銅、鋅微量元素在飼料上的應(yīng)用

百合 · 發(fā)表于 2007-6-11 14:58:30

銅鋅微量元素添加劑研究進(jìn)展

一、微量元素銅
銅是家禽和家畜必需的微量元素，其生物學(xué)有效性是選擇銅源能否用于家禽和家畜生產(chǎn)的關(guān)鍵，其生物安全性直接關(guān)系到動(dòng)物和人類的安全與健康。銅雖不是構(gòu)成血紅素的成份，但它是動(dòng)物利用鐵成為血紅素前所必需之元素，因此飼料中應(yīng)添加銅供動(dòng)物正常生長(zhǎng)。飼料添加銅對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)效果改善的可能機(jī)制包括：(一)調(diào)節(jié)腸道中微生物量以致減少了腸道疾病的發(fā)生；(二)減少了有害毒素的產(chǎn)量；(三)減少破壞動(dòng)物所攝取主要營(yíng)養(yǎng)份量；(四)有類似抗生素之效果使腸道功能正常，包括絨毛正常和腸壁變薄，以致使得營(yíng)養(yǎng)成份吸收和利用的效率提高。此外，銅的抗菌作用也是其能夠改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能的原因之一。銅抗菌的主要機(jī)理為：（一）接觸反應(yīng)，即銅離子與細(xì)菌接觸反應(yīng)（與細(xì)菌表面的負(fù)電荷作用）后，造成微生物固有成分破壞或產(chǎn)生功能障礙。（二）光催化反應(yīng)，在光的作用下，銅離子能起到催化活性中心的作用，激活水和空氣中的氧，產(chǎn)生羥基自由基（.0H）和活性氧離子（O-2），短時(shí)間內(nèi)破壞細(xì)菌的增殖能力而使細(xì)胞死亡，從而達(dá)到抗菌的目的。根據(jù)國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)和相關(guān)公共衛(wèi)生部門(mén)對(duì)空調(diào)器用銅箔和鋁箔的抑菌試驗(yàn)表明：銅箔能對(duì)細(xì)菌中軍團(tuán)菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及生命力最強(qiáng)的真菌－白色念珠菌產(chǎn)生抑制作用。
根據(jù)動(dòng)物有關(guān)營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，銅的需要量很低，一般情況下，銅的推薦量各國(guó)有所差異，但大多數(shù)在3.5-6mg/kg（NRC豬營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)），仔豬略高于生長(zhǎng)豬及成年豬。若作為一種促生長(zhǎng)添加劑則劑量為125- 250mg/kg。大量試驗(yàn)表明：高銅（250mg/kg）明顯可提高各階段豬（特別是生長(zhǎng)育肥豬）的生長(zhǎng)性能，這一成果在生產(chǎn)上的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外也相當(dāng)普遍。但高銅的使用在改善了動(dòng)物生長(zhǎng)性能的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的后果。
首先，從營(yíng)養(yǎng)方面。高銅(250 ppm)飼料喂豬可導(dǎo)致鋅的缺乏以致產(chǎn)生類似皮膚不全角化癥的癥狀(O'Hara et al. 1960，De GAoey et al. 1971，Haefer et al. 1960，Wall ace et al. 1960，Pctchis 1963，Undrwood 1977)，這可能是由于銅取代了Carboxypeptidase中鋅以致影響了它的作用機(jī)制，因此導(dǎo)致不全角化癥。減少此種癥狀之發(fā)生則必需添加高積累鋅于飼料中。高銅(250ppm)飼料喂豬導(dǎo)致豬只血紅素降低，導(dǎo)致貧血。因此添加高量銅必需在飼料中添加高劑量鐵，同時(shí)也增加了維生素C和泛酸的使用量。
其次，對(duì)屠體所造成的影響。高銅會(huì)抑制飽和脂肪酸，因此飼喂動(dòng)物含有高銅的飼料可導(dǎo)致不飽和脂肪酸含量增加。Moore et al. (1969)指出此種不飽和脂肪酸之增加導(dǎo)致豬背脂的溶點(diǎn)下降10℃ (39℃降至29℃)。Omole and Bowlond報(bào)告甚至指出高量銅降低了背脂厚度。另外高銅還導(dǎo)致動(dòng)物肝、腎中銅殘留超標(biāo)。
第三，對(duì)繁殖的影響。攝取高量銅飼料的母豬，產(chǎn)后豬乳中含銅量高。試驗(yàn)表明，添加高銅飼料的母豬其仔豬增長(zhǎng)差，特別是飼料中含鐵不足時(shí)影響更嚴(yán)重，易導(dǎo)致仔豬缺鐵。
第四，對(duì)飼料中其他營(yíng)養(yǎng)成分的影響。飼料中的維生素C具有還原性易被氧化。在所有的維生素中，VC是很不穩(wěn)定的一種，其不穩(wěn)定性受多種因素的影響（包括金屬離子、堿性環(huán)境、光線以及氧作用），其中以金屬離子的影響最大。而在金屬離子中，尤其以Cu離子為最，其次是Co、Mn、Zn、Fe。下表是各種環(huán)境因子對(duì)維生素的影響：

維生素	濕度	氧化作用	還原作用	金屬離子	熱	光線	酸性pH	堿性pH	中性pH
VE	R	R	R	MS	R	R	MS	R	S
VK	VS	R	MS	VS	MS	S	MS	R	S
B1	R	MS	MS	MS	MS	R	R	MS	S
B2	R	R	MS	R	R	MS	R	MS	S
B6	R	R	R	MS	R	S	R	MS	S
B12	R	MS	S	MS	MS	S	MS	R	MS
泛酸鈣	S	R	R	R	MS	R	S	MS	R
葉酸	R	MS	MS	S	MS	MS	S	R	MS
生物素	R	R	R	R	S	R	MS	R	R
煙酸	R	R	R	R	R	R	R	R	R
VC	R	MS	R	VS	R	MS	R	S	R
氯化膽堿	VS	R	R	R	R	R	R	R	MS

表1-各種環(huán)境因子對(duì)維生素的影響

注： R = 不敏感（抵抗）；MS =中等敏感；S = 敏感；VS =非常敏感
當(dāng)前，我國(guó)飼料行業(yè)所使用的銅源主要為硫酸銅。硫酸銅由于其物理化學(xué)性質(zhì)的局限，在作為動(dòng)物銅源的應(yīng)用中有諸多缺點(diǎn)：（一）易吸潮。硫酸銅吸潮后銅離子被釋放出來(lái)，這使得飼料中的維生素和油脂等營(yíng)養(yǎng)成分在貯藏過(guò)程中就被部分破壞，從而降低了飼料品質(zhì)。（二）易溶解。硫酸銅在被攝入后在胃內(nèi)迅速溶解，90%銅離子被排泄而起不到營(yíng)養(yǎng)和促生長(zhǎng)作用，也導(dǎo)致其生物利用率很低。（三）抗菌作用相對(duì)較弱。由于銅離子沒(méi)有對(duì)細(xì)菌抗菌的速效性（10分鐘—1小時(shí)）因此大部分被排出體外的銅離子不能起到抗菌作用而影響了促生長(zhǎng)效果。
最后，對(duì)環(huán)境的影響。由于動(dòng)物攝入的銅90%被排出體外，對(duì)于我國(guó)作為銅源缺乏的國(guó)家來(lái)說(shuō)是一種巨大的浪費(fèi)，同時(shí)造成了對(duì)土壤和水的污染，對(duì)人和環(huán)境形成了很大威脅，不利于我國(guó)畜牧業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。
為了提高豬對(duì)銅的吸收利用率，減少銅對(duì)環(huán)境的污染，國(guó)內(nèi)外對(duì)銅的利用方式進(jìn)行了大量研究，研究表明，用氨基酸、小肽等作為螯合劑與礦物銅進(jìn)行螯合，生產(chǎn)出有機(jī)銅明顯提高了利用率，同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境的污染。吳新民(1998)等進(jìn)行了評(píng)定不同化學(xué)形式銅鹽的生物效價(jià)的試驗(yàn)，日糧中50mg/kg的酪蛋白銅的促生長(zhǎng)效果等同于240mg/kg的硫酸銅的效價(jià)。例如，L型氨基酸銅、延胡索酸銅、草酸銅或肽與銅的復(fù)合物比無(wú)機(jī)銅要高，無(wú)機(jī)銅中，碳酸銅的利用率要比硫酸銅高，硫酸銅要比硫化銅高。與高分子化合物結(jié)合的銅和與D型氨基酸結(jié)合的銅吸收率較差。有機(jī)銅雖然生物利用率較硫酸銅高，但由于有機(jī)配體（如氨基酸、小肽等）的螯合度和價(jià)格等諸多因素，限制了有機(jī)銅的廣泛使用。

為解決上述問(wèn)題，在保證銅生物利用率和促生長(zhǎng)效果前提下，北京華牧偉業(yè)科技有限公司開(kāi)發(fā)出了一種新型銅源—“益環(huán)銅”。“益環(huán)銅”以堿式氯化銅為主要成分，配合有機(jī)銅和有機(jī)鐵等成分，形成了高效、環(huán)保的新銅源，1:1完全取代硫酸銅，不僅滿足動(dòng)物銅營(yíng)養(yǎng)需要，還具有比硫酸銅更加優(yōu)異的促生長(zhǎng)效果。飼料級(jí)“益環(huán)銅”作為新型銅源，具有不吸潮結(jié)塊、流動(dòng)性好、不氧化破壞飼料中的脂肪和維生素、生物利用率高、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。“益環(huán)銅”的生物學(xué)有效性和生物安全性明顯高于硫酸銅，而銅源的使用量比硫酸銅減少40%，因此“益環(huán)銅”不僅降低飼料成本，而且可大大減少銅排泄對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境有重要意義。另外，加到飼料中還可改進(jìn)飼料的氧化穩(wěn)定性，因此“益環(huán)銅”可完全代替硫酸銅而在飼料工業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景。
“益環(huán)銅”之所以有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，是因?yàn)榫C合考慮三大因素：1、動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需求和生產(chǎn)需要 2、腸道微生物區(qū)系的平衡和免疫系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)需求。3、飼料的適口性和品質(zhì)。使用優(yōu)質(zhì)高效銅源的同時(shí)，通過(guò)合理的配方調(diào)衡腸道處于最佳的營(yíng)養(yǎng)平衡和免疫互作狀態(tài)，有效地提高銅源在腸道的生物學(xué)效應(yīng)及畜禽的抗病防病能力，在豬只生長(zhǎng)性能的提高和抗腹瀉等方面才會(huì)取得理想的效果。
“益環(huán)銅”優(yōu)勢(shì)
（一）銅源的理化優(yōu)勢(shì)：
“益環(huán)銅”的主要成分—堿式氯化銅有特殊的理化特性。堿式氯化銅不溶于水，在胃酸環(huán)境下溶解緩慢。在水、中性檸檬酸銨、2%檸檬酸和0.4%鹽酸溶液中分別進(jìn)行溶解試驗(yàn)，堿式氯化銅極難溶于水，溶解度<0.2%，但在酸性溶液中易溶解，溶解度高達(dá)98%以上，而硫酸銅在以上4種溶液中均易溶。但相對(duì)于硫酸銅的溶解速度，堿式氯化銅的溶解是緩慢溶解。由于其在水中的極難溶解性，因此在飼料生產(chǎn)和貯存過(guò)程中，銅離子難以釋放而避免了對(duì)維生素和脂肪的氧化催化作用，保障了飼料品質(zhì)。動(dòng)物在攝入“益環(huán)銅”后，在胃腸液作用下，“益環(huán)銅”中的銅離子緩慢釋放，不同于硫酸銅中的銅離子迅速釋放，避免了被迅速排泄。這種相對(duì)緩慢釋放，一方面增加了銅離子在胃腸道的停留時(shí)間，使銅得到有效吸收，提高了銅的生物利用率。另一方面使具有抗菌作用的銅離子在胃腸道內(nèi)充分發(fā)揮了其抗菌效果，起到了殺滅有害菌，促進(jìn)生長(zhǎng)的作用。也就是“益環(huán)銅”是一種緩釋型的長(zhǎng)效抗菌劑。
（二）配方打造腸道健康內(nèi)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)：
腸道是機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化和吸收的主要通道，也是體內(nèi)最大的微生態(tài)環(huán)境，具有強(qiáng)大的免疫保護(hù)功能。小腸黏膜表面布滿許多柱狀、杵狀和葉狀的腸絨毛，腸絨毛是執(zhí)行消化和吸收功能的基本單位。腸道可有效阻擋腸內(nèi)500多種、濃度高達(dá)1012個(gè)/g的腸道內(nèi)寄生菌及其毒素向腸外組織移位，同時(shí)產(chǎn)生高效的細(xì)胞和體液免疫，防止內(nèi)源性微生物及其毒素的侵害；對(duì)于無(wú)害抗原(食物或正常菌群)，腸黏膜可下調(diào)免疫應(yīng)答反應(yīng)，保證機(jī)體及時(shí)獲得養(yǎng)分，不會(huì)因?qū)o(wú)害抗原反應(yīng)而耗竭免疫資源。目前認(rèn)為，正常的腸黏膜免疫依賴于腸道三大屏障，即腸黏膜上皮屏障、腸道免疫細(xì)胞及其分泌物所形成的免疫屏障以及腸道正常微生物群所構(gòu)成的生物屏障。“益環(huán)銅”銅源呈電中性，低銅添加量減少其它硫酸鹽（鐵、鋅等）的添加，刺激性小、適口性好，避免了過(guò)高濃度硫酸鹽（銅、鐵、鋅、錳）對(duì)胃腸黏膜的刺激損傷和對(duì)動(dòng)物腸道正常的微生態(tài)區(qū)系穩(wěn)定性的破壞（據(jù)報(bào)道硫酸鹽進(jìn)入胃腸道后產(chǎn)生大量硫酸根離子，不易被腸黏膜吸收，蓄積在腸腔，使腸腔內(nèi)滲透壓升高，體內(nèi)水分向腸腔轉(zhuǎn)移，致使腸內(nèi)容積擴(kuò)大，對(duì)腸壁造成機(jī)械性刺激，促進(jìn)腸蠕動(dòng)而致瀉）。益環(huán)銅配以特殊賦型劑，增大食糜分子間隙，增加食糜與腸絨毛的接觸面積，從而提高了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。益環(huán)銅各成分按一定比例合理配伍，協(xié)同增效，對(duì)腸道的免疫防護(hù)機(jī)制、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控方面及腸道微生態(tài)平衡方面具有其獨(dú)特的效果。
二、微量元素鋅
鋅是動(dòng)物必需的礦物質(zhì)元素，其作用及臨床應(yīng)用是當(dāng)前微量元素營(yíng)養(yǎng)研究中較為突出的一種。鋅在飼料中的添加形式有3種，無(wú)機(jī)鋅：氧化鋅（ZnO）、硫酸鋅（ZnSO4）等；簡(jiǎn)單有機(jī)酸鋅：葡萄糖酸鋅、檸檬酸鋅等；鋅的氨基酸、蛋白質(zhì)絡(luò)合物：蛋白質(zhì)螯合鋅、賴氨酸鋅（Zn-Lys）、甘氨酸鋅等。目前研究最多的是氨基酸螯合鋅。
許多報(bào)道證實(shí)，有機(jī)鋅生物學(xué)效價(jià)要高于常規(guī)無(wú)機(jī)鋅。與ZnSO4（100％）相比，根據(jù)日糧的復(fù)雜程度，Zn-Met的生物學(xué)效價(jià)在117％～206％之間。
添加有機(jī)鋅后可以改善動(dòng)物的生長(zhǎng)、繁殖和健康狀況。所以，人們對(duì)動(dòng)物日糧中螯合鋅或有機(jī)鋅的應(yīng)用廣為重視。無(wú)機(jī)鋅的利用率易受pH值、飼料蛋白水平、維生素、磷酸鹽、植酸鹽等因素的影響。氨基酸螯合鋅的吸收是借助肽或氨基酸的吸收途徑，避免不同礦物質(zhì)之間的競(jìng)爭(zhēng)，防止與日糧中其它營(yíng)養(yǎng)成分發(fā)生反應(yīng)而降低吸收率，從而滿足動(dòng)物機(jī)體對(duì)鋅的充分吸收和利用。添加有機(jī)鋅可以改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能，改善動(dòng)物胴體品質(zhì)，增強(qiáng)動(dòng)物抗應(yīng)激、免疫力及抗病力。
有機(jī)鋅具有消化吸收率高、生物學(xué)效價(jià)高、需要量較低等優(yōu)勢(shì)以及在提高畜禽生產(chǎn)性能和維護(hù)機(jī)體健康方面的良好效果，特別是在生態(tài)環(huán)保上的貢獻(xiàn)，是常規(guī)無(wú)機(jī)鋅所無(wú)法比擬的，但其添加量、具體吸收機(jī)制、有機(jī)和無(wú)機(jī)鋅在發(fā)揮生物功能上的代謝差異以及對(duì)動(dòng)物的作用機(jī)理等方面還需深入研究。另外，像有機(jī)銅一樣，有機(jī)鋅的生產(chǎn)成本因素，也限制了其應(yīng)用廣度。最近，在無(wú)機(jī)鋅的研究開(kāi)發(fā)方面又有新的進(jìn)展，出現(xiàn)了納米氧化鋅等新型的無(wú)機(jī)鋅飼料添加劑，動(dòng)物試驗(yàn)表明。與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鋅相比，新型鋅在生物利用率、改善動(dòng)物生產(chǎn)性能等方面均有較大提高，而添加量則降低很多。實(shí)驗(yàn)表明，利用率方面，無(wú)機(jī)微量元素的較低為30%左右，氨基酸螯合物平均為65%，而納米級(jí)微量元素可達(dá)80%，因此，加強(qiáng)納米級(jí)微量元素的開(kāi)發(fā)也是一個(gè)重要方向，同樣具有廣闊的市場(chǎng)前景。********有限公司開(kāi)發(fā)出了一種新型鋅源—“***”，“**鋅”是一種納米級(jí)氧化鋅，經(jīng)特殊工藝加工，克服了納米微粒常有現(xiàn)象—團(tuán)聚，是少團(tuán)聚納米氧化鋅，具有良好的分散性和均勻的粒度分布（平均粒徑50納米）。其除了自身的營(yíng)養(yǎng)促生長(zhǎng)作用外，還具有提高飼料的抗氧化性、防腐和抗菌能力，提高微量元素吸收利用率，并大幅度降低添加量，改善動(dòng)物產(chǎn)品品質(zhì)，減少環(huán)境污染等作用。試驗(yàn)表明，添加“**鋅”300mg/kg能顯著提高仔豬生產(chǎn)性能，并可在日增重、料肉比和腹瀉率等考察指標(biāo)上完全替代3000mg/kg的常規(guī)氧化鋅。
三、發(fā)展趨勢(shì)
長(zhǎng)期以來(lái)，鋅、銅等微量元素均以硫酸鹽的形式添加于配合飼料中，硫酸根的存在不僅對(duì)飼料加工設(shè)備易造成腐蝕、影響維生素的穩(wěn)定性，更為嚴(yán)重的是大量的硫酸根被動(dòng)物攝取后會(huì)影響動(dòng)物腸道的健康，因此近年來(lái)有機(jī)礦物質(zhì)微量元素的使用不斷增加。有機(jī)礦物質(zhì)微量元素除了生物效價(jià)較高之外，還可提高動(dòng)物的免疫力，在預(yù)混料中有機(jī)物比普通無(wú)機(jī)微量元素可顯著提高維生素的穩(wěn)定性。微量元素的有機(jī)化已是礦物質(zhì)添加劑發(fā)展的趨勢(shì)，但其生產(chǎn)成本高于無(wú)機(jī)微量元素阻礙了應(yīng)用推廣，因此開(kāi)發(fā)納米鹽型微量元素是當(dāng)前研究、生產(chǎn)中的重要發(fā)展方向。