过瘤胃包被壁材的研究进展

符运斌，刘博

（1.赣州市农业农村局，赣州 341000；2.洛阳市农业农村局动物卫生监督所，洛阳 471000）

随着养殖技术的不断提高，动物的生产能力也越来越高，日粮中经反刍动物瘤胃降解后能够进入小肠并被吸收利用的营养素已无法满足高产动物的生产需要，这对日粮中过瘤胃营养素的含量提出了更高的需求。因此，引起众多专家学者对过瘤胃技术进行研究，过瘤胃产品也受到了广大养殖者的关注。

过瘤胃包被技术是目前研究较多、应用较广的过瘤胃技术之一，其过瘤胃原理是利用反刍动物瘤胃和真胃中pH值存在明显的差异这一特征，选用pH敏感材料对营养素进行包被，使包被产品在瘤胃中不降解，而在真胃中释放。包被壁材是影响包被效果的重要因素之一，其本身必须是无毒无刺激性、可在动物机体中吸收利用的材料，此外，性质要稳定，不与芯材发生反应，且具有一定的强度和可塑性，能够将芯材完全包裹。目前有关过瘤胃包被壁材的研究主要集中在天然材料（包括天然胶类、动植物脂类等）和合成材料两大类。本文针对这些壁材的特性、应用进展等作一详细的介绍，从而为过瘤胃产品包被壁材的选择及过瘤胃包被产品的开发提供一定的参考。

1 天然材料

天然材料广泛存在于自然界动植物的组成中，能够很好地被动物体吸收利用，其中一些材料由于在瘤胃中比较稳定，且在真胃的酸性环境下或酶的作用下分解，从而被用作过瘤胃营养素的包被壁材。这些材料主要有血粉、明胶、虫胶、壳聚糖、棕榈油、氢化植物油等，但是2001年3月1日原农业部发布了《禁止在反刍动物饲料中添加和使用动物性饲料的通知》，明确指出包括血粉、血浆粉、干血浆及其他血液制品都不能应用于反刍动物饲料中。

1.1 明胶

明胶是胶原的水解产物，有酸法、碱法、盐碱法和酶法四种制备方法，国内外普遍采用的是碱法生产。明胶为无色或淡黄色的透明薄片或微粒，不溶于冷水，但可以缓慢吸水膨胀软化，溶于热水，形成热可逆性凝胶，溶点为24～28℃。明胶具有良好的胶冻力、持水性和分散性等物理性质，是一种强有力的保护胶体。明胶在医药和食品行业作为包膜材料已得到广泛应用。在过瘤胃产品的包被研究中，王建华[1]以明胶为包衣壁材，采用底喷流化床包衣机对L-赖氨酸盐酸盐进行包被，所制备的产品易结块、粒度较大，且不均匀，分析其原因可能是L-赖氨酸盐酸盐易溶于水，而选用的明胶壁材含水量较高，导致包衣过程中芯材因吸水润湿而发生粘连。这提示在对水溶性芯材进行包衣时应选择非水溶性壁材。

1.2 虫胶

虫胶也称紫胶，是紫胶虫寄生在某些植物上分泌出的一种紫红色具有特殊性质的天然树脂，为淡黄色至暗褐色片状物，其主要成分为紫胶树脂(75%～85%)、紫胶蜡(5%～6%)、紫胶色素、糖类和蛋白质等。虫胶能溶于醇和碱，具有防水、耐油、耐酸等特点，具有良好的成膜性和稳定性。作为过瘤胃壁材，为了增加其小肠释放率还需要配伍pH敏感剂。张力莉[2]以虫胶为主要壁材，以硬脂酸镁、碳酸钙等为辅材，罗氏维生素A为芯材，采用喷雾干燥法制备过瘤胃维生素A，并采用体外模拟法和尼龙袋法检测样品的包被效果。研究结果显示，在日粮精粗比为55:45的条件下，用尼龙袋法测定，样品的瘤胃24h降解率为39.56%；体外法测定，样品的瘤胃24h降解率为34.20%，真胃3h释放率为64.40%，与对照组相比，过瘤胃保护效果显著，且有较高的真胃释放率。

1.3 壳聚糖

壳聚糖是甲壳素的脱乙基产物，为阳离子型聚电解质天然多糖，来源广泛，具有生物官能性、相容性、安全性等特点，已被广泛应用于医药、食品、化工等行业。壳聚糖不溶于水和碱性溶液，在pH＜6.5的酸性溶液中溶解，在过瘤胃保护产品的研制中备受关注。壳聚糖包被的氯化胆碱在奶牛瘤胃中24h的降解率为66.82%，在pH=2.4的缓冲液中24h释放率为98.93%[3]；包被的脂肪在pH=6.6和pH=5.4的缓冲液中12h降解率分别为20.73%和23.88%，在pH=2.4和pH=1.5的缓冲液中其释放率分别为80.51%和95.15%[4]；包被的葡萄糖在奶牛瘤胃中12h的降解率为57.86%，在pH=2.4的缓冲液中释放率为97.22%[5]。

1.4 棕榈油

由棕榈果肉压榨而得的油称为棕榈油，含有50%的饱和脂肪酸、40%的单不饱和脂肪酸和10%的多不饱和脂肪酸，在常温下呈半固态，具有良好的稳定性。其中熔点为58℃的棕榈油中含有67.056%的棕榈酸和4.905%的硬脂酸。有研究表明，棕榈酸（C16:0）和硬脂酸（C18:0）具有良好的瘤胃稳定性[6]。王迪铭[7]以棕榈油脂为壁材，制备含有40%、45%和50%芯材的过瘤胃γ-氨基丁酸（GABA），并采用尼龙袋法检测其24h瘤胃降解率，结果分别为25.1%、28.2%和18.2%，均显著低于未包被GABA的降解率。体外模拟瘤胃的测定结果显示，12h后各样品的释放率均达到90%，说明棕榈油作为过瘤胃包被壁材是可行的。

1.5 氢化植物油

氢化植物油是普通植物油在一定的温度和压力下加入氢催化其中的不饱和脂肪酸转为饱和脂肪酸形成的产物，通过氢化可提高油脂的熔点，保持固体的形状，增强其可塑性、融合性和乳化性。斯钦[8]选用氢化棕榈油包埋处理蛋氨酸，制成颗粒状过瘤胃蛋氨酸添加剂，通过检验发现，制备的过瘤胃蛋氨酸在人工唾液和瘤胃内较稳定，且在人工真胃液和真胃液中易溶解和消化。郭玉琴[9]用氢化植物油包被蛋氨酸，其过瘤胃测定结果显示，制备的过瘤胃蛋氨酸与未包被的蛋氨酸相比具有显著的瘤胃稳定性，且真胃和小肠释放率达到100%。

1.6 硬脂酸

硬脂酸也称十八烷酸，由油脂水解生产，纯品为白色结晶体，熔点为56～59.6℃，不溶于水，溶于有机溶剂。硬脂酸属于长链饱和脂肪酸，化学性质稳定。王建华[1]的研究表明，用硬脂酸包被的蛋氨酸和赖氨酸在瘤胃中培养12h的通过率分别为34.89%和28.83%；而谢实勇[10]将硬脂酸、膨润土和蛋氨酸按2:6:2的比例混合制成包被蛋氨酸，其在人工唾液和瘤胃液中的降解率分别为14.73%和22.05%，在真胃液中的释放率为90.10%，表现出了较好的瘤胃稳定性和小肠释放率。这提示我们利用硬脂酸作为过瘤胃包被壁材可能还需要添加一定的黏合剂，从而提高包被产品的完整性，降低其瘤胃降解率。硬脂酸还常被用于生产脂肪酸钙、脂肪酸镁等脂肪酸盐和单硬脂酸甘油酯等酯类。脂肪酸钙在瘤胃pH值5.5～7.0环境中不溶解，但在真胃pH值为1.5～3.0的强酸性环境中可顺利水解[11]，且脂肪酸钙的瘤胃稳定性还受其粒度大小的影响，粒度大于60目筛时瘤胃稳定性较好[12]。D.Skln等[13]用棕榈油脂肪酸钙皂盐包被的乳清粉和豆饼粉经20h后瘤胃降解率为13%～16%。王迪铭以单硬脂酸甘油酯为壁材对γ-氨基丁酸进行包被处理，但是制备的产品保护率较低[9]；王聪等[14]用单硬脂酸甘油酯包被的赖氨酸在瘤胃的降解率达到了85.58%。所以，利用单硬脂酸甘油酯作为过瘤胃包被壁材的使用效果还需考量。

2 合成材料

合成材料具有性能优良、加工方便等特点，根据不同用途可以选择不同的原料和加工方式，生产符合需求的材料。用作过瘤胃包被壁材的合成材料大多为pH敏感材料，能够满足在瘤胃稳定，而在真胃分解的需求；同时还应具有良好的成膜性，能够很好地将过瘤胃营养素包裹其中。目前研究较多的过瘤胃合成材料有聚丙烯酸树脂Ⅳ、乙基纤维素和羟丙甲纤维素。

2.1 聚丙烯酸树脂Ⅳ

聚丙烯酸树脂Ⅳ为甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯共聚而得的阴离子型化合物，又称为胃溶型Ⅳ号丙烯酸树脂，略带氨臭味，不溶于水，能溶于乙醇、丙酮和二氯甲烷中，分子中的叔胺遇酸成盐，所以能溶于胃液中，一般在pH值1.2～5.0时溶解，pH值5～8时溶胀，能抗唾液溶解。薛倩[15]的研究表明，以丙烯酸树脂为壁材包被的葡萄糖在奶牛瘤胃中12h的降解率为58.08%，在pH=2.4的缓冲液中，其12h的释放率达到99.02%。张力莉[2]的研究结果显示，以丙烯酸树脂包被的维生素A微胶囊在高精料日粮条件下其在瘤胃中12h的降解率为11.64%，在体外真胃培养液中的释放率达到58.77%。赵胜军等[16]采用丙烯酸树脂包被的脂肪在pH=6.6和pH=5.4的缓冲溶液中，其12h降解率分别为12.31%和14.01%，在pH=2.4的缓冲液中，其12h释放率达81.20%。肖琎等[3]以丙烯酸树脂包被氯化胆碱的研究结果显示，过瘤胃胆碱在奶牛瘤胃中24h的降解率为51.51%，在pH=2.4的缓冲液中释放率达到99.96%。郭玉琴[11]研究丙烯酸树脂包被蛋氨酸的结果发现，制备的过瘤胃蛋氨酸在瘤胃中的有效降解率为35.86%。

2.2 乙基纤维素

乙基纤维素是纤维素在碱性条件下与硫酸二乙酯或氯乙烷在加压、加热条件下进行醚化反应的产物，是一种白色无定形粉末，不溶于水，溶于有机溶剂。其化学稳定性好，耐冷、耐热、耐强碱、耐稀酸，具有黏合、填充、成膜等作用，与蜡、树脂、增塑剂等有较好的相容性，被广泛应用于过瘤胃产品的包被。有研究表明，以乙基纤维素为壁材包被的葡萄糖在奶牛瘤胃中12h的降解率为43.63%，且在pH=2.4的缓冲溶液中，其释放率为94.28%，效果优于以壳聚糖和丙烯酸树脂包被的葡萄糖[5]。用乙基纤维素包被的维生素A微胶囊其出品率达到95%，在精粗比为20:80、55:45的日粮条件下，24h瘤胃降解率分别为9.94%、25.33%，在体外真胃培养液中消化3h的释放率为57.40%[17]。包被的脂肪在山羊瘤胃中12h的过瘤胃率为76.60%，且12h的小肠消化率为94.86%[18]。姜峰[18]的研究结果也显示，用乙基纤维素包被蛋氨酸具有良好的过瘤胃保护效果，且其有效释放率与壁材和芯材比值有关，当比值达到0.25时，其有效释放率达最高的74.18%。

2.3 羟丙甲纤维素

羟丙甲纤维素是选用高度纯净的棉纤维素在碱性条件下经专门醚化而制得，为白色粉末，能溶于水，且在水中的溶解不受pH值的影响，具有黏结性、优良的成膜性和耐酶性等特点。王建华[1]将其应用于过瘤胃蛋氨酸的包被研究发现，用羟丙甲纤维素包被的蛋氨酸包衣效果很好，但是在瘤胃中不稳定，2h的瘤胃降解率就达到了100%。这说明羟丙甲纤维素不能单独作为过瘤胃包被壁材，还需配合瘤胃稳定材料一起使用。

3 复合壁材

除了以单一材料作为过瘤胃包被壁材之外，也有许多学者对两种或多种壁材的组合包被效果进行研究。例如我国公开号为CN105166562A的专利中将羟丙甲纤维素与硬脂酸镁复合用于制备奶牛过瘤胃叶酸添加剂取得了良好的应用效果[19]。公开号为CN105166414A的专利中将羟丙甲纤维素、硬脂酸钙和氢化植物油作为复合壁材制备肉牛用过瘤胃泛酸添加剂取得了显著效果[20]。公开号为CN102326714A的专利中将丙烯酸树脂Ⅳ与乙基纤维素按重量比1:2混合作为过瘤胃包被壁材，并将该复合壁材用于制备过瘤胃胆碱，显著提高了胆碱的过瘤胃率[21]。大多数复合壁材的使用都要优于单一壁材的包被效果，例如郭玉琴使用丙烯酸树脂Ⅳ和氢化植物油按1:2的比例包被蛋氨酸，过瘤胃效果优于单独使用这两种材料制备的过瘤胃蛋氨酸；将丙烯酸树脂Ⅳ和乙基纤维素按1:1的比例混合作为过瘤胃蛋氨酸的包被壁材，其包被效果也要优于单独使用丙烯酸树脂Ⅳ和乙基纤维素包被的过瘤胃蛋氨酸[9]。当然，也存在复合壁材的使用效果不如单一壁材的情况，王迪铭将棕榈油脂与单硬脂酸甘油酯按1:1混合作为γ-氨基丁酸的包被壁材，结果发现其保护率优于单硬脂酸甘油酯包被的产品，但效果不及单独使用棕榈油脂包被的产品[7]。

4 结语

随着过瘤胃产品市场需求的不断扩大，过瘤胃包被技术研究不断深入，过瘤胃壁材的研究受到越来越广泛的关注。在现有的包被壁材中，关于丙烯酸树脂、壳聚糖、乙基纤维素和棕榈油及棕榈油脂肪酸的研究居多，在这些研究中，因包被芯材的不同，有些壁材包被的产品过瘤胃效果良好，有些则较差。在今后的研究中应根据芯材的不同继续探索更多适宜的壁材，摸索不同壁材的组合以提高单一壁材的包被效果。