微量元素氨基酸螯合物的營養(yǎng)作用機理

huoyanjun

微量元素氨基酸螯合物的營養(yǎng)作用機理

江南大學食品學院/樂國偉

摘 要  微量元素是動物維持生命和生產(chǎn)必不可少的營養(yǎng)素，直接或間接地參與機體幾乎所有生理和生化過程，其作用與動物生長和健康密切相關。微量元素添加劑經(jīng)歷了無機鹽類添加劑、簡單的有機物和氨基酸微量元素螯合物三個發(fā)展階段。氨基酸與肽的微量元素螯合物作為第三代微量元素添加劑，具有良好的生物穩(wěn)定性、易被消化吸收、生物學效價高等特點，認識氨基酸與肽的微量元素螯(絡)合物的吸收、代謝途徑及其作用機制，有助于其廣泛的推廣應用。

關鍵詞  微量元素；氨基酸螯合物；營養(yǎng)；機理

1  微量元素氨基酸螯合物化學性質

    微量元素氨基酸螯合物對飼料有效成分破壞作用小。氨基酸微量元素螯合物因其金屬離子與氨基酸分子通過配位鍵結合后，使其分子內(nèi)電荷趨于中性，形成了較穩(wěn)定的化學結構。配位體與金屬離子間的結合常數(shù)，影響穩(wěn)定性與利用能力，適宜的穩(wěn)定常數(shù)決定其在消化吸收以及在靶組織的釋放、利用能力。在體內(nèi)pH環(huán)境下，有效的保護了螯合物中的金屬離子，既有防止與飼料中植酸、磷酸根離子等的結合作用，又有阻止動物消化道中不溶性膠體的吸附作用，從而提高了動物機體對金屬離子的吸收。微量元素螯合物中的金屬離子在配位體如氨基酸的保護下，可有效地抵御與其他離子生成難溶的無機鹽，緩解礦物質間的拮抗競爭作用。而氨基酸、肽的微量元素螯合物具有類似二肽的結構，消減了氨基酸吸收與轉運的競爭。配位體的性質，提供抗氧化性的功能基團。同時，在體外減輕了金屬離子氧化還原反應對維生素的破壞，從而減少了營養(yǎng)物質的損失，增強了其吸收利用的程度。微量元素－氨基酸螯合物提高復合預混料中維生素的儲存穩(wěn)定性，明顯降低預混料中維生素損失率。

2  微量元素氨基酸吸收利用機制

    無機鹽微量元素必須借助輔酶的作用與氨基酸或其他物質形成絡合物后才能被機體吸收[1]，吸收后金屬元素在血液中與某些蛋白結合，被運輸?shù)綑C體所需要的部位發(fā)生功效。多數(shù)學者認為，有機微量元素如鋅在動物機體內(nèi)的吸收代謝與無機鹽不同，氨基酸及蛋白螯合物利用肽和氨基酸的吸收機制，不同于小腸中無機鋅的吸收機制,位于五元或六元環(huán)螯合物中心的金屬可以通過小腸絨毛刷狀緣，以氨基酸或肽的形式被吸收。研究表明，小肽能被完整地吸收，通過腸粘膜進入血液循環(huán)，微量元素利用氨基酸或肽的吸收機制，可以使吸收和循環(huán)進入機體的效率更高。氨基酸與肽螯合物既是機體吸收金屬離子的主要形式，又是動物體內(nèi)合成蛋白過程中的中間物質，因此，而且可以減少許多生化過程，節(jié)約能量消耗，具有較高的生物學效價[2]。

    微量元素的代謝受穩(wěn)衡機制調控。研究表明，穩(wěn)衡調控在吸收、尿中排出、向腸腔的分泌、同紅細胞的交換、從肌肉中釋放幾個位點。多數(shù)學者認為，腸道是微量元素穩(wěn)衡調控的主要場所,吸收與內(nèi)源分泌是機體穩(wěn)衡調控的主要方式。當日糧供給水平較低時，吸收增加，排泄減少。排泄主要經(jīng)糞便。糞便中除來源于日糧中未吸收部分之外，還有相當部分來自于唾液、肝臟、胰臟、腸粘膜細胞等向腸腔的內(nèi)源分泌。機體攝入量大時，肝臟、胰臟向小腸分泌的增加，從而使內(nèi)源排出增多，以達到調節(jié)營養(yǎng)的平衡。如鋅轉運載體蛋白-1(zinc transporter，ZnT)在十二脂腸和空腸基底膜細胞中廣泛存在，ZnT-1主要位于質膜，承載鋅向細胞外運輸?shù)淖饔?，以消除鋅過量可能導致的潛在毒性。ZnT-2在小腸、腎臟、胎盤、肝臟中表達較多，其將鋅從細胞質轉運到內(nèi)涵體或溶酶體。ZnT-3主要在腦、睪丸中表達，它將胞內(nèi)鋅轉運入囊泡。ZnT-4主要存于乳腺和質膜，胞內(nèi)鋅轉運進入囊泡。在生理條件下，鋅載體的表達與飼糧鋅濃度有密切的關系。另外，還有一種（divalent cation transporter，DCT）載體，主要在十二脂腸、空腸、腎、骨髓中表達；其主要功能是作為鋅載體。當機體鋅缺乏時，加強鋅的轉運，從而增加吸收。用半定量RT-PCR法測定小腸ZnT1、ZnT4、DCT1、。結果表明，Zn-Met、ZnSO4處理顯著降低ZnT1、ZnT4、DCT1 mRNA表達量（P＜0.05）；Zn-Met組ZnT1、DCT1 mRNA表達量均顯著低于ZnSO4組（P＜0.05）；兩種鋅處理間ZnT4 mRNA表達量無明顯差異（P＞0.05），另外肽載體表達增強。這些結果表明，氨基酸螯合物吸收更快，使ZnT1、ZnT4及DCT1 mRNA表達快速下降，減少腸道中鋅的吸收，從而維持鋅的內(nèi)穩(wěn)態(tài)；動物機體內(nèi)金屬硫蛋白(metallothionein，MT)合成與日糧微量元素攝入量有關。禁食或飼喂高鋅的小鼠腸粘膜細胞中金屬硫蛋白表達顯著增強；但在常規(guī)劑量的鋅條件下，MT沒有明顯變化。小腸及肝臟MT-1 mRNA表達顯示MT促進腸道對鋅的吸收和在粘膜細胞中滯留。細胞內(nèi)游離鋅濃度上升時，細胞MT合成增加，其與游離鋅螯合；相反，鋅濃度下降時，MT合成及穩(wěn)定水平下降，結合在MT中的鋅數(shù)量下降。鋅與MT結合的生物學效率受細胞的氧化還原狀態(tài)影響。在小鼠肝臟、小腸MT-1 mRNA表達量，均為Control＜ZnSO4＜Zn-Met（P＜0.05）。蛋氨酸鋅的轉運效率明顯高于硫酸鋅，兩者轉運機制可能不同。由于無機鹽與氨基酸（肽）螯合物轉運機制不同，添加兩種微量元素更能夠加速吸收與利用。

3  微量元素氨基酸螯合物與機體氧化還原狀態(tài)

    消化道自由基的生成與微量元素的形式和濃度有關。微量元素螯合物由于其特殊的結構,具有較好的化學穩(wěn)定性，分子內(nèi)電荷趨于穩(wěn)定，防止由于金屬離子如鐵、銅、鋅二價離子誘發(fā)的自由基生成等作用，防止無機微量元素鐵誘導產(chǎn)生的氧化損傷作用。無機鹽金屬離子如鐵，作為變價元素，2～3價互換，催化H2O2形成OH..。同時，一些氨基酸、肽如蛋氨酸等配體本身具有清除自由基的能力, 從而影響腸粘膜細胞的功能、增殖、分化。

微量元素的缺乏或利用不良，影響過抗氧化酶的活性，將導致氧化還原等代謝過程紊亂，導致能量物質趨向于流失或脂肪細胞，影響生長發(fā)育甚至發(fā)生貧血等疾病。高濃度的一些微量元素會誘發(fā)氧化應激，導致腸粘膜損傷，同時隨著微量元素濃度的提高，吸收效率降低。無極微量元素更易誘導H2O2生成羥自由基，具有潛在毒性，可引起細胞損害。同時，一定濃度的自由基可誘導胃、十二指腸以及胰腺分泌生長抑素(SS)表達與分泌，減緩胃腸道食糜通過速度，抑制胃泌素等腸道激素以及消化液與酶的分泌，降低ATP酶偶聯(lián)的轉運載體的功能，減緩營養(yǎng)素的吸收，總的效應是減少游離基的生成，保護腸道粘膜細胞，但降低生長速度。許多微量元素本身有參與抗氧化酶體系的作用，如鐵、銅、錳、鋅、硒等。微量元素缺乏在一定程度上造成了小鼠的氧化損傷，會顯著提高血清MDA含量。如補鋅使之明顯下降（P<0.05）。有機、無機鋅源均顯著提高AKP、GSH-Px活性、T-AOC、T-SOD、CuZn-SOD（P<0.05），而Zn-Met組T-AOC、T-SOD顯著高于ZnSO4組（P<0.05）。添加鋅顯著降低NO含量（P<0.05），Zn-Met效果顯著強于ZnSO₄（P<0.05）。說明兩種鋅源均能提高機體的抗氧化能力，而Zn-Met效果強于ZnSO₄。

    有機微量元素能夠調節(jié)消化道氧化還原狀態(tài)，影響生長軸激素的分泌。鋅對維持機體正常生長具有重要作用，它對生長激素（GH）、胰島素樣生長因子I（IGF-I）、性腺激素等都有重要的影響。一般認為，GH通過誘導合成IGF，尤其IGF-I而發(fā)揮作用。IGF-I可以降低機體組織的分解代謝，刺激細胞分裂、骨骼生長、蛋白質合成等。鋅缺乏時會降低GH mRNA基因表達、機體GH水平或損害GH 與其受體間的結合，降低IGF-I、GHR基因表達量，從減緩動物生長[3]。鋅對維持機體正常生長具有重要作用，它對生長激素（GH）、胰島素樣生長因子I（IGF-I）、性腺激素等都有重要的影響。補鋅均能顯著提高IGF-I基因表達水平（P<0.05），與ZnSO4相比，Zn-Met更大幅度地提高IGF-I mRNA表達（P<0.05），從而有效地促進小鼠生長（P<0.05）[4]。

    有機微量元素能夠調節(jié)細胞氧化還原狀態(tài)，從而影響細胞增殖、凋亡的細胞過程。采用地噻咪松作為氧化應激的誘導劑建立小鼠胸腺細胞凋亡模型；培養(yǎng)基中分別補加0、50、100、500、1000μM ZnSO4或Zn-Met，培養(yǎng)16小時；測定細胞凋亡率、細胞內(nèi)鈣離子濃度、DNA片段化等指標[5]。結果表明，地噻咪松處理使自由基增加，細胞活力顯著下降，加鋅使之得到有效恢復；Zn-Met處理的細胞活力高于同劑量ZnSO4處理。兩種鋅源對地噻咪松誘導的胸腺凋亡均有抑制作用，且這種抑制作用具有劑量效應。50、100、1000μM添加水平時，Zn-Met對細胞凋亡的抑制作用低于ZnSO4（P<0.05）；500μM時，兩種鋅源對凋亡的抑制作用相近（P>0.05）。氧化應激時，鈣離子細胞內(nèi)流，隨鋅補加水平升高時，細胞培養(yǎng)上清液及胞內(nèi)GSH-Px、CuZn-SOD活性隨之增高；而胞內(nèi)鈣濃度隨鋅添加水平增加顯著降低（P<0.05）；Zn-Met對鈣離子濃度升高的抑制作用弱于同劑量ZnSO4（P<0.05）。Zn-Met提高細胞抗氧化的能力較強。細胞培養(yǎng)上清液中AKP活性隨鋅添加水平增加呈上升趨勢；當添加劑量為1000&micro;M時，Zn-Met處理組顯著高于ZnSO4處理（P<0.05）。上述結果表明，兩種鋅源均能抑制地噻咪松體外誘導的胸腺細胞凋亡，其機制涉及細胞內(nèi)Ca2+濃度、氧化還原狀態(tài)的變化等生理生化過程。有機鋅有助于改善氧化還原狀態(tài)，影響消化道、免疫器官細胞的增殖、分化，影響消化液、酶的分泌等[6]。氨基酸微量元素螯合物的特性決定了緩解應激，防止氧化應激對機體的損傷從而提高生產(chǎn)性能。

4  微量元素氨基酸螯合物促生長作用

    微量元素氨基酸螯合物具有促生長作用。微量元素氨基酸螯合物生物學利用率高于無機鋅，能有效促進動物生長。飼喂玉米淀粉—酪蛋白半純合基礎日糧，添加硫酸鋅和蛋氨酸鋅日糧，結果表明，在飼養(yǎng)前期蛋氨酸鋅促長效果優(yōu)于硫酸鋅（P<0.05）。盡管兩種鋅源對GH水平、GHR基因表達無顯著影響（P>0.05）；均能提高肝臟、血清鋅含量及血清AKP活性；蛋氨酸鋅處理組織鋅含量增加幅度略高于硫酸鋅處理（P>0.05）。但Zn-Met顯著提高IGF-I mRNA表達（P<0.05），從而有效地促進小鼠生長（P<0.05）[7]?；蛐酒慕Y果顯示，與硫酸亞鐵相比，蛋氨酸螯合鐵組肝組織珠蛋白與轉鐵蛋白合成相關基因，以及膽固醇、蛋白質、ATP、脂肪合成相關基因明顯上調[8]，表明微量元素氨基酸螯合物通過調節(jié)物質代謝影響生長。

    在豬生產(chǎn)中的應用仔豬仔豬日糧中添加氨基酸微量元素螯合物能促豬生長，提高飼料利用率。給28日齡的斷奶仔豬分別飼喂30天氨基酸微量元素螯合物與無機鹽日糧，結果表明，仔豬平均日增重提高8.3％，飼料效率提高8.1％。以35日齡斷奶仔豬為試驗對象，試驗組飼料中添加0.04％的蛋氨酸鐵螯合物，對照組飼料中不添加蛋氨酸鐵螯合物。經(jīng)過30天的飼養(yǎng)試驗，結果表明：試驗組的日增重比對照組多增重77克，提高了25.4％，差異極顯著（P﹤0.01）；試驗組的平均采食量比對照組增加92克，提高了19.5％；試驗組的料重比比對照降低4.5％。在乳豬開料分別添加蛋氨酸鐵（100毫克／千克）和硫酸亞鐵2.5克／千克）進行對比試驗，試驗組21日齡斷奶平均增重極顯著地高于對照組（P﹤0.01）；試驗組育成率比對照組提高8.3％；試驗組的白痢發(fā)病率比對照組降低13.88％。因此，氨基酸微量元素螯合物更有效地改善斷奶仔豬的生產(chǎn)性能，明顯提高哺乳仔豬斷奶窩重和斷奶成活率。

    生長育肥豬在肥育豬日糧中添加氨基酸微量元素螯合物，可以提高增重，提高飼料報酬。研究表明，蛋氨酸鐵組比硫酸亞鐵組生長豬日增重提高9.56％（P＜0．05），采食量提高1.88％（P＞0．05），飼料報酬提高7.09％（P＜0．05），血紅蛋白含量提高2.37。以部分螯合物形式的鐵鋅和輕基蛋氨酸鐵分別替代無機鹽，平均日增重分別提高2.8％和8.3％，降低料肉比4.1％和13.7％。據(jù)報道，在日糧中添加氨基酸微量元素螯合物，在不增加采食量的情況下，試驗組全期平均日增重較對照組高6.4％，改善飼料效率6.9％，與對照組比較差異顯著。使用氨基酸微量元素螯合物的投入產(chǎn)出比為1：19。

    在雞生產(chǎn)中的應用蛋雞在蛋雞的日糧中添加氨基酸微量元素螯合物能有效提高產(chǎn)蛋性能，改善蛋殼質量。國外研究發(fā)現(xiàn)，對飼喂氨基酸微量元素螯合物的產(chǎn)蛋雞的雞蛋成分進行分析，蛋殼礦物質元素的組分比例同對照組發(fā)生了較大的變化，蛋殼的結構比無機組緊密，蛋黃中微量元素的含量高于無機組。用微量元素蛋氨酸螯合物飼喂42周齡的海蘭W－36蛋雞，結果在營養(yǎng)等價的日糧條件下，以螯合物形式提供微量元素和蛋氨酸的試驗組比等量補加無機鹽和蛋氨酸的對照組，其產(chǎn)蛋率、飼料效率和綜合經(jīng)濟效益分別提高了4.2％、4.37％、2.2％、2.2％。在蛋雞日糧中添加0.1克／千克的蛋氨酸銅，蛋雞的產(chǎn)蛋量和蛋殼的硬度顯著上升，軟殼蛋的比例和蛋重下降。還有飼喂試驗證明，給蛋雞飼喂復合氨基酸微量元素螯合物，比飼喂無機鹽增加產(chǎn)蛋率7％，料蛋比降低7％以上，死亡率、破蛋率減少8％～40％，產(chǎn)蛋高峰期延長，雞蛋質量提高，蛋黃微量元素含量增加10％以上。

5  微量元素氨基酸螯合物對機體免疫功能的影響

    有機微量元素能夠調節(jié)機體免疫力，提高抗病及抗應激能力。微量元素氨基酸螯合物可減少吸收過程自由基的形成，能夠增強殺菌能力，提高免疫反應，提高動物機體免疫應答反應，發(fā)揮抗病、抗應激作用[9]，如有機鋅絡合物可有效地治療豬增生性腸炎，氨基酸螯合銅與抗生素有協(xié)同作用。在21日齡斷奶小鼠，隨機分為三組（對照組，硫酸鋅組和蛋氨酸組）；測定臟器指數(shù)、酸性α-萘酯酶染色陽性率（ANAE+）、IL-1、IL-2、血清溶血素、淋巴細胞轉化率（SI）、IgA、IgG、IgM等免疫學指標；研究結果表明，基礎日糧中添加Zn-Met和ZnSO4均能有效改善小鼠免疫機能；與Control相比，兩種鋅源均能顯著提高胸腺指數(shù)、ANAE+、IL-2、SI、IgM、IgA、IgG（P<0.05）；Zn-Met組顯著升高脾臟指數(shù)、IL-1、溶血素、血清球蛋白（P<0.05）；Zn-Met組 ANAE+、IgA、IgG均優(yōu)于ZnSO4組。微量元素氨基酸螯合物促生長作用可有效提高機體免疫能力，有機的效果優(yōu)于無機鹽。

    在仔豬生后3天飼喂添加蛋氨酸鐵飼料，死亡率比飼喂添加硫酸亞鐵飼料降低30.4％。研究發(fā)現(xiàn)母豬、仔豬同時補飼氨基酸螯合鐵，極顯著提高了血清免疫球蛋白水平，顯著提高仔豬抗病能力，并明顯表現(xiàn)有協(xié)同增強免疫力的作用。給處于高溫環(huán)境中的豬補充300微克／千克吡啶羧酸鉻4周，具有緩解高溫應激作用，提高日采食量3.9％，日增重提高16.7％（P＜0．05），料肉比下降12.2％（P＜0．05）。增強免疫力，提高抗病能力。

6  結語

    氨基酸微量元素螯合物對增加豬禽的采食量，提高生長速度和繁殖力，改善產(chǎn)品品質和機體的免疫功能等均有不同程度的促進作用，無論從提高豬禽生產(chǎn)的效益，還是從環(huán)境保護角度來講，以氨基酸（肽）微量元素螯合物作為豬禽日糧添加劑，具有廣泛的應用前景。深入研究適合機體的最佳螯合物結構形式、作用機制、最佳添加比例及劑量，以降低飼養(yǎng)成本，達到最佳的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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zhoujian666

很好的資料，謝謝分享。。。