氨基酸螯合物营养生理功能及其应用

      微量元素氨基酸螯合化学稳定性好，易吸收，生物活性高，可显著降低在饲料中的添加量，降低饲料成本，减少环境污染。今后可从降低生产成本和简化生产工艺、深入理论机制研究、完善质量管理体系等方面重点开展研究

    微量元素是动物维持生命和生长发育的必需营养素之一，它们直接或间接地参与机体几乎所有的生理生化过程，满足机体正常生命活动的需要。在动物营养研究中，微量元素依次经历了无机盐、简单有机物和氨基酸螯合盐等三个阶段。无机盐因为易与饲料中植酸、纤维素等成分形成不溶性螯合物，导致在动物中生物利用率低。简单的有机酸盐虽然比无机盐稳定，但消化吸收率仍不理想。目前，氨基酸螯合物型微量元素的营养生理功能在科研和饲料养殖业中得到了充分的肯定和广泛的应用。与前两代微量元素产品相比，氨基酸螯合盐不仅有很好的化学稳定性，而且生物利用率高，具有抗干扰、毒性小、吸收率高、增重明显等优点，是理想的新型高效微量元素饲料添加剂。我国在二十世纪八十年代就开展了该项研发工作，“八五”期间还被列为国家重点攻关计划，经过10多年的发展，目前微量元素氨基酸螯合物的研究与推广工作已达到一个新的层次，应用范围也从畜禽养殖业扩展到了水产养殖业中，成为生产高档饲料的必添成份。
一、定义及化学结构
    1978年，微量元素与氨基酸螯合的产物由美国Albicn 实验室成功研制。美国饲料检测局(MFCO，1996)明确定义了微量元素氨基酸螯合物的概念：由某种可溶性金属元素离子同氨基酸按一定的摩尔比以共价键结合而成。水解氨基酸的平均相对分子质量约为150，生成的螯合物的相对分子质量不超过800。螯合物是指一个或多个基团与一个金属离子发生配伍所形成的具有特殊螯环状结构的化合物，是一种接近于动物体内天然形态的微量元素添加剂，形成的环数越多，螯合物的稳定性越好。其中，金属离子通常叫做中心离子，而与中心离子螯合着的中性分子叫做配位体，可作为中心离子的微量元素金属离子主要有铜(Cu2+)、铁(Fe2+)、锌(Zn2+)、锰(Mn2+)和铬(Cr3+)等，使用的配位体有赖氨酸、蛋氨酸和甘氨酸等。实际生产中根据微量元素和氨基酸构成来划分螯合物的种类。以微量元素来分类：铁螯合物、锌螯合物、铜螯合物等。以配位体氨基酸分类：蛋氨酸系列、甘氨酸系列、赖氨酸系列等。
二、营养生理功能
    1、促进金属离子吸收，生物学效价高
    无机盐微量元素必须借助辅酶的作用与氨基酸或其他物质形成络合物后才能被机体吸收，吸收后金属元素在血液中与某些蛋白结合，被运输到机体所需要的部位产生功效。微量元素氨基酸螯合物的金属离子与氨基酸分子通过配位键结合后，生成稳定的螯合物，不仅稳定性好，缓解了矿物质之间的颉颃作用，而且在消化过程中减少了pH值、脂类、纤维、胃酸等物质的影响，有利于动物机体对金属离子的充分吸收和利用。据报道，微量元素氨基酸螯合物在动物机体内的吸收代谢与无机盐不同，位于五元或六元环螯合物中心的金属离子可以通过小肠绒毛刷状缘，以氨基酸或肽的形式被吸收。微量元素氨基酸螯合物既是机体吸收金属离子的主要形式，又是动物体内合成蛋白过程中的中间物质，因此，可以在促进金属离子的吸收的同时，减少许多生化过程，节约能量消耗，具有较高的生物学效价。化学研究也表明，其稳定常数介于4-15之间，并且证明螯合物的稳定常数介于此，将利于其中微量元素的吸收和利用。
    2、毒性小，适口性好
    微量元素氨基酸螯合物作为体内生化过程的中间产物，毒副作用小，安全性高，对机体产生副作用小，微量元素氨基酸螯合物的半数致死量远远大于无机盐。一般的无机微量元素适口性较差，微量元素氨基酸螯合物克服了这方面的缺陷，它含有大量氨基酸，具有氨基酸特有的鲜香味，适口性好，具诱食作用，易于被动物采食，利于胃肠道的吸收利用，同时可增强动物体内生物酶的活性，提高蛋白质、脂肪和维生素的利用率，大大促进了动物生长性能的发挥。
    3、形成缓冲系统，减轻维生素破坏程度
    研究表明，微量元素氨基酸螯合物能显著降低预混料中脂溶性维生素A 和水溶性维生素B 的损失率，减轻饲料中维生素的破坏程度，而且还能对动物机体起缓冲的作用。这主要是因为，金属离子和有机配体的螯合反应为金属离子在介质中的浓度提供了一个缓冲系统，缓冲系统通过离解螯合物的形式来保证金属离子浓度恒定。金属离子对日粮中维生素具有一定的破坏作用，因此在常用饲料配方中维生素的添加量远远超过饲养标准推荐量，从而增加了饲料成本。而饲料中改用微量元素氨基酸螯合物后，利用螯合物中游离金属离子少的特点，可以降低对维生素的破坏程度，从而减少日粮中维生素的添加量。同时，微量元素氨基酸螯合物可增强动物体内酶的活性，提高维生素利用率。
    4、调节机体免疫力，提高鱼体抗病抗应激能力
    微量元素氨基酸螯合物被吸收进入鱼体后，螯合的微量元素被直接运输到特定的靶组织和酶系统中，满足机体需要。微量元素氨基酸螯合物在结构上与动物体内生物酶形态有些类似，可能作为“单独单元”在动物体内起作用，有利于提高动物免疫力，增强机体抗病抗应激能力，具体表现如改进动物皮毛状况，减少早期胚胎死亡等。同时微量元素氨基酸螯合物还可减少体内自由基的形成，能够增强杀菌能力，提高动物机体免疫应答水平，对某些肠炎、皮肤病、贫血和痢疾有显著的治疗作用。
    5、具抗氧化作用，减少抗生素的使用和对环境的污染
    微量元素氨基酸螯合物具有抗氧化作用，可以有效减少鱼体内自由基形成，提高动物的免疫能力，增强动物的抗病能力。并因为其特殊的螯合结构，具有很高的生物效价，一方面可以满足动物对微量元素的需要，另一方面在一定程度上可以增强动物的抗病能力，相应减少抗生素的应用，减少对环境的污染。使用微量元素氨基酸螯合物，由于其用量少，也可避免使用高铜等微量元素所造成的对环境的污染。
三、水产动物的应用
    微量元素氨基酸螯合物能够为动物的生长繁殖提供所需的多种氨基酸和微量元素，有利于动物体内酶的复制、激活和再生，是适合鱼虾营养需要的理想营养性饲料添加剂。微量元素氨基酸螯合物对促进鱼虾生长、提高饲料转化率和鱼虾成活率，都具有显著的效果。
    1、鱼类养殖上的的应用效果
    李爱杰(1994)报道，用五种微量元素(铁、铜、锰、锌、钴)氨基酸螯合物饲养罗非鱼，氨基酸螯合盐组比无机盐组罗非鱼增重率提高17.84-25.84%，饵料系数降低8.60%，微量元素的吸收率平均提高25%。用铁、铜、锰、锌、钴氨基酸螯合物饲喂鲤鱼的生长试验表明，添加氨基酸螯合物的3个试验组比对照组增重提高37.2-68.1%，螯合物组饵料系数得到明显改善（螯合物组鲤鱼的饵料系数1.6，显著低于无机盐组2.7），成活率大大提高。鲤鱼的消化吸收试验表明，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：Cu 41.37% 、Co 46.48%、Fe 15%、Zn 16.17%、Mn 5.82%。
    赵元凤等(1997)在微量元素氨基酸螯合物与无机盐添加剂在罗非鱼饲养中的对比试验表明，添加微量元素氨基酸螯合物的罗非鱼生长显著好于无机盐组，四个试验组分别比对照组增重75.7％、86.5％、108.5％、89.0％，饵料系数下降29.2％、33.4％、43.5％、33.7％。采用静水密闭法测定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。
    傅英等(1992)比较了无机盐、螯合物对土池中草鱼苗生长性能的影响，试验表明，螯合物组的草鱼苗饲料系数降低了10%，增重率远远高于无机盐组。
    宋进美等(1996)进行大规模的罗非鱼和鲤鱼饲养实验，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罗非鱼增重率提高15.0-36.0%，饲料效率提高16.4-31.7%；而鲤鱼分别比对照组增重率提高17.5-39.6%，饲料效率提高了18.0-38.3%。宋进美等(2001)用氨基酸微量元素、多糖酸微量元素及无机微量元素，添加在鲤鱼饲料中，进行对比饲养试验，并对各组试验鱼的增重率、饲料转化率、肌肉营养成份及肌肉微量元素的含量进行了分析测定。结果表明:添加微量元素的各试验组均优于对照组。等量添加的氨基酸微量元素、多糖酸微量元素，明显优于无机微量元素。氨基酸微量元素的增重率和饲料转化率比无机微量元素分别提高8.8%、10.2%;多糖酸微量元素的增重率和饲料转化率比无机微量元素分别提高5.9%、3.7%。氨基酸微量元素与多糖酸微量元素对鲤鱼增重率及饲料转化率的影响无显著差异。
    Paripatananont等(1995)用添加Zn-Met或Zn-SO4的纯化饲料喂养斑点叉尾鮰10 周。结果表明，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或以大豆为基础的饲料组为5.91g/kg 和30.19 g/kg时，鱼体能获得最大的增重性能。
    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胳和肝脏中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年的试验结果也表明，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。
    2、微量元素氨基酸螯合物在对虾养殖中的应用
    阳会军等(2001)在基础饲料中添加Cu-Met和CuSO4两种形式的铜都能有效促进斑节对虾的生长，但Cu-Met的利用率比CuSO4高得多，添加15 mg/kg 的Cu-Met可满足斑节对虾生长的需要，但以CuSO4为铜源时，需求量为30mg/kg。
    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，结果表明，使用15mg/kg的蛋氨酸钴显著提高了对虾0-8周的增重率(P<0.05)，但钴的添加形式和添加水平对肌肉中钴含量和肝胰脏中的钴含量影响不显著。董晓慧等于2007年比较了不同形式的铜对凡纳滨对虾生长、免疫机能和铜沉积的影响，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，可满足对虾生长和免疫需要。
    杨原志(2007)在凡纳滨对虾饲料中分别添加20mg/kg、40mg/kg、60mg/kg、80mg/kg和100mg/kg的硫酸锌和Zn-Met，试验结果表明，不同锌源组对虾的免疫功能有显著差异(P<0.05)， Met-Zn添加量为40-60mg/kg时生长和免疫效果最好。
    组织中营养物质含量也是反映动物营养状况的一个指标。Lorentzen在鱼粉饲料中添加亚硒酸盐及蛋氨酸硒，研究其对大西洋鲑组织硒水平的影响，试验发现，蛋氨酸硒组鱼体肌肉和全鱼硒含量明显高于对照组和无机盐组，随着蛋氨酸铜添加量的增加，中国对虾体组织的铜沉积量呈直线上升。
    3、在螃蟹养殖中的的应用
    赵玉蓉等(2003)在鱼粉-豆饼饲料中添加锌及其蛋氨酸螯合物，研究其对中华绒螯蟹生长和生化组成的影响，发现：蛋氨酸锌处理组的增重率明显高于同水平的硫酸锌处理组，蛋氨酸锌处理组的河蟹肌肉及全蟹锌含量高于对照组和硫酸锌处理组，且蛋氨酸锌处理组的蟹肉的蛋白质及蛋氨酸含量高于硫酸锌处理组。
四、应用前景及存在问题
    微量元素氨基酸螯合物可以明显促进动物的生长，增强畜禽免疫力，提高抗应激能力。同时，也可减少微量元素在日粮中的添加量，相应减少排泄物中的排出量，减少对环境的污染，是微量元素添加剂更新换代的优良产品，其在水产养殖业具有广阔的应用前景，其作用与意义毋庸置疑。但因目前存在以下问题，限制了微量元素螯合物的发展。
    1、相对无机微量元素，微量元素氨基酸螯合物价格偏高，这是制约其在养殖上广泛使用的最主要因素。因此，我国应加强对其相关产品的研制开发工作，提高产品质量，探索降低生产成本和简化生产工艺的方法，以达到最佳的经济效益。
    2、有关微量元素氨基酸螯合物相对于无机微量元素的生物学利用率，以及适合鱼体的最佳螯合物结构形式、吸收机理、作用机制、最佳添加比例及剂量等方面研究较少，这些都不利于微量元素氨基酸螯合物在鱼虾养殖中的应用与推广。
    3、目前氨基酸螯合盐在国内畜禽、水产中应用日益广泛，但其质量管理体系还尚待完善，饲料企业、养殖场很难判断各产品的优劣，这也是目前微量元素氨基酸螯合物推广过程中所面临的主要问题。因此，应尽快建立饲用螯合物的产品质量标准，强制性执行国家标准以监督产品质量和指导生产。研究制定螯合物质检的确实有效方法，规范饲用螯合物的生产、销售和使用。