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有机微量元素螯合物在动物生产中应用
  作者: 摘自:畜牧人 日期:2012-11-07  

  有机微量元素螯合物是近年来在国内外发展较快的第三代新型微量元素饲料添加剂,它是动物生长所必需的微量元素金属离子与氨基酸反应生成的具有环状结构的螯合物,目前已成为畜禽营养研究的热点之一。美国在二十世纪七十年代最初研制有机微量元素螯合物在动物生产中的应用,美国饲料管理官员协会(AAFCO)于1996年确定了微量元素螯合物的概念:由某种可溶性金属盐中的一个金属元素离子同氨基酸按一定的摩尔比以共价键结合而成。水溶性氨基酸的平均分子量必须为150左右,生成的螯合物的分子量不得超过800。

  有机微量元素由于接近动物体内天然形态的微量元素补充剂,且具有良好的化学稳定性、较高的生物学效价、易消化吸收、抗干扰、无刺激、无毒等方面的优点,目前认为是一种非常理想的微量元素添加剂。在畜牧业发达的国家,已在动物生产中得到推广应用,国内在20世纪80年代中期开展了该项目的开发与研究应用,并取得了较大进展。本文就有机微量元素螯合物在动物生产中的应用情况作如下综述。

  1 微量元素添加剂的发展阶段

  1.1 无机盐形式

  无机盐形式添加剂通常为硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐和氯化物等形式,这是微量元素添加剂的第一代产品。无机盐的生物学效价很低,难以被动物吸收利用,为了满足动物的需要,必须加大使用量,这样产生两个问题:一是动物排泄大量未被吸收的无机盐,对环境产生污染;其次是过量使用微量元素产生的安全性问题。但目前由于无机盐的价格相对于有机微量元素的价格比较便宜,因此使用仍然十分普遍。

  1.2 微量元素有机酸盐添加剂

  属第二代微量元素添加剂。其形式通常为乙酸盐、柠檬酸盐、富马酸盐、葡萄糖酸盐等。第二代产品的生物学利用率虽比第一代产品的有所提高,但仍不理想,而且生化功能也不够稳定。

  2 有机微量元素的种类:

  从有机微量元素研制到现在,目前在市场上见到的种类可大体分为以下三类:

  2.1单一氨基酸微量元素螯合物

  它是由某种特定的氨基酸(如蛋氨酸、羟基蛋氨酸、赖氨酸或甘氨酸)与某种微量元素在一定的pH值、按严格的反应物摩尔比和一定的反应温度等条件下进行螯合生产的产品。这类产品组成固定、性质也比较稳定。佳乐美系列即属于这类产品。

  2.2混合氨基酸或多肽微量元素螯合物

  它是由蛋白质原料(动物或植物性)水解而来的氨基酸(彻底水解)或多肽(不彻底水解)的混合物与某种微量元素螯合而成。这类产品的稳定性差,合成条件难以控制,组成变异较大,产品质量难以控制。水解的多肽微量元素螯合物分子量较大,溶解度较低,吸收时多肽(一般来说大于四肽吸收率就很差)难以透过细胞膜进入机体内,生物学利用率较低。

  2.3含氮杂环羧酸微量元素螯合物

  这类产品主要指吡啶羧酸铬等产品,含氮杂环(主要是吡啶环)羧酸化合物分子中的氮原子,在与微量元素螯合时,相当于氨基酸分子的氨基生成稳定的螯合物。

  3 有机微量元素具有的特性

  3.1稳定的化学性质

  化学结构上,氨基酸微量元素螯合物以微量元素离子为中心离子,氨基酸中的氮和氧原子中的未配对的电子作为供电体与中心离子形成具有五元环的独特结构,这使得它有比较稳定的化学性质,使其分子内电荷趋于中性,在体内pH环境下,金属离子得到有效的保护,既防止磷酸、植酸等与金属离子的结合形成难溶的化合物,又阻止不溶性胶体的吸附作用,使金属离子免受日粮中其他成分和胃肠道中胃酸等物质的不良作用,保护了金属离子的生物学效价,便于机体对金属离子的充分吸收和利用。

  3.2较高的生物学效价

  一般的微量元素无机盐,简单的有机盐在被动物摄入后,必须借助于辅酶的作用,与氨基酸或其他物质形成螯(络)合物后,才能被机体吸收,吸收后金属元素在血液中与某些蛋白质结合被运输到机体所需部位,才发生功效。而氨基酸微量元素螯合物,它既是机体吸收金属离子的主要形式,又是动物体内合成蛋白质过程中的中间物质,所以氨基酸微量元素螯合物不仅吸收快,而且可以节省许多生化过程,节约体能消耗,使其具有较高的生物学效价。

  3.3毒性低适口性好

  氨基酸微量元素螯合物毒性低,无刺激作用,适口性好。无机盐不仅因其具有特殊的气味而影响适口性,而且影响胃肠道内pH值和体内的酸碱平衡。

  3.4抗干扰、抗应激作用

  氨基酸微量元素螯合物与维生素、抗生素等无配伍禁忌,不存在无机微量元素吸收上的竞争作用;同时氨基酸微量元素螯合物具有很好的抗应激作用。

  3.5维持机体内环境的稳定

  添加无机盐和简单有机盐会影响胃肠道内的pH值和体内的酸碱平衡,对机体产生不良的刺激作用;而金属离子与有机配体的反应形成了一个缓冲系统,保证金属离子浓度的恒定。

  3.6环保作用

  由于无机盐的生物利用率比较低,为了满足机体对微量元素的需求,在动物饲料中一般添加过量的无机盐,未被消化吸收的无机离子的大量排放对土壤和水体造成了污染;而氨基酸微量元素螯合物的消化利用率比无机离子的消化利用率高130-280%,使用氨基酸微量元素螯合物是解决过量使用无机盐造成环境污染这一难题的有效办法。

  4 有机微量元素的吸收机制

  大量试验结果都已经表明,有机微量元素的生物学利用率高是因为其吸收利用好,这与其吸收机制有很大关系。目前有机微量元素的吸收机制并不确切,主要认为其是通过氨基酸或肽的吸收机制,越来越多的人已接受,有机微量元素利用肽或氨基酸的吸收机制。Found(1974)认为,位于五元环或六元环螯合物中心的金属元素可以通过小肠绒毛刷状缘,以氨基酸或肽的形式吸收。此理论的基本概念是金属离子以共价键和离子键与氨基酸的配位体键合,被保护在复合物的核心,免遭了一些理化因子的攻击,而且金属螯合物从肠粘膜吸收,金属螯合物以整体的形式穿过粘膜细胞膜、粘膜细胞和基底细胞膜进入血浆。

  5 有机微量元素在动物生产中的应用

  5.1猪

  用有机微量元素(如羟基蛋氨酸铁)饲喂母猪,由于螯合物易吸收,且能很快地把螯合铁通过胎盘和母乳向仔猪转移,从而提高母猪的繁殖性能,改善母猪体况,使仔猪的初生重、血红蛋白的含量、断奶窝重和成活率均有大幅度提高。韩友文等报道,母猪围产期添加150g氨基酸螯合物铁可提高警惕母猪和仔猪生产性能,预防仔猪贫血和降低仔猪死亡率。何正芳(1993)报道,在断奶日粮中添加蛋氨酸锌,下痢从17.8%降到13.5%。湖南某一大型饲料厂在断奶仔猪料中添加300mg/kg的佳乐美铁和250mg/kg的佳乐美锌,日增重和采食量增加,而料重比降低。鞠继光(2000)在生长肥育猪添加100mg/kg的佳乐美铁和70mg/kg的佳乐美锌,日增重增加8.3%,料重比降低13.7%,且试验猪皮肤红润、皮毛更光亮。袁海春等(2000)在生长肥育猪添加300mg/kg的佳乐美铁、200mg/kg的佳乐美锌、50mg/kg的佳乐美铜和100mg/kg的佳乐美锰,日增重和采食量增加,而料重比降低,使用有机微量元素的经济效益更显著,在当时的价格条件下,经济效益提高9.2%。Laveme Schugcle 等指出,在接种、去势、应激、疾病、恶劣气候和变更日粮时,饲喂蛋氨酸锌对猪有良好作用。北卡罗来纳州大学的J.W. Spear研究表明,饲喂蛋氨酸锌的猪对植物血凝素抗原有较大的反应,说明蛋氨酸锌可以增强猪的免疫功能。

  5.2家禽

  在家禽生产中应用氨基酸螯合物,不仅螯合物中金属元素的生物学利用率高于无机态的金属元素,减少用量,而且还可以改善家禽的增重、产蛋率和饲料利用率,提高胸肉产量及蛋壳质量,增强机体的免疫力,此外也可以提高种禽受精率,提高孵化率,减少育雏死亡率。

  盛克松(2001)在肉仔鸡饲料中添加佳乐美铁、铜、锰、锌(兴加科技生产),试验鸡的生长速度提高6.7%,料重比降低8.5%。而且降低了试验鸡的发病率和死亡率。梁远东(2001)在试验鸡饲料中添加200毫克/公斤的佳乐美铁和300毫克/公斤的佳乐美锌,日增重提高4.98%,料重比降低5.32%。

  用有机微量元素饲喂蛋鸡的效果是增加产蛋率、延长产蛋期,改善蛋的品质,特别是蛋壳的质量。目前禽蛋生产中蛋壳质量问题一直困扰着养禽业。据估计,由于蛋壳质量问题所带来的经济损失平均每只每年达1美元,在美国因蛋壳质量问题给养禽业造成的损失约1亿美元,我国每年因此而造成的经济损失约5亿元。孙德成等(1995)用迪卡蛋鸡试验,试验组总产蛋重和产蛋率分别比对照组提高21.02%和12.8%,料蛋比和软破蛋率分别降低20.74%和31.79%。Ashmead对饲喂氨基酸微量元素的产蛋鸡的鸡蛋成分分析发现,蛋壳矿物质元素的组分比例同对照组发生了较大的变化,氨基酸和糖的含量明显高于无机组,蛋壳的结构比无机组紧密,蛋黄中微量元素的含量高于无机组,鸡蛋破壳率下降5%。

  5.3反刍动物

  微量元素螯合物用于反刍动物日粮与添加相同水平的无机矿物元素相比,可提高生产性能(生长速度和产奶量等)、胴体品质和免疫力,并可降低奶牛的体细胞数量。Heinricks和Conrad(1993)报道,微量元素螯合物可通过瘤胃,且有较强的抗分解作用,可防止瘤胃微生物对氨基酸的降解作用,提供更多的过瘤胃氨基酸和微量元素,也可避免某些金属元素对瘤胃的毒害作用。

  5.4水产

  鱼类用有机微量元素饲喂也能显著促进鱼类生长、降低饵料、提高鱼类成活率。李爱杰(1994)报道,用五种微量元素(铁、铜、锰、锌、钴)氨基酸螯合物饲喂罗非鱼,增重提高17.8%,饵料系数降低8.6%,微量元素的吸收率平均提高25%。吕景才等(2001)用铁、铜、锰、锌、钴氨基酸螯合物饲喂罗非鱼和鲤鱼,螯合物组的促生长效果大大优于无机盐组,饵料系数得到明显的改善,螯合物组罗非鱼的饵料系数平均为2.2,而无机盐组的饵料系数达到3.3;螯合物组鲤鱼的饵料系数为1.6,显著低于无机盐组的2.7。

  6 影响有机微量元素使用效果的因素

  目前饲料中添加有机微量元素已经比较普遍,而且随着人们环保意识的逐渐增强,有机微量元素的使用必将是大势所趋。但目前

  人们在反映有机微量元素的使用效果时,其结论并不完全一致。造成这些差异的主要原因既有有机微量元素本身的因素,也与饲粮组成、动物机体状况等因素有关。

  6.1有机微量元素产品质量

  有机微量元素的螯合率,只有真正的氨基酸螯合物才能发挥它的效果,螯合物的螯合率越高,生物学效价也越高,相应的效果就好。长沙兴嘉生物工程有限公司作为主要起草单位制作的国家标准《蛋氨酸与铁、铜、锰、锌螯合率的测定——凝胶过滤色谱法》已经通过审定,国家标准化技术委员会即将颁发,对规范企业生产和产品质量检测监督提供了科学依据。

  6.2饲粮组成

  植物性饲料中的植酸和纤维是降低矿物元素利用率的主要因素,并被高钙日粮所加重。饲粮中的氨基酸水平是影响微量元素利用率的另一重要因素。以金属元素氨基酸螯合物形式添加矿物元素时,与相应的无机盐相比,氨基酸水平随之增加,这无疑会影响饲粮中氨基酸的比例,理想氨基酸模式受到破坏。

  6.3试验动物机体状况

  动物种类不同,对微量元素利用率反映的敏感性也不同。同时,动物体内某种微量元素的缺乏、适当和过量时,动物对响应元素的利用效率不同。体内某种微量元素缺乏时,相对应的微量元素的利用率会升高,从而缩小了有机微量元素与相应无机元素之间的差距;反之,体内某种微量元素过量时,相对应元素的利用率会下降,可能更容易比较有机源与无机源之间的差距。

  6.4有机微量元素与无机物的添加剂量。

  一般在相同含量的微量元素时比较两者之间的作用效果才是科学的。

  7结语

  有机微量元素螯合物的优越性已在动物生产中得到证实,引起国内外研究者和生产者高度重视。经过各大型的饲料公司、养殖场和大学研究机构的试验均证实,目前市场上生产的有机微量元素是最有效、稳定性好、生物学效价高、饲养报酬高的新型饲料添加剂产品。它为我们饲料工业和畜牧业提供了前所未有的既能改善饲养效益,又可节约饲养成本的新型有机微量元素。因此可以断言,有机微量元素具有广阔的市场前景和重大的经济效益和社会效益。但目前还存在一些问题需要进行更进一步的探讨。

  (1)相对于无机微量元素,其价格偏高,这是制约其大量使用的一个重要因素,需要对产品开发进行投入,降低使用成本。

  (2)强制性执行《国家标准》监督产品质量和指导生产,并以螯合率、产品的稳定性等指标作为质量依据。

  (3)研究有机微量元素的吸收机制及其在特定组织的定位,以及在靶组织细胞内的分子水平代谢机理。

  (4)在严格科学的试验设计条件下研究有机微量元素相对于无机微量元素的生物学利用率,为确定有机微量元素的最佳添加量找到科学依据。

  (5)建立有机微量元素体外质量评价与体内利用率及代谢机理之间的相关关系,为研制开发高效微量元素添加剂提供理论依据和方法学指导。

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