4有机与无机微量元素应用困惑与释疑_温江 20141205 final.pdf

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1、有机与无机微量元素应用困惑与释疑敖志刚 博士奥特奇公司东亚区 研发总监2014年12月5日 温江过去几年来发生的与我们行业相关的新闻事件H7N9禽流感（2013） 45天“速成鸡”调查（2012） 惠康“地沟油”（2012） 蒙牛“黄曲霉毒素”（2011） 双汇“瘦肉精”（2011） 三鹿“三聚氰胺”（2008年）罗牛山种猪场污水直接排入居丁溪启示：现状、“热点”和责任现状：从业人员、企业：素质参差不齐消费者和媒体：无知、误解没人为我们代言发声：弱势“热点”： 原料供应和生产成本生产性能和效率，精准营养健康与免疫饲料安全与食品安全：霉菌毒素、抗生素残留、二恶英、多氯联苯、地沟油环境污染责任：动

2、物：天然方式促进动物健康、福利消费者：安全、美味、物美、价廉的食品2014年动物营养应用技术研讨会，郑州体重范围（kg）5-77-1111-2525-5050-7575-100100-135钠，%19980.250.200.150.100.100.100.1020120.400.350.280.100.100.100.10氯，%19980.250.200.150.080.080.080.0820120.500.450.320.080.080.080.08铁，mg/kg19981001008060504040201210010010060504040硒，mg/kg19980.300.300.25

3、0.150.150.150.1520120.300.300.250.200.150.150.15可利用烟酸，mg/kg1998201512.510777201230303030303030B6，mg/kg199821.51.51111201277311112012版与1998版NRC营养需要量变化 （乳仔猪和生长肥育猪）2012版与1998版NRC营养需要量变化 （妊娠和泌乳母猪）1850 0.15 0.12 0.04 0.20 5 0.14 80 20 0.15 50 4000 200 44 0.50 19982012199820125250 0.20 0.16 0.04 0.20 5 0.

4、14 80 20 0.15 50 2000 200 44 0.50 2000 - 0.19% 0.35% 0.51% 0.60% 0.16% 0.42% 0.33% 0.57% 0.50% 0.12% 0.40% 0.75% 0.60% 0.15mg19982012有机与无机微量元素的比较遗传进展上市时间越来越短，产量越来越高Age (days)03060901201925194519651985200542496384112Leeson, 200321天达到上市体重有可能吗？头仔猪/母猪/年30现实还是虚幻?三胎之后，母猪体矿物质的损失 (与未孕母猪的比较）-40-30-20-1001234

5、5678低产高产矿物质损失, %钙磷镁铜铁锰硒锌Mahan and Newton, 1995母猪生产性能与矿物质的来源与水平（375窝仔猪数据）活仔数头/窝9.510.010.511.011.512.012.5矿物质水平NRC行业行业 + 钙/磷有机无机P来源 0.08P水平 0.05Peters and Mahan, 2008 Copyright 2014D.C. Mahan教授美国俄亥俄州立大学“如果我们坚持用1950年代的营养配方饲喂今天的母猪，那我们就把自己亚硒酸钠中的硒 (无机硒) 是以氧化的结构吸收后(被动运输), 被红细胞传运到细胞膜释放 蛋氨酸硒 (有机硒) 是以氨基酸的结构吸

6、收 (主动运输) 后，通过血液传运到肝脏 蛋氨酸和蛋氨酸硒，在组织中利用率相同，都不能在体内合成CH3-S-(CH2)2-CH-COOHCH3-Se-(CH2)2-CH-COOHNH2NH2亚硒酸钠和有机硒硒在蛋黄中的沉积00.20250.4050.60750.81饲料中硒的添加量，ppm00.5硒代蛋氨酸 R2 = 0.80亚硒酸钠 R2 = 0.81蛋黄中的硒, ppmPaton and Cantor, UK奶硒, ppm0.000.1500.150.30.150.30.3一胎二胎三胎四胎有机硒与无机硒对不同胎次母猪奶硒含量的影响基础日粮 无机硒 有机硒 组合P p x 处理 0.01)(

7、Mahan, 2006)Scanned copy of NRC最新的美国NRC家禽营养需要是1994年出版的！NRC微量元素需要量推荐值对今天的动物有多大的意义？微量元素青年母鸡蛋鸡肉鸡镁 Mg49, 60, 6367, 68, 6947, 60 60, 61, 63,75锰 Mn39, 7139, 69, 7139, 83锌 Zn58, 59, 61, 72, 728658, 58, 58, 60, 61, 83, 84, 90铁 Fe61, 61, 64, 688164, 68, 79, 82铜 Cu617879螯合物络合物微量元素在动物营养中的历史和趋势Base mineral leve

8、l - feed无机1850s started using inorganic minerals in animal diets无机1960s -80s NRC establishes mineral requirement standards无机Mid-80s AA-complexes were introducedInorganic1994 Bioplex was born2005 up Bioplex can do complete replacement动物生产性能原料中的微量元素水平NRC添加远远低于NRC建议量的有机微量元素，也就是无机添加量的30%，可行吗？Bioplex mai

9、ntains at least, or improves animal performance微量元素添加水平 (ppm)无机可利用有机(%)10080604020锌 Zn 锰 Mn 铁 Fe 铜 Cu100 90 30 570 63 18 370 63 18 356 50 14 2.442 38 11 1.828 25 7 1.214 13 3.6 0.6处理0-42d矿物元素排泄 (Kg/年)体重 (g)F:GZnMn CuFe无机122171.75470a273a19a535有机2 100%23511.70318b217b17ab523有机 80%22391.73294b185b18ab

10、491有机 60%22851.72309b172cd16ab494有机 40%21851.74299b156d16ab487有机 20%22911.69292b130e15b446 SD97.0537131.750SignificanceNSNS*NS1 Zn,100 ppm; Mn, 90 ppm; Fe, 30 ppm; Cu 5 ppm 2 Zn, 70 ppm; Mn, 63 ppm; Fe, 18 ppm; Cu 3 ppm *P0.01; P0.01; *P0.05 NS, not significant 每批10万只肉鸡，一年5批 37% Zn21% Cu52% Mn.Leeso

11、n, 2007降低肉鸡日粮中的微量元素水平有机微量市场的困惑市场上存在多种不同的有机微量元素产品 结构大部分未定义或不清楚 检测方法 可靠性问题 很少或没有发表的动物体内数据证明其功效螯合物的定义令人困惑!金属（特定氨基酸）络合物 (蛋氨酸锌, 赖氨酸铜) 一种可溶性金属盐与一种特定氨基酸络合。 金属氨基酸络合物 (Availamins) 一种可溶性金属盐与一种氨基酸发生络合反应产生。 金属蛋白盐 (百乐系列) 一种可溶性盐与氨基酸和/或水解蛋白螯合。 最终的产品包含一个氨基酸螯合物，二肽和三肽螯合物。 金属氨基酸螯合物 可溶性金属盐与氨基酸反应，形成配位共价键。主要类型 : 1. 络合物 2

12、. 螯合物 3. 蛋白盐 4. 多糖类 5. 丙酸盐如何区分这些产品?差异点结构经证实的动物生产性能 质量控制结构 : 并非所有的络合物都是螯合物Cu2+甘氨酸铜-甘氨酸配位键铜-甘氨酸 络合物容易发生反应配位共价键 (配位键) -从中性的配位体提供一对电子共价键二肽 : 铜-(甘氨酸-组氨酸)共价键共价键真正的螯合 - 稳定而且不易发生反应三肽 : 铜-(甘氨酸-组氨酸-组氨酸)共价键共价键真正的螯合 - 稳定而且不易发生反应结构 : 并不是所有配位体都能形成稳定的络合物影响螯合物稳定性的因素1. 溶液的pH值 2. 金属与配位体的比例 3. 金属的化学性质 增加离子电荷可提高稳定性 增加电

13、子亲和力可提高稳定性 4.配位体的化学性质 碱度 碱性越强，越稳定 每个配位体上金属螯合环的数目 螯合环的大小 空间排列效应 共振效应 配位体原子 (N, O, S)稳定常数, ML = ML字母表示, ML 金属-配位体 络合物 M - 游离金属 L - 游离配位体稳定常数越高表示, 在一定条件下，结合的矿物质与游离矿物质及游离配位体的相对比例越大 。当铜-氨基酸络合时的配位体稳定性常数配位体稳定性常数 Log10 K ML组氨酸10.60天冬氨酸8.57甘氨酸8.20蛋氨酸7.85赖氨酸7.65来源：美国国家标准技术研究所数据库 Source : NIST Database 46当铜-二肽

14、络合时的配位体稳定性常数配位体稳定性常数, Log10 K ML酪氨酸-赖氨酸13.42丙氨酸-赖氨酸12.13酪氨酸-色氨酸11.66甘氨酸-赖氨酸11.60甘氨酸-半胱氨酸9.48组氨酸-蛋氨酸8.55组氨酸-丝氨酸8.54甘氨酸-甘氨酸5.62来源：美国国家标准技术研究所数据库Source : NIST Database 46当铜-三肽络合时的配位体稳定性常数配位体稳定性常数, Log10 K ML甘氨酸-组氨酸-赖氨酸16.44甘氨酸-甘氨酸-酪氨酸10.01甘氨酸-组氨酸-甘氨酸9.25甘氨酸-甘氨酸-组氨酸7.55甘氨酸-甘氨酸-甘氨酸5.13来源：美国国家标准技术研究所数据库So

15、urce : NIST Database 46分子越小是否意味着吸收更好呢?不是的! 分子首先必须 稳定！不同配位体的分子大小和稳定常数稳定常数, B 00 4.50 9.00 13.50 18.00 glymetlysgly-glygly-lysala-lystyr-lysgly-his-lystyr-trp75 149 149 150 203 238 327 340 385锌的吸收不依赖于分子量 猪 (Tacnet et al 1993) 锌在猪空肠的吸收主要以甘-甘-组-锌形式（三肽） 分子量 锌-甘氨酸 140 Da 锌-蛋氨酸 214 Da 甘-甘-组-锌 334 Da 分子量更大但

16、吸收更多！锌的吸收不依赖于分子量 鸡 (Yu et al, 2008) 回肠 主要吸收 通过 不饱和的扩散 = 小肽-结合锌 十二指肠、空肠 激活更多锌的运输载体1和5，金属硫因蛋白 锌需要量高时的补救结构 : 蛋白盐 （氨基酸, 二肽 和三肽）可以在不同位点被吸收微量元素的吸收路径Radcliffe et al 20061 游离矿物质 (DMTs) 2 矿物质运输因子 3 主动运输途径 4- 肽吸收途径1234氨基酸和小肽运输二肽三肽氨基酸内腔刷状缘膜肠上皮细胞肽运输 PepT1二肽三肽氨基酸细胞质肽酶血液氨基酸运输基底外侧 肽运输 氨基酸运输器官血液器官是否真的存在小肽吸收途径？理解微量元

17、素的吸收机制 J.S. Radcliffe, B.E. Aldridge, K.L. Sadoris 美国普渡大学 (2006) 利用尤斯灌流室(Ussing chamber)研究养分的吸收机制 从21日龄的肉鸡和断奶仔猪采集了36个肠道样本用于研究。 剥取浆膜层，固定于尤斯灌流室中尤斯灌流室 (Ussing Chamber)短路电流提高表明更多离子通过浆膜质量控制 : 并不是所有的蛋白盐都具有同等效果Murphy et al., 2009 European Bioscience Centre配位体水解对pH依赖的金属结合比例的影响（10%金属）金属结合比例 %-o-o-o-o-o-o-o-o

18、-o-o-o-o-o小肽在不同位点水解导致小肽不同的结合能力Murphy et al., 2009 European Bioscience Centre小肽序列依赖于蛋白质水解工艺 生产条件影响稳定性矿物质的螯合和稳定性依赖于蛋白质序列Gly-Gly-Gly (m.wt 225Da) 5.12 Gly-Gly-His (m.wt. 305Da) 7.55 Gly-His-Gly (m.wt. 305Da) 9.05Murphy et al., 2009 European Bioscience Centre锌和氮的溶解度*检测Cao et al (2000), J. Anim. Sci. 78:

19、2039-2054表4.不同锌源在去离子水（dH2O）、中性的柠檬酸胺（NAC）、2%柠檬酸（CA）和4%盐酸中的锌和氮的溶解度锌溶解度氮溶解度*溶解度越高意味着金属络合物在溶液中解离的比例越高，即金属络合物的稳定性越低在母猪上的证据母猪饲喂添加氨基酸锌螯合物仍有蹄裂问题!同一批母猪添加小肽螯合锌后的效果1个月后3个月后酵母硒的差异和区分光是测总硒和/或硒代蛋氨酸是不够的 分子技术方法区分酵母菌种 化学方法检测硒的形式 酵母不同组分的差异化 含硒蛋白和小肽的区分 酵母硒的差异和区分酵母硒的生物学效率 直接比较产品 Product 1产品 Product 2产品 Product 3畜种 Spec

20、ies组织 TissueSe content (ppm)Se content (ppm)Se content (ppm)禽（肉鸡）Poultry (broiler)肌肉 Muscle0.34 (0.3)0.3 (0.27)0.278 (0.25)禽（肉鸡）Poultry (broiler)肝脏 Liver0.69 (0.3)0.63 (0.27)nd禽（蛋鸡）Poultry (laying hen)蛋 Egg0.74 (0.6)0.33 (0.49)0.25 (0.3)猪 Pig肝脏 Liver0.54 (0.3)0.48 (0.31)0.68 (0.3)仔猪 Piglet血液 Bloodnd

21、0.185 (0.31)0.16 (0.3)牛 Bovine奶 Milk0.031 (0.21-0.27)0.02 (0.5)0.04 (0.3)Bovine 血液 Blood0.167 (0.24-0.31)0.12 (0.3)0.167 (0.3)硒在组织中的沉积括号中的红色数字为申报的饲喂实验中所使用的硒添加量 组织和产品特异性 并非所有的产品都一样总硒和硒代蛋氨酸的检测Se and SeMet measurementMester et al, 2006 不同实验室之间硒代蛋氨酸检测结果的差异很大 High inter-lab variability noted with SeMet q

22、uantitation 同一实验室的检测结果的误差也很高Intra-lab variability regarding std deviation also high样品 Sample总硒 Total Se (ppm)硒代蛋氨酸 SeMet Se (ppm)法国 France英国 UK法国 France英国 UK1 - 10-RS-85199421371345 (67.4%)1305 (61.1%)2 - 10-RS-89197918771118 (56.5%)892 (47.5%)3 - 10-RS-89208519861513 (72.6%)1134 (57.1%)4 - 10-RS-78

23、16601588495 (29.8%)460 (29.0%)5 - 10-RS-24196119101098 (56.0%)964 (50.5%)6 - 10-RS-77183317961037 (56.6%)950 (52.9%)不同实验室之间硒代蛋氨酸检测结果的差异很大 两个检测机构针对同一样本的总硒的检测结果差异在4-21%之间 不同实验室之间硒代蛋氨酸检测结果的差异很大 同一实验室的检测结果差异可能高达30%！ 高水平的硒代半胱氨酸检测值可能意味着硒代蛋氨酸的氧化 检测中被当成了硒代半胱氨酸样品代码Sample No.硒代蛋氨酸 形式的硒 SeMet Se (ppm)硒代蛋氨酸形式的硒

24、 SeMet Se (ppm)硒代半胱氨酸形式的硒 SeCys Se (ppm)法国 France英国 UK法国 France18/08/201117/10/201126/10/201118/08/201117/10/201111278109283887.428621275108086481.3303385480178249.320741092107485159.42435106987476051200CRM14341297116051n.d.提取方法对硒代蛋氨酸回收率的影响Effect of extraction on SeMet recoveryQuEChERS (Quick, Easy,

25、 Cheap, Effective, Rugged, Safe)样品前处理技术，由美国农业部于2003年开发。溶于乙腈组分水溶性组分用QuECHERS管制备的菠菜叶样品中的氨基酸组分酵母细胞内蛋白组分的区分 酵母内壁和外壁、细胞质、线粒体和细胞核中都含有蛋白 每一部分的蛋白大小都不一样 每一部分的蛋白在消化道中的消化方式都不一样 影响利用率！ 影响功效！酵母硒成分区分0255075100Yeast AYeast BYeast CWater soluble SeleniumSelenium associated with yeast cell wallYeast intracellular se

26、lenium (protease digest)Yeast intracellular selenium (detergent extract)Residual selenium following extractionEncinar et al, 2003A、B、C三个酵母的五个细胞组分中的硒含量不同 影响利用率 ！ 影响功效 ！水溶性硒细胞壁结合硒蛋白结合硒（蛋白酶消化）结合态硒（洗涤剂提取）不溶性硒 用DNA技术区分酵母菌种 区分同类产品 用于跟踪和追溯每一批次的产品用分子技术区分酵母菌种用分子技术区分酵母菌种 供应商频繁更换菌种 不同酵母 沉积硒的方式不同 影响产品效果 2008 20

27、08 2009 2009 2010 2011 2013产品变异Se as SeMet %0255075100200920102010201120122008200820092009201020112013Free Water Soluble Se as SeMetPeptide Bound Water Soluble Se as SeMetTotal Water Soluble Se as SeMet Total Se as SeMetCompetitorSelplex水溶性硒代蛋氨酸 小肽结合水溶性硒代蛋氨酸 总水溶性硒代蛋氨酸总硒代蛋氨酸酵母硒产品同类产品硒生物学利用率： 酵母硒消化率的重

28、要性 不仅仅是硒代蛋氨酸的问题！ 硒代蛋氨酸必须是可利用的形式的，这样才能被整合进入蛋白作为机体储备 消化至关重要酵母硒蛋白的消化率酵母硒产品同类产品 1同类产品 2同类产品 3粗蛋白 可溶性蛋白 可降解蛋白 Hinojosa 等 (2006)用体外消化道模型评估酵母硒的消化率 研究表明总硒的大约90%为可消化硒 而消化后只有40%的硒为自由态可利用硒代蛋氨酸 其余的硒代蛋氨酸在消化后仍然与小肽结合 尽管酵母中硒蛋白的消化道消化率可能很高，但是这些硒转化成自由态硒代蛋氨酸的效率可能很低产品比较小肠:胃中消化硒代蛋氨酸的比例 同类产品 Comp 1 14:1同类产品 Comp 2 4.7:1同类

29、产品 Comp 3 13:1酵母硒 SelPlex 41:1 Kapolna 和Fodor (2007)推断由于胃中的pH值比小肠更低，硒代蛋氨酸会被氧化 所以在胃中消化释放出游离的硒代蛋氨酸可能不利，反而可能降低硒代蛋氨酸的生物学利用率酵母硒在小肠中释放的硒代蛋氨酸越多越好 胃中释放的硒代蛋氨酸可能没有用产品比较 总硒代蛋氨酸的含量高并不意味着在小肠中消化后释放出的可利用硒代蛋氨酸的水平就高 酵母硒的消化率更重要 酵母硒的硒代蛋氨酸含量可能很高，但是硒代蛋氨酸的生物学利用率不一定高硒代蛋氨酸的吸收取决于消化率 而不是总硒含量 酵母硒的生物学效率并不取决于硒代蛋氨酸的总量 含硒组分的消化率非常

30、关键 菌种和生产的稳定性至关重要结论质量控制 : 保证饲料和食品安全 Copyright 2009您知道畜产品里的重金属从哪里来吗? 2005 俄罗斯禁止了所有来自挪威的新鲜三文鱼，因为从进口鱼的样品中检出含有高水平的铅（18 mg/kg）和镉（0.7 mg/kg ）。 由污染的硫酸锌造成 2007 南非的德班 蛋种鸡产的蛋不能孵化，或是小鸡不长. 都是由于高水平的镉所致. 由污染的硫酸锌造成 2008- 澳大利亚 - 猪肝受铅污染而被新加坡退回. 由污染的氧化锌造成 2009 日本 从巴西进口的鸡蛋发现受高水平的镉污染. 由于污染的有机矿物质预混料二噁英二苯-p- 二噁英的氯化衍生物 二噁英

31、由微量元素催化产生-因此无机微量元素是其常见来源。 环境污染物。因具有亲脂性特点，会在人体和动物体内生物富集。 已知会导致畸胎,诱导有机体突变和致癌。多氯联苯 (PCB)二噁英的家族成员理论上有209种多氯联苯同类物质 自1900年早期商业生产用作冷却剂、绝缘液、电线与电子器件的PVC涂层等。 多次大范围的环境污染 因循环利用金属源（如铜线）而存在于无机微量元素中。 高达70%硫酸铜来自可循环材料 已知是一种人类和动物的致癌物质重金属元素周期表中在铜和铋之间的一组元素 生物体需要微量的某些“重金属”（如Cu, Mn, Zn, Fe ） 其它是有毒的金属：汞、铅、镉、砷这些元素可以进入土壤，造成

32、土壤的无机微量元素污染 进入地下水造成水源污染重金属污染对动物健康的影响铅砷汞镉免疫抑制肝脏损伤肾脏损伤肠道出血肌肉不协调失明呼吸加快食欲不振呕吐腹泻超敏睾丸退化生长抑制 无机微量元素预混料 : 猪限量高于最大限制范围的样本数总金属,以PPM表示最低 最高平均铅, Pb100 ppm5%0.0122,017.80662.46砷, As15 ppm11%0.0041,602.7551.71汞, Hg0.05 ppm5%ND0.160.01镉, Cd10 ppm11%0.002143.135.49总共37个样品, 其中22%的样品至少污染了1种重金属 .无机微量元素预混料: 家禽限量超过限量的样本

33、比例重金属水平, PPM最低最高平均铅, Pb100 ppm8%0.21697.1249.73砷, As15 ppm20%0.0990.4612.30汞, Hg0.05 ppm28%ND0.140.02镉, Cd10 ppm8%0.06111.010.08总25个样本中，48%的样品至少有一种重金属超标ND not detected无机微量元素 :硫酸锌限量超过限量的样品比例重金属水平, PPM最低 最高平均铅, Pb100 ppmnone0.3850.935.58砷, As15 ppm17%0.41149.3619.02汞, Hg0.05 ppmnoneNDNDND镉, Cd10 ppm25

34、%0.013,982.67369.64总共12个样本中，25%的样品至少有一种重金属超标ND not detected无机微量元素 :硫酸铜限量超过限量的样品比例重金属, PPM最低 最高平均铅, Pb100 ppmnone0.0720.512.73砷, As15 ppm16%0.27659.5238.74汞, Hg0.05 ppm8%ND0.070.07镉, Cd10 ppmnone0.021.330.14总共21个样本中, 19%样品至少有一种重金属超标ND not detected无机微量元素 : 亚硒酸钠限量超过限量的样品比例重金属水平, PPM最低 最高平均铅, Pb100 ppmn

35、one0.0010.810.44砷, As15 ppm40%0.3058.3115.75汞, Hg0.05 ppm20%ND1.210.24镉, Cd10 ppmnone0.030.080.02总共5个样本, 60%样品至少有一种重金属超标ND not detected含无机微量元素的全价料限量超过限量的样品比例重金属水平, PPM最低最高平均铅, Pb30 ppm7%0.06277.009.69砷, As50 ppmnone0.368.051.56汞, Hg 2 ppmnoneNDNDND镉, Cd 0.5 ppm3%0.020.840.06总共30个样本, 7%样品至少有一种重金属超标 ND not detected至少污染一种重金属的样本占总样本数的 % *more than maximum limits set总结随着动物生产性能的提高，动物对微量元素的需求也发生变化：生长、繁殖、免疫系统 有机微量元素的生物学利用率高，有效添加量低，减少环境污染 有机微量元素的评估：结构、动物体内数据、安全性Thanks for attention! 谢谢聆听！