脂肪酸鈣的研制

脂肪酸鈣的研制

作為一種新型的能量飼料添加劑，脂肪酸鈣的分子由脂肪酸和鈣離子組成。這是一種保護(hù)性的脂肪，其性質(zhì)是固體粉末。腫瘤胃很難分解，只能在真正的胃和腸道中溶解。因此，它具有高能量濃度，不干擾腫瘤胃微生物的活動(dòng)。同時(shí)，補(bǔ)充劑可以有效緩解高產(chǎn)奶牛的能量負(fù)平衡，良好的飼料效果等優(yōu)點(diǎn)。豬脂肪中富含有多不飽和脂肪酸，用其制作的脂肪酸鈣飼喂奶?？梢蕴岣呷橹卸嗖伙柡椭舅岷?，而我國(guó)是養(yǎng)豬大國(guó)，儲(chǔ)備了相當(dāng)豐富的油脂資源。因此對(duì)脂肪酸鈣的開發(fā)及應(yīng)用具有廣闊的前景。如何優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本和減少原料的浪費(fèi)，提高畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)效益成為了現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)。為此，本文以豬脂肪為原料，對(duì)脂肪酸鈣的加工工藝進(jìn)行了研究，同時(shí)采用兩級(jí)離體消化法模擬胃腸道環(huán)境，對(duì)其產(chǎn)品的降解率進(jìn)行了測(cè)定。1材料和方法1.1脂肪酸鈣合成試驗(yàn)1.1.1試驗(yàn)材料和儀器豬脂肪（精煉）、NaOH（分析純）、CaCl2（分析純），燒杯、水浴鍋、攪拌機(jī)。1.1.2脂肪酸鈣的合成利用油脂的皂化性質(zhì)，用NaOH水解皂化油脂生成脂肪酸鈉，再加入CaCl2，用Ca2+離子取代脂肪酸鈉中的Na+離子，生成脂肪酸鈣。稱取一定量的精煉豬脂肪置于燒杯內(nèi)，在水浴鍋中加熱至一定溫度，將NaOH配成一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，緩慢加入油中，不斷攪拌，至完全皂化后，再加入CaCl2溶液，并不斷攪拌，生成脂肪酸鈣產(chǎn)品。將反應(yīng)生成的脂肪酸鈣產(chǎn)品用自來(lái)水洗滌數(shù)次，直至洗液呈中性。最后在烘箱中65℃烘干或自然干燥。制作工藝如下：脂肪加熱熔化(加熱)+NaOH溶液→脂肪酸鈉(加熱)+H2O→乳濁液（加熱）+CaCl2溶液→脂肪酸鈣沉淀，洗滌、干燥→脂肪酸鈣成品(白色粉末狀)。1.1.3皂化反應(yīng)液溫度根據(jù)脂肪酸鈣加工原理及工藝流程，影響脂肪酸鈣產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因素為加堿量、加鹽量、皂化反應(yīng)溫度、皂化反應(yīng)時(shí)間、皂化反應(yīng)用水量和復(fù)分解反應(yīng)溫度。曾蓋坤（1996）報(bào)道，在實(shí)際生產(chǎn)中，加堿量和加鹽量往往超過理論用量。孫國(guó)君等（2003）用動(dòng)物油為原料生產(chǎn)脂肪酸鈣時(shí)，皂化反應(yīng)液溫度微沸狀態(tài)效果較好。通過皂化反應(yīng)的理論值與經(jīng)驗(yàn)值最終確定皂化反應(yīng)溫度為水浴100℃，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)（L1645），將其余5種因素的4個(gè)水平隨機(jī)分配（見表1），共進(jìn)行16組試驗(yàn)。1.1.4脂肪酸鈣含量產(chǎn)品得率=[產(chǎn)品重/（油重+加堿量+加鹽量）]×100%。脂肪酸鈣含量=(純脂肪酸鈣/產(chǎn)品重)×100%(楊炳毅，1997)。綜合評(píng)分=得率×脂肪酸鈣含量×100%(程建波，2005)。1.2脂肪酸鈣降解率的測(cè)定采用兩級(jí)離體消化試驗(yàn)（Tilly,1963），分別模擬瘤胃（pH=6.6）、真胃（pH=1.5）內(nèi)環(huán)境。脂肪酸鈣在體外模擬瘤胃環(huán)境的培養(yǎng)時(shí)間為3、6、12、24h，模擬真胃的培養(yǎng)時(shí)間為瘤胃液培養(yǎng)48h后，繼續(xù)在pH=1.5條件下培養(yǎng)3、6、12、24h。分別稱取脂肪酸鈣2g(M)左右于具塞瓶中，加入60ml已調(diào)好pH值的培養(yǎng)液，通入CO2氣體2min，用塞子塞緊密封，在39℃恒溫水浴振蕩器上振蕩培養(yǎng)。培養(yǎng)結(jié)束后冷卻，用乙醚浸提3次，將上層浸提液轉(zhuǎn)入已知重（M1）抽提瓶中，水浴蒸干乙醚，105℃烘干，測(cè)總重（M2）。其中浸提液中含有脂肪酸鈣樣品中的游離脂肪和脂肪酸鈣分解的脂肪酸。脂肪酸鈣降解率=[（M2-M1）/M-樣品中的游離脂肪含量（%）]/[1-樣品中的游離脂肪含量（%）-總鈣含量（%）]×100%式中：M———脂肪酸鈣重量；M1———抽提瓶重量；M2———總重。脂肪酸鈣產(chǎn)品的干物質(zhì)、總能、脂肪和鈣含量按照楊勝（1993）的方法進(jìn)行測(cè)定。1.3處理數(shù)據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)用正交試驗(yàn)極差分析方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定各因素的主次順序。2結(jié)果與分析2.1脂肪酸鈣的得率及極差值根據(jù)表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中以綜合評(píng)分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分別取表2下半部分各因素的4個(gè)水平均值最高的組成最佳因素水平的組合，結(jié)果表明，最佳試驗(yàn)條件的因素水平組合為A2B4C3D2E1。而第8組產(chǎn)品脂肪酸鈣的得率達(dá)到72.02%，脂肪酸鈣含量達(dá)到95.97%，綜合評(píng)分為69.12，均值為最高。因此，實(shí)驗(yàn)室條件下生產(chǎn)豬油脂肪酸鈣加工工藝的最優(yōu)水平組合為A2B4C3D2E1，即：堿用量為28%、鹽用量為26%、皂化時(shí)間為4h、復(fù)分解溫度為80℃、用水量為油重的5倍。通過極差值R的大小可知各因素的主次順序?yàn)椋篈>C>E>B>D。因此，用堿量、皂化時(shí)間和用水量是比較重要的影響因素，而用鹽量和復(fù)分解溫度是影響較小的因素。2.2產(chǎn)品的性能指標(biāo)對(duì)本試驗(yàn)篩選出的最優(yōu)一組加工工藝生產(chǎn)出的脂肪酸鈣產(chǎn)品的性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果為：總能31.51MJ/kg、干物質(zhì)97.56%、游離脂肪含量4.03%、脂肪含量90.11%、總鈣含量9.89%。2.3脂肪酸鈣的降解率按照第8試驗(yàn)組工藝參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室批量生產(chǎn),并且在體外條件下于不同pH值、不同培養(yǎng)時(shí)間點(diǎn)對(duì)脂肪酸鈣的瘤胃和真胃降解率進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果見表3。由表3可知，豬油脂肪酸鈣在pH值6.6（模擬瘤胃內(nèi)環(huán)境）條件下24h降解率為16.89%，在pH值1.5（模擬真胃內(nèi)環(huán)境）條件下24h降解率為98.73%，說明豬油脂肪酸鈣在瘤胃中比較穩(wěn)定，而在真胃中能容易分解，達(dá)到了預(yù)期效果。3脂肪酸鈣的降解本試驗(yàn)采用正交法對(duì)脂肪酸鈣加工的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這是由于該方法不僅符合試驗(yàn)處理的重復(fù)性、隨機(jī)化和局部控制等原則，而且能比較合理地安排多因素試驗(yàn)，綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，確定影響試驗(yàn)因素的主次關(guān)系和尋求最佳的操作條件。其優(yōu)點(diǎn)是可以用較少的試驗(yàn)次數(shù)就能較準(zhǔn)確而迅速地找到最佳的試驗(yàn)操作條件（丁秀華，1993）。制備脂肪酸鈣的技術(shù)關(guān)鍵是脂肪的水解反應(yīng)，水解的程度決定著終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。而決定水解反應(yīng)程度的因素包括反應(yīng)溫度和氫氧化鈉的用量，氫氧化鈉量不足使得皂化不完全而影響脂肪酸鈣的形成，使產(chǎn)品中存在大量游離脂肪，氫氧化鈉量過剩又使得制成的脂肪酸鈣堿性太強(qiáng)，洗滌費(fèi)工、費(fèi)時(shí)。用CaCl2作鈣源取代Na+，是由于CaCl2溶解性好，反應(yīng)后生成的NaCl溶于水中易于除去，不影響產(chǎn)品的質(zhì)量。在實(shí)際生產(chǎn)中理論用量與預(yù)計(jì)的效果有一定差距，最后選出的生產(chǎn)工藝中用堿量和用鹽量均超過了理論值。由于水解反應(yīng)的速率隨皂化溫度的升高而提高（H.C阿魯楚尼亞恩，1985），本試驗(yàn)直接選定100℃為皂化溫度。最終確定用堿量占脂肪重為28%，用鹽量為脂肪重的26%，皂化反應(yīng)時(shí)間為4h，復(fù)分解溫度80℃，用水量為脂肪重的5倍，產(chǎn)品的得率、脂肪酸鈣含量及綜合評(píng)分均較高。這與程建波（2005）生產(chǎn)的棕櫚油脂肪酸鈣產(chǎn)品相接近。產(chǎn)品含鈣9.89%，這比孫國(guó)君（2003）用牛油制備脂肪酸鈣的鈣含量10.91%和劉艷琴（1999）用牛油制備脂肪酸鈣的鈣含量19.88%都要少。這可能是由于豬油皂化值高所占比例較大或本產(chǎn)品均用純品研制，反應(yīng)、洗滌充分，吸附鈣較少，產(chǎn)品較純的緣故，脂肪酸鈣凈含量達(dá)到了95.97%，高于同類產(chǎn)品。脂肪酸鈣的總能為31.51MJ/kg與孫國(guó)君和劉艷琴的產(chǎn)品能值31.07MJ/kg和31.64MJ/kg基本相同。脂肪酸鈣在不同pH值消化液中的降解速率不同，在瘤胃中性環(huán)境下比較穩(wěn)定，很少被瘤胃微生物分解，同時(shí)對(duì)瘤胃內(nèi)環(huán)境沒有影響，但進(jìn)入真胃酸性環(huán)境（pH=1.5～3）中就被降解，釋放出脂肪酸和鈣離子，可被動(dòng)物消化吸收。用本試驗(yàn)篩選出的生產(chǎn)工藝加工出的豬油脂肪酸鈣在瘤胃液（pH=6.5～6.8）培養(yǎng)24