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羟基蛋氨酸类似物络(螯)合微量元素的物质与功能特性

来源:吉隆达微营养 | 发布日期:2021-09-08

羟基蛋氨酸类似物络(螯)合微量元素的物质与功能特性

矿物元素营养与健康重点实验室  吉隆达研究院

  在动物饲料中羟基蛋氨酸(又称蛋氨酸羟基类似物,methionine hydroxy-analog,本文缩写为 H2MHA) 与 DL-蛋氨酸具有等效的生物学效价,在消化道内通过氨基酸途径吸收,其吸收速度快,吸收率高,生物学效价高[1]。羟基蛋氨酸类似物络(螯)合锌、铜、锰已为《饲料添加剂品种目录》所收载,可提供动物生长所必需的微量元素和蛋氨酸来源,有很强的替代性、化学性质稳定、无毒性、对动物的刺激性作用小、副作用小等优点[2]

1.化学结构

1.1分子结构。

  由蛋氨酸羟基类似物(H2MHA)与微量元素金属离子在一定的pH 值、压力和反应温度等外界条件作用下,按一定的摩尔比螯合而成,呈五元环状结构,微量元素与羟基蛋氨酸配体以共价键相连接(如图1)。

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1.2 摩尔比。

  液体状态的羟基蛋氨酸与金属离子反应更完全,对二价金属离子而言,容易制得金属与羟基蛋氨酸摩尔比为 1∶2 的螯合物 M ( C5H9O3S)2 ·nH2O,控制某些条件也可以制得摩尔比为 1∶1 的产品[3]

2.吸收机理

2.1过胃。

  H2MHA在胃内溶解但不解离,大部分以整体形式过胃到达肠道,避免受到胃环境(pH、盐、植酸等)破坏,更多的微量元素得以到达肠黏膜上皮细胞吸收位点(如图2)。

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2.2吸收。

  在消化液作用下金属与羟基蛋氨酸分子之间的配位键被打破,促使金属离子通过肠道的特定位点被吸收利用,另外的羟基蛋氨酸分子会以被动转运方式被机体吸收并转化为蛋氨酸(如图3)。

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3.物质特性

3.1组分清楚可检测。

  一般采用凝胶过滤色谱法测定螯合率,按国标《饲料添加剂蛋氨酸铁(铜、锰 锌)螯合率的测定》(GB/T 13080.2-2005)对产品进行定性,然后用原子吸收仪(AAS)测定产品含量指标,相较于金属蛋白盐及金属氨基酸络(螯)合微量元素组分更清楚。羟基蛋氨酸类似物络(螯)合锌、铜、锰组分及含量见表1、表2、表3.(该三个表格由吉隆达研究院提供)。

表1:羟基蛋氨酸类似物络(螯)合锌的组分及含量

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表2:羟基蛋氨酸类似物络(螯)合铜的组分及含量

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表3:羟基蛋氨酸类似物络(螯)合锰的组分及含量

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3.2 结构清晰。

  吴治先等通过三种方法分析羟基蛋氨酸类似物络(螯)合铜的空间结构,其一是x射线粉末衍射分析法对比三强峰出现的角度,其二是红外广谱对比分析-OH和-COO-的伸缩振动吸收峰,其三是热重差热分析以了解其配位结构(见图4、图5)[4]

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3.3 质量可控且耐高温。

  3.2.1是原料相对简单且质量可检,H2MHA为《饲料添加剂品种目录》所收载,来源可控质量可检。

  3.2.2液态H2MHA在添加工艺更安全可靠、更简捷方便;在生产上可减少大量粉尘对生产环境的破坏及对生产人员的伤害;且在压制颗粒饲料时,可降低耗电量和增加颗粒饲料产量。

  3.2.3有报道指出在氮气和空气气氛中的热分析表明,羟基蛋氨酸类似物络(螯)合铜在常温下稳定, 而在高达 200 ℃以上才开始分解,残余物主要为 CuS[4]

3.4 螯合率高。

  3.4.1螯合率通常作为一个衡量产品质量的重要指标,其测定方法一般分为凝胶过滤色谱法和有机溶剂萃取法。前者的试验操作相对复杂,不适合在基层推广,但准确性、重复性和再现性均比较好。其原理是测定出沉淀态和可溶性羟基蛋氨酸螯合物中金属离子的含量,分别计算出沉淀态和可溶性羟基蛋氨酸螯合物占金属元素的比例,即可计算出相应的羟基蛋氨酸螯合物的螯合率[5]

  3.4.2由于羟基蛋氨酸是液态且葡萄糖凝呈较强的酸性,与金属离子反应更完全,所以有较高的螯合率,杨林等 ( 2003) 用此方法测定了羟基蛋氨酸类似物络(螯)合铁、铜、锰和锌的螯合率分别为 92.7 %、99.4 %、87.8%和 64.3%,试验结果重复性的 RSD 分别为1.2%、0.8%、2.5%和1.2%,试验再现性的 RSD 分别为1.3%、0.8%、2.6%和1.3%[6]

3.5 稳定常数适宜。

  3.5.1配合物的稳定常数是衡量中心离子和配体结合作用的重要参数之一,其测定方法有电位法、分光光度法、流动注射离子交换法、火焰原子分光光度法、色谱分析法、高效液相色谱法及毛细管电泳法等 。

  3.5.2 大量研究资料显示,能被动物体内有效利用的氨基酸螯合物稳定常数为 3-10,稳定常数过低(3以下)时,螯合物在动物胃或还未到达主要吸收部位就被分解。但是,当氨基酸螯合物稳定常数过高(高于10)时,氨基酸螯合物分子在动物体内无法分解和利用,随粪便直接排出体外。羟基蛋氨酸螯合物中独有的羟基与金属离子形成的共价键,通过电位法和分光光度法测定稳定常数在3-10,是稳定常数适宜的分子结构。马丽等 (2012) 用等摩尔连续变化法测定了羟基蛋氨酸钴的稳定常数,结果为羟基蛋氨酸钴样品的K=136万(稳定常数lgk为6.13)[7]。 

3.6生物学效价高

  田科雄(2003)采用代谢试验方法研究了铜、铁、锌、锰的蛋氨酸经基类似物的螯合物与其相应的无机盐的生物学利用率,结果表明其相对生物学效价(以相应的硫酸盐为 100%)分别为 191.47%,142.44%,191.74%和 147.30%(见图6、图7)[8]

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  综合羟基蛋氨酸类似物络(螯)合微量元素的应用研究:其一是具备良好的过瘤胃性能和较高的生物利用率,Heinrichs 和 Conrad 博士等试验表明,羟基蛋氨酸锌在瘤胃中 96 小时后仍不会被降解,与无机锌源相比生物利用率可以提高 10%~30%,同时羟基蛋氨酸锰中锰的生物利用率比无机盐形式的锰高 20%,可提高产奶量及奶品质,降低蹄病发生率[9]。其二是可提高家禽的增重、产蛋率和饲料利用率,增加胸肉的产量及提高蛋壳质量,增强机体的免疫力[10]。其三是提高猪的日增重和降低料肉比,改善母猪体况,使初生仔猪质量、血红蛋白含量、断奶窝质量和成活率提高,其四是提高鱼类的生产性能,对饲料利用率、动物的生产性能、营养物质的利用率及蛋白质的质量提高都具有良好的影响[11]

  羟基蛋氨酸类似物络(螯)合微量元素为一类新型饲料添加剂,具有广阔的应用前景。

  四川吉隆达生物科技集团有限公司,在全球拥有近2000家客户,产品覆盖30多个国家和地区。涉及添加剂饲料,生物饲料添加剂,蛋鸡饲料添加剂,市场占有率达20%。

参考文献:

[1] Predieri G,Tegoni M,Cinti E,et al. Metal Chelates of 2-Hydroxy-4-methylthiobutanoic Acid in Animal Feeding: Preliminary Investigations on Stability and Bioavailability[J]J.Inorg.Biochem.,2003,95:221-224. 
[2] 孙秋娟,呙于明,张天国,等. 羟基蛋氨酸类似物络(螯)合铜/锰/锌对产蛋鸡蛋壳品质、酶活及微量元素沉积的影响[J]. 中国农业大学学报,2011, 16( 4) : 127-133. 
[3] 李春春,等.饲料添加剂羟基蛋氨酸微量元素螯合物的制备与检测[J]. 饲料研究,2013, 6 : 41-43,68.
[4] 吴治先,李春春,等.羟基蛋氨酸铜螯合物的制备与表征[J].人工晶体学报,2014,16( 2) : 474-479.
[5] 何万领. 微量元素与家禽营养[M].北京:化学工业出版社,2019,35-36.
[6] 杨林,等.羟基蛋氨酸铁、铜、锰、锌螯合率的测定[J]. 饲料工业,2003,06:34-36.
[7] 马丽,盖利刚,李宁,等. 羟基蛋氨酸钴螯合物稳定常数测定及其质量评价[J].饲料工业,2012,33(5):55-58.
[8] 田科雄,等.有机微量元素的生物学利用率研究[J].湖南农业大学学报,2003,02:147-149.
[9]赵士堂,等.羟基蛋氨酸蛋氨酸锌在奶牛上的应用研究研究[D].浙江大学,2003.
[10]孙秋娟,呙于明,张天国,等. 羟基蛋氨酸螯合铜、锰和锌对产蛋鸡蛋壳品质、酶活及微量元素沉积的影响[J]. 中国农业大学学报,2011,16 ( 4) : 127-133.
[11]吴文平,何进,刘伶俐. 羟基蛋氨酸螯合物在动物生产中的应用[J].饲料博览,2006(9): 43-45.

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