有機(jī)微量元素的原子經(jīng)濟(jì)性

鐘神秀

微量元素是動(dòng)物機(jī)體所必須的營(yíng)養(yǎng)要素之一，直接參與機(jī)體幾乎所有的生理和生化功能，對(duì)生命活動(dòng)起著極其重要的作用，在飼料工業(yè)上被列為“動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)第五要素”。研究微量元素的效能、經(jīng)濟(jì)特性和環(huán)保性能具有很大的理論和實(shí)踐意義。

1．有機(jī)微量元素的范疇

有機(jī)微量元素是相對(duì)于無(wú)機(jī)微量元素而言的。無(wú)機(jī)微量元素指的是銅、鐵、鋅、錳、硒、鈷、碘等微量元素的硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、氯化物和氧化物等，它們都屬于無(wú)機(jī)物的范疇。有機(jī)微量元素則是指微量元素的有機(jī)酸鹽、氨基酸絡(luò)合物和肽類(lèi)絡(luò)合物等，屬于有機(jī)物的范疇。

有機(jī)酸鹽是有機(jī)微量元素中使用較早、較為廣泛的一個(gè)大類(lèi)，是有機(jī)多元酸與微量元素通過(guò)酸堿中和反應(yīng)形成的化合物。從分子結(jié)構(gòu)來(lái)看，是有機(jī)酸的羧基氧與微量元素金屬離子配位鍵的形式結(jié)合而成的。加上有機(jī)酸碳鏈的化學(xué)和空間效應(yīng)，使得大多數(shù)的有機(jī)酸鹽結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，因而它們的物化性能往往比較穩(wěn)定。目前使用較多的有富馬酸亞鐵、檸檬酸鋅和煙酸鉻等。

微量元素的氨基酸絡(luò)合物是以微量元素為中心離子，以蛋氨酸或賴氨酸等限制性氨基酸為配體形成的絡(luò)合物。常用的有蛋氨酸鋅、賴氨酸銅、甘氨酸亞鐵、蛋氨酸硒、蛋氨酸錳等。

微量元素的二肽或多肽絡(luò)合物是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型添加劑。一般以酵母和硫酸鹽為主要原料制得。主要工藝流程為；酵母自溶→酶解→絡(luò)合→吸附→干燥。小肽的平均分子量約300道爾頓。已經(jīng)面市的有小肽鐵、小肽銅等。

2．原子經(jīng)濟(jì)性的概念

原子經(jīng)濟(jì)性是合成化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)綠色指標(biāo)，指的是一項(xiàng)工藝?yán)?，原料分子中的原子有多少比率最終轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品分子。與通常的“分子收率”不同，它是從原子的角度來(lái)考慮反應(yīng)的投入與產(chǎn)出。原子經(jīng)濟(jì)性越高的反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)品就越少，工藝的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性就越好。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子。富馬酸亞鐵的合成反應(yīng)有兩種工藝，一種是以富馬酸鈉與硫酸亞鐵置換：

Na2C4H2O4 + FeSO4•7H2O → FeC4H2O4 + Na2SO4 + 7 H2O

此工藝的原子經(jīng)濟(jì)性理論上為：170/（160+278）=38.81%

反應(yīng)產(chǎn)生大量的廢水和無(wú)法簡(jiǎn)單加以利用的副產(chǎn)品硫酸鈉。

另一種工藝是本公司開(kāi)發(fā)的以富馬酸和鐵為原料，在催化劑的作用下直接成鹽：

C4H4O4+ Fe → FeC4H2O4 + H2

此工藝的原子經(jīng)濟(jì)性為：170 /（116+56）=98.84%

除了產(chǎn)生極少量的氫氣之外，無(wú)任何副產(chǎn)品產(chǎn)生，沒(méi)有污染，同時(shí)節(jié)約了大量的資源。

可見(jiàn)，原子經(jīng)濟(jì)性的概念不僅具有重大的經(jīng)濟(jì)意義，還具有深遠(yuǎn)的環(huán)保意義。

3．有機(jī)微量元素的原子經(jīng)濟(jì)性

微量元素在動(dòng)物體內(nèi)的消化吸收和利用也可以借用上述原子經(jīng)濟(jì)性概念。

無(wú)機(jī)微量元素吸收低，同時(shí)其陰離子部分（不論是硫酸根還是其他無(wú)機(jī)酸根）不是營(yíng)養(yǎng)成份，不能被動(dòng)物機(jī)體利用，因此無(wú)機(jī)微量元素的原子經(jīng)濟(jì)性都很低。

美國(guó)猶他大學(xué)的生物營(yíng)養(yǎng)學(xué)者研究了各種礦物質(zhì)間的反應(yīng)，證明了各種礦物質(zhì)離子之間存在競(jìng)爭(zhēng)作用。無(wú)機(jī)微量元素之間的拮抗作用明顯，從而使吸收效果進(jìn)一步降低。

以七水硫酸亞鐵為例，在動(dòng)物體內(nèi), 鐵主要在十二指腸中以亞鐵離子的形式被吸收，吸收率只有5~10%，磷酸鹽、鋅、錳、銅、鉻、植酸、草酸、單寧和多酚類(lèi)化合物等都能降低鐵的吸收率。從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度出發(fā)，無(wú)機(jī)鐵的吸收率在5%左右，那么，每利用1噸的鐵，就有19噸的鐵從糞便中排出，同時(shí)有34.29噸的硫酸根也從糞便中排出。即便是以無(wú)水硫酸亞鐵計(jì)，其綜合利用率也只有：1/（19+34.29）=1.88%，其原子經(jīng)濟(jì)性低得可憐。

相反，有機(jī)微量元素的原子利用率要高得多。例如，富馬酸亞鐵中的鐵離子的吸收率能達(dá)到45~48%，同時(shí)，反丁烯二酸根是動(dòng)物體內(nèi)三羧酸循環(huán)的必需物質(zhì)，有近50%能被動(dòng)物體利用，因此，富馬酸亞鐵的綜合利用率可達(dá)：45%×（56/170）+50%×（114/170）=48.35%

每利用1噸鐵，排到環(huán)境中的鐵只有1.22噸，排到環(huán)境中的反丁烯二酸根只有2.26噸。更為令人高興的是，反丁烯二酸根在土壤中能被微生物利用，并不造成環(huán)境污染。由此可見(jiàn)，富馬酸亞鐵的原子經(jīng)濟(jì)性比無(wú)水硫酸亞鐵高出26倍以上。

一些常用的無(wú)機(jī)和有機(jī)微量元素的原子經(jīng)濟(jì)性對(duì)照情況列表如下

常用的無(wú)機(jī)和有機(jī)微量元素的原子經(jīng)濟(jì)性對(duì)照表

品名	無(wú)水硫酸亞鐵	富馬酸亞鐵	甘氨酸亞鐵
原子利用率（%）	1.88	48.35	46.55
品名	無(wú)水硫酸銅	賴氨酸銅	蛋氨酸銅
原子利用率（%）	1.63	61.22	65.06
品名	無(wú)水硫酸鋅	賴氨酸鋅	蛋氨酸鋅
原子利用率（%）	3.52	66.41	80.02
品名	無(wú)水硫酸錳	賴氨酸錳	蛋氨酸錳
原子利用率（%）	1.19	44.57	67.88

說(shuō)明：表中數(shù)據(jù)為參照有關(guān)文獻(xiàn)，計(jì)算最普遍情況下的估算值，無(wú)機(jī)鹽均以無(wú)水物計(jì)。數(shù)據(jù)僅供參考。
4．微量元素有機(jī)化的趨勢(shì)
有機(jī)微量元素具有抵抗干擾、緩解礦物質(zhì)之間拮抗競(jìng)爭(zhēng)的作用，有良好的生物化學(xué)穩(wěn)定性，在機(jī)體環(huán)境條件下溶解性好，易被動(dòng)物體消化吸收，生物學(xué)效價(jià)高，并可加強(qiáng)動(dòng)物體酶的活性，促進(jìn)蛋白質(zhì)、脂肪和維生素的利用率。
有機(jī)微量元素還具有一定殺菌和改善免疫功能的作用，對(duì)某些腸炎、皮膚病、痢疾、貧血有顯著的治療作用，對(duì)動(dòng)物的適口性較無(wú)機(jī)鹽好。
有試驗(yàn)表明，有機(jī)微量元素與目前廣泛使用的硫酸鹽比，前者用于豬可提高增重7～29%，飼料消耗下降7～40%，用于蛋雞可提高產(chǎn)蛋率6～20%，增重5%以上，飼料消耗下降7～40%，飼料轉(zhuǎn)化率提高10%以上。
孫德成、王守清等人用有機(jī)微量元素對(duì)產(chǎn)蛋雞生產(chǎn)性能的研究表明，在產(chǎn)蛋性能指標(biāo)中，試驗(yàn)組的總產(chǎn)蛋重和產(chǎn)蛋率比對(duì)照組分別提高21.02%和12.8%。而且雞蛋和雞體各組織器官的微量元素含量顯著提高。這對(duì)人體補(bǔ)充微量元素提供了安全可靠的食補(bǔ)來(lái)源。
顧華孝等發(fā)現(xiàn)，在母豬飼料中使用氨基酸鐵后，能促進(jìn)母豬的繁殖性能，減少仔豬的死亡率，改善母豬體況，降低母豬經(jīng)產(chǎn)淘汰率，減少母豬育成仔豬所需的飼料量，防止仔豬貧血、腹瀉等。劉桂琴、陳順等人利用復(fù)合氨基酸鹽對(duì)育肥豬進(jìn)行試喂，比對(duì)照組提高增重17.8%，料肉比試驗(yàn)組比對(duì)照組改善14.43%，經(jīng)濟(jì)效益較對(duì)照組提高70.38%。 有機(jī)微量元素對(duì)于促進(jìn)魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)，提高飼料轉(zhuǎn)化率和魚(yú)的成活率，具有顯著效果。是適合魚(yú)類(lèi)營(yíng)養(yǎng)需要的理想營(yíng)養(yǎng)性飼料添加劑。趙元風(fēng)對(duì)鯉魚(yú)的試驗(yàn)表明，添加氨基酸微量元素絡(luò)合物比對(duì)照組增重提高37.2～68%。餌料系數(shù)由對(duì)照組的2.4%下降為1.4～1.7%。李?lèi)?ài)杰等人在飼料中添加有機(jī)微量元素，發(fā)現(xiàn)增重率提高2.58～17.84%。
有機(jī)微量元素的原子經(jīng)濟(jì)性大大高于無(wú)機(jī)鹽，有效地緩解了濫用無(wú)機(jī)鹽造成的土壤板結(jié)、金屬元素含量超標(biāo)等嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，早在上世紀(jì)七十年代有機(jī)微量元素就得到了普遍應(yīng)用。可以斷言，隨著科技的發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，微量元素的有機(jī)化趨勢(shì)是不可阻擋的。

cwcwwan

有機(jī)微量元素 已經(jīng)研究到原子了? 是不是炒作啊?

葉知秋

但是現(xiàn)在委有多的研究卻表明，有機(jī)微量元素的效果并沒(méi)有樓主說(shuō)的那么明顯，生物效價(jià)上也基本接近。
原子經(jīng)濟(jì)性這一概念源于化工合成領(lǐng)域。嫁接到動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域后，對(duì)微量元素的利用樓主還沒(méi)有考慮周祥。原子經(jīng)濟(jì)性并不能反應(yīng)動(dòng)物生產(chǎn)的效益。在動(dòng)物生產(chǎn)中，原子經(jīng)濟(jì)性很高，養(yǎng)殖收益很低的情況并不少見(jiàn)。

pfm

關(guān)注中~~~~~

張巍

怎么甄別微量元素的好壞

hahachina

沒(méi)有細(xì)看, 不知道這個(gè)原子經(jīng)濟(jì)性和常用的生物效價(jià)或利用率有何不同?

zhenjieli

請(qǐng)問(wèn)一點(diǎn)：如何證明某種有機(jī)微量元素中的微量礦物元素是有機(jī)的或者是螯合的，而不是無(wú)機(jī)的呢？例如：
蛋氨酸鐵：你如何證明其中都是蛋氨酸螯合鐵，而不是簡(jiǎn)單的蛋氨酸和鐵的混合物呢？

無(wú)我刀客

疑惑與樓上的相同，飼料行業(yè)內(nèi)有螯合微量元素嗎？國(guó)家對(duì)螯合物的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)讓飼料行業(yè)有螯合的微量元素嗎？誰(shuí)來(lái)檢測(cè)螯合價(jià)？

鐘神秀

樓上說(shuō)的這個(gè)就涉及到氨基酸螯合的檢測(cè)技術(shù)問(wèn)題。具體這個(gè)螯合度能夠達(dá)到的百分比，具體還沒(méi)有很權(quán)威的檢測(cè)方法，只有個(gè)別廠家的檢測(cè)報(bào)告。

cheng_zhang

zhenjieli 發(fā)表于 2010-5-11 14:05
請(qǐng)問(wèn)一點(diǎn)：如何證明某種有機(jī)微量元素中的微量礦物元素是有機(jī)的或者是螯合的，而不是無(wú)機(jī)的呢？例如：
蛋氨 ...

測(cè)定產(chǎn)品在酸性、中性條件下的水溶性，并且測(cè)定溶液中金屬離子與氨基酸的比例。如果比例不符，淘汰。然后將溶液過(guò)分子篩，測(cè)定篩上物、篩下物含量。如果篩上物多，說(shuō)明雜質(zhì)多或者非有機(jī)微量。最后檢測(cè)篩下物的金屬離子與氨基酸比例，如果比例不符，說(shuō)明非有機(jī)微量，而是單純的無(wú)機(jī)+氨基酸（蛋白、肽）的混合物。