尿素微膠囊的制備工藝研究

程雙剛

(武漢輕工大學(xué)，湖北 武漢 430023)

0 引言

近年來，伴隨國民經(jīng)濟(jì)的提高，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高。其中對反芻動物等家畜需求量以及質(zhì)量要求普遍提高，造成國內(nèi)蛋白質(zhì)資源供不應(yīng)求。發(fā)掘利用新的蛋白飼料資源成為目前亟待解決的問題。尿素作為一種非蛋白質(zhì)狀態(tài)的含氮化合物，具有高含量的粗蛋白、飼喂程序簡單及成本低廉、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是目前使用最為廣泛的非蛋白飼料。尿素在反芻動物的使用中，被機(jī)體分解消化生成CO2和NH3，其中NH3作為氮源被微生物機(jī)體所利用，并通過和一定量的碳水化合物作用合成菌體蛋白，從而被消化分解為氨基酸被機(jī)體消化吸收。然而，當(dāng)反芻動物對尿素直接使用時，NH3的分解速度較快于微生物的消化利用速度時，會影響反芻動物的生長繁殖，同時也會產(chǎn)生中毒情況。特殊的異味導(dǎo)致適口性差，從而造成利用率下降和對動物的危險性過大，使尿素在反芻動物中的推廣使用受到很大限制。尿素通過包被形成尿素微膠囊運(yùn)用于反芻動物時，可以在一定程度上減緩尿素氮的釋放，從而讓反芻動物更大程度地對尿素氮進(jìn)行消化吸收，提高利用率。

1 反芻動物對尿素的利用

反芻動物，通常指牛、羊、鹿和駱駝等，屬于哺乳綱、偶蹄目的草食動物，其特點(diǎn)為具有復(fù)雜的反芻胃，有儲存、消化和反芻粗飼料的功能。相對于單胃哺乳動物而言，反芻動物的消化生理活動要復(fù)雜得多。對于攝取的食物而言，單胃哺乳動物是直接通過消化道內(nèi)的消化液先將其分解成各類簡單的營養(yǎng)成分，然后再通過對這些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用來維持自身生理活動以及生長繁衍所需的物質(zhì)和能量。針對蛋白質(zhì)的消化，消化液可直接將其水解成各類氨基酸，然后通過這些氨基酸重組構(gòu)成來獲得機(jī)體自身所需的蛋白質(zhì)。而在反芻動物的消化中，其自身不能直接消化飼料中的營養(yǎng)物質(zhì)，所有的營養(yǎng)物質(zhì)都要首先經(jīng)由其瘤胃中的微生物進(jìn)行發(fā)酵預(yù)處理，其過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和部分初級脂肪酸為胃瘤提供自身代謝的能源需求，其他的營養(yǎng)成分通過瘤胃中微生物的消化獲取。反芻動物最直接、最重要以及利用效率最高的營養(yǎng)物質(zhì)是瘤胃微生物的菌體蛋白。因此，對于反芻動物的飼養(yǎng)，必須考慮瘤胃微生物對營養(yǎng)成分的需求，在充分滿足其自身生理活動和繁殖所需的條件下，使反芻動物通過微生物獲取更多的菌體蛋白營養(yǎng)。另外由于瘤胃中微生物的增多，使得非蛋白氮轉(zhuǎn)化成菌體蛋白更快、更多，提供給牛羊加以利用，這樣使得反芻動物飼料得到充分的利用，增加其營養(yǎng)價值水平。

2 尿素微膠囊的種類

尿素微膠囊即以尿素作為芯材，在其外表面通過特殊的材料進(jìn)行包被來達(dá)到減緩尿素釋放速度從而提高動物對尿素的利用率。以制備機(jī)理作為分類依據(jù)，尿素微膠囊具體可分為3大類：物理型尿素微膠囊、化學(xué)型尿素微膠囊以及物理化學(xué)型尿素微膠囊。物理型尿素微膠囊是采用微囊法和整體法經(jīng)過物理加工來達(dá)到尿素緩釋的效果。微囊法以尿素作為芯材在其外表面包被惰性薄膜從而減緩尿素氮的釋放速度；整體法是選取合適的材料然后將尿素均勻的混合在其中，隨著聚合物的溶解過程控制養(yǎng)分的釋放?；瘜W(xué)型尿素微膠囊是將尿素與聚合物直接或者間接的鏈接在一起轉(zhuǎn)換形成膠囊形式，尿素的釋放速度將由混合物的具體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵的性質(zhì)、聯(lián)合程度以及緊密程度控制。物理化學(xué)型尿素微膠囊結(jié)合整體法和化學(xué)型尿素微膠囊制備方法處理尿素表面形成膠囊結(jié)構(gòu)。

3 尿素微膠囊的研制

瘤胃中在脲酶將尿素分解為NH3和CO2。瘤胃中的微生物利用的NH3合成菌體蛋白。菌體蛋白在進(jìn)入真胃和小腸中時被吸收。菌體蛋白是一種生物學(xué)上價值極高的蛋白， 它可以提供極其豐富的氨基酸，占到真胃和小腸中氨基酸吸收量總和的40%～70%，由于氨基酸的組成與機(jī)體構(gòu)成相似，使其得以較好的吸收。當(dāng)一次性食入尿素過多時，NH3的釋放加速，微生物對其利用速度跟不上釋放速度，無法及時得以分解的尿素會通過循環(huán)進(jìn)入機(jī)體內(nèi)，導(dǎo)致血液中NH3濃度上升，造成血氨中毒。采用尿素作為氮源，一定要控制好尿素在消化道內(nèi)的釋放速度，需要對尿素微膠囊進(jìn)行合理化的制作處理。一方面要明確尿素在消化道中的溶解度，另外還要綜合考慮其他日常食糧中蛋白質(zhì)水平的高低以及消化道內(nèi)微生物分解速度的快慢。目前，新型的高分子材料不斷豐富，用其制作的包被材料對尿素的釋放速度的控制也越來越精確穩(wěn)定。

3.1 尿素微膠囊的研究目的

1)掩蓋氨味，提升飼料的適口滿意度。

2)合理控制尿素中氮元素釋放速度，提高氮元素的利用率和提升飼料效率，通過緩釋來防止尿素富集中毒，提高安全性。

3)改變尿素的包衣外觀，區(qū)分不同種類用途的產(chǎn)品。

3.2 尿素微膠囊的性能要求

1)感官、色澤統(tǒng)一，無異形碎裂、無結(jié)塊、干燥無變色。

2)緩釋效果：在溫度為35℃～41℃，pH 6～7弱酸性溶液內(nèi)，尿素的溶解以及對氮元素的釋放時間維持3 h以上。

3)含氮量≥40%。

4 試驗?zāi)康?/h2>

反芻動物對瘤胃氮素營養(yǎng)有一種特殊的利用方式，它能夠把碳銨以及尿素等一些非蛋白類化合物進(jìn)行分解以此轉(zhuǎn)換成菌體蛋白被機(jī)體消化吸收進(jìn)行利用。但是尿素的直接使用存在一些問題：由于氣味重導(dǎo)致反芻動物使用過程中適口性差；反芻動物瘤胃消化特點(diǎn)導(dǎo)致尿素水解速度太快；尿素的使用量不當(dāng)極易造成反芻動物機(jī)體中毒等。本試驗分別采用棕櫚油和氫化油脂作為包被材料，尿素作為芯材，采用熔融分散冷卻法制備尿素微膠囊，研究其在水中和模擬瘤胃液中的溶出率，從而達(dá)到提高尿素在反芻動物使用中利用率目的。

5 實(shí)驗研究

5.1 尿素微膠囊的制備

試驗以尿素為芯材，分別將棕櫚油和氫化油脂為壁材，主要通過熔融分散-冷卻法制備得到尿素微膠囊產(chǎn)品。首先將氫化油脂融化在燒杯中，然后加入單寧酸，攪拌使其溶解在油脂中，再加入尿素，充分混合，取出尿素于冰水中靜置，形成尿素微膠囊。

5.2 棕櫚油尿素微膠囊的溶出率

稱取制得的棕櫚油尿素微膠囊5 g分別溶解于含有100 mL蒸餾水和100 mL模擬瘤胃液的250 mL的錐形瓶中，蒸餾水組在室溫下靜置，瘤胃液組放置于振蕩培養(yǎng)箱中，溫度為37℃，轉(zhuǎn)速為150 r/s，以1 h為單位取樣，共取7次，每次取樣溶液通過濾布的溶出液，并將其全部放入錐形瓶中待用。每次取樣后分別向各組溶液中重復(fù)加入100 mL蒸餾水和模擬瘤胃液。待取樣結(jié)束，在最大吸收波長處用吸光光度計測得各時間點(diǎn)的吸光度，根據(jù)試驗制得的標(biāo)準(zhǔn)曲線判斷棕櫚油尿素微膠囊在蒸餾水和模擬瘤胃液中溶出率情況，累計各時間點(diǎn)尿素的釋放量。

5.3 氫化油脂尿素微膠囊的緩釋性能

稱取5 g制得的氫化油脂尿素微膠囊分別置于含有100 mL蒸餾水和100 mL模擬瘤胃液的250 mL錐形瓶中，并且以甘油酯含量作為單因素變量分為3組進(jìn)行試驗，將蒸餾水組置于室溫中靜置，將模擬瘤胃液組置于振蕩培養(yǎng)箱中，溫度37℃，攪拌速度為150 r/s，以1 h為單位，共取7次，使用紫外分光光度計測定其吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線判斷氫化油脂尿素微膠囊的溶出率情況。

5.4 結(jié)果與討論

1)前2 h棕櫚油尿素微膠囊的尿素釋放便出現(xiàn)突釋現(xiàn)象，溶出率高達(dá)58%。在接下來1 h棕櫚油尿素微膠囊尿素釋穩(wěn)定緩慢釋放，隨后棕櫚油壁材溶脹，釋放率加快。對尿素微膠囊進(jìn)行包被處理，具有一定程度的緩釋作用，解決NH3的釋放速度與微生物對尿素利用速度不同步的問題。

2)氫化油脂尿素微膠囊在水中和模擬瘤胃液中的溶出率隨時間的增加而增大，在前1 h出現(xiàn)突釋現(xiàn)象，在1 h之后溶出率緩慢增加，這體現(xiàn)了氫化油脂對尿素的緩釋作用。

6 結(jié)語

尿素在經(jīng)過氫化油脂或棕櫚油脂的包被處理后，可以一定程度地減緩尿素氮釋放速度，提高尿素氮的利用率和代謝率。