飼料中微量元素添加劑的發(fā)展歷程及應(yīng)用研究現(xiàn)狀

■ 劉向偉 劉祥銀 李 華 馬立周

(1.山東和實(shí)集團(tuán)有限公司，山東青島 266100；2.濟(jì)寧和實(shí)生物科技有限公司，山東鄒城 273517；3.化學(xué)工業(yè)（全國）飼料添加劑工程技術(shù)中心，山東濟(jì)南 250014)

微量元素作為飼料添加劑的研究和應(yīng)用一直是動(dòng)物營養(yǎng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題之一。微量元素是動(dòng)物體內(nèi)許多重要的生理和生化過程必需的營養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)機(jī)體神經(jīng)體液機(jī)制和免疫反應(yīng)等。若微量元素缺乏，則會(huì)影響動(dòng)物的營養(yǎng)物質(zhì)代謝及生長發(fā)育狀況?，F(xiàn)代動(dòng)物養(yǎng)殖與飼料工業(yè)公認(rèn)天然飼料難以完全平衡地滿足動(dòng)物的營養(yǎng)需要。根據(jù)動(dòng)物生理功能、科學(xué)合理的在飼料中添加微量元素，既可以避免微量元素缺乏引起的各種病癥，又能有效改善動(dòng)物的生殖免疫性能，促進(jìn)其健康生長發(fā)育。目前，人們?cè)谖⒘吭靥砑觿┑膶?shí)驗(yàn)室研究、新產(chǎn)品開發(fā)及動(dòng)物應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方面已取得了豐碩的成果，為動(dòng)物養(yǎng)殖及飼料配方技術(shù)提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 飼料中微量元素的發(fā)展歷程

1.1 微量元素?zé)o機(jī)鹽

多年來，飼料中微量元素營養(yǎng)都是由傳統(tǒng)無機(jī)鹽來提供，如硫酸銅、硫酸鋅等，通常稱為第一代微量元素添加劑。但隨著研究工作的深入展開，傳統(tǒng)無機(jī)鹽在生產(chǎn)和使用過程中存在的問題逐漸顯露出來。例如存在穩(wěn)定性差，受體內(nèi)pH值、無機(jī)離子、有機(jī)大分子等的拮抗影響，消化吸收率低，對(duì)動(dòng)物胃腸刺激性大，而且對(duì)飼料中的維生素的活性造成破壞等缺點(diǎn)。自1955年Braude等首次發(fā)現(xiàn)在飼料中添加豬正常需求量10倍的銅可以明顯提高其生產(chǎn)性能之后，大量試驗(yàn)表明，高劑量微量元素特別是高銅、高鋅具有一定的抗菌活性，能夠在一定條件下表現(xiàn)抗病促生長的效果，可使養(yǎng)豬效益提高，因此被部分飼料廠和養(yǎng)殖場采用。但高劑量微量元素在畜禽體內(nèi)的殘留，降低畜產(chǎn)品品質(zhì)，影響肉食品安全；大量未被吸收部分對(duì)環(huán)境造成巨大危害。隨之引發(fā)的畜產(chǎn)品品質(zhì)問題及帶來的環(huán)境污染問題，越來越引起人們的關(guān)注。

1.2 微量元素簡單有機(jī)酸鹽

針對(duì)微量元素?zé)o機(jī)鹽存在的這些問題，研究者開發(fā)出第二代微量元素添加劑，即微量元素簡單的有機(jī)酸鹽，如富馬酸亞鐵，檸檬酸鋅等，微量元素?zé)o機(jī)鹽的缺點(diǎn)在一定程度上得到了改善。但是第二代微量元素添加劑依然存在一系列缺點(diǎn)，Veum等(1965)在泌乳母豬飼糧中添加1 984 mg/kg富馬酸亞鐵，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，母乳中鐵的含量沒有變化，仔豬日增重也沒有顯著變化。另外，第二代微量元素添加劑與部分營養(yǎng)物質(zhì)仍會(huì)發(fā)生拮抗作用，生物學(xué)利用率較低。因此效果不是很顯著。安全、穩(wěn)定、高效、環(huán)保的新型微量元素添加劑產(chǎn)品的研究與選用已成為行業(yè)日益關(guān)注的焦點(diǎn)。

1.3 微量元素氨基酸螯合物

微量元素氨基酸螯合物，被稱為飼料添加劑的第三代微量元素添加劑。作為新一代微量元素——氨基酸營養(yǎng)性添加劑，它將動(dòng)物必需的營養(yǎng)物質(zhì)微量元素和氨基酸有機(jī)結(jié)合，在為動(dòng)物補(bǔ)充微量元素的同時(shí)提供限制性氨基酸。美國Ash?mead博士于1977年首次發(fā)表了利用鐵螯合物可以預(yù)防仔豬缺鐵性貧血的報(bào)道，此后大量的研究和試驗(yàn)證明微量元素氨基酸螯合物是一種較理想的添加劑。

微量元素氨基酸螯合物大多具有五原子環(huán)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，具有生物穩(wěn)定性。一般而言，螯合物中五原子環(huán)、六原子環(huán)的穩(wěn)定性大于四、七原子環(huán)。微量元素氨基酸螯合物適口性好，易吸收且安全。通過氨基酸與微量元素螯合，克服了第一、二代產(chǎn)品的缺點(diǎn)，具有更高的生物學(xué)效價(jià)，微量元素氨基酸螯合物是動(dòng)物體內(nèi)生化過程中的中間物質(zhì)，同時(shí)也是金屬離子在機(jī)體內(nèi)被吸收的主要形式，這就使金屬離子更易被吸收，同時(shí)減少許多生化過程，節(jié)約能量消耗。微量元素氨基酸螯合物化學(xué)穩(wěn)定常數(shù)介于4～15之間，有利于被機(jī)體吸收和利用。其次作為體內(nèi)生化過程的中間產(chǎn)物，安全性高，可以避免對(duì)機(jī)體產(chǎn)生副作用，微量元素氨基酸螯合物的半數(shù)致死量遠(yuǎn)大于無機(jī)鹽。微量元素氨基酸螯合物具有氨基酸特有的香味，改善金屬離子的味道，可以提高適口性。

研究表明，微量元素氨基酸螯合物能有效減少日糧中維生素營養(yǎng)被微量元素破壞，同時(shí)對(duì)動(dòng)物體內(nèi)環(huán)境可以起到緩沖的作用。而無機(jī)金屬離子會(huì)在一定程度上破壞飼料中的維生素營養(yǎng)，通常需要在飼料配方中添加遠(yuǎn)超過飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)推薦量的維生素，從而使飼料成本增加，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。而利用螯合物中金屬離子處于螯合狀態(tài)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以顯著降低對(duì)維生素的破壞程度，從而使維生素在日糧中的添加量減少，降低飼料成本。此外，微量元素氨基酸螯合物可以通過提高體內(nèi)酶的活性，提高機(jī)體對(duì)維生素利用率。作為新一代微量元素添加劑，其高效安全得到市場認(rèn)可，正逐步代替無機(jī)鹽類微量元素添加劑，成為微量元素添加劑市場的主角。

1.4 微量元素小肽螯合物

現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為，由2個(gè)或3個(gè)氨基酸殘基組成的小肽能完整地通過腸黏膜細(xì)胞進(jìn)入體循環(huán)，吸收具有轉(zhuǎn)運(yùn)速度快、耗能低、載體不易飽和，與游離氨基酸的吸收無競爭等優(yōu)點(diǎn)，且各種肽之間轉(zhuǎn)運(yùn)無競爭性與抑制性。動(dòng)物組織可以直接利用小肽中的氨基酸合成組織蛋白。微量元素小肽螯合物便是借助小肽的吸收轉(zhuǎn)換通道被吸收利用，能夠促進(jìn)微量元素的吸收，更有利于微量元素生物學(xué)效價(jià)的提高，是更優(yōu)于氨基酸微量金屬螯合物的添加劑產(chǎn)品，是公認(rèn)的微量元素飼料添加劑未來發(fā)展重要趨勢之一。

2 飼料中微量元素的應(yīng)用現(xiàn)狀

微量元素在動(dòng)物生命過程中具有特殊生理功能,對(duì)畜禽的生長、繁殖、產(chǎn)蛋、產(chǎn)毛等都有重要作用。不同動(dòng)物在不同生長期對(duì)各種微量元素的需要量和種類是不同的，如果應(yīng)用不當(dāng)，會(huì)對(duì)畜禽造成不良的影響。目前在應(yīng)用中仍存在較多問題：如使用劑量偏高。我國從上世紀(jì)70年代開始關(guān)注微量元素氨基酸螯合物的概念，此后在微量元素、氨基酸等動(dòng)物必需的營養(yǎng)方面，相關(guān)研究者進(jìn)行了大量的研究和開發(fā)應(yīng)用工作，使得微量元素氨基酸螯合物優(yōu)勢得到充分開發(fā)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。

2.1 豬

目前，豬的養(yǎng)殖生產(chǎn)日趨工業(yè)化和規(guī)?；鞣N育種技術(shù)的不斷應(yīng)用使母豬窩產(chǎn)仔數(shù)增加，豬生長速度加快，生長周期變短，造成飼料中微量元素不能滿足母豬、仔豬及育肥豬的需要?？茖W(xué)合理地添加微量元素是豬養(yǎng)殖業(yè)的必然需求。

盧玉發(fā)等(2002)用28頭斷奶仔豬（28日齡）作為試驗(yàn)對(duì)象，飼喂30 d無機(jī)鹽添加劑與微量元素氨基酸螯合物添加劑日糧,結(jié)果表明微量元素氨基酸螯合物能明顯促進(jìn)斷奶仔豬的生長性能，其平均日增重提高8.3%,飼料效率提高8.1%。Hoover(1997)報(bào)道將蛋氨酸鋅添加在母豬日糧中，首次配種的初產(chǎn)母豬受胎率、胎產(chǎn)活仔數(shù)及斷奶成活率都有顯著的提高。經(jīng)產(chǎn)母豬（第2～8胎）產(chǎn)死胎率最多降低了29.6%，斷奶仔豬成活率提高了3.1%～6.2%。夏中生等(2007)報(bào)道，在生長豬飼糧中用微量元素氨基酸螫合物部分替代無機(jī)微量元素時(shí)，可以降低料重比，提高生長豬的生產(chǎn)性能和飼料利用率，在一定程度上降低飼料成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。

化學(xué)工業(yè)（全國）飼料添加劑工程技術(shù)中心制備生產(chǎn)甘氨酸亞鐵產(chǎn)品的技術(shù)已獲得國家專利證書，針對(duì)甘氨酸亞鐵產(chǎn)品進(jìn)行多項(xiàng)應(yīng)用試驗(yàn)。例如在指定的規(guī)范養(yǎng)豬場選用32頭母豬為試驗(yàn)對(duì)象，隨機(jī)分成兩組，即試驗(yàn)組和對(duì)照組，試驗(yàn)組飼料中添加甘氨酸螯合鐵，對(duì)照組飼料中添加無機(jī)鐵和等當(dāng)量的甘氨酸?？疾旄拾彼狎翔F對(duì)母豬繁育性能及仔豬生長性能的影響。結(jié)果表明：試驗(yàn)組和對(duì)照組的成活率分別是95.88%和93.13%，哺乳期母豬采食量，試驗(yàn)組和對(duì)照組分別是103.16%和96.57%，試驗(yàn)組和對(duì)照組初生窩重分別是15.63%和14.54%。這與大多數(shù)研究微量元素氨基酸螫合物的研究結(jié)果一致。說明甘氨酸亞鐵相對(duì)于亞鐵無機(jī)鹽更具有提高生長速度，改善母畜繁殖性能，可提高產(chǎn)仔率，幼畜初生重和斷奶重，預(yù)防仔豬的缺鐵性貧血等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 禽

微量元素是構(gòu)成禽體組織和細(xì)胞的重要成分，對(duì)禽類的生長發(fā)育、繁殖和營養(yǎng)代謝等都有很重要的作用。在禽類飼料日糧中需要補(bǔ)充的微量元素主要有錳、鐵、銅、鋅、鈷、碘、硒等，其中鐵、銅、鈷這3種微量元素，是雞機(jī)體造血不可缺少的元素，飼料中適量添加不但促進(jìn)其健康，而且可提高雞的生產(chǎn)性能。對(duì)于集約化飼養(yǎng)的禽類而言，這些微量元素甚至比維生素更具有依賴性。

目前對(duì)禽類微量元素添加劑研究熱點(diǎn)集中到有機(jī)微量元素。鄧灶福(2006)在肉用仔雞日糧中添加羥基蛋氨酸螯合鋅，以無機(jī)鹽作對(duì)照，試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)添加羥基蛋氨酸螯合鋅的試驗(yàn)組的雞飼養(yǎng)成本較低，相應(yīng)的養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。周桂蓮等(2004)報(bào)道了蛋氨酸鋅添加到黃羽肉雞日糧中的應(yīng)用效果，試驗(yàn)組分別添加蛋氨酸鋅30 mg/kg和60 mg/kg，以添加量為60 mg/kg的硫酸鋅作對(duì)照，結(jié)果表明試驗(yàn)組全期日增重分別提高1.86%和8.47%,料重比降低3.56%和8.74%。其中60 mg/kg蛋氨酸鋅組對(duì)免疫機(jī)能的改善作用效果最好。

由于微量元素與其他營養(yǎng)素及元素之間相互作用關(guān)系復(fù)雜，國內(nèi)外對(duì)家禽微量元素營養(yǎng)的研究多集中于單一元素.涉及兩種或兩種以上元素在肉雞和蛋雞日糧中的適宜含量及其作用機(jī)理的系統(tǒng)研究較少。安曉芳等(2012)設(shè)計(jì)了錳、銅、鋅、鐵不同添加水平的5組日糧飼喂羅曼褐殼蛋雞，基礎(chǔ)日糧中含鐵557 mg/kg、銅18 mg/kg、鋅162 mg/kg、錳46 mg/kg，發(fā)現(xiàn)錳是影響雞產(chǎn)蛋率、產(chǎn)蛋量和其他元素吸收的主要因素，添加錳使生產(chǎn)性能和養(yǎng)分利用率降低。

2.3 水產(chǎn)動(dòng)物

在規(guī)?；B(yǎng)殖中，水體中含有的微量元素很難滿足水產(chǎn)動(dòng)物機(jī)體正常的需求量，因此還必須向飼料中添加微量元素添加劑。魚類對(duì)微量元素的添加量與陸生動(dòng)物不同，主要是因?yàn)轸~類除了由消化管吸收食物中的微量元素外，還可以利用鰓、腸等器官從養(yǎng)殖水體中吸收微量元素。因而其飼料中微量元素的適宜添加量及添加方式等應(yīng)根據(jù)養(yǎng)殖環(huán)境的不同而變化。魚的中腸呈堿性，而堿性環(huán)境中無機(jī)態(tài)的微量元素可能生成沉淀，導(dǎo)致溶解度降低?，F(xiàn)代研究認(rèn)為，微量元素氨基酸螯合物中的金屬元素與氨基酸螯合反應(yīng)后，大多以中性分子形式存在，在體內(nèi)環(huán)境中化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，這可能是微量元素氨基酸螯合物生物利用率高的原因。螯合物還可能以載體的形式使微量元素直接通過細(xì)胞膜被吸收,從而促進(jìn)微量元素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用。

Apines等(2003)用不同形式的微量元素飼喂虹鱒15周，試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了當(dāng)使用氨基酸螯合物時(shí)，虹鱒機(jī)體的堿性磷酸酶活性顯著高于無機(jī)鹽組，而且消化吸收率顯著提高。Apines等(2004)在虹鱒飼料中添加無機(jī)微量元素、氨基酸微量元素、兩者混合物進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，在骨骼(P＜0.01)及肝臟(P＜0.05)中銅濃度，堿性磷酸酶活性(P＜0.01)等指標(biāo)，氨基酸微量元素組明顯高于無機(jī)微量元素組。李愛杰等（1994）選擇水泥池內(nèi)網(wǎng)箱養(yǎng)殖的羅非魚為試驗(yàn)生物，將微量元素氨基酸螯合物進(jìn)行添加飼喂應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果表明，微量元素氨基酸螯合物可以有效增加魚體質(zhì)量，降低餌料系數(shù)。同時(shí)他們還對(duì)鯉魚進(jìn)行了喂養(yǎng)試驗(yàn),結(jié)果表明，Co、Cu、Zn、Fe、Mn的微量元素氨基酸螯合物可以明顯提高微量元素吸收率,其中Co、Cu、Zn、Fe差異極顯著（P＜0.01）。

2.4 反芻動(dòng)物

微量營養(yǎng)元素主要以酶和輔酶的中心元素形式存在于反芻動(dòng)物體或胃等生物組織中，它們的缺乏經(jīng)常給生物的生長及繁殖帶來不利影響。自1924年哺乳動(dòng)物銅的新陳代謝首先被報(bào)道至今，對(duì)于微量營養(yǎng)元素的作用，缺乏時(shí)的癥狀，不同動(dòng)物的需要量等已經(jīng)有了比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。目前相關(guān)研究主要集中在有機(jī)微量元素。因?yàn)橛袡C(jī)微量元素具有化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)勢，能夠有效減少瘤胃微生物對(duì)氨基酸的降解，使氨基酸和微量元素營養(yǎng)過瘤胃后被消化道吸收利用。同時(shí)可以避免某些金屬元素對(duì)瘤胃發(fā)生刺激或破壞作用等。微量元素氨基酸螯合物具有較高的過瘤胃性能和生物學(xué)效價(jià)。李麗立(1998)以黑山羊?yàn)樵囼?yàn)對(duì)象，在飼料中添加蛋氨酸鋅,結(jié)果表明蛋氨酸鋅組的鋅的吸收率顯著高于氧化鋅組。

化學(xué)工業(yè)（全國）飼料添加劑工程技術(shù)中心對(duì)氨基酸微量元素螯合物對(duì)反芻動(dòng)物功效進(jìn)行試驗(yàn)研究，分別考察了日糧中添加不同水平蛋氨酸鋅對(duì)乳產(chǎn)奶量及乳成分，乳體細(xì)胞數(shù)的影響，添加蛋氨酸鋅25、50、75 mg/kg組日均產(chǎn)奶量依次為(22.80±1.01)、(23.14±1.06)、(23.12±1.08)kg/d，與對(duì)照組(21.89±1.13)kg/d相比，產(chǎn)奶量分別提高4.16%、5.71%、5.62%，且差異顯著(P＜0.05)。但各試驗(yàn)組間差異不顯著(P＞0.05)。試驗(yàn)組乳鋅含量依次為(3.44±0.29)、(4.48±0.27)、(4.49±0.27)μg/ml，與對(duì)照組(2.90±0.25)μg/ml相比，分別提高了18.62%、54.48%、54.83%，且差異顯著(P＜0.05)。奶牛日糧中添加蛋氨酸鋅25、50、75 mg/kg組乳體細(xì)胞數(shù)依次是 25.10×104、22.37×104、21.65×104個(gè)/ml，與對(duì)照組(27.99×104個(gè)/ml)之間存在顯著差異(P＜0.05)，體細(xì)胞數(shù)分別降低了10.33%、20.08%、22.65%。這為有機(jī)微量元素添加劑在反芻動(dòng)物飼養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的試驗(yàn)依據(jù)。

3 展望

從產(chǎn)品應(yīng)用種類角度看，目前微量元素添加劑還是以微量元素?zé)o機(jī)鹽為主，大部分經(jīng)銷商沒有自己的生產(chǎn)線，由于生產(chǎn)工藝和檢測技術(shù)的局限性，市場產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，隨著市場對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)要求不斷提高，檢測技術(shù)不斷創(chuàng)新，競爭的優(yōu)勝劣汰，擁有先進(jìn)生產(chǎn)工藝，自主研發(fā)生產(chǎn)，更高的性價(jià)比的企業(yè)勢必脫穎而出，特別是由于很多企業(yè)生產(chǎn)原料為各種廢棄物，導(dǎo)致重金屬，雜質(zhì)含量超標(biāo)，嚴(yán)重污染飼料產(chǎn)品，而使用原礦生產(chǎn)，可有效地避免這一問題。微量元素氨基酸螯合物作為微量元素添加劑的優(yōu)勢是顯而易見的，雖然存在價(jià)格相對(duì)較高，檢測方法的局限性等問題，但其高生物效價(jià)等優(yōu)勢正逐步被市場接受，隨著產(chǎn)品質(zhì)量提高，生產(chǎn)成本降低。飼用螯合物的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)逐步建立完善，其應(yīng)用前景十分廣闊。微量元素小肽螯合物是微量元素添加劑最新一代的產(chǎn)品，目前處于初步發(fā)展階段，其更優(yōu)于微量元素氨基酸螯合物的特性，注定了微量元素小肽螯合物將成為微量元素添加劑未來主流產(chǎn)品的趨勢。

另外，從產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域角度看，隨著應(yīng)用研究試驗(yàn)的不斷進(jìn)行，微量元素添加劑各種產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，不同產(chǎn)品間的碰撞競爭更加激烈，從而使微量元素添加劑產(chǎn)品更快更新?lián)Q代，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展。

（參考文獻(xiàn)23篇，刊略，需者可函索）