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)添加銅供動物正常生長。飼料添加銅對動物生長效果改善的可能機制包括：(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)減少破壞動物所攝取主要營養(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物生長性能的原因之一。銅抗菌的主要機理為：（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），短時間內(nèi)破壞細(xì)菌的增殖能力而使細(xì)胞死亡，從而達到抗菌的目的。根據(jù)國際銅業(yè)協(xié)會和相關(guān)公共衛(wèi)生部門對空調(diào)器用銅箔和鋁箔的抑菌試驗表明：銅箔能對細(xì)菌中軍團菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及生命力最強的真菌－白色念珠菌產(chǎn)生抑制作用。
根據(jù)動物有關(guān)營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，銅的需要量很低，一般情況下，銅的推薦量各國有所差異，但大多數(shù)在3.5-6mg/kg（NRC豬營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)），仔豬略高于生長豬及成年豬。若作為一種促生長添加劑則劑量為125- 250mg/kg。大量試驗表明：高銅（250mg/kg）明顯可提高各階段豬（特別是生長育肥豬）的生長性能，這一成果在生產(chǎn)上的應(yīng)用在國內(nèi)外也相當(dāng)普遍。但高銅的使用在改善了動物生長性能的同時，也帶來了嚴(yán)重的后果。
首先，從營養(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，同時也增加了維生素C和泛酸的使用量。
其次，對屠體所造成的影響。高銅會抑制飽和脂肪酸，因此飼喂動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)致豬背脂的溶點下降10℃ (39℃降至29℃)。Omole and Bowlond報告甚至指出高量銅降低了背脂厚度。另外高銅還導(dǎo)致動物肝、腎中銅殘留超標(biāo)。
第三，對繁殖的影響。攝取高量銅飼料的母豬，產(chǎn)后豬乳中含銅量高。試驗表明，添加高銅飼料的母豬其仔豬增長差，特別是飼料中含鐵不足時影響更嚴(yán)重，易導(dǎo)致仔豬缺鐵。
第四，對飼料中其他營養(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，在作為動物銅源的應(yīng)用中有諸多缺點：（一）易吸潮。硫酸銅吸潮后銅離子被釋放出來，這使得飼料中的維生素和油脂等營養(yǎng)成分在貯藏過程中就被部分破壞，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養(yǎng)和促生長作用，也導(dǎo)致其生物利用率很低。（三）抗菌作用相對較弱。由于銅離子沒有對細(xì)菌抗菌的速效性（10分鐘—1小時）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效果。
最后，對環(huán)境的影響。由于動物攝入的銅90%被排出體外，對于我國作為銅源缺乏的國家來說是一種巨大的浪費，同時造成了對土壤和水的污染，對人和環(huán)境形成了很大威脅，不利于我國畜牧業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。
為了提高豬對銅的吸收利用率，減少銅對環(huán)境的污染，國內(nèi)外對銅的利用方式進行了大量研究，研究表明，用氨基酸、小肽等作為螯合劑與礦物銅進行螯合，生產(chǎn)出有機銅明顯提高了利用率，同時減少了對環(huán)境的污染。吳新民(1998)等進行了評定不同化學(xué)形式銅鹽的生物效價的試驗，日糧中50mg/kg的酪蛋白銅的促生長效果等同于240mg/kg的硫酸銅的效價。例如，L型氨基酸銅、延胡索酸銅、草酸銅或肽與銅的復(fù)合物比無機銅要高，無機銅中，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。有機銅雖然生物利用率較硫酸銅高，但由于有機配體（如氨基酸、小肽等）的螯合度和價格等諸多因素，限制了有機銅的廣泛使用。

為解決上述問題，在保證銅生物利用率和促生長效果前提下，北京華牧偉業(yè)科技有限公司開發(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，配合有機銅和有機鐵等成分，形成了高效、環(huán)保的新銅源，1:1完全取代硫酸銅，不僅滿足動物銅營養(yǎng)需要，還具有比硫酸銅更加優(yōu)異的促生長效果。飼料級“益環(huán)銅”作為新型銅源，具有不吸潮結(jié)塊、流動性好、不氧化破壞飼料中的脂肪和維生素、生物利用率高、對環(huán)境污染小等優(yōu)點。“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環(huán)境的污染，對保護生態(tài)環(huán)境有重要意義。另外，加到飼料中還可改進飼料的氧化穩(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，是因為綜合考慮三大因素：1、動物的營養(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，通過合理的配方調(diào)衡腸道處于最佳的營養(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，在豬只生長性能的提高和抗腹瀉等方面才會取得理想的效果。
“益環(huán)銅”優(yōu)勢
（一）銅源的理化優(yōu)勢：
“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%鹽酸溶液中分別進行溶解試驗，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98%以上，而硫酸銅在以上4種溶液中均易溶。但相對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)和貯存過程中，銅離子難以釋放而避免了對維生素和脂肪的氧化催化作用，保障了飼料品質(zhì)。動物在攝入“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。這種相對緩慢釋放，一方面增加了銅離子在胃腸道的停留時間，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，促進生長的作用。也就是“益環(huán)銅”是一種緩釋型的長效抗菌劑。
（二）配方打造腸道健康內(nèi)環(huán)境的優(yōu)勢：
腸道是機體營養(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，具有強大的免疫保護功能。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1012個/g的腸道內(nèi)寄生菌及其毒素向腸外組織移位，同時產(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；對于無害抗原(食物或正常菌群)，腸黏膜可下調(diào)免疫應(yīng)答反應(yīng)，保證機體及時獲得養(yǎng)分，不會因?qū)o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，避免了過高濃度硫酸鹽（銅、鐵、鋅、錳）對胃腸黏膜的刺激損傷和對動物腸道正常的微生態(tài)區(qū)系穩(wěn)定性的破壞（據(jù)報道硫酸鹽進入胃腸道后產(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)容積擴大，對腸壁造成機械性刺激，促進腸蠕動而致瀉）。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，對腸道的免疫防護機制、營養(yǎng)調(diào)控方面及腸道微生態(tài)平衡方面具有其獨特的效果。
二、微量元素鋅
鋅是動物必需的礦物質(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，無機鋅：氧化鋅（ZnO）、硫酸鋅（ZnSO4）等；簡單有機酸鋅：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。
許多報道證實，有機鋅生物學(xué)效價要高于常規(guī)無機鋅。與ZnSO4（100％）相比，根據(jù)日糧的復(fù)雜程度，Zn-Met的生物學(xué)效價在117％～206％之間。
添加有機鋅后可以改善動物的生長、繁殖和健康狀況。所以，人們對動物日糧中螯合鋅或有機鋅的應(yīng)用廣為重視。無機鋅的利用率易受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)之間的競爭，防止與日糧中其它營養(yǎng)成分發(fā)生反應(yīng)而降低吸收率，從而滿足動物機體對鋅的充分吸收和利用。添加有機鋅可以改善動物生長性能，改善動物胴體品質(zhì)，增強動物抗應(yīng)激、免疫力及抗病力。
有機鋅具有消化吸收率高、生物學(xué)效價高、需要量較低等優(yōu)勢以及在提高畜禽生產(chǎn)性能和維護機體健康方面的良好效果，特別是在生態(tài)環(huán)保上的貢獻，是常規(guī)無機鋅所無法比擬的，但其添加量、具體吸收機制、有機和無機鋅在發(fā)揮生物功能上的代謝差異以及對動物的作用機理等方面還需深入研究。另外，像有機銅一樣，有機鋅的生產(chǎn)成本因素，也限制了其應(yīng)用廣度。最近，在無機鋅的研究開發(fā)方面又有新的進展，出現(xiàn)了納米氧化鋅等新型的無機鋅飼料添加劑，動物試驗表明。與傳統(tǒng)無機鋅相比，新型鋅在生物利用率、改善動物生產(chǎn)性能等方面均有較大提高，而添加量則降低很多。實驗表明，利用率方面，無機微量元素的較低為30%左右，氨基酸螯合物平均為65%，而納米級微量元素可達80%，因此，加強納米級微量元素的開發(fā)也是一個重要方向，同樣具有廣闊的市場前景。********有限公司開發(fā)出了一種新型鋅源—“***”，“**鋅”是一種納米級氧化鋅，經(jīng)特殊工藝加工，克服了納米微粒常有現(xiàn)象—團聚，是少團聚納米氧化鋅，具有良好的分散性和均勻的粒度分布（平均粒徑50納米）。其除了自身的營養(yǎng)促生長作用外，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，改善動物產(chǎn)品品質(zhì)，減少環(huán)境污染等作用。試驗表明，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
長期以來，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物攝取后會影響動物腸道的健康，因此近年來有機礦物質(zhì)微量元素的使用不斷增加。有機礦物質(zhì)微量元素除了生物效價較高之外，還可提高動物的免疫力，在預(yù)混料中有機物比普通無機微量元素可顯著提高維生素的穩(wěn)定性。微量元素的有機化已是礦物質(zhì)添加劑發(fā)展的趨勢，但其生產(chǎn)成本高于無機微量元素阻礙了應(yīng)用推廣，因此開發(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。