l 微量元素氨基酸螫合物的特性
微量元素氨基酸螫合物饲料添加剂的开发源于美国,最早是利用动植物蛋白质和铁元素制备的蛋白铁,用于产前母猪以预防哺乳仔猪贫血,此后其他许多国家对微量元素氨基酸螫合物进行了一系列的研究和开发应用。美国饲料管理官员协会(AAFEO)于1996年正式确定了微量元素氨基酸螯合物的概念: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,水解氨基酸的平均分子量必须为150左右,生成的螯合物分子量不得超过800。
所谓螯合物是指一个或多个基团与一个金属离子发生配位反应所形成的具有环状结构的化合物。一个金属离子可以和多个氨基酸形成环螯合物,形成的环数越多,螯合物的稳定性越好,常见的螯环有五元环(如α-氨基酸螯合物)和六元环(如β-氨基酸螯合物)。由于金属离子的配位数不同,螯合物中金属离子与螯合物(氨基酸)的摩尔比可以是1∶1~-1∶3,反应的温度、时间、溶液的pH、反应物摩尔比都有可能影响上述比例。微量元素氨基酸螯合物不仅可以由单个氨基酸与某个金属元素螯合成单项螯合物,也可以由复合氨基酸(如水解蛋白质)或几种金属元素组成复合物。
微量元素氨基酸螯合物的结构与无机盐有很大的区别,无机盐仅仅是阴阳离子之间形成离子键结构,而螯合物是以二价阳离子与给予电子体的氨基酸形成配位键,同时与其羧基构成离子键形成五元坏或六元环。动物必需的中性氨基酸分子具有氧、氮、硫原子,而必需微量元素中Cμ、Fe、Zn、Mn、Co等二价阳离子易与富含电子对的氧、氮、破原子配对形成螯合物,由于这种离子键与配位键共存的独特结构,分子内电荷趋于中性,微量元素氨基酸螯合物不易与其他物质结合生成不溶性化合物或被吸附在不溶胶体上,具有良好的化学稳定性。
2 微量元素氨基酸螯合物在动物体内的作用特点及机理
2.l 防止不溶性物质的形成
植物性饲料中所含的植酸、草酸、磷酸根离子,容易与微量元素结合生成动物难以吸收的不溶性盐而排出体外,饲料中添加的四环素类等药物,也会与微量元素形成螯合物,从而影响微量元素的吸收。微量元素氨基酸螯合物由于其特殊的结构,具有较好的化学稳定性,分子内电荷趋于中性,在体内pH环境下,金属离子得到了有效的保护,既有防止饲料植酸、磷酸根离子等的结合作用,又有阻止动物消化道中不溶性胶体的吸附作用,从而提高了动物机体对金属离子的吸收。
2.2 减少拮抗及其他破坏作用 微量元素之间存在着复杂的桔抗作用,如 Fe与 Zn之间、Cμ与Mo之间等等;同时大多数饲料添加剂中使用石粉作载体和稀释剂,无形中增加了Ca2+的含量,而Ca2+对多种微量元素均具有拮抗作用,另外,无机金属离子在饲料的生产贮运中容易发生氧化还原反应,如Fe2+易氧化成Fe3+,这种氧化产物或氧化还原反应过程会氧化或催化破坏饲料中的维生素。由于微量元素氨基酸螯合物的生化稳定性对金属离子的保护,有效抑制了矿物质元素的相互站抗作用,减轻了金属离子氧化还原反应对维生素的破坏,从而减少了营养物质的损失,增强了其吸收利用的程度。
此外,无机盐会影响动物胃肠内的pH值和酸碱平衡,氨基酸螯合物为体内正常中间产物,可形成缓冲体系,减少对机体产生的不良刺激作用。
2.3 独特的吸收方式提高吸收率
无机元素穿过细胞膜被机体吸收,需要载体分子把金属离子包被起来,在细胞膜外形成一种有机的脂溶性复合体,才能使阳离子穿过细胞膜。Found (1974)认为,位于具有五元环或六元环螫合物中心的金属离子可通过小肠绒毛刷状缘,而且所有氨基酸螯合物都可以以氨基酸或肽的形式吸收。Vander-grift(1991)也提出,金属一旦与氨基酸、肽螯合,那么该矿物质元素在体内的吸收、代谢情况完全由与之螯合的氨基酸、肽决定。微量元素氨基酸螯合物的这种特殊的吸收机制,很大程度上提高了其生物效价。
2.4 提高微量元素利用率
微量元素氨基酸螯合物进入机体以后,按不同组织和酶系统对某种氨基酸需要的比例和数量的木同,可把被相应氨基酸螯合的微量元素直接运输到各特定的靶组织和酶系统中,通过酶和组织的作用释放出微量元素,以满足机体的需要。这就省去了吸收无机态元素所需的生化过程,从而提高了微量元素的利用率。
2.5 双重营养作用和抗病抗应激作用
动物在摄入时,同时摄入了动物所必需而饲料中往往缺乏的两种营养物质——微量元素和氨基酸,因而具有双重营养作用。另外,微量元素氨基酸螯合物具有增强抗菌能力、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、痢疾和贫血有治疗作用,同时可以增强体内酶的活性,提高蛋白质、脂肪和维生素的利用率。微量元素氨基酸螯合物还具有良好的抗应激功能。
2.6 毒副作用小,适口性好
无机微量元素应用过量会造成动物的中毒。试验证明,微量元素氨基酸螯合物的半致死量远远大于无机盐,毒副作用小,安全性好,且具有较好的适口性,易为动物采食吸收。
总之,微量元素氨基酸螯合物的生化特性、吸收方式、代谢途径、安全性均有别于无机微量元素,具有较高的生物学效价,有益于动物的利用。
3 微量元素氨基酸螯合物在动物生产中的应用效果
3.l 猪 在妊娠、哺乳母猪饲料中添加
Met-Fe等螯合物,能改善母猪体质、提高母猪繁殖性能和仔猪成活率,并有效预防仔猪贫血、促进仔猪健康发育。顾华孝(1994)的研究表明,母猪妊娠后期补饲氨基酸铁,仔猪初生死亡率降低3.2%,育成仔猪头数增加4.4%,同时能改善母猪体况、降低母猪经产淘汰率。对仔猪补饲微量元素氨基酸螯合物,在预防仔猪营养性贫血,提高仔猪日增重、免疫力及抗病力等方面已取得了一定的实际效果。Spears(1992)在仔猪出生后3 d对仔猪饲喂蛋氨酸铁,与饲喂硫酸铁仔猪相比,死亡率下降30.4%。 Terry(1997)报道,采食Lys-Cu的仔猪在33 d哺乳期末时的体重比采食硫酸铜的仔猪高0.86 kg。Ward (1997)报道,在仔猪日粮中添加250 mg/kg蛋氨酸锌比添加 160 mg/kg硫酸锌体重平均提高8 %,饲料效率提高10%。在生长育肥猪日粮中添加一定量的微量元素氨基酸螯合物,有助于促进育肥猪生长发育,可明显提高日增重,降低料肉比,改善肉质。韩友文等(2000)利用微量元素赖氨酸螯合物饲喂生长育肥猪,日增重提高6.4%,改善饲料效率7.0%。吕德福(1995)给生长猪饲喂复合微量元素氨基酸螯合物——蛋白微素精,日增重提高9%~33%,料肉比降低8%~24%,屠宰率、瘦肉率均有提高。
另据报道,氨基酸螯合盐具有降低猪背肌脂肪含量的作用,同时还影响动物机体内营养物质的分配。
3.2 禽
饲料中添加微量元素氨基酸螫合物,可促进肉鸡生长,降低饲料消耗,提高饲料转化率。王邦仁(1992)用氨基酸——铜、氨基酸——铁等饲喂肉鸡,49日龄日增重提高5.28%,饲料转化率提高2.59%,出栏重提高24.1g。蛋鸡日粮中添加微量元素氨基酸螫合物可以提高产蛋率、饲料利用率,增强蛋鸡机体免疫力,减少皮肤撕裂和蛋壳破损。孙得成等(1995)报道,喂给35周龄迪卡蛋鸡复合微量元素氨基酸螯合物,产蛋率和蛋重比对照组分别提高12.8 %和21%,蛋壳厚度和强度分别提高12.12%和21%。张世栋等(1998)发现,在高湿环境下,饲料中添加蛋氨酸锌可以减轻蛋鸡的热应激反应,改善鸡蛋的壳重、壳厚度等品质。
3.3 反刍动物 Spears等(1991、1992)报道,饲喂蛋氨酸锰,生长期肉用型小母牛能提高日增重0.67 kg,改善饲料效率11.2%;饲喂蛋氨酸锌,犊牛和杂种肥牛断奶重提高5%,母牛受胎率提高15%。Kellogy(1990)报道,奶牛每天每头饲喂蛋氨酸锌360 mg,其产奶量可提高5 %。王洪荣(1994)指出,蛋氨酸锌可降低奶牛体细胞数和乳房炎患病率,减少腐蹄病的发生。王洪荣等(1998)以蛋氨酸锌螯合物饲喂绵羊,试验结果表明,蛋氨酸锌组绵羊体内氮沉积率(36.20%)显著高于对照组(24.31%)和氧化锌组(25.39%),蛋氨酸锌螯合物组锌的表现消化率和体内沉积率分别比氧化锌组高6.8%和7.77%。
3.4 鱼类
微量元素氨基酸螫合物对于促进鱼类生长和健康、提高饲料转化率和鱼类成活率,具有较好的效果。赵元凤等(1994)对鲤鱼的饲养试验表明,添加氨基酸螯合物的3个试验组比对照组提高增重37.2%~68.1%,饵料系数由2.4下添加蛋氨酸微量元素螯合物(Cu 2 mg、Zn 30 mg、Mn 12 mg、Fe 150 mg、Co 2 mg、Mg 400 mg),可以提高奥尼罗非鱼生长速度17.84%~25.84%。
4 应用微量元素氨基酸螫合物存在的问题
4.1 产品质量
目前在微量元素氨基酸螯合物的生产和应用中,缺乏有效的定性定量分析方法,给微量元素氨基酸螫合物的质量控制造成困难。今后应该不断改进和完善微量元素氨基酸螯合物的产品配方、工艺设计、产品的检测技术,提高产品的络合度和质量,生产出真正符合动物营养需要的产品。
4.2 生产成本
目前国内微量元素氨基酸螯合物普遍价格过高,一般为无机盐价格的5~10倍。价格因素极大地限制了其推广使用。应该进一步开发蛋白质资源,充分利用廉价的蛋白质原料获取廉价氨基酸,并不断改进生产工艺,从而大幅度降低生产成本,以质优价廉的产品满足市场需要。
(参考文献略)