氨基酸螯合鐵在豬產(chǎn)業(yè)上的研究進展及發(fā)展前景

■楊維仁 李 妍

（山東農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，山東泰安271018）

鐵是對動物的生長和健康最重要的微量元素之一。鐵參與血紅蛋白和肌紅蛋白的合成，在豬體內(nèi)主要生理作用是參與氧的轉(zhuǎn)運、變換和組織呼吸過程，同時是細胞色素及多種氧化酶的成分。氨基酸與微量元素的螯合物是20世紀70年代由美國首先研制成功的第3代綠色飼料添加劑。大量研究結(jié)果表明，與無機鐵相比，氨基酸螯合鐵的生物利用率高，化學穩(wěn)定性高，副作用小，有利于提高動物免疫力，并對減少環(huán)境污染有積極作用。研究氨基酸螯合鐵在養(yǎng)豬生產(chǎn)上應用具有實踐意義，以便為現(xiàn)代養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展尋找一種可行的補鐵方式。

1 氨基酸螯合鐵

1.1 氨基酸螯合鐵的描述

美國飼料管理官員協(xié)會(MFCO，1996)對氨基酸螯合鐵進行了描述，具體如下：氨基酸螯合鐵是指由某種可溶性鐵鹽中的一個鐵離子，同氨基酸按一定的摩爾比率以共價鍵結(jié)合而成，1 mol的鐵同1～3（最好是2）摩爾的氨基酸結(jié)合，要求水解氨基酸的平均分子量為150左右，且生成的螯合物的分子量不超過800[1]。

1.2 氨基酸螯合鐵的加工工藝

1.2.1 單一氨基酸螯合鐵加工工藝

單一氨基酸螯合鐵由純的單體氨基酸與可溶性鐵鹽中的鐵離子螯合而成，如蛋氨酸鐵、甘氨酸鐵等。其生產(chǎn)工藝為：單體氨基酸溶液+可溶性鐵鹽中的鐵離子→螯合（加堿液）→離心分離→濃縮→載體吸附（或結(jié)晶)→真空干燥→粉碎→成品[2]。

1.2.2 復合氨基酸螯合鐵加工工藝

復合氨基酸螯合鐵是由蛋白質(zhì)原料經(jīng)化學或酶法水解成氨基酸，然后再與鐵鹽螯合，其生產(chǎn)工藝為：蛋白質(zhì)原料→預處理→水解→使酶失活或中和，去酸→過濾（→脫色→脫鹽）→螯合→載體吸附→噴霧干燥→粉碎→成品[2]。

目前市場上主要以復合氨基酸螯合鐵產(chǎn)品為主。而單一氨基酸螯合鐵價格昂貴，應用范圍較窄。

2 氨基酸螯合鐵在養(yǎng)豬生產(chǎn)上的應用效果

2.1 對母豬繁殖性能的影響

多位研究者認為，氨基酸螯合鐵可通過胎盤轉(zhuǎn)運，進入到發(fā)育中的胚胎(無機鐵無法通過)。占海昱等[3]試驗結(jié)果表明，母豬采食氨基酸螯合鐵后，可以降低產(chǎn)后子宮感染率，加快子宮組織恢復，降低胚胎和胎兒的死亡率，從而提高母豬的繁殖性能。Darneley等[4]報道，在產(chǎn)前28 d妊娠母豬飼糧中添加氨基酸螯合鐵可提高母豬繁殖性能和仔豬育成率。Kuznetsov[5]、Ashmead[6]及陳婉如等[7]的報道均支持上述觀點。

華衛(wèi)東等[8]報道，賴氨酸鐵和甘氨酸鐵相對于硫酸亞鐵可以不同程度地提高母豬母乳鐵含量，提高血清鐵和降低血清總鐵結(jié)合力，其中賴氨酸鐵提高母豬母乳中的鐵含量效果更顯著(P＜0.05)。王學梅[9]給妊娠后期母豬補飼甘氨酸螯合鐵，研究表明母豬胎盤鐵含量顯著增加，初生仔豬肝臟鐵含量也有增加的趨勢。韓友文[10]的觀點認為，賴氨酸是豬常規(guī)日糧的第一限制性氨基酸，如用其作為配位體有效，則賴氨酸有雙重營養(yǎng)功能，經(jīng)濟而高效。馬康才等[11]試驗表明，在母豬妊娠后期飼糧中添加蛋氨酸鐵可使初生仔豬的紅血球及血紅蛋白量顯著提高。童建國等[12]報道，妊娠母豬日糧中添加400 mg/kg的甘氨酸鐵，可顯著提高母豬的產(chǎn)仔性能及哺乳母豬采食量。然而，Schoneweis等13]報道，在妊娠母豬日糧中添加250 mg/kg Fe(源于氨基酸螯合鐵)，仍不能滿足仔豬對鐵的需要。所以，對于有機鐵在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應用需要做更多的研究。

2.2 對仔豬的影響

2.2.1 對哺乳仔豬的影響

復合氨基酸螯合鐵對哺乳仔豬的補鐵效果明顯優(yōu)于硫酸亞鐵（P＜0.05或P＜0.01)，能顯著提高日增重，提高血紅蛋白含量、血漿鐵含量、轉(zhuǎn)鐵蛋白含量，并能明顯改善哺乳仔豬的體況行為，降低飼料消耗及白痢病發(fā)生率，其有效性為硫酸亞鐵的110.69%～128.78%。硫酸亞鐵復合氨基酸螯合鐵組與硫酸亞鐵組卻差異不顯著（P＞0.05）。復合氨基酸螯合鐵是以Fe2+與氨基酸形成絡合物，使分子內(nèi)呈中性，在體內(nèi)pH環(huán)境中溶解性好，其吸收速度為無機鐵鹽的2～3倍，具有較高的生物學效價[14]。在妊娠母豬和哺乳母豬日糧中添加氨基酸螯合鐵，初生仔豬體內(nèi)鐵含量升高，血液中免疫球蛋白和血紅蛋白的濃度提高，仔豬日增重增加，育成率提高[15]。Spears等[16]也研究了蛋氨酸螯合鐵對哺乳仔豬的相對生物學效價，結(jié)果為180%～277%(硫酸亞鐵為100%)。許麗[17]的研究表明，在母豬產(chǎn)前2周和產(chǎn)后3周的日糧中添加150 mg/kg氨基酸螯合鐵，仔豬生后不補充任何鐵劑，可獲得與肌注右旋糖苷鐵相同的增重和預防貧血的效果，因此利用氨基酸螯合鐵補鐵可以避免仔豬應激，利于環(huán)境保護和養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展。Paul等[18]、杭柏林等[19]的母豬飼養(yǎng)試驗也有一致結(jié)果。然而，徐建雄等[20]認為，僅在母豬飼料中添加氨基酸螯合鐵不能顯著提高仔豬的生長速度，而在母豬及仔豬日糧中同時添加氨基酸螯合鐵就能夠均勻地滿足仔豬的快速生長的需求。石文艷[21]在母豬日糧中添加100 mg/kg氨基酸螯合鐵，結(jié)果證明仔豬生產(chǎn)性能及仔豬體內(nèi)的鐵貯提高，有利于預防仔豬貧血。氨基酸螯合鐵雖對初生仔豬血紅蛋白的提高有一定效果，但仍然需要注射鐵補針以保證仔豬一定的血紅素狀況[22]。

2.2.2 對斷奶仔豬的影響

紀孫瑞[23]認為，氨基酸螯合鐵能夠提高動物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化率。徐建雄[24]試驗證明在斷奶仔豬日糧中添加蛋氨酸鐵能提高仔豬的生長速度及飼料利用率。石文艷[21]的試驗支持上述觀點。王明鎮(zhèn)等[25]在基礎日糧添加100 mg/kg無機鐵的基礎上再添加氨基酸螯合鐵40、80、120、160 mg/kg，研究結(jié)果表明早期斷奶仔豬生產(chǎn)性能提高。當有機鐵添加量120 mg/kg時，頭日增重比不添加有機鐵提高9.18%，同時可顯著降低腹瀉率及料重比。試驗同時證明，氨基酸螯合鐵添加量為100～120 mg/kg之間提高生產(chǎn)性能效果最顯著。郭海濤等[26]也證明氨基酸螯合鐵具有增效作用。葉婷[27]試驗證明，日糧中添加蘇氨酸鐵能夠有效的促進斷奶仔豬生長，改善其生產(chǎn)性能(P＜0.05)，極顯著的降低料肉比(P＜0.01)，提高了血清鐵和免疫球蛋白G含量。增強了仔豬免疫功能，對改善仔豬的血液生化指標有一定的積極作用，其效果為100 mg/kg和125 mg/kg較明顯(P＜0.01)。

2.3 對生長豬的影響

國內(nèi)外尤其國內(nèi)，關于氨基酸螯合鐵對生長豬應用功效的研究較少，可能是由于生長豬對鐵的需求量相對較低，且生長豬對鐵的重吸收作用很強，缺乏癥狀不明顯，因而受到較少的重視。徐建雄等[28]在早期斷奶仔豬日糧中添加60 mg/kg蛋氮酸鐵，使生長肥育豬日增重提高6.85%～9.25%，表明蛋氮酸鐵可有效地促進肉豬生長。占海昱等[3]的試驗結(jié)果也證明蛋氮酸鐵可提高肉豬生產(chǎn)性能，是一種極有發(fā)展前途的補鐵制劑。婁雪彪[29]在生長育肥豬中添加60 mg/kg蛋氨酸鐵，日增重提高13%，料肉比降低11.7%，經(jīng)濟效益提高13%，對27～82日齡的生長豬，鐵的利用率提高36%。

3 氨基酸螯合鐵的吸收機制

3.1 完整吸收假說

3.1.1 完整吸收假說內(nèi)容

完整吸收假說認為，氨基酸鐵絡合物利用肽和氨基酸的吸收機制以整體的形式透過腸黏膜層進入血液，同時鐵離子被保護在絡合物的核心，大大提高了微量元素的利用率[30]。此假說強調(diào)的是有機微量元素的吸收途徑可能與無機鹽不同。

3.1.2 完整吸收假說理論依據(jù)

Hopping等[31]研究認為鐵是以螯合物形式被吸收的。Saltman[32]提出的鐵吸收轉(zhuǎn)運機制與Hopping觀點一致。大多數(shù)的氨基酸以二肽和三肽的形式被吸收（Adibi等，1973）[33]。Found[34]研究表明，位于具有五員環(huán)或六員環(huán)螯合物中的金屬離子，可以直接通過小腸絨毛刷狀緣?？梢?，氨基酸螯合鐵是鐵吸收的原始模式之一。劉春海等[35]也認為氨基酸螯合物被動物攝入后，可直接通過腸道被吸收。Vandergrift(1991)提出：金屬元素一旦同氨基酸、肽絡合，那么該礦物元素在體內(nèi)被機體吸收的情況，完全由與之絡合的氨基酸、肽決定，即絡合后的金屬元素其代謝等同于與之絡合氨基酸、肽的代謝。

3.2 競爭吸收假說

3.2.1 競爭吸收假說內(nèi)容

競爭吸收假說認為氨基酸鐵絡合物進入腸道后鐵元素受到氨基酸的保護，可防止鐵元素同飲水或消化物里的物質(zhì)發(fā)生反應變?yōu)椴蝗苄曰衔?，而直接到達小腸刷狀緣，并在吸收位點處發(fā)生水解，以鐵離子形式進入腸上皮細胞并被吸收人血液，因此進入體內(nèi)的鐵元素量增加[30]。

3.2.2 競爭吸收假說理論依據(jù)

Conrad等[36]和Kroe等[37-39]都認為氨基酸螯合鐵的形成增加了鐵在腸腔中的溶解度，或者氨基酸起著鐵離子的載體作用，從而促進鐵的吸收。支持此觀點的試驗研究較多。

Layrisse等[42]首次發(fā)現(xiàn)某些肉類蛋白質(zhì)在胃腸道中消化產(chǎn)生的小肽或氨基酸[41]能夠促進機體對非血紅素鐵的吸收。Kroe[37-40]研究并證明了組氨酸可以促進Fe2+的吸收。Van Campen[43]利用體內(nèi)結(jié)扎十二指腸結(jié)合灌注技術，研究證明了組氨酸、賴氨酸、半胱氨酸可以顯著增加大鼠對Fe3+的吸收。Glahn等[44]的試驗結(jié)果支持Van Campen的觀點。周桂蓮[45]利用體內(nèi)原位結(jié)扎腸段并灌注技術結(jié)合放射性同位素示蹤技術，研究氨基酸螯合鐵的吸收特點，試驗結(jié)果表明：與相應摩爾濃度的氨基酸與氯化亞鐵的混合物相比，賴氨酸和甘氨酸都能促進大鼠對Fe2+的吸收。

3.2.3 氨基酸促進日糧鐵吸收的原因

目前人們對氨基酸促進日糧鐵吸收的原因主要有三種觀點：第一，氨基酸對腸腔內(nèi)pH值起緩沖作用，在一定程度上降低了腸道pH值[1]；第二，氨基酸螯合鐵穩(wěn)定常數(shù)適中，在胃中酸性環(huán)境中不易被解離，所以不受日糧中其他影響鐵吸收因子的干擾，有利于十二指腸對鐵的吸收和轉(zhuǎn)運[46]；第三，氨基酸刺激了特定或非特定的腸道轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。

3.3 氨基酸螯合鐵吸收機制

目前，有機微量元素在腸道內(nèi)的吸收機制仍無定論，還需進行大量深入的研究探索，尋找直接的試驗證據(jù)。

4 氨基酸螯合鐵的優(yōu)勢及問題

4.1 氨基酸螯合鐵的優(yōu)勢

氨基酸螯合鐵相比無機鐵的優(yōu)勢：①穩(wěn)定的化學性質(zhì)。氨基酸螯合鐵克服了無機鐵在消化道易與磷酸根、碳酸根離子結(jié)合成不溶物的缺陷。②氨基酸螯合鐵由于分子是電中性，在腸道中不經(jīng)歷相反電荷的作用過程，不會形成阻力和沉積現(xiàn)象，有效緩解礦物元素間的頡頏，因此它的生物利用率較高。Graff等[47]認為，氨基酸螯合鐵的吸收率為無機鐵(硫酸亞鐵、碳酸鐵、氧化鐵)的4.9倍。③生物學效價高。氨基酸螯合物是機體正常的中間產(chǎn)物，所以氨基酸螯合物的生物學效價高。④蛋白質(zhì)或氨基酸作為配體的不飽和物，穩(wěn)定常數(shù)一般在4～15之間，這樣既有利于與微量元素結(jié)合成螯合物被運輸，需要時又能有效地從螯合物(載體)中釋放出來，使蛋白質(zhì)或氨基酸螯合物有可能直接穿過腸壁而被吸收[21]。⑤氨基酸螯合鐵為機體提供了鐵元素的同時，也可以補充必需氨基酸。⑥氨基酸螯合鐵的適口性好，減少浪費。

4.2 氨基酸螯合鐵應用的問題及應對措施

①市場上進口的氨基酸螯合鐵產(chǎn)品，售價較高，實際生產(chǎn)中難以推廣，而國內(nèi)生產(chǎn)廠家也還沒有研制出降低生產(chǎn)成本的新工藝、新方法。設計合理的產(chǎn)品配方、優(yōu)化生產(chǎn)工藝，簡化生產(chǎn)程序，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量應是今后研究工作的重點之一[48]。

②氨基酸螯合鐵的質(zhì)檢方法尚需研究解決。通常采用分光光度法、電位法等方法對其產(chǎn)品進行定性定量分析，難以確定其有機的螯合度或絡合度的質(zhì)量。為了降低生產(chǎn)成本，建立定性、定量的檢測新技術，為產(chǎn)品的正確應用提供依據(jù)，是今后研究工作的重點。

③繼續(xù)研究適合動物機體的最佳螯合鐵結(jié)構(gòu)形式，最佳絡合率或絡合強度、最佳添加時間和劑量，為生產(chǎn)實踐服務。

④繼續(xù)深人研究氨基酸螯合鐵的吸收機制、代謝原理及對機體造血機能的影響，明確有機鐵的利用條件才能為在畜牧業(yè)生產(chǎn)中科學、有效地應用鐵添加劑提供理論依據(jù)和方法指導。

5 小結(jié)

由于氨基酸螯合鐵具有穩(wěn)定性高，生物效價高、環(huán)境污染小、安全性高等各種優(yōu)勢，隨著生產(chǎn)技術的提高以及相關問題的解決，必將廣泛應用于飼料業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)，促進養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時帶來顯著的社會經(jīng)濟效益。