一种无害化植提全氨基酸添加剂的制备方法及应用

技术领域

本发明属于纯天然全氨基酸营养添加剂提取纯化及应用领域，具体涉及一种无害化植提全氨基酸营养添加剂的方法。

背景技术

氨基酸(Amino acid)是构成蛋白质(protein)的基本单位，是生命生长的物质基础，作为构成蛋白质分子的基本单位的氨基酸，在生物界中构成天然蛋白质的氨基酸具有其特定的结构特点，即其氨基直接连接在α-碳原子上，这种氨基酸被称为α-氨基酸。在自然界中共有300多种氨基酸，其中α-氨基酸21种。是构成生物体内最基本物质之一。

人体(或其它脊椎动物)中，不能的氨基酸或合成速度远不适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，这些氨基酸称为必需氨基酸，共有8种，分别是：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。人体虽能够合成精氨酸和组氨酸，但通常不能满足正常的需要，因此，又被称为半必需氨基酸或条件必需氨基酸，在幼儿生长期这两种是必需氨基酸。人体对必需氨基酸的需要量随着年龄的增加而下降。鉴于氨基酸对于生命的重要作用，尤其是游离氨基酸不经过生物体内部的酶解而直接吸收利用，被广泛使用于医疗、食品、饲料、肥料等领域。

自然界中，无论是植物或动物，自身含有游离氨基酸的很少。因此，目前，市场上所用的游离氨基酸产品的来源，主要为以下途径获得：(1)化学合成；(2)动物下脚料水解或酶解；(3)植物氨基酸的主要来源以豆饼等粮食下脚料为原料，经酶水解、微生物发酵、酸碱水解处理后等方式加工而成；(4)将18种单一氨基酸，进行复合配置或半复合配置。

上述全氨基酸营养添加剂的来源，虽然取自于动植物，但大都经酶水解、微生物发酵、酸碱水解处理后等方式加工而成，由于处理过程夹带大量的有机试剂、酸碱等无机盐成分，或是由于氨基酸比例单一或配比不合理，造成营养补给的失衡等问题，因此，目前市场上纯天然绿色全游离氨基酸营养添加剂更为缺乏。

宽叶独行菜(阔叶独行菜)为十字花科独行菜属(Lepidium latifolium L.)多年生草本植物，收载于中国植物志与青海经济植物志。青海经济植物志记载可用于肠炎、痢疾的治疗，但未收载于任何民族药志、国家药品标准等。因此，至今尚未开发利用。由于该植物为广布种，生于海拔1800～3800的荒地、水边、路边、农田田埂及撂荒地，常形成大面积纯群落生长态势，抗逆性强，加上根系发达，植株高大，产量高且多年生，因此，开发潜力巨大。

近年来，从植物中直接获取游离氨基酸的方法随着提取设备和纯化分离材料的技术提高，已有诸多报道：如从植物中提取全氨基酸粉的方法(CN1232021A)；从玫瑰花提取精油后的废料液中提取氨基酸的方法(CN105523875B)；一种提取虫草中氨基酸的方法(CN106692210A)；一种从天冬中提取游离氨基酸的方法(CN04001006B)；一种木瓜叶氨基酸的提取方法(CN06266032A)；石斛叶片复合游离氨基酸的提取方法及用途(CN108159283B)等。

以上提取氨基酸的方法其原料虽为植物，而(CN1232021A)所表述的氨基酸提取方法为传统的水提，浓缩，柱分离纯化方法，本发明则采用水提后直接利用中空纤维分子筛或超滤膜和反渗透装置达到氨基酸分离纯化的目的。该方法不仅具有节能，环保，工艺步骤简单得显著优势，而且容易实现规模化的连续生产和低成本要求。在CN105523875B，CN106692210A，CN04001006B，CN06266032A所述的专利中，氨基酸的提取过程中或多或少的采用了酶解、有机试剂的使用、微波消解、酸碱化学品的使用等、或以多种提取纯化手段进行游离氨基酸的制备，这些方法不仅因为化学物质的添加而影响氨基酸纯度，同时也会由于设备使用的局限性难以实现规模化的连续生产。因此，开发出一种工艺简单(生产步骤少)、无任何化学品添加、并且具有低成本经济价值高的植提取全氨基酸的营养添加剂，用于医疗、食品、饲料、肥料等领域的产品是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无害化植提全氨基酸添加剂的制备方法。从而获得一种工艺简单、无任何化学品添加、且具有低成本经济价值高的植提取全氨基酸的营养添加剂。

为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

一种无害化植提全氨基酸添加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将宽叶独行菜干燥切段，按1kg：2～20kg的料液比加入饮用水或纯化水，于60～100℃提取1～5次，每次0.5～10h，合并得到提取液；

2)将步骤1)得到的提取液依次通过3万-5万分子量和1万-5千分子量的中空纤维分子筛或超滤膜组成的串联装置，收集通过1万-5千分子量的中空纤维分子筛或超滤膜的一次分离纯化液；

3)将步骤2)的一次分离纯化液通过4百-8百分子量的分子筛或超滤膜，收集二次分离纯化液；

4)二次分离纯化液通过反渗透膜，截取含有氨基酸部分的溶液得含全游离氨基酸溶液，含全游离氨基酸溶液进一步减压浓缩，得氨基酸含量为5％--30％的全氨基酸添加剂。

优选地，步骤1)中，所述宽叶独行菜为高原优势植物宽叶独行菜的茎、叶、花的地上部分，采集期应为花期或花后期。此时，该植物所含游离氨基酸含量应达到10％以上。

优选地，步骤4)中，所述减压浓缩的条件是指温度为50～100℃，压强为0.01～0.07MPa。

优选地，步骤2)中，所述中空纤维超滤膜是利用高分子材料制成的不对称半透膜。截留分子量约在1000-500000道尔顿，本发明选择3万-5万分子量和1万-5千分子量的中空纤维分子筛串联组成分离装置，在压力的作用下，原液在膜内或膜外流动，其中的溶剂或小分子透过膜，经收集成为超滤液，而其中的大分子物质(蛋白质、纤维、多糖等)以及胶体粒子(乳胶、微粒子)、细菌等被截留在膜外，从而实现物质的分离、浓缩和提纯。

进一步优选地，所述中空纤维超滤膜采用高分子聚合物聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯为主要原料，具有耐酸碱、透水性好、易清洗等特点。

优选地，步骤3)中，所述中4百-8百分子量的分子筛或超滤膜和步骤4)中的反渗透膜均采用芳香类聚酰胺的材料制成卷筒膜，具有耐酸碱、耐稀醇溶液、透水性好、易清洗等特点。

本发明仅采用饮用水或纯化水提取和连续串级的中空纤维分子筛或超滤膜的方式(见分子筛装置示意图)，除去提取物中纤维、蛋白、多糖等大于4百-8百分子量以上的物质，再连接反渗透装置除去水及钙、镁等，截取含有氨基酸部分溶液的方法完成全游离氨基酸富集、浓缩、实现连续化的生产，本发明制备的纯天然全氨基酸营养添加剂，用于植物、食品、医药等方面的绿色、安全、低成本营养的添加。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明利用天然植物(多年生十字花科植物，宽叶独行菜(学名:Lepidiumapetalum)的地上部分，经干燥水提、浓缩而成，从使用原料到整个加工过程无任何化学品添加，所得18种游离氨基酸的营养添加剂，符合安全、环保、工艺实施简单及连续化生产要求，满足市场天然绿色营养全氨基酸营养添加剂的需求，具有良好的经济效益和生态效益。

2、利用本发明制备的10wt％的游离氨基酸营养液，对小麦、蔬菜、水果、花生、玉米进行不同生长期的叶面喷施，不同品种小麦的增产率为12-20％，且蛋白质含量比对照组有所增加；生菜与油麦菜分别增产20％、35％；葡萄、枸杞分别增产18％、52％，花生、玉米分别增产16％、5.5％(见试验报告)。

3、利用本发明制备的营养添加剂，添加5-10wt％至仔猪饲料中，适口性好，且仔猪生长状态良好。

试验：青海福泰种养植专业合作社使用本发明饲料对15头仔猪进行安全喂养试验，添加5-10％于正常猪饲料中进行90天的喂养。其结果显示：实验组显示长势良好，具有明显的抗病能力、与对照组相比，体重分别增加5-9％左右。

4、本发明所得营养添加剂，经毒理试验证明，为低毒级或无毒级(按肥料登记急性经口毒性分级标准衡量属“实际无毒”。)(见毒性试验报告)。

5、经对本发明宽叶独行菜地上部分的营养成分分析发现，其粗蛋白、粗脂肪、粗纤维等与优良饲料苜蓿草相近(见表1)，具有营养成分相近，适口性好，特别是研究中发现宽叶独行菜中富含18种游离氨基酸，经测试，该植物中每Kg干草中含有二十余种氨基酸，包括人体所需的18种游离氨基酸，特别是均含有人体必须的八种氨基酸(赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸)和2种半必须氨基酸，总氨基酸含量为12.0％～26.0％，并对不同产地的宽叶独行菜游离氨基酸含量进行分析(见表2)。

表1：宽叶独行菜饲料与其他饲料营养成分分析

表2：不同产地的宽叶独行菜游离氨基酸含量分析

附图说明

图1是本发明实施例1的工艺流程图；

图2是本发明中分子筛装置示意图。

具体实施方式

下面以具体实施方式对本发明做进一步说明。

需要说明的是，本发明中，步骤2)中，所述中空纤维超滤膜是利用高分子材料制成的不对称半透膜。具体的，所述中空纤维超滤膜采用高分子聚合物聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯为主要原料，步骤3)中，所述4百-8百分子量的分子筛或超滤膜和步骤4)中的反渗透膜均采用芳香类聚酰胺的材料制成卷筒膜。中空纤维超滤膜、分子筛或超滤膜、反渗透膜均可通过市售获得。

实施例1

本实施例的一种无害化植提全氨基酸添加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将宽叶独行菜干燥切段，按1kg：10kg的料液比加入饮用水或纯化水，于100℃提取3次，每次3h，合并得到提取液；步骤1)中，所述宽叶独行菜为高原优势植物宽叶独行菜的茎、叶、花的地上部分，采集期为花期。

2)将步骤1)得到的提取液依次通过3万分子量和1万分子量的中空纤维分子筛组成的串联装置，收集通过1万分子量的中空纤维分子筛的一次分离纯化液；

3)将步骤2)的一次分离纯化液通过8百分子量的分子筛，收集二次分离纯化液；

4)二次分离纯化液通过反渗透膜，截取含有氨基酸部分的溶液得含全游离氨基酸溶液，该溶液全游离氨基酸含量为10％。

实施例2

本实施例的一种无害化植提全氨基酸添加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将宽叶独行菜干燥切段，按1kg：20kg的料液比加入饮用水或纯化水，于100℃提取3次，每次3h，合并得到提取液；步骤1)中，所述宽叶独行菜为高原优势植物宽叶独行菜的茎、叶、花的地上部分，采集期为花期或花后期。

2)将步骤1)得到的提取液依次通过5万分子量和5千分子量的中空纤维分子筛组成的串联装置，收集通过5千分子量的中空纤维分子筛的一次分离纯化液；

3)将步骤2)的一次分离纯化液通过4百分子量的分子筛，收集二次分离纯化液；

4)二次分离纯化液通过反渗透膜，截取含有氨基酸部分的溶液得含全游离氨基酸溶液，该溶液全游离氨基酸含量为5％；进一步浓缩，获得氨基酸含量为10％的全氨基酸添加剂。其减压浓缩的温度为80℃，压强为0.06MPa。

其他实施例中，步骤4)中，所述减压浓缩的条件还可以为：温度为50～100℃，压强为0.01～0.07MPa。

肥效试验

1.1试验地点

选择土地平整，土壤肥力中等(偏上)且均匀，具有一定代表性的地块为试验田。

1.2试验材料

1.2.1供试作物及品种

1.2.2供试品

“10％氨基酸营养液”由河南比福制药股份有限公司研发。

1.3试验设计与方法

河南比福制药股份有限公司研发的“10％氨基酸营养液”在供试作物上的肥效试验，在生产栽培管理措施，耕作、排灌、良种、密度、防止虫病鼠害等一致的前提下，采取随机区组排列，随机取样测产。

1.3.1试验处理

供试作物a小麦、d葡萄、e枸杞、f生菜与油麦菜设两个处理，随机取样测产。处理1：常规施肥+供试液125ml/亩兑水20kg喷施；

处理2：常规施肥。

供试作物b花生和c玉米设三个处理，随机取样测产。

处理1：常规施肥+供试液125ml/亩兑水20kg喷施；

处理2：常规施肥+与处理1同期喷洒等量清水；

处理3：常规施肥。

1.3.2供试作物喷施节点

1.3试验结果

a小麦试验结果见数据结果统计表1；

b花生试验结果见产量结果统计表2；

c玉米试验结果见产量结果统计表3；

d葡萄试验结果见产量结果统计表4；

e枸杞试验结果见产量结果统计表5；

f生菜与油麦菜试验结果见产量结果统计表6；

表1小麦数据结果统计

结论：施用10％氨基酸营养液能显著提高小麦产量，试验田一试验区比对照区亩产量增加78kg，增长率12％；试验田二试验区比对照区亩产量增加94kg，增长率20％。

表2花生产量结果统计

结论：施用10％氨基酸营养液能显著提高花生产量，处理1较处理2平均每667m

表3玉米产量结果统计

结论：施用10％氨基酸营养液能显著提高玉米产量，处理1较处理2平均亩增产38.2kg，增产率为5.5％；处理2与处理3相比每亩增产8.3kg，增产率为1.2％。

表4葡萄产量结果统计

结论：施用10％氨基酸营养液能显著提高葡萄产量与品质，处理1较处理2平均增产1.51kg，增长率为17.64％；粗多糖含量处理1比处理2增加0.65，增长率为9.64％。

表5枸杞产量结果统计

结论：施用10％氨基酸营养液能显著提高枸杞产量，处理1较处理2平均每10株增产4.01kg，增长率为45.11％；处理1比处理2每亩增产171kg，增长率为52.14％。

表6生菜与油麦菜产量结果统计

结论：施用10％氨基酸营养液能显著提高生菜与油麦菜产量，生菜处理1较处理2平均亩增产380.16kg，增长率为20.26％；油麦菜处理1较处理2平均亩增产673.62kg，增长率为34.94％。

1.4肥效试验对比分析

见肥效试验对比分析表7。

表7肥效试验对比分析

2、毒性试验

2.1供试样品

由河南比福制药股份有限公司研发“10％氨基酸营养液”。

2.2试验方法(霍恩氏法)

2.2.1给受试物方式：经口灌胃

2.2.2随机选小鼠20，雌雄各半，体重18--22g，于正式试验前晚禁食16小时，不限制饮水；次日用5000mg/kg剂量受试物按0.2ml/10g体重一次性经口灌胃，喂养观察4天。灌胃后对小鼠的反应情况连续观察4h，其后每天观察一次，记录动物中毒症状出现、消失及死亡时间。小鼠灌胃前、试验结束时各称量一次体重。对濒死和试验结束时处死的小鼠做大体病理学观察。

2.3检验结果

经喂养观察4天，未发现动物死亡，每只动物未出现中毒症状。试验结束时对处死的小鼠做大体病理学观察，未发现有可疑病变。

2.4结论

经急性经口毒性试验确定：10％氨基酸营养液，LD50＞5000mg/kg.bw，按肥料登记急性经口毒性分级标准衡量属“实际无毒”。