菌活性的同时，减少铜的含量，避免铜含量高可能引起的饲料中营养物质吸收的障碍及铜在猪体内蓄积。选用特定分子量的壳聚糖，是基于分子量过低的壳聚糖具有毒性，分子量过高的壳聚糖抗炎活性过低。

更优选的，所述插层复合材料的孔径为5～100μm。

更优选的，所述插层复合材料的膨胀指数为60～95％。

更优选的，所述插层复合材料的堆积密度为0.3～1g/cm

本发明技术方案之二：提供上述壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将蒙脱石分散到含Cu

优选地，所述壳聚糖与载铜蒙脱石散的质量比为(1～4):(1～4)。

优选地，载铜蒙脱石悬浮液的浓度为2～6％，壳聚糖溶液的浓度为1～5％。

更优选地，载铜蒙脱石散悬浮液的溶剂为三级水，将载铜蒙脱石散悬浮液静置过夜，使载铜蒙脱石散充分膨润。

优选地，所述Cu

更优选地，所述蒙脱石与Cu

优选地，所述加热搅拌温度为60～65℃，时间为6h。

优选地，所述离心的转速为3000rpm，时间为20min。

优选地，配制载铜蒙脱石散配制成悬浮液所用的载铜蒙脱石散为过300目筛的粉末。

优选地，蒙脱石分散到含Cu

优选地，壳聚糖溶液使用2％的乙酸溶液调节pH值。

优选地，所述加入的速度为20～60滴/min。

滴加速度太慢延长制备时间，影响制备效率；滴加速度太快则无法使药物充分分散，影响药效。

本发明技术方案之三：提供一种上述壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料在预防或治疗猪炎性肠病的饲料添加剂中的应用。

本发明技术方案之四：提供一种猪饲料，该饲料含有上述壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所用壳聚糖提取于虾、蟹等海产品加工副产物，具有强大的粘膜修复活性和免疫调节功能，作为一种功能性生物材料本身固有生物相容性和生物可降解性，对生物体组织无毒性，以及具有抗菌，抗肿瘤活性等功能而且具有聚电解质反应官能团，一定的凝胶形成能力，高的吸附容量和生物降解的能力，被列入国家食品添加剂可使用的被膜剂(GB-2760)。载铜蒙脱石散由颗粒极细的含水铝硅酸盐构成的层状矿物，其独特的晶体结构对细菌、病毒和各种毒素具有吸附作用及抗菌作用，对动物肠道黏膜屏障具有一定的保护作用。

本发明通过对壳聚糖和载铜蒙脱石散进行插层复合，采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，在不破坏两者的生物活性的前提下，结合壳聚糖抗菌、收敛、黏膜修复和免疫增强活性与载铜蒙脱石能吸附有毒有害物质及抗菌的作用，制得壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，可拌于日粮中，为猪炎性肠病的绿色、生态防控奠定基础，也是解决海产品加工副产物高值化利用的有效方法，是推动海洋经济发展的重要途径，具有明显的生态、社会和经济效益。

本发明的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，统合了壳聚糖和载铜蒙脱石散抗菌、收敛、黏膜修复、免疫增强和止泻的特点并形成协同作用，对于猪炎性肠病具有很好的预防和/或治疗效果，可将断奶仔猪和成年猪的腹泻率降低到10％，提高猪的生长效率，可广泛应用于饲料添加剂领域。此外，所用原料价格低廉易得，且无残留、无抵抗药性和无毒副作用。

附图说明

图1为实施例1制备过程中载铜蒙脱石散的SEM图。

图2为实施例1制备的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料的SEM图。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。

另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。

实施例1

一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，壳聚糖分子量为10kDa。

制备方法包括如下步骤：

S1.称取蒙脱石10g，分散到200ml的CuSO

S2.取壳聚糖5g，溶解于100ml水中，使用2％的乙酸溶液调节pH至4，将壳聚糖乙酸溶液以20滴/min的速度滴加到S1中载铜蒙脱石悬浮液中，加热至60℃，搅拌6小时，过滤，用超纯水洗涤形成的复合物，直到洗涤液的pH为6.5，干燥12小时后即得到壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料。

壳聚糖与载铜蒙脱石散质量比为1:1，制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料膨胀指数为86.3％，孔径为12.8±0.9μm，堆积密度为0.54±0.11g/cm

实施例2

一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，壳聚糖分子量为10kDa。

制备方法包括如下步骤：

S1.称取蒙脱石10g，分散到200ml的CuSO4(0.005mol/L)溶液中，并将pH值调节至5.5，加热至65℃，搅拌6小时，3000rpm离心20min得到沉淀，用蒸馏水洗涤3次，沉淀在70℃下干燥过夜，然后研磨成细粉，过300目筛，取过筛后细粉5g，加水100ml配置成载铜蒙脱石悬浮液，静置过夜，使载铜蒙脱石充分膨润。

S2.取壳聚糖5g，溶解于100ml水中，使用2％的乙酸溶液调节pH至4，将壳聚糖乙酸溶液以20滴/min的速度滴加到S1中载铜蒙脱石悬浮液中，加热至60℃，搅拌6小时，过滤，用超纯水洗涤形成的复合物，直到洗涤液的pH为6.5，干燥12小时后即得到壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料。

壳聚糖与载铜蒙脱石散质量比为1:1，制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料膨胀指数为88.3％，孔径为12.9±0.9μm，堆积密度为0.56±0.11g/cm

实施例3

一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，壳聚糖分子量为50kDa。

制备方法包括如下步骤：

S1.称取蒙脱石10g，分散到200ml的CuSO

S2.取壳聚糖5g，溶解于500ml水中，使用2％的乙酸溶液调节pH至6，将壳聚糖乙酸溶液以60滴/min的速度滴加到S1中载铜蒙脱石悬浮液中，加热至60℃，搅拌6小时，过滤，用超纯水洗涤形成的复合物，直到洗涤液的pH为6.8，干燥12小时后即得到壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料。

壳聚糖与载铜蒙脱石散质量比为1:1，制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料膨胀指数为78.1％，孔径为8.8±1.0μm，堆积密度为0.39±0.11g/cm

实施例4

一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，壳聚糖分子量为10kDa。

制备方法包括如下步骤：

S1.称取蒙脱石10g，分散到200ml的CuSO

S2.取壳聚糖20g，溶解于400ml水中，使用2％的乙酸溶液调节pH至4，将壳聚糖乙酸溶液以20滴/min的速度滴加到S1中载铜蒙脱石悬浮液中，加热至60℃，搅拌6小时，过滤，用超纯水洗涤形成的复合物，直到洗涤液的pH为6.5，干燥12小时后即得到壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料。

壳聚糖与载铜蒙脱石散质量比为4:1，制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料膨胀指数为95.3％，孔径为14.8±0.8μm，堆积密度为0.45±0.12g/cm

实施例5

一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，壳聚糖分子量为30kDa。

制备方法包括如下步骤：

S1.称取蒙脱石10g，分散到200ml的CuSO

S2.取壳聚糖20g，溶解于1200ml水中，使用2％的乙酸溶液调节pH至5，将壳聚糖乙酸溶液以40滴/min的速度滴加到S1中载铜蒙脱石悬浮液中，加热至65℃，搅拌6小时，过滤，用超纯水洗涤形成的复合物，直到洗涤液的pH为6.5，干燥12小时后即得到壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料。

壳聚糖与载铜蒙脱石散质量比为4:1，制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料膨胀指数为90.3％，孔径为12.9±0.9μm，堆积密度为0.55±0.09g/cm

实施例6

一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，壳聚糖分子量为50kDa。

制备方法包括如下步骤：

S1.称取蒙脱石10g，分散到200ml的CuSO

S2.取壳聚糖20g，溶解于2000ml水中，使用2％的乙酸溶液调节pH至6，将壳聚糖乙酸溶液以60滴/min的速度滴加到S1中载铜蒙脱石悬浮液中，加热至60℃，搅拌6小时，过滤，用超纯水洗涤形成的复合物，直到洗涤液的pH为6.5，干燥12小时后即得到壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料。

壳聚糖与载铜蒙脱石散质量比为4:1，制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料膨胀指数为86.8％，孔径为11.5±1.1μm，堆积密度为0.62±0.11g/cm

实施例7

一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，壳聚糖分子量为10kDa。

制备方法包括如下步骤：

S1.称取蒙脱石40g，分散到800ml的CuSO

S2.取壳聚糖5g，溶解于100ml水中，使用2％的乙酸溶液调节pH至4，将壳聚糖乙酸溶液以20滴/min的速度滴加到S1中载铜蒙脱石悬浮液中，加热至60℃，搅拌6小时，过滤，用超纯水洗涤形成的复合物，直到洗涤液的pH为6.5，干燥12小时后即得到壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料。

壳聚糖与载铜蒙脱石散质量比为1:4，制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料膨胀指数为80.2％，孔径为10.8±0.9μm，堆积密度为0.48±0.12g/cm

实施例8

一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，壳聚糖分子量为30kDa。

制备方法包括如下步骤：

S1.称取蒙脱石40g，分散到800ml的CuSO

S2.取壳聚糖5g，溶解于300ml水中，使用2％的乙酸溶液调节pH至5，将壳聚糖乙酸溶液以40滴/min的速度滴加到S1中载铜蒙脱石悬浮液中，加热至65℃，搅拌6小时，过滤，用超纯水洗涤形成的复合物，直到洗涤液的pH为6.5，干燥12小时后即得到壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料。

壳聚糖与载铜蒙脱石散质量比为1:4，制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料膨胀指数为69.2％，孔径为9.4±0.9μm，堆积密度为0.42±0.08g/cm

实施例9

一种壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料，采用载铜蒙脱石散作为插层的主体材料，使用壳聚糖进行插层复合，壳聚糖分子量为50kDa。

制备方法包括如下步骤：

S1.称取蒙脱石40g，分散到800ml的CuSO

S2.取壳聚糖5g，溶解于500ml水中，使用2％的乙酸溶液调节pH至6，将壳聚糖乙酸溶液以60滴/min的速度滴加到S1中载铜蒙脱石悬浮液中，加热至60℃，搅拌6小时，过滤，用超纯水洗涤形成的复合物，直到洗涤液的pH为6.5，干燥12小时后即得到壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料。

壳聚糖与载铜蒙脱石散质量比为1:4，制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料膨胀指数为65.2％，孔径为8.8±1.2μm，堆积密度为0.29±0.12g/cm

实施例10

与实施例4相比，省略蒙脱石载铜的步骤，其他试剂的用量和制备方法相同。

壳聚糖与蒙脱石散质量比为4:1，制得的壳聚糖-蒙脱石散复合材料膨胀指数为87.5％，孔径为13.2±0.9μm，堆积密度为0.50±0.08g/cm

图1为实施例1制备过程中，S1制得的载铜蒙脱石悬浮液干燥后所得载铜蒙脱石散的SEM图。

从图1中可以看出，未插层前蒙脱石散层间距小，层壁较厚。

图2为实施例1制备的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料的SEM图。

从图2中可以看出，插层后蒙脱石散的层间距明显增大，层壁变薄。

结果检测

1、在断奶仔猪中的应用

(1)预防作用试验方法：

选取断奶仔猪280头，分为14组，一组为空白对照组，一组为普通对照组，3组为对比例组，其余组为试验组。空白对照组与普通对照组饲喂普通饲料，对比例组饲喂的饲料中分别添加了壳聚糖、载铜蒙脱石、壳聚糖-蒙脱石散复合材料，试验组饲喂的饲料中分别添加了不同质量比制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料颗粒饲料添加剂。饲养方式为自由饮水，自由采食，24h后给普通对照组、对比例组和试验组接种大肠杆菌，空白对照组不接种，记录120h患病情况。

(2)试验结果：

试验分组、饲喂的饲料种类，以及试验结果如表1所示。其中对比例1中仅在饲粮中添加0.3％壳聚糖，不添加载铜蒙脱石散；对比例2为仅在饲粮中添加0.3％载铜蒙脱石散，不添加壳聚糖；对比例3为在饲粮中添加0.3％实施例10制得的壳聚糖-蒙脱石散复合材料；试验组在饲粮中添加0.3％实施例1-9不同质量比制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料作为添加剂，及壳聚糖-蒙脱石散插层复合材料添加剂。

表1

从上述结果中可知，在预防仔猪腹泻的作用上，本发明所述复合饲料添加剂具有明显的作用，添加了复合饲料添加剂的仔猪腹泻率与普通对照组相比，腹泻率降低了至少40％；而对比单独添加壳聚糖、载铜蒙脱石散或壳聚糖-蒙脱石散复合材料，添加复合饲料添加剂对预防仔猪腹泻效果更加明显，当壳聚糖和蒙脱石散质量比在4:1时制得的颗粒饲料添加剂对仔猪腹泻的预防作用最显著，使用载铜蒙脱石散的效果明显优于蒙脱石散。

以上结果可说明，本发明所述复合饲料添加剂中各组分之间具有协同增效的作用，比单独添壳聚糖或者载铜蒙脱石散的预防效果要好，而且使用由壳聚糖和载铜蒙脱石质量比在4:1时制得的复合饲料添加剂的效果最好，对仔猪腹泻的预防作用最明显。

(3)治疗作用试验方法：

选取断奶仔猪300头，接种大肠杆菌，饲喂普通饲料，48h后选取出现腹泻症状的仔猪260头，分为13组。一组为空白对照组，3组为对比例组，其余组为试验组。空白对照组喂普通饲料，对比例组饲喂的饲料中分别添加了0.5％壳聚糖、0.5％载铜蒙脱石、0.5％壳聚糖-蒙脱石散复合材料，试验组饲喂的饲料中分别添加了0.5％不同质量比制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料颗粒饲料添加剂。饲养方式为自由饮水，自由采食，记录120h治疗情况。

(4)试验结果：

试验分组、饲喂的饲料种类，以及试验结果如表2所示。其中对比例1中仅添加壳聚糖，不添加载铜蒙脱石散；对比例2为仅添加载铜蒙脱石散，不添加壳聚糖；对比例3为添加实施例10制得的壳聚糖-蒙脱石散复合材料；试验组中添加实施例1-9不同质量比制得的壳聚糖-载铜蒙脱石散插层复合材料作为添加剂，及壳聚糖-蒙脱石散插层复合材料添加剂。

表2

从上述结果中可知，在治疗仔猪腹泻的作用上，本发明所述复合饲料添加剂具有明显的作用，添加了复合饲料添加剂的仔猪腹泻率与空白对照组相比，腹泻率降低了至少55％；而对比单独添加壳聚糖、载铜蒙脱石散或壳聚糖-蒙脱石散复合材料，添加复合饲料添加剂对预防仔猪腹泻治疗效果更加明显，当壳聚糖和蒙脱石散质量比在4:1时制得的颗粒饲料添加剂对仔猪腹泻的治疗作用最显著，使用载铜蒙脱石散的效果明显优于蒙脱石散。

以上结果可说明，本发明所述复合饲料添加剂中各组分之间具有协同增效的作用，比单独添加壳聚糖、载铜蒙脱石散或壳聚糖-蒙脱石散复合材料的治疗效果要好，而且使用由壳聚糖和载铜蒙脱石质量比在4:1时制得的复合饲料添加剂的效果最好，对仔猪腹泻的治疗作用最明显。

2、在成年猪中的应用

(1)除测试对象为成年猪及饲粮添加剂比例降低为0.15％外，其他的测试方法同断奶仔猪预防作用试验方法。

(2)试验结果见表3：

表3

从上述结果中可知，在预防成年猪腹泻的作用上，本发明所述复合饲料添加剂具有明显的作用，添加了复合饲料添加剂的仔猪腹泻率与普通对照组相比，腹泻率降低了至少35％；而对比单独添加壳聚糖、载铜蒙脱石散或壳聚糖-蒙脱石散复合材料，添加复合饲料添加剂对预防成年猪腹泻效果更加明显，当壳聚糖和载铜蒙脱石质量比在4:1时制得的颗粒饲料添加剂对成年猪腹泻的预防作用最显著，使用载铜蒙脱石散的效果明显优于蒙脱石散。

以上结果可说明，本发明所述复合饲料添加剂中各组分之间具有协同增效的作用，比单独添加壳聚糖或者载铜蒙脱石散的预防效果要好，而且使用由壳聚糖和载铜蒙脱石散质量比在1:4时制得的颗粒饲料添加剂的效果最好，对成年猪腹泻的预防作用最明显。

(3)除测试对象为成年猪及饲粮添加剂比例降低为0.2％外，其他的测试方法同断奶仔猪治疗作用试验方法。

(4)试验结果见表4：

表4

从上述结果中可知，在治疗成年猪腹泻的作用上，本发明所述复合饲料添加剂具有明显的作用，添加了复合饲料添加剂的成年猪腹泻率与空白对照组相比，腹泻率降低了至少55％；而对比单独添加壳聚糖、载铜蒙脱石散或壳聚糖-蒙脱石散复合材料，添加复合饲料添加剂对成年猪腹泻治疗效果更加明显，当壳聚糖和蒙脱石散质量比在4:1时制得的颗粒饲料添加剂对成年猪腹泻的治疗作用最显著，使用载铜蒙脱石散的效果明显优于蒙脱石散。

以上结果可说明，本发明所述复合饲料添加剂中各组分之间具有协同增效的作用，比单独添加壳聚糖、载铜蒙脱石散或壳聚糖-蒙脱石散复合材料的治疗效果要好，而且使用由壳聚糖和载铜蒙脱石质量比在4:1时制得的复合饲料添加剂的治疗效果最好，对成年猪腹泻的治疗作用最明显。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。