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
中和工序, 缩短了反应时间, 减少了碱的用量, 同时减少了因碱中和产生的无机盐
的含量, 从而提高了产品纯度。

笔者以菜籽粕为原料, 采用硫酸水解, 与微量元素铜螯合制得复合氨基酸螯合铜, 螯合率达92. 78% 。

(3)酸碱水解法田君等以豆粕为原料, 分别采用酸水解蛋白和碱水解蛋白, 然后
将两液混合中和, 加入少许碱液调pH 值至7, 过滤、洗涤, 得中性复合氨基酸溶液。

按复合氨基酸与Cu2+ 配位比2:1制得复合氨基酸铜螯合物溶液, 加入沸石粉吸附、烘干、粉碎, 得复合氨基酸铜螯合物。

(4)酸酶法韩来福以血粉为原料, 先将血粉用硫酸水解,在100~ 105℃下水解反应70 m in, 冷却后加入300 g硫酸铜, 再用氢氧化钠溶液中和残酸, 调节pH 值为6. 0~ 6. 5。

在100~ 105℃下反应6 h, 冷却至45℃, 加入生物酶, 再进行12h反应。

经浓缩、干燥, 粉碎, 即成产品。

按照此种方法分别制得复合氨基酸铜(锌、锰、铁)螯合物.
3、氨基酸微量元素螯合物对机体的作用
a.形成缓冲系统。

金属离子和有机配位体反应形成缓冲系统，通过离解螯合物的形式来保持金属离子浓度的稳
b.提高营养物质的利用率。

微量元素一般在体内具有特殊的辅酶功能。

氨基酸微量元素螯合物被完整地吸收进入动物体内，被运输到特定的组织和酶系统，直接同酶结合，改变酶的结构，影响酶的活性，加速或降低营养物质的代谢速度。

韩希福(1994)用蛋氨酸螯合铁、锌、锰、钴喂猪和鸡，糖类和蛋白质消化率大约分别提高l5％、20％。

c.防治疾病和抗应激作用。

初生仔猪经常由于母乳含铁量低、体内铁贮量少和生长速度快等原因而发生贫血现象，严重影响仔猪的发育，用甘氨酸铁进行产前和产后的母猪补铁，可预防仔猪贫血。

在雏鸡日粮中加入一定量的蛋氨酸锌，也可显著提高雏鸡对大肠杆菌的抵抗力。

王洪荣(1994)报道，饲料中添加蛋氨酸锌饲喂奶牛，可降低奶中体细胞数和乳房炎患病率，减少腐蹄病的发生。

邵凯等(2000)发现日粮中补充蛋氨酸锌组绵羊的布氏杆菌试管凝集反应抗体效价、血清^y一球蛋白含量、淋巴细胞ANAE染色阳性率和外周T淋巴细胞转化率显著高于补氧化锌组绵羊和不补锌的蛋氨酸组绵羊，表明补充蛋氨酸锌能更好地促进绵羊机体细胞免疫和体液免疫能力。

d.增强免疫力。

有机微量元素接近于酶的天然形态而有利于酶的吸收，被吸收的形态更容易被机体结合到自身的生物学组分中，由此可加强动物体内酶的激活与产生，提高蛋白质、脂肪和维生素的利用率。

e.减少抗营养因子。

一般的无机微量元素适口性较差，有机微量元素克服了这方面的缺陷，它具有氨基酸特有的气味，使动物易于接收，减少抗营养因子
4、影响氨基酸微量元素螯合物使用效果的因素
a.螯合率。

氨基酸微量元素螯合物具有独特的功能与效果，螯合率越高，产品性能越好，一般要求螯合率在98％以上。

氨基酸微量元素螯合物中金属元素是否被螯合，可以通过测定产品中金属元素的浓度进行判断。

b.氨基酸微量元素螯合物的稳定常数。

所谓稳定常数是指螯合物中螯合剂(配位体)
对金属离子的亲和力。

研究表明，螯合物中金属元素的利用率取决于螯合物的稳定常数，如果稳定常数过低，在消化道环境中易分解而失去了螯合物的优越性；如果稳定常数过高，则不能有效利用。

赖氨酸铁、蛋氨酸铁的稳定常数都在4～10，有利于铁的吸收、转运和利用
5、氨基酸微量元素螯合物应注意的问题
氨基酸微量元素螯合物对增加畜禽的采食量、提高生长速度和繁殖力、改善胴体品质和增强机体的免疫功能等均有不同程度的促进作用，目前氨基酸微量元素螯合物产品的生产工艺相对比较复杂，成本较高，有些产品的效果还不确定，作用模式也不清楚，使产品在生产中的推广应用受到了一定的限制。

a.原料选择与工艺改进目前氨基酸微量元素螯合物生产使用较多的是纯品合成
氨基酸，价格较高，无疑将大大提高饲料产品的成本。

如何利用当地廉价的自然资源以及食品、制药、制革等工业副产品生产氨基酸微量元素螯合物，是降低生
产成本的关键举措。

另外，在产品加工工艺上应进一步探寻节省人力、物力的方法。

b.作用模式氨基酸微量元素螯合物的作用模式包括生物利用率、作用机理、使用效果等内容，目前，关于氨基酸微量元素螯合物的作用模式仍有待于进一步研究。

c.利用条件目前氨基酸微量元素螯合物的添加剂量和添加持续时间以及添加剂
量与添加时间之间的组合效应还不十分清楚，因此还应深入研究添加的最佳持续时间与添加剂量，以尽量缩短添加持续时间和减少添加剂量。

对于动物来说并非所有的微量元素都要以螯合物的形式来提供，一般来说，占总需要量的20％～30％就已足够，而且当存在某些不利条件时(如日粮中养分不平衡、发生疾病和应激)，应用螯合盐将是缓解不利条件的有效方法，因此明确氨基酸微量元素螯合物的利用条件很有必要。

6、基酸微量元素螯合物国内应用现状及前景
我国自引入氨基酸螯合物概念以来, 对其研究和开发日新月异, 硕果累累, 且已具备独立研发生产能力。

氨基酸螯合物作为矿物质饲料添加剂的应用研究也得到学术界的重视, 产品的推广也在产业界的努力下不断扩大应用领域。

有机微量元素对畜禽的效应可表现为对生产性能、畜产品品质、抗应激、机体免疫功能和生物学利用率等方面的影响。

经大量科研院所的研究和商业化养殖场生产使用的结果证明, 有机微量元素的效果是不容质疑的。

如何通过营养调控改善畜禽产品的品质是近几年动物营养研究的一个热点课题。

诸多研究表明,添加有机微量元素能缓解动物应激、增强机体抗氧化能力, 从而减少脂质过氧化, 改善肉质, 提高畜禽产品质量。

可见, 应用有机微量元素进行营养调控,是改善畜禽肉质的有效手段之一。

现在我们必须要问的问题是: 从这些有机微量元素产品的使用中,我们如何才能得到最大的效益? 许多有关有机
微量元素吸收和代谢机制的理论使得动物营养学家们可更好地、有目的地发挥这些有机微量元素的作用。

当我们使用有机微量元素时, 消化过程中发生的矿物元素之间的颉颃作用将不复存在。

我们需要理解矿物元素的相互作用, 以便确定最佳的添加水平。

终有一天, 有机微量元素将成为常规的矿物元素添加到动物日粮中, 被最佳、最有经济效益地使用。

微量元素氨基酸螯合物对仔猪具有显著的营养作用和生
产效果,是微量元素添加剂更新换代的优良产品, 应用前景广阔。

我国应该加强研制开发工作,探索生产成本廉价化和生产工艺简单化的方法, 注重提高产品质量, 降低生产成本。

尽快建立饲用螯合物的产品质量标准,研究制定螯合物的质检与鉴别的确实有效方法, 规范饲用螯合物的生产、销售和使用, 广州天科( 2007《饲料工业》) 在工艺的研究和质量标准的制订上做了很多有意义的工作。

探讨微量元素氨基酸螯合物的理想添加水平、影响因素和作用机理, 定能加强推广应用工作, 促进养猪业的迅速发展。

综上所述，氨基酸微量元素螯合物具有稳定的化学性能和较高的生物学效价，无毒无刺激，适口性好，与维生素、抗生素等无配伍禁忌，具有一定的杀菌和改善免疫功能的作用，对肠炎、痢疾、贫血有治疗效果。

作为饲料添加剂，能起到补充微量元素及氨基酸的双重作用，可降低饲料消耗，提高饲料转化率，具有显著的经济效益。

水体系合成法、酶解法、酸解法、酸碱法和酸酶法制备氨基酸微量元素螯合物存在反应时间长、成本高、使用大量酸液或碱液、副产物多、废液污染、工艺复杂等缺点; 微波固相法合成螯合物, 具有反应速度快、能耗少、工艺简单、废液和环境污染小等优点。

但微波辐射存在易焦化副产品和不易实现大规模工业化的问题; 室温固相法是新兴的合成方法,具有反应选择性高、副反应少、不使用溶剂、环境污染小、工艺较微波固相法更简化等优点。

目前室温固相合成氨酸微素螯合物的研究比较少, 可作为今后主要研究的方向之一。

参考文献
【1】吕景才, 赵元凤, 龚海滨, 李丹彤, 刘靖. 氨基酸螯合微肥的生产技术.大连水产学院海洋环境工程学院农业部海洋水产增养殖学与生物技术重点开放实验室, 辽宁大连116023
【2】王爱娜. 杨在宾. 周连明. 氮基酸微量元素螯台物的研究进展. 山东农业大学动物科技学院. 烟台新中新饲料有限公司
【3】姚宝强. 刘丽. 氨基酸微量元素螯合物的研究与应用. 山东农业大学动物科技学院，山东泰安271018 【4】钟国清.氨基酸微量元素螯合物的制备方法研究
【5】黄雪.廖列文.冯光炷.周新华.田允波. 氨基酸微量元素螯合物合成方法研究进展. 仲恺农业工程学院.广东广州510225
【6】王敏奇.氨基酸微量元素螯合盐的研究与应用概述
【7】滕冰.舒绪刚. 微量元素氨基酸螯合物的研究进展. 广州天科科技有限公司
【8】杨建成.陈静.王成. 微量元素氨基酸螯合物的研究进展
【9】王返里. 吴奇强. 微量元素氨基酸螯合物的研究进展. 陕西省渭南市动物疫病预防控制中心. 陕西渭南714000
【10】崔志英.舒旭刚.李大光. 微量元素氨基酸螯合物应用现状和发展.天科国际产业机构.广东广州510627.
广州天科生物科技有限公司.广州510689.广东工业大学.广州510006
【11】刘瑞生.朱玉成. 微量元素氨基酸螯合物在鸡蛋生产上的研究与应用进展. 甘肃省畜牧兽医研究所.平凉744000。