СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАЛЬЦИЕВЫХ МЫЛ ДЛЯ КОРМОВ ДЛЯ ЖИВОТНЫХ
METHOD FOR PRODUCTION OF CALCIUM SOAPS FOR ANIMAL FEEDS

Настоящее изобретение относится к новому способу получения кальциевых мыл, богатых жирными кислотами, кальциевым мылам, полученным этим способом, и их применению в качестве ингредиентов кормов для животных, а именно для животных с однокамерным желудком.
Способы получения кальциевых мыл известны в уровне техники в течение многих лет. Обычно мыла получают из природных животных или растительных жиров, содержащих триглицериды, включающие жирные кислоты, обычно, длинноцепочечные жирные кислоты, присоединенные к глицериновому скелету, с образованием солей способом омыления в присутствии оснований.
Жирные кислоты, обычно являющиеся составной частью этих триглицеридов, представляют собой длинноцепочечные жирные кислоты, такие как олеиновая, стеариновая, пальмитиновая, миристиновая, лауриновая, линоленовая и линолевая кислоты. Также присутствуют жирные кислоты с более короткими цепями, такие как масляная, каприновая, каприловая и капроновая кислоты.
Сильные неорганические основания щелочных металлов, такие как гидроксид натрия или гидроксид калия, выбраны как подходящие основания для реакции омыления. Обычно получение и применение щелочных мыл ограничивается косметикой.
При получении кальциевых мыл оксид кальция (СаО) вводят в жиры вместо добавления гидроксида щелочного металла, что обуславливает другие параметры реакции омыления.
В патенте US 4642317 описан способ, который делает возможным увеличение пропорции жира в корме для жвачных животных без оказания негативного воздействия на микроорганизмы рубца, способ состоит в обеспечении указанных животных жирными кислотами, предварительно полученными в форме солей кальция. Один из примеров способов получения указанных солей из природных жиров, известный из уровня техники, представляет собой омыление указанных жиров гидроксидом натрия или калия, отделение фазы, содержащей соли щелочных металлов, и последующее растворение указанной фазы в водной среде, и смешивание с солями кальция.
В патентах US 4826694 и US4909138 также описаны композиции для скармливания жвачным животным, где основной компонент (60-80% композиции) составляют соли длинноцепочечных жирных кислот кальция или магния (в основном с 14-18 атомами углерода), хотя также указанное присутствие триглицеридов (5%-15%) очень важно для композиции, используемой в качестве корма для жвачных животных. В приведенных патентах также описаны устройство и способ получения таких композиций, включающий смешивание одного или более основного оксида (предпочтительно СаО) в избытке с жирными кислотами, триглицеридами и водой, и возможно с дополнительным питательным материалом в качестве источника белков, тщательную гомогенизацию смеси, что вызывает экзотермическую реакцию, при которой образуются соответствующие соли жирных кислот, последующее нанесение смеси на гладкую поверхность, так чтобы большая часть воды выпарилась. Указано, что в одном из предпочтительных вариантов изобретения способ включает предварительное нагревание жирных кислот, например, до 80°С-100°С, перед смешиванием их с источником основного оксида, предпочтительно с известью (СаО).
Также известны модификации этого основного способа. Например, в патенте США 5234701 описано добавление водного раствора карбоната-бикарбоната натрия, представляющего собой побочный остаточный эффлюент при производстве бикарбоната, в качестве водной среды для реакции образования солей кальция. Это добавление карбоната-бикарбоната натрия ведет к увеличению эффективности способа благодаря промежуточной реакции, заключающейся в образовании натриевой соли жирной кислоты, которая облегчает образование соответствующей соли кальция.
В других патентах подчеркивается важность условий реакции для получения продуктов с подходящими характеристиками при использовании источников жирных кислот, где их значительная часть присутствует в форме триглицеридов. Например, в US 5382678 указана важность смешивания источника жирных кислот с источником щелочно-земельных металлов перед добавлением воды, так что конечный продукт не является твердым порошком, а получается в форме не имеющих тенденции к агломерации свободно текучих гранул. Также указана важность поддержания температуры реакционной среды со стабильным показателем (40°С-130°С); в примерах использовано 110°С и период времени, достаточный для гидролиза большинства присутствующих глицеридов с выделением жирных кислот, с получением требуемых солей щелочно-земельных металлов.
В US 6229031 также указана важность поддержания стабильной температуры в течение периода времени, достаточного для омыления жирового исходного материала с более 45% триглицеридов, также указывается на необходимость обеспечения реакционной смеси дополнительным нагреванием для проведения экзотермической реакции. В этом патенте указаны более высокие подходящие температурные интервалы (90°С-250°С), причем, чем ниже процент СаО, который может составлять от 10% до 30% от конечной композиции, тем предпочтительнее более высокие температуры.
В US 6576667 и US 6774252 раскрыто, что конечное содержание триглицеридов не должно превышать 5% от конечной композиции для предотвращения нежелательных изменений во время хранения, при этом указано, что лучшим способом достижения достаточного омыления является использование жировых материалов, богатых триглицеридами с высоким содержанием Омега-3 жирной кислоты с использованием от 2 до 3 эквивалентов СаО по отношению к исходному материалу и от 2 до 5 эквивалентов воды по отношению к СаО.
Ни в одном из документов уровня техники не дается указание на содержание жирной кислоты более 60 вес.% от веса мыла в полученных кальциевых мылах, полученных непосредственно омылением природных жиров, не прибегая к дорогостоящим высоким температурам и трудоемким процессам концентрации мыл. Получение кальциевых мыл с высоким содержанием жирной кислоты выгодно при получении кормов для животных с точки зрения, по меньшей мере, 4 основных характеристик:
i. Образование мицелл, способствующее перевариванию и усвоению жиров и также жирорастворимых активных веществ (витаминов) в кормах для скота, что способствует росту молочной продуктивности и откорму.
ii. Добавление их в корм облегчает транспортировку, упаковку, получение гранул, гранулирование, хранение, консервацию.
iii. Добавление концентрированных жировых продуктов в корма ведет к снижению стоимости кормов по сравнению с продуктами с низкой концентрацией жира. При более высокой концентрации жира, более низкая стоимость за его единицу.
iv. Добавление кальциевых мыл с высоким содержанием жирной кислоты делает возможным применение более низкой пропорции мыл в конечной композиции корма по сравнению с мылами с более низким содержанием жирной кислоты или по сравнению с жировыми материалами не в форме мыла, последние требуют присутствия большего количества компонента композиции, выступающего в роли источника жирных кислот для того, чтобы обеспечить ими в достаточной мере комовой продукт для животных, делая рецептуру более гибкой и оставляя в рецептуре место для другого сырья.
Ключевым критерием для оценки жирового материала является содержание в нем валовой энергии. Этот показатель главным образом зависит от содержания валовой энергии и перевариваемости, которая по существу зависит от его способности растворяться и образовывать мицеллу в кишечнике. Из-за особенностей пищеварительной системы жвачных животных (в которой дополнительный жир оказывает негативное воздействие на микроорганизмы рубца, гидрогенизирующие и сатурирующие жирные кислоты, выделенные в рубец при гидролизе триглицеридов) абсорбция жиров отличается по сравнению с животными с однокамерным желудком. Следовательно, любая оценка полезности жира в кормах для животных зависит от того, каким животным они будут скармливаться жвачным животным или животным с однокамерным желудком.
Наряду с содержанием энергии другим важным критерием для оценки жирового материала является его доступность и его относительная цена по сравнению с другими источниками энергии. По этим двум причинам растет интерес к применению жировых материалов, полученных обработкой жиров из природных источников, в кормах для животных. В этой области применение так называемых мыл в кормах для животных имеет все большее распространение в кормах для жвачных животных; но при применении у животных с однокамерным желудком результаты хуже, чем результаты, полученные при применении триглицеридов, главным образом для жиров, поскольку у них отсутствует глицерин, который считается важным для образования мицелл, необходимых для хорошего переваривания жиров указанными животными с однокамерным желудком. Присутствие глицерина в мылах означает, что они могут быть использованы в корме для животных с однокамерным желудком, снижая стоимость по сравнению с применением триглицеридов и позволяя применять жиры в более подходящей для животных форме, в форме порошка или гранул, которая предпочтительнее применения жиров в жидкой форме, что является нормой в уровне техники. Следовательно, в настоящем изобретении получаемый в результате глицерин не отделяется или не удаляется после омыления жиров и/или масел. Возможно, способ по изобретению может дополнительно включать добавление глицерина и/или эмульгаторов, разрешенных для применения в кормах для животных, в процессе получение мыл по настоящему изобретению с более высоким содержанием этих соединений, которые могут быть более подходящими для корма для животных с однокамерным желудком.
Известными способами получения мыла, основанными непосредственно на омылении жиров, трудно получить мыло с содержанием жирных кислот более 60%, как указано выше. Настоящее изобретение относится к способу получения мыл из щелочно-земельных металлов, а именно кальциевых мыл, омылением природных жиров с содержанием жирной кислоты более 70% и предпочтительно от 82 до 86%.
Для достижения концентрации жирных кислот более 60% известными способами получения мыл, обычно натриевых, требуется проводить концентрирование на конечной стадии. Для этого мыло, полученное с концентрацией жирной кислоты около 60% или менее, промывают и нагревают под давлением до температуры 80-90°С. Таким образом нагретое и обработанное под давлением мыло измельчают в вакуумной камере при давлении около 2 бар. При удалении из вакуумной камеры при атмосферном давлении и комнатной температуре мыло теряет часть содержащейся влаги, мыло имеет пастообразную консистенцию и требуемую концентрацию жирных кислот (> 70%). Эта конечная стадия концентрирования в условиях пониженного давления является дорогостоящей, а полученное мыло имеет песчанистую текстуру.
В способе по изобретению не требуется проводить конечную стадию концентрирования, поскольку кальциевые мыла, полученные непосредственно после процесса омыления, имеют высокое содержание жирных кислот (82-86%).
Способ по настоящему изобретению состоит из смешивания природных жиров или масел с оксидом кальция, последующего добавления воды в указанную смесь и нагревания в реакторе под давлением. После реагирования жиров и/или масел с оксидом кальция реакционную массу охлаждают. Полученное таким образом кальциевое мыло содержит глицерин, полученный при омылении триглицеридов. Нет необходимости в дополнительном промывании, концентрировании (особенно в условиях пониженного давления) или аналогичных стадиях. Требуется только отформовать полученное мыло с использованием традиционных технологий экструдирования, пеллетизации, прессования, гранулирования и т.п.
Следовательно, один из объектов настоящего изобретения относится к способу получения кальциевых мыл с концентрацией жирной кислоты выше чем 80%. В еще одном варианте способа по изобретению дополнительные количества глицерина и/или другого эмульгирующего агента, разрешенного для кормов для животных, вводят перед реакцией омыления с получением мыла с более низким процентом жирных кислот по сравнению с общей композицией, но более высоким содержанием глицерина и/или с дополнительным добавлением другого эмульгирующего агента.
Другой объект настоящего изобретения относится к кальциевым мылам, полученным способом по изобретению и характеризующимся высоким содержанием жирных кислот.
Последний объект настоящего изобретения относится к применению в кормах для животных кальциевых мыл с высоким содержанием жирных кислот и возможно с повышенным содержанием глицерина и/или дополнительного добавления эмульгатора, разрешенного для кормов для животных, в частности для использования в кормах для животных с однокамерным желудком.
Подробное описание изобретения
Жиры и масла должны вводиться нагретыми до температуры немного выше их соответствующих температур плавления, обычно в диапазоне от 20 до 50°С.
Для омыления необходимо вводить такое же количество молей оксида кальция, как и жирных кислот в природном источнике жиров или масел (соотношение 1:1).
Оксид кальция вводят в нагретые жиры и/или масла, и затем в указанную смесь вводят воду. Количество вводимой воды является, по меньшей мере, стехиометрическим количеством, требуемым для превращения добавленного СаО в СаОН, и любой возможный избыток выше этого количества должен быть обратно пропорционален конечной концентрации жирных кислот, достигнутой в кальциевом мыле. Следовательно, 6%-ный избыток воды в результате даст концентрацию жирной кислоты около 84% в кальциевом мыле, полученном по заявляемому способу. За вычетом 10% непрореагировавшего глицерина, полученного при омылении, который, как указано выше, включен в конечную композицию кальциевого мыла, полученного по заявляемому способу вместо того, чтобы отделять или промывать, как в традиционном способе, известном из уровня техники. Присутствие глицерина в конечной композиции корма по существу полезно для животных с однокамерным желудком (свиней, кур и так далее), поскольку он помогает переварить жиры благодаря образованию мицелл у этих животных.
Если дополнительно вводят глицерин и/или другой эмульгирующий агент, разрешенный для применения в кормах для животных, указанные соединения могут быть добавлены одновременно с добавлением оксида кальция, перед добавлением оксида кальция или после указанного добавления. Предпочтительно вводить глицерин и/или эмульгирующий агент одновременно, поскольку добавлено соединение, являющееся источником ионов кальция (оксид кальция). В любом случае глицерин и/или эмульгирующий агент должен быть добавлен перед добавлением воды, чтобы глицерин оставался во время омыления гомогенно распределенным и смешанным. Таким способом можно получить за короткое время превосходную фракцию с олеиновой фракцией.
В настоящем изобретении предпочтительно использовать нерафинированный глицерин. Пропорция вводимого глицерина может варьировать согласно процентному содержанию, которое должно присутствовать в конечном продукте, и также зависит от добавления или не добавления другого эмульгатора, но, обычно, пределы составляют от 4% до 12%.
Возможный эмульгатор может быть любым эмульгатором из списка разрешенных Европейским Союзом для кормов для животных. Пропорция для добавления в каждом случае может варьировать согласно критериям, таким как эмульгирующая способность и стоимость.
Смесь жиров и/или масел + оксид кальция + вода + возможный глицериновый компонент и/или эмульгирующий агент, нагретую до более 100°С, вводят в реактор из нержавеющей стали, затем указанную смесь обрабатывают под давлением 2 бара. Предпочтительная температура составляет 100-150°С, и предпочтительное давление составляет от 2 до 4 бар.
Может быть использован любой природный источник жиров или масел, животного или растительного происхождения. Указанный источник жира и/или масла может быть добавлен, как есть или заранее обработанным, например удалением неприятного запаха.
Описанный выше способ может быть осуществлен периодически, непрерывно или полунепрерывно. Периодический способ начинается с реагентов и заканчивается получением кальциевых мыл, начинается снова с добавления новых реагентов (жиры и/или масла вместе с СаО и водой). Непрерывный процесс, однако, не прерывается, за исключением периодического технического обслуживания и чистки устройств. Жиры и/или масла непрерывно вводят вместе с СаО и водой серийно, и непрерывно получают кальциевое мыло, богатое жирными кислотами. Полунепрерывный способ представляет собой смесь указанного выше. Это непрерывный процесс, но только длящийся в течение определенного числа заранее запрограммированных циклов.
Добавление реагентов, их дозы и контроль параметров реакции может осуществляться автоматически, включая компьютеризированные средства, включающие программы, адаптированные для вышеуказанных типов способов (периодический, непрерывный и полунепрерывный) и для требований к продукту.
Жидкое мыло, полученное после омыления при указанных выше реакционных условиях, охлаждают и отливают, формуют или экструдируют с получением любой формы, применяемой в кормах для животных: батончики, блоки, волокна, шарики, таблетки, пилюли, гранулы и т.п.
Полученное таким образом кальциевое мыло применяют как ингредиент в кормах для животных, в частности для животных с однокамерным желудком, поскольку их пищеварительная система труднее усваивает жиры.
Применение кальциевых мыл, полученных из жиров вместо жирных кислот, означает, что глицерин как существенный элемент при переваривании жиров моногастричными животными уже присутствует в продукте, и нет необходимости вводить его в процессе получения мыл из жирных кислот. Перевариваемость жиров у животных с однокамерным желудком в большей степени затруднена при добавлении этих жиров в корма в форме свободных жирных кислот по сравнению с добавлением в форме триглицеридов. Добавление эмульгаторов в корма или жиры и/или масла значительно улучшает перевариваемость жира. В различных исследованиях глицерин описан как эмульгирующий агент и считается таковым Европейским Союзом в списке добавок в корма для животных.
Следовательно, кальциевые мыла, полученные из жиров и/или масел, а не из свободных жирных кислот, будут прекрасно применяться в кормах для животных с однокамерным желудком благодаря присутствию глицерина из используемого жира и/или масла.