微量元素铁在养猪生产中的应用

林育圣(上海派斯德生化有限公司)



微量元素铁在养猪生产中的应用

林育圣(上海派斯德生化有限公司)

林育圣，中国台湾大学动物科学与技术学系博士。

专长：分子营养学、消化生理学、转基因技术、饲养管理。

这个题目我认为大家会觉得比较耳熟能详，常常听到。目前，微量元素氨基酸螯合物慢慢地取代前几年非常红火的酶制剂。刚回国内没多久，发现国内的畜牧产业正在快速发展，我非常高兴。今天我的报告分为四部分。

1 微量元素分类、优越性

图1 饲料的组成

图1是饲料的组成部分，其中玉米、豆粕、麸皮占饲料总成分的70 %～80 %，接下来是维生素和添加剂占13 %，微量元素占1 %，其实在现场有时还达不到1 %，但这1 %却起到关键性作用。接下来我为大家介绍这一关键性作用。

微量元素含铁、铜、锌、锰、碘、硒、钴和铬，这些元素在预混料中都会添加。那么，它们在细胞阶段的作用是什么？以铁为例，在线粒体的电子传递链中，铁是细胞阶段中生化反应的重要元素，在能量代谢上扮演重要角色，包括作为辅因子、结构物和活化物的部分。在生长阶段，这些微量元素可以促进骨骼生长以及激素合成。在生殖阶段，微量元素与后备母猪和经产母猪发情有非常大的关系，与胚胎的着床数、产仔数、乳汁组成、仔猪活力也有相当重要的关系。在生产阶段，微量元素可以提高采食量、降低料肉比、提高肉品质。我将这比作小小东西有大大效果，因此我们要好好地使用它们。同时添加太多也会造成毒性作用。

图2 5种不同成分铁对比

1.1 微量元素的存在形式

微量元素的存在形式分为有机和无机。近年来，有机微量元素又出现了一种新形式，称为螯合物或络合物。螯合物比第一代的无机、第二代的有机微量元素的性能要好。美国饲料管理协会在2005年对有机微量元素(螯合物)进行分类：矿物质与特殊氨基酸复合物、矿物质与氨基酸复合物、氨基酸螯合矿物质、蛋白类矿物质、矿物质与多糖类复合物、丙酸类矿物质。

1.2 氨基酸螯合矿物质优越性

1.2.1吸收率更高

5种不同成分铁对比，甘氨酸亚铁有较高的吸收率，接近80 %。一般饲料中会添加较便宜的铁，如硫酸亚铁，经济又实用，吸收率为20 %左右。甘氨酸亚铁的吸收率比硫酸亚铁高出约4倍(图2)。甘氨酸亚铁的吸收率为什么这么好？其他微量元素在体内以离子态被吸收，需要通过离子通道，但体内浓度比肠道高，因此这个通道走不通。而螯合矿物质会经过另外一个通道——氨基酸通道。氨基酸螯合微量元素可以利用氨基酸通道，提高吸收率。

1.2.2 生物学效价高

无机铁不能通过胎盘被吸收。根据国外研究报告，氨基酸螯合铁可以通过胎盘直接进入发育中的猪胚胎。研究表明，胎儿体内含铁量高可降低初生仔猪死亡率，提高初生重及断奶重。这么好的吸收率可能是因为肽转运系统。Liang等(1995)在人的胎盘中检测到PepT1 mRNA，但目前对于猪胎盘的肽转运系统还不是很清楚。

表1是派斯德公司进行的母源铁对仔猪肝脏铁含量的分析。第一组FeSO4•7H2O，第二组甘氨酸螯合铁，相同的母猪头数。结果显示，第一组仔猪的平均初生重1.10 kg，第二组平均初生重1.39 kg。出生后平均肝铁含量：第一组是640 μg/mg，第二组是1 221μg/mg，足足增加了91 %。7 d后仔猪体内铁含量下降，但是甘氨酸螯合铁还是增加85 %。甘氨酸螯合铁在仔猪出生时通过胎盘进入仔猪体内，相比体内原有的要多，所以超越了屏障才能有特殊的功能性。

图3 DMT-1和PepT1mRNA的表达

1.2.3 稳定性高

植酸存在于植物的细胞壁，饲料中含有很多植酸，然而动物不能将其消化，因此无法利用植酸中的磷，必须额外添加无机磷，这样不仅造成饲料成本提高，而且无机磷吸收率较低，很大部分又被排出。植酸酶可以破坏植酸结构，从而有利于动物吸收植酸中的磷，无需再添加无机磷。

植酸除了会结合体内的营养外，还会结合二价离子。无机微量元素在体内必须变成离子态才能够被吸收，而二价离子态微量元素很容易被植酸结合，导致其不易被动物吸收。甘氨酸螯合铁不与体内其他物质结合，因此有较高的稳定性。稳定性高也代表吸收和利用的价值被提高。

1.2.4 较高的抗病和抗应激作用

微量元素氨基酸螯合物具有增强抗菌能力、提高免疫应答反应、促进动物细胞和体液免疫力的功效，对某些肠炎、皮炎、痢疾和贫血也有治疗作用；还具有良好的抗应激功能，在接种、去势、气温过高和日粮变更等应激条件下，有良好的作用效果。

1.2.5 减少对环境及土地污染

在猪饲料中添加大量无机矿物质，如铜、锌，这些矿物质会不会全部被吸收？结果证明不会，而会随粪便排出体外，造成环境污染，影响动物健康和畜产品安全。如果未来我们吃的肉都有重金属污染你还敢吃吗？另外，在常规日粮中，以氨基酸螯合物形态存在的微量元素，其吸收率大约是无机态微量元素的4倍。现在许多研究单位都在研究这方面，降低无机矿物质的量是未来发展方向。

图4 PepT1蛋白质的表达

1.2.6 安全性高，适口性好

微量元素氨基酸螯合物作为体内生化过程的中间产物，对机体产生的毒副作用小，安全性高，微量元素氨基酸螯合物的半数致死量远远大于无机盐。

一般无机微量元素适口性较差，微量元素氨基酸螯合物克服了这方面的缺点，由于含有大量氨基酸，具有氨基酸特有的鲜香味，适口性好，具有诱食作用，易被动物采食，利于胃肠道的吸收利用，同时可增强动物体内生物酶的活性，提高蛋白质、脂肪和维生素的利用率，大大促进了动物生长性能的发挥。

氨基酸螯合矿物质确实比无机矿物质的利用效果好，但由于价格很高未能在生产上广泛利用。

派斯德、奥特奇、金宝等企业都在生产氨基酸螯合矿物质，价格高的主要原因是生产工艺成本高。

2 氨基酸螯合铁吸收机理

氨基酸螯合矿物质的吸收可能是通过氨基酸或肽的吸收方式：a. 小肽可以直接转运入小肠细胞，完整地被吸收入血液。b. 小肽可以在小肠细胞中分解成氨基酸。c.氨基酸可以被转运入小肠细胞内，铁或微量元素被释放出。

日粮蛋白质进入胃后，首先胃蛋白酶将其分解，进入十二指肠前段时，胰蛋白酶以及一些分解酶将饲料中的蛋白质分解成寡肽和氨基酸。寡肽包括二肽和三肽，二肽和三肽如何被十二指肠吸收呢？又如何进入血液？这养猪者来说可能那么重要，他们只需把猪养好。但是对我们研究人来说，很好奇，到底是什么原因吸收得这么好。其实在1994年人医已经找到小肠刷状缘膜上的肽转运蛋白(Peptide Transporter 1，PepT1)，Shiraga等(1999)试验表明，在小鼠标准日粮中添加二肽(Gly-Phe)，饲喂3 d，能增加PepT1基因表达。Hong Chen 等(2005)在鸡试验中配置不同的日粮蛋白水平(粗蛋白含量分别为12 %、18 %和24 %)，各处理组采食量相同。结果显示，随着蛋白采食的增加，PepT1基因表达升高。

高蛋白日粮可以增加肠道中二肽、三肽和氨基酸的浓度，这些产物作为PepT1基因表达的信号因子，会增加小肠刷状缘膜上的肽转运蛋白的浓度，最终促使肽转运增加。

研究不同肠段PepT1 mRNA的表达量，结果显示在十二指肠、空肠、回肠中，其在十二指肠的表达量最高。

分别使用实时荧光定量PCR(Realtime PCR)和蛋白免疫印迹法(Western blotting)检测基因mRNA表达以及蛋白质表达量。这两种方法在实验室中应用比较普遍，操作简单。培养猪小肠上皮细胞，分别加入甘氨酸螯合铁和硫酸亚铁培养36 h，然后收集细胞，检测DMT-1 mRNA和PepT1 mRNA的表达(图3)，结果发现两组之间PepT1 mRNA的表达量差异性显著，DMT-1 mRNA的表达量差异性不显著。

比较肠道中PepT1蛋白质的表达量，发现24 h、36 h都有极显著差异，因此甘氨酸螯合铁在小肠细胞膜上的运输可能与PepT1转运蛋白有关(图4)。

结果证明PepT1是由2～3个氨基酸组成的小肽，由与氢离子结合的主动运输被表皮细胞吸收，再被分解成氨基酸。

3 氨基酸螯合铁在养猪(母猪、仔猪、育肥猪)生产阶段的应用

铁是红细胞中血红蛋白的组成成分，是肌肉中肌红蛋白的组成成分，为细胞色素的主要成分，还是体内许多酵素的组成成分[细胞色素C、细胞色素氧化酶、细胞色素还原酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、还原型烟酰腺嘌呤二核苷酸(NADH)脱氢酶]。铁在十二指肠被吸收后，存储在肝脏，在脾脏重新再利用。猪对铁的需求很高，但不能添加太多。

铁缺乏对猪产生的影响：造成母猪贫血，血氧代谢差，肌肉无力，产程长，怀孕初期乳腺发育不良，奶水不足，影响初生重及断奶重；造成仔猪缺铁性贫血，血氧代谢差，生长速度慢，皮肤苍白，容易拉稀，发病及死亡率高。结果表明甘氨酸螯合铁可以提高吸收率，提高生物利用率，提高免疫及抗应激能力，同时提供微量元素和氨基酸的双重营养作用，增加血氧代谢能力。

两个氨基酸的螯合物，分子最小，最容易吸收；同时供应铁和造血所需的甘氨酸；具备良好的缓冲能力，使肠道维持正常的pH；可迅速转化更多的血红素，携带更多的氧气。

氨基酸螯合铁可提高母猪的繁殖性能，改善母猪体况，提高母猪及自主血红蛋白含量，防止仔猪贫血、腹泻，提高仔猪初生重、存活率、断奶重。氨基酸螯合铁还可提高仔猪采食量，加快生长速度，增加日增重，降低料肉比，降低腹泻率。氨基酸螯合铁也可提高育肥猪采食量，提高日增重，降低料肉比，增加瘦肉率，肉质鲜红，提高经济效益。

4 未来展望

让营养成分在正确的地方做正确的事。试验结果不同，表明不同动物、不同日粮营养、不同生理条件都会影响机体对微量元素的需要量。Dijkhuizen等(1989)指出正确使用螯合矿物质可提升母猪的生产潜能16 %以上。未来微量元素螯合矿物质有可能是改善饲料的核心动力。

派斯德一直走在时代的尖端，可以看到氨基酸螯合矿物质正在控制基因转录、翻译，调节基因表达，可以更有效地提高和控制动物生长，派斯德提供能让消费者安心的动物产品——动物营养基因体学。

在未来，随着我们对氨基酸螯合矿物功能的更加了解，必定能创造出更高的价值。