有机锌源添加剂的质量与效果评价方法探讨

肖俊武 彭红星 倪自利 朱年华

（1.江西农业大学动物科技学院，江西南昌 330045；2.长沙兴嘉生物工程有限公司，湖南长沙 410001）

锌是动物体内必需的微量元素，在体内有300多种酶含有锌或与锌有关，锌还参与DNA、RNA和染色体的结构与功能作用。缺锌会引起机体代谢紊乱，导致蛋白质合成受损，影响动物生长和正常生理功能。不同锌源对锌的吸收利用率和动物使用效果存在较大差异，如无机形式锌易受胃肠环境、日粮组成等很多因素的影响，研究以低剂量的有机锌替代高剂量无机锌对动物生长和生理功能及环境保护有重要的意义。

1 有机微量元素的定义和有机锌的形式

按美国饲料管理官员协会(AAFCO)对有机微量元素的定义分为5类：①金属离子与某种或几种氨基酸形成的氨基酸络合物；②由金属离子与一种特定氨基酸形成的氨基酸络合物，如赖氨酸锌；③金属离子与氨基酸按一定比例以共价键结合而成的金属氨基酸螯合物；④由金属离子与多糖形成的金属多糖络合物；⑤由金属离子与水解蛋白螯合而成的金属蛋白盐(AAFCO，1989)。

目前，微量元素添加剂市场所使用的有机锌产品主要为锌与不同配位体形成络合锌或螯合锌。有机锌微量元素添加剂主要有有机酸锌盐（如乳酸锌、葡萄糖酸锌）、氨基酸螯合锌（如羟基蛋氨酸锌、蛋氨酸锌和甘氨酸锌）和蛋白锌。

2 有机锌在动物体内的吸收机理

有机锌（络合锌或螯合锌）对动物产生效应的作用机制尚不明确，其吸收机制也众说纷纭，目前认可的吸收机理有两种：一是有机锌在胃肠道环境中稳定，可防止其与日粮中其他成分（如植酸等）形成络合物，从而更易到达小肠的绒毛刷状缘并在吸收位点发生水解，其中金属离子直接吸收进入肠上皮细胞，使微量元素吸收量增加；另一观点认为，金属氨基酸螯合物直接进入血浆（类似于二肽的形式完整吸收），而不经过离子通道，减少离子间拮抗，因而螯合锌比无机锌更易于吸收（Ashmead,1993）。

也有观点认为，有机锌在消化道内和动物体内无论其存在状态、吸收方式、组织代谢方面都不同于无机锌，而发挥其特有的生物学功能。认为无机盐锌在体内发挥作用的是锌的有机物或螯合物，而不是游离的无机锌离子，有机锌可能以原形式吸收运输到目标组织发挥作用（Power等，2000）。因此，锌的吸收形式比吸收数量更为重要，有机锌可能是与无机锌进入体内不同的代谢池，因而一定的络合锌或螯合锌会刺激动物一定的生物反应过程。

Miles等（1999）把有机微量元素螯合物的可能优势总结为：①螯合物的环状结构可防止微量元素在胃肠道发生不必要的化学反应；②有机螯合物极易完整地通过小肠细胞壁进入血液；③可减少和其他营养物质的相互影响而增加主动吸收；④有机螯合物的吸收路径可能与无机微量元素吸收不同；⑤有机螯合物中的微量元素可互相促进吸收；⑥螯合物携带负电荷可以更有效地促进吸收；⑦有机螯合物可增加其在细胞膜周围的溶解性和运动性；⑧增加金属离子在低pH值下的稳定性；⑨可能通过氨基酸转运系统而吸收。

因此，理论上说有机锌以更接近于动物体内的作用形式而吸收，其生物学效价高于无机锌。

3 有机锌源质量与效果的评价方法

到目前为止，关于有机锌源产品的质量尚无很有效的评价方法，我国尚未出台相关的检测和质量判定的国家标准，美国的AOAC(美国正式分析化学协会)和AAFCO（美国饲料管理官员协会）也没有提供鉴别有机微量元素产品质量的检测方法。但近年来国内外科学家对有机锌的评价方法做了大量的工作，并取得一定的进展。

3.1 体外评价方法

通过实验室手段进行有机微量元素质量评定的方法很多,但都有其局限性或不足，包括溶解度法、红外光谱、核磁共振以及x-射线衍射法、凝胶过滤色谱法等,目前有机锌的测定指标主要是螯合率和螯合强度的测定。

3.1.1 溶解度法

溶解度法是早期判定有机微量元素产品质量的一种参考方法，将有机微量元素样品溶于去离子水中，经过过滤，分析滤液和不溶性残渣中微量元素和有机物（蛋白质）含量，从而计算出有机微量元素化合物中金属离子与有机物结合的比例。溶解度法是一种比较简单、直接的方法，可能对区别无机微量元素化合物（如硫酸盐）的差别有一定意义，但对溶解于水的有机微量元素化合物及其是否产生生物学性能的解释意义不大(Johnson等，1998)。

3.1.2 红外光谱法

当被测物质用一束连续波长红外光(5～25 μm)照射时，其物质分子吸收红外光能转变为振动能量和转动能量，分子内不同基团在不同波长产生不同波峰，形成红外光谱图。根据峰数、峰位、峰形可判断有机物结构。如金属元素与有机物形成螯合物后，其峰形将产生改变。图1为羟基蛋氨酸锌与羟基蛋氨酸红外光谱图的比较。

3.1.3 有机锌源的螯合率的测定

作为使用者而言，首先关注的是有机锌产品中锌是否与其配位体结合，即金属元素的螯合率问题，采用红外光谱法可检测出，只能作为定性检测，尚不能达到定量检测。目前可用采用凝胶过滤色谱法（GB/T 13080.2—2005）测定氨基酸有机微量元素产品中金属元素的螯合率。

3.1.4 有机锌产品螯合强度的测定

有机微量产品的螯合程度最早可参照Holwerda等(1995)测定锌蛋白盐络合强度方法，其主要原理是利用滴汞电极测定了螯合物配位体产生金属离子的电位变化（Skoog等，1963)。Holwerda 等(1995、1997)用这种方法测定了铜、锌和锰蛋白盐的络合强度。梁建光(2006)对国内外7种有机锌源产品的络合强度进行测定，发现4种有机锌源属于弱络合强度（络合强度Qf＜10），1 种属于中等络合强度（Qf为 10～100），2 种属于强络合强度（Qf为100～1 000），通过对不同络合强度有机锌源对奶牛奶产量和奶品质试验，发现弱、强络合强度有机锌源可显著提高奶牛的产奶量，且强络合强度有机锌可明显降低奶中体细胞数。黄艳玲（2007）分别用络合强度为弱（Zn-AA，Qf为 6）、中等(Zn-ProB，Qf为 30.7)和强(Zn-ProA，Qf为 944.0)络合强度的3种有机锌源进行肉鸡试验，发现中等络合强度锌蛋白盐对肉仔鸡的相对生物学利用率最高，弱络合强度氨基酸锌的利用率次之，与无机硫酸锌相近，而强络合强度的锌源利用率最低。

3.2 动物试验评价方法

动物试验效应是评定有机微量元素产品的最为客观和有效的方法，但由于动物对微量元素消化吸收的复杂性和机体自身的调控功能，很难找出与锌元素相关的敏感指标。

3.2.1 利用生产性能指标评价

生产性能是早期评定锌生物利用率的指标，利用动物生长速度(日增重)、料肉比、羽毛生长、骨骼发育状况、腿病发生率等作为利用率的评价指标的(Wedekind，1990)。但生产性能指标为非特异性指标，同时需要使用纯合或半纯合饲粮，这样不仅成本高，且测定结果不一定适于天然的实用饲粮，且在基础饲粮中该元素含量高时，对不同来源间利用率差异的反应不敏感。另外，生长速度评价较适用于幼年动物。

3.2.2 利用血液和组织锌含量评价

血清(浆)锌和组织锌含量（肝脏、胰脏、肾脏、胫骨灰中锌含量）是医学和动物试验中应用于反映锌营养状况的主要指标。

动物血清（浆）锌含量测定简便，但灵敏性不高，且特异性不强。血浆锌的变异较大，且受许多与锌营养无关因素的影响，不是体内锌状况评定的理想指标(Wallwork，1987；Wedekind，1990)。

日粮中锌水平显著影响肝脏、胰脏、肾脏、胫骨灰中锌含量，而且这些组织锌含量在一定范围内与饲粮锌含量呈线性相关，因此，这些组织中锌含量常作为评定锌生物学利用率的重要指标，其中以胫骨灰锌最敏感,其次为肝和肾,胫骨灰锌含量已被广泛应用于有机锌生物学利用率的研究（Henry等,1987；Wedekidn等,1990）。

3.2.3 利用相关酶的活性评价

锌元素通过构成酶的必需组分或激活因子形式参与动物体内一系列重要生化反应,动物体内有300多种酶与锌有关，因而用特异性功能组织中与锌相关的关键酶及其相关指标评价锌源的生物学利用率可能较胫骨灰锌含量更为客观。目前，常用于评价动物体锌营养状况的酶主要有碱性磷酸酶（AKP）（董晓慧，2001；Hambidge,2003；成廷水，2004）、铜锌超氧化物歧化酶（CuZnSOD）与 5'-核甘酸酶（5'-NT）（Johanning,1990；黄艳玲，2007）。

3.2.4 利用胰腺组织金属硫蛋白含量及其基因表达评价不同锌源

金属硫蛋白(MT)是肝、胰腺和肠道组织产生的一类小的含半胱氨酸丰富的金属结合蛋白，它与锌和其它一些金属离子以高亲和性结合。试验表明，组织中MT和MT mRNA的水平与锌的摄入量成显著正相关，故组织中MT和MT mRNA可作为动物短期内添加锌水平的评价指标（Bremner等，1987；Sandoval等，1992）。黄艳玲(2007)试验表明,鸡肝脏MT和MT mRNA水平随饲粮锌添加量的增加而直线上升，这表明MT可作为评价锌生物学利用率的有用指标。

4 小结

有机锌对动物生产性能和免疫方面的良好改善已得到广泛认可，但对作用机理和产品质量的有效性评价一直困扰营养学家和饲料从业人员，随着对其研究的进一步深入和科学的评价方法的探讨，将对有机微量元素的生产和应用具有重要意义。