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有机微量元素在动物生产中的应用与研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-07-07  浏览次数:519
核心提示:随着人们的健康和环保意识的增强, 畜产品的安全生产日益受到社会各界的高度关注,高效、安全、环保型饲料已成为国内外研究开发的焦点。
      随着人们的健康和环保意识的增强, 畜产品的安全生产日益受到社会各界的高度关注,高效、安全、环保型饲料已成为国内外研究开发的焦点。

微量元素作为饲料添加剂的研究和应用一直是动物营养领域研究的热点课题之一, 调节动物机体神经体液机制和免疫反应, 对动物生长发育有重要生理作用。饲料原料中所含微量元素的含量和效价存在较大差异, 因而需要通过饲料添加剂形式进行添加。目前国内外商品饲料中微量元素添加量普遍存在超量添加, 既造成浪费又增加动物机体和环境的负担。而有机微量元素因其较高的生物学效价和特殊生理功效, 越来越受到养殖和饲料从业人员的关注。有机微量元素是金属元素与蛋白质、小肽、氨基酸、有机酸、多糖衍生物等配位体通过共价键或离子键结合而形成的络合物或螯合物, 是一种新型的微量元素添加剂。在动物消化吸收中,可以达到与结合态氨基酸同步吸收, 能够有效地利用氨基酸,促进动物生长、提高生产性能、降低饲料系数、提高成活率。有机微量元素受到广泛的重视和认可,并作为一种高效、安全、环保的新型添加剂展示出良好的应用前景。

1 有机微量元素的概述及分类

有机微量元素是指金属元素与蛋白质、小肽、氨基酸、有机酸、多糖衍生物等配位体通过共价键或离子键结合而形成的络合物或螯合物, 被称为第三代微量元素添加剂。有机微量元素的研究始于20 世纪60 年代,80 年代中期我国开始进行有机微量元素的开发与应用研究, 包括了金属氨基酸络合物、金属特定氨基酸络合物、金属氨基酸螯合物、金属多糖络合物、金属蛋白盐5 类。

1.1 金属氨基酸络合物。由可溶性金属盐与某种或几种氨基酸形成的络合产物。

1.2 金属特定氨基酸络合物。由1 种可溶性金属盐与某一特定氨基酸按1∶1 摩尔比形成的络合反应物。如赖氨酸铜络合物。

1.3 金属氨基酸螯合物。由可溶性金属盐中的金属离子(锌、铁和铜)与氨基酸按一定摩尔比(1∶1~1∶3)以共价键结合而成,水解氨基酸的平均分子量约为150,所生成的螯合物分子量不超过800。如蛋氨酸锌等产品。

1.4 金属多糖络合物。由可溶性金属盐与多糖溶液形成的络合物, 含有的矿物质和多糖类间没有任何的化学键存在, 这一类物质其实只是一种有机矿物质。如铁多糖络合物。

1.5 金属蛋白盐。由一个可溶性金属盐类与氨基酸或部分水解蛋白质络合形成的产物,如蛋白锌。

2 有机微量元素的特性

2.1 稳定性好,吸收利用率高。

有机微量元素的吸收利用率高于无机微量元素,与分子结构有密切的关系。化学结构上,无机盐类是阴离子和阳离子间的静电作用形成不稳定的离子键,易与其他物质发生化学反应,形成不溶性的化合物,从而影响微量元素的吸收利用。有机微量元素是以微量元素离子为中心离子, 与氨基酸等以共价键和离子键结合, 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,电荷趋于中性,在动物体内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, 便于动物机体对金属离子的充分吸收和利用。

2.2 生物学效价高。

生物学效价是动物利用的营养素占吸收的营养素的比例。无机盐类微量元素被动物机体吸收后, 金属在血液中与某些蛋白质结合被运输到机体所需部位,才能发生功效。有机微量元素是动物机体吸收金属离子的主要形式, 又是体内合成蛋白质过程的中间物质,不仅吸收快,而且可以减少很多生化过程,节约了体能消耗。田科雄等(2003)研究表明, 以相应的硫酸盐生物学效价为100%,铜、铁、锌和锰的蛋氨酸羟基类似物的螯合物的生物学效价分别为191.47%、142.44%、191.74%和147.3%。Carlson[4]等(2004)试验结果表明,250mg/Kg 蛋氨酸锌在提高仔猪生长速度方面同2000mg/Kg 氧化锌的效果相同。

2.3 毒性低、适口性好,减少环境污染。

在目前的养殖中,大量使用高锌和高铜饲料,而无机微量元素的吸收率仅为2%~10%, 而大多数随粪便排到体外,所以导致肉、蛋、奶产品和动物粪便中锌、铜等元素的残留严重超标,土壤、水源、植被的污染,对环境造成严重污染,直接影响动物的健康和食品的安全。有机微量元素吸收利用率高, 在粪便中残留的少, 解决环境污染的问题。此外,有机微量元素无特殊的气味,不良反应小,适口性好,利于动物的采食。王仁华等(2012)在日粮中添加67mg/Kg 或134 mg/Kg 的蛋氨酸铜能有效地提高养分消化率和生长猪粪便的pH,并能

减少粪便中铜的浓度。

2.4 抗病和抗应激,维持机体内环境的稳定。

由于这种特殊的分子结构, 有机微量元素对饲料中维生素的氧化破坏作用很小,甚至没有,所以有机微量元素可以与维生素配伍使用。徐学明等(2002)报道,微量元素氨基酸络合物在预混料中具有较好的稳定性,对维生素A 和维生素C 的破坏作用明显小于无机矿物盐。有机微量元素能够增强杀菌能力,提高免疫反应,缓解应激,提高生产性能。在氨基酸微量元素螫合物中,有氨基酸特有的气味,减少抗营养因子,使动物易于接受,其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,有利于体内pH 值和体内酸碱平衡。

3 有机微量元素的吸收机制

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。

3.1 完整吸收机制

此类观点是指有机微量元素利用肽和氨基酸的吸收机制被完整吸收, 而并非小肠中普通金属的吸收机制, 其核心是金属离子以共价键和离子键与氨基酸的配位体键合, 被保护在整个络合物的中心, 而金属络合物以整体的形式穿过黏膜细胞膜、黏膜细胞和基底细胞膜进入血液。

3.2 竞争吸收

此类观点是络合程度适宜的有机微量元素进入消化道后, 可以防止金属元素在肠道变成不溶性化合物或被吸附在阻碍元素吸收的不溶解胶体上,直接到达小肠刷状缘,并在吸收位点处发生水解, 其中的金属以离子形式进入肠上皮细胞并被吸收入血液,因此进入体内的微量元素量增加。这一观点强调的是有机微量元素到达吸收部位的量比无机形态的多。

3.3 氨基酸或肽吸收机制

越来越多的人接受金属氨基酸螯合物和蛋白盐利用肽和氨基酸的吸收机制。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;金属螯合物从肠粘膜吸收,使得所携带的金属更有效的吸收, 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人血浆,金属氨基酸螯合物是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人血液,供给周身细胞的需要。

2.4 影响有机微量元素吸收的因素

2.4.1 有机微量元素产品质量。有机微量元素产品质量是指有机微量元素在产品中所占的比例以及络合物的络合强度或螯合物的螯合强度, 是影响有机微量元素作用效果的首要因素,强度越高,生物学效价也越高,相应的效果就好。于昱(2008)研究表明, 有机锌的络合强度影响着肉仔鸡小肠对有机锌的吸收,络合强度越强,有机锌的吸收最好,相反而之。

2.4.2 添加水平。有关研究表明,有机微量元素添加的水平从15~5000mg/kg 范围不等,导致了在生物学利用率结果上产生较大的变异。在高剂量水平, 有机微量元素在不同组织中的代谢与沉淀可能会达到其饱和点, 从而使得相应敏感指标对超水平的补充变得不太敏感,即使不同,最终也会显示相同的利用率。

2.4.3 动物种类。动物种类不同,对有机微量元素

利用率反映的敏感性也不同。总体来看,有机微量元素对单胃动物与禽类的作用果好于反刍动物;另外,与动物的生长阶段也有关,即对幼龄动物比成年动物的作用效果好。

2.4.4 饲粮类型。饲料中的植酸、纤维素和氨基酸

水平影响有机微量元素利用率。

4 有机微量元素在动物生产上的应用

4.1 添加方式

目前, 有机微量元素在动物饲料中的添加方式有两种:(1)用有机微量元素全部取代饲料中添加的无机微量元素。由于目前有机微量元素成本及售价较高,全部取代会提高饲料及饲养成本,因而限制了其应用, 仅适合于在种畜禽及鱼虾等投入产出比较高的饲养品种使用。(2)用有机微量元素取代饲料中添加的部分无机微量元素。这种方式既节约成本,又能取得良好的饲喂效果,适用于一般饲养对象及饲料生产企业中, 能够发挥两种不同微量元素添加剂的优势。

4.2 有机微量元素在养猪生产上的应用

目前,随着养猪生产的工业化和规模化,各种育种技术的不断应用使母猪窝产仔数增加, 猪生长速度加快,生长周期变短,造成饲料中微量元素不能满足母猪、仔猪及育肥猪的需要。科学合理地添加微量元素是猪养殖业的必然需求。

4.2.1 仔猪

仔猪出生后生长发育迅速, 需要足够的微量元素满足新陈代谢需要, 在断奶仔猪饲粮中添加有机微量元素,可以提高采食量、生长速度和饲料利用率,降低腹泻率。郭海涛(2005)在饲料中添加100mg/Kg 复合氨基酸螯合铁比等剂量无机铁更显著促进断奶仔猪生长,日增重提高8.7%,料肉比降低7.73%,腹泻率降低16.7%,极显著的提高仔猪皮毛得分。李江涛等(2010)在断奶仔猪饲粮中添加50、100、150mg/Kg 甘氨酸铁、甘氨酸锌能够提高机体抗氧化酶的活性及血清铁、锌的含量,促进微量元素的吸收利用,减少排泄量,进而促进断

奶仔猪的生产性能。李奎等(2012)研究报道,结果表明: 在日粮中添加不同形式的有机锌可以提高断奶仔猪的日增重,降低料肉比,可显著改善仔猪的皮毛状况。

4.2.2 肥育猪

生长肥育猪饲粮中添加有机微量元素, 可完全满足猪的微量元素需求,且使用量显著降低,可不同程度地提高猪采食量、日增重和饲料报酬,降低饲料消耗,减少粪便中微量元素的排泄量,提高屠宰率和瘦肉率,改善肌肉品质。孙铁虎等(2006)在生长猪饲粮中添加不同剂量的氨基酸络合铁,可提高生长猪的生长性能和铁的表观消化率,改善皮肤红度和血液生化指标。邓志刚等(2011)在肥育猪日粮中用有机铁、有机锌、有机硒代替无机铁、无机锌、无机硒,可以有效提高肥育猪饲粮中维生素E 含量,改善肥育猪肉质。

4.2.3 母猪

最新研究资料表明, 有机微量元素可满足繁殖母猪较高的微量元素需求, 能够提高母猪繁殖性能,缩短母猪断奶至发情间隔;同时可以预防仔猪缺铁性贫血,提高仔猪初生重和窝产活仔数,降低死亡率。刘贤荣等(2007)研究表明,母猪产前产后补料中添加氨基酸螯合铁, 母猪分娩时血红蛋白含量提高13.67%、3.66%、6.35%和16.4%;仔猪初生重、初生仔猪成活率均有提高。DonMahan 等(2010)报道,母猪饲料中使用有机微量元素,在提高和改善母猪的繁殖性能中起着越来越重要的作用,可提高繁殖母猪的窝产仔数,延长母猪的使用年限。

4.2.4 种公猪

有机微量元素可以改善种公猪的精液品质,显著提高精子活力、有效精子数,显著降低精子畸形率,对公猪繁殖有积极作用,但此方面的研究报道不多。何若钢等(2008)研究报道,夏季杜洛克公猪饲粮中添加酵母锌、酵母硒, 显著提高精子活力、有效精子数、精清激素水平以及精清和血液中睾酮的浓度,显著降低精子畸形率。

4.3 有机微量元素在禽类生产上的应用

试验表明: 在饲料中添加有机微量元素能提高家禽的生产性能,提高饲料利用率,增强机体免疫力减少环境污染。吴胜华等(2007)在基础日粮中添加微量元素锌、铜和锰,对22~65 周龄产蛋鸡的采食量、料蛋比及平均蛋质量无显著影响;但添加有机锌、有机铜和有机锰,显著提高了蛋鸡的存活率和入舍母鸡的产蛋率, 入舍母鸡日均产蛋量增加(P<0.05)。Nollet 等(2007)研究报道,在0~14 d 仔鸡饲粮中添加有机微量元素,饲料利用率显著提高粪便中微量元素的排泄显著降低, 但生长性能变化不明显。郭福存等(2007)报道,在日粮中添加低剂量的有机铜、有机铁、有机锰、有机锌不会对肉鸡的生产性能产生负面作用, 且能显著减少矿物质的排泄量; 添加高剂量的有机微量元素对肉鸡体的质量和饲料转化率有着积极作用。

麻常胜等(2013)研究报道,在种鸡日粮中添加有机微量元素,能较长时间维持种鸡的产蛋高峰,提高种蛋受精率、孵化率和见雏率,对种鸡的生产性能起到积极的影响。

4.4 有机微量元素在反刍类生产上的应用

矿物质微量营养元素主要以酶和辅酶的中心元素形式存在于反刍动物体组织中, 它们的缺乏经常给生物的生长及繁殖带来不利影响。许多研究结果表明, 有机态微量元素用于反刍动物日粮与添加相同水平无机物相比,提高了生产性能、胴体质量和免疫能力。有机态微量元素能够通过反刍动物的瘤胃,具有较强的抗分解能力,是一种较好的必需氨基酸保护方法。不但能防止了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供瘤胃后消化道吸收利用, 同时也可避免某些金属元素对瘤胃的毒害作用。宋慧亭等(2000)在奶牛精料中添加蛋氨酸锌后,奶牛的产奶量增加, 乳脂率得到提高。Ashmead 等(2004)报道,在高产荷斯坦母牛日粮中添加复合金属氨基酸螯合物要比无机金属盐显著提高产奶量。Vanhom 等(2006)饲喂有机锌、有机锰、有机铜后, 可以减缓泌乳后期产奶量的下降。Andrieu(2008)研究报道,有机铜、锌和硒的使用能降低乳房炎的发病率,减少蹄病的发生,提高繁殖性能。

4.5 有机微量元素在水产类生产上的应用

在水产养殖中添加有机微量元素具有促进生长、提高饲料利用率和提高水产品组织中微量元素的含量。杨建梅(2008)报道,氨基酸螯合微量元素进入机体以后,按不同组织和酶系统对氨基酸的需要, 将被氨基酸螯合的微量元素直接运输到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,节省了吸收无机态元素所需的时间, 促使氨基酸螯合微量元素在体内被快速高效地利用。赵元凤(2001)等在用氨基酸微量元素螯合物与无机盐添加剂饲养罗非鱼、鲤鱼的对比试验表明:在罗非鱼、鲤鱼饲料中添加微量元素氨基酸螯合物, 其生长显著好于无机盐组。Apines 等(2003)用有机微量元素饲喂虹鳟15 周,发现虹鳟机体的碱性磷酸酶活性显著高于无机盐组, 而且消化吸收率显著提高。刘占利等(2006)研究报道,有机微量元素螯合物是一种新型的有机微量元素添加剂,在水生动物消化道中先被降解后再被吸收, 可以达到与结合态氨基酸同步吸收,能有效地利用氨基酸,促进鱼和虾类生长、提高生产性能、降低饲料系数、提高成活率。

5 有机微量元素的发展前景及展望

有机微量元素可以明显改善动物的生长性能,增强畜禽的免疫功能与抗应激能力,改善母猪繁殖性能,促进畜禽的生长,提高其产品的品质。

同时,也可适当减少微量元素在日粮中的添加量,相应减少排泄物中的排出量,减少对环境的污染,是微量元素添加剂更新换代的优良产品, 具有广阔的应用前景。但是也存在着一些问题,如生产成本过高,产品质量较低;还没有制定出标准方法和检测方法;作用机制、最佳添加剂量和时间等方面需要继续深入研究。因此有机微量元素的研究仍是畜牧业的一个热点。(来源:江苏长江桂柳生物科技集团有限公司;黄金昌 林化成 袁卫东)

 


 
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