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有機微量元素可以提高畜禽生產(chǎn)性能

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陳建康校夏俊花 制圖表

為了達到減少抗生素使用的目的，同時使用多種策略尤為重要。這些策略有哪些？它們是如何幫助仔豬順利度過斷奶后的第一周？

微量元素在動物體內(nèi)的各種代謝活動中起著重要作用。目前有兩大來源可以用于添加微量元素：無機源和有機源。無機源常見為微量元素的硫酸鹽、氧化物、氯化物和碳酸鹽，它們在生物利用率上各不相同。另一類微量元素通常被稱為“螯合物”。礦物螯合物是旨在增強動物腸道吸收、提高生物利用率的有機微量元素。無機微量元素在動物胃腸道中可能會與纖維、植酸鹽、單寧酸鹽、草酸鹽、硅酸鹽或其他礦物質(zhì)相互作用，進而干擾它們的吸收。有機礦物質(zhì)具有較高生物利用率的原因之一是它們受到了相應(yīng)的保護可免受此類相互作用的影響。當(dāng)?shù)V物質(zhì)與螯合因子如氨基酸或水解蛋白質(zhì)相結(jié)合時，它們會在消化道中變得更加穩(wěn)定，且反應(yīng)活性較低。在動物營養(yǎng)中使用的常見有機微量元素是鐵、銅、鋅、錳、鉻和硒。有報道稱添加有機微量元素復(fù)合物可以提高動物的生產(chǎn)性能。有機礦物源的另一個潛在應(yīng)用是可減少它們的排出，從而可減少對環(huán)境的污染。

1　不同種類的有機微量元素

美國飼料質(zhì)量委員會(Association of American Feed Control Officials，AAFCO)(1998)所定義的有機微量元素的種類包括：

● 金屬(特定氨基酸)的復(fù)合物。這些是從將可溶性金屬鹽與特定氨基酸混合(絡(luò)合)后所得的產(chǎn)物。例如，最常見的金屬復(fù)合物之一是由硫酸鋅和氨基酸中的蛋氨酸結(jié)合產(chǎn)生的鋅蛋氨酸。其他常見的復(fù)合物還包括銅賴氨酸和錳蛋氨酸。這些復(fù)合物是腸道內(nèi)所有有機微量元素中吸收效率最高的。

● 金屬氨基酸復(fù)合物：這些復(fù)合物的特征是一個金屬離子(如鋅)與多個單一氨基酸結(jié)合。每一個單獨的分子仍是一種金屬離子或一種氨基酸，但混合物含有許多氨基酸。此類復(fù)合物的一個例子是鋅絡(luò)合物，該復(fù)合物還有鋅蛋氨酸、鋅賴氨酸、鋅亮氨酸、鋅胱氨酸等。

● 金屬氨基酸螯合物。這些物質(zhì)是由可溶性金屬鹽中的金屬離子與含有一摩爾比的1 moL金屬與1 moL～3 moL(2 moL最佳)氨基酸經(jīng)反應(yīng)形成協(xié)同共價鍵后而產(chǎn)生的。此類螯合物的分子大小應(yīng)該不會超過800 Da?，F(xiàn)在，使用甘氨酸作為配體的礦物質(zhì)甘氨酸正越來越受歡迎，因為甘氨酸在腸道中容易被吸收，且會被正確地轉(zhuǎn)運入細胞中。添加鋅和甘氨酸的螯合物，可以提高豬(Wang等，2010)和肉雞的生長性能(Feng等，2010)。

● 金屬蛋白鹽。這些物質(zhì)由可溶性礦物鹽與氨基酸和/或水解蛋白螯合而成。最終產(chǎn)物可含有單個氨基酸、二肽、三肽或其他蛋白質(zhì)衍生物。其結(jié)果是，金屬蛋白鹽分子大小有時大于所期望的大小，因此這會降低礦物質(zhì)的生物利用率。此外，這種產(chǎn)品由于其配體的大小而具有一個穩(wěn)定常數(shù)并不非常高的結(jié)構(gòu)。這種分子容易被分解，尤其是隨著pH的改變，結(jié)果會破壞其雜環(huán)化合的螯合環(huán)結(jié)構(gòu)。雖然金屬蛋白鹽產(chǎn)品更便宜，但當(dāng)與單個氨基酸螯合物相比它們沒有多少優(yōu)勢。

● 金屬多糖復(fù)合物。這些物質(zhì)通常用多糖分子涂覆金屬分子后獲得。它們都是一些基于已知在消化道中具有高度可溶性的單糖鏈的大分子。許多研究報道它們對動物的生產(chǎn)性能沒有任何有益的影響。Case和Carlson(2002)和Buff等(2005)發(fā)現(xiàn)，使用低水平(500 mg/kg)鋅-多糖復(fù)合物(鋅-PS)的豬群與使用藥理水平(300 mg/kg)氧化鋅的豬群具有相似的生長性能。Sandoval等(1998)發(fā)現(xiàn)使用鋅葡糖或鋅乙酸酯后鋅的生物利用率沒有提高。飼喂日糧鈷水平為40 mg/kg～60 mg/kg的綿羊，鈷利用率與鈷-硫酸鹽和鈷-葡萄糖酸鹽(Henry等，1997；Kawashim等，1997)相同。同樣，來自鐵-檸檬酸鹽、鐵-富馬酸鹽和鐵-葡萄糖酸鹽的鐵具有與硫酸亞鐵中的鋅極為相似的生物利用率(Ammerman等，1995)。

● 金屬丙酸鹽。這些物質(zhì)由可溶性金屬與可溶性有機酸如丙酸結(jié)合后產(chǎn)生。其終產(chǎn)品高度可溶，且通常離解在溶液中。

● 酵母衍生復(fù)合物。其他表現(xiàn)出有應(yīng)用前景的有機微量元素源是富含酵母的礦物質(zhì)。目前最常見的是用一個蛋氨酸分子與硒復(fù)合(硒蛋氨酸)的硒酵母。富含酵母的鉻也普遍用于提高動物的生產(chǎn)性能(Rao等，2012)。

2　微量元素的氨基酸螯合物制備工藝

微量元素的氨基酸螯合物通過利用2∶1摩爾比的氨基酸(最好是蛋氨酸)和無機微量元素離子進行化學(xué)反應(yīng)后制得。制備螯合礦物質(zhì)的基本過程如圖1所示。

3　畜禽生產(chǎn)中使用有機微量元素的益處

相比于無機源，有機微量元素對動物生產(chǎn)性能的積極影響似乎主要源自其較高的生物利用率。已有多項研究探討了不同礦物質(zhì)元素的不同來源對多種動物物種生產(chǎn)性能的影響，結(jié)果顯示有機和無機微量元素的生物利用率有顯著的差別。這些研究表明，銅、鋅、鐵、錳與氨基酸和多肽的結(jié)合，可以增強這些微量元素的生物利用率，從而提高家畜的產(chǎn)奶量、生長、繁殖和健康狀況。

3.1反芻動物

研究表明，有機微量元素在反芻動物生產(chǎn)應(yīng)用中表現(xiàn)出有益的作用。這些作用包括增加產(chǎn)量，改善奶的質(zhì)量，提高繁殖效率。由某些微量元素提供的礦物質(zhì)在機體吸收和組織沉積上似乎高于由無機源提供的礦物質(zhì)。研究表明，在母羊上，銅蛋氨酸和鋅蛋氨酸中銅和鋅的相對生物利用率，比硫酸銅和硫酸鋅中的無機銅和鋅高分別出33 %和52 %(Pal等，2010)。許多研究(Nocek等，2006；Griffiths等，2007；Scilian-Jones等，2008；Hackbart等，2010)表明，用有機微量元素替代無機微量元素飼喂母牛，會對奶牛的泌乳量產(chǎn)生積極的作用。飼喂有機微量元素的母牛所產(chǎn)牛奶，比飼喂無機微量元素的奶牛所產(chǎn)牛奶含有更高水平的乳脂。給母牛添加相同水平的有機或無機的鋅(15 mg/kg)、錳(20 mg/kg)和銅(10 mg/kg)，發(fā)現(xiàn)飼喂來自螯合物中有機微量元素的母牛具有更高的產(chǎn)奶量(11 %)、乳脂和乳蛋白含量(二者均高出約7 %)(EI Ashry等，2012)。同樣，與飼喂硫酸鋅的母羊相比，飼喂螯合鋅且鋅水平減少40 %的母羊產(chǎn)奶量提高12 %，乳蛋白和乳脂分別提高26 %和31 %(Hassan等，2011 )。奶牛在泌乳期的后階段喂給添加量減少40 %的螯合礦物質(zhì)后，結(jié)果產(chǎn)奶量相比飼喂100 %無機微量元素的母牛提高了4 %(Somkuwar等，2011)。

一些研究表明，有機微量元素可提高繁殖母牛各項指標(biāo)，包括提高懷孕率(Nocek等，2006；Defrain等，2009)，縮短空懷期，減少每次受孕所需的配種次數(shù)(Kellogg等，2003)，并且產(chǎn)后第一次發(fā)情所需時間縮短(Campbell等，1999)。當(dāng)與補充無機礦物源相比較時，由于礦物質(zhì)的氨基酸螯合物可增加子宮組織中特定礦物質(zhì)的濃度，氨基酸螯合微量元素補充劑能使母牛的空懷天數(shù)縮短42 d，每次受孕所需的配種次數(shù)減少42 %。因此，通過有機源來補充礦物質(zhì)可更有效地改善反芻動物的繁殖問題。

有機鋅有利于母牛抵抗乳腺炎，因為鋅對維持皮膚的完整性和條紋管道角質(zhì)襯里具有潛在的有益作用。因此，乳房的健康可以通過補充有機微量元素以降低體細胞數(shù)來得到改善。添加低水平的鋅-蛋氨酸，可使體細胞數(shù)減少22 %；飼喂高水平的鋅-蛋氨酸，則可減少50 %的體細胞數(shù)(表1)。

即使動物只需要微量的鉻以滿足它們最佳的營養(yǎng)需求，由于較低的生物利用率，該需求也不容易滿足(0.4 %～3.0 %)。因此，一些有機鉻產(chǎn)物，如，富含酵母的鉻、螯合鉻、鉻-吡啶甲酸、鉻煙酸已經(jīng)開發(fā)成功，并聲稱鉻的生物用率得到了改善。最近，一些研究表明，在反芻動物營養(yǎng)中補充有機鉻可能非常重要(表2)，尤其是在動物處于應(yīng)激狀態(tài)，如運輸應(yīng)激或早期的泌乳應(yīng)激。在添加有機鉻中最有應(yīng)用前景的效果是提高對應(yīng)激的抵抗力或恢復(fù)力，增強免疫功能。較高的健康狀況和生長性能都不可避免地同應(yīng)激如妊娠后期的應(yīng)激、產(chǎn)犢和早期的泌乳應(yīng)激有關(guān)。據(jù)報道，當(dāng)小牛喂給來自氯化鉻中的鉻時，未觀察到有益的影響。另一方面，一些研究人員報道犢牛在應(yīng)激階段喂給酵母鉻、螯合鉻中的鉻，會取得更高的生產(chǎn)性能。

3.2 豬和家禽

在豬和家禽生產(chǎn)中，通常的做法是在它們的日糧中添加有較大安全范圍的無機源微量元素，來防止動物缺乏微量元素。豬飼料通常添加大劑量的微量元素，且經(jīng)常超過其生理需要。然而，過量補充無機微量元素往往會降低生物利用率，原因是微量元素會與日糧中的其他成分相互作用，并且可以導(dǎo)致日糧微量元素被大量排出，從而引發(fā)土壤和地表水的污染。減少日糧中的微量元素含量且不會影響動物生產(chǎn)性能的重要策略之一，是添加比無機態(tài)有更高生物利用率并能在體內(nèi)有更大沉積率的有機源。有研究表明，在豬和家禽的日糧中添加有機源微量元素，可能會對豬和家禽的生產(chǎn)性能產(chǎn)生有益的作用。

有機微量元素已被用于肉雞飼料，并在改善活體性能、雞健康狀況和肉質(zhì)性狀上表現(xiàn)出應(yīng)用前景。最常用的有機絡(luò)合礦物包括鋅、錳、硒、銅和鐵。在飼喂無機(100 %的NRC銅、鋅、鐵和錳營養(yǎng)需求)(Abdallah等，2009)和有機微量元素的肉雞上，觀察到了顯著的高增重、高飼料轉(zhuǎn)化率、高礦物質(zhì)沉積和高的免疫力；然而，喂給有機銅的蛋雞在生產(chǎn)性能和蛋殼質(zhì)量上顯著優(yōu)于飼喂硫酸銅的蛋雞(Paik，2001，表3)。飼喂0.5 mg/kg來自有機源的鉻后，肉雞的增重也高于飼喂無機源的鉻的肉雞(Mohammed等，2014)。研究表明，肉雞喂給含無機微量元素的日糧后，其飼料轉(zhuǎn)化率(1.74)顯著低于喂給含100 %有機礦物質(zhì)日糧的肉雞，前者記錄到的最好飼料轉(zhuǎn)化率為1.63。

最近幾年，有機絡(luò)合礦物質(zhì)在肉雞日糧中的推薦添加水平出現(xiàn)了大幅度的下降，且不會對它們的生產(chǎn)性能(Bao等，2007；Nollet等，2008；Petrovic等，2009；Aksu等，2011a)、抗氧化防御系統(tǒng)(SaripinarAksu等，2010)、血液生化指標(biāo)(Aksu等，2011b)和肉類質(zhì)量參數(shù)(Aksu等，2011b)產(chǎn)生任何負面影響。按NRC需求的25 %補充有機絡(luò)合礦物質(zhì)(銅、鋅和鐵)的肉雞未在增重和采食量方面表現(xiàn)出負面影響(Pierce等，2005)。使用具有更高生物利用率的有機微量元素幾乎不會影響肉雞的增重和飼料轉(zhuǎn)化率，即使有機微量元素的飼喂水平僅為無機微量元素水平的20 %時；同時由于礦物質(zhì)較低的排泄而減少了對環(huán)境的污染(Leeson，2003)。用有機微量元素替換無機微量元素(肽螯合物按50 %或100 %的比例替換)，可增強雛雞的免疫應(yīng)答(Ao等，2011)。有機微量元素可以比現(xiàn)有無機微量元素建議量低得多的水平加入肉雞的日糧中，不會對其生產(chǎn)性能產(chǎn)生負面影響，同時可減少過量礦物質(zhì)的排泄。

飼喂礦物質(zhì)蛋白鹽的仔豬已被證明能夠以比從保育階段起僅飼喂無機硫酸鹽的仔豬的更高水平增重(Creech等，2004)。一些研究表明，有機礦物質(zhì)比其無機源在豬體內(nèi)有更高的沉積率，如Cu-LYS在斷奶仔豬(Apgar等，1995)、鋅氨基酸螯合物在生長豬(Susaki等，1999)和銅、鋅的蛋白鹽在斷奶仔豬(Schiavon等，2000)中。此外，一些研究表明，以較低水平飼喂有機微量元素的豬會獲得與以通常水平使用無機微量元素的豬相似的生產(chǎn)性能(生長，表4)?；谌舾稍噲D評估用不同來源的有機銅取代硫酸銅后對斷奶仔豬和生長豬生產(chǎn)性能影響效果的研究可以得出結(jié)論，在相同添加水平下，飼喂有機態(tài)銅的豬具有與飼喂硫酸銅的仔豬相同或甚至更好的生長速率和/或飼料轉(zhuǎn)化率。另外，通過添加有機態(tài)銅還有可能減少無機銅的藥理水平，而不會影響豬的生長性能。給斷奶后的仔豬喂食含Cu-蛋白鹽的日糧，當(dāng)來自Cu-蛋白鹽的銅水平為50 mg/kg～100 mg/kg時，能夠維持與自硫酸銅提供250 mg/kg日糧銅水平時的生長速度。同樣，生長-肥育豬喂給有機銅(銅蛋白鹽)水平為40 mg的日糧時，所獲得的生長速度與所喂日糧無機銅(硫酸銅)含量為150 mg時相似的生產(chǎn)性能。日糧添加250 mg/kg的鋅-甲硫氨酸(鋅-MET) (Ward等，1996)或300 mg/kg鋅-多糖(Huntington等，2002)，能使剛斷奶仔豬的生長性能等于日糧添加2 000 mg/kg ZnO時所得結(jié)果。用蛋白鹽替換無機微量元素預(yù)混料中15 %～36 %的礦物質(zhì)(鐵、鋅、錳、銅、硒和碘)，能夠提高剛斷奶仔豬的平均日增重(ADG)和增重耗料比(Veum等，1995)。生長肥育豬喂給含正常礦物質(zhì)水平 (Zn 120 mg/kg、Fe 130 mg/kg、Mn 60 mg/kg和Cu 20 mg/kg)30 %的有機態(tài)(蛋白鹽)礦物質(zhì)(鋅36 mg/kg、鐵 39 mg/kg、錳18 mg/kg和銅7 mg/kg)，它們的生長速率比喂給正常礦物質(zhì)水平的豬更快(Fremaut，2003)。

有機微量元素的成本相對較高，這將會限制螯合物的過度使用。此外，有機微量元素能夠比無機微量元素更有效地利用。最近的研究表明，礦物質(zhì)以其無機態(tài)和有機態(tài)的混合物方式添加，綿羊會有更好的生長速度和免疫狀態(tài)(Gowda等，2014)。因此，有人建議除了鉻以外，其他微量元素可以以無機態(tài)和有機態(tài)的混合物來添加給動物(表5)，鉻只有通過有機態(tài)來補充才可使動物獲得更好的性能。

4　螯合礦物質(zhì)的測試

驗證有機微量元素結(jié)合程度的簡便方法還沒有推出。現(xiàn)有多種可主觀測量其質(zhì)量而不是螯合作用的測試方法。唯一可驗證該產(chǎn)品是一種氨基酸螯合物的方法是檢測金屬和配體之間的鍵。在這方面，傅里葉變換紅外(FT-IR)技術(shù)是一種能夠檢測產(chǎn)品螯合作用的相對更有用的方法。

5　螯合礦物質(zhì)分子大小測定

分子大小顯然在有機微量元素(Organic Trace Mineral，OTM)的作用效力上起著一定的影響，并可提供有關(guān)產(chǎn)品潛在效應(yīng)的一個實用的評估方法。基于OTM的蛋白質(zhì)能夠被溶解，然后可通過一系列不同大小的千窩珊瑚分子濾波器。千窩珊瑚分子過濾器可用于測定該產(chǎn)品中每個蛋白片斷的分子大小，并對其進行量化。通過500 Da篩濾器的OTMs被認為可獲得最大的吸收率。每一個蛋白片斷中的金屬含量也要測定，以證明整個產(chǎn)品中均勻的連接。此方法可以獲得OTM分子大小的客觀測量值。

6　復(fù)合和螯合微量元素可溶性和結(jié)構(gòu)完整性的測定

復(fù)合、螯合或蛋白鹽中的礦物質(zhì)在生物利用率上的優(yōu)勢源自化合物具有較高的可溶性或獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)廠商指出，蛋白鹽在消化道中高度可溶，同時具有化學(xué)穩(wěn)定性和電荷中性；另外蛋白鹽分子在消化道中可維持結(jié)構(gòu)完整性，并以一個原始完整的分子到達小腸中的吸收位點。因此，利用簡單緩沖劑(酸性和堿性pH)和凝膠過濾色譜法進行穩(wěn)定性測試，以測定溶于該產(chǎn)品中的金屬是否仍與氨基酸或與其他蛋白類配體復(fù)合，利用寧海德林試劑以及利用AAS/ICP-OES的金屬測定法證實游離氨基酸的凝膠過濾色譜法可以使用(Brown和Zeringue，1994)。

7　結(jié)論與應(yīng)用

據(jù)上述可以得知，有機微量元素中的礦物質(zhì)具有比無機微量元素中的礦物質(zhì)更高的生物利用率。飼喂螯合礦物質(zhì)的畜禽比飼喂無機微量元素的動物具有更高的礦物質(zhì)利用率。與無機微量元素相比，利用螯合物添加劑來改善礦質(zhì)營養(yǎng)能夠提高動物的產(chǎn)奶量、繁殖力和體況。有機微量元素在飼料中的添加量可遠低于當(dāng)前對無機微量元素的建議添加水平，且不會對肉雞和豬產(chǎn)生任何負面影響。與飼喂添加無機微量元素的常規(guī)飼料的肉雞和豬相比，日糧中添加較低濃度有機微量元素的動物能夠顯著減少其糞便中礦物質(zhì)的含量。根據(jù)這些研究結(jié)果，有人建議礦物質(zhì)可以按需要量三分之二(家畜)和三分之一(家禽)的水平來補充無機和有機礦物質(zhì)的混合物，以分別獲得它們的最大生產(chǎn)性能。像鉻這種微量元素只能添加其有機源，因為來自無機來源的鉻具有非常低的生物利用率。□□

原題名：Organic trace minerals for improving livestock production(英文)

原作者：D. T. Pa和N. K. S. Gowda(印度動物營養(yǎng)與生理國家研究所動物營養(yǎng)研究室)

“有機微量元素營養(yǎng)”專欄二

中圖分類號：S816.72

文獻標(biāo)識碼：C

文章編號：1001-0769(2016)01-0001-06