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微量元素营养:有机微量元素你所不知道的那些事

在“微量元素营养之一”中我们曾阐述了无机微量元素存在的问题,无机微量元素的问题是由它的低吸收率造成的!说到吸收率我们不得不提一下它的吸收机制,那么微量元素在动物肠道内是如何吸收的呢?


微量元素的肠道吸收


目前,关于微量元素的吸收机制已进行了大量的研究工作,但每一种微量元素的具体吸收机制均未能进行清楚的阐述。


1
 微量元素的吸收方式


目前,大体认为绝大部分的微量元素在动物肠道内均具有主动吸收方式和被动吸收方式。例如铁的吸收,研究认为铁在肠道的吸收主要靠存在于肠道上皮细胞上的DMT-1(二价金属转运体)进行主动吸收的,并主要以二价铁的形式;此外,铁也可以通过薄壁组织、胞吞等进行被动吸收,但这种吸收方式为非主流方式。由此可见,基本上所有的二价态微量元素均可以通过DMT-1通路吸收,这就会引起元素之间的吸收竞争,也就是说某一元素过多,有可能造成其他元素的缺乏。


2
   微量元素的吸收形态


目前观点认为,微量元素的吸收过程是需要大量的有机配体参与的,如有机酸、氨基酸等。但,微量元素在与有机配体结合前首先应水解为离子态,并有可能在与有机配体结合前而被抑制因子结合,这也是我们在“微量元素营养之一”中阐述的无机微量元素吸收率低的原因。


当然,对于已经与有机配体结合的微量元素(有机微量元素)来说,似乎从理论上讲可以减少“离解—再结合”的过程,从而提高吸收利用率?!事实是否如此呢?


有机微量元素有哪些种类?


有机微量元素的研究已经超过20年,在这20多年的研究过程中,一系列的有机微量元素被研制出来,并加以应用。总的来看,这些有机微量元素大体可以分为三类:


1
  简单络合态


有机配体与金属元素通过简单的化学键结合在一起而制成。比如柠檬酸态、葡萄糖酸态等。这一类有机微量元素结合简单、化学键暴露在外,且有机配体和金属元素均为性质相对活跃的物质,在一定的极性介质中容易发生解离,如胃肠道内。正如我在前面所述,在胃肠道内容易离解并不是很好的现象,尤其是对吸收率来说。因此,这类有机微量元素仍保持了无机微量元素的低吸收率(或吸收率稍有增加)。


2
  螯合态


这类有机配体具有复杂的分子结构,能够将金属元素包裹在分子结构内,以氨基酸螯合态为主。在我国,中国农科院畜牧兽医研究所罗绪刚研究员的实验室对其进行了大量的研究工作,并获得了丰富的成果。研究认为,氨基酸螯合态微量元素的生物利用率与螯合率及螯合强度有关,螯合率越低,微量元素生物利用率越低;螯合强度也可以理解为有机配体与金属元素的“牵手力量大小”,研究发现,“牵手力量”中等时,微量元素生物利用率最高,其次是“强”、“弱”强度。由此可见,对于氨基酸螯合态微量元素成倍身价来说(相比于无机微量元素),其产品质量总是值得探究的。也就是说氨基酸螯合态微量元素要想表现出理想的使用效果,首先产品应有较高的螯合率,其次螯合强度应在中等或以上。否则,饲料企业是很难接受价格高,质量又不理想的产品的!


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3
微生物合成态


也许这样称呼不够科学、客观!其实际生产过程是利用微生物对微量元素的作用,转化为以微生物体形式存在的微量元素,代表产品为酵母硒。这类产品生产的核心是找到理想的微生物及对微量元素作用的各项技术参数。关于微生物合成态微量元素我将在“微量元素营养之三”中详细阐述。


有机微量元素(针对简单络合态和螯合态)的吸收机制


继续回到微量元素的吸收形态上来,关于有机微量元素的吸收机制目前存在两种假说:


1


有机微量元素具有更稳定的结构,主要体现在螯合强度上,从而保证微量元素在肠道内不被抑制因子结合,并将微量元素“护送”到吸收位点而水解,微量元素再以离子态的形式被转入肠道上皮细胞内。


可见这一假说的重点体现在“适度的螯合强度”,过弱的螯合强度不能保证绝大部分微量元素被很好的运达“吸收位点”,从而增加了抑制因子与微量元素结合的几率,造成吸收率降低;相反,过强的螯合强度不能保证有足量的微量元素在吸收位点解离出来!同样吸收利用率低。这一假说也是被广为接受的,也是最能解释“为什么中等强度吸收率高、强强度中等、弱强度吸收率低”的原因。


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                 资料来源:Holwerda, Texas Tech University 95-96


2
 完整吸收假说


Ashmead等(1993)曾提出,一些有机微量元素有可能通过氨基酸通路而以完整态形式被吸收。即甘氨酸铁、蛋氨酸锌等分别通过甘氨酸和蛋氨酸通路被完整吸收。在随后的几十年中,研究者们试图想证明这种假设的存在价值,然而,至今仍以“假说”的形式存在。但,一些学术观点持支持态度,更有一些有机微量元素企业干脆把“假说”说成“事实”。


我特意将这些年来有关有机微量元素与无机微量元素应用效果的试验研究进行了总结,发现结果好于无机微量元素的比例为51.69%,两者效果没有差异占比43.82%,更有4.49%的试验认为效果不如无机微量元素。导致这一结果的原因有哪些?


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 氨基酸螯合态和无机态微量元素应用效果(文献1990-2015)


影响有机微量元素吸收利用的因素有哪些?


1
试验因素


不可否认任何试验都与一定的试验因素相关的,包括日粮组成、饲喂方式、添加量、动物体背景值以及评价指标的选择等。


 对于微量元素试验来说日粮组成极为关键,应尽量避免日粮中微量元素的干扰,最后采用纯合日粮或半纯合日粮;添加量与动物体背景值有一定关系,一般来说在动物体缺乏情况下或动物体正常日粮过量的情况下,是相对比较容易判定吸收率的;而在正常需要量范围内,动物体又处在非缺乏状态时,判断微量元素的吸收率是较为困难,这就涉及到另一个影响因素“评价指标”的选择是否恰当!选择对该元素最为敏感的指标是有效评价其生物利用率的关键。


2
微量元素产品本身的问题


质量问题是最主要问题。正如前面所述的一样,螯合率、螯合强度是影响氨基酸螯合态微量元素生物利用率的关键。要想达到较高的螯合率和适宜的螯合强度,需要在:有机配位体与金属元素摩尔比、反应参数、制备工艺等方面进行合理的设计与选择。


有机微量元素真的如厂家宣传的那么好吗?


关于这个问题,我认为应分开来说,一方面,厂家提供的有机微量元素质量如何?!即前面所述的各种因素是否达到优质有机微量元素的标准;另一方面,针对特殊阶段(比如妊娠、泌乳期动物、产蛋期蛋鸡等)的动物来说,有机微量元素的应用应该具有明确的效果,即能够通过一定时间的应用后表现出生产指标的改善,如果不能表现出相应的效果,该产品是值得怀疑的!


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