有机微量元素可以提高畜禽生产性能

张配配 译陈建康　校　夏俊花 制图表



有机微量元素可以提高畜禽生产性能

张配配 译
陈建康校夏俊花 制图表

为了达到减少抗生素使用的目的，同时使用多种策略尤为重要。这些策略有哪些？它们是如何帮助仔猪顺利度过断奶后的第一周？

微量元素在动物体内的各种代谢活动中起着重要作用。目前有两大来源可以用于添加微量元素：无机源和有机源。无机源常见为微量元素的硫酸盐、氧化物、氯化物和碳酸盐，它们在生物利用率上各不相同。另一类微量元素通常被称为“螯合物”。矿物螯合物是旨在增强动物肠道吸收、提高生物利用率的有机微量元素。无机微量元素在动物胃肠道中可能会与纤维、植酸盐、单宁酸盐、草酸盐、硅酸盐或其他矿物质相互作用，进而干扰它们的吸收。有机矿物质具有较高生物利用率的原因之一是它们受到了相应的保护可免受此类相互作用的影响。当矿物质与螯合因子如氨基酸或水解蛋白质相结合时，它们会在消化道中变得更加稳定，且反应活性较低。在动物营养中使用的常见有机微量元素是铁、铜、锌、锰、铬和硒。有报道称添加有机微量元素复合物可以提高动物的生产性能。有机矿物源的另一个潜在应用是可减少它们的排出，从而可减少对环境的污染。

1　不同种类的有机微量元素

美国饲料质量委员会(Association of American Feed Control Officials，AAFCO)(1998)所定义的有机微量元素的种类包括：

● 金属(特定氨基酸)的复合物。这些是从将可溶性金属盐与特定氨基酸混合(络合)后所得的产物。例如，最常见的金属复合物之一是由硫酸锌和氨基酸中的蛋氨酸结合产生的锌蛋氨酸。其他常见的复合物还包括铜赖氨酸和锰蛋氨酸。这些复合物是肠道内所有有机微量元素中吸收效率最高的。

● 金属氨基酸复合物：这些复合物的特征是一个金属离子(如锌)与多个单一氨基酸结合。每一个单独的分子仍是一种金属离子或一种氨基酸，但混合物含有许多氨基酸。此类复合物的一个例子是锌络合物，该复合物还有锌蛋氨酸、锌赖氨酸、锌亮氨酸、锌胱氨酸等。

● 金属氨基酸螯合物。这些物质是由可溶性金属盐中的金属离子与含有一摩尔比的1 moL金属与1 moL～3 moL(2 moL最佳)氨基酸经反应形成协同共价键后而产生的。此类螯合物的分子大小应该不会超过800 Da。现在，使用甘氨酸作为配体的矿物质甘氨酸正越来越受欢迎，因为甘氨酸在肠道中容易被吸收，且会被正确地转运入细胞中。添加锌和甘氨酸的螯合物，可以提高猪(Wang等，2010)和肉鸡的生长性能(Feng等，2010)。

● 金属蛋白盐。这些物质由可溶性矿物盐与氨基酸和/或水解蛋白螯合而成。最终产物可含有单个氨基酸、二肽、三肽或其他蛋白质衍生物。其结果是，金属蛋白盐分子大小有时大于所期望的大小，因此这会降低矿物质的生物利用率。此外，这种产品由于其配体的大小而具有一个稳定常数并不非常高的结构。这种分子容易被分解，尤其是随着pH的改变，结果会破坏其杂环化合的螯合环结构。虽然金属蛋白盐产品更便宜，但当与单个氨基酸螯合物相比它们没有多少优势。

● 金属多糖复合物。这些物质通常用多糖分子涂覆金属分子后获得。它们都是一些基于已知在消化道中具有高度可溶性的单糖链的大分子。许多研究报道它们对动物的生产性能没有任何有益的影响。Case和Carlson(2002)和Buff等(2005)发现，使用低水平(500 mg/kg)锌-多糖复合物(锌-PS)的猪群与使用药理水平(300 mg/kg)氧化锌的猪群具有相似的生长性能。Sandoval等(1998)发现使用锌葡糖或锌乙酸酯后锌的生物利用率没有提高。饲喂日粮钴水平为40 mg/kg～60 mg/kg的绵羊，钴利用率与钴-硫酸盐和钴-葡萄糖酸盐(Henry等，1997；Kawashim等，1997)相同。同样，来自铁-柠檬酸盐、铁-富马酸盐和铁-葡萄糖酸盐的铁具有与硫酸亚铁中的锌极为相似的生物利用率(Ammerman等，1995)。

● 金属丙酸盐。这些物质由可溶性金属与可溶性有机酸如丙酸结合后产生。其终产品高度可溶，且通常离解在溶液中。

● 酵母衍生复合物。其他表现出有应用前景的有机微量元素源是富含酵母的矿物质。目前最常见的是用一个蛋氨酸分子与硒复合(硒蛋氨酸)的硒酵母。富含酵母的铬也普遍用于提高动物的生产性能(Rao等，2012)。

2　微量元素的氨基酸螯合物制备工艺

微量元素的氨基酸螯合物通过利用2∶1摩尔比的氨基酸(最好是蛋氨酸)和无机微量元素离子进行化学反应后制得。制备螯合矿物质的基本过程如图1所示。

3　畜禽生产中使用有机微量元素的益处

相比于无机源，有机微量元素对动物生产性能的积极影响似乎主要源自其较高的生物利用率。已有多项研究探讨了不同矿物质元素的不同来源对多种动物物种生产性能的影响，结果显示有机和无机微量元素的生物利用率有显著的差别。这些研究表明，铜、锌、铁、锰与氨基酸和多肽的结合，可以增强这些微量元素的生物利用率，从而提高家畜的产奶量、生长、繁殖和健康状况。

3.1反刍动物

研究表明，有机微量元素在反刍动物生产应用中表现出有益的作用。这些作用包括增加产量，改善奶的质量，提高繁殖效率。由某些微量元素提供的矿物质在机体吸收和组织沉积上似乎高于由无机源提供的矿物质。研究表明，在母羊上，铜蛋氨酸和锌蛋氨酸中铜和锌的相对生物利用率，比硫酸铜和硫酸锌中的无机铜和锌高分别出33 %和52 %(Pal等，2010)。许多研究(Nocek等，2006；Griffiths等，2007；Scilian-Jones等，2008；Hackbart等，2010)表明，用有机微量元素替代无机微量元素饲喂母牛，会对奶牛的泌乳量产生积极的作用。饲喂有机微量元素的母牛所产牛奶，比饲喂无机微量元素的奶牛所产牛奶含有更高水平的乳脂。给母牛添加相同水平的有机或无机的锌(15 mg/kg)、锰(20 mg/kg)和铜(10 mg/kg)，发现饲喂来自螯合物中有机微量元素的母牛具有更高的产奶量(11 %)、乳脂和乳蛋白含量(二者均高出约7 %)(EI Ashry等，2012)。同样，与饲喂硫酸锌的母羊相比，饲喂螯合锌且锌水平减少40 %的母羊产奶量提高12 %，乳蛋白和乳脂分别提高26 %和31 %(Hassan等，2011 )。奶牛在泌乳期的后阶段喂给添加量减少40 %的螯合矿物质后，结果产奶量相比饲喂100 %无机微量元素的母牛提高了4 %(Somkuwar等，2011)。

一些研究表明，有机微量元素可提高繁殖母牛各项指标，包括提高怀孕率(Nocek等，2006；Defrain等，2009)，缩短空怀期，减少每次受孕所需的配种次数(Kellogg等，2003)，并且产后第一次发情所需时间缩短(Campbell等，1999)。当与补充无机矿物源相比较时，由于矿物质的氨基酸螯合物可增加子宫组织中特定矿物质的浓度，氨基酸螯合微量元素补充剂能使母牛的空怀天数缩短42 d，每次受孕所需的配种次数减少42 %。因此，通过有机源来补充矿物质可更有效地改善反刍动物的繁殖问题。

有机锌有利于母牛抵抗乳腺炎，因为锌对维持皮肤的完整性和条纹管道角质衬里具有潜在的有益作用。因此，乳房的健康可以通过补充有机微量元素以降低体细胞数来得到改善。添加低水平的锌-蛋氨酸，可使体细胞数减少22 %；饲喂高水平的锌-蛋氨酸，则可减少50 %的体细胞数(表1)。

即使动物只需要微量的铬以满足它们最佳的营养需求，由于较低的生物利用率，该需求也不容易满足(0.4 %～3.0 %)。因此，一些有机铬产物，如，富含酵母的铬、螯合铬、铬-吡啶甲酸、铬烟酸已经开发成功，并声称铬的生物用率得到了改善。最近，一些研究表明，在反刍动物营养中补充有机铬可能非常重要(表2)，尤其是在动物处于应激状态，如运输应激或早期的泌乳应激。在添加有机铬中最有应用前景的效果是提高对应激的抵抗力或恢复力，增强免疫功能。较高的健康状况和生长性能都不可避免地同应激如妊娠后期的应激、产犊和早期的泌乳应激有关。据报道，当小牛喂给来自氯化铬中的铬时，未观察到有益的影响。另一方面，一些研究人员报道犊牛在应激阶段喂给酵母铬、螯合铬中的铬，会取得更高的生产性能。

3.2 猪和家禽

在猪和家禽生产中，通常的做法是在它们的日粮中添加有较大安全范围的无机源微量元素，来防止动物缺乏微量元素。猪饲料通常添加大剂量的微量元素，且经常超过其生理需要。然而，过量补充无机微量元素往往会降低生物利用率，原因是微量元素会与日粮中的其他成分相互作用，并且可以导致日粮微量元素被大量排出，从而引发土壤和地表水的污染。减少日粮中的微量元素含量且不会影响动物生产性能的重要策略之一，是添加比无机态有更高生物利用率并能在体内有更大沉积率的有机源。有研究表明，在猪和家禽的日粮中添加有机源微量元素，可能会对猪和家禽的生产性能产生有益的作用。

有机微量元素已被用于肉鸡饲料，并在改善活体性能、鸡健康状况和肉质性状上表现出应用前景。最常用的有机络合矿物包括锌、锰、硒、铜和铁。在饲喂无机(100 %的NRC铜、锌、铁和锰营养需求)(Abdallah等，2009)和有机微量元素的肉鸡上，观察到了显著的高增重、高饲料转化率、高矿物质沉积和高的免疫力；然而，喂给有机铜的蛋鸡在生产性能和蛋壳质量上显著优于饲喂硫酸铜的蛋鸡(Paik，2001，表3)。饲喂0.5 mg/kg来自有机源的铬后，肉鸡的增重也高于饲喂无机源的铬的肉鸡(Mohammed等，2014)。研究表明，肉鸡喂给含无机微量元素的日粮后，其饲料转化率(1.74)显著低于喂给含100 %有机矿物质日粮的肉鸡，前者记录到的最好饲料转化率为1.63。

最近几年，有机络合矿物质在肉鸡日粮中的推荐添加水平出现了大幅度的下降，且不会对它们的生产性能(Bao等，2007；Nollet等，2008；Petrovic等，2009；Aksu等，2011a)、抗氧化防御系统(SaripinarAksu等，2010)、血液生化指标(Aksu等，2011b)和肉类质量参数(Aksu等，2011b)产生任何负面影响。按NRC需求的25 %补充有机络合矿物质(铜、锌和铁)的肉鸡未在增重和采食量方面表现出负面影响(Pierce等，2005)。使用具有更高生物利用率的有机微量元素几乎不会影响肉鸡的增重和饲料转化率，即使有机微量元素的饲喂水平仅为无机微量元素水平的20 %时；同时由于矿物质较低的排泄而减少了对环境的污染(Leeson，2003)。用有机微量元素替换无机微量元素(肽螯合物按50 %或100 %的比例替换)，可增强雏鸡的免疫应答(Ao等，2011)。有机微量元素可以比现有无机微量元素建议量低得多的水平加入肉鸡的日粮中，不会对其生产性能产生负面影响，同时可减少过量矿物质的排泄。

饲喂矿物质蛋白盐的仔猪已被证明能够以比从保育阶段起仅饲喂无机硫酸盐的仔猪的更高水平增重(Creech等，2004)。一些研究表明，有机矿物质比其无机源在猪体内有更高的沉积率，如Cu-LYS在断奶仔猪(Apgar等，1995)、锌氨基酸螯合物在生长猪(Susaki等，1999)和铜、锌的蛋白盐在断奶仔猪(Schiavon等，2000)中。此外，一些研究表明，以较低水平饲喂有机微量元素的猪会获得与以通常水平使用无机微量元素的猪相似的生产性能(生长，表4)。基于若干试图评估用不同来源的有机铜取代硫酸铜后对断奶仔猪和生长猪生产性能影响效果的研究可以得出结论，在相同添加水平下，饲喂有机态铜的猪具有与饲喂硫酸铜的仔猪相同或甚至更好的生长速率和/或饲料转化率。另外，通过添加有机态铜还有可能减少无机铜的药理水平，而不会影响猪的生长性能。给断奶后的仔猪喂食含Cu-蛋白盐的日粮，当来自Cu-蛋白盐的铜水平为50 mg/kg～100 mg/kg时，能够维持与自硫酸铜提供250 mg/kg日粮铜水平时的生长速度。同样，生长-肥育猪喂给有机铜(铜蛋白盐)水平为40 mg的日粮时，所获得的生长速度与所喂日粮无机铜(硫酸铜)含量为150 mg时相似的生产性能。日粮添加250 mg/kg的锌-甲硫氨酸(锌-MET) (Ward等，1996)或300 mg/kg锌-多糖(Huntington等，2002)，能使刚断奶仔猪的生长性能等于日粮添加2 000 mg/kg ZnO时所得结果。用蛋白盐替换无机微量元素预混料中15 %～36 %的矿物质(铁、锌、锰、铜、硒和碘)，能够提高刚断奶仔猪的平均日增重(ADG)和增重耗料比(Veum等，1995)。生长肥育猪喂给含正常矿物质水平 (Zn 120 mg/kg、Fe 130 mg/kg、Mn 60 mg/kg和Cu 20 mg/kg)30 %的有机态(蛋白盐)矿物质(锌36 mg/kg、铁 39 mg/kg、锰18 mg/kg和铜7 mg/kg)，它们的生长速率比喂给正常矿物质水平的猪更快(Fremaut，2003)。

有机微量元素的成本相对较高，这将会限制螯合物的过度使用。此外，有机微量元素能够比无机微量元素更有效地利用。最近的研究表明，矿物质以其无机态和有机态的混合物方式添加，绵羊会有更好的生长速度和免疫状态(Gowda等，2014)。因此，有人建议除了铬以外，其他微量元素可以以无机态和有机态的混合物来添加给动物(表5)，铬只有通过有机态来补充才可使动物获得更好的性能。

4　螯合矿物质的测试

验证有机微量元素结合程度的简便方法还没有推出。现有多种可主观测量其质量而不是螯合作用的测试方法。唯一可验证该产品是一种氨基酸螯合物的方法是检测金属和配体之间的键。在这方面，傅里叶变换红外(FT-IR)技术是一种能够检测产品螯合作用的相对更有用的方法。

5　螯合矿物质分子大小测定

分子大小显然在有机微量元素(Organic Trace Mineral，OTM)的作用效力上起着一定的影响，并可提供有关产品潜在效应的一个实用的评估方法。基于OTM的蛋白质能够被溶解，然后可通过一系列不同大小的千窝珊瑚分子滤波器。千窝珊瑚分子过滤器可用于测定该产品中每个蛋白片断的分子大小，并对其进行量化。通过500 Da筛滤器的OTMs被认为可获得最大的吸收率。每一个蛋白片断中的金属含量也要测定，以证明整个产品中均匀的连接。此方法可以获得OTM分子大小的客观测量值。

6　复合和螯合微量元素可溶性和结构完整性的测定

复合、螯合或蛋白盐中的矿物质在生物利用率上的优势源自化合物具有较高的可溶性或独特的化学结构。生产厂商指出，蛋白盐在消化道中高度可溶，同时具有化学稳定性和电荷中性；另外蛋白盐分子在消化道中可维持结构完整性，并以一个原始完整的分子到达小肠中的吸收位点。因此，利用简单缓冲剂(酸性和碱性pH)和凝胶过滤色谱法进行稳定性测试，以测定溶于该产品中的金属是否仍与氨基酸或与其他蛋白类配体复合，利用宁海德林试剂以及利用AAS/ICP-OES的金属测定法证实游离氨基酸的凝胶过滤色谱法可以使用(Brown和Zeringue，1994)。

7　结论与应用

据上述可以得知，有机微量元素中的矿物质具有比无机微量元素中的矿物质更高的生物利用率。饲喂螯合矿物质的畜禽比饲喂无机微量元素的动物具有更高的矿物质利用率。与无机微量元素相比，利用螯合物添加剂来改善矿质营养能够提高动物的产奶量、繁殖力和体况。有机微量元素在饲料中的添加量可远低于当前对无机微量元素的建议添加水平，且不会对肉鸡和猪产生任何负面影响。与饲喂添加无机微量元素的常规饲料的肉鸡和猪相比，日粮中添加较低浓度有机微量元素的动物能够显著减少其粪便中矿物质的含量。根据这些研究结果，有人建议矿物质可以按需要量三分之二(家畜)和三分之一(家禽)的水平来补充无机和有机矿物质的混合物，以分别获得它们的最大生产性能。像铬这种微量元素只能添加其有机源，因为来自无机来源的铬具有非常低的生物利用率。□□

原题名：Organic trace minerals for improving livestock production(英文)

原作者：D. T. Pa和N. K. S. Gowda(印度动物营养与生理国家研究所动物营养研究室)

“有机微量元素营养”专栏二

中图分类号：S816.72

文献标识码：C

文章编号：1001-0769(2016)01-0001-06