一种低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及二甲酸钾技术领域，尤其涉及一种低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂及其制备方法。


背景技术：

2.仔猪在断奶后常常出现肠道问题，具体表现为消瘦、腹泻、发育受阻甚至死亡。为了缓解和预防仔猪断奶应激而产生的生长停滞和疾病，常在断奶仔猪日粮中添加抗生素。抗生素自上世纪50年代被批准用作饲料添加剂后，在防治动物疾病，提高动物生产性能和养殖效益等方面发挥了重要的作用，推动了畜牧业的发展。但是随着饲用抗生素的长期使用和深入的研究，其副作用也逐渐突出，主要包括：
3.1、破坏畜禽胃肠道微生态平衡，干扰畜禽免疫系统，降低畜禽对疾病的抵抗力，严重威胁畜牧业可持续发展；
4.2、产生耐药菌株，造成抗生素耐药性的交互遗传和交叉传播；
5.3、在畜产品和环境中造成残留，影响动物食品安全，威胁人类健康。
6.基于饲用抗生素的负面作用，欧盟已于2006年全面禁止抗生素在畜禽生产中的应用，近年来，有机酸类饲料添加剂由于可保持肠道的酸性环境，抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌的生长且对动物无不良作用已得到长足发展。甲酸是相同单位重量下酸性最强的有机酸，添加到饲料中可抑制肠道有害菌的生长，促进动物生长，但甲酸存在气味刺鼻、腐蚀性强、适口性差等问题，限制了其在饲料中的使用。但有机酸类添加剂目前还存在应用效果不稳定，添加量较大，成本较高等问题，限制了其在饲料工业的广泛应用。
7.二甲酸钾是由甲酸和甲酸钾通过氢键缔合而成的二聚体，分子式为hcooh
·
hcook，在弱酸弱碱环境下能够解离出甲酸和甲酸钾，甲酸能够进入肠道发挥抑菌促生长的作用，与甲酸相比，二甲酸钾具有运输方便、腐蚀性低、刺激性小等优点，能够有效弥补甲酸的不足。
8.目前二甲酸钾在实际应用时仍然存在成分释放速度快，应用效果不稳定，有效使用剂量大，而且极易吸潮，应用效果易受加工和贮藏过程中的环境因素影响，通过改进二甲酸钾的后端加工工艺，解决二甲酸钾的实际应用问题，有助于推动其在饲料工业中的规模化应用和推广。


技术实现要素：

9.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂及其制备方法。
10.一种低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂的制备方法，包括如下步骤：
11.s1、将二甲酸钾、多孔二氧化硅、分散剂、表面活性剂研磨2-6h，研磨过程中维持体系温度≤50℃，加入n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、引发剂继续研磨1-2h，得到二甲酸钾芯材；再加入至油性溶剂中，30-40℃搅拌均匀，得到混悬液；
12.s2、将n-乙烯基己内酰胺、n-叔丁基丙烯酰胺加入至乙醇中搅拌均匀得到单体溶液；
13.s3、氮气保护下将混悬液的温度调节至45-55℃并持续搅拌，搅拌过程中向其中滴加单体溶液，继续搅拌3-6h，冷却，洗涤，过滤，低温干燥得到低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂。
14.引发剂首先分散在二甲酸钾芯材中，可促使单体溶液在芯材表面进行聚合进而形成微囊壁材，有效避免单体自聚降低包封率，本发明包封率高，可达85％以上。
15.优选地，s1中，二甲酸钾、多孔二氧化硅、分散剂、表面活性剂、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、引发剂的质量比为1-5：4-10：0.1-1： 0.1-1：0.1-0.2：0.01-0.05。
16.优选地，s1中，油性溶剂为二甲苯。
17.优选地，s1中，引发剂为过硫酸铵。
18.优选地，s1中，表面活性剂为辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中至少一种。
19.优选地，s1中，多孔二氧化硅的直径为612-945nm。
20.优选地，s1中，多孔二氧化硅采用如下步骤制取：将棉纤维陈化后洗涤，干燥，粉碎，滴加硅酸四乙酯，清洗干燥后烧结。
21.具体地，多孔二氧化硅采用如下步骤制取：将棉纤维浸没至氢氧化钠溶液中，室温陈化10-20h，过滤，洗涤，干燥后粉碎，加入至乙醇溶液中搅拌，然后向其中加入氨水搅拌均匀，搅拌状态下滴加硅酸四乙酯，室温搅拌，过滤，超声清洗，冷冻干燥进行烧结，从室温以 10-20℃/min的速度升温至700-760℃，保温1-3h，空冷至室温，粉碎得到多孔二氧化硅。
22.进一步地，棉纤维、氨水、硅酸四乙酯的质量比为5-10：1-3： 1-5，其中氨水的质量分数为10-20％。
23.进一步地，氢氧化钠溶液的浓度为0.2-1mol/l。
24.进一步地，室温陈化后采用水洗涤2-4次。
25.进一步地，乙醇溶液的质量分数为60-80％。
26.进一步地，冷冻干燥前采用采用乙醇和水依次进行超声清洗。
27.在多孔二氧化硅中，棉纤维经过氢氧化钠陈化，纤维表面形成缺陷结构，硅酸四乙酯水解形成二氧化硅纳米颗粒，二氧化硅纳米颗粒沉积并分布在上述具有缺陷结构的纤维表面，烧结后多孔二氧化硅依旧保持纤维的管状结构，同时管体呈多孔状，多孔二氧化硅的直径为 612-945nm，纳米颗粒粒径为80-125nm，孔径为150-300nm。
28.优选地，s2中，n-乙烯基己内酰胺、n-叔丁基丙烯酰胺的质量比为1-5：5-15。
29.优选地，s3中，二甲酸钾芯材和n-乙烯基己内酰胺的质量比为 6-16：1-5。
30.一种低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂，采用上述低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂的制备方法制得。
31.本发明的技术效果如下所示：
32.本发明将二甲酸钾与引发剂、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺共同分散在油性溶剂中，形成二甲酸钾芯材，其中采用n-乙烯基己内酰胺为微囊化骨架，配合疏水性n-叔丁基丙烯酰胺作为单体，两者配合在在芯材表面进行界面自由基聚合反应并对芯材进行包裹，不仅可降低疏水单体的自聚现象，包覆效率高，而且微胶囊呈核壳结构，疏水效果好，在一定温度
与ph值环境中稳定存在，缓释、隔离效果好。
33.而通过将二甲酸钾与多孔二氧化硅复配研磨，二甲酸钾与多孔二氧化硅亲和性好，二甲酸钾进入至多孔二氧化硅的中空结构中，两者通过氢键结合使得二甲酸钾固定在多孔二氧化硅上，然后再进行微囊化，不仅可实现二甲酸钾肠溶，而且上述产品可在肠道中溶解，溶出的二甲酸钾与多孔二氧化硅存在氢键作用，可增加二甲酸钾在肠道停留时间，抑菌效果显著。
34.本发明通过在二甲酸钾芯材外形成疏水隔离壁材，同时控制工艺过程不含水，不仅在包被工艺过程降低水对二甲酸钾的影响，同时微囊化完成后，所得壁材疏水性好，有效避免后续运输及储存过程对二甲酸钾的影响，降低外界环境对其产生的不良影响，产品抗潮性好，稳定性高。
35.本发明能够调节二甲酸钾的释放速度，实现延长作用时间，实现二甲酸钾的肠溶，并且使有效成分二甲酸钾可抵达肠道末段，二甲酸钾吸收效果好，提高生物利用率，抗菌性能优异，有效降低目前其使用剂量，降低成本。
附图说明
36.图1为实施例5和对比例1-2所得二甲酸钾微囊浸泡在模拟胃液和模拟肠液中不同时间的ph变化对比图。
37.图2为实施例5和对比例1-2所得二甲酸钾微囊的抑菌率随时间变化图。
具体实施方式
38.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
39.实施例1
40.一种低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂的制备方法，包括如下步骤：
41.i、将5g棉纤维浸没至30g浓度为0.2mol/l氢氧化钠溶液中，室温陈化10h，过滤，用水洗涤2次，干燥后粉碎，加入至质量分数为 60％乙醇溶液中搅拌2h，然后向其中加入1g质量分数为10％的氨水搅拌均匀，搅拌状态下滴加1g硅酸四乙酯，室温搅拌5h，搅拌速度为1000r/min，过滤，采用乙醇、水依次超声清洗，冷冻干燥后加入至烧结炉中，从室温以10℃/min的速度升温至700℃，保温1h，空冷至室温，粉碎得到多孔二氧化硅；
42.ii、将1g二甲酸钾、4g多孔二氧化硅、0.1g分散剂、0.1g十二烷基硫酸钠研磨2h，研磨过程中维持体系温度≤50℃，加入0.1g n,n
’‑ꢀ
亚甲基双丙烯酰胺、0.01g过硫酸铵继续研磨1h，得到二甲酸钾芯材；再加入至60g二甲苯中，30℃搅拌均匀，搅拌速度为1000r/min，得到混悬液；
43.iii、将1g n-乙烯基己内酰胺、5g n-叔丁基丙烯酰胺加入至20g 乙醇中搅拌均匀，得到单体溶液；
44.iv、氮气保护下将混悬液的温度调节至45℃并持续搅拌，搅拌过程中向其中滴加单体溶液，其中二甲酸钾芯材和n-乙烯基己内酰胺的质量比为6：1；继续搅拌3h，冷却，采用去离子水洗涤2次，过滤，送入烘箱中，40℃干燥20h，得到低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂。
45.实施例2
46.一种低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂的制备方法，包括如下步骤：
47.i、将10g棉纤维浸没至60g浓度为1mol/l氢氧化钠溶液中，室温陈化20h，过滤，用水洗涤4次，干燥后粉碎，加入至质量分数为 80％乙醇溶液中搅拌4h，然后向其中加入3g质量分数为20％的氨水搅拌均匀，搅拌状态下滴加5g硅酸四乙酯，室温搅拌10h，搅拌速度为2000r/min，过滤，采用乙醇、水依次超声清洗，冷冻干燥后加入至烧结炉中，从室温以20℃/min的速度升温至760℃，保温3h，空冷至室温，粉碎得到多孔二氧化硅；
48.ii、将5g二甲酸钾、10g多孔二氧化硅、1g分散剂、1g十二烷基苯磺酸钠研磨6h，研磨过程中维持体系温度≤50℃，加入0.2g n,n
’‑ꢀ
亚甲基双丙烯酰胺、0.05g过硫酸铵继续研磨2h，得到二甲酸钾芯材；再加入至100g二甲苯中，40℃搅拌均匀，搅拌速度为2000r/min，得到混悬液；
49.iii、将5g n-乙烯基己内酰胺、15g n-叔丁基丙烯酰胺加入至30g 乙醇中搅拌均匀，得到单体溶液；
50.iv、氮气保护下将混悬液的温度调节至55℃并持续搅拌，搅拌过程中向其中滴加单体溶液，其中二甲酸钾芯材和n-乙烯基己内酰胺的质量比为16：5；继续搅拌6h，冷却，采用去离子水洗涤6次，过滤，送入烘箱中，50℃干燥30h，得到低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂。
51.实施例3
52.一种低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂的制备方法，包括如下步骤：
53.i、将6g棉纤维浸没至50g浓度为0.4mol/l氢氧化钠溶液中，室温陈化18h，过滤，用水洗涤3次，干燥后粉碎，加入至质量分数为 65％乙醇溶液中搅拌3.5h，然后向其中加入1.5g质量分数为18％的氨水搅拌均匀，搅拌状态下滴加2g硅酸四乙酯，室温搅拌8h，搅拌速度为1200r/min，过滤，采用乙醇、水依次超声清洗，冷冻干燥后加入至烧结炉中，从室温以17℃/min的速度升温至720℃，保温2.5h，空冷至室温，粉碎得到多孔二氧化硅；
54.ii、将2g二甲酸钾、8g多孔二氧化硅、0.2g分散剂、0.8g十二烷基硫酸钠研磨3h，研磨过程中维持体系温度≤50℃，加入0.17g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、0.02g过硫酸铵继续研磨1.8h，得到二甲酸钾芯材；再加入至70g二甲苯中，37℃搅拌均匀，搅拌速度为1200r/min，得到混悬液；
55.iii、将4g n-乙烯基己内酰胺、8g n-叔丁基丙烯酰胺加入至28g 乙醇中搅拌均匀，得到单体溶液；
56.iv、氮气保护下将混悬液的温度调节至48℃并持续搅拌，搅拌过程中向其中滴加单体溶液，其中二甲酸钾芯材和n-乙烯基己内酰胺的质量比为14：2；继续搅拌5h，冷却，采用去离子水洗涤3次，过滤，送入烘箱中，48℃干燥23h，得到低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂。
57.实施例4
58.一种低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂的制备方法，包括如下步骤：
59.i、将8g棉纤维浸没至40g浓度为0.8mol/l氢氧化钠溶液中，室温陈化12h，过滤，用水洗涤3次，干燥后粉碎，加入至质量分数为 75％乙醇溶液中搅拌2.5h，然后向其中加入2.5g质量分数为12％的氨水搅拌均匀，搅拌状态下滴加4g硅酸四乙酯，室温搅拌6h，搅拌速度为1800r/min，过滤，采用乙醇、水依次超声清洗，冷冻干燥后加入至烧结炉中，从室温以
13℃/min的速度升温至740℃，保温1.5h，空冷至室温，粉碎得到多孔二氧化硅；
60.ii、将4g二甲酸钾、6g多孔二氧化硅、0.6g分散剂、0.2g十二烷基苯磺酸钠研磨5h，研磨过程中维持体系温度≤50℃，加入0.13g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、0.04g过硫酸铵继续研磨1.2h，得到二甲酸钾芯材；再加入至90g二甲苯中，33℃搅拌均匀，搅拌速度为1800r/min，得到混悬液；
61.iii、将2g n-乙烯基己内酰胺、12g n-叔丁基丙烯酰胺加入至22g 乙醇中搅拌均匀，得到单体溶液；
62.iv、氮气保护下将混悬液的温度调节至52℃并持续搅拌，搅拌过程中向其中滴加单体溶液，其中二甲酸钾芯材和n-乙烯基己内酰胺的质量比为8：4；继续搅拌4h，冷却，采用去离子水洗涤5次，过滤，送入烘箱中，42℃干燥27h，得到低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂。
63.实施例5
64.一种低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂的制备方法，包括如下步骤：
65.i、将7g棉纤维浸没至45g浓度为0.6mol/l氢氧化钠溶液中，室温陈化15h，过滤，用水洗涤3次，干燥后粉碎，加入至质量分数为 70％乙醇溶液中搅拌3h，然后向其中加入2g质量分数为15％的氨水搅拌均匀，搅拌状态下滴加3g硅酸四乙酯，室温搅拌7h，搅拌速度为1500r/min，过滤，采用乙醇、水依次超声清洗，冷冻干燥后加入至烧结炉中，从室温以15℃/min的速度升温至730℃，保温2h，空冷至室温，粉碎得到多孔二氧化硅；
66.ii、将3g二甲酸钾、7g多孔二氧化硅、0.4g分散剂、0.5g辛基酚聚氧乙烯醚研磨4h，研磨过程中维持体系温度≤50℃，加入0.15g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、0.03g过硫酸铵继续研磨1.5h，得到二甲酸钾芯材；再加入至80g二甲苯中，35℃搅拌均匀，搅拌速度为1500r/min，得到混悬液；
67.iii、将3g n-乙烯基己内酰胺、10g n-叔丁基丙烯酰胺加入至25g 乙醇中搅拌均匀，得到单体溶液；
68.iv、氮气保护下将混悬液的温度调节至50℃并持续搅拌，搅拌过程中向其中滴加单体溶液，其中二甲酸钾芯材和n-乙烯基己内酰胺的质量比为11：3；继续搅拌4.5h，冷却，采用去离子水洗涤4次，过滤，送入烘箱中，45℃干燥25h，得到低添加增稳微囊化二甲酸钾饲料添加剂。
69.对比例1
70.一种微囊化二甲酸钾饲料添加剂的制备方法，包括如下步骤：
71.i、将3g二甲酸钾、0.15g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、0.03g过硫酸铵、0.5g辛基酚聚氧乙烯醚研磨5.5h，研磨过程中维持体系温度≤ 50℃，得到二甲酸钾芯材；再加入至80g二甲苯中，35℃搅拌均匀，搅拌速度为1500r/min，得到混悬液；
72.ii、将3g n-乙烯基己内酰胺、10g n-叔丁基丙烯酰胺加入至25g 乙醇中搅拌均匀，得到单体溶液；
73.iii、氮气保护下将混悬液的温度调节至50℃并持续搅拌，搅拌过程中向其中滴加单体溶液，其中二甲酸钾芯材和n-乙烯基己内酰胺的质量比为11：3；继续搅拌4.5h，冷却，采用去离子水洗涤4次，过滤，送入烘箱中，45℃干燥25h，得到微囊化二甲酸钾饲料添加剂。
74.对比例2
75.二甲酸钾微囊饲料的常规制备方法，包括如下步骤：
76.(1)芯材的制备：取1g介孔二氧化硅置于20ml质量分数为3％的二甲酸钾溶液中，40℃下机械搅拌3h后离心，于50℃下干燥12h 制得微胶囊芯材。
77.(2)芯材/海藻酸钠溶液的制备：称取1g芯材加入到200ml质量分数2％的海藻酸钠溶液中，在40℃下搅拌直至混合均匀，得到溶液ⅰ。
78.(3)壳聚糖-氯化钙溶液的制备：称取1.5g壳聚糖加入150ml 体积分数为2％的醋酸溶液中，在40℃下搅拌直至形成均一溶液，再加入20ml质量分数15％的cacl2溶液搅拌均匀，得到溶液ⅱ。
79.(4)缓释微胶囊的制备：采用内径为0.5mm的针管吸取ⅰ溶液，缓慢滴入170ml的ⅱ溶液中，固化30min，直至形成微囊，用蒸馏水洗涤至无氯离子，于50℃烘箱中干燥12h，得到粒径在2.0～2.5mm 的微胶囊。
80.采用实施例5和对比例1-2所得二甲酸钾微囊进行试验。
81.试验例1
82.对实施例5与对比例2的产品进行吸潮测试，试验方法：在湿度60％，室温，各取样品1g置于电子天平上，定时记录重量，以检测吸湿程度，测试结果如下表所示：
83.时间实施例5对比例20h1.00g1.00g2h1.00g1.02g4h1.00g1.05g8h1.00g1.06g16h1.01g1.07g
84.从上表可知，与现有技术微囊化二甲酸钾相比，本发明的微囊化二甲酸钾产品具有明显改善的吸湿性，在8h之前未有任何吸潮现象，尤其在16h时，其吸湿率仅仅为1％，防潮性能好。
85.试验例2
86.取1.2g各组试样分别置于200ml、ph＝2.0的盐酸溶液(模拟胃液系统)和200ml、ph＝7.2的pbs缓冲溶液(模拟肠道系统)中，恒温37℃以80r/min速度搅拌，定时检测溶液的ph值。
87.其结果如图1所示。由图1可知：
88.1、实施例5和对比例1所得二甲酸钾微囊在模拟胃液中长时间浸泡，溶液的ph值几乎没有变动，说明此环境下微胶囊壁材未发生破裂，二甲酸钾没有释放。而对比例2所得二甲酸钾微囊浸泡在模拟胃液中，却使ph升至3，本技术人认为这是由于对比例2采用海藻酸钠和壳聚糖作为壁材，壁材(尤其是壳聚糖)在酸性条件下发生反应，从而使ph值升高。
89.2、各组二甲酸钾微囊浸泡在模拟肠液中，微胶囊壁材在碱性环境中发生破裂，使二甲酸钾得到有效释放，但相对于对比例2，实施例5和对比例1所得二甲酸钾微囊的壁材更能耐受碱性环境，从而随着肠道蠕动，使有效成分二甲酸钾可抵达肠道末段。
90.试验例3
91.取1.2g各组试样置于ph＝7.2的pbs缓冲溶液中，将其放入37℃恒温水浴锅中，在转速为80r/min的磁力搅拌器下进行搅拌，使微胶囊中的二甲酸钾得到充分释放。每隔0.5h
用移液枪吸取5ml缓释液于之前做好标记的离心管内，并置于5000r/min的离心机中离心 30min，再用蒸馏水稀释30倍，采用原子吸收分光光度计对稀释后的各缓释液进行吸光度测试，换算成各缓释液中二甲酸钾的含量，从而计算包封率。
92.包封率＝微球中二甲酸钾含量/初始二甲酸钾投加量
×
100％
93.其结果如下：
94.测试项目包封率，％实施例585.4对比例174.6对比例261.2
95.由上表可以看出：实施例5所得二甲酸钾微囊的包封率最高，对比例1比实施例5稍差，申请人认为，这是由于介孔二氧化硅对二甲酸钾的吸附能力有限，而实施例5采用多孔二氧化硅的管状结构对二甲酸钾进行吸附，多孔二氧化硅的装填量大，而且稳定性高，使包封率达到85％以上。
96.试验例4
97.将各组二甲酸钾微囊试样按4％的添加量(以二甲酸钾实际含量计)加入试验例2所用ph＝7.2的pbs缓冲溶液中，取2ml加入到装有8ml培养基的试管中，再加入100μl已培养至对数生长期的大肠杆菌的菌悬液，于水浴37℃、220r/min搅拌速度下处理，分别在 1h、2h、3h、4h、6h、8h、10h、12h、15h、18h用可见分光光度计测定在630nm波长下的吸光度，按下式计算抑菌率，如图2所示。
98.抑菌率＝(od
1-od)/od
×
100％
99.od为样品的吸光度；od1为无微胶囊含菌培养液的吸光度。
100.由图2可知：实施例5采用多孔二氧化硅吸附二甲酸钾，使二甲酸钾在肠道里面被缓慢释放，长效杀菌抑菌，在16h内抗菌率稳步升高，最高可达90％以上；而对比例2采用介孔二氧化硅吸附二甲酸钾，但抗菌时效短，仅前期抗菌率稳步上述，最高可达82％，但6h后抗菌率不断下降，难以维持肠道内持续抗菌；对比例1则未采用吸附结构对二甲酸钾进行保护，使二甲酸钾进入肠道即开始释放，抗菌率初始即达到高峰，随后不断降低。
101.试验例5
102.将实施例5与对比例1-2所得二甲酸钾微囊添加至猪饲料中分组饲喂，添加量为4％(按二甲酸钾实际含量添加)。每组饲喂对象均为10头28日龄的健康仔猪，饲喂14d后，分别称重并计算每组仔猪的平均增重量，饲喂过程中记录有无仔猪腹泻或死亡现象，并计算得出腹泻率和死亡率，测试结果如下表所示：
[0103] 实施例5对比例1对比例2平均增重量，kg5.44.84.3日均采食量，kg0.380.310.22腹泻率，％0030死亡率，％0010
[0104]
由上表可知，实施例5与对比例1均无腹泻、死亡现象发生，实施例5的生长性能较好一些，用于饲喂仔猪后，可显著提升仔猪的免疫力和生长性能。
[0105]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。