有机锌的富集载体及检测方法综述

许玉灿

（济南大学山东省医学科学院医学与生命科学学院 山东济南 250200）

有机锌的富集载体及检测方法综述

许玉灿

（济南大学山东省医学科学院医学与生命科学学院 山东济南 250200）

有机锌在化学结构、生物学效价、使用效果及保护环境等方面都优于无机锌，通过富集转化可以将无机锌转变成有机锌。在富集转化的研究中，富集载体的选择，检测方法的使用都是极为关键的。本文对有机锌的富集载体、检测方法进行了总结和比较。

有机锌 富集载体 检测方法

前言

锌是人体必需的微量元素,参与动物体内300余种酶和功能蛋白的组成［1］。锌不仅能够维持生物膜结构和功能的完整性［2］,还与胰岛素、胰高血糖素、生长激素、前列腺素及其他激素的合成与代谢有关。

有机锌是动物吸收锌离子的主要形式,又是动物体内合成蛋白物质的中间产物。有机态锌元素的获得,目前主要有两个途径：一是人工合成；二是生物富集。

用生物的方法富集人和动物所必需的微量元素,日益受到人们的青睐,目前已经成为微量元素研究和产品开发的主流。利用生物富集转化有机锌,价格低廉、营养价值高、具有功能性并且应用广泛,所以生物锌的需求量极大。

1 有机锌的分类及常用有机锌

有机微量元素络（螯）合物一般可以分为两大类：有机酸锌盐和氨基酸螯合锌。

有机酸锌盐：主要有葡萄糖酸锌、柠檬酸锌、乳酸锌和丙酸锌等,由于成本问题,一些简单的有机酸锌盐使用较为广泛,被认为是第二代饲料添加剂。

氨基酸螯合锌：螯合锌中与中心离子锌配位的叫配位体,配位体可以是单个氨基酸（如蛋氨酸、甘氨酸等）,也可以是复合氨基酸。

2 有机锌的优点

2.1 化学结构稳定 无机态的锌仅仅是阴阳离子间形成离子键结构,易解潮且易与维生素发生拮抗作用［3］。有机锌中的螯合锌离子键与配位键共存［4］,且离子不易与其他物质结合成不溶性化合物或被吸附在不溶性胶体上,具有良好的生物和化学稳定。

2.2 生物学效价高 无机锌离子容易与植酸、脂肪、纤维等不溶性成分结合直接随粪便排出体外而不能被机体吸收［5］。Midill等［6］通过在肉鸡饲粮中加入植酸酶可提高无机锌的利用率, 证实了肠道中植酸等不溶性成分会络合锌离子影响其吸收这一观点。

有机酸锌盐则使得锌的吸收率大大提高,但对肠胃有刺激作用。氨基酸微量元素鳌合物（AA TMC）可以利用氨基酸和小肽的吸收通道［7］,完整地通过小肠黏膜进入血浆, 减少了许多生化反应,因此吸收快,生物利用率高。但也有研究认为有机锌和无机锌在一定情况下没有显著差别［8］。

2.3增强免疫力,提高抗病、抗氧化能力 有机锌具有增强抗菌能力、提高免疫应答反应、促进动物细胞和体液免疫力的功效［9］,还具有抗氧化功能［3］。

2.4保护环境,减少重金属污染 在橡胶中普通氧化锌重金属锌含量约为80 %, 而有机锌锌含量可降低到40%或更低［10］,趋近于环保型绿色橡胶助剂［11］。有机锌还可以降低养殖业中的锌污染［12］。

3 有机锌的富集载体

富集有机锌的载体主要有三种：1、微生物包括大型真菌,酵母菌,益生菌等。2、植物类包括植物天然合成和种子发芽等。3、有些昆虫也可富集,例如黄粉虫幼虫等,但昆虫富集研究相对较少。

每100g动物性食物中大约含锌3～5mg,每100g植物性食物中大约含锌1.0mg,但豆类、谷类、硬果类、菠菜、花生米、小米、芝麻、萝卜、螺旋藻、茶叶等含锌量比一些动物［13］要高。由此可以看出动物的富锌量高于植物,但是由于日常动物性食物所占比例较少,因此以动物为富锌载体研究较少,以植物为富锌载体研究较多。

其中利用植物中的谷类［14］、豆类等主粮富集有机锌,衍生出一种最新的技术叫生物强化技术,生物强化是结合传统育种实践技术和现代生物技术,使微量营养素富集在主粮作物中,从而改善世界范围内微量营养素不良问题的一种新型技术,被看做是有效解决人类营养不良途径之一［15,16］。

在已有的研究中,尤其在保健品开发和工业生产中,微生物具有锌富集量大、繁殖周期短、获得成本低廉等特点。利用食用菌［17］将无机锌转化为有机锌,被认为是补锌的理想选择.王艳等对食用菌液体培养载体进行了比对,认为选择羊肚菌作为食用菌富锌实验的载体最为理想［18］。

在工业生产中,酵母菌使用最为广泛,且其富集机理较为清楚［19,20］。采用自然筛选、单倍体分离、诱变、原生质体融合技术选育到生物量搞得富锌酵母菌,在含适量的无机锌的培养基中培养,能获得生物量高、酵母细胞有机锌含量高的富锌酵母［21］,然而选取的酵母菌不同,使用的工艺和条件不同,酵母菌的含锌量就不同。寻求一套成本最少、最为合理的酵母富锌工艺和条件,现在的研究热度很高。

4 检测方法

在对有机锌富集转化的检测过程中,一般要测定其富锌生物量和锌的有机化程度。富锌生物量指富锌载体内的总含锌量,包含生物体内的无机锌。锌的有机化程度则是指富锌载体内有机锌的含量占总锌含量的比例,在螯（络）合物中有机化程度指的就是螯（络）合率。

4.1 富集生物量的检测

富锌生物量的检测较为简单,因为不需要将无机锌和有机锌分离检测,而只需要检测总含锌量。

首先对载体进行处理,使其转化成离子态。然后一般采用经典的双硫腙-四氯化碳法［22］：根据锌离子与双硫腙形成红色螯合物的原理,控制PH,利用四氯碳作为萃取剂,混色后用分光光度计进行测量。此方法中,混色法较为繁琐,四氯化碳有毒,因此王鲁民等［23］对混色法进行了改进,魏献军等［24］对萃取剂和条件进行了改进。

王小莉［25］等认为双硫腙法虽然使用范围较广,但是操作繁琐,于是发明了PAN分光光度法：在PH=9.28的四硼酸钠缓冲介质中,乙醇存在条件下,锌离子与PAN生成1：2的红色络合物,利用分光光度计进行测量。以上方法都是使用原子分光光度法进行测量,方法越来越简单,但是能够测定的锌离子浓度范围和准确度不同。

4.2 有机化程度的检测

4.2.1 凝胶过滤色谱法 至今国内外没有对锌的有机化程度测定的统一标准,在测定有机载体中,一般测定其螯合率作为有机化程度的标准。

螯合率是指有机微量元素中螯合元素占总元素的比例。利用凝胶过滤色谱法可以测定螯合率［26］,凝胶过滤色谱法测定是国标《饲料添加剂蛋氨酸铁（铜、锰、锌）螯合率的测定凝胶过滤色谱法》（GB/ T 13080.2 -2005）, 通过将氨基酸锌螯合物试样在水中加热、离心后,分成沉淀和溶液两部分。由于锌离子是溶于水的,所以认为沉淀物所含锌的形式为螯（络）合物。溶液经过凝胶分离、洗脱。然后用原子吸收光谱法测定沉淀态氨基酸螯合物、可溶性氨基酸螯合物及金属离子的含量,分别计算出沉淀态氨基酸螯合物、可溶性氨基酸螯合物占金属元素总量的比例即可计算出相应的氨基酸螯合物的螯合率。此种方法极不稳定,凝胶分离和洗脱等易产生误差。

4.2.2 持续透析法 有一种间接测定有机锌的方法是持续透析法,类似于《饲料添加剂甘氨酸铁络合物》（GB/T 21996-2008）检测甘氨酸亚铁中总甘氨酸和游离甘氨酸的含量的方法。马根艳［27］和孙希雯［28］等利用持续透析法测定富锌菌：精确称取富锌菌丝体,在双蒸水中反复透析,直至用茚三铜法检验透析液中无氨基酸为止,测定菌丝体中含锌量。透析液中无机锌可以代表富锌菌丝体中的无机锌含量,测出菌丝中含锌总量,然后计算锌的有机化程度。

4.2.3 静置浸出法和有机溶剂萃取法［4］孙希雯等还利用静置浸出法测定有机锌含量［28］：将19富锌金针菇粉末,加人2ml水,分别浸取不同时间, 过滤, 测定菌丝体中锌含量。此种方法中利用水为溶剂,还可以利用有机溶剂作为溶剂,这就是有机溶剂萃取法。利用无机锌易溶于有机溶剂,而络（螯）合锌溶解性很差的原理,测定有机锌的含量。

4.2.4 测定可溶性氨基酸锌 以上四种方法都面临一个问题,就是有机锌同样溶于水和有机溶剂,如何准确的检测水和有机溶剂中残留的有机锌？贾义［29］采取了一种测定可溶性氨基酸的方法：通过蒸馏水和EDTA将洗涤酵母细胞,将细胞的无机锌和细胞壁锌全部除去,然后利用酶裂解的方法,将酵母细胞转变成原生质体经多次离心沉淀,得到总的上清液。然后对上清液中的蛋白质用硫酸铵或者丙酮进行沉淀,从而得到可溶性蛋白质,进而测试其中锌的含量,得出的即为可溶性蛋白结合锌的量。以上四种方法,都需要对水和有机溶剂中的蛋白质进行沉淀,然后测定其中的可溶性蛋白结合锌浓度,以确保实验的准确性。

5 展望

利用生物强化技术使主粮富集微量元素锌,从而解决微量元素锌的缺乏问题,是极为重要的研究项目。遵循绿色环境原则,富锌载体可以对含锌的工业污水等进行处理,将无机锌转变成有机锌,投入生产将会带来可观效益,如何选取最优良、可广泛使用的富锌载体是未来研究的一个方向。

在有机锌中只有螯合率的概念,却没有络合率的概念,对以后的有机锌检测研究是一种阻碍,许甲平等［30］也对此进行了说明。

有机锌的检测没有统一的标准,一般操作比较繁琐,且在精度方面有待改良。有机溶剂萃取法中,对于不同产品,有机溶剂的选择和使用量都有待探索。有机酸锌盐也属于有机锌,虽然量极少,但是对有机锌的测定也有影响,需要探索其检测方法。

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1674-2060（2016）03-0015-02