飼料中微量元素減排研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

田曉曉，王　湧，曹冬梅，孫安權(quán)

（奧格生物技術(shù)（上海）有限公司，上海浦東 201210）

隨著畜牧業(yè)的發(fā)展以及人們對(duì)微量元素功能研究的不斷深入，微量元素超劑量添加已經(jīng)成為一種普遍現(xiàn)象。1945年，Braude提出在日糧中添加高劑量的銅（125～250 mg/kg）可提高生長(zhǎng)肥育豬的生長(zhǎng)速度和飼料利用率；Poulsen（1995）報(bào)道，高劑量氧化鋅（2500 mg/kg）可減少斷奶仔豬腹瀉的發(fā)病率，并具有促生長(zhǎng)作用。目前，豬飼料中銅的添加量為250mg/kg，鋅（氧化鋅形式）添加量為2500～3000mg/kg。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)豬對(duì)銅、鋅正常需要量的2.6～6mg/kg和40～80mg/kg。近幾年來(lái)，農(nóng)業(yè)部對(duì)全國(guó)飼料產(chǎn)品的抽查結(jié)果顯示，飼料產(chǎn)品不合格主要表現(xiàn)之一就是銅、鋅嚴(yán)重超標(biāo)，且情況較為嚴(yán)重，兩者均占不合格產(chǎn)品的30%以上。飼料中微量元素的添加除了劑量問(wèn)題外，還存在質(zhì)量問(wèn)題，飼料中微量元素普遍以無(wú)機(jī)鹽的形式添加。無(wú)機(jī)微量元素吸收效果差、利用率低、雜質(zhì)多、安全性差，長(zhǎng)期大劑量使用必對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)帶來(lái)一系列負(fù)面影響。

1　飼料中高劑量微量元素帶來(lái)的負(fù)面影響

1.1飼料重金屬含量超標(biāo)在自然界中，鋅、銅往往與鉛、鎘共生，微量元素?zé)o機(jī)鹽多為冶煉或化工提煉金屬的副產(chǎn)物，在加上生產(chǎn)過(guò)程中除雜不完全，很容易造成鎘、鉛等重金屬超標(biāo)。例如，我國(guó)關(guān)于飼料級(jí)硫酸鋅中鎘的規(guī)定是≤10 mg/kg，但是市場(chǎng)上飼料業(yè)使用的鋅源多為提煉重金屬銦的副產(chǎn)物，再加上鋅鎘為伴生礦，所以鋅源中往往存在鎘超標(biāo)的問(wèn)題。農(nóng)業(yè)部飼料工業(yè)中心，連續(xù)兩年半對(duì)承檢的63個(gè)樣品檢測(cè)表明，鎘含量≥20mg/kg的樣品高達(dá)38%，嚴(yán)重超標(biāo) （100 mg/kg以上）達(dá)31.7%（何進(jìn)和黃逸紅，2006）。如果動(dòng)物采食這種被重金屬污染的飼料，重金屬元素會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)蓄積危害其健康。

1.2飼料品質(zhì)下降無(wú)機(jī)微量元素在水中溶解度大，極易吸潮分解，不僅會(huì)導(dǎo)致飼料結(jié)塊，同時(shí)分解出的金屬離子和酸根離子會(huì)加速飼料中某些營(yíng)養(yǎng)素（如維生素、油脂等）的氧化和破壞作用。王志剛（2000）研究發(fā)現(xiàn)，37℃高溫預(yù)混料條件下貯藏45天，硫酸亞鐵對(duì)維生素A的破壞率達(dá)到18.90%。其次，某單一微量元素的超劑量添加不僅容易造成動(dòng)物中毒，也會(huì)影響其他微量元素的吸收。例如，在育肥豬飼料中添加高銅，以追求增長(zhǎng)速度和飼料轉(zhuǎn)換率等作用，結(jié)果導(dǎo)致貧血、黃疸、體脂氧化程度增加、皮膚不完全角質(zhì)化等鋅、猛、鐵及其他微量元素的缺乏癥，嚴(yán)重影響動(dòng)物皮毛外觀。Bradley等（1983）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加240 mg/kg銅使試驗(yàn)豬肝臟鐵濃度降低60%。長(zhǎng)期添加高劑量微量元素還會(huì)造成動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)吸收功能下降，機(jī)體免疫力降低，結(jié)果表現(xiàn)為仔豬后期生長(zhǎng)抑制、采食量下降、皮膚蒼白、被毛粗亂卷曲等（袁棟和吳金龍，2015；何學(xué)謙，2010）。此外，飼料中高劑量的無(wú)機(jī)微量元素會(huì)導(dǎo)致飼料酸度下降，并且可破壞飼料中外源酸化劑，增加胃腸道疾病發(fā)生率（焦小麗和柳玉鳳，2010），這對(duì)胃酸分泌不足的乳仔豬影響最嚴(yán)重。

1.3畜產(chǎn)品品質(zhì)下降高劑量無(wú)機(jī)鹽的使用，尤其是高銅，會(huì)造成大量的維生素E被氧化破壞，同時(shí)游離的金屬離子易使油脂特別是不飽和脂肪酸氧化，導(dǎo)致飼料發(fā)生變質(zhì)酸敗 （周旭東，2013）。當(dāng)飼喂過(guò)量的這種飼料時(shí)，不飽和脂肪酸氧化增強(qiáng)，蠟樣質(zhì)在脂肪組織中沉積加快，脂肪組織發(fā)生炎癥反應(yīng)導(dǎo)致脂肪變黃形成黃膘肉。此外，微量元素的超劑量添加增加了銅、鋅等金屬元素在畜產(chǎn)品中的沉積。鞠翠芳（2009）研究發(fā)現(xiàn)，用250 mg/kg高銅日糧飼喂斷奶仔豬28 d，豬肝臟中銅的濃度高達(dá)408 mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人的食品安全標(biāo)準(zhǔn)。

1.4產(chǎn)生雙重耐藥菌最近研究發(fā)現(xiàn)，銅、鋅等微量元素的高劑量添加可促進(jìn)動(dòng)物體內(nèi)對(duì)金屬元素和抗生素同時(shí)具有耐藥性的雙重耐藥菌的產(chǎn)生，其發(fā)生率與飼料中硫酸銅及氧化鋅的添加量成正相關(guān)，同時(shí)也會(huì)協(xié)同并維持細(xì)菌的抗生素耐性和產(chǎn)毒能力。并且這種細(xì)菌既可以通過(guò)接合、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式進(jìn)行橫向傳播，也可以通過(guò)細(xì)菌本身的細(xì)胞分化進(jìn)行縱向傳播，傳播速度極快（Agathe，2009）。由于畜禽糞便往往被用作有機(jī)肥，這些抗性細(xì)菌進(jìn)入環(huán)境后其攜帶的抗性基因很有可能被傳遞到人體對(duì)人類的健康構(gòu)成潛在威脅。

1.5造成環(huán)境的重金屬污染無(wú)機(jī)微量元素在動(dòng)物消化道內(nèi)吸收利用率低，成年豬對(duì)鋅的吸收能力為7%～15%，銅的吸收率只有5%～10%，不能被動(dòng)物機(jī)體利用的絕大部分微量元素隨糞便排出體外（Cang，2004），并且在土壤和水環(huán)境中蓄積，達(dá)到一定含量時(shí)對(duì)土壤環(huán)境、農(nóng)作物及水產(chǎn)造成危害，最終威脅人類健康。當(dāng)土壤中銅含量達(dá)100mg/kg時(shí)可破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使微生物蛋白變性而死亡，造成土壤板結(jié)，土壤肥力下降。漁業(yè)水質(zhì)要求鋅含量為0.1 mg/L，4 mg/L時(shí)就會(huì)產(chǎn)生異味，并明顯抑制水體生物氧化作用。有研究認(rèn)為，如果豬糞中的銅和鋅都留在土壤中，土壤中銅含量將在23年內(nèi)超標(biāo) （80mg/kg），鋅含量將在17年內(nèi)超標(biāo)（120 mg/kg），被污染的土壤將不能用于生產(chǎn)作物（劉建勝等，2007）。 Zhou 等（2005）研究發(fā)現(xiàn)，青菜和蘿卜植株中鋅和銅的含量會(huì)隨著畜禽糞便中銅和鋅含量的增加而增加。

綜上所述，飼料中微量元素?zé)o機(jī)鹽的長(zhǎng)期高劑量添加不僅會(huì)嚴(yán)重影響飼料的品質(zhì)及安全性，抑制動(dòng)物的健康生長(zhǎng)，而且對(duì)動(dòng)物耐藥性及生產(chǎn)性能會(huì)產(chǎn)生不利影響。不能被機(jī)體利用的微量元素一部分會(huì)沉積在動(dòng)物體內(nèi)引起動(dòng)物中毒或產(chǎn)生高重金屬畜產(chǎn)品，另一部分會(huì)隨動(dòng)物糞便排出體外污染土壤和水源環(huán)境，并且通過(guò)食物鏈的富集作用，最終威脅人類健康。因此，減少飼料中微量元素的使用量便是解決此問(wèn)題的關(guān)鍵。

2　飼料中微量元素減排措施

2.1使用高效的有機(jī)微量元素添加劑產(chǎn)品有機(jī)微量元素是金屬元素與蛋白質(zhì)、小肽、氨基酸、有機(jī)酸、多糖衍生物等配位體通過(guò)共價(jià)鍵或離子鍵結(jié)合而形成的絡(luò)合物或螯合物。從理論上講，有機(jī)微量元素在絡(luò)合或螯合狀態(tài)下利用配位體進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，避免了金屬離子在腸道吸收時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)拮抗，提高了吸收效率，低量高效。但是，并不是所有的有機(jī)微量元素都比無(wú)機(jī)微量元素好，如植酸鹽、草酸鹽等甚至有副作用。因此，要達(dá)到微量元素減排的效果需要選擇優(yōu)質(zhì)的有機(jī)微量元素添加劑產(chǎn)品。

一般的有機(jī)微量元素為絡(luò)合物，每個(gè)配位體只有一個(gè)配位原子與中心離子成鍵，穩(wěn)定性較差，在胃腸道酸性環(huán)境下容易解離，影響微量元素的生物學(xué)利用率及功能。而螯合有機(jī)微量元素中，金屬微量元素可以與兩個(gè)或多個(gè)配位體通過(guò)較牢固的化學(xué)鍵形成雜環(huán)結(jié)構(gòu)，牢牢固定住中心離子，整個(gè)分子結(jié)構(gòu)呈中性。這種特殊的空間結(jié)構(gòu)使得微量元素螯合物具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，且在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)不容易被解離，大大提高了微量元素的生物學(xué)利用率（馮定遠(yuǎn)，2014）。

小肽螯合有機(jī)微量元素是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)發(fā)展較快的微量飼料添加劑，以小肽作為微量元素的有機(jī)配位體，利用小肽在機(jī)體內(nèi)特殊的吸收通道大大增加了微量元素在機(jī)體內(nèi)的吸收位點(diǎn)，提高了微量元素的吸收速度與吸收效率，并且與氨基酸絡(luò)合微量元素相比螯合率高，螯合強(qiáng)度大，在胃腸道酸性環(huán)境下解離率低，是目前比價(jià)理想的有機(jī)微量元素添加劑產(chǎn)品（洪東，2010）。但是，由于人們對(duì)螯合與絡(luò)合的認(rèn)知度有限，使得市場(chǎng)上關(guān)于絡(luò)合與螯合的概念一直在混用，尤其是以單個(gè)氨基酸為配位體的微量元素絡(luò)合物，常常被稱作螯合物，其穩(wěn)定性較差，在胃腸道酸性環(huán)境下，極易被解離。因此，只有高質(zhì)量的微量元素螯合物才能大幅度降低飼料中微量元素的使用量，同時(shí)對(duì)動(dòng)物的生產(chǎn)性能沒(méi)有不利影響。徐穩(wěn)等（2010）研究報(bào)道，與無(wú)機(jī)微量元素標(biāo)準(zhǔn)組相比，母豬日糧中使用蛋白銅可極顯著提高仔豬的斷奶重，不影響仔豬初生重和斷奶成活率，減少70%微量元素的使用量。李少華等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，以低劑量的小肽螯合銅和小肽螯合鋅替代高劑量的硫酸鹽源銅鋅對(duì)生長(zhǎng)育肥豬生產(chǎn)性能和健康狀況無(wú)不良影響，但能顯著降低糞便中銅鋅的排放量。

2.2使用納米微量元素納米微量元素屬于第四代微量元素添加劑產(chǎn)品，粒徑為1～100 nm，除了自身的營(yíng)養(yǎng)作用外，還能極大程度地提高動(dòng)物對(duì)添加劑的吸收利用率，有助于改善和解決目前動(dòng)物養(yǎng)殖中普遍存在的微量元素吸收利用率低、高污染、高浪費(fèi)等問(wèn)題（孔濤等，2014）。其中，納米氧化鋅是比較成熟的納米級(jí)微量元素產(chǎn)品，由于其粒徑小，比表面積大，具有普通氧化鋅無(wú)法比擬的性能優(yōu)勢(shì)，吸收利用率更高，抑菌性更強(qiáng) （游兆彤等，2012）。龍麗娜等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，仔豬日糧中添加500mg/kg納米氧化鋅與3000 mg/kg普通氧化鋅的促生長(zhǎng)、抗腹瀉效果相當(dāng)，降低氧化鋅使用量83%以上。田麗娜等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，與80mg/kg硫酸鋅相比，日糧中添加40 mg/kg的納米氧化鋅可顯著提高肉仔雞的抗氧化性能，從而減少氧化鋅使用量50%。

2.3注重微量元素的平衡性各種微量元素在體內(nèi)除了量的作用以外，還應(yīng)注意彼此間的協(xié)同與拮抗作用。例如，適量的銅會(huì)加速鐵的吸收和利用，適量的錳能促進(jìn)銅的利用；但是過(guò)多的銅會(huì)抑制鋅的作用，過(guò)量的鋅則會(huì)阻礙鐵對(duì)機(jī)體的正常功能。只有采用整體的觀點(diǎn)全面研究它們之間的相互關(guān)系，才能科學(xué)地判斷出動(dòng)物對(duì)微量元素的真正需要量，而國(guó)內(nèi)外對(duì)微量元素的研究多集中在單一微量元素營(yíng)養(yǎng)上，缺乏整體性的研究。

近年來(lái)出現(xiàn)的“理想微量元素模型（ITEM）”是以安全、高效、穩(wěn)定的小肽螯合有機(jī)微量元素為基礎(chǔ)，以不同動(dòng)物不同生長(zhǎng)階段對(duì)該類型有機(jī)微量元素的實(shí)際利用率為指導(dǎo)，充分考慮微量元素之間的互作效應(yīng)，總結(jié)出的不同動(dòng)物不同生長(zhǎng)階段對(duì)該類型有機(jī)微量元素最佳劑量及比例關(guān)系，從而有效地避免飼料配方中不同微量元素之間的拮抗作用，大大提高微量元素的生物學(xué)利用率。生產(chǎn)實(shí)踐表明，ITEM體系的應(yīng)用可減少50%～80%微量元素的使用量及重金屬排放量。時(shí)洪勛（2013）研究發(fā)現(xiàn)，與NRC蛋雞飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)相比，利用ITEM在保證蛋雞生產(chǎn)性能的同時(shí)可大幅度降低日糧中微量元素的投放量與糞便中重金屬排放量，與50%NRC微量元素組效果相當(dāng)。孫安權(quán)等（2010）指出，ITEM理論體系可顯著提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，大幅度降低使用無(wú)機(jī)微量元素造成的環(huán)境污染。

2.4制定標(biāo)準(zhǔn)，降低添加劑量為了確保消費(fèi)者的安全、動(dòng)物健康和福利，減少環(huán)境污染，各國(guó)紛紛建議減少動(dòng)物飼料中微量元素的含量，并制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如，2017年，歐洲委員會(huì)投票通過(guò)5年內(nèi)在所有歐盟國(guó)家分階段逐步停止使用氧化鋅作為獸醫(yī)治療手段的決定。我國(guó)農(nóng)業(yè)部2625號(hào)公告建議豬生產(chǎn)中銅添加量為2.6～6 mg/kg，最高限量125mg/kg；鋅的推薦劑量為40～80mg/kg，仔豬（≤25 kg）最高限量110 mg/kg；其中仔豬斷奶后前2周特定階段允許在110 mg/kg基礎(chǔ)上使用氧化鋅或堿式氧化鋅至1600 mg/kg。這些政策法規(guī)對(duì)微量元素的使用起到了積極地規(guī)范和引導(dǎo)作用。

2.5政府加強(qiáng)監(jiān)管及支持力度對(duì)微量元素的減排，重金的防治，政府發(fā)揮著監(jiān)管、綜合治理、產(chǎn)業(yè)促進(jìn)等重要作用，相關(guān)政策措施對(duì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有深刻影響。2015年，新環(huán)保法對(duì)畜牧養(yǎng)殖業(yè)提出了更高的環(huán)保要求；同年，農(nóng)業(yè)部《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見(jiàn)》，將推進(jìn)養(yǎng)殖污染防治、實(shí)施耕地重金屬污染治理列為打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的重點(diǎn)任務(wù)；2016年，國(guó)務(wù)院公布了《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱“土十條”），對(duì)農(nóng)用地的土壤環(huán)境治理標(biāo)準(zhǔn)、控制農(nóng)業(yè)污染等問(wèn)題提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)與要求，并將進(jìn)一步加強(qiáng)建立健全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系。這些政策法規(guī)將迫使畜牧業(yè)在微量元素的使用上做出重大改革。

此外，政府部門應(yīng)加強(qiáng)政策引導(dǎo)，鼓勵(lì)支持微量元素減排項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)勇于創(chuàng)新的優(yōu)秀企業(yè)進(jìn)行資金補(bǔ)貼與成果宣傳，這對(duì)微量元素市場(chǎng)及整個(gè)行業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。

3　小結(jié)

動(dòng)物飼料中微量元素超劑量添加對(duì)畜禽健康、人類健康及環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為一種公害，并且由高重金屬畜禽糞便引發(fā)的土壤重金屬污染問(wèn)題具有隱蔽性、累積性及難治理性。通過(guò)技術(shù)的改革與創(chuàng)新，政策的引導(dǎo)與支持，目前在飼料微量元素減排方面已經(jīng)顯見(jiàn)成效，如微量元素小肽螯合物、納米氧化鋅及“理想微量元素模型”等技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。然而，如何使已有的微量元素減排技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，及綜合多種措施實(shí)現(xiàn)微量元素的全面減排等問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。

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