許玉燦

（濟南大學山東省醫(yī)學科學院醫(yī)學與生命科學學院 山東濟南 250200）

有機鋅的富集載體及檢測方法綜述

許玉燦

（濟南大學山東省醫(yī)學科學院醫(yī)學與生命科學學院 山東濟南 250200）

有機鋅在化學結構、生物學效價、使用效果及保護環(huán)境等方面都優(yōu)于無機鋅，通過富集轉化可以將無機鋅轉變成有機鋅。在富集轉化的研究中，富集載體的選擇，檢測方法的使用都是極為關鍵的。本文對有機鋅的富集載體、檢測方法進行了總結和比較。

有機鋅 富集載體 檢測方法

前言

鋅是人體必需的微量元素,參與動物體內300余種酶和功能蛋白的組成［1］。鋅不僅能夠維持生物膜結構和功能的完整性［2］,還與胰島素、胰高血糖素、生長激素、前列腺素及其他激素的合成與代謝有關。

有機鋅是動物吸收鋅離子的主要形式,又是動物體內合成蛋白物質的中間產物。有機態(tài)鋅元素的獲得,目前主要有兩個途徑：一是人工合成；二是生物富集。

用生物的方法富集人和動物所必需的微量元素,日益受到人們的青睞,目前已經成為微量元素研究和產品開發(fā)的主流。利用生物富集轉化有機鋅,價格低廉、營養(yǎng)價值高、具有功能性并且應用廣泛,所以生物鋅的需求量極大。

1 有機鋅的分類及常用有機鋅

有機微量元素絡（螯）合物一般可以分為兩大類：有機酸鋅鹽和氨基酸螯合鋅。

有機酸鋅鹽：主要有葡萄糖酸鋅、檸檬酸鋅、乳酸鋅和丙酸鋅等,由于成本問題,一些簡單的有機酸鋅鹽使用較為廣泛,被認為是第二代飼料添加劑。

氨基酸螯合鋅：螯合鋅中與中心離子鋅配位的叫配位體,配位體可以是單個氨基酸（如蛋氨酸、甘氨酸等）,也可以是復合氨基酸。

2 有機鋅的優(yōu)點

2.1 化學結構穩(wěn)定 無機態(tài)的鋅僅僅是陰陽離子間形成離子鍵結構,易解潮且易與維生素發(fā)生拮抗作用［3］。有機鋅中的螯合鋅離子鍵與配位鍵共存［4］,且離子不易與其他物質結合成不溶性化合物或被吸附在不溶性膠體上,具有良好的生物和化學穩(wěn)定。

2.2 生物學效價高 無機鋅離子容易與植酸、脂肪、纖維等不溶性成分結合直接隨糞便排出體外而不能被機體吸收［5］。Midill等［6］通過在肉雞飼糧中加入植酸酶可提高無機鋅的利用率, 證實了腸道中植酸等不溶性成分會絡合鋅離子影響其吸收這一觀點。

有機酸鋅鹽則使得鋅的吸收率大大提高,但對腸胃有刺激作用。氨基酸微量元素鰲合物（AA TMC）可以利用氨基酸和小肽的吸收通道［7］,完整地通過小腸黏膜進入血漿, 減少了許多生化反應,因此吸收快,生物利用率高。但也有研究認為有機鋅和無機鋅在一定情況下沒有顯著差別［8］。

2.3增強免疫力,提高抗病、抗氧化能力 有機鋅具有增強抗菌能力、提高免疫應答反應、促進動物細胞和體液免疫力的功效［9］,還具有抗氧化功能［3］。

2.4保護環(huán)境,減少重金屬污染 在橡膠中普通氧化鋅重金屬鋅含量約為80 %, 而有機鋅鋅含量可降低到40%或更低［10］,趨近于環(huán)保型綠色橡膠助劑［11］。有機鋅還可以降低養(yǎng)殖業(yè)中的鋅污染［12］。

3 有機鋅的富集載體

富集有機鋅的載體主要有三種：1、微生物包括大型真菌,酵母菌,益生菌等。2、植物類包括植物天然合成和種子發(fā)芽等。3、有些昆蟲也可富集,例如黃粉蟲幼蟲等,但昆蟲富集研究相對較少。

每100g動物性食物中大約含鋅3～5mg,每100g植物性食物中大約含鋅1.0mg,但豆類、谷類、硬果類、菠菜、花生米、小米、芝麻、蘿卜、螺旋藻、茶葉等含鋅量比一些動物［13］要高。由此可以看出動物的富鋅量高于植物,但是由于日常動物性食物所占比例較少,因此以動物為富鋅載體研究較少,以植物為富鋅載體研究較多。

其中利用植物中的谷類［14］、豆類等主糧富集有機鋅,衍生出一種最新的技術叫生物強化技術,生物強化是結合傳統(tǒng)育種實踐技術和現(xiàn)代生物技術,使微量營養(yǎng)素富集在主糧作物中,從而改善世界范圍內微量營養(yǎng)素不良問題的一種新型技術,被看做是有效解決人類營養(yǎng)不良途徑之一［15,16］。

在已有的研究中,尤其在保健品開發(fā)和工業(yè)生產中,微生物具有鋅富集量大、繁殖周期短、獲得成本低廉等特點。利用食用菌［17］將無機鋅轉化為有機鋅,被認為是補鋅的理想選擇.王艷等對食用菌液體培養(yǎng)載體進行了比對,認為選擇羊肚菌作為食用菌富鋅實驗的載體最為理想［18］。

在工業(yè)生產中,酵母菌使用最為廣泛,且其富集機理較為清楚［19,20］。采用自然篩選、單倍體分離、誘變、原生質體融合技術選育到生物量搞得富鋅酵母菌,在含適量的無機鋅的培養(yǎng)基中培養(yǎng),能獲得生物量高、酵母細胞有機鋅含量高的富鋅酵母［21］,然而選取的酵母菌不同,使用的工藝和條件不同,酵母菌的含鋅量就不同。尋求一套成本最少、最為合理的酵母富鋅工藝和條件,現(xiàn)在的研究熱度很高。

4 檢測方法

在對有機鋅富集轉化的檢測過程中,一般要測定其富鋅生物量和鋅的有機化程度。富鋅生物量指富鋅載體內的總含鋅量,包含生物體內的無機鋅。鋅的有機化程度則是指富鋅載體內有機鋅的含量占總鋅含量的比例,在螯（絡）合物中有機化程度指的就是螯（絡）合率。

4.1 富集生物量的檢測

富鋅生物量的檢測較為簡單,因為不需要將無機鋅和有機鋅分離檢測,而只需要檢測總含鋅量。

首先對載體進行處理,使其轉化成離子態(tài)。然后一般采用經典的雙硫腙-四氯化碳法［22］：根據(jù)鋅離子與雙硫腙形成紅色螯合物的原理,控制PH,利用四氯碳作為萃取劑,混色后用分光光度計進行測量。此方法中,混色法較為繁瑣,四氯化碳有毒,因此王魯民等［23］對混色法進行了改進,魏獻軍等［24］對萃取劑和條件進行了改進。

王小莉［25］等認為雙硫腙法雖然使用范圍較廣,但是操作繁瑣,于是發(fā)明了PAN分光光度法：在PH=9.28的四硼酸鈉緩沖介質中,乙醇存在條件下,鋅離子與PAN生成1：2的紅色絡合物,利用分光光度計進行測量。以上方法都是使用原子分光光度法進行測量,方法越來越簡單,但是能夠測定的鋅離子濃度范圍和準確度不同。

4.2 有機化程度的檢測

4.2.1 凝膠過濾色譜法 至今國內外沒有對鋅的有機化程度測定的統(tǒng)一標準,在測定有機載體中,一般測定其螯合率作為有機化程度的標準。

螯合率是指有機微量元素中螯合元素占總元素的比例。利用凝膠過濾色譜法可以測定螯合率［26］,凝膠過濾色譜法測定是國標《飼料添加劑蛋氨酸鐵（銅、錳、鋅）螯合率的測定凝膠過濾色譜法》（GB/ T 13080.2 -2005）, 通過將氨基酸鋅螯合物試樣在水中加熱、離心后,分成沉淀和溶液兩部分。由于鋅離子是溶于水的,所以認為沉淀物所含鋅的形式為螯（絡）合物。溶液經過凝膠分離、洗脫。然后用原子吸收光譜法測定沉淀態(tài)氨基酸螯合物、可溶性氨基酸螯合物及金屬離子的含量,分別計算出沉淀態(tài)氨基酸螯合物、可溶性氨基酸螯合物占金屬元素總量的比例即可計算出相應的氨基酸螯合物的螯合率。此種方法極不穩(wěn)定,凝膠分離和洗脫等易產生誤差。

4.2.2 持續(xù)透析法 有一種間接測定有機鋅的方法是持續(xù)透析法,類似于《飼料添加劑甘氨酸鐵絡合物》（GB/T 21996-2008）檢測甘氨酸亞鐵中總甘氨酸和游離甘氨酸的含量的方法。馬根艷［27］和孫希雯［28］等利用持續(xù)透析法測定富鋅菌：精確稱取富鋅菌絲體,在雙蒸水中反復透析,直至用茚三銅法檢驗透析液中無氨基酸為止,測定菌絲體中含鋅量。透析液中無機鋅可以代表富鋅菌絲體中的無機鋅含量,測出菌絲中含鋅總量,然后計算鋅的有機化程度。

4.2.3 靜置浸出法和有機溶劑萃取法［4］孫希雯等還利用靜置浸出法測定有機鋅含量［28］：將19富鋅金針菇粉末,加人2ml水,分別浸取不同時間, 過濾, 測定菌絲體中鋅含量。此種方法中利用水為溶劑,還可以利用有機溶劑作為溶劑,這就是有機溶劑萃取法。利用無機鋅易溶于有機溶劑,而絡（螯）合鋅溶解性很差的原理,測定有機鋅的含量。

4.2.4 測定可溶性氨基酸鋅 以上四種方法都面臨一個問題,就是有機鋅同樣溶于水和有機溶劑,如何準確的檢測水和有機溶劑中殘留的有機鋅？賈義［29］采取了一種測定可溶性氨基酸的方法：通過蒸餾水和EDTA將洗滌酵母細胞,將細胞的無機鋅和細胞壁鋅全部除去,然后利用酶裂解的方法,將酵母細胞轉變成原生質體經多次離心沉淀,得到總的上清液。然后對上清液中的蛋白質用硫酸銨或者丙酮進行沉淀,從而得到可溶性蛋白質,進而測試其中鋅的含量,得出的即為可溶性蛋白結合鋅的量。以上四種方法,都需要對水和有機溶劑中的蛋白質進行沉淀,然后測定其中的可溶性蛋白結合鋅濃度,以確保實驗的準確性。

5 展望

利用生物強化技術使主糧富集微量元素鋅,從而解決微量元素鋅的缺乏問題,是極為重要的研究項目。遵循綠色環(huán)境原則,富鋅載體可以對含鋅的工業(yè)污水等進行處理,將無機鋅轉變成有機鋅,投入生產將會帶來可觀效益,如何選取最優(yōu)良、可廣泛使用的富鋅載體是未來研究的一個方向。

在有機鋅中只有螯合率的概念,卻沒有絡合率的概念,對以后的有機鋅檢測研究是一種阻礙,許甲平等［30］也對此進行了說明。

有機鋅的檢測沒有統(tǒng)一的標準,一般操作比較繁瑣,且在精度方面有待改良。有機溶劑萃取法中,對于不同產品,有機溶劑的選擇和使用量都有待探索。有機酸鋅鹽也屬于有機鋅,雖然量極少,但是對有機鋅的測定也有影響,需要探索其檢測方法。

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