微量元素氨基酸螯合物的研究与在水产中的应用

微量元素氨基酸螯合物的研究与在水产中的应用 肖伟平， 刘金 (广州康瑞德生物技术股份有限公司，广州 510663) 要:微量元素氨基酸螯合盐是第三代微量元素添加剂，融氨基酸和矿物质元素于一摘 体，在动物体内利用率高，诱食性强，可促进动物生长，降低饲料成本。本文就微量元素氨基酸螯合物的分类、特点以及在水产饲料中的研究与应用做一综述，对微量元素氨基酸爱和五的发展提出自己的看法，以求有利于微量元素氨基酸螯合物的推广使用和向前发展。 关键词:氨基酸螯合盐;微量元素;添加剂;营养;水产 微量元素是动物生命过程中必需的营养素之一。随着集约化养殖的快速发展，水产动物仅从水中吸收微量元素不能满足机体正常生命活动的需要。为了补充动物生长过程中所需微量元素的不足，必须在饲料中添加微量元素以满足机体的需要。在饲料发展过程中，微量元素的添加形式经历了三个阶段的发展;第一代是无机盐，例如硫酸亚铁、氧化钴等，无机盐价格比较便宜，但适口性差，容易与饲料中植酸、纤维素等成分容易形成不溶性螯合物，从而导致生物利用率低;第二代是有机酸盐，例如富马酸亚铁、乳酸镁等，有机酸盐比无机盐稳定性要好，但消化吸收仍不理想;随着饲料科学的发展，新型的第三代微量元素添加剂逐渐在饲料中推广使用，这就是微量元素氨基酸螯合物(简称氨基酸螯合盐)(Chelate Complex)。 1 氨基酸螯合盐的概念及分类 在美国饲料管理官员协会正式确定了氨基酸螯合盐的概念;由可溶性金属盐中的一个金属元素离子同氨基酸按一定摩尔比以共价键结合而成。水解氨基酸的平均分子量为150左右，所合成的螯合物分子量不得超过800。氨基酸螯合盐中金属离子不仅与氨基酸的羧基形成离子键，同时与氨基中的N原子和羧基中的O原子形成配位键，从而形成环状螯合结构。一个金属离子可以和多个氨基酸螯合成环，形成的环状越多，螯合物的稳定性越好。常见的α-氨基酸螯合盐为五元环，β-氨基酸螯合盐为六元环。 根据金属离子与氨基酸螯合的情况，可将氨基酸螯合盐分为单一氨基酸螯合盐和混合氨基酸螯合盐。前者是微量元素与同一种氨基酸螯合而成，成分明确，产品质量容易保证，效果较好;后者是微量元素与多种氨基酸螯合形成，成分复杂，反应条件难于控制，产品质量不易保证。根据金属离子来分类，可分为氨基酸铜、氨基酸锌等等。根据氨基酸来分类，可分为蛋氨酸螯合物、赖氨酸螯合物等等。 2 氨基酸螯合盐的吸收机制 2.1 完整吸收假说 这种假说认为氨基酸螯合盐以整体形式被小肠吸收，即氨基酸螯合盐不经过消化，直接进入机体组织(Found,1974)，而无机态微量元素几乎不能透过肠壁，必须与配体形成螯合物才能通过小肠的类脂屏障(Sherman和Rowland.1990)。 Ashmead等(1985)的试验结果表明，大鼠分离肠段对蛋白质螯合铜的吸收率是硫 酸铜的4 倍;Spears(1991)的研究也认为，蛋氨酸锌中的蛋氨酸在反刍动物的瘤胃中不被微生物分解利用，说明蛋氨酸锌可直接进入小肠。但Hill等(1987a)发现，双标记蛋氨酸锌螯合物中的65Zn和14C在鼠外翻肠囊中吸收不成比例，因此他认为氨基酸螯合锌在肠道不能完整吸收。由于目前缺乏氨基酸螯合盐的有效检测，因此无直接证据表明氨基酸螯合是否以整体形式被小肠吸收。 2.2 竞争吸收假说 这种观点认为氨基酸螯合盐能有效地吸收，并不是以整体和电中性的方式吸收，而是进入小肠后直接到达小肠刷状缘，并在吸收位点发生水解，其中的金属以离子形式进入肠上皮细胞并被吸收进入血液。由于氨基酸螯合盐在进入小肠刷状缘前没有在消化道中与其他物质发生反应形成不溶化合物而被排除体外，因而进入血液的微量元素增加(Miller等，1994)。Aoyagi(1994)在雏鸡饲粮中分别添加蛋氨酸铜、赖氨酸铜和氯化铜、来验证三者对铜抑制剂的反应，实验表明氨基酸螯合盐可减轻L-半胱氨酸和L-抗坏血酸对铜吸收的抑制。 3 氨基酸螯合盐的应用特点 3.1 氨基酸螯合盐化学性质稳定，生物利用率高 氨基酸螯合盐以金属离子为中心，独特的螯合结构对金属离子形成了有效的保护、分子内电荷接近中性，从而使金属元素在消化吸收过程中有效避免了饲料原料和鱼虾消化道碱性环境的影响，保持了稳定的化学性质，提高了金属元素的利用效率(文爽等，2003)。 3.2 氨基酸螯合盐通过氨基酸与金属元素的螯合作用，避免了金属元素与金属元素、金属元素与维生素的直接接触，从而减少了金属元素之间的拮抗和对维生素的破坏 无机金属离子在运输过程中容易发生氧化还原反应，例如Fe2+氧化成Fe3+，这种氧化产物会破坏饲料中的维生素，影响维生素的稳定。当氨基酸与金属形成螯合结构后，避免了金属元素的氧化，从而减轻了对维生素的破坏作用;微量元素之间还存在复杂的拮抗作用，氨基酸螯合盐独特的螯合结构把金属离子包围在中心，有效抑制了矿质元素之间的拮抗作用，增强了金属元素的利用率。 3.3 由于氨基酸螯合盐融氨基酸和矿质元素于一体，含有大量氨基酸，具有特殊的鲜香味，对鱼虾有诱食作用，弥补了无机盐适口性差的弱点 目前使用的氨基酸螯合盐，多数是用甘氨酸或蛋氨酸与金属元素螯合形成，甘氨酸对多数鱼虾都具有诱食作用，而蛋氨酸是实用饲料中的限制氨基酸之一，氨基酸螯合盐在提供微量元素的同时，也补充了氨基酸的不足(吕景才等，1994)。 3.4 氨基酸螯合盐可直接穿过小肠绒毛膜，节约了许多生化过程，减少了鱼虾的能量消耗，有利于提高鱼虾的生长 无机盐摄入人体内以后，必须借助于辅酶的作用，与氨基酸和其他物质形成螯合盐， 才能被机体吸收，吸收后微量元素在血液中与蛋白质结合后才能被运输到机体所需的部位;而氨基酸螯合盐的结构接近鱼虾吸收微量元素的天然形态，也是鱼虾合成蛋白质的中间物质形态，需要时释放出微量元素供机体利用，从而减少了很多生化过程和能量消耗，提高了饲料效率，促进鱼虾生长(张维睿等，2005)。Found(1974)也认为具有五元环或六元环的螯合物中心金属离子可通过小肠绒毛刷状缘，所有氨基酸螯合盐都可以以肽的形式吸收。 3.5 大量科研生产实验表明，氨基酸螯合盐对鱼虾具有明显的增产作用缩短养殖周期，并能大幅度降低养殖成本，能明显促进鱼虾的生长，加强免疫机能。 4 氨基酸螯合盐在水产中的研究与应用 4.1 在淡水鱼养殖中的应用 傅英等(1991)在实验土池培养草鱼苗，一个实验土池使用无机盐作为微量元素来源，另一个实验土池使用螯合物作为微量元素来源，放养模式和放养规格与现实鱼塘养殖模式一致，2个月养殖实验表明，使用螯合物的草鱼饲料系数降低10%，增重率远远高于无机盐组的草鱼增重率。 赵元凤等(1997)在恒温水簇箱进行罗非鱼养殖实验，分别在罗非鱼实用饲料中添加无机复合矿1%、氨基酸螯合盐0.5%、氨基酸螯合盐1%，40d养殖实验，分别在罗非鱼的耗氧率发现，添加氨基酸螯合盐的罗非鱼耗氧率显著低于无机盐组。 李爱杰等(1994)研究了添加多种氨基酸螯合盐和无机盐对罗非鱼饲养效果的影响，结果发现饲料中添加氨基酸螯合盐比添加无机盐的罗非鱼增重率提高17.84%~25.84%，在进行鲤鱼的消化吸收实验中表明，相对无机盐来说，氨基酸螯合盐在鲤鱼体内的消化率分别提高:Cu41.37%、Co46.48%、Fe15%、Zn16.17%、Mn5.82%. 宋进善等(1996)进行大规模的鲤鱼和罗非鱼饲养实验，再次证实了饲料中添加氨基酸螯合盐可显著提高鱼的生长速率、存活率和饲料效率。添加氨基酸螯合盐的鲤鱼增重率比对照组提高17.5%~39.6%，饲料效率提高18.0%~38.3%。罗非鱼增重率提高15.0%~36.0%，饲料效率提高16.4%~21.7%。 Panpamnanont和Lovell(1995)用添加Zn-Met或ZnSO4的纯化饲料喂养斑点叉尾10周，养殖结果表明，当鱼体获得最大增重时，以蛋清为基础的饲料组Zn-Met和ZnSO4的添加量分别为5.58g/kg和18.94g/kg;以大豆为基础的饲料组为5.91g/kg和30.19g/kg。 4.2 在冷水鱼中的应用 Satoh等(2001)在虹鳟饲料中添加两种浓度的氨基酸锰和硫酸锰:7mg/kg和14mg/kg，实验结果表明，添加氨基酸锰的虹鳟生长显著高于无机盐组，机体和骨骼的锰沉积率和消化吸收率也显著高于无机盐组(P<0.05)。 Apines-Amar等(2004)在虹鳟饲料中添加不同形式的微量元素，15周的实验结果表明，当微量元素含量相同时，氨基酸螯合盐组的骨骼和肝脏中Cu的沉积量极显著高于无机盐组(P<0.01)，当氨基酸螯合盐的含量是无机盐的一半时，体内DNA聚合酶和铜锌超氧化物歧化酶活性与无机盐组活性相当。 Apines等(2003)用不同形式的微量元素饲喂虹鳟15周，实验结果也证实了当使用氨基酸螯合物时，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。 以上实验结果都表明，在虹鳟饲料中使用氨基酸螯合盐作为微量元素的来源时，鱼体的生长显著提高，微量元素在鱼体内的消化吸收也显著提高，体内酶性显著加强。当使用氨基酸螯合物作为微量元素来源时，微量元素的使用量是无机盐的1/2~1/3。 4.3 在甲壳动物中的应用 杨原志和董晓慧(2006)在凡纳滨对虾饲料中添加20mg/Kg、40mg/Kg、60mg/Kg、80mg/Kg和100mg/Kg的硫酸锌和Zn-Met,实验结果表明，不同锌源对虾的免疫有显著影响(P<0.05)，使用Met-Zn为锌源时，添加量为40~60mg/Kg时生长和免疫效果最好。 董晓慧等(2006)比较了氯化钴和蛋氨酸钴对凡纳滨对虾生长和组织钴含量的影响，实验结果发现，使用15mg/Kg蛋氨酸钴显著提高了对虾0~8周的增重率(P<0.05)，但钴的添加形式和钴水平不影响肌肉中钴的含量和肝胰脏中的钴含量。作者在2007年比较了不同形式的铜对凡纳滨对虾生长、免疫和铜沉积的影响，在4周和8周时，添加蛋氨酸铜的对虾增重率均显著高于硫酸铜组(P<0.05)，血清酚氧化酶(PO)和超氧化歧化酶(SOD)活性均显著高于硫酸铜组，当饲料中蛋氨酸铜添加量为10mg/Kg时，可满足对虾的生长和免疫的需要。 阳会军等(2001)在基础饲料中添加Cu-Met和CuSO4两种不同形式的铜都能促进斑节对虾的生长，但对Cu-Met的利用率比CuSO4高得多，添加15mg/KgCu-Met可满足斑节对虾生长的需要，但以CuSO4为同源时，需求量为30mg/Kg。 5 氨基酸螯合盐在水产中的应用前景及存在的问 ?相对无机微量元素，氨基酸螯合盐价格偏高，这是制约氨基酸螯合盐使用最主要的因素。因此需要对氨基酸螯合盐的产品开发加大投入，降低生产成本。其一是利用水解动植物蛋白获得氨基酸，另外在氨基酸螯合盐中的氨基酸作用增加研究，使氨基酸的价值得到全面的体现。 ?尽管氨基酸螯合盐已经有四十多年的研究历史，应用也日益广泛，但有关氨基酸螯合盐在鱼虾体内的吸收机理和利用机制研究较少，这对氨基酸螯合盐的推广较为不利。建立氨基酸螯合盐体内利用与代谢机理的相互关系，可为氨基酸螯合盐的推广提供理论基础，也可为开发更高效的氨基酸螯合盐提供指导。 ?目前国内的氨基酸螯合盐在畜禽和水产中应用日益广泛，但质量管理体系还处于完善过程中，这也是目前氨基酸螯合盐推广过程中遭遇最大的问题。没有一个完善的质量体系，没有一个系统的监测标准，这对于一个广泛认可的心产品才是最强大的瓶颈。 参考文献(略)