氨基酸螯合鐵在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的研究進(jìn)展

沐建煜

(浙江省長(zhǎng)興縣畜牧獸醫(yī)局，浙江 湖州 313100)

鐵是動(dòng)物機(jī)體維持正常生命活動(dòng)所必需的一種微量元素，參與機(jī)體中包括物質(zhì)的運(yùn)輸及儲(chǔ)存、機(jī)體供能、蛋白質(zhì)代謝、抗氧化、免疫以及核酸合成等多種代謝活動(dòng)，對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)及生產(chǎn)活動(dòng)有著十分重要的意義。因此，在動(dòng)物生產(chǎn)過(guò)程中，養(yǎng)殖場(chǎng)常常需要在日糧中補(bǔ)充額外的鐵以保證其正常的生長(zhǎng)以及生產(chǎn)活動(dòng)。不同形態(tài)的鐵在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的吸收轉(zhuǎn)化效率也有所不同，硫酸亞鐵由于價(jià)格便宜且易獲得，因而在補(bǔ)鐵劑市場(chǎng)中占有一定的優(yōu)勢(shì)。但是，隨著研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)硫酸亞鐵存在著易吸潮、口感差、吸收效率不高、易造成浪費(fèi)及環(huán)境污染且易產(chǎn)生副作用等缺陷[1]，于是人們開(kāi)始尋找更好的補(bǔ)鐵制劑。近年來(lái)，以氨基酸螯合鐵為代表的有機(jī)鐵源因其生物學(xué)效價(jià)高、吸收率高和利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)正逐漸得到越來(lái)越多人的關(guān)注。本文主要就氨基酸螯合鐵的定義、特點(diǎn)、發(fā)展應(yīng)用及其在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的吸收機(jī)制進(jìn)行綜述，旨在為具有高生物學(xué)效價(jià)的有機(jī)微量元素在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的深入研究與科學(xué)應(yīng)用提供參考。

1 氨基酸螯合鐵的定義及特點(diǎn)

根據(jù)美國(guó)飼料控制官方協(xié)會(huì)(Association of American Feed Control Officials，AAFCO)給出的定義，氨基酸螯合鐵是由某種可溶性鐵鹽與氨基酸按照一定的摩爾比例以配位鍵結(jié)合形成的螯合物，其水解氨基酸的平均分子量約為150 Da，而所形成螯合物的分子量不超過(guò)800 Da。

在此我們需要對(duì)絡(luò)合物和螯合物的區(qū)別加以說(shuō)明。絡(luò)合物也叫配合物，是指中心原子或離子以配位鍵的形式結(jié)合幾個(gè)配體分子或離子形成的復(fù)雜化合物。配合物可以根據(jù)中心原子或離子及其配體數(shù)量的不同分為以下3種類(lèi)型：(1)單核配合物，是指單個(gè)中心原子或離子以配位鍵結(jié)合配體的絡(luò)合物，這一類(lèi)型的配合物通常不呈現(xiàn)環(huán)狀結(jié)構(gòu)；(2)螯合物，也叫內(nèi)配合物，是指由中心原子或離子和多個(gè)配體以配位鍵形式結(jié)合而形成的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物；(3)其他特殊配合物，主要是指分子氮配合物、多酸型配合物和多核配合物(含兩個(gè)及以上的中心原子或離子)等[2-3]?？梢钥闯?，螯合物是絡(luò)合物中的一種，但是特指能夠形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物。

2 氨基酸螯合鐵在動(dòng)物生產(chǎn)應(yīng)用上的研究進(jìn)展

2.1 動(dòng)物補(bǔ)鐵劑的發(fā)展

飼料中鐵添加劑的發(fā)展，大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段：

第一代飼料補(bǔ)鐵劑，主要是以硫酸亞鐵為代表的無(wú)機(jī)鐵鹽，由于其價(jià)格低廉，對(duì)飼料成本影響不大且易獲得的特點(diǎn)，至今仍在補(bǔ)鐵劑市場(chǎng)上被廣泛使用。但是，無(wú)機(jī)鐵鹽容易與飼料中的脂肪和維生素等發(fā)生反應(yīng)，從而降低飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。有些無(wú)機(jī)鐵鹽還對(duì)動(dòng)物機(jī)體消化道具有刺激作用，導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)消化道疾病。此外，無(wú)機(jī)鐵鹽補(bǔ)鐵劑化學(xué)性質(zhì)活躍，在動(dòng)物消化道中易受到其他因素的影響，因此其生物學(xué)利用率也較低[1]。

第二代飼料補(bǔ)鐵劑，主要是指包括富馬酸亞鐵以及檸檬酸亞鐵在內(nèi)的簡(jiǎn)單的有機(jī)酸鐵鹽。有報(bào)道稱(chēng)[4]，相對(duì)于無(wú)機(jī)鐵鹽，簡(jiǎn)單的有機(jī)酸鐵鹽具有較好的溶解性和較高的生物學(xué)利用率，更易被機(jī)體吸收。有研究表明，飼料中添加富馬酸亞鐵可以提高仔豬日增重并降低其腹瀉率[5]。在母豬日糧中添加富馬酸亞鐵，其所產(chǎn)的仔豬在生長(zhǎng)性能和血液指標(biāo)上要顯著優(yōu)于硫酸亞鐵組的仔豬[6]。然而，有研究顯示[7]，一些有機(jī)酸鐵鹽的應(yīng)用效果不如硫酸亞鐵的，效果不穩(wěn)定。

第三代飼料補(bǔ)鐵劑，主要是指包括甘氨酸鐵和賴(lài)氨酸鐵等在內(nèi)的氨基酸螯合鐵。這類(lèi)補(bǔ)鐵劑中的鐵離子以配位鍵的形式與氨基酸結(jié)合，形成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的螯合物。有研究表明[8-10]，與前兩種補(bǔ)鐵劑相比，氨基酸螯合鐵生物具有利用率高、化學(xué)穩(wěn)定性好和利于環(huán)保的特點(diǎn)，因而成了新型微量元素制劑研究的熱點(diǎn)。

2.2 氨基酸螯合鐵在動(dòng)物生產(chǎn)及機(jī)體健康上的研究

2.2.1 動(dòng)物生產(chǎn)

楊敏[4]證明，在仔豬飼料中添加甘氨酸亞鐵能提高仔豬的平均日增重，降低料肉比。Rincker等[11]的研究表明，氨基酸螯合鐵可明顯提高生長(zhǎng)育肥豬的日增重和飼料利用率。大量試驗(yàn)表明[12-14]氨基酸螯合鐵能夠改善育肥豬的膚色以及毛況。Robbins等[15]證明，與喂給硫酸亞鐵的母豬相比，從妊娠期的第一天開(kāi)始到仔豬斷奶階段喂給同水平氨基酸鐵的母豬斷奶至發(fā)情的間隔縮短0.4 d，且其哺育的斷奶仔豬體重明顯改善。Feng等[16]的研究也表明，飼料中添加氨基酸鐵有助于促進(jìn)仔豬的生長(zhǎng)。Arnaudova-Matey[17]的研究表明，在飼料中添加蛋氨酸鐵能夠顯著提高肉雞的生長(zhǎng)速度，提高它們的日增重。梁遠(yuǎn)東[18]比較了在肉仔雞日糧中添加蛋氨酸鐵或硫酸亞鐵的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)前者使肉雞的平均日增重提高了5.38%，料肉比降低了1.17%。錢(qián)紅娟等[19]研究表明，在蛋用公雞日糧中添加80 mg/kg的蛋氨酸鐵，其所產(chǎn)仔雞的增重和內(nèi)臟器官的發(fā)育明顯優(yōu)于對(duì)照組公雞所產(chǎn)的仔雞，同時(shí)21日齡和28日齡的體重比對(duì)照組仔雞分別提高了10.57%和14.94%(P＜0.05)。唐勝球等[20]研究表明蛋雞飼料中加入適量有機(jī)鐵比添加硫酸亞鐵更有益于提高母雞的產(chǎn)蛋率，并能顯著降低破蛋率。

2.2.2 動(dòng)物機(jī)體抗氧化及免疫能力

動(dòng)物的免疫系統(tǒng)由中樞免疫器官和外周免疫器官組成，中樞免疫器官包括骨髓和胸腺，外周免疫器官包括骨髓、脾臟、淋巴結(jié)和黏膜相關(guān)淋巴組織。免疫器官稱(chēng)重法是研究機(jī)體免疫情況的方法之一，一般認(rèn)為免疫器官指數(shù)大說(shuō)明免疫器官發(fā)育良好，機(jī)體免疫機(jī)能較強(qiáng)。淋巴細(xì)胞作為免疫系統(tǒng)的重要組成，是參與細(xì)胞免疫和體液免疫的功能細(xì)胞。淋巴細(xì)胞增殖是一種非常重要的機(jī)體免疫應(yīng)答機(jī)制，而T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞的增殖也表明了機(jī)體的免疫機(jī)能增強(qiáng)。超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶是參與機(jī)體抗氧化過(guò)程的重要生物酶。

Feng等[21]研究表明，飼料中添加90 mg/kg氨基酸螯合鐵不僅可促進(jìn)斷奶仔豬生長(zhǎng)，提高斷奶仔豬胸腺、脾臟和腸系膜淋巴結(jié)等免疫器官的指數(shù)，促進(jìn)免疫器官發(fā)育，促進(jìn)淋巴細(xì)胞正常增殖，提高仔豬的免疫力，還可增強(qiáng)機(jī)體內(nèi)超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶以及琥珀酸脫氫酶的活性，有利于改善機(jī)體抗氧化能力以及代謝能力。Sun等[22]研究表明，飼喂適量的甘氨酸鐵能夠顯著提高肉雞體內(nèi)胸腺重量以及超氧化物歧化酶活性，從而有利于提高它們的抗氧化性和免疫性。馮國(guó)強(qiáng)[23]研究指出，飼料添加適量的甘氨酸螯合鐵，能顯著提高肉雞或蛋雞的免疫器官指數(shù)，增加血清中免疫球蛋白IgM及IgG的含量，增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力和免疫力。

3 氨基酸螯合鐵在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)吸收機(jī)制的研究進(jìn)展

大量研究表明動(dòng)物機(jī)體對(duì)甘氨酸螯合鐵有更好的生物利用率[22,24]，而甘氨酸螯合鐵較好的生物學(xué)效價(jià)可能與其在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的吸收機(jī)制有關(guān)[25]。動(dòng)物機(jī)體吸收外源鐵主要發(fā)生在十二指腸和空腸上段，并需要相關(guān)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)助[26-29]。二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Divalent Metal Transporter 1，DMT1)可將腸道內(nèi)包括Fe2+在內(nèi)的二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，其主要分布在動(dòng)物十二指腸絨毛刷狀緣及隱窩等處，其表達(dá)變化主要由感知體內(nèi)鐵儲(chǔ)存的反饋機(jī)制來(lái)調(diào)控[30]；基底膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Ferroportin 1，F(xiàn)pn1)主要負(fù)責(zé)將細(xì)胞內(nèi)的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)到血液中[31]。氨基酸螯合鐵在機(jī)體內(nèi)的吸收機(jī)制目前主要有兩種假說(shuō)，一種假說(shuō)為完整吸收，另一種假說(shuō)是競(jìng)爭(zhēng)吸收[32]。完整吸收假說(shuō)認(rèn)為氨基酸螯合鐵很有可能存在不同于無(wú)機(jī)鐵的體內(nèi)吸收途徑，其所含的鐵離子以共價(jià)鍵或離子鍵的形式被氨基酸配體保護(hù)在中心，然后以類(lèi)小肽的形式在機(jī)體內(nèi)被整體吸收[33]。與此不同，競(jìng)爭(zhēng)吸收假說(shuō)則認(rèn)為，金屬氨基酸螯合物在進(jìn)入動(dòng)物消化道后，因?yàn)榻饘匐x子與氨基酸配體螯合的保護(hù)作用，它能夠避免腸道中的抑制劑對(duì)金屬離子的吸附或沉淀，進(jìn)而能使更多的金屬離子到達(dá)機(jī)體內(nèi)的吸收位點(diǎn)，因此體內(nèi)以離子形式吸收進(jìn)入腸道上皮細(xì)胞的金屬元素增多。Yeung等[34]報(bào)道，植酸和纖維素等抗?fàn)I養(yǎng)因子能夠與腸道中的亞鐵離子反應(yīng)，形成不溶性復(fù)合物，從而影響鐵離子在腸道內(nèi)的吸收；氨基酸螯合鐵中的鐵元素因?yàn)楹桶被崤潴w的螯合作用，可以避免植酸和纖維素等因素的影響，從而獲得更好地吸收效果；Mazariegos等[35]的研究表明，在Caco-2細(xì)胞模型上，抗壞血酸鐵和氨基酸螯合鐵具有相似的鐵吸收機(jī)制，均是以鐵離子的形式通過(guò)細(xì)胞中的DMT1吸收的?？傮w來(lái)說(shuō)，科學(xué)界目前對(duì)氨基酸螯合鐵的以上兩種吸收假說(shuō)還沒(méi)有獲得足夠且有力的證據(jù)，因而無(wú)法進(jìn)行證實(shí)，因此在氨基酸螯合鐵的吸收機(jī)制上也沒(méi)有形成統(tǒng)一的定論，還需要更多的研究來(lái)闡明其機(jī)理。

4 小結(jié)

氨基酸螯合鐵是一種極具應(yīng)用潛力的新型補(bǔ)鐵劑，大量研究表明其具有生物學(xué)效價(jià)高、吸收好、化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和利于環(huán)保等特點(diǎn)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研制和開(kāi)發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)。其較好的生物學(xué)效價(jià)可能與其在動(dòng)物體內(nèi)的吸收機(jī)制有關(guān)，但科學(xué)界尚未就其在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的吸收機(jī)制形成統(tǒng)一的定論，還需要進(jìn)一步的研究以確定其工作機(jī)理，為具有高生物學(xué)效價(jià)的有機(jī)微量元素在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的深入研究與科學(xué)應(yīng)用提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：(35篇，略)