Dipéptidos en calidad de aditivos para piensos.

Aditivo para piensos que contiene dipéptidos o sus sales, en donde un residuo aminoácido del dipéptido es un residuo DL-metionilo y el otro residuo aminoácido del dipéptido es un aminoácido en la configuración L,

seleccionado del grupo de lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína y cistina.

Dipéptidos en calidad de aditivos para piensos Introducción

La presente invención se refiere a nuevos dipéptidos no naturales y naturales unidos a metionina de aminoácidos esenciales tales como, p. ej., lisina, treonina y triptófano, los aminoácidos que contienen azufre cisteína y cistina, así como su síntesis y uso como aditivos para piensos para la alimentación de animales útiles tales como gallinas, cerdos, rumiantes, pero, en particular, también peces y crustáceos de acuicultura.

Estado conocido de la técnica

Los aminoácidos esenciales (EAA - siglas en inglés) metionina, lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina y arginina, así como los dos aminoácidos con contenido en azufre cisteína y cistina son componentes muy importantes en piensos y juegan un papel importante en la crianza industrial de animales útiles tales como gallinas, cerdos y rumiantes. En particular, una óptima distribución y el suministro suficiente de EAAs son decisivos. Dado que los alimentos de fuentes de proteínas naturales tales como, p. ej., soja, maíz y trigo, es generalmente deficitaria en determinados EAAs, la suplementación preestablecida con EAAs sintéticos tales como, por ejemplo, DL-metionina, L-lisina, L-treonina o L-triptófano posibilita, por una parte, un crecimiento más rápido de los animales o bien una mayor producción de leche de vacas lecheras de alto rendimiento, pero, por otra parte, el aprovechamiento más eficiente del pienso en conjunto. Esto representa una ventaja económica muy grande. Los mercados de los aditivos para piensos son de gran importancia industrial y económica. Además son fuertes mercados en desarrollo, atribuible sobre todo a la creciente importancia de países como, por ejemplo, China e India.

Para muchas especies animales L-metionina (ácido (S) -2-amino-4-metiltiobutírico) representa el primer aminoácido limitante de todos los EAAs y, por lo tanto, juega uno de los papeles más importantes en la alimentación animal y como aditivo para piensos (Rosenberg et al., J. Agr. Food Chem. 1957, 5, 694-7). En la síntesis química clásica, sin embargo, la metionina precipita en forma de racemato, una mezcla 5:5 de D- y L-metionina. Este DL-metíonína racémica puede, sin embargo, emplearse directamente como aditivo para piensos, ya que en algunas especies de animales en condiciones in vivo existe un mecanismo de conversión que transforma el D-enantiómero no natural de metionina en el L-enantiómero natural. La D-metionina se desamina primero con ayuda de una D-oxidasa no específica para formar a-ceto-metionina y, a continuación, continúa convirtiéndose con una L-transaminasa en L-metionina (Baker, D.H. en "Amino acids in farm animal nutrition", D 'Mello, J.P.F. (comp.)., Wallingford (Reino Unido), CAB International, 1994, 37-61). Con ello aumenta la cantidad disponible de L-metionina en el organismo, que puede entonces estar disponible para el animal para su crecimiento. La conversión enzimática de D- en L-metionina se ha encontrado en gallinas, cerdos y vacas, pero también, en particular, en peces, camarones y langostinos. Por ejemplo, Sveier et al. (Aquacult. Nutr. 21, 7 (3), 169-181) y Kim et al. (Aquaculture 1992, 11 (1-2), 95-13) demuestran que la conversión de D- en L-metionina es posible en salmones del Atlántico y truchas arco iris carnívoros. Lo mismo pudo ser demostrado por Robinson et al. (J. Nutr. 1978, 18 (12), 1932-1936) y Schwarz et al. (Aquaculture 1998, 161, 121- 129) para especies de peces omnívoros, por ejemplo el bagre y la carpa. Además, Forster y Dominy (J. World Aquacul. Soc. 26, 37 (4), 474-48) fueron capaces de demostrar, en ensayos de alimentación de camarones omnívoros de la especie Litopenaeus vannamei, que DL-metionina posee la misma eficacia que L-metionina. En el año 27, se produjeron en todo el mundo más de 7. toneladas de DL-metionina cristalina o bien racémica, análogo de metionina hidroxi líquido (MHA, ácido rac-2-hidroxi-4-(metiltio)butanoico (HMB)) y MHA cálcico sólido y se emplearon con éxito directamente como aditivo en piensos para animales monogástricos, p. ej., aves de corral y cerdos.

A diferencia de metionina, de lisina, treonina y triptófano sólo se pueden utilizar en cada caso los enantiómeros L como aditivos para piensos, dado que los respectivos enantiómeros D de estos tres aminoácidos esenciales y limitantes no pueden ser convertidos por el organismo en condiciones fisiológicas en los correspondientes enantiómeros L. Por lo tanto, sólo el mercado mundial para L-lisina, el primer aminoácido limitante, por ejemplo en el caso de cerdos, para el año 27 fue de más de un millón de toneladas. Para los otros dos aminoácidos esenciales limitantes L-treonina y L- triptófano el mercado mundial en 27 era de más de 1.1 y un poco menos de 31, respectivamente.

En el caso de animales monogástricos tales como, p. ej., aves de corral y cerdos, habitualmente DL-metionina, MHA, pero también L-lisina, L-treonina y L-triptófano se utilizan directamente como aditivo para piensos. A diferencia de ello, la suplementación del pienso con EAAs tales como metionina, lisina, treonina o también MHA no es eficaz en el caso de los rumiantes, ya que la mayoría es degradada por microbios en el rumen de los rumiantes. En virtud de esta degradación, sólo una fracción de los EAAs suplementados accede al intestino delgado del animal, en donde, generalmente, tiene lugar la absorción en la sangre. Entre los EAAs, ante todo la metionina juega un papel decisivo en los rumiantes, dado que sólo en el caso de un abastecimiento óptimo se garantiza una alta producción de leche. Con el

fin de que la metionina pueda estar disponible para el rumiante con alta eficacia, debe emplearse una forma protegida estable en el rumen. Existen varias posibilidades de impartir estas propiedades a DL-metionina o rac-MHA. Una posibilidad consiste en lograr una alta estabilidad en el rumen mediante la aplicación de una capa protectora adecuada o mediante la distribución de la metionina en una matriz protectora. De esta forma, la metionina puede pasar a través del rumen prácticamente sin pérdida alguna. En el transcurso posterior, la capa protectora se retira a continuación, p. ej., en el abomaso por hidrólisis ácida y la metionina que se libera puede entonces ser absorbida en el intestino delgado del rumiante. Productos comercialmente disponibles son, p. ej., Mepron® de la razón social Evonik Degussa y Smartamine de la razón social Adisseo. La producción y/o el revestimiento de metionina representan generalmente un proceso técnicamente complicado y complejo y es, por lo tanto, caro. Además, el revestimiento de la superficie de los gránulos acabados puede ser fácilmente dañado por solicitación mecánica y la abrasión durante el procesamiento del pienso, que puede conducir a la reducción o incluso a la pérdida completa de la protección. Por lo tanto, tampoco es posible procesar los gránulos de metionina protegidos en un gránulo de pienso mixto mayor, ya que con ello de nuevo se rompería la capa de protección por la solicitación mecánica. Esto limita el uso de este tipo de productos. Otra posibilidad para aumentar la estabilidad en el rumen es la derivatización química de metionina o MHA. En este caso, los grupos funcionales de la molécula se derivatizan con grupos protectores adecuados. Esto puede tener lugar, p. ej., por esterificación de la función ácido carboxílico con alcoholes. Con ello se puede reducir la degradación en el rumen por parte de los microorganismos. Un producto adquirióle en el comercio con protección química es, por ejemplo, Metasmart, el éster /'so-propílico racémico de MHA (HMBi). En el documento WOOO/28835 se dio a conocer un valor biológico de al menos 5% para HMBI en rumiantes. El inconveniente de la derivatización química de metionina o bien MHA consiste, a menudo, en la peor biodisponibilidad y en el contenido de sustancia activa comparativamente bajo.

Junto a la problemática de la degradación en el rumen de EAAs suplementados tales como metionina, lisina otreonina en rumiantes, también puede haber, sin embargo, diferentes problemas en peces y crustáceos en la suplementación del pienso con EAAs. Debido al rápido desarrollo económico de la cría de peces y crustáceos en la acuicultura altamente industrializada, una posibilidad de suplementación óptima, rentable y eficaz de aminoácidos esenciales y limitantes adquiere, precisamente en este sector, en los últimos años un papel cada vez más importante (Organización para la Alimentación y la Agricultura de las Naciones Unidas (FAO) Departamento de Pesca "State of World Aquaculture 26", 26, Roma. Instituto Internacional de Investigación sobre Políticas Alimentarias (IFPRI) "Fish 22: Supply and Demand in Changing Markets",... [Seguir leyendo]

1. Aditivo para piensos que contiene dipéptidos o sus sales, en donde un residuo aminoácido del dipéptido es un residuo DL-metionilo y el otro residuo aminoácido del dipéptido es un aminoácido en la configuración L, seleccionado del grupo de lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína y cistina.

2. Aditivo para piensos según la reivindicación 1, que contiene dipéptidos de la fórmula general DL-metionil-L-EAA y/o L-EAA-DL-metionina, en donde L-EAA es un aminoácido en la configuración L, seleccionado del grupo de lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína y cistina.

3. Mezcla de piensos que contiene un aditivo para piensos según la reivindicación 1 ó 2.

4. Mezcla de piensos según la reivindicación 3, que contiene DL-metionil-L-EAA y/o L-EAA-DL-metionina, solos en forma de D-metionil-L-EAA, L-metionil-L-EAA, L-EAA-D-metionina o L-EAA-L-metionina, como mezcla entre sí o también como mezcla con D-metionil-D-EAA, L-metionil-D-EAA, D-EAA-D-metionina o D-EAA-L-metionina, preferiblemente en cada caso adicionalmente en mezcla con DL-metionina, preferiblemente con una proporción de DL- metionina de ,1 a 9% en peso, preferiblemente de ,1 a 5% en peso, de manera particularmente preferida de 1 a 3% en peso, preferiblemente en cada caso adicionalmente en mezcla con un L-EAA tal como, por ejemplo, L-lisina, preferiblemente con una proporción de L-EAA de ,1 a 9% en peso, preferiblemente de ,1 a 5% en peso, de manera particularmente preferida de 1 a 3% en peso.

5. Dipéptido o una sal del mismo de la fórmula general DL-metionil-DL-EAA o DL-EAA-DL-metionina, en donde EAA es un aminoácido, preferiblemente en la configuración L, seleccionado del grupo de lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína y cistina.

6. Un procedimiento para la preparación de un dipéptido que contiene solamente un residuo metionilo según la fórmula DD/LL/DL/LD-I o DD/LL/DL/LD-II:

(DD/DL/DL/LD-I) (DD/DL/LD/DL-II)

por reacción de un aminoácido con un derivado de urea de las fórmulas generales III a V,

(III a V)

en donde los radicales R1 y R2 en los derivados de urea III, IV y V se definen como sigue: en donde llla-n: R = COOH, R2 = NHCONH2

IVa-n: R1 = CONH2, R2 = NHCONH2 Va-n: R1 - R2 = -CONHCONH-

y

en donde R significa un residuo metionilo y el aminoácido añadido se selecciona del grupo de lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína y cistina, o

el aminoácido añadido es metionina y R es un residuo aminoácido seleccionado del grupo de lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína y cistina.

7. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que se utiliza metionin-hidantoína o la hidantoína de un aminoácido seleccionado del grupo de lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína, cistina como producto de partida o se forma de forma intermedia como un producto intermedio.

8. El procedimiento según la reivindicación 6 ó 7, en el que se hace reaccionar una disolución que contiene metionin- hidantoína y agua con el aminoácido en condiciones de carácter básico, o se hace reaccionar una disolución que contiene la hidantoína del aminoácido seleccionado del grupo de lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína, cistina y agua con metionina en condiciones de carácter básico.

9. El procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el valor del pH de la disolución que contiene el derivado de urea se ajusta a 7 hasta 14, y/o la reacción se lleva a cabo a una temperatura de 3 a 2°C, y/o la reacción se lleva a cabo a una presión de 2 a 1 bar.

1. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que la disolución que contiene metionin- hidantoína y agua o la disolución que contiene la hidantoína del aminoácido seleccionado del grupo de lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína, cistina y agua se ha formado previamente a partir de uno o más de los compuestos III, IV y V.

11. El procedimiento según la reivindicación 6, que comprende las siguientes etapas:

a) reacción del derivado de urea de acuerdo con las fórmulas III, IV o V con el aminoácido para dar una dicetopiperazina VI de la fórmula,

en donde R es como se define en la reivindicación 6;

b) reacción de la dicetopiperazina VI para dar una mezcla a base de dipéptidos con las fórmulas DD / LL / DL / LD-I y DD/LL/DL/LD-II:

HN

NH

co2h

(DD/LL/DL/LD-I) (DD/LL/DL/LD-II)

en donde R es como se define en la reivindicación 6.

12. El procedimiento según la reivindicación 11, en el que la reacción del derivado de urea con el aminoácido para dar la dicetopiperazina tiene lugar a una temperatura de 2°C a 2°C y/o bajo presión, preferiblemente a una presión de 2 a 9 bar.

13. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, en el que la reacción del derivado de urea

con el aminoácido para dar la dicetopiperazina tiene lugar en presencia de una base, preferiblemente de una base seleccionada del grupo de bases nitrogenadas, NH4HCO3, (NhUhCCb, KHCO3, K2CO3, mezcla de NH4OH/CO2, sales carbamato, bases alcalinas y alcalinotérreas.

14. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la reacción para dar la dicetopiperazina tiene lugar mediante reacción del derivado de urea de fórmula,

en donde R significa un residuo metionilo, con un aminoácido seleccionado del grupo de lisina, treonina, triptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisterna o cistina o

mediante reacción del derivado de urea de la fórmula,

en donde R es un residuo aminoácido seleccionado del grupo de lisina, treonina, tri ptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína o cistina, con el aminoácido metionina.

15. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que la reacción de la dicetopiperazina para dar una mezcla a base de dipéptidos de las fórmulas I y II tiene lugar mediante hidrólisis de carácter ácido, preferiblemente en presencia de un ácido seleccionado del grupo de los ácidos minerales, HCI, H2C3, CO2/H2O, H2SO4, ácidos fosfóricos, ácidos carboxílicos y ácidos hidroxicarboxílicos.

16. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que la reacción de la dicetopiperazina para dar una mezcla a base de dipéptidos de las fórmulas I y II tiene lugar mediante hidrólisis de carácter básico, preferiblemente a un pH de 7 a 14, preferiblemente utilizando una base del grupo de bases nitrogenadas, NH4HCO3, (NH4)2C3, mezcla de NH4OH/CO2, sales carbamato, KHCO3, K2CO3, carbonatas, bases alcalinas y alcalinotérreas.

17. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 16, en el que el derivado de urea III a V se presenta en la configuración D, en la configuración L o en una mezcla a base de las configuraciones D y L, preferiblemente en una mezcla a base de las configuraciones D y L, cuando el derivado de urea se deriva de metionina (llln a Vn), o

en el que el derivado de urea III a V se presenta en la configuración D, en la configuración L o en una mezcla a base de las configuraciones D y L, preferiblemente en la configuración L, cuando el derivado de urea III a V se deriva de un aminoácido seleccionado del grupo de lisina, treonina, tri ptófano, histidina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, arginina, cisteína, cistina.

18. Un procedimiento para el aislamiento de la mezcla de dlastereolsómeros de los dipéptidos de las fórmulas I y II mediante cristalización en disoluciones de reacción de carácter básico que se obtuvieron según la reivindicación 16, preferiblemente por que la disolución se ajusta con un ácido a un valor del pH de 2 a 1, de manera particularmente preferida a un valor del pH de 3 a 9, de manera muy particularmente preferida al punto Isoeléctrico correspondiente del respectivo dipéptido de la fórmula I o bien II, y el ajuste del pH tiene lugar preferiblemente con un ácido seleccionado del grupo de los ácidos minerales, HCI, H2C3, C2/H2, H2SO4, ácidos fosfóricos, ácidos carboxílicos y ácidos hidroxicarboxílicos.

19. Un procedimiento para el aislamiento de la mezcla de dlastereolsómeros de los dipéptidos de las fórmulas I y II, mediante cristalización en disoluciones de reacción de carácter ácido que se obtuvieron según la reivindicación 15, preferiblemente por que la disolución se ajusta mediante la adición de una base a un valor del pH de 2 a 1, de manera particularmente preferida a un valor del pH de 3 a 9, de manera muy particularmente preferida al punto isoeléctrico correspondiente del respectivo dipéptido de la fórmula I o bien II, en donde la base se selcciona preferiblemente del

(III a V)

(III a V)

grupo de NH4HC3, (NH4)2C3, bases nitrogenadas, NH4OH, sales carbamato, KHCO3, K2CO3, carbonatos, bases alcalinas y alcalinotérreas.

2. Uso de los compuestos I y II según la reivindicación 6 como aditivo para piensos para animales útiles, 5 preferiblemente para aves de corral, cerdos, rumiantes, peces de agua dulce o agua salada, crustáceos o animales domésticos.