氨基酸微量元素螯合物制備方法的研究進展

摘要:微量元素氨基酸螯合物是一種新型有機礦物元素添加劑，被稱為第三代微量元素物營養(yǎng)研究的熱點，在各種動物生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。本文就微量元素氨基酸螯合物的生物學(xué)特性、作用機理，在畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用概況及應(yīng)用前景進行了綜述。關(guān)鍵詞:氨基酸微量元素螯合物營養(yǎng)特性制備方法作用機理應(yīng)用推廣前言：微量元素和素氨基酸是動物生長發(fā)育必不可少的營養(yǎng)物質(zhì),在動物飼料中含量雖少,但它們直接或間接地參與機體幾乎所有生理和生化過程,與動物生長和健康密切相關(guān)。半個世紀(jì)以來，其發(fā)展經(jīng)歷了3個發(fā)展階段。最初微量元素以無機鹽的形式被應(yīng)用（主要是硫酸鹽如硫酸銅、硫酸鋅、硫酸錳、硫酸亞鐵以及碘酸鈣、使用的微量元素添加劑仍然是微量元素的無機鹽，也有氧化物，在加工、配合以及動物吸收、利用方面存在較大缺陷。無機鹽類雖然水溶性很好，但在動物消化道內(nèi)易與飼料中的植酸陰離子、草酸陰離子在動物體內(nèi)發(fā)生生化反應(yīng)形成溶解度很小的鹽，不易被腸道吸收，生物學(xué)效價低。因此，人們開始使用第2代微量元素添加劑——有機酸鹽，——氨基酸微量元素螯合（AATMC在2O世紀(jì)7O年代首先由美國ALBICN生物試驗室研制成功。我國從20世紀(jì)8O年代開始對AATM進行研究和應(yīng)用，并取得了較大進展。其特點是穩(wěn)定、高效、毒性小，在腸道內(nèi)易于消化吸收，有利于提高動物生產(chǎn)性能，防治微量元素缺乏癥，提高機體免疫力，并且有益于飼料中營養(yǎng)組分的利用，還兼有氨基酸強化劑作用。因此研究開發(fā)和推廣應(yīng)用AATM有利于促進我國畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖正文：微量元素氨基酸螯合物是由氨基酸或短肽物質(zhì)與可溶性金屬鹽中的金屬元素離子通過化學(xué)方法螯合而成的一類具有獨特螯環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物，是一種接近于動物體內(nèi)天然形態(tài)的微量元素補充劑。微量元素氨基酸螯合物具有改善金屬離子在體內(nèi)的吸收和利用、防止微量元素形成不溶性物質(zhì)，改善機體免疫功能的作用。對提高畜禽生產(chǎn)性能和抗應(yīng)激能力等具有重要作用，是一種新型的高效的飼料添加劑。近年來許多學(xué)者對此進而且能提高微量元素的生物利用率，具有易消化吸收、抗干擾、毒性小、增重明顯等特點，是理想的新型高效微量元素飼料添加劑。1、氨基酸微量元素螯合物的定義美國飼料管理官員協(xié)會(AAFEO,1996)正式確定了AATMC的概念：由某種可溶性金屬鹽中的1個金屬元素離子同氨基酸按一定物質(zhì)的量比以共價鍵結(jié)合而成,水解氨基酸的平均相對分子質(zhì)量為150左右,生成的螯合物相對分子質(zhì)量不得超過是一種微量元素與一種氨基酸螯合而成、成分明確的單一絡(luò)合物;后者是指一種微量元素與多個氨基酸水解蛋白質(zhì)絡(luò)合而成的復(fù)合物。2、氨基酸微量元素螯合物的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特性氨基酸微量元素螯合物與無機鹽在化學(xué)結(jié)構(gòu)上有嚴(yán)格的區(qū)別，無機鹽僅僅是陽離子與陰離子之間形成離子鍵結(jié)構(gòu)，而螯合物是以二價陽離子與給電子體的氨基酸成配位鍵，同時又與給電子體的羰基中的氧構(gòu)成離子穩(wěn)定性很好的螯合結(jié)構(gòu)。a.化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定氨基酸微量元素螯合物，因其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)式而具有穩(wěn)定的化學(xué)性能，使金屬離子免受日糧中其他成分的影響，并保護金屬離子不受胃腸道中胃酸等物質(zhì)的不良作用，抵抗磷酸鹽、氫氧化物、植酸鹽、草酸鹽等產(chǎn)物的影響，也可抑制金屬離子隨糞便的排出，便于機體充分吸收，提高了利用率。而無機鹽中的金屬元素呈離子狀(2002)檢測表明，氨基酸微量元素螯合物在預(yù)混料中具有較好的穩(wěn)定性，對維生素E、維生素C的破壞作用明顯小于無機鹽。b.生物學(xué)效價高生物學(xué)效價是指吸收后的營養(yǎng)素中能被動物利用的比例。微量元素被氨基酸螯合后，能夠生成相當(dāng)穩(wěn)定的螯合物，抑制礦物質(zhì)之間的相互影響。另外金屬離子在配位體氨基酸的保護下，還可有效地抵御其他雜質(zhì)離子作用而生成難溶的無機鹽。研究表明，經(jīng)氨基酸螯合后的微量元素吸收率是無機鹽的2—6倍。周％，％，a.單一氨基酸微量元素螯合物的合成方法單一氨基酸螯合物是金屬元素與某種氨基酸在一定條件下反應(yīng)而制得,提供金屬離子的可以是硫酸鹽、醋酸鹽、碳酸鹽、高氯酸鹽、金屬單質(zhì)、氧化物、氫氧化物等。氨基酸一般是a-氨基酸，其合成方法主要有以下幾(1)水體系合成法水體系合成法的制備工藝大致為：氨基酸+金屬鹽T溶解T調(diào)pH值,合成螯合物-有機溶劑過濾沉淀濾渣干燥-產(chǎn)品。楊云裳將L-天門冬氨基酸溶于蒸餾水中,加入硝酸鋅,60C下攪拌反應(yīng)1h。加入無水乙醇將螯合物沉淀出來,經(jīng)離心分離、干燥，得到L-天門冬氨基酸螯合鋅。鐘國清將甘氨酸(Gly)溶于水中，加入堿式碳酸鋅，95C下攪拌反應(yīng)8h,趁熱過濾，濾液于水浴上緩慢加熱濃縮至晶膜出現(xiàn),冷卻,析出大量白色(2)微波固相法微波固相法的制備工藝大致為：氨基酸+金屬鹽-粉碎、混合—加入引發(fā)劑一微波輻射催化合成弋用乙醇、乙醚和蒸餾水充分洗滌—純化產(chǎn)物-濾渣真空干燥。胡亮等以氯化鋅和蛋氨酸為原料微波固相合成蛋氨酸鋅螯合物，經(jīng)IR和元素分析確定最佳反應(yīng)條件,即12%引發(fā)劑量,反應(yīng)物粒度140目,碳酸鈉添加量20%,其結(jié)構(gòu)組成為Zn(Met)2。鐘國清以甘氨酸和氧化鈣為原料,合成甘氨酸鈣螯合物,并用元素分析、IR、TG-DFA、X-射線粉末衍射對螯合物進行了表征,確認(rèn)其組成為[Ca(Gly)2]?H2O。(3)室溫固相法室溫固相法的制備工藝大致為：氨基酸+金屬鹽—混合研磨—干燥—產(chǎn)品。李大光等將氯化鋅和甘氨酸按1.02.5配位比混合,研磨80min,NaOH水溶液加入量0.4m,l得到產(chǎn)物螯合率達94.39%。通過IR、TG-DFA、X-射線粉末衍射對產(chǎn)物進行表征,確認(rèn)其組成為[Zn(Gly)2]?H2O。DanaG等按配位比2:1:4.5混合硝酸鐵、硝酸銅和甘氨酸,研磨均勻,干燥48h后得到[Fe(川)2Cu(R(NH2CH2COO)6(NH2CH2COOH)2](NO3)2和[Fe(川)2Cu①(NH2CH2COO)4.5](NO3)8?4H2O。b.復(fù)合氨基酸微量元素螯合物的合成方法復(fù)合氨基酸微量元素螯合物也可通過微波固相法合成,但因合成的原料一般為角質(zhì)蛋白或下腳料蛋白,因此制備方法主要有以下幾種。(1)酶解法闕小峰以酶法分步水解雞塊、雞骨來制備復(fù)合氨基酸鈣[。酶水解工藝條件：第一步添加胰蛋白酶200U/g,pH值為7,酶解溫度50C,固液比1:6,時間2h;第二步添加木瓜蛋白酶1200U/g,pH值為7,酶解溫度70C,固液比1:6,時間4h,水解度可達32.29%,鈣溶率為25.3%。螯合工藝條件：pH值為8,酶解溫度為70C,配體摩爾比(AA/Ca)為1:2。秦衛(wèi)東等以脫脂豆粕和亞鐵鹽為原料，酶解法制備復(fù)合氨基亞鐵螯合物。豆粕酶解的最佳條件為加酶量(復(fù)合蛋白酶)為4%、固液比為1:24、pH值為8、酶解時間16h;復(fù)合氨基酸亞鐵螯合的最佳條件為反應(yīng)溫度25C,反應(yīng)時間30min,pH值為6.0,氨基酸與亞鐵鹽的配體摩爾比為2:1。(2)酸解法酸解法是我國目前生產(chǎn)復(fù)合氨基酸微量元素螯合物最常用的方法。酸解法又分為三步法和兩步法。三步法的特點是將廢棄蛋白質(zhì)水解制得復(fù)合氨基酸,再經(jīng)中和、螯合生成螯合物。如徐清海等以雞羽毛為原料,采用硫酸水解法制備了復(fù)合氨基酸鐵螯合物。二步法是將廢棄蛋白水解后,不用堿作中和劑,而以微量元素稀土元素的氧化物應(yīng)時間,減少了堿的用量,同時減少了因堿中和產(chǎn)生的無機鹽的含量,從而提高了產(chǎn)品純度。筆者以菜籽粕為原料,采用硫酸水解,與微量元素銅螯合制得復(fù)合氨基酸螯合(3)酸堿水解法田君等以豆粕為原料,分別采用酸水解蛋白和堿水解蛋白,然后將兩液碎,得復(fù)合氨基酸銅螯合物。(4)酸酶法韓來福以血粉為原料,先將血粉用硫酸水解，在100~1050下水解反應(yīng)70min,冷卻后加入300g硫酸銅,再用氫氧化鈉溶液中和殘酸,調(diào)節(jié)pH值為6.0~6.5。即成產(chǎn)品。按照此種方法分別制得復(fù)合氨基酸銅(鋅、錳、鐵)螯合物.3、氨基酸微量元素螯合物對機體的作用來保持金屬離子濃度的穩(wěn)b.提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。微量元素一般在體內(nèi)具有特殊的輔酶功能。氨基酸微量元素螯合物被完整地吸收進入動物體內(nèi)，被運輸?shù)教囟ǖ慕M織和酶系統(tǒng)，直接同酶結(jié)合，改變酶的結(jié)構(gòu)，影響酶的活性，加速或降低營養(yǎng)物質(zhì)的代謝速度。韓希福(1994)用蛋氨酸螯合鐵、鋅、錳、鈷喂豬和雞，糖類和蛋白質(zhì)消化率大約分別提高速度快等原因而發(fā)生貧血現(xiàn)象，嚴(yán)重影響仔豬的發(fā)育，用甘氨酸鐵進行產(chǎn)前和產(chǎn)后的母豬補鐵，可預(yù)防仔豬貧血。在雛雞日糧中加入一定量的蛋氨酸鋅，也可顯著提高雛雞對細(xì)胞數(shù)和乳房炎患病率，減少腐蹄病的發(fā)生。邵凱等(2000)發(fā)現(xiàn)日糧中補充蛋氨酸鋅組綿羊的布氏桿菌試管凝集反應(yīng)抗體效價、血清"一球蛋白含量、淋巴細(xì)胞ANA染色陽性率和外周T淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率顯著高于補氧化鋅組綿羊和不補鋅的蛋氨酸組綿羊，表明補充蛋氨酸鋅能更好地促進綿羊機體細(xì)胞免疫和體液免疫能力。蛋白質(zhì)、脂肪和維生素的利用率。e.減少抗?fàn)I養(yǎng)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，它具有氨基酸特有的氣味，使動物易于接收，減少抗?fàn)I養(yǎng)因子4、影響氨基酸微量元素螯合物使用效果的因素a.螯合率。氨基酸微量元素螯合物具有獨特的功能與效果，螯合率越高，產(chǎn)品性能越好，一般要求螯合率在98％以上。氨基酸微量元素螯合物中金屬元素是否被螯合，可以通過測定產(chǎn)品中金屬元素的濃度進行判斷。b.氨基酸微量元素螯合物的穩(wěn)定常數(shù)。所謂穩(wěn)定常數(shù)是指螯合物中螯合劑(配位體)對金屬離子的親和力。研究表明，螯合物中金屬元素的利用率取決于螯合物的穩(wěn)定常數(shù)，如果穩(wěn)定常數(shù)過低，在消化道環(huán)境中易分解而失去了螯合物的優(yōu)越性；如果穩(wěn)定常數(shù)過高，則不能有效利用。賴氨酸鐵、蛋氨酸鐵的穩(wěn)定常數(shù)都在410,有利于鐵的吸收、轉(zhuǎn)運和利用5、氨基酸微量元素螯合物應(yīng)注意的問題氨基酸微量元素螯合物對增加畜禽的采食量、提高生長速度和繁殖力、改善胴體品質(zhì)和增強機體的免疫功能等均有不同程度的促進作用，目前氨基酸微量元素螯合物產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝相對比較復(fù)雜，成本較高，有些產(chǎn)品的效果還不確定，作用模式也不清楚，使產(chǎn)品在生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用受到了一定的限制。a.原料選擇與工藝改進目前氨基酸微量元素螯合物生產(chǎn)使用較多的是純品合成氨基酸，價格較高，無疑將大大提高飼料產(chǎn)品的成本。如何利用當(dāng)?shù)亓畠r的自然資源以及食品、制藥、制革等工業(yè)副產(chǎn)品生產(chǎn)氨基酸微量元素螯合物，是降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵舉b.作用模式氨基酸微量元素螯合物的作用模式包括生物利用率、作用機理、使用效果等內(nèi)容，目前，關(guān)于氨基酸微量元素螯合物的作用模式仍有待于進一步研究。c.利用條件目前氨基酸微量元素螯合物的添加劑量和添加持續(xù)時間以及添加劑量與添加時間之間的組合效應(yīng)還不十分清楚，因此還應(yīng)深入研究添加的最佳持續(xù)時間與添加劑量，以盡量縮短添加持續(xù)時間和減少添加劑量。對于動物來說并非所有的微量元素都要在某些不利條件時（如日糧中養(yǎng)分不平衡、發(fā)生疾病和應(yīng)激應(yīng)用螯合鹽將是緩解不利條件的有效方法，因此明確氨基酸微量元素螯合物的利用條件很有必要。6、基酸微量元素螯合物國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀及前景我國自引入氨基酸螯合物概念以來,對其研究和開發(fā)日新月異,碩果累累,且已具備獨立研發(fā)生產(chǎn)能力。氨基酸螯合物作為礦物質(zhì)飼料添加劑的應(yīng)用研究也得到學(xué)術(shù)界的重視,產(chǎn)品的推廣也在產(chǎn)業(yè)界的努力下不斷擴大應(yīng)用領(lǐng)域。有機微量元素對畜禽的效應(yīng)可表現(xiàn)為對生產(chǎn)性能、畜產(chǎn)品品質(zhì)、抗應(yīng)激、機體免疫功能和生物學(xué)利用率等方面的影經(jīng)大量科研院所的研究和商業(yè)化養(yǎng)殖場生產(chǎn)使用的結(jié)果證明,有機微量元素的效果是不容質(zhì)疑的。如何通過營養(yǎng)調(diào)控改善畜禽產(chǎn)品的品質(zhì)是近幾年動物營養(yǎng)研究的一個熱而減少脂質(zhì)過氧化,改善肉質(zhì),提高畜禽產(chǎn)品質(zhì)量?？梢?應(yīng)用有機微量元素進行營養(yǎng)調(diào)控,是改善畜禽肉質(zhì)的有效手段之一。現(xiàn)在我們必須要問的問題是從這些有機微量元素產(chǎn)品的使用中,我們?nèi)绾尾拍艿玫阶畲蟮男б?許多有關(guān)有機微量元素吸收和代謝機制的理論使得動物營養(yǎng)學(xué)家們可更好地、有目的地發(fā)揮這些有機微量元素的作用。當(dāng)我們使用有機微量元素時,消化過程中發(fā)生的礦物元素之間的頡頏作用將不復(fù)存在。我們需要理解礦物元素的相互作用,以便確定最佳的添加水平。終有一天,有機微量元素將成為常規(guī)的礦物元素添加到動物日糧中,被最佳、最有經(jīng)濟效益地使用。微量元素氨基酸螯合物對仔豬具有顯著的營養(yǎng)作用和生產(chǎn)效果,是微量元素添加劑更新?lián)Q代的優(yōu)良產(chǎn)品,應(yīng)用前景廣闊。我國應(yīng)該加強研制開發(fā)工作,探索生產(chǎn)成本廉價化和生產(chǎn)工藝簡單化的方法,注重提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本。盡快建立飼用螯合物的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),研究制定螯合物的質(zhì)檢與鑒別的確實有效方法,廣州天科（2007《飼料工業(yè)》）在工藝的研究和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制訂上做了很多有意義的工作。探討微量元素氨基酸螯合物的理想添加水平、影響因素和作用機理,定能加強推廣應(yīng)用工作,促進養(yǎng)豬業(yè)的迅速發(fā)展。無刺激，適口性好，與維生素、抗生素等無配伍禁忌，具有一定的殺菌和改善免疫功能的作用，對腸炎、痢疾、貧血有治療效果。作為飼料添加劑，能起到補充微量元素及氨基酸的雙重作用，可降低飼料消耗，提高飼料轉(zhuǎn)化率，具有顯著的經(jīng)濟效益。水體系合成法、酶解法、酸解法、酸堿法和酸酶法制備氨基酸微量元素螯合物存在反應(yīng)時間長、成本高、使用大量酸液或堿液、副產(chǎn)物多、廢液污染、工藝復(fù)雜等缺點;微波固相法合輻射存在易焦化副產(chǎn)品和不易實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化的問題室溫固相法是新興的合成方法,具有反應(yīng)選擇性高、