林育圣(上海派斯德生化有限公司)

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微量元素鐵在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

林育圣(上海派斯德生化有限公司)

林育圣，中國(guó)臺(tái)灣大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)系博士。

專長(zhǎng)：分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)、消化生理學(xué)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、飼養(yǎng)管理。

這個(gè)題目我認(rèn)為大家會(huì)覺得比較耳熟能詳，常常聽到。目前，微量元素氨基酸螯合物慢慢地取代前幾年非常紅火的酶制劑。剛回國(guó)內(nèi)沒多久，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)的畜牧產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，我非常高興。今天我的報(bào)告分為四部分。

1 微量元素分類、優(yōu)越性

圖1 飼料的組成

圖1是飼料的組成部分，其中玉米、豆粕、麩皮占飼料總成分的70 %～80 %，接下來是維生素和添加劑占13 %，微量元素占1 %，其實(shí)在現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)還達(dá)不到1 %，但這1 %卻起到關(guān)鍵性作用。接下來我為大家介紹這一關(guān)鍵性作用。

微量元素含鐵、銅、鋅、錳、碘、硒、鈷和鉻，這些元素在預(yù)混料中都會(huì)添加。那么，它們?cè)诩?xì)胞階段的作用是什么？以鐵為例，在線粒體的電子傳遞鏈中，鐵是細(xì)胞階段中生化反應(yīng)的重要元素，在能量代謝上扮演重要角色，包括作為輔因子、結(jié)構(gòu)物和活化物的部分。在生長(zhǎng)階段，這些微量元素可以促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)以及激素合成。在生殖階段，微量元素與后備母豬和經(jīng)產(chǎn)母豬發(fā)情有非常大的關(guān)系，與胚胎的著床數(shù)、產(chǎn)仔數(shù)、乳汁組成、仔豬活力也有相當(dāng)重要的關(guān)系。在生產(chǎn)階段，微量元素可以提高采食量、降低料肉比、提高肉品質(zhì)。我將這比作小小東西有大大效果，因此我們要好好地使用它們。同時(shí)添加太多也會(huì)造成毒性作用。

圖2 5種不同成分鐵對(duì)比

1.1 微量元素的存在形式

微量元素的存在形式分為有機(jī)和無機(jī)。近年來，有機(jī)微量元素又出現(xiàn)了一種新形式，稱為螯合物或絡(luò)合物。螯合物比第一代的無機(jī)、第二代的有機(jī)微量元素的性能要好。美國(guó)飼料管理協(xié)會(huì)在2005年對(duì)有機(jī)微量元素(螯合物)進(jìn)行分類：礦物質(zhì)與特殊氨基酸復(fù)合物、礦物質(zhì)與氨基酸復(fù)合物、氨基酸螯合礦物質(zhì)、蛋白類礦物質(zhì)、礦物質(zhì)與多糖類復(fù)合物、丙酸類礦物質(zhì)。

1.2 氨基酸螯合礦物質(zhì)優(yōu)越性

1.2.1吸收率更高

5種不同成分鐵對(duì)比，甘氨酸亞鐵有較高的吸收率，接近80 %。一般飼料中會(huì)添加較便宜的鐵，如硫酸亞鐵，經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，吸收率為20 %左右。甘氨酸亞鐵的吸收率比硫酸亞鐵高出約4倍(圖2)。甘氨酸亞鐵的吸收率為什么這么好？其他微量元素在體內(nèi)以離子態(tài)被吸收，需要通過離子通道，但體內(nèi)濃度比腸道高，因此這個(gè)通道走不通。而螯合礦物質(zhì)會(huì)經(jīng)過另外一個(gè)通道——氨基酸通道。氨基酸螯合微量元素可以利用氨基酸通道，提高吸收率。

1.2.2 生物學(xué)效價(jià)高

無機(jī)鐵不能通過胎盤被吸收。根據(jù)國(guó)外研究報(bào)告，氨基酸螯合鐵可以通過胎盤直接進(jìn)入發(fā)育中的豬胚胎。研究表明，胎兒體內(nèi)含鐵量高可降低初生仔豬死亡率，提高初生重及斷奶重。這么好的吸收率可能是因?yàn)殡霓D(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。Liang等(1995)在人的胎盤中檢測(cè)到PepT1 mRNA，但目前對(duì)于豬胎盤的肽轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)還不是很清楚。

表1是派斯德公司進(jìn)行的母源鐵對(duì)仔豬肝臟鐵含量的分析。第一組FeSO4?7H2O，第二組甘氨酸螯合鐵，相同的母豬頭數(shù)。結(jié)果顯示，第一組仔豬的平均初生重1.10 kg，第二組平均初生重1.39 kg。出生后平均肝鐵含量：第一組是640 μg/mg，第二組是1 221μg/mg，足足增加了91 %。7 d后仔豬體內(nèi)鐵含量下降，但是甘氨酸螯合鐵還是增加85 %。甘氨酸螯合鐵在仔豬出生時(shí)通過胎盤進(jìn)入仔豬體內(nèi)，相比體內(nèi)原有的要多，所以超越了屏障才能有特殊的功能性。

圖3 DMT-1和PepT1mRNA的表達(dá)

1.2.3 穩(wěn)定性高

植酸存在于植物的細(xì)胞壁，飼料中含有很多植酸，然而動(dòng)物不能將其消化，因此無法利用植酸中的磷，必須額外添加無機(jī)磷，這樣不僅造成飼料成本提高，而且無機(jī)磷吸收率較低，很大部分又被排出。植酸酶可以破壞植酸結(jié)構(gòu)，從而有利于動(dòng)物吸收植酸中的磷，無需再添加無機(jī)磷。

植酸除了會(huì)結(jié)合體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)外，還會(huì)結(jié)合二價(jià)離子。無機(jī)微量元素在體內(nèi)必須變成離子態(tài)才能夠被吸收，而二價(jià)離子態(tài)微量元素很容易被植酸結(jié)合，導(dǎo)致其不易被動(dòng)物吸收。甘氨酸螯合鐵不與體內(nèi)其他物質(zhì)結(jié)合，因此有較高的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性高也代表吸收和利用的價(jià)值被提高。

1.2.4 較高的抗病和抗應(yīng)激作用

微量元素氨基酸螯合物具有增強(qiáng)抗菌能力、提高免疫應(yīng)答反應(yīng)、促進(jìn)動(dòng)物細(xì)胞和體液免疫力的功效，對(duì)某些腸炎、皮炎、痢疾和貧血也有治療作用；還具有良好的抗應(yīng)激功能，在接種、去勢(shì)、氣溫過高和日糧變更等應(yīng)激條件下，有良好的作用效果。

1.2.5 減少對(duì)環(huán)境及土地污染

在豬飼料中添加大量無機(jī)礦物質(zhì)，如銅、鋅，這些礦物質(zhì)會(huì)不會(huì)全部被吸收？結(jié)果證明不會(huì)，而會(huì)隨糞便排出體外，造成環(huán)境污染，影響動(dòng)物健康和畜產(chǎn)品安全。如果未來我們吃的肉都有重金屬污染你還敢吃嗎？另外，在常規(guī)日糧中，以氨基酸螯合物形態(tài)存在的微量元素，其吸收率大約是無機(jī)態(tài)微量元素的4倍?，F(xiàn)在許多研究單位都在研究這方面，降低無機(jī)礦物質(zhì)的量是未來發(fā)展方向。

圖4 PepT1蛋白質(zhì)的表達(dá)

1.2.6 安全性高，適口性好

微量元素氨基酸螯合物作為體內(nèi)生化過程的中間產(chǎn)物，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的毒副作用小，安全性高，微量元素氨基酸螯合物的半數(shù)致死量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無機(jī)鹽。

一般無機(jī)微量元素適口性較差，微量元素氨基酸螯合物克服了這方面的缺點(diǎn)，由于含有大量氨基酸，具有氨基酸特有的鮮香味，適口性好，具有誘食作用，易被動(dòng)物采食，利于胃腸道的吸收利用，同時(shí)可增強(qiáng)動(dòng)物體內(nèi)生物酶的活性，提高蛋白質(zhì)、脂肪和維生素的利用率，大大促進(jìn)了動(dòng)物生長(zhǎng)性能的發(fā)揮。

氨基酸螯合礦物質(zhì)確實(shí)比無機(jī)礦物質(zhì)的利用效果好，但由于價(jià)格很高未能在生產(chǎn)上廣泛利用。

派斯德、奧特奇、金寶等企業(yè)都在生產(chǎn)氨基酸螯合礦物質(zhì)，價(jià)格高的主要原因是生產(chǎn)工藝成本高。

2 氨基酸螯合鐵吸收機(jī)理

氨基酸螯合礦物質(zhì)的吸收可能是通過氨基酸或肽的吸收方式：a. 小肽可以直接轉(zhuǎn)運(yùn)入小腸細(xì)胞，完整地被吸收入血液。b. 小肽可以在小腸細(xì)胞中分解成氨基酸。c.氨基酸可以被轉(zhuǎn)運(yùn)入小腸細(xì)胞內(nèi)，鐵或微量元素被釋放出。

日糧蛋白質(zhì)進(jìn)入胃后，首先胃蛋白酶將其分解，進(jìn)入十二指腸前段時(shí)，胰蛋白酶以及一些分解酶將飼料中的蛋白質(zhì)分解成寡肽和氨基酸。寡肽包括二肽和三肽，二肽和三肽如何被十二指腸吸收呢？又如何進(jìn)入血液？這養(yǎng)豬者來說可能那么重要，他們只需把豬養(yǎng)好。但是對(duì)我們研究人來說，很好奇，到底是什么原因吸收得這么好。其實(shí)在1994年人醫(yī)已經(jīng)找到小腸刷狀緣膜上的肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Peptide Transporter 1，PepT1)，Shiraga等(1999)試驗(yàn)表明，在小鼠標(biāo)準(zhǔn)日糧中添加二肽(Gly-Phe)，飼喂3 d，能增加PepT1基因表達(dá)。Hong Chen 等(2005)在雞試驗(yàn)中配置不同的日糧蛋白水平(粗蛋白含量分別為12 %、18 %和24 %)，各處理組采食量相同。結(jié)果顯示，隨著蛋白采食的增加，PepT1基因表達(dá)升高。

高蛋白日糧可以增加腸道中二肽、三肽和氨基酸的濃度，這些產(chǎn)物作為PepT1基因表達(dá)的信號(hào)因子，會(huì)增加小腸刷狀緣膜上的肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的濃度，最終促使肽轉(zhuǎn)運(yùn)增加。

研究不同腸段PepT1 mRNA的表達(dá)量，結(jié)果顯示在十二指腸、空腸、回腸中，其在十二指腸的表達(dá)量最高。

分別使用實(shí)時(shí)熒光定量PCR(Realtime PCR)和蛋白免疫印跡法(Western blotting)檢測(cè)基因mRNA表達(dá)以及蛋白質(zhì)表達(dá)量。這兩種方法在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用比較普遍，操作簡(jiǎn)單。培養(yǎng)豬小腸上皮細(xì)胞，分別加入甘氨酸螯合鐵和硫酸亞鐵培養(yǎng)36 h，然后收集細(xì)胞，檢測(cè)DMT-1 mRNA和PepT1 mRNA的表達(dá)(圖3)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組之間PepT1 mRNA的表達(dá)量差異性顯著，DMT-1 mRNA的表達(dá)量差異性不顯著。

比較腸道中PepT1蛋白質(zhì)的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)24 h、36 h都有極顯著差異，因此甘氨酸螯合鐵在小腸細(xì)胞膜上的運(yùn)輸可能與PepT1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有關(guān)(圖4)。

結(jié)果證明PepT1是由2～3個(gè)氨基酸組成的小肽，由與氫離子結(jié)合的主動(dòng)運(yùn)輸被表皮細(xì)胞吸收，再被分解成氨基酸。

3 氨基酸螯合鐵在養(yǎng)豬(母豬、仔豬、育肥豬)生產(chǎn)階段的應(yīng)用

鐵是紅細(xì)胞中血紅蛋白的組成成分，是肌肉中肌紅蛋白的組成成分，為細(xì)胞色素的主要成分，還是體內(nèi)許多酵素的組成成分[細(xì)胞色素C、細(xì)胞色素氧化酶、細(xì)胞色素還原酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、還原型煙酰腺嘌呤二核苷酸(NADH)脫氫酶]。鐵在十二指腸被吸收后，存儲(chǔ)在肝臟，在脾臟重新再利用。豬對(duì)鐵的需求很高，但不能添加太多。

鐵缺乏對(duì)豬產(chǎn)生的影響：造成母豬貧血，血氧代謝差，肌肉無力，產(chǎn)程長(zhǎng)，懷孕初期乳腺發(fā)育不良，奶水不足，影響初生重及斷奶重；造成仔豬缺鐵性貧血，血氧代謝差，生長(zhǎng)速度慢，皮膚蒼白，容易拉稀，發(fā)病及死亡率高。結(jié)果表明甘氨酸螯合鐵可以提高吸收率，提高生物利用率，提高免疫及抗應(yīng)激能力，同時(shí)提供微量元素和氨基酸的雙重營(yíng)養(yǎng)作用，增加血氧代謝能力。

兩個(gè)氨基酸的螯合物，分子最小，最容易吸收；同時(shí)供應(yīng)鐵和造血所需的甘氨酸；具備良好的緩沖能力，使腸道維持正常的pH；可迅速轉(zhuǎn)化更多的血紅素，攜帶更多的氧氣。

氨基酸螯合鐵可提高母豬的繁殖性能，改善母豬體況，提高母豬及自主血紅蛋白含量，防止仔豬貧血、腹瀉，提高仔豬初生重、存活率、斷奶重。氨基酸螯合鐵還可提高仔豬采食量，加快生長(zhǎng)速度，增加日增重，降低料肉比，降低腹瀉率。氨基酸螯合鐵也可提高育肥豬采食量，提高日增重，降低料肉比，增加瘦肉率，肉質(zhì)鮮紅，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 未來展望

讓營(yíng)養(yǎng)成分在正確的地方做正確的事。試驗(yàn)結(jié)果不同，表明不同動(dòng)物、不同日糧營(yíng)養(yǎng)、不同生理?xiàng)l件都會(huì)影響機(jī)體對(duì)微量元素的需要量。Dijkhuizen等(1989)指出正確使用螯合礦物質(zhì)可提升母豬的生產(chǎn)潛能16 %以上。未來微量元素螯合礦物質(zhì)有可能是改善飼料的核心動(dòng)力。

派斯德一直走在時(shí)代的尖端，可以看到氨基酸螯合礦物質(zhì)正在控制基因轉(zhuǎn)錄、翻譯，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，可以更有效地提高和控制動(dòng)物生長(zhǎng)，派斯德提供能讓消費(fèi)者安心的動(dòng)物產(chǎn)品——?jiǎng)游餇I(yíng)養(yǎng)基因體學(xué)。

在未來，隨著我們對(duì)氨基酸螯合礦物功能的更加了解，必定能創(chuàng)造出更高的價(jià)值。