有機微量元素作為環境污染解決方案的綜述

譯自47th Croatian and 7th International Symposium on Agriculture（克羅地亞奧帕蒂亞），會議記錄（Proceedings）：741～744

潘雪男 審

中圖分類號：S816.72 文獻標識碼：C 文章編號：1001-0769（2017）04-0067-03

銅和鋅這兩種微量元素參與生物體重要的代謝反應，也是多種酶和生物分子的主要成分。鋅和銅通常以無機鹽形式添加到動物日糧中，但它們的吸收率和生物利用率較低，同時添加微量元素時污染物的存在也是一個主要考慮的因素。例如，動物飼料中常用的氧化鋅和硫酸銅通常來自鋼鐵工業的殘留物，因此可能潛在攜帶高水平的污染物，如鎘和氟。市場法規對肉品生產的要求日益嚴格，并加大了對動物飼料中重金屬和其他污染物的限制力度。本綜述的目的是對迄今為止有關微量元素特別是鋅和銅的文獻進行深入分析，并探討減少微量礦物質對環境污染的可持續解決方案。

1 微量元素（銅和鋅）的吸收率和生物利用率

銅和鋅的吸收情況通常是其利用的一個重要制約因素。一般情況下，生物利用率取決于吸收率，因為微量元素在被利用前必須被吸收。不過，銅和鋅可以被吸收卻不能被利用，因此這使得它們的生物利用率較低。在消化過程中，銅離子和鋅離子從其無機鹽中釋放出來，并可能會在腸道中與其他可消化的組分再次結合，形成不溶性復合物而被排出體外，從而降低了小腸對它們的吸收。礦物質可以在腸道的任何部位被吸收，但如果在通過胃部后金屬離子仍然可溶，它們通常會在十二指腸中被吸收。

2 礦物質之間的拮抗

一些礦物質如微量元素的吸收可能會存在相互的拮抗作用，從而會顯著降低這些礦物質和其他礦物質的吸收和代謝。有機和無機配體間的競爭可形成不溶性沉淀物。鋅的吸收會因植酸的存在而降低，鈣會損害鋅和銅的吸收，鉬和銅之間高度拮抗。

3 礦物質之間的競爭

銅和鐵通常會競爭某些載體，因為這些微量元素在吸收過程中至少共享兩種膜蛋白，即轉鐵蛋白和金屬硫蛋白。過量的銅與這些蛋白質結合，可能會導致機體缺乏鐵。據Ashmead（1993）報道，一些金屬被腸細胞吸收后會通過排泄或黏膜脫落回到腸腔，重新競爭吸收所需要用到的載體蛋白。由于參與其他礦物質吸收的一系列反應所導致的一種特定金屬吸收減少，是說明礦物質相互干擾和競爭的例子之一，這會顯著影響豬對銅和鋅的吸收。

4 排泄

胃腸道是銅和鋅排泄的主要途徑，表觀吸收量是制約性因素。Mohanna和Nys（1998）在一項研究中計算了銅和鋅的機體總濃度，要使銅和鋅獲得6%的存留量，日糧中這兩種微量元素的含量分別為20 mg/kg和180 mg/kg。Mohanna和Nys（1998）在另一項報告中指出，隨日糧添加量的增加，鋅隨糞便排出的量也呈線性增加。考慮到豬排泄物中鋅和銅的含量也包括顯著影響排泄物的內源性微量元素，計算機體中鋅和銅的總體水平可能是估計這些微量元素存留的一種更為準確的方法。根據Underwood和Suttle（1999b）的研究和他們的礦物質通用耗竭模型，在礦物質消耗時，體內儲備池首先減少。在任何情況下，日糧鋅的顯著減少通常伴隨采食量下降，鋅缺乏癥尚不清楚，但是與鋅缺乏有關的生長性能下降主要是飼料采食量減少所致。

5 環境問題

獲得豬的最佳生產性能是動物營養學家和生產者的主要目標。該目標部分可通過提高某些礦物質特別是銅和鋅的飼喂量、或者在控制某些腸道疾病時以治療劑量方式或作為生長促進劑的方式添加來實現。美國國家研究委員會（National Research Council，NRC）（1998）認為，在豬日糧中使用治療劑量銅鋅的做法已經導致這些礦物質大量地經糞便排放，因為銅和鋅的表觀吸收率不超過其攝入量的30%。NRC對鋅和銅給出了相當合理的最低需要量估計值。人們對礦物質排放的擔心是，生產者為促進豬的生長和健康給它們飼喂高劑量的無機鋅和銅，而不是按照其實際需要量來提供。銅鋅通過豬糞大量排出可能會在生態脆弱區域引發嚴重的環境問題。在土壤中的累積可能會對土壤微生物的活動產生不利影響，并通過浸出和流失導致地下水和地表水富營養化，進而提高它們在動植物群中的濃度。此外，Underwood和Suttle（1999a）發現，在荷蘭和美國，向豬飼料中添加銅，再用其糞水澆灌牧草，綿羊采食這些牧草后會出現慢性銅中毒。西班牙的一項研究表明，犢牛肝臟中的銅濃度與該地區幼豬的飼養密度呈現高度正相關。在豬飼養密度最高的地區，超過20%的犢牛它們肝臟中的銅濃度高于150 mg/kg的潛在中毒濃度。Hernandez（2006）證實，銅和鋅的添加量存在很大差異，在歐盟一些國家中，豬日糧中銅和鋅的濃度要高于NRC（1998）和BSAS（2003）推薦量的2～3倍。Spears（1996）認為，銅和鋅的這種高添加量是因為未能很好地確定需要量，也沒有明確會影響動物對礦物質需要量的因素，因此使用一個安全邊際量來防止任何可能的缺乏，另一原因是因為豬對礦物質需要量可能存在遺傳差異。隨著對銅和鋅等微量元素引發的環境問題的關注日益增加，荷蘭等養豬密集國家已經開展立法，限制動物糞便的濫用（Jongbloed和Henkens，1996）。加拿大、日本和丹麥也采取謹慎態度，并限制這些礦物質在豬飼料中的濃度。近10年來，根據第1334/2003號條例，歐盟規定在豬飼料中使用更低濃度的鋅和銅（非治療用）。歐盟新法規中的日糧礦物的允許濃度可能會降低豬的生產性能，因此正在研究替代物，以符合歐盟法規要求。

6 有機復合微量元素

下面是美國官方飼料管制協會（Association of American Feed Control Officials）給出的有機復合微量元素的定義：

1）金屬氨基酸螯合物是由可溶性金屬鹽與氨基酸按照1∶1～1∶3摩爾比反應形成的產物。

2）金屬氨基酸絡合物是由可溶性金屬鹽與氨基酸結合而得到的產物。

3）金屬蛋白鹽是由可溶性金屬鹽與氨基酸和/或部分水解蛋白質螯合而形成的產物。

4）金屬多糖絡合物是由可溶性金屬鹽與多糖溶液形成的產物，被認為是特殊的金屬復合物。在過去幾年中，礦物質螯合物受到越來越多科學家的關注。與無機來源的礦物質相比，有機微量礦物添加劑具有更好的添加效果、更高的生物利用率。改善豬對銅和鋅生物利用率的主要目標之一是盡可能降低這些微量元素的排出和減少土壤污染。

7 有機微量元素（銅和鋅）：可持續的替代物

從環境和經濟角度看，必須將日糧微量元素水平降低至需要量，以減少污染。但是，為了獲得更高的生產性能，飼料制造商往往會在豬飼料中使用高于NRC推薦水平的高濃度銅和鋅。替代無機微量元素的方法之一是使用有機礦物質。有機微量元素螯合物被認為具有比無機鹽或氧化物更高的吸收率和利用率，在不影響動物生產性能的同時，為改善環境提供了解決途徑。一些研究表明，有機礦物質在動物體內具有更高的存留量，如斷奶仔豬中的賴氨酸銅、生長豬中的氨基酸鋅螯合物、有機斷奶仔豬中的蛋白質銅和蛋白質鋅的存留量均高于這些礦物質的無機鹽形式。與飼喂相同水平的硫酸鹽相比，在預混料中以金屬蛋白質鹽替代50%的硫酸銅、硫酸鋅和硫酸錳，可顯著降低保育豬糞便中的鋅濃度（有機和無機形式分別為506 mg/kg和1 267 mg/kg干物質）和生長階段的銅濃度（有機和無機銅分別為每千克干物質含71 mg和108 mg）。飼喂金屬蛋白鹽的豬，它們在保育階段的增重效率高于單一飼喂硫酸鹽形式微量元素的豬（Creech等，2004）。在斷奶豬日糧中添加50 mg/kg或100 mg/kg的蛋白質銅替代250 mg/kg硫酸銅時，銅的存留率更高（Veum等，2004）。其他研究也成功地通過使用有機微量元素顯著降低了日糧微量元素的濃度，且對豬的生長性能未產生不利影響，并大大減少了這些礦物質排出到環境中的量。在保育豬中，與添加250 mg/kg的硫酸銅相比，添加50 mg/kg的蛋白質銅后，銅排出量減少了4.5倍。以 200 mg/kg的蛋白質鋅替代2 000 mg/kg的氧化鋅，糞便中鋅排出量下降7倍。

8 結論

總的來看，豬日糧中添加高銅和高鋅受到愈來愈多的批評以及因這些礦物質對環境的污染使一些國家通過環境立法對其施壓。科學界必須研究解決方案，以確定能夠估計豬礦物質營養需要量的最準確方法，同時考慮可能會干擾營養需要的內源和外源微量元素變化及近年動物科學領域的發展。有證據表明，有機微量元素可能是一種解決方案，但其最佳推薦使用量仍未能確定。

原題名：Swine supplementation with zinc and copper： A review about Organic minerals as a solution for environmental contamination（英文）

原作者：Marcos Milani TRUCCOLO（意大利帕多瓦大學農學院）

譯者簡介：張江，男，上海農林職業技術學院教授。