氨基酸螯合铁在断奶仔猪中的应用研究进展

李 伟 邓 波 刘婉盈 ，3 徐子伟

(1.南京农业大学动物科技学院，江苏南京210095；2.浙江省农业科学院畜牧兽医研究所，浙江杭州310021；3.浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321004）

断奶仔猪由于摄食不足、营养缺乏，体内铁含量普遍偏低，而在此阶段其体重和血液红细胞体积迅速增加，对铁的需求量很大[1]，因此，如果不能及时、有效地补充体内所需的铁，就会导致仔猪采食量减少、生长缓慢、饲料效率降低以及增加发生缺铁性贫血和腹泻等疾病的可能性[2]，严重缺铁甚至会引起仔猪死亡。理论上，常规饲料中的铁含量已能满足动物体对铁的需求，但当今畜牧业饲喂的常规饲料主要为植物性饲料，而其中的铁主要是非血红素铁，其吸收易受植酸、铜、锌、日粮纤维及单宁等其他微量元素和抗营养因子的影响，导致其生物利用率降低。因此，为满足仔猪对铁的需求，日粮中往往还需额外添加铁源。

断奶仔猪对微量元素的需要量高，但吸收率低[3]，这对外加铁源的特性提出了更高的要求。研制和应用安全、合理、高效的外加铁源，最大限度地满足断奶仔猪对铁的营养需要、维持铁含量平衡、提高其生产性能、同时减少排泄铁对环境的污染，是当前养猪生产中急需解决的难题。目前，氨基酸螯合铁在养猪中的应用逐渐增多，特别是在母猪、乳仔猪等特定阶段，在断奶仔猪阶段，国内已经开始尝试采用氨基酸螯合铁，应用较为广泛的氨基酸螯合铁主要有甘氨酸螯合铁（Fe-Gly）和蛋氨酸螯合铁（Fe-Met）。

1 影响断奶仔猪铁吸收的因素

断奶仔猪体内铁含量、肠道pH值及日粮等因素都可影响断奶仔猪对铁的吸收。Mclaren等（1988）报道，铁的跨上皮运输与体内铁的贮存呈负相关[4]，铁含量低时促进铁的吸收；肠腔内pH值低时有利于机体对铁的吸收，胃中的Fe3+在pH值大于3时必须与某些物质螯合才能被小肠前端吸收，当pH值大于4时，铁离子与氢氧根离子形成不溶性的聚合物,降低铁的吸收；此外，酸性饲粮、维生素 C、谷胱甘肽等还原性物质可促进铁吸收，其中维生素C可与铁形成螯合物，在酸度减弱的小肠中仍保持可溶状态，有助于铁穿过小肠进入血浆[5]；某些有机酸和氨基酸也可以促进铁的吸收；短链脂肪酸通过降低pH值，刺激上皮细胞增生，增加铁的吸收[6]。Biehl（1997）报道，日粮中的饲料蛋白质不足和纤维素、植酸、矿物元素及一些抗营养因子（棉酚、单宁等）等可抑制铁的吸收[7]，其中纤维素和植酸易与铁生成不溶性的复合物，饲料中钙、磷、铜过高对铁产生拮抗作用，抗营养因子与亚铁结合而阻碍铁的吸收。

2 氨基酸螯合铁在断奶仔猪中应用的优势

氨基酸螯合铁是指由可溶性金属铁盐中的一个铁离子与氨基酸按 1：1～1：3比例以共价键结合而成的氨基酸铁螯合物。氨基酸螯合铁的分子量不超过800，水解氨基酸的平均分子量为150左右，稳定常数一般在4～5之间、分子内电荷趋于中性，常见的氨基酸螯合铁有α-氨基酸螯合铁（5元环）和六元环β-氨基酸螯合铁（6元环）。氨基酸螯合铁主要有甘氨酸螯合铁（Fe-Gly）和蛋氨酸螯合铁（Fe-Met）等。

2.1 氨基酸螯合铁具有较高的生物学利用率

仔猪从母猪奶中吸收微量元素的能力高，吸收配合饲料中的微量元素能力相对较低，微量元素的可吸收性是断奶仔猪吸收微量元素的主要限制因素[8]。氨基酸螯合铁具有较高的吸收性，生物学利用率较高。首先，氨基酸螯合铁分子内电荷趋于中性，在体内pH值环境中溶解度好，是机体吸收铁离子的主要形式；其次氨基酸螯合铁在小肠通过氨基酸通道进入体内，避免了与通过矿物元素离子吸收通道运转的其他矿物元素的竞争与拮抗；最后氨基酸螯合铁稳定常数适中，也可以抑制铁离子与其他矿物离子之间的相互影响，削弱日粮纤维及棉酚、单宁等抗营养因子对铁吸收的干扰[9]。氨基酸螯合铁还是体内蛋白合成过程中的中间物质，机体根据不同组织和酶系统对氨基酸的需要，将被氨基酸螯合的铁直接运输到特定的靶组织和酶系统中，缩短了生化过程、节约了体能，在机体需要铁元素时氨基酸螯合铁又能及时、准确地参与生化反应或将铁元素转运到特定靶组织，大大提高了微量元素铁的利用率[10-13]。以上特点决定了氨基酸螯合铁在体内具有较好的吸收性能以及较高的生物学利用率。

2.2 氨基酸螯合铁具有安全性

铁作为一种强力催化剂在体内能够促进氧自由基（·O2-）的产生，·O2-通过氧化NO 生成的过氧亚硝酸盐，又会导致肝细胞膜磷脂过氧化反应，特别是会对线粒体和微粒体膜产生过氧化损害；铁还可以直接诱导核酸的氧化损伤，导致肝细胞核的破坏而引起细胞坏死[14-15]。如果以高铁日粮饲喂幼龄动物，则容易导致幼龄动物铁中毒[16]。猪全价配合饲料中铁含量一般低于140 mg/kg，日粮中铁的添加量超过标准量20倍以上动物就会出现慢性铁中毒现象[10]。据报道，给仔猪注射铁剂200 ml，即补铁量达450～750 mg时，仔猪即出现中毒症状，表现为皮肤潮红、呼吸急促、体温降低等症状，严重时导致仔猪死亡[17]。在断奶仔猪日粮中添加无机铁，容易导致机体短时间内补铁过量[18]，进而刺激病原体(如大肠杆菌、沙门氏菌、变形杆菌等)的迅速增殖[2]。而氨基酸螯合铁的吸收和利用则会受饮食需要的调节，机体能更合理有效地通过氨基酸螯合铁吸收铁元素而不至于铁过量[19]。Harmon等(1974)指出，对体内铁含量充足的仔猪，再次进入黏膜细胞的过量的铁作为黏膜细胞的脱落产物随粪便排出体外[20]。Rincker等（2005）研究表明，断奶仔猪不能吸收和储存日粮中添加过量的氨基酸螯合铁[21]。

2.3 氨基酸螯合铁具有双重营养作用

氨基酸螯合铁为动物体提供了机体所必需而饲料中往往缺乏的两种营养物质——铁和氨基酸，因而具有双重营养作用。不仅如此，氨基酸螯合铁中的氨基酸还可以缓冲仔猪肠腔内的pH值，与铁形成螯合物，防止铁在肠道碱性环境中生成不溶物及刺激肠道中的某些特定或非特定的铁转运系统而促进日粮铁的吸收[2]。Darrell等(1973)利用体内结扎十二指肠灌注技术在大鼠上研究了赖氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、半胱氨酸、甘氨酸、组氨酸对 Fe3+吸收的影响，证实赖氨酸、半胱氨酸、组氨酸可有效促进大鼠对Fe3+的吸收[22]。Glahn等(1997)利用细胞培养技术研究了上述氨基酸对Fe3+吸收的影响，同样得出了组氨酸、半胱氨酸可增加细胞对Fe3+的吸收[23]。周桂莲(2000)利用大鼠十二指肠结扎灌注的实验也再次证实了赖氨酸、组氨酸、甘氨酸等可促进机体对Fe3+的吸收[24]；甘氨酸螯合铁中的甘氨酸在血红素的合成中具有重要作用，并且与血红素结构相似，在理论上它作为向靶细胞输送铁元素的载体具有特异性[25]。另外，氨基酸螯合物本身还具有增强机体抗菌能力、提高免疫应答反应和动物细胞免疫力功能，可以增强体内酶的活性，提高蛋白质、脂肪和维生素的利用率，氨基酸螯合物的良好抗应激功能，减缓断奶仔猪由于接种、去势及气温过高和变更日粮等条件下产生的应激[26]。

2.4 氨基酸螯合铁与其他营养物质的协同作用

被完整地吸入动物体内的氨基酸螯合铁，可以直接同酶结合在一起，改变酶的结构、影响酶的活性，加速营养物质的代谢速度。例如，氨基酸螯合铁,在喂食动物后,糖酶的活性大大提高,糖类的分解和吸收变得更容易。此外，氨基酸螯合铁中游离形态铁离子极少，对维生素等活性营养物质的破坏作用相对较小。

3 氨基酸螯合铁在断奶仔猪生产中应用研究进展

氨基酸螯合铁的初始研究多集中在母猪及哺乳仔猪阶段,在断奶仔猪阶段的研究则起步较晚。Kuznetsov(1987)报道,蛋氨酸螯合铁对26日龄仔猪的相对生物学效价为103%(判断指标为红细胞计数，FeSO4为100%)[27]，这可能是氨基酸螯合铁在断奶仔猪中研究的最早报道。Spears(1992)报道，在断奶仔猪日粮中添加蛋氨酸铁可降低仔猪下痢[16]。徐建雄等(1993)报道，蛋氨酸铁能够使断奶仔猪的皮肤红润、被毛光亮，这是国内首次报道氨基酸螯合铁在断奶仔猪上的应用[28]。

3.1 氨基酸螯合铁和其他形式铁添加剂对断奶仔猪的影响研究

Yu等（2000）研究复合氨基酸螯合铁（Availa-Fe）和硫酸亚铁对断奶仔猪的影响，发现Availa-Fe的生物学利用率明显高于硫酸亚铁[1]。陈凤芹等（2008）在25日龄断奶仔猪日粮中分别添加硫酸亚铁、富马酸铁和甘氨酸铁，发现添加甘氨酸铁的实验组仔猪血清IgG含量比添加硫酸亚铁组和富马酸铁组分别提高了12.2%和10.6%[29]。Ettle等(2008)对断奶仔猪研究发现,甘氨酸铁与硫酸亚铁相比，甘氨酸铁的生物利用率更高[30]。Feng等（2009）在24头断奶仔猪日粮中添加甘氨酸螯合铁和硫酸亚铁，发现在120 mg/kg添加水平时，添加甘氨酸铁组与添加硫酸亚铁组相比，仔猪粪中铁的浓度减少（P=0.09）[31]。Cocato等（2008）对 44头21 d断奶仔猪研究发现，饲料中添加蛋氨酸铁比添加硫酸亚铁更能提高饲料的转化率[32]。郭海涛等（2005）报道，氨基酸螯合铁使断奶仔猪的皮肤红润；不加铁组则皮肤苍白、毛色暗淡,加入有机铁可能进入褪黑素的合成系统中，增强了色氨酸羟化酶的活性,促进了褪黑素的合成[33]，而褪黑素能够促进动物毛皮的生长，这与徐建雄的报道一致。马文强等（2008）研究指出，在断奶仔猪日粮中添加甘氨酸铁，可以降低血清中血尿氮、钙、磷的含量，在一定程度上改善了仔猪的生产性能[34]。

3.2 日粮中添加其他形式铁添加剂的基础上添加氨基酸螯合铁对断奶仔猪的影响研究

郭海涛等(2005)报道,在28日龄断奶仔猪日粮中添加 FeSO4的基础上再添加 30、60、90和 120 mg/kg的复合氨基酸铁,仔猪的日增重分别提高7.28%、9.24%、14.29%和6.44%，料重比分别降低5.31%、5.80%、7.73%和4.29%，腹泻率也随着其添加量的增加而逐渐降低,同时得出在饲料中添加100 mg/kg FeSO4的基础上,复合氨基酸螯合铁的最佳添加剂量为75 mg/kg[35]。王明镇等(2007)报道，在断奶仔猪日粮中添加100 mg/kg FeSO4的基础上，氨基酸螯合铁的适宜添加量在100～120 mg/kg之间[36]。刘卫东等(2008)在28日龄断奶仔猪基础日粮中添加0.05%的甘氨酸螯合铁后指出，添加螯合铁的试验组比只饲喂基础日粮的对照组平均日增重提高了9.1%，料重比降低了6.2%，腹泻率降低了56.3%[37]。

3.3 日粮中添加铁及其他微量元素对断奶仔猪的影响研究

Männer等（2006）在24 d断奶仔猪日粮中同时加入铁、铜、锌、锰的硫酸盐和甘氨酸盐，发现甘氨酸盐和硫酸盐组与不添加外源微量元素的组相比，提高了仔猪的生长性能，促进了日粮中微量元素的吸收，增加了血红蛋白浓度，减少了粪便排出[8]。Fuchs等(2009)研究发现，断奶仔猪饲喂有机铁、铜、锌、锰促进断奶仔猪的生长并且具有较高的饲料利用率[38]。董志岩等(1999)研究发现,在早期断奶仔猪日粮中添加Cu、Fe、Zn提高了断奶仔猪的日增重和铜蓝蛋白浓度[39]。丁小玲等(2010)报道，断奶仔猪日粮中添加锌显著降低了脾脏中铁的浓度，但在血液和其他组织（心、肝、肾、脑、胸腺）中没有观察到相同的现象[40]。

以上研究结果及生产实践表明，氨基酸螯合铁在断奶仔猪上的研究主要集中在氨基酸螯合铁可以促进断奶仔猪的生产性能和提高仔猪对营养物质的消化率及减少环境污染等方面。随着研究的深入，研究者发现，氨基酸螯合铁是符合断奶仔猪生产要求的良好外加铁源，但也有报道认为，氨基酸螯合铁在断奶仔猪上的应用并不比无机铁效果好。这可能是由于研究者选取的评价铁源对断奶仔猪生物学效价的指标不同而造成的。

4 展望

现阶段氨基酸螯合铁的应用尚存在一定的缺陷，主要集中在：氨基酸螯合铁生产工艺复杂、生产条件要求严格；产品螯合率、稳定性尚不能完全控制，成本相对较高；检测氨基酸螯合铁的真正螯合率、稳定性还有一定困难；氨基酸螯合铁的作用机制和代谢机制目前还没有研究清楚，不同研究者的研究结果差异也比较大；缺少完备、有效、可靠的与饲料其他成分配套使用的方法等还未得出一致认同的合理添加标准。这些不利因素在一定程度上限制了氨基酸螯合铁在畜牧业特别是断奶仔猪生产中的推广应用。但无论是从提高断奶仔猪生产性能，还是从提高经济效益角度，氨基酸螯合铁作为断奶仔猪日粮铁源添加剂都具有很大的潜力。今后，未来研究中很重要的一个方向是根据断奶仔猪在不同生理条件下对铁需要量，探索性地研究日粮中添加螯合铁的最佳时间和剂量，以缩短添加天数和减少添加量[41]；同时研究氨基酸螯合铁与其它影响日粮铁吸收的因子之间的关系，以最大限度地提高氨基酸螯合铁的生物学效价，对于研发符合我国养猪业现状的氨基酸螯合铁添加剂，具有重要的现实意义。

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