کولین کلراید ماده افزودنی مکمل غذایی برای طیور

با گسترش روز افزون جمعیت بشر، نیاز به تامین غذا، به صورت فزاینده ای افزایش پیداکرده است. در حوزه دامپروری، پرورش حیوانات از حالت مزرعه کم تراکم به دامداری‌های متراکم و صنعتی تبدیل شده است. علاوه بر این، اصلاح نژاد حیوانات سرعت رشد و تولید آنها را نیز افزایش داده است و خوراک‌های با حجم زیاد و تراکم کم مواد مغذی جوابگوی نیاز آنها نمی‌باشد. بنابراین علاوه بر استفاده از محصولات کشاورزی به عنوان علوفه و خوراک اصلی دام، از مکمل‌ها و افزودنی‌های صنعتی(طبیعی یا مصنوعی) نیز در خوراک دام و طیور استفاده می‌شود. در این میان، کولین کلراید به عنوان ضروری‌ترین و پرکاربردترین افزودنی در خوراک دام و طیور به طور وسیع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ترکیب خالص کولین کلراید به صورت کریستال‌های سفید با درصد خلوص 99% و عمدتا به صورت نمک آبدار است. کولین کلراید نمک آمین نوع چهارم می‌باشد. بر اساس کاربرد آن در صنایع غذایی، به صورت فرمولاسیون‌های مختلفی وجود دارد عمدتا به صورت نمک هیدراته در قرص و مکمل‌های خوراکی و بصورت نمک کلراید به عنوان افزودنی در خوراک دام و طیور مورد استفاده قرار میگیرد (شکل 1). کولین کلراید به عنوان یکی از ویتامین‌های گروه B شناخته می‌شود و یکی از منابع گروه متیل است که در تشکیل متیونین از هموسیستئین و کراتین از گوانیدینواستیک اسید به کار می‌رود. این ترکیب به عنوان محیط کشت، مکمل غذایی خوراک دام و طیور و همچنین در درمان بیماری کبد چرب مورد استفاده قرار می‌گیرد. بیشترین کولین کلراید مصرفی در جهان به عنوان مکمل غذا در خوراک دام و طیور می‌باشد. از سال 1930 اهمیت تغذیه ای کولین کلراید شناخته شد و از آن زمان تاکنون به عنوان مکمل غذایی مورد استفاده است. مصرف کولین کلراید؛ در سال 2017 حدود 515 هزار تن بوده است. کولین به طور گسترده در مواد بیولوژیکی به عنوان کولین آزاد، به عنوان استیل کولین و به عنوان بخشی از ساختار فسفولیپیدهای پیچیده‌تری چون لسیتین و واسطه‌های متابولیک وجود دارد

(شکل 1). لسیتین که متشکل از استر کولین و اسیدهای چرب است در بدن موجودات زنده نقشی اساسی دارد.

شکل 1: نمایش ساختار (الف) کولین هیدراته، (ب) کولین استات و (ج) لسیتین

همچنین کولین کلراید در شیمی حلال‌ها از اهمیت بالایی به جهت کاربرد در حلال‌های اتکتیکی برخوردار است. حلال‌های اتکتیکی سیستم‌های حلالی هستند که از مخلوطی از اسیدهای لوئیس یا برونستد تشکیل شده‌اند و می‌توانند انواع مختلفی از آنیونی‌ها و یا کاتیونی‌ها را تشکیل دهند. در این سیستم‌ها یک یا چند ماده به صورت مخلوط ترکیب می‌شوند، تا یک ماده ذاتی با نقطه ذوب بسیار پایین‌تر از هر یک از اجزای جداگانه تشکیل شود. از جمله مثال‌ها از این سیستم، می‌توان به مخلوط اسید لاکتیک و کولین کلراید اشاره کرد. این مایعات یونی می‌توانند به تشکیل آنیون‌های پیچیده کمک کنند و منجر به کاهش انرژی شبکه و کاهش نقطه انجماد سیستم شوند

سنتز کولین کلراید از روش استریفیکاسیون

در این روش کولین کلراید از دو مرحله‌ی واکنش متوالی تولید میگردد. در مرحله ی اول از واکنش 1و2-اتان دی اول با متان سولفونیل کلراید ترکیب بتا-هیدروکسی اتیل متان سولفونات ایجاد می‌شود. این واکنش از جمله واکنش های استری شدن است. واکنش استری شدن واکنشی است که بین پیش ماده‌ی دارای گروه‌های کربونیل با ترکیبی که شامل گروه الکل است در محیط اسیدی رخ می‌دهد و حاصل این واکنش یک ترکیب استر خواهد بود. محصول این واکنش به عنوان پیش ماده‌ی مرحله‌ی 2 باید بلافاصله با تری متیل آمین و هیدروکلریک اسید وارد واکنش شده که محصول این واکنش کولین کلراید و متان سولفونات است که این دو محصول توسط رزین از هم جدا می شوند

متان سولفونیل کلراید که به عنوان یک پیش ماده در این واکنش مورد استفاده قرار می گیرد، در واقع یک سولفور آلی است که از واکنش رادیکالی بین متان و سولفوریک اسید ایجاد می شود. از جمله مشکلات پیش روی در استفاده از این نوع پیش ماده این است که متان سولفونیل کلراید با ترکیبات نوکلوفیلی از جمله آب به شدت وارد واکنش می شود.

سنتز کولین کلراید با واکنش خودکاتالیزوری

در این روش برای سنتز کولین کلراید از نمک های کولین به مقدار جزیی به عنوان کاتالیزور جهت تسهیل فرایند استفاده می شود. محصول از واکنش تری متیل آمین و کلرو اتانول با نسبت مولی مشخص ایجاد می‌گردد.

C₅H₁₄ClNO <– (CH₃)₃N + C₂H₅ClO +H₂O

واکنش طی 5 ساعت تکمیل می شود و محصول کولین با درصد خلوص بالا را حاصل می‌کند. از مزیت این روش می توان به خلوص بالای کولین کلراید حاصل و بی خطر بودن پیش ماده های واکنش اشاره کرد. از جمله نقاط ضعف این روش، می‌توان به حضور پیش ماده‌ای چون کلرواتانول که از جمله پیش ماده های گران قیمت است اشاره کرد و در فرایندهای صنعتی استفاده از چنین پیش ماده هایی مقرون به صرفه نخواهد بود. هرچند این روش جزء روش های ساده‌ی سنتز محسوب می شود اما نیازمند افزودن کاتالیزور هست بنابراین وجود مواد معدنی باقی مانده بر کیفیت محصول نهایی تاثیرگذار خواهد بود، همچنین کلرواتانول واکنش نکرده و باقی مانده در محصولات را به سختی می توان جدا کرد و حضور آن در محصول نهایی بر کیفیت محصول موثر خواهد بود.

سنتز کولین کلراید با روش داوی

این روش به عنوان متداول ترین روش صنعتی جهت سنتز کولین کلراید به طور وسیع مورد استفاده قرار می گیرد. این فناوری شامل یک فرایند تک جریان مداوم است که در آن اتیلن اکسید، اسید هیدروکلریک، تری متیل آمین تحت شرایط متوسط ​​برای تولید کولین کلراید واکنش نشان می دهند(شکل 2). در این واکنش پیش مادهی تری متیل آمین اتوکسیله شده و محصول کولین کلراید را ایجاد می کند. این واکنش، در اصطلاح به واکنش اتوکسیلاسیون اطلاق می شود

شکل2. مراحل سنتز کولین کلراید به روش داوی