一种缓释型丁酸月桂酸混合结构酯及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种缓释型丁酸月桂酸混合结构酯及其制备方法和应用 (Slow-release butyric acid lauric acid mixed structure ester and preparation method and application thereof ) 是由 冯凤琴 刘旺鑫 刘滔 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种缓释型丁酸月桂酸混合结构酯及其制备方法和应用,涉及油脂合成技术领域,具体而言,本发明提供了一种新的丁酸月桂酸混合结构酯,其主要包括一丁酸二月桂酸甘油酯和二丁酸一月桂酸甘油酯,在肠道内该混合结构酯和脂肪酶接触后,能够缓慢释放丁酸和单月桂酸甘油酯,在24h内就可诱导肠道微生物发生积极改变。该混合结构酯相对于现有的饲料添加剂而言,可更有效地改善动物肠道功能。(The invention discloses a slow-release type butyric acid lauric acid mixed structure ester and a preparation method and application thereof, and relates to the technical field of oil synthesis, in particular to a novel butyric acid lauric acid mixed structure ester which mainly comprises glycerol monobutyrate dilaurate and glycerol dibutyrate monolaurate, wherein after the mixed structure ester is contacted with lipase in intestinal tracts, butyric acid and glycerol monolaurate can be slowly released, and intestinal microorganisms can be induced to generate active change within 24 hours. Compared with the existing feed additive, the mixed structure ester can improve the intestinal function of animals more effectively.)
技术领域
本发明涉及油脂合成技术领域，具体而言，涉及一种缓释型丁酸月桂酸混合结构酯及其制备方法和应用。
背景技术
在现代化养殖中，为了改善动物健康和生长速率，短链和中链脂肪酸及其甘油酯被广泛应用在饲料添加剂中，但它们在体内迅速的消化吸收降低了其功能价值。
丁酸是一种短链脂肪酸，可以被肠道细胞直接吸收，是肠道上皮细胞的重要能量来源。丁酸作为一种饲料添加剂已经被广泛的应用于猪、牛、鸡和虾等经济动物的养殖中。但是，经口摄入的丁酸或丁酸甘油酯极易在胃环境中被消化吸收，导致丁酸难以到达微生物聚集的肠道部位，这极大的限制了丁酸的传输效果和作用的发挥。
单月桂酸甘油酯是月桂酸甘油酯中具有最佳的抗菌和抗病毒能力的酯化形式，其生物活性也优于游离状态的月桂酸。目前，单月桂酸甘油酯已经被广泛的应用于动物养殖中，例如：
申请公布号为CN110506864A的发明专利申请文献公开了一种猪饲料替抗添加剂及其在猪饲料中的应用,该添加剂中的单月桂酸甘油酯和甲酸配合使用可显著提高仔猪空肠绒毛高度，从而改善肠道健康，提高仔猪的饲料利用率。
授权公告号为CN201610247228的发明专利申请文献公开了一种由单月桂酸甘油酯10～45％，双月桂酸甘油酯10～30％，单硬脂酸甘油酯30～50％，载体0～20％混合组成的鸡饲料添加剂。该添加剂能够显著提高蛋鸡的产蛋性能和鸡蛋品质。
然而，现在的饲料添加剂不能完全满足养殖所需，如何提高饲料添加剂使用效率，进一步有效改善动物肠道健康是亟待解决的问题之一。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缓释型丁酸月桂酸混合结构酯及其制备方法和应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种丁酸月桂酸混合结构酯，其包括以下组分：一丁酸二月桂酸甘油酯和二丁酸一月桂酸甘油酯。
第二方面，本发明实施例提供了如前述实施例所述的丁酸月桂酸混合结构酯的制备方法，其包括：三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯混合发生酯交换反应。
第三方面，本发明实施例提供了如前述实施例所述的丁酸月桂酸混合结构酯或如前述实施例所述的制备方法制备的丁酸月桂酸混合结构酯在制备用于促进肠道健康的饲料添加剂中的应用。
第四方面，本发明实施例提供了如前述实施例所述的丁酸月桂酸混合结构酯或如前述实施例所述的制备方法制备的丁酸月桂酸混合结构酯在制备调节肠道微生物环境的饲料添加剂中的应用。
第五方面，本发明实施例提供了一种饲料添加剂，其包括如前述实施例所述的丁酸月桂酸混合结构酯或如前述实施例所述的制备方法制备的丁酸月桂酸混合结构酯。
第六方面，本发明实施例提供了一种饲料，其包括如前述实施例所述的丁酸月桂酸混合结构酯或如前述实施例所述的制备方法制备的丁酸月桂酸混合结构酯。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种新的丁酸月桂酸混合结构酯，其包括一丁酸二月桂酸甘油酯和二丁酸一月桂酸甘油酯，该混合结构酯在动物肠道中与脂肪酶接触后，具有缓慢释放丁酸和单月桂酸甘油酯的效果，相对于现有的饲料添加剂而言，能更有效地提高功能因子的传输效果，在24h内就可诱导肠道微生物发生积极改变，可更有效地改善动物肠道功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例2静态消化中丁酸含量的变化；其中，A:模拟胃消化中丁酸含量的变化。A`:模拟肠消化中丁酸含量的变化；MBL表示三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯的物理混合物，SBL表示丁酸月桂酸混合结构酯；每个时间点样品重复数＝3，结果以平均值±标准差表示；
图2为实施例2静态消化中GML含量的变化；其中，A:模拟胃消化中GML含量的变化；A`:模拟肠消化中GML含量的变化；MBL表示与SBL具有相同脂肪酸组成的三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯的物理混合物，SBL表示丁酸月桂酸混合结构酯；每个时间点样品重复数＝3，结果以平均值±标准差表示；
图3为实施例2小鼠模型中丁酸含量的变化；其中，A:不同肠道部位，不同取样时间点的肠道内容物中丁酸含量的变化；大写字母显示某一取样时间点不同肠道部位的内容物中丁酸含量的差异，不同字母表示有显著差异(P＜0.05)，小写字母显示某一肠道部位不同的灌胃时间点肠道内容物中丁酸含量的差异，不同字母表示有显著差异(P＜0.05)，结构酯和物理混合分开比较。B:灌胃8h后结肠内容物中的丁酸含量，****表示P＜0.0001；MBL表示三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯的物理混合物，SBL表示丁酸月桂酸混合结构酯；数字下标‘-1，-2，-4，-8’分别表示灌胃后1,2,4,8小时的样品；每个时间点样品重复数＝6，结果以平均值±标准差表示；
图4为实施例2小鼠模型中GML含量的变化；其中，A:不同肠道部位，不同取样时间点的肠道内容物中GML含量的变化；大写字母显示某一取样时间点不同肠道部位的内容物中丁酸含量的差异，不同字母表示有显著差异(P＜0.05)，小写字母显示某一肠道部位不同的灌胃时间点肠道内容物中丁酸含量的差异，不同字母表示有显著差异(P＜0.05)，结构酯和物理混合分开比较。B:灌胃1h后空肠内容物中的GML含量，****表示P＜0.0001；C:灌胃2h后空肠内容物中的GML含量，*表示P＜0.05；D:灌胃8h后空肠内容物中的GML含量，*表示P＜0.05；E:灌胃8h后结肠内容物中的GML含量，***表示P＜0.001；MBL表示三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯的物理混合物，SBL表示丁酸月桂酸混合结构酯；P＜0.05视为有显著差异，P＜0.1视为有显著趋势；数字下标‘-1，-2，-4，-8’分别表示灌胃后1,2,4,8小时的样品；每个时间点样品重复数＝6，结果以平均值±标准差表示；
图5为实施例3灌胃24h后小鼠盲肠肠道微生物变化；其中，A：双歧杆菌属丰度；B：Allobaculum属菌丰度；C：未识别的F16菌属丰度；D：CC-115菌属丰度；*表示P＜0.05视为有显著差异，P＜0.1视为有显著趋势。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例提供了一种丁酸月桂酸混合结构酯，其包括以下组分：一丁酸二月桂酸甘油酯和二丁酸一月桂酸甘油酯。
发明人经一系列创造性劳动，提供了一种丁酸月桂酸混合结构酯，具有缓慢释放丁酸和单月桂酸甘油酯的特点，相对于现有的饲料添加剂而言，能更有效地改善动物肠道功能，维护肠道环境稳态利于动物生长。
在一些实施例中，不对一丁酸二月桂酸甘油酯和二丁酸一月桂酸甘油酯的重量比限定。优选地，一丁酸二月桂酸甘油酯和二丁酸一月桂酸甘油酯的重量比为(1～5)：1，该重量比具体可以为1：1、2：1、3：1、4：1或5：1。
优选地，所述一丁酸二月桂酸甘油酯包括：1.2-二月桂酸-3-丁酸甘油酯和1.3-二月桂酸-2-丁酸甘油酯。
优选地，所述二丁酸一月桂酸甘油酯包括：1.2-二丁酸-3-月桂酸甘油酯和1.3-二丁酸-2-月桂酸甘油酯。
优选地，所述丁酸月桂酸混合结构酯还包括以下至少一种组分：月桂酸、一丁酸甘油酯、三丁酸甘油酯、一丁酸一月桂酸甘油酯以及二月桂酸甘油酯。在该限定范围下，丁酸月桂酸混合结构酯的作用效果更优。
优选地，所述一丁酸一月桂酸甘油酯选自：1-丁酸-3-月桂酸甘油酯、3-丁酸-1-月桂酸甘油酯、2-丁酸-1-月桂酸甘油酯、2-丁酸-3-月桂酸甘油酯、2-月桂酸-1-丁酸甘油酯和2-月桂酸-3-丁酸甘油酯的至少一种。更优选地，按重量份数计，所述丁酸月桂酸混合结构酯包括如下组分：5～20份月桂酸、1～10份一丁酸甘油酯、1～10份三丁酸甘油酯、10～30份一丁酸一月桂酸甘油酯、15～40份二丁酸一月桂酸甘油酯、5～20份二月桂酸甘油酯、20～50份一丁酸二月桂酸甘油酯。
优选地，按重量份数计，所述丁酸月桂酸混合结构酯包括如下组分：5～20份月桂酸、1～10份一丁酸甘油酯、1～10份三丁酸甘油酯、3～10份1-丁酸-3月桂酸甘油酯、7～20份2-丁酸-1月桂酸甘油酯、6～15份1.2-二丁酸-3-月桂酸甘油酯、9～25份1.3-二丁酸-2-月桂酸甘油酯、1～7份1.2-二月桂酸甘油酯、4～13份1.3-二月桂酸甘油酯、12～30份1.2-二月桂酸-3-丁酸甘油酯以及8～20份1.3-二月桂酸-2-丁酸甘油酯。在该特定的组分及其配比的限定范围下，丁酸月桂酸混合结构酯能更好地发挥其作用效果。具体地，月桂酸的重量份数可以选自5份、6份、8份、10份、12份、14份、16份、18份或20份；一丁酸甘油酯的重量份数可选自1份、2份、4份、6份、8份或10份；三丁酸甘油酯的重量份数可选自1份、2份、4份、6份、8份或10份；1-丁酸-3月桂酸甘油酯的重量份数可选自3份、4份、6份、8份或10份；1.2-二丁酸-3-月桂酸甘油酯的重量份数可选自6份、9份、10份、12份、14份、16份、18份、20份或22份；1.3-二丁酸-2-月桂酸甘油酯的重量份数可选自9份、10份、12份、14份、16份、18份、20份、22份或24份；1.2-二月桂酸甘油酯的重量份数可选自1份、2份、4份、6份或7份；1.3-二月桂酸甘油酯的重量份数可选自4份、6份、8份、10份、12份或13份；1.2-二月桂酸-3-丁酸甘油酯的重量份数可选自12份、14份、16份、18份、20份、22份、24份、26份、28份或30份；1.3-二月桂酸-2-丁酸甘油酯的重量份数可选自8份、10份、12份、14份、16份、18份或20份。
本发明实施例还提供了如前述任意实施例所述的丁酸月桂酸混合结构酯的制备方法，其包括：三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯混合发生酯交换反应。本文中的“酯交换反应”是指酯-酯交换反应，酯与酯(不同的酯)在酸、碱或酶的催化下生成一个新酯和一个新醇/酸/酯的反应。
优选地，发生酯交换反应时，三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯的混合摩尔比为(0.5～5)：(0.5～5)；
优选地，所述混合摩尔比为(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。更优选地，所述混合摩尔比为1：1。在该限定下，生成的丁酸月桂酸混合结构酯具有更好的丁酸和单月桂酸甘油酯的缓释作用，能更好的发挥其对于动物肠道的效果。
优选地，酯交换反应的步骤如下：在氮气气氛下，将三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯于60～70℃下混合，待混合均匀且呈液态后，加入固定化脂肪酶，保温2～6h，去除固定化脂肪酶后，获得所述丁酸月桂酸混合结构酯；
优选地，所述固定化脂肪酶的加入量为混合物总重量的5～15％。
优选地，所述固定化脂肪酶选自：固定化的米曲霉脂肪酶、固定化的米根霉脂肪酶和固定化的米赫根毛酶脂肪酶中的任意一种。
本发明实施例还提供了如前述任意实施例所述的丁酸月桂酸混合结构酯或如前述任意实施例所述的制备方法制备的丁酸月桂酸混合结构酯在制备用于促进肠道健康的饲料添加剂中的应用。
在一些实施例中，促进肠道健康可以通过：维持肠道微生物菌群的稳态、改善微生物菌群结构中的至少一种功能达到。
本发明实施例还提供了如前述任意实施例所述的丁酸月桂酸混合结构酯或如前述任意实施例所述的制备方法制备的丁酸月桂酸混合结构酯在制备用于调节肠道微生物环境的饲料添加剂中的应用。
优选地，所述调节肠道微生物环境是指增加肠道微生物的丰度；
优选地，所述调节肠道微生物环境是指增加双歧杆菌属、Allobaculum菌属、F16菌属以及CC-115菌属中至少一种菌属的丰度。
本发明实施例还提供了一种饲料添加剂，其包括如前述任意实施例所述的丁酸月桂酸混合结构酯或如前述任意实施例所述的制备方法制备的丁酸月桂酸混合结构酯。
在一些实施例中，所述饲料还可以包括现有用于养殖动物的饲料添加剂载体和/或组分，可通过现有渠道获得，不再赘述。
本发明实施例还提供了一种饲料，其包含如前述任意实施例所述的丁酸月桂酸混合结构酯或如前述任意实施例所述的制备方法制备的丁酸月桂酸混合结构酯。
在一些实施例中，所述饲料还可以包括现有用于养殖动物的饲料载体和/或组分，可通过现有渠道获得，不再赘述。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1缓释型丁酸月桂酸混合结构酯的制备与组成测定
取一定量三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯加入到100mL圆底烧瓶中(摩尔比＝1:1)，充入氮气，盖上翻口塞，置于温度65℃恒温水浴振荡器，待反应底物混合均匀且呈液态后，加入固定化脂肪酶(10％，w/w)，再次冲入氮气保护，盖上翻口塞，200rmp条件下保温反应4h。反应完成后，过滤除去固定化酶，收集得到丁酸月桂酸混合结构酯。
准确称取10.0mg结构酯置于10mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，超声完全溶解后，转移至2mL进样瓶中进行GC-MS分析。仪器型号为7890A-5975C型气质联用仪(GC-MS)，美国安捷伦科技有限公司。色谱条件：色谱柱为HP-5MS(30.0m×250μm,0.25μm)；色谱柱起始温度50℃保持2min，然后以15℃/min到280℃，保持20min；气化室温度280℃；传输线温度280℃；载气He；载气流量1.0mL/min；分流比为10:1；进样量为0.5μL。质谱条件：EI源；电子能量70eV；离子源温度300℃；四极杆150℃；扫描模式为Scan；扫描质量范围为20～800u。
经鉴定，丁酸月桂酸混合结构酯的构成如表1所示。
表1丁酸月桂酸混合结构酯组成成分表
实施例2缓释型丁酸月桂酸混合结构酯的体内外消化特性
在体外消化模型和体内小鼠模型中研究丁酸月桂酸混合结构酯的消化特性。具体而言，本实施例采用摩尔比为1:1.5的三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯为原料，酶添加量为7％(w/w)，62℃反应6h，制备(大致同实施例1)获得的丁酸月桂酸结构酯作为实验组(SLBL)，以相等摩尔含量的三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯(MLBL)为对照组，在体外消化模型和体内小鼠模型中进行实验。在体外消化模型中，取消化后0min、30min、60min、90min、120min、150min、180min、210min、240min的消化样品，其中前120min为体外模拟胃消化，120min至240min为模拟肠消化。在体内小鼠模型中，取灌胃后0min、60min、120min、240min、320min的肠道内容物样品(空肠、回肠、盲肠和结肠)。对收取得的样品进行GC-FID分析，并以丁酸和单月桂酸甘油酯(GML)为重点的监测对象。所得结果如图1～图4所示。
由结果可知，在体外消化模型中，SBL显示出丁酸更缓慢释放的规律，并且这种缓释作用具有显著性，但是，这种对丁酸的缓释作用在模拟肠道消化中没有显著的表现。对于GML而言，在完整的模拟消化过程中SBL均没有体现出缓释的效果。在体内小鼠模型中，除了消化8h的结肠内容物外，其它各个取样点中SBL和MBL在丁酸的释放中并没有显著性差异。
而在小鼠体内模型中，SBL具有显著的延缓GML释放的效果：在体内消化1h后，SBL和MBL处理组的GML含量均显著得高于空白组，当消化2h后，SBL处理组的空肠GML含量有显著高于MBL处理组的趋势，当继续消化至8h后SBL处理组的空肠GML的含量显著高于MBL组。相对于物理混合物，SBL在胃消化中体现出来的丁酸缓释作用和在体内肠道中GML的持续性较高水平的释放可能有利于提高其功能价值，维护肠道环境稳态。在体内模型中，除了消化8h后结肠内容物之外，SBL处理组和MBL处理组之间的丁酸含量差异并不显著。
实施例3缓释型丁酸月桂酸混合结构酯对肠道微生物的瞬时改变作用
肠道微生物易受饮食成分等环境因素的影响，这种对肠道微生物的扰动在较短的时间内(24～48h)便可体现出来。本实施例采用摩尔比为1:2的三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯为原料，酶添加量为12％(w/w)，67℃反应4h，制备(大致同实施例1)获得的丁酸月桂酸结构酯作为实验组(SLBL)，以相同摩尔含量的三丁酸甘油酯和三月桂酸甘油酯(MLBL)为对照组，在体外消化模型和体内小鼠模型中进行实验。通过收集灌胃24h之后的盲肠样品，采用16S RNA测序分析了SBL和MBL(同前述实施例)对小鼠肠道微生物的扰动作用，结果如图5所示。
双歧杆菌是公认的益生菌。分析结果显示，SBL处理组中的双歧杆菌属丰度具有显著高于对照组和MBL组的趋势。
此外，Allobaculum属也是一种潜在的具有健康益处的肠道微生物，其在SBL处理组中丰度相对于空白组具有显著增加的趋势，这也证明了SBL相对于MBL具有更好的潜在健康益处。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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