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有机微量元素应用现状与趋势

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-08  浏览次数:570
核心提示:此文更关注有机微量元素产品的功效,如改善动物皮毛外观、改善产品外观性能、提高繁殖性能和降低环境应激等。建议对有机微量元素产品的研发更关注各种其独特作用机理、产品品质评价及低排高效微量元素产品的研究。
  摘要:本文对目前国内外饲料企业使用有机微量元素添加剂产品的原因进行分析.认为大多数饲料企业使用有机微量元素产品除考虑其生物学效价高外。更关注有机微量元素产品的功效,如改善动物皮毛外观、改善产品外观性能、提高繁殖性能和降低环境应激等。建议对有机微量元素产品的研发更关注各种其独特作用机理、产品品质评价及低排高效微量元素产品的研究。
  关键词:有机微量元素添加剂;生物学效价;作用机理
  传统无机微量元素(主要指硫酸盐、氧化物等)因其价格低廉,而得到饲料行业广泛应用。但无机盐在肠道中易与13粮中化合物(如植酸)形成难溶复合物.或相互间拮抗而导致利用率降低。有机微量元素因其不易与13粮中物质反应及相互间拮抗小.因而其生物学效价高。但其所提高的生物学效价与添加有机微量元素后产品提高的成本而言显得并不相称.不少饲料企业仍采用对微量元素进行超量添加.造成粪样中微量元素超标,引起土壤环境破坏,已引起国家和环保人士关注。笔者通过近10年来对微量元素添加剂产品的应用研究和推广,发现国内外很多饲料企业使用有机微量元素产品虽非完全接受其较高的生物学效价理论.但确实承认,对比超量使用无机微量元素产品,无法带来部分用有机微量元素替代或较低剂量使用有机微量元素的功效。本文将对其做一综述,并对其研究发展趋势进行分析。
  1.有机微量元素的定义与使用品种
  有机微量元素是指微量元素添加剂中的金属离子与有机物及其分解产物(如氨基酸配位体中离子或分子)通过配位键的结合形成的络合物。根据其组成和结构可分为简单络合物、螯合物、多核络合物等。简单络合物分子中只有一个中心离子.与配位体中一个配位原子形成配位键:螯合物的配位体中至少有两个或两个以上的配位原子同时与中心离子成键,形成环状结构。美国饲料官员控制协会(AAFC0,2001)将有机微量元素定义分为五大类:(1)由可溶性金属盐与某种或几种氨基酸形成的金属氨基酸络合物;(2)由可溶性金属盐与一种特定氨基酸形成的金属氨基酸络合物,如赖氨酸铜;(3)由可溶性金属盐与氨基酸按1:l一1:3以共价键结合而成的金属氨基酸螫合物:(4)由可溶性金属盐与多糖溶液形成的金属多糖络合物;(5)由可溶性金属盐与部分水解的蛋白质螯合而成的金属蛋白质盐。
  与无机盐相比.有机微量元素产品因其稳定性高、适口性好、生物学效价高及特殊生理功效而深受饲料企业欢迎,被人们称作第三代微量元素添加剂。2013年农业部规定的可使用有机微量元素添加剂品种有:蛋氨酸铜、铁、锰、锌络(螫)合物;赖氨酸铜和锌;甘氨酸铜、铁和锌;酵母铜、铁、锰、硒;混合氨基酸铜、铁、锰和锌络合物:蛋白铜、蛋白铁、蛋白锌和锰;羟基蛋氨酸类似物络(螯)合锌、锰、铜:有机铬和苏氨酸锌。
  2.有机微量元素产品使用效果分析近年来.
  随着有机微量元素添加剂生产加工成本的降低.及其对动物使用效果的深人研究.有机微量元素已得到国内外饲料企业的普遍使用.特别是目前国内知名企业均已使用有机微量元素,分析其使用原因主要包括:
  2.1改善动物外观性能
  有机铁是较早用于改善动物皮肤外观的有机微量元素.由于我国养猪业过去依赖砷制剂来促进生长和改善皮毛外观,造成猪体内砷沉积和砷排放.禁用砷制剂的呼声在不断提高,添加有机铁被很多企业所使用。虽然无机铁能增加猪的血红细胞数量和提高血红蛋白浓度.但过量和随意添加将增加腹泻率.降低生长速度(Lee等,2008)。与无机铁相比,有机
  铁能增加猪血红细胞数量.提高血红蛋白浓度的效价。更有利于猪体表血液循环(Yu等,2000)。不同种类有机铁存在一定差异。杨敏和吴德(2012)通过仔猪铁耗竭试验发现,添加不同种类有机铁,每周有机铁组猪的皮毛指标都较同期的硫酸亚铁组高。其中,在第4周皮毛指数评估中.只有甘氨酸亚铁仍显著性高于硫酸亚铁.说明甘氨酸铁对皮毛改善效果最好。此外,同其他有机铁相比.甘氨酸亚铁生产加工成本较低,对配方成本压力相对较小。因此.甘氨酸亚铁是目前国内使用量最多的有机微量元素。
  从改善动物皮毛外观来看.通过有机锌与有机铁搭配对皮毛改善效果更加明显,特别是对于采用高锌日粮前期仔猪。作者(2012)曾用羟基蛋氨酸锌与甘氨酸铁搭配.采用无机盐一半用量,生长猪的毛色评分高于2倍剂量的无机盐组。
  锌是胶原蛋白结构成分之一。有机锌具有改善粘膜组织的功能。日粮中添加有机锌可提高肉鸡皮肤的撕裂强度.改善肉鸡屠宰后胴体外观性能(Rossi等,2007)。兴嘉生物在肉鸡在试验中发现肉鸡日粮中添加羟基蛋氨酸锌后,肉鸡屠宰后胴体出血点比例显著降低,足垫皮炎减少(待发表)。足垫皮炎是足垫糜烂性病变的根本原因,通常始于网状疮痴增厚,引起龟裂,再发展成溃疡.造成肉鸡屠宰中次级品增加,销售价值降低,甚至胴体报废。日粮中添加有机锌可改善肉鸡足垫皮炎的发病率和病变严重程度.增加可销售鸡爪的数量(Saenmahayak,2008)。Zhao等(2010)研究表明.肉鸡日粮中添加有机微量元素可减少肉鸡脚垫患严重损伤比例,评分等级为l和2(品质较好)的肉鸡脚垫比例提高。并且,有机组高出无机组22%。显著提高了肉鸡鸡脚的商品特性。此外.有机锌对母猪和奶牛蹄病的改善效果也有较多报道(田文儒。2004)。
  2.2有机徽量元素对畜产品品质的改善
  猪肉苍白和渗水严重影响肉的外观品质和货架寿命,添加有机硒能使肉色变红。Zhu等(2012)在生长肥育猪后期添加不同添加剂发现.硒代蛋氨酸效果最好.能显著提高肉的系水力和红润度。
  大量试验表明。有机锌能显著降低牛奶体细胞数量,提高牛奶品质。Heinrihs和Conrad等试验表明.氨基酸锌在瘤胃96h后,仍不会被降解,从而顺利通过瘤胃而不被破坏。在母牛基础13粮中添加羟基蛋氨酸锌。产奶量增加7%。13.6%.体细胞数显著下降(赵士堂,2003;田文儒,2004)。
  有机锌和有机锰改善蛋壳品质也早有报道,Moreng等(1992)研究显示,蛋鸡日粮添加有机锌可显著提高蛋壳强度、蛋壳重和蛋壳比例。而添加硫酸锌对蛋壳品质无显著影响。
  Swiatkiewicz等(2008)认为蛋鸡产蛋后期(62—70周龄)添加有机锌和有机锰.可减缓蛋鸡因日龄增加而导致的蛋壳强度降低。原因是有机锌和锰可通过有效提高碳酸酐酶活性和增加蛋壳黏多糖合成而改善蛋壳质量。
  2.3提高母猪的繁殖性能
  有机铬是报道最早能提高母猪繁殖性能的有机微量元素。梁贤威等(2002)报道有机铬(0.2 ms/ks)使母猪的窝产仔数增加4.07%.初生仔猪窝重增加7.48%。21日龄窝产活仔数增加10%。莫靖川(1999)在母猪日粮中添加0.2 ms/kg有机铬.繁殖周期缩短了7 d,窝产活仔数平均增加2头,年产胎次平均增加0.13头,窝死亡数平均减少l头。新版NRC猪营养标准(2012)对铬的综述是:对母猪而言,有机铬都能增加窝产规模(即产仔数提高),而其他繁殖性状如发情间隔、受精率、分娩率及淘汰率没有恒定结果。Lindemann(2004)通过研究猪对铬反应的葡萄糖耐受试验和胰岛素挑战试验,推算出铬剂量为每天7.5斗s/kg,拆算到母猪日粮中添加大约500~600斗g/ks的铬。再通过不同铬添加水平下的繁殖试验.根据铬对窝产仔数呈二次曲线反应,其最高值为600 la,g/kg。可能原因是铬通过增强母猪体内胰岛素的作用而提高其繁殖性能.Cox等曾用外源胰岛素来提高母猪繁殖性能。
  其他有机微量元素对母猪繁殖性能的影响也有不少报道。Dameley报道.初产大长母猪产前补饲氨基酸螯合铁.母猪首次配种受胎率提高9%,淘汰率降低4.2%,仔猪死亡率也有所降低。Yen等(2005)研究得出,以铜蛋白盐化合物形式每天额外添加14 mg铜能提高母猪断奶后7 d内的发情配种率。Payne等(2006)证实,以硫酸锌形式添加100 ms/ks锌的基础日粮中.再额外添加有机锌100 ms/kg,能增加窝产仔数和断奶仔猪数。
  繁殖母猪日粮采用全有机微量元素近来也有不少报道.且都是正效果。谭会泽等(2005)报道.有机微量元素替代无机盐能提高母猪繁殖性能。Peter等(2008)采用有机微量元素替代无机盐,窝产仔数由11.97提高到12.40头。窝产活仔数由10.44提高到11.79头。兴嘉生物动物试验中心(201l一2013年)通过对30头母猪进行4年跟踪试验发现,使用全有机微量元素添加剂日粮的母猪繁殖性能较2倍无机元素的对照组高,初产母猪产仔数多0.9头.经产母猪多1.9头,仔猪死畸数也有明显降低。
  2.4改善动物生产性能
  有机微量元素对动物生产性能的改善尚存争议,但较多报道显示有明显改善作用。华卫东等(2002)发现.与添加硫酸亚铁相比,在母猪和仔猪日粮中添加赖氨酸铁,仔猪初生重、21日龄断奶重分别提高8.61%和8.80%。郭海涛(2005)发现,添加不同含量的复合氨基酸铁.仔猪日增重都有显著提高。兴嘉生物动物试验中心(201 l一2013年)通过多次对仔猪、生长猪和肥育猪试验.其结果表明,猪体重越小,有机微量元素生长速度提高越明显。
  2.5减少动物对不良环境的应激作用
  现代集约化养殖,使动物处于不断的应激状态中,处于应激状态的动物分解代谢增强,蛋白质和糖分鳃促使体内铬动员参与代谢,而排出体外(Doisy等,1971)。应激状态下补充有机铬(如蛋氨酸铬、酵母铬和吡啶羧酸铬等)对肉鸡(王立等,2010)、蛋鸡(朱小惠等,2007)、断奶仔猪(何如芳等,2013)和奶牛(张敏红等,2000)的生产性能和免疫能力都有明显提高。
  3.有机微量元素研究进展与研究趋势
  3.1有机微量元素添加剂产品质量评价微量元素添加剂中金属离子、配位体及加工工艺都存在差异。至今,国内外尚无有机微量元素添加剂产品质量评价的一致标准。目前。常采用的评价方法主要是测定有机微量元素产品的螫合率、稳定常数和螯合强度。
  螯合率是指有机微量元素产品中螯合元素量占总元素量比例。检测螫合率的方法目前有两种。一种是凝胶过滤色谱法,另一种是测定其中游离配位体比例。前者是国标《饲料添加
  剂蛋氨酸铁(铜、锰、锌)螯合率的测定凝胶过滤色谱法》(GB/l"13080.2—2005).其测定原理是通过加热溶解、离心和凝胶过滤.将有机微量产品金属元素分为沉淀态、可溶性有机微量元素及游离态金属离子。再用原子吸收光谱法测定各部分含量.计算出相应氨基酸螫合物的螫合率。另一种方法是采用《饲料添加剂甘氨酸铁络合物))(GB/r21996-2008)检测甘氨酸亚铁中总甘氨酸和游离甘氨酸的含量.间接计算出螯合率。
  稳定常数是指有机微量元素产品中已经络合部分的稳定程度。以稳定常数(1(f)来表示。一般氨基酸螫合物的稳定常数在3-6或3一lO之间.而有机酸的稳定常数大于2.EDTA的稳定常数大于13。不同配位体(氨基酸)与不同金属元素形成的螫合物稳定常数亦有差别.但对于成分较复杂的复合型有机微量元素.稳定常数测定较困难.溶液中配位体浓度、配位数都影响测定准确性,因而未得到广泛应用。
  螫合强度(Qf)是Holwerda等(1995)根据络合平衡关系及络合态和非络合态金属离子的半波电位差△E而提出的。测定原理是金属元素与配位体形成络合物后.在电压作用下还原为金属一汞极的难度加大.电位向更负的方向移动。根据络合物与金属离子还原为金属(Hg)的E抛差值,计算出络合物的螫合强度(Qf)。Holwerda等(1995)和Holwerda(1997)根据此法对矿物元素蛋白盐的螫合强度进行测定。并提出螯合强度的划分方法,螯合强度(Qf)低于10的为弱螯合强度,10一100的为中等螯合强度;100~l 000的为强螯合强度:超过l 000的为极强螯合强度。梁建光(2007)发现。不同螯合强度有机锌对奶牛产奶量、体细胞数都有显著的影响。强络合强度有机锌降低奶牛体细胞数的效果最好,而中络合强度有机
  锌与硫酸锌相近。黄艳玲(2007)发现不同形态锰源对肉鸡心肌MnSOD的基因转录和翻译调节均表现出中等络合强度。有机锰的生物学活性最好.而无机硫酸锰最差。
  除了以上3种评价指标外.还有采用红外线、x一衍射法、分子量法对螯合物进行评价.但都只能定性评价产品中有无螯合,无法进行定量评价。采用质谱仪和高压液相色谱都易引起螯合物分解.溶解度法对微量元素化合物的生物学利用率没有意义(李素芬等,2004)。因而,至今美国正式分析化学协会(AOAC)仍没有有机微量元素产品质量的评价方法。今后对其质量评价方法的研究将是有机微量元素研究的热点和难点。
  3.2有机微量元素吸收与作用机理研究
  有关动物有机微量元素吸收机理目前被认可的是完整吸收和竞争争吸收两种假说(计峰等,2003)。完整吸收假说认为.金属离子以配位键与氨基酸的配位体结合被保护在络合物的核心.利用肽和氨基酸的吸收机制被完整吸收.穿过肠黏膜细胞膜、肠黏膜细胞和基底细胞膜进入血液。另一种观点认为(Miiler和Ashmead,1993),微量元素氨基酸络合物和其蛋白盐能更有效地达到吸收位点被吸收.络合程度适宜的有机微量元素进入消化道后.可防止金属元素在肠道变成不溶性化合物(如与植酸结合)或减少金属元素之间产生的拮抗,直接到达小肠刷状缘.发生水解并吸收.通过肠上皮细胞进人血液。
  过去一段时间,有关有机微量元素对动物效果优势的作用机理被认为是有机微量元素吸收率较无机盐高的原因。但是从最近的研究和使用效果上看.有机微量元素可能通过其他生化代谢途径发挥其作用.如有机锌对黏膜组织的修复,有机铬对葡萄糖耐受因子的作用等:甘氨酸铁可能直接参与血红素的合成。因血红素结构中铁与甘氨酸分子结合。因而有关各种有机微量元素独特的作用机理将是未来研究重点。
  3.3常规饲料中微量元素含量的检测与效价评估
  目前在动物饲料配方设计过程中常规饲料原料中微量元素本体值不作考虑。其原因是基于饲料中微量元素含量较低,且形态复杂,吸收利用率低。事实上.常规原料组成配方中所含微量元素与大多数动物营养需要的盈亏平衡差异不大.而饲料原料中微量元素含量因地区、土壤等存在较大差异.随着酶制剂(特别是植酸酶)的添加,其生物利用效率得到较大提高。因此。开展饲料原料中微量元素含量的检测.建立各地饲料原料微量元素数据库,并对不同原料中各微量元素生物学利用率进行评价。无疑对饲料原料中微量元素利用及环境保护具有重大意义。
  3.4低排高效的有机微量元素产品的研发
  无机微量元素因其价格低廉得到饲料行业广泛应用.但无机盐在肠道中易与13粮中化合物(如植酸)形成难溶复合物。或相互间拮抗而导致利用率降低。目前饲料行业普遍对微量元素超量添加.造成粪样中微量元素超标,引起土壤环境破坏。针对不同阶段动物使用有机微量元素的适宜添加量也是研究重点。呙于明(2012)使用羟基蛋氨酸铁、羟基蛋氨酸锌、羟基蛋氨酸锰盐替代60%~80%的相应硫酸盐用量.其肉鸡粪样中微量元素量降低。兴嘉生物通过多次试验表明.用有机微量元素替代无机微量元素后粪便中微量元素含量降低。Feng(2009)的研究报道也表明.甘氨酸铁可增加仔猪各组织中铁的沉积,减少粪便中铁的排泄,对仔猪生长有改善作用。
  3.5有机微量元素产品的开发与研究
  目前市场上有机微量元素产品较多,农业部已经批准的有20~30多种.但就其配位体而言.主要以甘氨基酸、蛋白盐为主。从成本上来考虑.以各地自然资源及食品、制药等工业的副产品为原料生产出低价高效的有机盐是今后研究方向之一.从应用效果来看,开发不同种类氨基酸、寡糖为配体.多种功效性的有机微量元素,也将成为今后研究方向之一。
  总之,有机微量元素添加剂产品对改善动物生产性能和畜产品品质具有重要意义。通过研究人员和企业的不断努力,对其作用机理、使用量、效果和评价方法进一步了解,对动物有机微量元素的应用具有更加重要意义。(来源:万方数据)
 


 
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