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锌的生物学功能及有机锌在畜牧生产中的应用
  作者:张高娜等 山东宝来利来生物工程股份有限公司 摘自:中国饲料工业信息网 日期:2013-03-18  

  摘要:锌是动物的必需元素,由于其在动物体内具有广泛的生理生化功能而被称为“生命元素”。传统上,动物日粮中的锌是以无机盐的形式添加的,但以无机形式添加的锌吸收率低且易和其它微量矿物元素产生颉颃作用。而以有机形式添加的锌则可以较好地解决无机锌在畜牧生产上的弊端。本文就锌的生物学功能、有机锌的生物学特性及其在畜牧生产中的应用等方面作一综述。

  关键词:锌、有机锌、生物学特性、生产应用

  近年来,人们对动物日粮中螯合锌或有机锌的应用广为重视。因为许多报道证实添加有机锌可以促进动物生长,改进繁殖和健康状况。在家禽日粮中,通常以无机盐的形式来补加锌,然而,在体内发生作用的是锌的有机物或螯合物,而不是游离的无机锌离子。因此,可以推断无机锌的生物学效应要取决于其转化成有生物学活性的有机锌的能力,有机锌更接近于其在体内的作用形式,生物学效价要高于无机锌。有机锌在消化道中稳定存在,不会与其它物质形成阻碍吸收的复合物,能更有效的由小肠绒毛转运到细胞上皮,然后转化成具有生化功能的形式。当今许多动物营养学家和饲料科技工作者一直都在探求效率高、安全副作用小又营养价值好的有机锌制剂,其中乳酸锌已成为饲料中有效、经济的锌源,尤其用于生产有机畜产品具有广阔的应用前景[1]。

  1.有机锌的种类

  在实际生产中,应用的有络合锌、有机螯合锌、蛋白质锌盐和多糖锌复合体等几种。美国饲料控制办公室协会对不同有机元素产品定义如下:金属氨基酸螯合物为可溶性的金属盐的金属离子与氨基酸的复合体,其中金属与氨基酸的摩尔比为 1:3,形成共轭共价键,水解氨基酸的平均分子量近于150,螯合物的分子量不大于800;蛋白质金属盐为一可溶性金属盐与氨基酸或可部分水解蛋白质的络合体;金属多糖复合体为可溶性金属盐和多糖溶液的复合体。有机锌的发展和销售正是基于它们比无机锌在体内有更好的生物学可用性及更接近于动物机体的理论[1]。

  2.锌的生物学功能

  2.1锌是多种酶的组分和激活剂

  锌是动物体内碱性磷酸酶、乙醇脱氢酶等300多种酶的组分。许多酶在有锌存在的情况下,才有活性并可达到最大酶活,同时锌还可维持某些酶有机分子配位基的结构构型,在酶反应时起辅酶作用[1]。

  2.2 调节体内多种生理生化活动

  分子生物学研究表明,锌与半胱氨酸或组氨酸形成的锌指结构可以存在于核膜蛋白上,转录因子中及涉及基因调控的许多蛋白质中,对基因的转录、表达、细胞增殖、分化等起调节作用[1]。

  2.3维持膜结构的完整性

  锌可以和膜蛋白上的巯基,磷脂的磷酸基等结合以增加膜的稳定性。当过氧化损伤时,膜内的巯基被氧化成二硫键,锌要以与硫形成稳定的硫酸盐,防止被氧化而保护膜的完整性。锌正是通过这些功能在生物体的生长发育、繁殖、免疫、神经发育及物质代谢等多方面起作用。当锌缺乏时表现为:生长发育迟缓、采食量降低、角化不完全、皮肤损害、免疫力下降、生殖机能受损、死亡率上升等[1]。

  2.4促进动物机体生长

  锌不仅参与动物体内多种酶的合成(如:碳酸酐酶、DNA聚合酶、胸腺嘧啶核苷激酶、碱性磷酸酶等),还与核酸及蛋白质的合成密切相关,能影响到细胞的分裂、生长和再生。在幼龄动物体内,锌参与含锌酶的组成及激素的合成和作用。当动物缺锌时,其体内的胸苷激酶活性降低,进而削弱DNA合成和细胞的分裂,使动物生长发育受阻[2]。

  2.5 提高动物机体免疫力

  锌在维持淋巴细胞和防止寄生虫侵袭方面具有重要作用。当发生球虫和细菌感染时,会降低组织中锌的含量。缺锌不仅抑制T细胞对植物凝血素的增殖反应,还会降低细胞依赖抗原的抗体合成和细胞毒性T细胞的增殖。猪缺乏锌时,其胸腺发生褪化。分别用含锌 1mg/kg 和 100mg/kg 的两种饲料喂猪, 其胸腺重量相差15倍。当锌缺乏时,还会诱发白血病,导致淋巴细胞减少和肾上腺萎缩,从而降低动物的免疫机能 [2]。

  2.6 提高畜禽繁殖能力

  锌影响动物雄性器官和雌性器官生殖过程中的每一时期。母禽缺锌时,所产蛋的孵化率降低,死亡率升高。母猪缺锌时, 所产仔猪变小。缺锌还可导致雄性牛犊、羊羔,性腺发育不全,而对雌性反刍动物及其后代的影响不明显[2]。

  2.7 促进骨骼生长

  缺锌可直接或间接地抑制原始软骨细胞的分裂,成熟和性变过程的正常进行和分化,进而影响矿化及成骨潜能的激活,还会导致长骨的成骨活性降低,软骨形成变慢,软骨基质增多。家禽缺锌时,会发生一种特有的“骨短粗症”。仔猪缺锌时,股骨变小,强度变弱。犊牛和羔羊缺锌时,呈拱背站立,四肢集拢,后肢呈内弧弯曲[2]。

  2.8 促进食欲

  缺锌常常引起口腔黏膜增生及角化不全,易脱落。脱落的上皮细胞会掩盖和阻塞舌乳头的味蕾小孔,使食物难以接触味蕾,不易引起味觉,进而影响食欲[2]。

  2.9维持皮肤和黏膜的正常结构和功能

  锌能维持动物皮肤和黏膜的正常结构和功能。当动物缺锌时,其被毛粗乱并伴有不同程度的脱毛。组织学观察发现,皮肤过度角化或不完全角化,上皮细胞核性变不完全,胶原皮下组织的密度降低。雏禽缺锌时,其羽毛生长发育不良,常发生皮炎[2]。

  3 有机锌的生物学特性

  3.1化学结构稳定

  无机锌是阴阳离子间形成离子键结构,而有机锌,其锌离子不仅和氨基酸形成配位键,还与其羧基构成离子键形成五元环或六元环。正是这种离子键和配位键形成的独特结构,才使分子内电荷趋于中性。因此,有机锌不易与其他物质结合成不溶性化合物或被吸附在不溶性胶体上,从而具有良好的化学稳定性。

  3.2 生物学效价高

  氨基酸螯合锌不仅是机体吸收金属离子的主要形式,还是动物体内合成蛋白质的中间物质。氨基酸螯合锌吸收快、生化过程少,体内耗能少,具有较高的生物学效价。

  3.3 增强免疫力,提高抗病及抗应激能力

  氨基酸螯合锌具有增强抗菌能力,提高免疫应答反应、促进动物细胞和体液免疫力的功效,对某些肠炎、皮炎、痢疾和贫血也有治疗作用。此外,氨基酸螯合锌还具有良好的抗应激能力,在接种、去势、气温过高、过低等应激条件下,具有良好的抗应激能力。

  3.4 适口性好,不良作用少

  无机锌因具有特殊的味道从而影响动物的适口性。此外,无机锌性质不稳定还易与其他营养物质产生颉颃作用,并在消化吸收过程中影响胃肠道的酸碱平衡,对动物产生不良影响。而氨基酸螯合锌作为动物体内生化过程的中间产物,不仅适口性好,还可增强体内酶的活性,提高蛋白质、脂肪和维生素的利用率,从而促进动物生长性能的发挥。

  4 有机锌在畜牧生产中的应用

  4.1 猪

  Hoover在母猪日粮中添加蛋氨酸锌,初产母猪首次配种受胎率平均提高7.2%,胎产活仔数平均增加0.37头,初产死胎率平均下降2.1%,断奶仔猪成活率平均提高2.9%,第2-8胎经产母猪的胎产死胎率降低了7.1%-29.6%,断奶仔猪成活率提高了3.1%-6.2%。有研究证明,添加250 mg/kg蛋氨酸锌可使断奶仔猪生长速度、采食量、饲料转化率分别提高5%-8%、3%-4%、1%-11%,保育期末体重增加0.63-0.90 kg。四川农大营养所将硫酸锌和乳酸锌进行对比试验,以评定它们对猪生产性能和锌排泄的影响。结果表明,生长育肥猪日粮中添加乳酸锌可提高日增重5.35%,提高饲料报酬3.3%。众多试验证实,乳酸锌的生物利用率较高于氧化锌、硫酸锌,而且可降低猪粪便的锌含量[3]。

  4.2 家禽

  杨人奇等[4](2003年)在实际生产中研究氨基酸锌和硫酸锌对产蛋鸡后期生产性能和蛋壳品质的影响。结果表明,氨基酸锌补饲51-59周龄产蛋鸡不能显著影响产蛋鸡的采食量、产蛋率、蛋重、料蛋比等生产性能,但有比硫酸锌能更有效提高母鸡存活率的趋势。锌的添加水平和来源对蛋壳厚度无影响,而蛋壳强度与日粮锌水平呈线性正相关,氨基酸锌比硫酸锌能更有效增大蛋壳强度,降低破蛋率。氨基酸锌显著比硫酸锌能更有效地使锌被母鸡吸收并沉积在蛋黄内。有机锌应用于肉禽,对改善肉禽的生产性能,增强免疫力,提高饲料转化率,改善禽肉质量有显著效果。

  4.3 水产动物

  有机锌可提高水产动物的生产性能、饲料转化率和成活率。有研究表明,在鲤鱼饲养试验中,添加有机锌可使增重提高37.2%-61.8%,饵料系数由2.4下降为1.4-1.7。在罗非鱼的试验中,可使日增重提高35.5%,饲料利用率提高24.2%,成活率提高8.3%,饲料成本下降24.3%。

  4.4 反刍动物

  蛋氨酸锌可影响反刍动物的免疫能力和对疾病的抵抗力。添加蛋氨酸锌的乳牛产奶量显著高于氧化锌加蛋氨酸,产奶量平均增加幅度为4.1%, 其范围为1.0%-7.0%,并且在干奶期给奶牛补充蛋氨酸锌可以显著促进蹄的生长[5]。即使高产奶牛添加蛋氨酸锌也同样可以提高产奶量。科罗拉多州立大学的实验表明,饲喂蛋氨酸锌与氧化锌加蛋氨酸相比,产奶量由

  35.4kg/头.日增到37.9kg/头.日,平均提高7.1%。饲喂蛋氨酸锌,不仅增加了产奶量还提高了乳脂率[6]。

  5 结语

  有机锌作为新一代高效的绿色营养添加剂具有无机锌所无法比拟的生物学价值,但其添加量还需要进一步研究。在动物日粮中添加一定的锌络合物或鳌合物可促进动物生产,提高产奶量,繁殖力和免疫力等,但目前还不能确定是添加有机锌的缘故还是增加锌摄入量的缘故。因此,有机锌在实际应用中还存在一些问题,有待以后进一步研究和解决:(1)继续研究有机锌的作用机理,确定其在动物体内消化吸收的部位和代谢途径;(2)有机锌的最佳添加时间和添加剂量;(3)探讨最佳剂型,研究适合动物机体的最佳螯合物(络合物)结构形式;(4)研究新配方、新工艺、降低有机锌的生产成本;(5)建立有机锌产品的定性定量检测新技术。

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