微量元素胺基酸螯合物

微量元素胺基酸螯合物是第三代微量元素添加劑，屬於有機微量元素範疇。

基本介紹

• 中文名：微量元素胺基酸螯合物
• 屬於：有機微量元素範疇
• 類型：一種特殊的絡合物
• 環狀結構：如同蟹

定義

配位化學中的螯合物（Chelate）是一種特殊的絡合物。在其化學結構中，配位體(Ligands)通過配位基和自身的碳鏈與金屬離子形成環狀結構。該環狀結構如同蟹、蝦等動物（配位體）以螯足夾持著金屬離子。因此，這種絡合物被形象地稱為螯合物。配位體又稱螯合劑（Chelating Agents）。在飼料中存在著許多天然的螯合劑，如檸檬酸、草酸、水楊酸、酒石酸、乙二胺四醋酸（EDTA）及胺基酸等。

類型

螯合物的類型

螯合物按其功能可以分為三種類型：

（1）具有運輸與貯存金屬元素功能的螯合物。

這類螯合物中的金屬元素本身不具備任何功能，也不會改變或修飾配位體存在的情況下，該金屬螯合物才能被吸收，並在血液中運輸，透過細胞膜，將金屬離子運輸並沉積在機體所需要的地方。屬於這類螯合劑的有EDTA、胺基酸、尤其是半胱氨酸和組氨酸。

（2）參與代謝的螯合物。

這類螯合物以其結構性特徵存在於動物體內。螯合物中金屬離子的存在對於該類螯合物代謝功能的發揮是必不可少的。這類螯合物有血紅蛋白和細胞色素氧化酶（其中鐵為被螯合的金屬元素）、維生素B12（其中鈷為被螯合的金屬元素），等等。血紅蛋白中鐵的存在保證了氧在血液中的運輸。

（3）不利於金屬元素吸收與利用的螯合物，如植酸磷、植酸鋅、草酸鈣等。

這類螯合物妨礙了金屬元素的正常代謝功能，降低了金屬元素的利用率。

胺基酸螯合物類型

微量元素胺基酸螯合物屬於第一、二類螯合物。但據螯合劑原料的不同，微量元素胺基酸螯合物也可分為兩類：

（1）非特異胺基酸螯合物。

這種螯合物的螯合劑不是特種的胺基酸，是水解羽毛粉、血粉等。這些原料水解出的胺基酸種類和比例通常難以控制，進而胺基酸與微量元素的摩爾比、反應的pH值及時間等條件也難控制，所以最終所得到的螯合物產品性能常不穩定。

（2）特異胺基酸螯合物。

這種螯合物的螯合劑為特種的胺基酸，如蛋氨酸、賴氨酸、甘氨酸等。這種螯合物的反應物摩爾比、反應的pH值及時間等條件可以嚴格控制，因而產品的化學結構及性能都比較穩定的。胺基酸與微量元素的摩爾比主要有2:1和1:1兩種。

基本結構

螯合物是指1個或多個配位基團與金屬離子之間的配位反應所形成的環狀結構產物，金屬胺基酸螯合物是可溶性金屬鹽的金屬離子與胺基酸以一定數量的摩爾比（通常為1∶1~3）共價化合的產物。胺基酸的氨基和羧基與金屬微量元素離子螯合，是以氧和氮作配位原子，配位體2個配位原子之間相隔2個或3個以上原子與中心金屬離子共同形成螯合環。螯合環的形成導致螯合離子比非螯合離子在水溶液中穩定性提高。水解胺基酸螯合物的平均分子量為150，如果分子量大於800，則螯合物在腸道內不經水解不能直接穿越細胞膜而被吸收。

生物作用

生物利用率

無機鹽形式的微量元素，其利用率易受pH值、纖維、草酸、維生素、磷酸及植酸等的影響，而胺基酸螯合物形式的微量元素由於其化學性能穩定，分子內電荷趨於中性，在體內pH值下，可有效防止微量元素離子形成不溶解的化合物，或防止其被吸附在有礙元素吸收的不溶解膠體上，因而有利於機體吸收。大量研究表明，經胺基酸螯合的微量元素吸收率是無機微量元素的2～6倍。同時螯合元素可有效避免在飼料中添加過多的無機元素所帶來的中毒及浪費現象，並在機體需要時它可有效地釋放出來，以滿足機體需要。

另外動物對胺基酸螯合物的分子量限制較寬，一般情況下分子量低於800的均有利於通過腸道黏膜，同時胺基酸螯合物是一種接近自然界的鹽的形式存在，在機體環境條件下溶解性好，可藉助肽或胺基酸的吸收途徑，而不必先同其他物質結合，因而它比無機的吸收要快30%左右。

維持體內恆定的環境

添加無機鹽、簡單有機鹽形式的微量元素會影響機體腸道內的pH值和體內酸鹼平衡，對機體產生不良的刺激作用；而金屬離子和有機配位體的反應則形成了一個緩衝體系，機體通過控制腸道及組織中pH值來控制緩衝體系的反應，保證金屬離子濃度的恆定。另外，胺基酸螯合物為機體正常中間產物，很少對機體產生不良刺激，有利於動物採食和胃腸的吸收，促進動物生長。

增強免疫力

有機微量元素接近於酶的天然形態而有利於酶的吸收，被吸收的形態更容易被機體結合到自身的生物學組分中，由此可加強動物體內酶的激活與產生，提高蛋白質、脂肪和維生素的利用率。

減少抗營養因子

一般的無機微量元素適口性較差，有機微量元素克服了這方面的缺陷，它具有胺基酸特有的氣味，使動物易於接收，減少抗營養因子。

吸收代謝機理

胺基酸螯合物對動物產生效應作用機理的研究尚處於探討階段，現在一般認為，絡合強度適宜的有機微量元素螯合物進入消化道後，可以避免腸腔中拮抗因子及其他影響因子對礦物元素的沉澱或吸附作用，直接到達小腸，並在吸收位點處發生水解，其中的金屬以離子形式進入腸上皮細胞並吸收入血。因此，進入體內的微量元素增加。這種理論強調的是適宜穩定常數的有機微量元素在消化道內的狀態與無機微量元素不同，其生物學活性高的主要原因是有機微量元素到達吸收部位並被吸收進入血漿的量比無機形態的多

螯合物的製備

微量元素胺基酸螯合物可由2種方式合成，1種是由可溶性金屬鹽與胺基酸螯合而成，金屬和胺基酸可以是單一的也可以是複合的；另一種是可溶性鹽與胺基酸可水解蛋白螯合而成，稱為金屬蛋白鹽。由於相對複合胺基酸螯合物和金屬蛋白鹽而言，單一胺基酸螯合物價格昂貴且生物學活性專一，套用範圍也窄。所以現今國內外的研究方向多偏重於後者，也可以說金屬蛋白鹽是今後微量元素胺基酸螯合物產生的一個方向。在我國蛋白質水解抽取螯合鹽常用的方法有4種：酶解法、酸解法、酸鹼水解法和綜合利用法，其中酸鹼水解法是目前常用的方法.

動物套用效果

1.胺基酸螯合物在養牛中的套用效果

大量研究發現，犢牛和雜種肥育牛飼餵蛋氨酸鋅和蛋氨酸錳後，生長率顯著提高，母牛受胎率提高15%，犢牛斷奶體重提高5%，蛋氨酸鋅可降低放牧母牛腐蹄病的發生。

給奶牛飼餵微量元素胺基酸螯合物可增加奶牛泌乳量，減少疾病發生。試驗表明，補充胺基酸螯合物（鐵、錳、銅、鋅等）的青年母牛，其腺周纖維化比例明顯低於對照青年母牛，卵巢機能改善，胚胎死亡率降低。在奶牛飼料中加入鋅後測其表現吸收率，根據產奶量以及奶中鋅含量，蛋氨酸鋅的添加量以20mg/kg左右為宜。

2.胺基酸螯合物在養魚中的套用效果

微量元素胺基酸螯合物是適合魚類營養需要的理想營養添加劑，它對於促進魚類生長、提高飼料轉化率和魚的成活率具有顯著效果。研究表明，用微量元素胺基酸螯合物養魚與無機飼料對比，增生重量提高18%左右，餌料係數改善9%左右，元素的吸收率提高25%左右。

3.胺基酸螯合物在養豬中的套用與效果

仔豬貧血症是養殖業中急待解決的一大難題，仔豬每天需要7mg鐵，而母乳中只能提供1mg，通常仔豬在產後第40天即出現貧血症，導致黃白痢，死亡率高，增重慢。給母豬飼餵胺基酸螯合鐵，通過胎盤和母乳向仔豬轉移，從而防止乳仔豬缺鐵性貧血。研究表明，在母豬產前2周、產後3周採食甘氨酸鐵的口糧（含鐵150mg/kg），仔豬生後不補任何鐵劑，可獲得與肌肉注射右旋糖苷鐵相同的增重和貧血效果。同時研究發現，母豬日糧中用蛋氨酸螯合鐵替代硫酸亞鐵，母豬首次配種受胎率平均提高7.2%，胎產活仔數增加0.73頭，死胎率降低2.1%，斷奶至產後發情配種的間隔時間平均縮短1.35d。

4.胺基酸螯合物在養雞中的套用效果

用胺基酸微量元素螯合物飼餵蛋雞，可明顯提高產蛋率，增大蛋重，改善蛋的品質。對飼餵胺基酸螯合物的產蛋雞下的雞蛋進行分析，發現其蛋殼結構比無機鹽組緊密，蛋黃中微量元素含量高於無機鹽組，其中鐵含量是無機鹽組的122%。這不僅能使破蛋率下降5%，而且無疑是生產高營養蛋的一個好方法。

飼料中添加胺基酸螯合物，可促進肉雞生長，降低飼料消耗，提高飼料轉化率，並且能降低雞的軟腿病和臀結痂等皮膚病。用胺基酸螯合錳、鋅替代無機硫酸鹽飼餵肉仔雞，可使日增重提高6.6%，飼料消耗降低5.7%，腿病發生率降低9.94個百分點。

毒理學研究

胺基酸螯合物毒理學研究表明，CuSO4和FeSO4對大鼠的半致死量LD50分別為117mg/kg和319mg/kg，而胺基酸螯合銅與胺基酸螯合鐵的LD50分別為235mg/kg和825 mg/kg。胺基酸螯合物對大鼠的毒性約為相應硫酸鹽的1/3~1/2。而胺基酸螯合鋅、錳和鉻的LD50比相應的無機鹽小得多。

影響因素

1.添加水平

添加的水平從15~5 000mg/kg範圍不等，從而導致了在生物學利用率結果上產生較大的變異性。而在高劑量水平，螯合物在不同組織中的代謝與沉澱可能會達到其飽和點，從而使得相應敏感指標對超水平的補充變得不太敏感，即使不同，最終也顯示相同的利用率。較為合適的方法是先確定動物相應的敏感指標對添加水平的反應曲線，然後在拐點以下的有效添加水平內進行。

2.動物種類

總體來看，胺基酸螯合物對單胃動物與禽類的作用效果好於反芻動物。另外，與動物的生長階段也有關，即對幼齡動物比成年動物的作用效果好。

3.檢測指標

對於胺基酸螯合物，其生物利用率與所測的指標有關，如生長性能、掌骨、尾脊骨、脛骨及血漿與組織（肝、腎）中的濃度等。相對而言，對於鋅、銅、鐵和錳，評價其利用率的指標分別以骨鋅、膽汁銅、血紅蛋白和骨錳為宜。

4.日糧類型

含植酸與纖維相對高的日糧，胺基酸螯合物相對無機鹽的優勢要大得多。這是因為胺基酸螯合物可避免日糧中的植酸與纖維對於游離金屬離子吸收所造成的負面影響。

國內外研究

隨著研究日漸深入，人們對胺基酸螯合物的營養作用和代謝方式的認識也不斷提高。由於畜牧業生產的發展導致飼料添加劑的出現和廣泛套用，國內外關於螯合物的研究報導也與日俱增。1989年美國飼料監察局的官方出版物中，載入了多種金屬元素胺基酸螯合物以及被稱為“金屬元素蛋白鹽”的複合物。美國Albion公司、Zinpro公司和Alltech公司也有各種商品微量元素螯合物投放。各高等院校和研究機構陸續發表不少文章。

我國東北大學騰冰等20世紀80年代末在實驗室合成並製備了高純度蛋氨酸螯合鋅（Ⅱ），並通過紅外分析證實其結構為螯合物。閻立新等在有關蛋氨酸螯合鋅對雛雞的營養效果的學位論文中，論證了各種鋅源的綜合平均相對生物效價。螯合鋅在鋅的利用方面明顯優於硫酸鋅。表現出顯著的抗植酸和高鈣的不良影響。以雛雞血清鹼性磷酸酶活性和脛骨、翼羽的鋅濃度以及食入鋅沉積率為判斷指標，蛋氨酸螯合鋅都顯著優於硫酸鋅。進入20世紀90年代，我國動物營養和飼料界對微量元素胺基酸螯合物的興趣明顯升溫，發表了許多綜述和文章，介紹微量元素胺基酸螯合物的飼料和營養功效。也有自行合成螯合物或專利，或提供用於動物試驗。哈爾濱、無錫、西安、廣州、上海、成都、長沙等地都有規模不同的企業先後上馬，生產出各種螯合物產品投放飼料添加劑市場。隨著我國加入WTO，飼用螯合物行業也面臨與外國同行的競爭問題。

發展趨勢

從產品開發角度看，胺基酸螯合物的生產只有同蛋白質資源的開發利用結合才有可能。為了保證一定的螯合穩定性，必須達到一定的配位比（配體胺基酸或肽和金屬的摩爾比），單個微量元素必須結合上若干個分子量較大的胺基酸或肽，以微量元素有效量計必然大幅增加。但把配體胺基酸或肽作為蛋白質營養源計入飼料配方，則微量元素成本的增加可以忽略，並可以達到“1+1>2”的效果，即蛋白質和微量元素的生物利用率都得到顯著提高

從國內外的發展趨勢看，微量元素胺基酸螯合物廣闊的套用前景和市場是可以預期的。由於其毒性小，生物利用率高，它可作為飼料添加劑改善飼料套用效果，提高飼料報酬；也可用於嬰幼兒、孕產婦和老年人的食品，作為礦物質和蛋白質營養強化劑；另外還可用於農業生產作為葉面噴施或浸種。隨著研究的深入完善，可用作製劑，用於鐵、鋅等微量元素缺乏症的防治，還可起激素增效等作用。總之，微量元素胺基酸螯合物隨著研究的深入將會獲得長足發展，在諸多領域發揮其應有的作用。