純纖維素在提高飼料能量含量中的用途
【專利摘要】本發明涉及包含至少一種類型的谷類作物的飼料，和它的制備方法，在該飼料中高能量成分的含量和特性已得到優化，從而飼料中除谷類作物之外的主要成分為微纖維素，其最合適具有窄的粒徑分布，已發現該微纖維素在動物的胃，尤其是反芻動物如奶牛的瘤胃，中以特別有利的方式被消化。
【專利說明】純纖維素在提高飼料能量含量中的用途
[0001] 發明背景 發明領域。
[0002] 本發明涉及一類除含有常規谷類作物之外，還含有微纖維素的飼料。
[0003] 相關技術說明 當喂養動物尤其是反芻動物時，飼料的所有成分，例如纖維、蛋白質和糖，在生產和動 物生長的不同階段都有它們的意義。動物在它們生命的所有階段必須有效地進行喂養，直 到將它們屠宰。然而，由于動物的能量需求變化等，在這些不同的階段對喂養有不同的要 求。此外，用于不同目的（例如作為乳牛或肉牛）的動物具有不同的需求，例如，產奶奶牛 需要大量能量以有效地生產高品質牛奶，而肉牛的需求通過它們的生長來引導。
[0004] 常規谷物由于它們的淀粉含量被用作牲畜飼料等。作為碳水化合物，淀粉提供給 谷物所需的能量含量。然而，淀粉具有不利的化學結構，由此它在動物的瘤胃中溶解太快。 因此，進食后瘤胃的PH值以不利的方式降低，并暫時擾亂瘤胃的功能。
[0005] 此外，常規的植物纖維，例如包含在常規谷類作物中的那些，具有相對低的碳水化 合物含量。除纖維素之外，它們主要含有半纖維素和木質素。木質素具有不易消化的缺點， 而半纖維素與上述淀粉類似，它們消化太快。因此，很少使用純谷類作物喂養牲畜。改為使 用各種添加劑，或作為單獨的營養產品或與常規谷類作物混合。改善飼料的常見方式是在 植物纖維中富集高能量成分。這些高能量纖維可以是加入到谷類作物中的纖維，例如，從木 材加工產業獲得。
[0006] JP 2011083281涉及一類由含有纖維素和半纖維素的木材或植物漿制成的飼料。
[0007] FI 78814和FI 1094/66均涉及飼料中使用的原料，所述原料含有木材加工產業 的細屑。
[0008] US 5023097涉及生物質的脫木質化作用，以獲得營養性纖維。
[0009] 進一步進展通常集中于使用高含量的特定添加劑，例如纖維素或半纖維素，或兩 者。
[0010] US 2004 047897涉及一類包含具有50-250 μ m纖維長度的纖維素作為添加劑的 飼料。
[0011] 然而，即使當含有高含量的天然高能量成分，例如纖維素和木材加工產業的副產 品時，這些纖維也是以在動物的瘤胃中不易利用和消化或消化太快的方式含有所述能量。
[0012] DD 144862涉及一類含有常規植物作物和具有20-40 μ m粒徑的纖維素的混合物 的飼料，通過將其與各種營養添加劑或藥物混合使用。
[0013] 然而，在所述出版物中，飼料的作用純粹是為動物遞送進一步的營養物或藥物。因 此，飼料本身的營養含量沒有得到優化。
[0014] 發明概述 本發明的目的是提供一種用于喂養牲畜特別是反芻動物的飼料，其中飼料具有高含量 的以有利方式被消化的碳水化合物。
[0015] 具體地，本發明的目的是提供一種具有不干擾瘤胃功能的合適能量含量，特別是 具有高葡萄糖含量的飼料。
[0016] 這些和其它目的，連同其優點，相對于已知飼料及其用途，通過如下文中所描述的 和要求保護的本發明來實現。
[0017] 與含有纖維素、半纖維素、蠟和木質素的植物纖維相反，具有高葡萄糖含量的微纖 維素可被喂養這些的動物如反芻動物有效地利用和消化。因此，還可以在動物的生長中，或 在動物（例如奶牛）生產高品質牛奶的能力中得到改善。
[0018] 因此，本發明涉及含有至少一種類型的谷類作物以及微纖維素的飼料，所述微纖 維素為以有利方式被消化的形式。
[0019] 更特別地，本發明的飼料的特征在于權利要求1的特征部分所說明的。
[0020] 此外，制備飼料的本發明方法的特征在于權利要求10的特征部分所說明的。
[0021] 通過本發明取得了顯著的進步。因此，本發明提供一種新型飼料，其含有為可以有 利方式被動物消化的形式的高能量成分。必要時，也可以容易地改變飼料中蛋白質、高能量 成分，例如碳水化合物，以及礦物質等的含量，以適應季節和動物生長的變化。
[0022] 接下來，將更密切參照所附的詳述描述本發明。
[0023] 本發明的優選實施方案的詳述 本發明涉及含有至少一種類型的谷類作物，以及為以有利方式被消化的形式的微纖維 素的飼料。
[0024] 優選地，微纖維素為"高純度"微纖維素的形式，即具有高葡萄糖含量，尤其是具有 > 97重量％的葡萄糖含量，最合適具有> 98重量％的葡萄糖含量的微纖維素。可選地，微 纖維素可以為"中等純度"微纖維素的形式，優選為具有> 70重量％，優選> 80重量％，且 最合適> 90重量％的葡萄糖含量的含木質素的微纖維素。
[0025] 微纖維素可以不同的含量用于飼料中，取決于所喂養的動物在其發育和生長的目 前階段的能量需求。然而，通常使用微纖維素含量高達飼料重量的29%，優選高達20重量％， 更優選5-15重量％，最合適8-10重量％。
[0026] 如本文所用，術語"微纖維素"意在包括微晶纖維素（MCC)、粉末狀微纖維素和水解 纖維素。MCC通常被定義為已被純化且從α-纖維素部分解聚的微纖維素。聚合度通常小 于400。類似地，粉末狀纖維素通常已被純化且從α-纖維素分解。另外，術語"微纖維素" 意在包括含木質素的微纖維素，其（如上所述）可具有較低的葡萄糖含量，但代替含有木質 素。在這種情況下，使用含木質素的纖維素作為原料制備（根據本文所述的方法）微纖維 素。
[0027] 然而，所使用的微纖維素通常具有約0-10重量％，優選0. 5-7重量％，更優選1-5 重量％的半纖維素含量,通過典型的碳水化合物分析方法（例如描述于"Determination of hemicelluloses and pectins in wood and pulp fibres by acid methanolysis and gas chromatography，'，1996,Nordic pulp and paper research journal,No. 4,pp. 216-219) 測量。
[0028] 微纖維素的平均粒徑優選為8-100 μ m，更優選為10-60 μ m，甚至更優選為15-30 μ m，最合適小于20 μ m。
[0029] 飼料可以類似于草或其它常見類型的天然飼料植物的形式提供，優選具有至少一 種類型的含谷物和秸桿的谷類作物，具有>2mm的平均顆粒/纖維長度，更優選>5mm的平均 顆粒/纖維長度。任選地，至少部分谷類作物發酵為青貯飼料，例如10-100重量％，合適地 為50-100重量％。
[0030] 所述谷類作物優選選自玉米、小麥、大麥、高粱、草、燕麥、苜蓿、蓮、卷心菜、三葉 草、小米和大豆，以及它們的雜種和混合物。
[0031] 除谷類作物和微纖維素之外，其它營養成分也可加入到飼料中，但這些不是必需 的。特別地，優選從天然原材料中選擇所有飼料成分，優選基于植物的材料，避免尤其是小 的合成化合物，例如藥物，其可在動物的肉或它產生的奶中累積。
[0032] 根據本發明的優選實施方案，除谷類作物和微纖維素之外，飼料不包含其它成分， 即它由至少一種類型的谷類作物和微纖維素組成。
[0033] 然而，在本發明的所有實施方案中，可以混合多于一種類型的谷類作物，以在飼料 的營養含量中獲得進一步的變化。根據本發明的一個替代方案，使用至少兩種類型的谷類 作物。
[0034] 本發明還涉及制備所述飼料的方法。基于這種方法，提供至少一種類型的谷類作 物，同時單獨制備微纖維素。然后將這些成分混合，隨后將任選的其它成分加入到制成的飼 料混合物中。
[0035] 將作物發酵為青貯飼料的任選階段可在將谷類作物與微纖維素混合之前或之后 進行。
[0036] 可對所得的飼料產品進行加工，例如，通過將它壓制成小丸（pellet)或其它單位 包裝的產品形狀。然而，谷類作物的纖維長度優選保持在>2 _的尺寸，如上所述，由此避 免廣泛的研磨。
[0037] 微纖維素可根據任何已知的方法來制備。
[0038] 然而，根據本發明的優選實施方案，通過FI20105641中所述的方法制備微纖維 素。更具體地，將纖維狀纖維素材料在至少140°C，優選140至185°C，更優選150至180°C， 最合適155至175°C的溫度下，和以基于纖維素干重至少8%，優選8至50%，更優選15至 50%，甚至更優選20至50%，且最合適25至45%的稠度進行溫和酸水解。
[0039] 水解可通過使纖維狀纖維素材料與酸接觸（優選通過混合）來進行。
[0040] 在水解中用作原料的纖維狀纖維素材料可以是任何纖維素材料，例如基于軟木或 硬木的材料，優選其化學漿，其材料可在上述條件下水解，且可包含纖維素外的其它材料， 例如木質素或半纖維素。非木質的木質纖維素植物材料也可以是合適的，例如棉、草、甘蔗 渣、谷類作物的秸桿、亞麻、大麻、劍麻、馬尼拉麻或竹。因此，部分相同的材料可如用作本發 明飼料的谷類作物一樣用于微纖維素的制備中。最合適地，上述谷類作物的秸桿被用在水 解的原料中。
[0041] 在水解的原料中，木質素含量優選為原料重量的〈5%，更優選為〈2重量％，最合適 為〈1重量％，而半纖維素含量優選為〈15重量％，更優選為〈10重量％。
[0042] 此方法提供具有窄的粒徑分布的高質量微纖維素，其粒徑分布可通過改變水解方 法的條件來控制，例如使用的酸的量和用于水解步驟的時間，如FI20105641中所述。
[0043] 根據本發明的另一實施方案，微纖維素的生產集成到纖維素生產工廠 (production plant)中，如FI20105642中所述，由此提供高純度微纖維素的穩定供應。
[0044] 在畜牧業中，牲畜通常根據喂養計劃進行喂養，所述喂養計劃考慮到各種成分的 測量含量，例如飼料中的蛋白質，高能量成分，例如碳水化合物和礦物質，以及它們的消化 率。基于此信息，為不同類型的動物（用于不同的目的或在生長的不同階段）提供單獨的 喂養計劃，其可在需要時容易地改變，以考慮到季節和動物生長的變化等。
[0045] 因此，根據本發明的一個實施方案，制備本發明的飼料的方法包括為特定類型的 動物或單個動物設計喂養計劃的步驟，這考慮到該動物或動物組的目前能量需求。
[0046] 以下非限制性實施例僅意在說明本發明的實施方案獲得的優點。 實施例
[0047] 使用FI20105642中所述的方法，通過將0-10重量％的根據FI20105641制備的微 晶纖維素（MCC)形式的微纖維素混合到常規谷類作物中，制備示例性的飼料組合物。計算 總碳水化合物含量，以及這些含量的相對增加量。組合物的含量在下面的表1中描述。
【權利要求】
1. 飼料，其含有至少一種類型的谷類作物，特征在于所述飼料進一步包含微纖維素。
2. 根據權利要求1的飼料，其中所述至少一種類型的谷類作物至少部分為谷物和秸桿 的形式，具有>2mm的長度。
3. 根據權利要求1或2的飼料，其中所述谷類作物至少部分被發酵為青貯飼料。
4. 根據任一前述權利要求的飼料，其中所述谷類作物選自玉米、小麥、大麥、高粱、草、 燕麥、苜蓿、蓮、卷心菜、三葉草、小米和大豆，以及它們的雜種和混合物。
5. 根據任一前述權利要求的飼料，其包含具有> 97重量％的葡萄糖含量的微纖維素， 或具有> 70重量％的葡萄糖含量的含木質素的微纖維素。
6. 根據任一前述權利要求的飼料，其包含高達29重量％的微纖維素，優選高達20重 量％，更優選5-15重量％，最合適8-10重量％。
7. 根據任一前述權利要求的飼料，其中所述微纖維素具有8-100 μπι，優選10-60 μπι， 更優選15-30 μ m，最合適小于20 μ m的平均粒徑。
8. 根據任一前述權利要求的飼料，其由至少一種類型的谷類作物和微纖維素組成。
9. 根據任一前述權利要求的飼料，其包含至少兩種類型的谷類作物。
10. 制備根據權利要求1-9中任一項的飼料的方法，特征在于 -提供至少一種類型的谷類作物， -制備微纖維素，和 -將所述谷類作物與所述微纖維素混合。
11. 根據權利要求10的方法，其中所述微纖維素通過使纖維狀纖維素材料在至少 140°C的溫度下，以基于纖維素干重至少8%的稠度進行酸水解來制備，尤其是通過將纖維 狀纖維素材料與酸接觸，優選通過混合進行接觸。
12. 根據權利要求10或11的方法，其中所述水解的原料是基于軟木或硬木的材料，優 選其化學漿，或非木質的木質纖維素植物材料，優選選自棉、草、甘蔗渣、谷類作物的秸桿、 亞麻、大麻、劍麻、馬尼拉麻或竹，最合適為谷類作物的秸桿。
13. 根據權利要求10至12中任一項的方法，其中加入所述微纖維素至含量高達飼料重 量的29%，優選高達20重量％，更優選5-15重量％，甚至更優選8-10重量％，并且最合適至基 于喂養計劃確定的含量，所述喂養計劃考慮到飼料中不同成分的測量含量、它們的消化率、 動物類型、季節和動物的生長階段的變化。
【文檔編號】A23K1/14GK104284599SQ201380012739
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年3月7日 優先權日:2012年3月7日
【發明者】K.范哈塔洛, O.達爾, K.帕維艾恩 申請人:阿爾托大學基金會