脂肪酸钙的研制

脂肪酸钙的研制

作为一种新型的能量饲料添加剂，脂肪酸钙的分子由脂肪酸和钙离子组成。这是一种保护性的脂肪，其性质是固体粉末。肿瘤胃很难分解，只能在真正的胃和肠道中溶解。因此，它具有高能量浓度，不干扰肿瘤胃微生物的活动。同时，补充剂可以有效缓解高产奶牛的能量负平衡，良好的饲料效果等优点。猪脂肪中富含有多不饱和脂肪酸，用其制作的脂肪酸钙饲喂奶牛可以提高乳脂中多不饱和脂肪酸含量，而我国是养猪大国，储备了相当丰富的油脂资源。因此对脂肪酸钙的开发及应用具有广阔的前景。如何优化生产工艺，降低生产成本和减少原料的浪费，提高畜牧业经济效益成为了现阶段研究的重点。为此，本文以猪脂肪为原料，对脂肪酸钙的加工工艺进行了研究，同时采用两级离体消化法模拟胃肠道环境，对其产品的降解率进行了测定。1材料和方法1.1脂肪酸钙合成试验1.1.1试验材料和仪器猪脂肪（精炼）、NaOH（分析纯）、CaCl2（分析纯），烧杯、水浴锅、搅拌机。1.1.2脂肪酸钙的合成利用油脂的皂化性质，用NaOH水解皂化油脂生成脂肪酸钠，再加入CaCl2，用Ca2+离子取代脂肪酸钠中的Na+离子，生成脂肪酸钙。称取一定量的精炼猪脂肪置于烧杯内，在水浴锅中加热至一定温度，将NaOH配成一定质量分数的溶液，缓慢加入油中，不断搅拌，至完全皂化后，再加入CaCl2溶液，并不断搅拌，生成脂肪酸钙产品。将反应生成的脂肪酸钙产品用自来水洗涤数次，直至洗液呈中性。最后在烘箱中65℃烘干或自然干燥。制作工艺如下：脂肪加热熔化(加热)+NaOH溶液→脂肪酸钠(加热)+H2O→乳浊液（加热）+CaCl2溶液→脂肪酸钙沉淀，洗涤、干燥→脂肪酸钙成品(白色粉末状)。1.1.3皂化反应液温度根据脂肪酸钙加工原理及工艺流程，影响脂肪酸钙产量和质量的主要因素为加碱量、加盐量、皂化反应温度、皂化反应时间、皂化反应用水量和复分解反应温度。曾盖坤（1996）报道，在实际生产中，加碱量和加盐量往往超过理论用量。孙国君等（2003）用动物油为原料生产脂肪酸钙时，皂化反应液温度微沸状态效果较好。通过皂化反应的理论值与经验值最终确定皂化反应温度为水浴100℃，采用正交试验设计（L1645），将其余5种因素的4个水平随机分配（见表1），共进行16组试验。1.1.4脂肪酸钙含量产品得率=[产品重/（油重+加碱量+加盐量）]×100%。脂肪酸钙含量=(纯脂肪酸钙/产品重)×100%(杨炳毅，1997)。综合评分=得率×脂肪酸钙含量×100%(程建波，2005)。1.2脂肪酸钙降解率的测定采用两级离体消化试验（Tilly,1963），分别模拟瘤胃（pH=6.6）、真胃（pH=1.5）内环境。脂肪酸钙在体外模拟瘤胃环境的培养时间为3、6、12、24h，模拟真胃的培养时间为瘤胃液培养48h后，继续在pH=1.5条件下培养3、6、12、24h。分别称取脂肪酸钙2g(M)左右于具塞瓶中，加入60ml已调好pH值的培养液，通入CO2气体2min，用塞子塞紧密封，在39℃恒温水浴振荡器上振荡培养。培养结束后冷却，用乙醚浸提3次，将上层浸提液转入已知重（M1）抽提瓶中，水浴蒸干乙醚，105℃烘干，测总重（M2）。其中浸提液中含有脂肪酸钙样品中的游离脂肪和脂肪酸钙分解的脂肪酸。脂肪酸钙降解率=[（M2-M1）/M-样品中的游离脂肪含量（%）]/[1-样品中的游离脂肪含量（%）-总钙含量（%）]×100%式中：M———脂肪酸钙重量；M1———抽提瓶重量；M2———总重。脂肪酸钙产品的干物质、总能、脂肪和钙含量按照杨胜（1993）的方法进行测定。1.3处理数据试验数据用正交试验极差分析方法进行统计分析，确定各因素的主次顺序。2结果与分析2.1脂肪酸钙的得率及极差值根据表2的试验数据中以综合评分进行统计分析，分别取表2下半部分各因素的4个水平均值最高的组成最佳因素水平的组合，结果表明，最佳试验条件的因素水平组合为A2B4C3D2E1。而第8组产品脂肪酸钙的得率达到72.02%，脂肪酸钙含量达到95.97%，综合评分为69.12，均值为最高。因此，实验室条件下生产猪油脂肪酸钙加工工艺的最优水平组合为A2B4C3D2E1，即：碱用量为28%、盐用量为26%、皂化时间为4h、复分解温度为80℃、用水量为油重的5倍。通过极差值R的大小可知各因素的主次顺序为：A>C>E>B>D。因此，用碱量、皂化时间和用水量是比较重要的影响因素，而用盐量和复分解温度是影响较小的因素。2.2产品的性能指标对本试验筛选出的最优一组加工工艺生产出的脂肪酸钙产品的性能指标进行了测定，结果为：总能31.51MJ/kg、干物质97.56%、游离脂肪含量4.03%、脂肪含量90.11%、总钙含量9.89%。2.3脂肪酸钙的降解率按照第8试验组工艺参数进行了实验室批量生产,并且在体外条件下于不同pH值、不同培养时间点对脂肪酸钙的瘤胃和真胃降解率进行了测定,结果见表3。由表3可知，猪油脂肪酸钙在pH值6.6（模拟瘤胃内环境）条件下24h降解率为16.89%，在pH值1.5（模拟真胃内环境）条件下24h降解率为98.73%，说明猪油脂肪酸钙在瘤胃中比较稳定，而在真胃中能容易分解，达到了预期效果。3脂肪酸钙的降解本试验采用正交法对脂肪酸钙加工的工艺参数进行设计，这是由于该方法不仅符合试验处理的重复性、随机化和局部控制等原则，而且能比较合理地安排多因素试验，综合分析试验结果，确定影响试验因素的主次关系和寻求最佳的操作条件。其优点是可以用较少的试验次数就能较准确而迅速地找到最佳的试验操作条件（丁秀华，1993）。制备脂肪酸钙的技术关键是脂肪的水解反应，水解的程度决定着终产品的产量和质量。而决定水解反应程度的因素包括反应温度和氢氧化钠的用量，氢氧化钠量不足使得皂化不完全而影响脂肪酸钙的形成，使产品中存在大量游离脂肪，氢氧化钠量过剩又使得制成的脂肪酸钙碱性太强，洗涤费工、费时。用CaCl2作钙源取代Na+，是由于CaCl2溶解性好，反应后生成的NaCl溶于水中易于除去，不影响产品的质量。在实际生产中理论用量与预计的效果有一定差距，最后选出的生产工艺中用碱量和用盐量均超过了理论值。由于水解反应的速率随皂化温度的升高而提高（H.C阿鲁楚尼亚恩，1985），本试验直接选定100℃为皂化温度。最终确定用碱量占脂肪重为28%，用盐量为脂肪重的26%，皂化反应时间为4h，复分解温度80℃，用水量为脂肪重的5倍，产品的得率、脂肪酸钙含量及综合评分均较高。这与程建波（2005）生产的棕榈油脂肪酸钙产品相接近。产品含钙9.89%，这比孙国君（2003）用牛油制备脂肪酸钙的钙含量10.91%和刘艳琴（1999）用牛油制备脂肪酸钙的钙含量19.88%都要少。这可能是由于猪油皂化值高所占比例较大或本产品均用纯品研制，反应、洗涤充分，吸附钙较少，产品较纯的缘故，脂肪酸钙净含量达到了95.97%，高于同类产品。脂肪酸钙的总能为31.51MJ/kg与孙国君和刘艳琴的产品能值31.07MJ/kg和31.64MJ/kg基本相同。脂肪酸钙在不同pH值消化液中的降解速率不同，在瘤胃中性环境下比较稳定，很少被瘤胃微生物分解，同时对瘤胃内环境没有影响，但进入真胃酸性环境（pH=1.5～3）中就被降解，释放出脂肪酸和钙离子，可被动物消化吸收。用本试验筛选出的生产工艺加工出的猪油脂肪酸钙在瘤胃液（pH=6.5～6.8）培养24