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氨基酸螯合铁在动物营养中的研究进展
沐建煜
(浙江省长兴县畜牧兽医局，浙江 湖州 313100)
摘要：氨基酸螯和铁是新型铁源添加剂，具有生物学效价高、吸收率高、化学结构稳定和利于环保等特点。本文综述了氨基酸螯合铁的定义、特点、发展应用及其在动物机体内的吸收机制，以期为高生物学效价的有机微量元素在动物营养中的深入研究与科学应用提供参考。
关键词：氨基酸螯合铁；动物；补铁剂；吸收机制中图分类号：S816.79 文献标志码：A 文章编号：1001-0769(2019)12-00
铁是动物机体维持正常生命活动所必需的一种微量元素，参与机体中包括物质的运输及储存、机体供能、蛋白质代谢、抗氧化、免疫以及核酸合成等多种代谢活动，对动物生长及生产活动有着十分重要的意义。因此，在动物生产过程中，养殖场常常需要在日粮中补充额外的铁以保证其正常的生长以及生产活动。不同形态的铁在动物机体内的吸收转化效率也有所不同，硫酸亚铁由于价格便宜且易获得，因而在补铁剂市场中占有一定的优势。但是，随着研究越来越深入，人们逐渐发现硫酸亚铁存在着易吸潮、口感差、吸收效率不高和易造成浪费及环境污染且易产生副作用等缺陷[1]。于是人们开始寻找更好的补铁制剂，近年来，以氨基酸螯合铁为代表的有机铁源因其生物学效价高、吸收率高和利于环保等优点正逐渐得到越来越多人的关注。本文主要就氨基酸螯合铁的定义、特点、发展应用及其在动物机体内的吸收机制进行综述，旨在为具有高生物学效价的有机微量元素在动物营养中的深入研究与科学应用提供参考。
1 氨基酸螯合铁的定义及特点
根据美国饲料控制官方协会(Association of American Feed Control Officials，AAFCO)所给出的定义，氨基酸螯合铁是由某种可溶性铁盐与氨基酸按照一定的摩尔比例以配位键结合形成的螯合物，其水解氨基酸的平均分子量约为150，而所形成螯合物的分子量不超过800。
在此我们需要对络合物和螯合物的区分加以说明。络合物也叫配合物，是指由中心原子或离子以配位键的形式结合几个配体分子或离子而形成的复杂化合物。配合物可以根据中心原子或离子以及其配体数量的不同而分为以下3种类型：(1) 单核配合物，是指单个中心原子或离子以配位键结合配体的络合物，这一类型的配合物通常不呈现环状结构；(2) 螯合物，也叫内配合物，是指由中心原子或离子和多个配体以配位键形式结合而形成的具有环状结构的络合物；(3) 其他特殊配合物，主要是指分子氮配合物、多酸型配合物和多核配合物(含两个及以上的中心原子或离子)等[2-3]。可以看出，螯合物是络合物中的一种，但是特指能够形成环状结构的络合物。
2 氨基酸螯合铁在动物生产应用上的研究进展2.1 动物补铁剂的发展
饲料中铁添加剂的发展，大体上经历了三个阶段：
第一代饲料补铁剂，主要是以硫酸亚铁为代表的无机铁盐，由于其价格低廉，对饲料成本影响不大且易获得的特点，至今仍在补铁剂市场上被广泛使用。但是，无机铁盐容易与饲料中的脂肪以及维生素等发生反应，从而使饲料的营养价值降低，有些无机铁盐还对动物机体消化道具有刺激作用，导致机体消化道疾病。此外，无机铁盐补铁剂化学性质活跃，在消化道中易受到其他因素的影响，因此其生物学利用率也较低[1]。
第二代饲料补铁剂，主要是指包括富马酸亚铁以及柠檬酸亚铁在内的简单有机酸铁盐。有报道称[4]，相对于无机铁盐，简单的有机酸铁盐具有较好的溶解性和生物学利用率，更易被机体吸收。有研究表明，饲料中添加富马酸亚铁可以提高仔猪日增重并降低其腹泻率[5]。在母猪日粮中添加富马酸亚铁，其所产的仔猪在生长性能和血液指标上要显著高于硫酸亚铁组的仔猪[6]。然而，有研究显示[7]，一些有机酸铁盐的应用效果不如硫酸亚铁的，效果不稳定。
第三代饲料补铁剂，主要是指包括甘氨酸铁和赖氨酸铁等在内的氨基酸螯合铁。这类补铁剂中的铁离子以配位键的形式与氨基酸结合，形成具有环状结构的螯合物。有研究表明[8-10]，与前两种补铁剂相比，氨基酸螯合铁生物具有利用率高、化学稳定性好和利于环保的选战，因而成为了新型微量元素制剂研究的热点。
2.2 氨基酸螯合铁在动物生产及机体健康上的研究2.2.1 动物生产
杨敏[4]证明，在仔猪饲料中添加甘氨酸亚铁能提高仔猪平均日增重，降低料肉比。Rincker等[11]实验表明，氨基酸螯和铁可明显提高生长育肥猪的日增重和饲料利用率。大量实验表明[12-14]氨基酸螯合铁能够改善育肥猪的肤色以及毛况。Robbins等[15]证明，与喂给硫酸亚铁的母猪相比，在妊娠期的第一天到仔猪断奶阶段喂给同水平氨基酸铁的母猪断奶至发情的间隔缩短0.4 d，且其哺育的断奶仔猪体重明显改善。Feng等[16]的研究也表明，饲料中添加氨基酸铁有助于促进仔猪的生长。Arnaudova-Matey[17]的研究表明，在饲料中添加蛋氨酸铁能够显著提高肉鸡的增重速率，提高它们的日增重。梁远东[18]比较了在肉仔鸡日粮中添加蛋氨酸铁或硫酸亚铁的效果，结果发现前者使肉鸡的平均日增重提高了5.38％，料肉比降低了1.17％。钱红娟等[19]研究表明，在蛋用公鸡日粮中添加80 mg/kg蛋氨酸铁，与相比，其所产仔鸡的增重和内脏器官的发育明显优于对照组公鸡所产的仔鸡，同时21日龄和28日龄的体重比对照组仔鸡分别提高了10.57％和14.94％(P < 0.05)。唐胜球等[20]研究表明蛋鸡饲料中加入适量有机铁比硫酸亚铁更有益于提高母鸡的产蛋率，并能显著降低破蛋率。
2.2.2 动物机体抗氧化及免疫能力
动物的免疫系统由中枢免疫器和外周免疫器官组成，中枢免疫器官包括骨髓和胸腺，外周免疫器官包括骨髓、脾脏、淋巴结和黏膜相关淋巴组织。免疫器官称重法是研究机体免疫情况的方法之一，一般认为免疫器官指数大说明免疫器官发育良好，机体免疫机能较强。淋巴细胞作为免疫系统的重要组成，是参与细胞免疫和体液免疫的功能细胞。淋巴细胞增殖是一种非常重要的机体免疫应答机制，而T淋巴细胞和B淋巴细胞的增殖也表明了机体的免疫机能增强。超氧化物歧化酶和过氧化氢酶是参与机体抗氧化过程的重要生物酶。
Feng等[21]研究表明，饲料中添加90 mg/kg氨基酸螯合铁不仅可促进断奶仔猪生长，提高断奶仔猪胸腺、脾脏和肠系淋巴结等免疫器官指数，促进免疫器宫发育，促进淋巴细胞正常增殖，提高仔猪的免疫力，还可增强机体内超氧化物歧化酶、过氧化氢酶以及琥珀酸脱氢酶的活性，有利于改善机体抗氧化能力以及代谢能力。Sun等[22]实验表明，饲喂适量的甘氨酸铁能够显著提高肉鸡体内胸腺重量以及超氧化物歧化酶活性，从而有利提高它们的抗氧化性和免疫性。冯国强[23]研究指出，饲料添加适量的甘氨酸螯合铁，能显著提高肉鸡或蛋鸡的免疫器官指数，增加血清中免疫球蛋白IgM及IgG的含量，增强机体的抗氧化能力和免疫力。
3 氨基酸螯合铁在动物机体内吸收机制的研究进展大量研究表明动物机体对甘氨酸螯合铁有更好的生物利用性[22,24]，而甘氨酸螯合铁较好的生物学效价可能与其在动物机体内的吸收机制有关[25]。动物机体吸收外源铁主要在十二指肠和空肠上端，并在相关的膜转运蛋白的协助下来完成的[26-29]。二价金属离子转运蛋白(Divalent metal transporter 1，DMT1)可将肠道内包括Fe2+在内的二价金属离子转运到细胞内，主要分布在动物十二指肠绒毛刷状缘及隐窝等处，其表达变化主要由感知体内铁储存的反馈机制来调控[30]；基底膜铁转运蛋白(Ferroportin 1，Fpn1)主要负责将细胞内的铁转运到血液中[31]。氨基酸螯合铁在机体内吸收机制目前主要有两种假说，一种假说为完整吸收，另一种假说是竞争吸收 [32]。完整吸收假说认为氨基酸螯合铁很有可能存在不同于无机铁在体内的的吸收途径，其所含铁离子以共价键或离子键的形式被氨基酸配体保护在中心，然后以类小肽的形式在机体内被整体吸收[33]。与此不同，竞争吸收假说则认为，金属氨基酸螯合物在进入动物消化道后，因为金属元素与氨基酸配体螯合的保护作用，从而能够避免肠道中抑制剂对金属离子的吸附或沉淀，进而能使更多的金属离子到达机体内吸收位点，因此体内以离子形式吸收进入肠道上皮细胞的金属元素增多。Yeung等[34]报道，植酸和纤维素等抗营养因子能够与肠道中的亚铁离子反应，形成不溶性复合物，从而影响铁离子在肠道内的吸收；氨基酸螯合铁中的铁元素因为和氨基酸配体的螯合作用，可以避免植酸和纤维素等因素的影响，从而获得更好的吸收效果；Mazariegos等[35]的实验表明，在Caco-2细胞模型上，抗坏血酸铁和氨基酸螯合铁具有相似的铁吸收机制，均是以铁离子的形式通过细胞中DMT1吸收。总体来说，科学界目前对氨基酸螯合铁的以上两种吸收假说还没有获得足够且有力的证据，因而无法进行证实，因此在氨基酸螯合铁的吸收机制上也没有形成统一的定论，还需要更多的研究来阐明其机理。
4 小结
氨基酸螯合铁是一种极具应用潜力的新型补铁剂，大量实验表明其具有生物学效价高、吸收好、化学结构稳定和利于环保等特点，是当前国内外研制和开发应用的热点。其较好的生物学效价可能与其在动物体内的吸收机制有关，但科学界尚未就其在动物机体内的吸收机制形成统一的定论，还需要进一步的研究以确定其工作机理，为具有高生物学效价的有机微量元素在动物营养中的深入研究与科学应用提供依据。
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