[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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CO₂-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CO₂-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。

甲烷是由产甲烷古菌（methanogenic Archaea）产生的，产甲烷古菌是消耗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、氨基酸等。

瘤胃的种间氢转移（ruminal interspecies 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（NO₃^-）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1）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。