纳米级液体复合维生素

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[table=98%][tr][td=2,1]纳米材料作为物质存在的一种新状态，正逐渐被人们所认识。纳米技术和纳米材料的科学价值和应用前景，已逐渐被人们所接受。纳米材料的制备及其相关性能的理论与应用研究作为一个新的学科领域，正在形成与发展之中，目前已广泛应用在工业、农业、医疗和纺织等行业。运用纳米技术可以改善或改变维生素的水溶性、分散性和吸收率；改善维生素在畜禽体内的生理、生化过程，提高维生素的生物利用率；改善维生素和饲料加工之间的相容性，并且在纳米尺度上观察认识维生素在提高人类和畜禽的保健功能和营养功能上的新现象和新规律。在复合维生素中加进免疫球蛋白和低聚糖，从而强化维生素的免疫和保健功能，使它们和高溶解、高吸收、高营养的维生素在纳米技术这一平台上得到完美的融合，是纳米级维生素的技术核心。
1  纳米级维生素
    所谓纳米级维生素是指通过一定的微细加工方法，把维生素微粒粉碎到lOOnm以内，直接操纵维生素的原子、分子或原子团和分子团。利用复配技术使其重新排列，形成具有纳米尺度的新剂型维生素：研究它的物理特性，并研究其和微米粒度(10~251μm)的维生素在比表面积、表面活性、溶解性、吸收率、营养性和在机体内的生理生化过程中的差异，最终研制成具有独特的溶解度，吸收率，生理、生化特点，对机体起到高营养免疫作用的新剂型维生素。
纳米级维生素是由零维的维生素纳米微粒、二维和三维的维生素纳米结构所组成的纳米级非连续相液体，由于尺寸小，比表面积大等原因，使它具有不同于微米粒度维生素的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学、化学方面，生理、生化过程和营养性与微米粒度的维生素相比，都有着显著的不同。
2纳米级液体维生素制备技术
2．1  制备方法
纳米级维生素的制备方法采用乳液法，利用水、油两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，通过表面修饰，避免脂溶性维生素油滴之间的重新团聚。这一方法的关键是使每个脂溶性维生素油滴被一连续水相包围，即形成水包油(0/W型乳液，这种非均相的液相合成法具有粒度分布窄．并且容易控制等特点。
2．2基本原理
    纳米级维生素的微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂、稳定剂、脂溶性维生素、水溶性维生素、氨基酸、低聚糖等和去离子水组成透明的各向同性的热力学稳定体系。在经过液体粉碎后的微乳液中．微小的脂溶性维生素“油滴”桩被表面活性剂、助表面活性剂和稳定剂所组成的单界面所包围，形成微乳颗粒．其粒径在20-25nm之间。微小的脂溶性维生素“油滴”尺度小且彼此分离，因而构不成油相，通常称之为“准相(pseduophase）”这种特殊的微环境，我们称之为“微反应器(mieroreactor）”。大量实验已证明它是形成多种维生素“功能协同结构体”的理想介质。
纳米级维生素微乳颗粒在不停地做布朗运动。不同维生素颗粒在互相碰撞时．组成界面的表面活性剂、助表面活性剂和稳定剂的碳氢链可以相互渗入．与此同时，一种脂溶性维生素“油滴”中的离子可以穿过界面进人另一种脂溶性维生素的“油滴”中，“油滴”中的这种渗透可以在“油滴”之间进行，也可以在水溶性维生素颗粒和“油滴”之间进行；此外。水溶性维生素之间通过碳氢键也有离子交叉。微乳液的这种物质交换的性质，使维生素中功能相同的不同离子问形成“功能协同结构体”成为可能，这也是纳米级维生素比微米级维生素具有更高的营养性和更好的保健功能的原因所在。
2．3微粒的尺寸评估
    纳米级维生素的纳米结构是由维生素纳米微粒所组成的准一维、准二维和准三维纳米结构团簇，颗粒尺寸(粒径)即指其直径。我们用激光散射技术，采用日本大冢电子公司所生产的激光光散射仪(0LS700型)，实验温度为(25土45)℃，激光波长为632．8nm，检测其粒度大小结果为19．7~24．8nm，在此范围，粒度分布为100％。
3纳米级维生素功能特点
3．1复合维生素配方的独特性和先进性
运用纳米技术能把维生素对畜禽的免疫保健功能和维生素的高溶解度、高吸收率和高利用率结合起来。复合维生素配方的组成至关重要，不仅要考虑到各维生素组分之间的协同、维生素和其它营养物质间的协同，还要考虑到纳米级维生素在机体内代谢的特殊性、纳米结构自组装体系和分子自组装体系形成所衍生的“功能协同结构体”对整体复合维生素的营养和保健功能的影响，这些特点也恰恰是复合维生素配方的独特之处和先进所在。
3．2  自动衍生“功能协同结构体”特性
    纳米级维生素是由10种水溶性维生素纳米颗粒、4种脂溶性维生素纳米颗粒、4种氨基酸纳米颗粒、7种微量元素纳米颗粒、双歧因子纳米颗粒和免疫因子纳米颗粒、电解离子等所组成的一个非连续相液体．这些纳米微粒我们称之为“反应池”。这些纳米微粒在液体中不停的做布朗运动，不同的纳米微粒在碰撞时．由于组成界面的表面活性剂、助表面活性剂和稳定剂的碳氢键相互渗入，一个“反应池”中的离子可以进入到另一“反应池”，使得这些纳米微粒发生了多种物理反应和化学反应，这种特殊的微环境，我们称之为“微反应器”。“微反应器”是各种保健物质和免疫物质发生催化反应、配位反应和络合反应的理想介质。通过研究证实，刚生产出来的纳米级复合维生素，其气味和口感一般，放置两个星期以后，就会变得和正常生产的维生素味道一样，芳香可口，对机体的抗应激效果和补给效果也大大提高，所以，纳米级复合维生素有一个动态的“功能协同结构体”的衍生过程。
    纳米级复合维生素的“功能协同结构体”的衍生过程，实际上是维生素纳米结构的自组装体系或是分子自组装体系的形成过程。
    纳米结构的自组装体系是指通过弱的和较小方向的非共价键，如氢键和范德耳瓦斯键的协同作用，把原子、离子和分子连接在一起，构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样(pattem)。自组装过程的关键不是大量原子、离子和分子间弱作用力的简单叠加，而是一种整体系统的协同作用。纳米结构的自组装体系的形成有两个重要的条件：一是有足够数量的非共价键或氢键存在，这是因为氢键和范德耳瓦斯键等非共价键很弱，只有足够量的弱键存在，才能通过协同作用．构筑成稳定的纳米结构体系；二是自组装体系的能量较低，否则很难形成稳定的自组装体系。
    分子自组装体系是分子与分子在平衡条件下，依靠分子间非共价键力，自发的结合成稳定的分子聚合体faggregates)的过程。营造分子自组装体系要划分为3个层次：第一，有序的共价键，首先结合成结构复杂的、完整的中间分子体；第二，由中间分子体通过弱的氢键、范德耳瓦斯键及其它非共价键的协同作用，形成结构稳定的大分子聚集体；第三，由一个或几个分子聚集体作结构单元，多次重复自组装，排列成纳米结构体系。也就是说，纳米级复合维生素是由许多维生素和维生素、维生素和其它营养物质所组成的纳米结构体及大的分子聚集体所组成。例如：维生素E和维生素C形成的“功能协同结构体”，其抗氧化功能会大大加强，这可能是缩短了维生素与自由基反应后，通过维生素C得到再生的路径所致，因为这些过程可直接在“功能协同结构体”上进行。
纳米级维生素正因为有此特性，所以它的保健和免疫功能的形成，并不是数种维生素的保健和免疫功能的简单叠加和复合，而是所有具有保健和免疫功能的物质间，通过纳米结构和分子问的自组装，形成一种新型鲜活的、协同作用更强的、有独特营养保健免疫功能的“功能协同结构体”存在的维生素复合剂。这样结构状态的复合维生素，自然界可能存在，也可能是自然界尚不存在的新的营养物质。这种“功能协同结构体”的衍生过程在复合维生素产品中表现较为突出．而在单项维生素产品中则表现不明显。
3．3表面效应
球形颗粒的表面积与半径的平方成正比，其体积与半径的立方成正比．故其比表面积(表面积／体积)与半径成反比。表面效应是指纳米微粒表面原子数与总原子数之比，随粒径变小而急剧增大后，所引起的性质变化。纳米级维生素的粒径为20-25nm，比表面积为70m2／m1，这样的比表面积使处于表面的原子数越来越多，同时，表面能迅速增加。由于表面原子数目增加．比表面积大，致使原子配位不足，表面原子的配位不饱和性，导致产生大量的悬空键和不饱和键，加之表面能高，因而导致这些表面具有高的活性，极不稳定．很容易与其它原子结合。这种表面原子的活性，不但引起纳米粒子原子运输和构型的变化，同时，也会引起表面电子构象和电子能谱的变化。
3．4高吸收利用性
    纳米级维生素中脂溶性维生素是亲水性的，又处在胶体分散状态，因而是一种热力学稳定体系，更重要的是20-25nm的脂溶性维生素，改善了脂溶性维生素在畜禽体内的药物动力学特性。主要表现在3个方面：第一。纳米级脂溶性维生素可使脂溶性维生素的吸收效率明显增加，纳米级脂溶性维生素液在胃肠中可使脂溶性维生素释放迅速，而且与胃肠道上皮层有良好的接触，通过胃肠道上皮细胞间质，穿过肠道并进入血液循环，结果使脂溶性维生素容易吸收，生物利用率明显提高。普通的脂溶性维生素的平均生物利用率为30％左右。而纳米级脂溶性维生素的平均生物利用率可达98％。第二，纳米级脂溶性维生素吸收更迅速，平均达峰时间提前。第三，纳米级脂溶性维生素，可使其体内药物动力学稳定性提高，补充脂溶性维生素者之间个体差异变小。纳米级脂溶性维生素的吸收受胃肠道生理状态的影响f如胆汁分泌、采食和饲料内脂肪含量的影响1比较小，可以不通过胆汁溶解，便可到达肠细胞的表面，通过非载体介导的被动扩散，进入肠黏膜细胞。若这一推论成立，纳米级脂溶性维生素的吸收将达到100％，而患有肝脏疾病和脂肪吸收障碍的禽畜，脂溶性维生素的吸收都不会受到影响．这在医药行业具有十分重要的意义，也为纳米技术在营养保健和医药领域的应用提供了依据。
水溶性维生素和蛋氨酸、苏氨酸、赖氨酸等的吸收，是通过易化扩散、被动转运以及钠泵的主动转运而进入小肠黏膜的，而钠泵的主动转运，也只有当氨基酸和水溶性维生素的浓度高时才起作用，所以说氨基酸和水溶性维生素的粒度大小、溶解程度和胃肠道的有效接触面是氨基酸和水溶性维生素吸收的关键。纳米级氨基酸和水溶性维生素的微粒，以其独特的表面效应、界面效应和小尺寸效应，无疑可加大氨基酸和水溶性维生素与胃肠道细胞的有效接触面，从而提高其吸收率和生物利用率，这对畜禽限制性氨基酸和水溶性维生素的及时补充，具有十分重要的生理意义。
3．5安全性
纳米级维生素的生产，所用原辅材料是对人体和动物有益的有机物，包被材料为生物原料，在加工生产过程中，采用低温高压工艺，加工过程中，将有害菌的细胞壁完全破碎。使其失活，再通过微滤工艺，将其滤去。所以说纳米级维生素是真正安全无菌的。若在包装过程中不发生二次污染，将会延长其货架寿命。
3．6稳定性
    纳米级维生素由于采用了先进的界面工艺。充分利用了维生素间不同的表面张力，瞬间纳米级超微粉碎，并在分子水平上瞬间进行生物膜深层次包埋．使不同酸碱度、不同热敏度、不同光敏度和不同氧化还原程度的维生素及其它营养物质共处于同一非连续相的液体中，彼此稳定而互不干扰，很好地解决了由于环境因子不稳定而使维生素效价降低的问题，货架寿命可达二年以上。
3．7高效价性
    乳化复合维生素中的脂溶性维生素．是以表面活性剂、葡萄糖和糊精乳化后，均质、燃干、碎粒而得。研究认为：粉状复合维生素中的脂溶性维生素的吸收率为20％~25％，生物利用率为30％；乳化复合维生素中的脂溶性维生素的吸收率为40％~45％，生物利用率为55％；纳米级复合维生素中的脂溶性维生素的吸收率为100％，生物利用率为90％以上。由此可得：粉状复合维生素的生物学效价为6％~7．5％；乳化复合维生素的生物学效价为22％~25％；纳米级复合维生素的生物学效价为90％以上。粉状复合维生素的目前市场价为70元／kg；按同等维生素含量折算，乳化复合维生素的市场价为200元／kg；纳米级复合维生素的预计市场价为400元／kg。最终得出3种维生素剂型的效价比，粉状复合维生素的效价比为107：l 000：乳化复合维生素的效价比为125：1 000；纳米级复合维生素的效价比为225：1 000。
综上所述，纳米级维生素巧妙地应用了纳米技术，明显地增加了维生素的有效性和稳定性。药物经济学研究表明．纳米级维生素可减少用量20％左右．综合成本可减少30％左右，可带来极大的社会效益和经济效益。
3．8适用性广
纳米级维生素的剂型有两种：一种为液体，一种为粉体。液体纳米级维生素可向饮水中添加；可和液体蛋氨酸一起喷洒，也可单独喷洒，用于配制全价料和浓缩料；可作为膨化料的后喷涂液。粉体纳米级维生素由液体维生素喷雾所得，喷雾后的粒度约为35nm，可拌料，也可饮水，溶水后，液体仍为透明状。总之，纳米级维生素可适用于不同的使用方式和方法。

    由于纳米级维生素具有上述独特的物理特性和营养保健免疫功能，以及在生产应用中优良的效价比和方便的使用方式，所以说纳米级维生素是继粉状维生素和乳化维生素后的第三代新剂型维生素，势必会引发饲料添加剂领域的革命，甚至会改变人们对畜禽营养、保健和免疫的思维方式。

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