7214-08-6 / 甘氨酸鋅的作用

【背景及概述】^[1][2][3]

鋅是動(dòng)物維持生命和生長必不可少的營養(yǎng)素之一，參與體內(nèi)多種酶的組成及代謝等。鋅添加劑的發(fā)展經(jīng)歷了3 個(gè)階段：第一代為無機(jī)鹽類，如硫酸鋅和氧化鋅等，第二代為一些簡單的有機(jī)化合物，如乳酸鋅和葡萄酸鋅等。但以上2 類產(chǎn)品均存在應(yīng)用弊端，無機(jī)鹽類不僅吸收利用率差，而且容易造成環(huán)境污染，資源浪費(fèi)，影響飼料中的其他活性營養(yǎng)物質(zhì)；而簡單的有機(jī)化合物亦難以克服吸收利用率低的缺陷，不能充分滿足動(dòng)物體生長的需要。第三代產(chǎn)品為氨基酸微量元素絡(luò)合物，如蛋白鋅、甘氨酸鋅和蛋氨酸鋅等。大量試驗(yàn)表明，甘氨酸鋅可改進(jìn)機(jī)體免疫力，提供動(dòng)物生產(chǎn)性能，且無毒副作用，與無機(jī)微量元素相比，具有生物利用率高、吸收速度快和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。無機(jī)態(tài)的鋅是陰陽離子間形成離子鍵結(jié)構(gòu)，而螯合物的鋅離子不僅和氨基酸形成配位鍵，而且與其羧基構(gòu)成離子鍵形成五元或六元環(huán)，鋅離子被封閉在螯環(huán)內(nèi)，較為穩(wěn)定，而且氨基酸鋅的分子內(nèi)部電荷趨于中性，形成了穩(wěn)定性的化學(xué)結(jié)構(gòu)。螯合物中氨基酸對(duì)金屬鋅子起保護(hù)作用，能防止鋅元素在腸道變成不溶解的化合物，因而具有較高的吸收率和生物利用率。無機(jī)態(tài)的鋅元素在堿性條件下（如魚的中腸）溶解度會(huì)降低。

氨基酸鋅的生物利用率高，其原因可能是金屬元素鋅與氨基酸形成螯合物后，分子內(nèi)電荷趨于中性，可在消化道內(nèi)維持良好的穩(wěn)定性，受其它無機(jī)離子或拮抗物的影響較小，不易與其他物質(zhì)結(jié)合形成不溶性化合物或被吸附于不溶性膠體上。氨基酸螯合物吸收的兩種假說也闡述了氨基酸鋅比無機(jī)鋅具有更高的生物學(xué)利用率的可能原因。能更好的促進(jìn)動(dòng)物的生產(chǎn)性能、免疫及抗氧化能力。隨著飼料業(yè)的不斷發(fā)展，相關(guān)的政策出臺(tái)，鋅元素作為一種專業(yè)性強(qiáng)的添加劑，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)含量也將發(fā)生根本性改變。盡管在一定時(shí)期內(nèi)，飼料添加劑仍以無機(jī)鋅、有機(jī)酸鋅和氨基酸鋅等多種形態(tài)的產(chǎn)品并存，但從節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，飼料中無機(jī)鋅的用量會(huì)逐漸減少，而安全、高效且生物學(xué)效價(jià)高的氨基酸鋅市場空間將越來越大，有望成為未來微量元素鋅市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，而降低有機(jī)鋅售價(jià)才能有更廣闊的應(yīng)用前景。

【應(yīng)用】^[3]

現(xiàn)今，氨基酸鋅已廣泛應(yīng)用于畜禽業(yè)，水產(chǎn)動(dòng)物上。

1.對(duì)生物利用率的影響

氨基酸鋅在預(yù)混料中具較好的穩(wěn)定性，對(duì)維生素 E 和維生素 C 破壞作用明顯小于無機(jī)鹽。以蛋清或大豆為基礎(chǔ)的精制飼料中添加 Zn-Met 或 Zn SO₄，飼喂 1 齡的斑點(diǎn)叉尾鮰10 周，結(jié)果表明在蛋清餌料組，Zn-Met 和 Zn SO₄的添加量分別為 5.58 mg/kg 和 18.94 mg/kg 時(shí)，魚體可獲得最大體增重，Zn-Met 和 Zn SO₄的添加量分別為 6.58 mg/kg 和 19.91 mg/kg 時(shí)，骨骼中鋅含量達(dá)到最大沉積量；而在大豆為基礎(chǔ)的餌料組，Zn-Met 和 Zn SO₄添加量分別為 5.91 mg/kg 和 30.19 mg/kg 時(shí)，魚體可獲得最大體增重，Zn-Met 和 Zn SO₄的添加量分別為 12.82 mg/kg 和≥80mg/kg 時(shí)骨骼中鋅含量達(dá)到最大沉積量。在鋅含量 30 mg/kg 的半精制飼料中添加 1.5%的植酸和 4%的磷酸鈣，并額外補(bǔ)充氨基酸螯合鋅或硫酸鋅，發(fā)現(xiàn)氨基酸鋅組的虹鱒末增重顯著高于添加相同劑量的硫酸組，結(jié)果表明氨基酸鋅在植酸或磷酸鈣存在條件下仍然具有較高的生物學(xué)優(yōu)勢。在投喂氨基酸鋅的虹鱒（Oncorhynchus mykiss）體內(nèi)的鋅含量明顯高于投喂 Zn SO₄的虹鱒。

在肉仔雞上的試驗(yàn)證明，以生長速度和脛骨中鋅含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在精制日糧、半精制日糧和玉米-豆粕型日糧添加蛋氨酸鋅，其生物學(xué)效價(jià)分別為一水硫酸鋅的 117%、177%和 206%。以肉仔雞的胰臟中鋅含量、脛骨中鋅含量和血清磷酸酶作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)蛋氨酸鋅的生物學(xué)效價(jià)分別為硫酸鋅的 133.93%，108.35%和 105.94%。以肉雞的粗灰分重、鋅含量和日增重為評(píng)價(jià)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)蛋氨酸螯合鋅的生物學(xué)利用率比機(jī)鋅分別提高了 43%，55.3%和 33.6%。然而 在斑點(diǎn)叉尾鮰上卻發(fā)現(xiàn)蛋氨酸螯合鋅的生物學(xué)效價(jià)與硫酸鋅相當(dāng)。近期的研究也有類似矛盾的結(jié)果，羥基蛋氨酸螯合鋅與硫酸鋅相比，在提高雜交條紋鱸的生長性能方面無顯著優(yōu)勢，相反降低了血清中鋅含量。上述研究證明有機(jī)鋅比無機(jī)鋅在生物利用率上具有優(yōu)勢。

2.對(duì)免疫機(jī)能的影響

以有機(jī)鋅和硫酸鋅分別飼喂凡納濱對(duì)蝦，發(fā)現(xiàn)有機(jī)鋅可顯著提高凡納濱對(duì)蝦的存活、生長和免疫力。以蛋氨酸鋅喂養(yǎng)奶牛可降低奶中體細(xì)胞數(shù)和乳房炎的患病率，并減少腐蹄病的發(fā)生。給肉雞補(bǔ)充蛋氨酸鋅和蛋氨酸錳可以減少肉雞球蟲病的發(fā)生，降低球蟲病所致的死亡率。在比較蛋氨酸鋅對(duì)動(dòng)物免疫機(jī)能影響的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與等量的氧化鋅相比，蛋氨酸鋅可以提高雛雞、綿羊和斷奶仔豬的免疫力。在產(chǎn)蛋雞的日糧中添加氨基酸鋅或硫酸鋅，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在 55～59 周齡期間添加氨基酸鋅，可降低產(chǎn)蛋雞的死亡率，并保持了抗體的較高水平。

3.對(duì)抗氧化功能的影響

以 3 種含有不同形式微量元素的飼料投喂 1.11 g 的虹鱒 15 周，第一種飼料的微量元素添加 ZnSO₄、Mn SO₄、Cu SO₄，第二種飼料為 Zn SO₄、Mn SO₄和Cu-AA，第三種飼料為 Zn-AA、Mn-AA、Cu-AA，結(jié)果表明第三種飼料組的堿性磷酸酶活性顯著高于其他飼料組，微量元素吸收效果也好于前兩種飼料。在鋅含量為 40 mg/kg 的虹鱒飼料中分別添加鋅水平為 40 mg/kg 的硫酸鋅，40 mg/kg 和20 mg/kg 的氨基酸鋅，將這三種飼料分別記作 SF，AM，AM-Hf，結(jié)果發(fā)現(xiàn) AM-Hf組虹鱒的生長性能、酶活力和組織沉積量與 SF組相似，而 AM 組虹鱒的堿性磷酸酶、DNA 聚合酶和 Cu Zn-SOD 活性均高于SF 組，試驗(yàn)表明氨基酸鋅是一種更加有效的鋅添加形式。在雜交條紋鱸以及真鯛上也有類似的報(bào)道。研究表明，添加氨基酸鋅可顯著提高 45 周齡蛋肝臟組織中總抗氧化能力（T-AOC）和谷胱甘肽（GSH）含量降低組織脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物即丙二醛（MDA）的生成；顯著提高了脾臟中超氧化物歧化酶（SOD）活性和 GSH 含量，降低 MDA 含量。

在小鼠上的研究結(jié)果表明，飼糧中添加蛋氨酸鋅可以顯著提高堿性磷酸酶（AKP）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、T-AOC，總 SOD 以及 Cu Zn-SOD 的活性。試驗(yàn)證明，缺鋅大鼠血清中鋅含量和 AKP 活性均降低，紅細(xì)胞谷胱甘肽 S 轉(zhuǎn)移酶水平升高，GSH 濃度下降，紅細(xì)胞抗氧化功能不全的癥狀。在大鼠的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，中度和高度的鋅缺乏會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)、脂肪和 DNA 的氧化損傷，可能是由于鋅依賴性抗氧化功能的下降而引起的。另外，研究還表明，大鼠缺鋅會(huì)顯著降低血液和肝臟的 GSH 含量和 SOD 活性，增加 MDA 的含量，補(bǔ)鋅可以顯著減少內(nèi)源 MDA 的形成。可見，氨基酸鋅對(duì)于維持動(dòng)物機(jī)體的抗氧化系統(tǒng)是不可或缺的添加劑。

【合成】^[1]

以甘氨酸和固堿為初始原料，先制備甘氨酸鈉溶液，隨后再加入硫酸鋅和催化劑，進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)條件為：pH =4，反應(yīng)摩爾比=1∶1，反應(yīng)溫度85～ 90 ℃，反應(yīng)時(shí)間2 h，得到甘氨酸鋅溶液。此反應(yīng)液經(jīng)表面活性劑單晶處理，控制晶體的生長速度，使其逐漸結(jié)晶，即可得到甘氨酸鋅單晶粗品，將粗品經(jīng)清洗、甩干、烘干、粉碎、預(yù)混和包裝，最后得甘氨酸鋅成品。所有母液經(jīng)回收，循環(huán)利用。工藝路線：

【主要參考資料】

[1] 李奎, 洪作鵬. 甘氨酸鋅的合成和結(jié)構(gòu)表征[J]. 飼料研究, 2007, 2007(4): 42-44.

[2] 王琤韡, 趙薇娜, 喻兵權(quán), 等. 甘氨酸鋅在斷奶仔豬生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 豬業(yè)科學(xué), 2013, 4: 022.

[3] 孫蓬. 點(diǎn)帶石斑魚對(duì)甘氨酸鋅的營養(yǎng)需求[D]. 天津: 天津農(nóng)學(xué)院, 2014.