有机微量元素在畜禽生产中的研究与应用

钟神秀 · 发表于 2009-8-24 11:28:00

有机微量元素是发展较快的第三代新型微量元素添加剂，具有生物利用率高、化学结构稳定、增强免疫力、吸收率高利于环保，是当前国内外研制和开发的热点。有机微量元素的研究推动了无机微量元素向有机微量元素在动物营养中的应用，比无机矿物有较高的生物利用效价，对畜禽生产性能可提高采食量、生长速度、饲料效率和健康水平等。

1 生化特性
有机微量元素可分为金属络合物（配体化合物）和螯合物两类。络合剂有蛋白质、氨基酸、糖、有机酸等天然有机物。金属络合物是由一个中心离子（或原子）如（Fe2+、Cu2+、Zn2+等）和配位体以共价键相结合所形成的复杂离子或分子。配位体是指那些含有可提供孤对电子原子的分子，有机分子中的N、O、S都可提供孤对电子，这些供体可与金属离子发生配位作用，从而形成复合物。螯合物是一种特殊的络合物，它是指一个或多个基团与一个金属离子进行配位反应而生成的具有环状结构的络合物。螯合物也称作内络合物，由于它的环状结构，通常比络合物稳定。
美国官方饲料监测局（MFCO，1996）确定了有机微量元素的定义：对氨基酸和蛋白质金属螯合物，是指可溶性盐的金属离子同氨基酸按照1：（1～3），最佳为1：2的比例反应，生成配位的共价键所得产物。水解氨基酸的平均分子量为150左右，生成的螯合物的分子量不得超过800。
一个中心离子可与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和六元环，α-氨基酸为五元环，β-氨基酸螯合物为六元环。位于具有五元环或六元环螯合物中心的金属离子可通过小肠绒毛刷状缘，而且所有的螯合物都可以氨基酸或肽的形式被吸收。

2 效价作用

2.1生物利用效价高
   许多研究证明，有机微量元素比无机盐有更高的生物利用率，且对动物的生长、生殖、健康及饲料转化率等有明显的促进作用。

Carlson在仔猪断奶后的28天的饲养室验中，加入50mg/kg的铜蛋白螯合物（Bioplex cu），结果发现相对于加入250mg/kg Cuso4的对照组，仔猪的日增重显著的提高。
在妊娠母猪的日粮中添加200 mg/kg的氨基酸螯合铁，有相当的铁通过胎盘进入胎儿体中，可降低胎儿的死亡率，提高仔猪的出生重和断奶重，说明螯合铁可通过胎盘转运，进入到发育中的胚胎（无机铁无法通过）。有机铁的效价相对于Feso4的效价范围为125-185%。
有机锌饲喂断奶仔猪，结果表明加入80mg/kg相对于加入500mg/kg无机锌的组可提高日增重7.09%，采食量14.39%和血清锌的含量17.15%，且碱性磷酸酶的活性提高了20.16%。Wedekind(1994)指出有机锌的效价相对于Znso4为206%；四川省畜科院营养所研制、畜科公司生产的中华富锌康—乳酸锌较硫酸锌提高日增重6、14%，饲料报酬提高7、04%，血液中锌的水平显著提高，但以饲粮中添加100mg/kg效果最佳。

Fehse等（2000）在高产母猪的妊娠和泌乳期额外添加一定量的复合蛋白质络合物（含Cu、Fe、 Zn、 Mn 、Cr和酵母硒），提高了母猪的生产年限和仔猪的存活率。

2.2化学结构稳定
   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，从而影响微量元素的吸收。有机微量元素由于其特殊性的结构，具有较好的化学稳定性，分子内电荷趋于中性，缓解了矿物质之间的拮抗作用，在消化过程中减少了PH值、脂类、纤维、胃酸等物质的影响，有利于动物机体对金属离子的充分吸收和利用。

2.3免疫功能增强
有机微量元素接近于酶的天然形态而有利于吸收，被吸收后可将螯合的微量元素直接运输特定的靶组织和酶系统中，从中发挥作用和满足机体需要。有机微量元素具有增强抗痛力，提高免疫应答反应，促进动物细胞和体液免疫力的功效，发挥抗病，抗应激作用，改进动物皮毛状况，减少早期胚胎死亡，对某些肠炎、皮炎、痢疾和盆血有治疗作用；在接种、去势、运输、气温过高和变更日粮等应激条件下，有良好的效果。

2.4副作用小和适口性好
无机微量元素因有特殊味道而影响动物的适口性，又因其性质不稳定，易与其他营养物质产生拮抗作用，并在消化吸收过程中还会影响胃肠道的酸碱平衡，而对机体产生不良影响，应用过量会造成动物的中毒。有机微量元素如氨基酸螯合物，既提供动物机体所需要的氨基酸，又提供微量元素，适口性好，毒副作用小，安全性好，吸收率高，易转运，可加强动物体内酶的活性，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。

2.5吸收率好利于环保
有机微量元素中金属离子在配位体氨基酸或小肽的保护下，形成稳定的化学结构，既避免了矿物质之间的相互拮抗作用，又消除了无机盐易对维生素氧化的弊端。无机微量元素被动物吸收及蓄积的量很低，吸收率仅为2%～10%，以四川饲料产量加入CuSO4为例，一般配合饲料中达到200-300mg/kg，年实际用量达3500-4000t，约有2700-3200tCuso4随粪便排出体外，影响环境，破坏地力，引起农作物富集，危害人畜健康。由于有机微量元素生物学效价高，在日粮中添加一定量即可代替高剂量的无机盐，Ashmead(1985)体外实验大鼠分离肠段对蛋白质螯合铜的吸收率是CuSO4的4倍。
３吸收机理　

Dreosti认为影响矿物吸收的肠道的物理化学因素对其生物利用率的高低起主要作用。生物利用率高的微量元素吸收率也比较高。有机微量元素是利用配位体的转运系统吸收，而不是金属的转运系统。如氨基酸、蛋白螯合物分别利用氨基酸、肽的吸收通道。尤其是研究小肽的吸收机制后，人们把更多的目光投向蛋白质螯合物。通过氨基酸和肽的转运系统，螯合物完整地透过肠粘膜层进入血液，大大地提高了元素的利用率。DU（1996）试验表明有机微量元素的利用率比Cuso4的高，还提高了肝中铁锌的含量，降低了胃中铜的含量。说明有机铜的吸收机制和代谢与无机铜不同。DU（1995）的试验中，使用有机铜的奶牛比使用Cuso4的奶牛的血液中的铜蓝蛋白低，血浆中的铜的含量基本一致，同时肝中铁的含量使用有机铜的试验组明显高于使用Cuso4的对照组。这些数据表明有机铜是通过与Cuso4不同系统吸收的，且铜离子在血浆中并非通过与铜蓝蛋白结合运输的。
有机微量元素受到配位体的保护，不易受到胃肠道内的不利于金属吸收的物理化学因素的影响。胃肠道PH值对金属复合物的稳定性和溶解性的影响较大，试验证实赖氨酸铜和赖氨酸锌复合物的溶解性受PH值的影响，认为氨基酸或肽的螯合物的稳定常数适中，既有利于与金属元素结合成螯合物被运输，需要时又能有效地从螯合物（载体）中释放出来。有机微量元素分子内电荷趋于中性，在体内PH值环境下溶解度好，吸收率高，易于被小肠粘膜吸收进入血液，供给周身细胞需要。

4 生产应用

4.1哺乳仔猪
国内外研究表明，有机微量元素铁可通过母猪胎盘和母乳传递给仔猪，从而促进仔猪生长发育，预防缺铁性贫血，降低乳猪死亡率。

Close(2001)研究发现，在妊娠母猪或哺乳母猪日粮里添加有机铁，仔猪断奶重增加，血液中Hb 升高，证明有机铁通过胎盘容易进入胚胎。据英国Darneley （1993）研究报道，母猪在1～8胎次产前28d开始采食有机铁（56.7g/头·d）平均每胎育成离乳仔猪头数提高7.1%，仔猪死亡率降低26.8%。Yamamoto（1982）研究亦表明，有机铁可穿过母猪胎盘为胎儿所用，提高仔猪的铁储备，改善仔猪生长性能，仔猪初生重断奶重均显著增加。

4. 2断奶仔猪
有机微量元素应用于断奶仔猪有显著效果，Ward试验证实，添加250mg/kg蛋氨酸锌可使断奶仔猪生长速度，采食量与饲料转化率分别提高5%～8%，3%～4%与1%～11%，保育期末体重增加0.63～0.90kg。

4. 3生长育肥猪
添加有机微量元素使生长育肥猪提高了日增重和饲料利用率，改善了胴体品质，澳大利亚大型集约化养猪场BMI将硫酸铜（Cuso4）和蛋白质螯合铜（百乐铜Bioxplex cu）进行对比试验，以评定它们对猪的生产性能和铜的排泄的影响。结果表明，生长育肥猪日粮中添加百乐铜可提高日增重5%，提高饲料报酬3%，粪中铜水平公猪从每公斤373 mg降至198 mg，母猪从每公斤372 mg降至200 mg，其屠宰率、疫肉率均有所提高。

4.4家禽
有机微量元素应用于肉禽，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。李德发（1994）用0.3%氨基酸锌、锰代替无机盐饲喂肉仔鸡，使日增重提高6.6%，饲料消耗降低5.7%，腿病发生率下降9.9%。王邦仁（1992）用氨基酸铜、铁饲喂肉鸡，提高增重5.28%，饲料报酬提高2.95%，出栏重提高24.1g。
美国奥特奇用有机硒（赛乐硒）试验肉鸡，得出生长速度加  快，改善饲料报酬，鸡肉色泽改观，胴体等级提高，鸡肉滴水损失减少，肉品保质期延长，鸡肉中的硒含量增加（富硒鸡肉）。有机微量元素应用于蛋禽，可以改善蛋壳质量，提高产蛋量与产蛋率以及种蛋的孵化率和健雏率。试验组的总产蛋率比对照组分别提高21.02%和12.8%，其中鸡蛋的微量元素含量显著提高。美国奥特奇有机硒（赛乐硒）试验，每只种鸡一生可多产7牧种蛋，孵化率提高2.15，繁殖率提高1.6%，死胎率降低1.45%，蛋壳强度得到改善。

4.5 水产
美国Auhurn大学Lovell教授的有机硒研究发现，有机硒在鲶鱼和鲑鱼养殖生产中的生物利用率在所有测定指标上均高于无机的亚硒酸钠。在促进生长、肌肉贮留硒水平和肝脏硒水平指标上，有机硒的生物利用率高于无机硒2～4.5倍。对鱼的健康也有影响，饵料添加有机硒组（赛乐硒、美国奥特奇公司）的鱼的抗体滴度是添加无机硒组鱼的2倍，死亡率是无机硒组的50%，生长速度提高2%，尤其是给鱼喂有机硒来提高我们人类的硒摄入量是一个很理想的办法。

4.6反刍动物
马牛羊饲料中添加有机微量元素可提高其生产性能，减少疾病的发生。在肥育牛中添加蛋氨酸锌可使牛日增重提高8.6%，饲料利用率提高10%（张照熙1996）。Lawrence教授给母马补加酵母硒，可提高母马血清的硒水平，母马初乳和奶水中的硒水平。母马日粮添加有机硒（赛乐硒3 mg，奥特奇公司产品）使产马驹时间缩短一半，硒转移给马驹的速度提高2倍。当使用有机硒时，更多的硒会贮存在马体硒库内，通过一系列硒蛋白的功能进行机体的抗氧化防御，赛马在运动量加大的情况下，机体会通过动员抗氧化系统来保持机体的生理平衡，使赛马跑得更快。

5 问题与对策

5.1降低生产成本
现市场上进口的有机微量元素铜、铁、锌系列产品,售价是无机盐的10倍以上，难以在实际生产中大量应用；国内生产厂家如氨基酸螯合物还没有研制出降低生产成本的新工艺新方法，生产出市场能接受经济可行的有机微量元素产品，应改进产品配方，工艺设计，选择合适的生产工艺路线，降低生产成本。

5.2提高产品质量
有机微量元素产品的质检方法还没有得到很好解决。当前有机微量元素产品的定性定量分析尚待研究解决，通常采用的分光光度法，电位法等不适应其产品的定性定量分析，难以确定其有机的螯合度或络合度的质量，很难规范有机微量元素的生产、销售和应用。为了利用廉价的螯合剂生产有机微量元素，优化合成方法和新工艺，建立定性、定量的检测新技术，是今后研究工作的重点。

5.3研究作用机理
有机微量元素在动物体内的吸收机制及代谢原理仍不清楚，有待进一步研究。近年来虽然越来越多的人接受金属氨基酸螯合物和蛋白盐利用肽与氨基酸的吸收机制，而并非小肠中普通金属的吸收机制，但这只是推测，还需要进一步研究证实。

5.4探讨最佳剂型
继续研究适合动物机体的最佳螯合物（络合物）结构形式，最佳添加时间和剂量。不同的螯合剂组成的有机微量元素、不同的动物、不同日粮营养水平、不同生理条件，都影响有机微量元素需要量，因此需要继续深入研究阐明。