氨基酸微量元素螯合物制备方法的研究进展

氨基酸微量元素螯合物制备方法的研究进

展

摘要:微量元素氨基酸螯合物是一种新型有机矿物元素添加剂，被称为第三代微量元素添加剂。由于其稳定性好、生物效价高、易消化吸收、抗干扰性强等特点，迅速成为动物营养研究的热点，在各种动物生产中广泛应用。本文就微量元素氨基酸螯合物的生物学特性、作用机理，在畜牧业、水产养殖中的应用概况及应用前景进行了综述。

关键词:氨基酸微量元素螯合物营养特性制备方法作用机理应用推广

前言：微量元素和素氨基酸是动物生长发育必不可少的营养物质,在动物饲料中含量虽少, 但它们直接或间接地参与机体几乎所有生理和生化过程,与动物生长和健康密切相关。半个世纪以来，其发展经历了3个发展阶段。最初微量元素以无机盐的形式被应用(主要是硫酸盐)，如硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰、硫酸亚铁以及碘酸钙、亚硒酸钠等。目前国内普遍使用的微量元素添加剂仍然是微量元素的无机盐，也有氧化物，在加工、配合以及动物吸收、利用方面存在较大缺陷。无机盐类虽然水溶性很好，但在动物消化道内易与饲料中的植酸阴离子、草酸阴离子在动物体内发生生化反应形成溶解度很小的盐，不易被肠道吸收，生物学效价低。因此，人们开始使用第2代微量元素添加剂——有机酸盐，但同样存在生物学利用率低等不足之处。随着饲料科学的发展，第3代微量元素添加剂——氨基酸微量元素螯合(AATMC)，在2O世纪7O年代首先由美国ALBICN生物试验室研制成功。我国从20世纪8O年代开始对AATMC进行研究和应用，并取得了较大进展。其特点是稳定、高效、毒性小，在肠道内易于消化吸收，有利于提高动物生产性能，防治微量元素缺乏症，提高机体免疫力，并且有益于饲料中营养组分的利用，还兼有氨基酸强化剂作用。因此研究开发和推广应用AATMC有利于促进我国畜牧、水产养殖和饲料业发展。

正文：微量元素氨基酸螯合物是由氨基酸或短肽物质与可溶性金属盐中的金属元素离子通过化学方法螯合而成的一类具有独特螯环状结构的化合物，是一种接近于动物体内天然形态的微量元素补充剂。微量元素氨基酸螯合物具有改善金属离子在体内的吸收和利用、防止微量元素形成不溶性物质，改善机体免疫功能的作用。对提高畜禽生产性能和抗应激能力等具有重要作用，是一种新型的高效的饲料添加剂。近年来许多学者对此进行了大量的研究，取得了重要成果。与无机盐添加剂相比，

不仅有很好的化学稳定性，而且能提高微量元素的生物利用率，具有易消化吸收、抗干扰、毒性小、增重明显等特点，是理想的新型高效微量元素饲料添加剂。

1、氨基酸微量元素螯合物的定义

美国饲料管理官员协会( AAFEO, 1996 ) 正式确定了AATMC的概念: 由某种可溶性金属盐中的1个金属元素离子同氨基酸按一定物质的量比以共价键结合而成,

水解氨基酸的平均相对分子质量为150左右, 生成的螯合物相对分子质量不得超过800。AATMC包括单一氨基酸微量元素螯合物和复合氨基酸微量元素螯合物。前者是一种微量元素与一种氨基酸螯合而成、成分明确的单一络合物; 后者是指一种微量元素与多个氨基酸水解蛋白质络合而成的复合物。

2、氨基酸微量元素螯合物的化学性质和结构特性

氨基酸微量元素螯合物与无机盐在化学结构上有严格的区别，无机盐仅仅是阳离子与阴离子之间形成离子键结构，而螯合物是以二价阳离子与给电子体的氨基酸成配位键，同时又与给电子体的羰基中的氧构成离子键形成五元环或六元环，一般氨基酸的螯合物为五元环，氨基酸能形成六元环。微量元素与氨基酸之间形成的两种键使该化合物构成五元环或六元环，是化学稳定性和生化稳定性很好的螯合结构。

a.化学结构稳定氨基酸微量元素螯合物，因其特殊的化学结构式而具有稳定的化学性能，使金属离子免受日粮中其他成分的影响，并保护金属离子不受胃肠道中胃酸等物质的不良作用，抵抗磷酸盐、氢氧化物、植酸盐、草酸盐等产物的影响，也可抑制金属离子随粪便的排出，便于机体充分吸收，提高了利用率。而无机盐中的金属元素呈离子状态，进入肠道后，与其他元素发生反应，很快变成不溶性物质，难以吸收。徐学明等(2002)检测表明，氨基酸微量元素螯合物在预混料中具有较好的稳定性，对维生素E、维生素C的破坏作用明显小于无机盐。

b.生物学效价高生物学效价是指吸收后的营养素中能被动物利用的比例。微量元素被氨基酸螯合后，能够生成相当稳定的螯合物，抑制矿物质之间的相互影响。另外金属离子在配位体氨基酸的保护下，还可有效地抵御其他杂质离子作用而生成难溶的无机盐。研究表明，经氨基酸螯合后的微量元素吸收率是无机盐的2—6倍。周桂莲等(2000)研究了不同铁源的相对生物学效价，设硫酸亚铁为100％，赖氨酸螯合铁则为107．75％一147．19％，综合平均为l l8．5％。周锦兰等(2002)等试验表明，蛋氨酸螯合锌的粗灰分重、锌含量和日增重比无机锌分别提高了129．1％、46．9％和79％，比外购蛋氨酸锌分别提高了143％、55．3％和33．6％。

2、 AATMC的合成制备工艺

a.单一氨基酸微量元素螯合物的合成方法

单一氨基酸螯合物是金属元素与某种氨基酸在一定条件下反应而制得, 提供金属离子的可以是硫酸盐、醋酸盐、碳酸盐、高氯酸盐、金属单质、氧化物、氢氧化物等。氨基酸一般是α- 氨基酸, 其合成方法主要有以下几种。

(1)水体系合成法水体系合成法的制备工艺大致为: 氨基酸+ 金属盐→溶解→调

pH值, 合成螯合物→有机溶剂过滤沉淀 滤渣干燥→产品。杨云裳将L-天门冬氨基

酸溶于蒸馏水中, 加入硝酸锌, 60℃下搅拌反应1 h。加入无水乙醇将螯合物沉淀出来, 经离心分离、干燥, 得到L -天门冬氨基酸螯合锌。钟国清将甘氨酸(G ly) 溶于水中, 加入碱式碳酸锌, 95℃下搅拌反应8 h, 趁热过滤, 滤液于水浴上缓慢加热浓缩至晶

膜出现, 冷却, 析出大量白色晶体, 抽滤, 用乙醇洗涤, 晶体于P2O5 干燥器中干燥1周, 得到甘氨酸锌。

(2)微波固相法微波固相法的制备工艺大致为: 氨基酸+ 金属盐→粉碎、混合→加入引发剂→微波辐射催化合成→用乙醇、乙醚和蒸馏水充分洗涤→纯化产物→滤渣真空干燥。胡亮等以氯化锌和蛋氨酸为原料微波固相合成蛋氨酸锌螯合物, 经IR和元素分析确定最佳反应条件, 即12%引发剂量, 反应物粒度140目, 碳酸钠添加量20%, 其结构组成为Zn(Met) 2 。钟国清以甘氨酸和氧化钙为原料, 合成甘氨酸钙螯合物, 并用元素分析、IR、TG-DFA、X-射线粉末衍射对螯合物进行了表征, 确认其组成为[Ca(G ly) 2 ] ▪H2O 。

(3)室温固相法室温固相法的制备工艺大致为: 氨基酸+ 金属盐→混合研磨→干燥→产品。李大光等将氯化锌和甘氨酸按1. 0:2. 5配位比混合, 研磨80m in, NaOH 水溶液加入量0. 4 m,l 得到产物螯合率达94. 39%。通过IR、TG-DFA、X-射线粉末衍射对产物进行表征, 确认其组成为[ Zn(G ly) 2 ] ▪H2O。D ana G等按配位比2:1:4. 5

混合硝酸铁、硝酸铜和甘氨酸, 研磨均匀, 干燥48 h 后得到[ Fe(Ⅲ) 2Cu(Ⅱ)

(NH2CH2COO) 6 ( NH2CH2COOH ) 2 ] (NO3 ) 2 和[ Fe(Ⅲ) 2Cu

(Ⅱ) (NH2CH2COO) 4. 5 ] (NO3 ) 8 ▪4H2O 。

b.复合氨基酸微量元素螯合物的合成方法

复合氨基酸微量元素螯合物也可通过微波固相法合成,但因合成的原料一般为

角质蛋白或下脚料蛋白, 因此制备方法主要有以下几种。

(1)酶解法阙小峰以酶法分步水解鸡块、鸡骨来制备复合氨基酸钙[。酶水解工艺条件: 第一步添加胰蛋白酶200U /g, pH值为7, 酶解温度50℃, 固液比1:6, 时间2 h; 第二步添加木瓜蛋白酶1 200U / g, pH 值为7, 酶解温度70 ℃, 固液比1:6, 时间4 h, 水解度可达32. 29%, 钙溶率为25. 3%。螯合工艺条件: pH值为8, 酶解温度为70℃, 配体摩尔比(AA /Ca)为1:2。秦卫东等以脱脂豆粕和亚铁盐为原料, 酶解法制备复合氨基亚铁螯合物。豆粕酶解的最佳条件为加酶量(复合蛋白酶)为4%、固液比为1:24、pH 值为8、酶解时间16 h; 复合氨基酸亚铁螯合的最佳条件为反应温度25 ℃, 反应时间30m in, pH 值为6. 0, 氨基酸与亚铁盐的配体摩尔比为2:1。

(2)酸解法酸解法是我国目前生产复合氨基酸微量元素螯合物最常用的方法。酸解法又分为三步法和两步法。三步法的特点是将废弃蛋白质水解制得复合氨基酸, 再经中和、螯合生成螯合物。如徐清海等以鸡羽毛为原料, 采用硫酸水解法制备了复合氨基酸铁螯合物。二步法是将废弃蛋白水解后, 不用碱作中和剂, 而以微量元素稀土元素的氧化物去除水解液中的酸, 并使之螯合、中和, 合二为一, 较三步法省去了