氨基酸螯合铁的研究与应用进展_周桂莲.pdf

· 综 述· 氨基酸螯合铁的研究与应用进展 周桂莲 (东北农业大学动物科学技术学院 150030) 铁是畜禽所必需的也是最重要的微量元素之 一 常规饲料中的铁含量较高,单从量上讲,已能 满足动物需要 但是,植物性饲料中铁的利用率极 低, 而养殖业的集约化程度越来越高, 育种和营养 两方面的努力使得畜禽的生长速度大幅度提高 因 而, 必须人工添加部分铁, 才能满足畜禽的需要我 们称人工添加的为铁添加剂 至今,铁添加剂的发 展经历了三个阶段, 相应的有三代产品 第一代为 无机盐类, 常用的有硫酸亚铁、 碳酸亚铁等 由于 价格低, 对饲料成本影响不大,所以, 无机盐类铁 添加剂至今仍得到广泛应用 第二代为简单的有机 酸盐类, 如柠檬酸亚铁、 富马酸铁等, 由于前两类 铁源生物学效价低, 影响饲料中其它有效成分, 再 加上人们的环保意识逐渐加强,促使研究者开发更 为有效、 安全的铁添加剂 于是, 第三代铁添加剂 螯合铁问世, 氨基酸螯合铁就是其中的一种, 由 于具有独特的优点, 吸引了众多的研究者和生产商 1 氨基酸螯合铁的具体描述 美国饲料管理官员协会 (M FCO, 1996)对氨基 酸螯合铁的描述如下:由某种可溶性铁盐中的一个 铁离子同氨基酸按一定的摩尔比率以共价健结合而 成, 1摩尔的铁同 1 ～ 3 (最好是 2) 摩尔的氨基酸结 合, 水解氨基酸的平均分子量必须为 150左右, 生 成的螯合物的分子量不得超过 800 。

2 氨基酸螯合铁作为铁添加剂的理论依据 2 . 1 氨基酸螯合铁是铁吸收的原始模式之一 Hopping ( 1963)研究认为铁是以螯合物形式被 吸收的 Saltm an等 ( 1965) 通过一系列研究, 提出 了铁的吸收转运机制, 他们认为在动物的肠腔内, 不 论是 Fe 2 + 还是 Fe 3 + , 都必须与内源或外源配位体结 合形成络合物, 再以此形式吸收并进一步转运, 而 氨基酸就是这些配位体中较合适的一种 以后, 许 多研究者研究了氨基酸对铁吸收的影响(V an Cam pen 1969 ,1972 ,1973 ;K roe 1963a ,1963b, 1964 , 1966 ; L ay risse 1984 ; G lahn1997), 进一步证 实了 Saltm an提出的铁吸收理论从另一角度讲, 细 胞膜是由蛋白质和类脂组成,它是细胞内外环境的 天然屏障 铁离子要穿过细胞膜,需要一种载体分 子将之包被起来, 形成一种有机的脂溶性表面,才 能穿过细胞膜 Found ( 1974) 研究表明, 位于具有 五元环或六元环螯合物中心的金属离子, 可以直接 通过小肠绒毛刷状缘。

可见,氨基酸螯合铁是铁吸 收的原始模式之一 2 . 2 氨基酸螯合铁的形成是某些氨基酸促进铁吸 收的主要原因 科学研究和生产实践都已证明, 某些氨基酸可 以促进铁的吸收和利用 对于其中的机理,从文献 来看共有三种观点第一, 氨基酸对肠腔内 pH 值起 缓冲作用, 可延缓小肠内容物 pH 值的升高; 第二, 氨基酸可能与铁形成螯合物;第三, 氨基酸刺激了 特定或非特定的肠道转运系统 随着铁吸收代谢机 制及螯合物理论研究的深入,人们发现第二种观点 更具说服力, 许多研究结果也支持这一点 Conrad ( 1963) 和 K roe ( 1963 ,1966) 都认为氨基酸螯合铁 的形成增加了铁在肠腔中的溶解度, 或者氨基酸起 着铁离子的载体作用,因此氨基酸促进铁的吸收 V an Cam pen ( 1969) 的研究表明, 组氨酸促进铁的 吸收, 是因为形成了组氨酸螯合铁F orth( 1973)在 其综述中指出,某些氨基酸能促进铁的吸收, 主要 在于这些氨基酸与铁结合, 形成了螯合物 2 . 3 氨基酸螯合铁的稳定常数和分子量 稳定常数指的是螯合物中螯合剂 (配位体 ) 对 金属离子 (如铁离子 ) 的亲和力。

研究表明, 金属 螯合物中的金属元素的利用情况取决于它的稳定常 数 (Forth, 1973), 如果稳定常数过低, 则其中的金 属元素在胃肠道环境中易解离成为金属离子, 从而 ·10· 饲料博览 1998年 第 10卷 第 6期 失去了螯合物的优越性; 如果稳定常数过高,则当 机体需要时,螯合物不能及时释放金属元素,造成 机体只能吸收却不能有效利用其中的金属元素 表 1列出了几种常见的氨基酸螯合铁的稳定常数 表 1 Fe 2 + 与某些配位体螯合的稳定常数 螯合剂甘氨酸 半胱氨酸 赖氨酸 组氨酸 蛋氨酸植酸 EDTA 稳定常数4 . 36 . 24 . 55 . 86 . 717 . 614 . 3 可见氨基酸螯合铁的稳定常数均界于 4 ～ 10之 间, 这利于铁的吸收、 运输和利用 (刘春海,1991 ; 罗兰等, 1991)EDTA 为配位体时, 稳定常数过高, 从而使其在饲料工业中失去优势 植酸与铁结合的 稳定常数更高, 这也是植物性饲料中铁利用率极低 的主要原因 动物对氨基酸螯合铁的分子量要求范 围较宽 动物试验已经证明了甘氨酸铁和蛋氨酸铁 的有效性, 而它们的分子量分别是 206和 354 。

另 外, 当动物处于特殊生理时期时 (如初生时 ), 可以 以 “胞饮” 的方式吸收动物自身合成的大分子物质 (如乳铁蛋白, 分子量达到几万 ), 这为氨基酸螯合 铁的实际应用提供了又一理论基础 3 氨基酸螯合铁的研究进展 随着对铁代谢研究的深入,研究者发现,某些 氨基酸可以明显促进铁的吸收和利用 (V an Cam pen 1969 , 1972 , 1973 ; K roe 1963a, 1963b , 1964 , 1966 ; Layrisse 1984 ; G lahn1977), 其主要原因在于, 在动 物的胃肠道内, 氨基酸与铁结合形成氨基酸螯合铁 同时,研究表明,血红素铁与非血红素铁的吸收机 制有很大的差别血红素铁的吸收不受 V c 、 植酸及 其它螯 合剂 的影响( T unbull 1962 ;W eintraub 1968)因为血红素铁是以卟啉复合物形式被动物体 吸收的 (Conrad 1966)由此, 研究者意识到可否体 外合成氨基酸螯合铁,并弄清它对动物的效果 70年代后期, 最先由美国 ALBICON 实验室, 以动植物蛋白和铁元素为原料合成了称为蛋白铁 ( Iron P ro teinase) 的复合物, 由此开始了氨基酸螯 合物的研究和开发。

随着对氨基酸螯合物认识的加 深, 研究者发现它们有巨大的发展潜力,因此各国 相继投资进行了一系列研究 从文献报道来看, 关 于氨基酸螯合铁的研究多集中于它的生物学效价的 评定和实际应用效果上, 而且有关蛋氨酸铁和甘氨 酸铁的研究报道较多,研究结果也有很大变差 Kuznetsv ( 1987)报道, 蛋氨酸铁对 7 ～ 28日龄的哺 乳仔猪和 4 ～5月龄的育肥猪的相对生物学效价分 别是 120 %和 115 % (设硫酸亚铁为 100 % )Spears ( 1992)也研究了蛋氨酸铁对哺乳仔猪的相对生物学 效价, 结果为 180 %～ 277 %(硫酸亚铁为 100 % ) 英国的 Darneley ( 1993) 经 4年多的生产性试验研 究结果表明, 氨基酸螯合铁提高母猪繁殖性能的效 果显著也有人研究了甘氨酸铁 ( Fe 3 + ) 对大鼠的效 果,结果表明,与硫酸亚铁相比,甘氨酸铁有高的 吸收率和沉积率 (Langini 1988) 同时也有相反的 报道:Amm er m an ( 1996)、 Cao ( 1996) 和 Law ls ( 1995) 分别用肉仔鸡和猪的研究表明, 蛋氨酸铁的 生物学效价并不高于硫酸亚铁; G aldi ( 1988) 以血 红蛋白为判据指标, 测得甘氨酸铁 (Fe3+)对大鼠的 生物学效价为 90 % (硫酸亚铁为 100 % )。

然而, 有 研究指出, 微量元素氨基酸螯合物对畜禽的作用不 仅仅是其中的微量元素或氨基酸的生物学效价提 高,而且它们还对动物有特殊的营养作用,如参与 细胞内氧化、 增强动物的免疫力等(V andergrift 1994) Johnson ( 1992) 报道, 虽然蛋氨酸铁对仔猪 生长和生产性能没有显著改善, 但仔猪死亡率比对 照组 (硫酸亚铁为铁源 ) 显著降低 在我国, 80年代中期开始研究微量元素氨基酸 螯合物,并已取得很大进展 至今, 国内已有几个 单位从事这个领域的研究工作 微量元素氨基酸螯 合物的研究和应用还被纳入国家 “八五” 重点攻关 计划, 它标志着我国微量元素营养研究步入氨基酸 螯合物的发展阶段 (吕德福 1998)对于氨基酸螯合 铁,多集中研究它们对母猪繁殖性能和预防仔猪贫 血的效果 马康才 ( 1990) 报道,母猪产前两周每 头每天口服 4g蛋氨酸铁, 可使新生仔猪红细胞数和 血红蛋白明显提高 冯展翼( 1992) 和徐建雄 ( 1993a) 报道, 在妊娠母猪最后一个月和产后 20天 的日粮中添加 60mg蛋氨酸铁 /kg日粮, 仔猪补料 中添加 100 m g蛋氨酸铁 /kg日粮, 能显著提高仔猪 生长速度, 增强仔猪抗病力。

许丽( 1994) 研究了 甘氨酸铁预防仔猪贫血的效果, 结果表明,母猪产 前两周和产后三周采食含甘氨酸铁的日粮 ( 150 m g / kg), 仔猪生后不补任何铁剂, 可获得与肌肉注射右 旋 糖苷 铁相同 的增重和 防贫血 效果 徐建 雄 ( 1993b ,1994) 还研究了蛋氨酸铁对断奶仔猪和肥 育猪的影响, 结果表明:蛋氨酸铁是一种优秀的铁 添加剂 综上所述,目前国内外对氨基酸螯合铁的研究 ·11· 1998年 第 10卷 第 6期 饲料博览 还仅限于对其在畜禽饲料中的应用效果和相对生物 学效价的评价上,对其主要作用机理和吸收代谢还 鲜有研究报道 4 氨基酸螯合铁的应用进展 西方一些发达国家 (如美国 ), 对微量元素氨基 酸螯合物的应用效果和生产工艺研究起步早,产品 推广和应用也较广泛, 如美国的 ADM 公司生产的 复合的和单体的微量元素氨基酸螯合物, 种类多、品 种全、 效果优, 产品质量稳定, 现已打入我国市场 尽管我国对这方面的研究起步晚, 但起点高, 至 今已取得很大成绩, 为氨基酸螯合铁在生产中的应 用提供了坚实的理论基础,使氨基酸螯合铁的推广 和应用达到了一个新的发展阶段。

中国兵器工业总 公司西安近代化学研究所研制出的“蛋白微素精”于 80年代末正式投入生产, 现已推广应用东北农业 大学中心实验室与动物饲养教研室的科研人员通力 合作,合成并制备了高纯度的微量元素氨基酸螯合 铁及其它螯合物单体, 并验证了应用效果,如今已 简化了生产工艺, 具备大批量生产的能力 济南的 化工部饲料添加剂研究中心经过多年的努力, 成功 的研制出螯合物的生产工艺 此课题作为国家 “八 五” 课题之一,现已通过验收, 而且已完成技术转 让 尽管氨基酸螯合铁的研究和应用取得了如此大 的进展,但是,由于价格过高、 产品质量不稳定和 一些观念等问题, 再加上氨基酸螯合铁的螯合率测 定困难,使得氨基酸螯合铁的应用远没有普及 5 存在问题及展望 由上所述,氨基酸螯合铁是一种有发展前景的 铁添加剂, 为促进其推广和应用,应在以下几个方 面研究突破: ①研究其作用机理和吸收代谢机制; ② 进一步证实其作用效果;③研究其对机体造血机能 的影响; ④进一步简化生产工艺, 降低生产成本; ⑤ 评价其经济效益和社会效益参考文献 60篇略 ) · 简 讯· ’98 (东北 ) 饲料加工工艺及设备技术研讨会圆满闭幕 为推动东北三省饲料工业的发展, 促进饲料加 工企业对国内外最新饲料加工工艺、 新型饲料加工 设备、 机械设备的基本操作和常见故障排除等有更 深入的了解,促进相互间。