有機鋅源添加劑的質量與效果評價方法探討

肖俊武 彭紅星 倪自利 朱年華

（1.江西農業大學動物科技學院，江西南昌 330045；2.長沙興嘉生物工程有限公司，湖南長沙 410001）

鋅是動物體內必需的微量元素，在體內有300多種酶含有鋅或與鋅有關，鋅還參與DNA、RNA和染色體的結構與功能作用。缺鋅會引起機體代謝紊亂，導致蛋白質合成受損，影響動物生長和正常生理功能。不同鋅源對鋅的吸收利用率和動物使用效果存在較大差異，如無機形式鋅易受胃腸環境、日糧組成等很多因素的影響，研究以低劑量的有機鋅替代高劑量無機鋅對動物生長和生理功能及環境保護有重要的意義。

1 有機微量元素的定義和有機鋅的形式

按美國飼料管理官員協會(AAFCO)對有機微量元素的定義分為5類：①金屬離子與某種或幾種氨基酸形成的氨基酸絡合物；②由金屬離子與一種特定氨基酸形成的氨基酸絡合物，如賴氨酸鋅；③金屬離子與氨基酸按一定比例以共價鍵結合而成的金屬氨基酸螯合物；④由金屬離子與多糖形成的金屬多糖絡合物；⑤由金屬離子與水解蛋白螯合而成的金屬蛋白鹽(AAFCO，1989)。

目前，微量元素添加劑市場所使用的有機鋅產品主要為鋅與不同配位體形成絡合鋅或螯合鋅。有機鋅微量元素添加劑主要有有機酸鋅鹽（如乳酸鋅、葡萄糖酸鋅）、氨基酸螯合鋅（如羥基蛋氨酸鋅、蛋氨酸鋅和甘氨酸鋅）和蛋白鋅。

2 有機鋅在動物體內的吸收機理

有機鋅（絡合鋅或螯合鋅）對動物產生效應的作用機制尚不明確，其吸收機制也眾說紛紜，目前認可的吸收機理有兩種：一是有機鋅在胃腸道環境中穩定，可防止其與日糧中其他成分（如植酸等）形成絡合物，從而更易到達小腸的絨毛刷狀緣并在吸收位點發生水解，其中金屬離子直接吸收進入腸上皮細胞，使微量元素吸收量增加；另一觀點認為，金屬氨基酸螯合物直接進入血漿（類似于二肽的形式完整吸收），而不經過離子通道，減少離子間拮抗，因而螯合鋅比無機鋅更易于吸收（Ashmead,1993）。

也有觀點認為，有機鋅在消化道內和動物體內無論其存在狀態、吸收方式、組織代謝方面都不同于無機鋅，而發揮其特有的生物學功能。認為無機鹽鋅在體內發揮作用的是鋅的有機物或螯合物，而不是游離的無機鋅離子，有機鋅可能以原形式吸收運輸到目標組織發揮作用（Power等，2000）。因此，鋅的吸收形式比吸收數量更為重要，有機鋅可能是與無機鋅進入體內不同的代謝池，因而一定的絡合鋅或螯合鋅會刺激動物一定的生物反應過程。

Miles等（1999）把有機微量元素螯合物的可能優勢總結為：①螯合物的環狀結構可防止微量元素在胃腸道發生不必要的化學反應；②有機螯合物極易完整地通過小腸細胞壁進入血液；③可減少和其他營養物質的相互影響而增加主動吸收；④有機螯合物的吸收路徑可能與無機微量元素吸收不同；⑤有機螯合物中的微量元素可互相促進吸收；⑥螯合物攜帶負電荷可以更有效地促進吸收；⑦有機螯合物可增加其在細胞膜周圍的溶解性和運動性；⑧增加金屬離子在低pH值下的穩定性；⑨可能通過氨基酸轉運系統而吸收。

因此，理論上說有機鋅以更接近于動物體內的作用形式而吸收，其生物學效價高于無機鋅。

3 有機鋅源質量與效果的評價方法

到目前為止，關于有機鋅源產品的質量尚無很有效的評價方法，我國尚未出臺相關的檢測和質量判定的國家標準，美國的AOAC(美國正式分析化學協會)和AAFCO（美國飼料管理官員協會）也沒有提供鑒別有機微量元素產品質量的檢測方法。但近年來國內外科學家對有機鋅的評價方法做了大量的工作，并取得一定的進展。

3.1 體外評價方法

通過實驗室手段進行有機微量元素質量評定的方法很多,但都有其局限性或不足，包括溶解度法、紅外光譜、核磁共振以及x-射線衍射法、凝膠過濾色譜法等,目前有機鋅的測定指標主要是螯合率和螯合強度的測定。

3.1.1 溶解度法

溶解度法是早期判定有機微量元素產品質量的一種參考方法，將有機微量元素樣品溶于去離子水中，經過過濾，分析濾液和不溶性殘渣中微量元素和有機物（蛋白質）含量，從而計算出有機微量元素化合物中金屬離子與有機物結合的比例。溶解度法是一種比較簡單、直接的方法，可能對區別無機微量元素化合物（如硫酸鹽）的差別有一定意義，但對溶解于水的有機微量元素化合物及其是否產生生物學性能的解釋意義不大(Johnson等，1998)。

3.1.2 紅外光譜法

當被測物質用一束連續波長紅外光(5～25 μm)照射時，其物質分子吸收紅外光能轉變為振動能量和轉動能量，分子內不同基團在不同波長產生不同波峰，形成紅外光譜圖。根據峰數、峰位、峰形可判斷有機物結構。如金屬元素與有機物形成螯合物后，其峰形將產生改變。圖1為羥基蛋氨酸鋅與羥基蛋氨酸紅外光譜圖的比較。

3.1.3 有機鋅源的螯合率的測定

作為使用者而言，首先關注的是有機鋅產品中鋅是否與其配位體結合，即金屬元素的螯合率問題，采用紅外光譜法可檢測出，只能作為定性檢測，尚不能達到定量檢測。目前可用采用凝膠過濾色譜法（GB/T 13080.2—2005）測定氨基酸有機微量元素產品中金屬元素的螯合率。

3.1.4 有機鋅產品螯合強度的測定

有機微量產品的螯合程度最早可參照Holwerda等(1995)測定鋅蛋白鹽絡合強度方法，其主要原理是利用滴汞電極測定了螯合物配位體產生金屬離子的電位變化（Skoog等，1963)。Holwerda 等(1995、1997)用這種方法測定了銅、鋅和錳蛋白鹽的絡合強度。梁建光(2006)對國內外7種有機鋅源產品的絡合強度進行測定，發現4種有機鋅源屬于弱絡合強度（絡合強度Qf＜10），1 種屬于中等絡合強度（Qf為 10～100），2 種屬于強絡合強度（Qf為100～1 000），通過對不同絡合強度有機鋅源對奶牛奶產量和奶品質試驗，發現弱、強絡合強度有機鋅源可顯著提高奶牛的產奶量，且強絡合強度有機鋅可明顯降低奶中體細胞數。黃艷玲（2007）分別用絡合強度為弱（Zn-AA，Qf為 6）、中等(Zn-ProB，Qf為 30.7)和強(Zn-ProA，Qf為 944.0)絡合強度的3種有機鋅源進行肉雞試驗，發現中等絡合強度鋅蛋白鹽對肉仔雞的相對生物學利用率最高，弱絡合強度氨基酸鋅的利用率次之，與無機硫酸鋅相近，而強絡合強度的鋅源利用率最低。

3.2 動物試驗評價方法

動物試驗效應是評定有機微量元素產品的最為客觀和有效的方法，但由于動物對微量元素消化吸收的復雜性和機體自身的調控功能，很難找出與鋅元素相關的敏感指標。

3.2.1 利用生產性能指標評價

生產性能是早期評定鋅生物利用率的指標，利用動物生長速度(日增重)、料肉比、羽毛生長、骨骼發育狀況、腿病發生率等作為利用率的評價指標的(Wedekind，1990)。但生產性能指標為非特異性指標，同時需要使用純合或半純合飼糧，這樣不僅成本高，且測定結果不一定適于天然的實用飼糧，且在基礎飼糧中該元素含量高時，對不同來源間利用率差異的反應不敏感。另外，生長速度評價較適用于幼年動物。

3.2.2 利用血液和組織鋅含量評價

血清(漿)鋅和組織鋅含量（肝臟、胰臟、腎臟、脛骨灰中鋅含量）是醫學和動物試驗中應用于反映鋅營養狀況的主要指標。

動物血清（漿）鋅含量測定簡便，但靈敏性不高，且特異性不強。血漿鋅的變異較大，且受許多與鋅營養無關因素的影響，不是體內鋅狀況評定的理想指標(Wallwork，1987；Wedekind，1990)。

日糧中鋅水平顯著影響肝臟、胰臟、腎臟、脛骨灰中鋅含量，而且這些組織鋅含量在一定范圍內與飼糧鋅含量呈線性相關，因此，這些組織中鋅含量常作為評定鋅生物學利用率的重要指標，其中以脛骨灰鋅最敏感,其次為肝和腎,脛骨灰鋅含量已被廣泛應用于有機鋅生物學利用率的研究（Henry等,1987；Wedekidn等,1990）。

3.2.3 利用相關酶的活性評價

鋅元素通過構成酶的必需組分或激活因子形式參與動物體內一系列重要生化反應,動物體內有300多種酶與鋅有關，因而用特異性功能組織中與鋅相關的關鍵酶及其相關指標評價鋅源的生物學利用率可能較脛骨灰鋅含量更為客觀。目前，常用于評價動物體鋅營養狀況的酶主要有堿性磷酸酶（AKP）（董曉慧，2001；Hambidge,2003；成廷水，2004）、銅鋅超氧化物歧化酶（CuZnSOD）與 5'-核甘酸酶（5'-NT）（Johanning,1990；黃艷玲，2007）。

3.2.4 利用胰腺組織金屬硫蛋白含量及其基因表達評價不同鋅源

金屬硫蛋白(MT)是肝、胰腺和腸道組織產生的一類小的含半胱氨酸豐富的金屬結合蛋白，它與鋅和其它一些金屬離子以高親和性結合。試驗表明，組織中MT和MT mRNA的水平與鋅的攝入量成顯著正相關，故組織中MT和MT mRNA可作為動物短期內添加鋅水平的評價指標（Bremner等，1987；Sandoval等，1992）。黃艷玲(2007)試驗表明,雞肝臟MT和MT mRNA水平隨飼糧鋅添加量的增加而直線上升，這表明MT可作為評價鋅生物學利用率的有用指標。

4 小結

有機鋅對動物生產性能和免疫方面的良好改善已得到廣泛認可，但對作用機理和產品質量的有效性評價一直困擾營養學家和飼料從業人員，隨著對其研究的進一步深入和科學的評價方法的探討，將對有機微量元素的生產和應用具有重要意義。