包封的硝酸盐和硫酸盐在减少由瘤胃发酵产生的甲烷排放中的用途制造技术

本发明专利技术涉及反刍动物用颗粒形状的营养添加剂和补充剂，其含有用植物油包封的硝酸盐和硫酸盐，可在瘤胃中缓慢释放以减少甲烷排放。

Use of encapsulated nitrates and sulfates in reducing methane emissions from rumen fermentation

The present invention relates to particulate nutrient additives and supplements for ruminants, which contain nitrates and sulfates encapsulated with vegetable oil, which can be slowly released in the rumen to reduce methane emissions.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及畜牧业生产领域，特别涉及动物营养领域，更特别地涉及反刍动物营养补充剂和添加剂的应用，确切地涉及用氢化油包封的硝酸盐和硫酸盐的应用，用于减少瘤胃甲烷排放，缓释瘤胃中的活性化合物，使它们的完整代谢最大化并减少动物中毒的风险。
技术介绍
温室气体(GHG)，主要是二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O),可以吸收由地球表面发出的部分红外线辐射，该吸收可妨碍红外线辐射向太空中消散。然而，该吸收过程对维持地球生命是必要的，因为该过程可阻止过多的热量损失，保持地球温暖。然而，GHG浓度的增加放大了该自然现象，从而引起了全球平均温度升高，即为全球变暖过程。考虑到未来几年工业化进程和世界人口呈现增加的趋势，农业部门已经被迫在GHG排放方面变的更为有效率。与二氧化碳半衰期(150年)和一氧化二氮半衰期(150年)相比，甲烷的半衰期(10年)较短，所以甲烷减排在实现源于GHG减排的积极的短期气候效应中发挥着至关重要的作用。在巴西，由肠道发酵产生的甲烷约占人类活动产生的总C02-eq (二氧化碳当量)的12%。在这个数据中，瘤胃发酵产生的二氧化碳占90%。只考虑农业部门，肠道发酵产生的二氧化碳占巴西农业C02-eq排放量的53%。从全球范围来看，由反刍动物产生的甲烷占人类活动产生的甲烷总量的22%左右。甲烷是瘤胃中的微生物在发酵过程中自然产生的，瘤胃即反刍动物的第一个胃-一个厌氧发酵腔室，里面共同生活着不同种类的微生物，如细菌、原生动物、真菌、噬菌体等。虽然甲烷生成一直被认为是动物的能量损失，占摄入的总能量的5-12%，但甲烷生成对于维持微生物作用是必不可少的。甲烧是由产甲烧古菌(methanogenic Archaea)产生的，产甲烧古菌是消耗CO2和H2作为产生能量的底物并产生甲烷作为终产物的一个微生物种群。在瘤胃中，甲烷的产生对于保持低的氢分压(hydrogen pressure)是必要的,而低氢压对于负责饲料降解的微生物发酵过程是必要的，饲料降解主要是纤维素、半纤维素、淀粉、糖类、蛋白质、肽、氨基酸坐寸O瘤胃的种间氧转移(ruminalinterspecies hydrogen transfer)被定义为古菌消耗其他瘤胃微生物代谢活动所产生的氢气的过程。当氢不能以甲烷方式从瘤胃中排出时，氢分压就会增加，从而整体抑制微生物发酵。例如，奶牛每天产生约500L的CH4，大约相当于每天357g。巴西研究确定，牧场的奶牛每天生产大约378-403g的甲烷。一般来说，甲烷减排有两种方式:a)刺激能够与甲烷生成竞争的代谢途径，例如利用产乙酸微生物、有机酸(苹果酸、延胡索酸等)和氢受体(过氧化氢、硝酸盐、硫酸盐等);b)减少瘤胃产氢，例如使用离子载体(如莫能菌素钠)、精油和植物次生化合物。除了前面提到的技术，其他可能的减少瘤胃甲烷生成的策略有驱除原虫(消除或减少原生动物)，活酵母接种，通过免疫或疫苗接种以控制古菌数量，和营养策略，诸如在日粮(diet)中补充脂肪和增加浓缩饲料(如谷物)。到目前为止，所有甲烷减排技术都存在局限性。其中一些只有随着时间推移而消失的短暂效果(如精油、单宁、莫能菌素、疫苗等)，而另外一些显示出易变的效果(如精油、单宁、皂甙、疫苗等)。此外，有些物质对动物有毒(例如用于消除原生动物的化学物质，氯仿和高剂量的不受保护的和现成的硝酸盐)，由于成本高(如有机酸)或者被禁止使用(例如在欧洲地区禁用诸如莫能菌素钠、盐霉素和拉沙里菌素钠的离子载体)而导致不可行的物质。最后，一些技术处于初期，例如疫苗接种、免疫和产乙酸微生物内含物。与CO2相比，硝酸盐(N03_)对H2有较高的亲和力，使硝酸盐-还原微生物与产甲烷古菌竞争底物。硝酸盐还原成亚硝酸盐(式I)及亚硝酸盐进一步还原为铵盐(式2)，比CO2还原为甲烷(式3)能产生更多的能量。相对于产甲烷古菌，这种更大的能量产生对利用硝酸盐的微生物提供了 一个竞争优势。NCV+2H+ — H2CHNCV (式 I; Δ G0=-130kJ/mol 氢)N02>4H2 — NH4++2H20 (式 2; Λ G0=-124kJ/mol 氢)C02+4H2 — CH4+2H20 (式 3; Λ G0=-16.9kJ/mol 氢)根据式I和式2，每摩尔硝酸盐还原为铵盐就能减少I摩尔甲烷的生成。此外，与尿素类似，源于硝酸盐代谢产生的氨可作为微生物蛋白质合成的N的来源。因此，存在一种利用硝酸盐作为非蛋白氮(NPN)同时作为抗产甲烷剂的可能。其结果是，反刍动物日粮配方中通常用作NPN源的尿素或真正的蛋白质来源(大豆粉、棉籽柏等)可被硝酸盐替代，将营养和抗-产甲烷的潜能结合用于日粮中。研究表明，当使用未受保护的(无涂层)硝酸盐来源时，瘤胃发酵产生的甲烷减少了 46.6 %。没有预先适应而饲喂硝酸盐-突然饲喂硝酸盐-对包括反刍动物在内的动物来说是有毒性的，可引起一种名为高铁血红蛋白症的疾病。这种疾病在本领域中是公认的，例如当动物摄取硝酸盐含量高的饮用水或饲喂来自温带气候草料时，可观察得到，其体内积累高浓度的硝酸盐。一旦被摄入，硝酸盐即被瘤胃微生物代谢成它的中间化合物亚硝酸盐(式I)。通过第二个反应，亚硝酸盐继续被还原为铵盐(式2)。使亚硝酸盐形成的第一个还原反应以快于消耗亚硝酸盐的反应的速度发生。其结果是产生了瘤胃亚硝酸盐的积累，亚硝酸盐对动物来说是有毒化合物。亚硝酸盐很容易被消化道壁吸收，进入血液循环，将亚铁(Fe2+)形式的血红蛋白转化成高铁(Fe3+)形式。高铁血红蛋白不能将氧输送到组织中，导致缺氧症-O2匮乏引起死亡。一般情况下，症状是快速的脉率和呼吸速率增加，随之而来的是肌肉震颤和全身无力。由于缺氧，眼睛、嘴和鼻子的细胞膜颜色变暗，血液也显示褐色或“巧克力”的色素沉着。极端情况下会发生死亡。长远来看,这种疾病导致性能损失(牛奶产量、体重增加和羊毛产量都降低)。已经证实，反刍动物逐渐适应硝酸盐可使硝酸盐还原微生物的活性提高，主要有反会月形单胞菌乳酸分解亚种(Selenomonas ruminantium subsp.lactilytica)、小韦荣球菌(Veillonella parvula)、产玻拍酸沃廉菌(Wolinella succinogenes)和埃氏巨球型菌(Megasphaera elsdenii),从而降低亚硝酸盐积累的风险。然而，动物对硝酸盐的适应给反刍动物生产系统带来了一些的实用性和可操作性的问题。饮食习惯的改变使动物紧张，降低动物在此期间的生产潜力。此外，由于操作者在准备动物饲料配给和饲喂动物期间引起的失误和错误，适应阶段存在潜在的危险。与硝酸盐相似，硫酸盐还原为氢硫酸(H2S)是一种吸收氢和减少瘤胃产甲烷的替代方法(式4)。在瘤胃中，与产甲烷古菌类似，硫酸盐还原细菌利用氢气来生长。因此，刺激硫酸盐利用微生物的生长是减少甲烷的一个策略，从而增强了氢气消耗这一替代途径。硫酸盐还原产生的能量(AGQ=_152kJ)比甲烷生成产生的能量(AGQ=_131kJ)高，使得这种替代的代谢途径可与甲烷生成竞争。SO42 +4H2+2H.— H2S+4H20 (式 4)硫源的使用对将硝酸盐中毒的风险降至最低是特别重要的。硫被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硝酸盐和硫酸盐的组合物，用于反刍动物营养以减少甲烷排放，其特征在于，该组合物含有以下优选组分：i.40%?97%重量百分比的硝酸钙，优选十水合硝酸铵钙[5Ca(NO3)2·NH4NO3·10H2O]复盐，更优选为60%?85%重量百分比；ii.至多50%重量百分比的硫酸镁，优选一水合硫酸镁或无水硫酸镁（MgSO4·1H2O或MgSO4），优选3%?20%重量百分比；iii.1%?40%重量百分比的涂层，优选氢化植物油，优选3%?20%重量百分比；和iv.至多20%重量百分比的添加剂，优选0.1%?10%重量百分比，该组合物呈涂覆的颗粒剂，优选用植物油涂覆，其中所述植物油为大豆油、蓖麻油、棕榈油、巴巴苏油、腰果壳液或油，或者，椰子油、亚麻仁油和菜籽油。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.23 BR PI1102284-11.一种基于硝酸盐和硫酸盐的组合物，用于反刍动物营养以减少甲烷排放，其特征在于，该组合物含有以下优选组分: 1.40%-97%重量百分比的硝酸钙，优选十水合硝酸铵钙[5Ca(N03)2.NH4NO3.IOH2O]复盐，更优选为60%-85%重量百分比； i1.至多50%重量百分比的硫酸镁，优选一水合硫酸镁或无水硫酸镁(MgSO4.IH2O或MgSO4),优选3%-20%重量百分比； ii1.1%-40%重量百分比的涂层，优选氢化植物油，优选3%-20%重量百分比；和 iv.至多20%重量百分比的添加剂，优选0.1%_10%重量百分比，该组合物呈涂覆的颗粒剂，优选用植物油涂覆，其中所述植物油为大豆油、蓖麻油、棕榈油、巴巴苏油、腰果壳液或油，或者，椰子油、亚麻仁油和菜籽油。2.根据权利要求1所述的基于硝酸盐和硫酸盐的组合物，其特征在于，还可以使用其他硝酸盐或其混合物，如四水合硝酸钙[Ca (NO3) 2.4H20]、无水硝酸钙[Ca (NO3) 2]、硝酸镁[Mg(NO3)2.6H20]、硝酸钠(NaNO3)'硝酸钾(KNO3)和硝酸铵(NH4NO3),尿素硝酸钙[Ca(NO3)2.4C0 (NH2)2]，硝酸铵和硫酸铵复盐[(NH4)2SO4.3 (NH4NO3)或(NH4)2SO4.2(NH4N03)]，以及上述盐的含有不同数目结晶水或无结晶水的可能形式，和其他相容的硝酸盐。3.根据权利要求1所述的基于硝酸盐和硫酸盐的组合物，其特征在于，还可以使用其他硫酸盐或其混合物，如七水合硫酸镁[MgSO4.7H20]，硫酸钠[无水Na2SO4, Na2SO4.7H20和 Na2SO4.IOH2O],硫酸铵[(NH4)2S04]，硫酸钾(K2SO4),硫酸钙(CaSO4 或 2CaS04.IH2O),硫酸锌(无水 ZnSO4 或 ZnSO4.7H20),硫酸亚铁(FeSO4.IH2O, FeSO4.4H20, FeSO4.5H20 或FeSO4.7H20),硫酸锰(无水 MnSO4 或 MnSO4.4H20)，硫酸铜(无水 CuSO4 或 CuSO4.5H20),其他相容的硫酸盐，以及半胱氨酸、硫化物、亚硫酸盐、元素硫和钨酸钠。4.根据权利要求1所述的基于硝酸盐和硫酸盐的组合物，其特征在于，所述组合物使用选自如下物质构成的组中的至少一种油进行涂覆:大豆油、蓖麻油、棕榈油、腰果壳液或油、棉子油、亚麻仁油、花生油、巴巴苏油、葵花子油、椰子油、菜籽油、小麦油、大米油、玉米油、可可油、红花油，以及植物蜡和动物蜡，如巴西棕榈蜡、玉米蜡、蓖麻蜡和蜂蜡。5.根据权利要求1所述的基于硝酸盐和硫酸盐的组合物，其特征在于，所述组合物可使用与动物营养学相容、显示出与上述油在促进物质控释方面具有相同或类似的属性的任何其他材料进行涂覆，如在瘤胃中可降解或不能降解的天然材料，如纤维素和添加有碳酸钙、蔗糖、植物油和黄原胶的羧基纤维素基乳剂；含有与聚乙烯醇混合的淀粉和其它多糖的涂层；以及基于木质素/木素磺酸盐或壳聚糖生物聚合物的涂层。6.根据权利要求1所述的基于硝酸盐和硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·H·佩戈拉罗，R·C·阿劳霍，
申请(专利权)人：格拉斯普工商业有限公司，
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