有機微量元素的原子經濟性

鐘神秀 · 發表于 2009-8-24 11:26:56

微量元素是動物機體所必須的營養要素之一，直接參與機體幾乎所有的生理和生化功能，對生命活動起著極其重要的作用，在飼料工業上被列為“動物營養第五要素”。研究微量元素的效能、經濟特性和環保性能具有很大的理論和實踐意義。

1．有機微量元素的范疇

有機微量元素是相對于無機微量元素而言的。無機微量元素指的是銅、鐵、鋅、錳、硒、鈷、碘等微量元素的硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、氯化物和氧化物等，它們都屬于無機物的范疇。有機微量元素則是指微量元素的有機酸鹽、氨基酸絡合物和肽類絡合物等，屬于有機物的范疇。

有機酸鹽是有機微量元素中使用較早、較為廣泛的一個大類，是有機多元酸與微量元素通過酸堿中和反應形成的化合物。從分子結構來看，是有機酸的羧基氧與微量元素金屬離子配位鍵的形式結合而成的。加上有機酸碳鏈的化學和空間效應，使得大多數的有機酸鹽結構都比較穩定，因而它們的物化性能往往比較穩定。目前使用較多的有富馬酸亞鐵、檸檬酸鋅和煙酸鉻等。

微量元素的氨基酸絡合物是以微量元素為中心離子，以蛋氨酸或賴氨酸等限制性氨基酸為配體形成的絡合物。常用的有蛋氨酸鋅、賴氨酸銅、甘氨酸亞鐵、蛋氨酸硒、蛋氨酸錳等。

微量元素的二肽或多肽絡合物是近年來發展起來的一種新型添加劑。一般以酵母和硫酸鹽為主要原料制得。主要工藝流程為；酵母自溶→酶解→絡合→吸附→干燥。小肽的平均分子量約300道爾頓。已經面市的有小肽鐵、小肽銅等。

2．原子經濟性的概念

原子經濟性是合成化學領域的一個綠色指標，指的是一項工藝里，原料分子中的原子有多少比率最終轉化為產品分子。與通常的“分子收率”不同，它是從原子的角度來考慮反應的投入與產出。原子經濟性越高的反應產生的副產品就越少，工藝的經濟性和環保性就越好。

舉個簡單的例子。富馬酸亞鐵的合成反應有兩種工藝，一種是以富馬酸鈉與硫酸亞鐵置換：

Na2C4H2O4 + FeSO4•7H2O → FeC4H2O4 + Na2SO4 + 7 H2O

此工藝的原子經濟性理論上為：170/（160+278）=38.81%

反應產生大量的廢水和無法簡單加以利用的副產品硫酸鈉。

另一種工藝是本公司開發的以富馬酸和鐵為原料，在催化劑的作用下直接成鹽：

C4H4O4+ Fe → FeC4H2O4 + H2

此工藝的原子經濟性為：170 /（116+56）=98.84%

除了產生極少量的氫氣之外，無任何副產品產生，沒有污染，同時節約了大量的資源。

可見，原子經濟性的概念不僅具有重大的經濟意義，還具有深遠的環保意義。

3．有機微量元素的原子經濟性

微量元素在動物體內的消化吸收和利用也可以借用上述原子經濟性概念。

無機微量元素吸收低，同時其陰離子部分（不論是硫酸根還是其他無機酸根）不是營養成份，不能被動物機體利用，因此無機微量元素的原子經濟性都很低。

美國猶他大學的生物營養學者研究了各種礦物質間的反應，證明了各種礦物質離子之間存在競爭作用。無機微量元素之間的拮抗作用明顯，從而使吸收效果進一步降低。

以七水硫酸亞鐵為例，在動物體內, 鐵主要在十二指腸中以亞鐵離子的形式被吸收，吸收率只有5~10%，磷酸鹽、鋅、錳、銅、鉻、植酸、草酸、單寧和多酚類化合物等都能降低鐵的吸收率。從統計學的角度出發，無機鐵的吸收率在5%左右，那么，每利用1噸的鐵，就有19噸的鐵從糞便中排出，同時有34.29噸的硫酸根也從糞便中排出。即便是以無水硫酸亞鐵計，其綜合利用率也只有：1/（19+34.29）=1.88%，其原子經濟性低得可憐。

相反，有機微量元素的原子利用率要高得多。例如，富馬酸亞鐵中的鐵離子的吸收率能達到45~48%，同時，反丁烯二酸根是動物體內三羧酸循環的必需物質，有近50%能被動物體利用，因此，富馬酸亞鐵的綜合利用率可達：45%×（56/170）+50%×（114/170）=48.35%

每利用1噸鐵，排到環境中的鐵只有1.22噸，排到環境中的反丁烯二酸根只有2.26噸。更為令人高興的是，反丁烯二酸根在土壤中能被微生物利用，并不造成環境污染。由此可見，富馬酸亞鐵的原子經濟性比無水硫酸亞鐵高出26倍以上。

一些常用的無機和有機微量元素的原子經濟性對照情況列表如下

常用的無機和有機微量元素的原子經濟性對照表

品名	無水硫酸亞鐵	富馬酸亞鐵	甘氨酸亞鐵
原子利用率（%）	1.88	48.35	46.55
品名	無水硫酸銅	賴氨酸銅	蛋氨酸銅
原子利用率（%）	1.63	61.22	65.06
品名	無水硫酸鋅	賴氨酸鋅	蛋氨酸鋅
原子利用率（%）	3.52	66.41	80.02
品名	無水硫酸錳	賴氨酸錳	蛋氨酸錳
原子利用率（%）	1.19	44.57	67.88

說明：表中數據為參照有關文獻，計算最普遍情況下的估算值，無機鹽均以無水物計。數據僅供參考。
4．微量元素有機化的趨勢
有機微量元素具有抵抗干擾、緩解礦物質之間拮抗競爭的作用，有良好的生物化學穩定性，在機體環境條件下溶解性好，易被動物體消化吸收，生物學效價高，并可加強動物體酶的活性，促進蛋白質、脂肪和維生素的利用率。
有機微量元素還具有一定殺菌和改善免疫功能的作用，對某些腸炎、皮膚病、痢疾、貧血有顯著的治療作用，對動物的適口性較無機鹽好。
有試驗表明，有機微量元素與目前廣泛使用的硫酸鹽比，前者用于豬可提高增重7～29%，飼料消耗下降7～40%，用于蛋雞可提高產蛋率6～20%，增重5%以上，飼料消耗下降7～40%，飼料轉化率提高10%以上。
孫德成、王守清等人用有機微量元素對產蛋雞生產性能的研究表明，在產蛋性能指標中，試驗組的總產蛋重和產蛋率比對照組分別提高21.02%和12.8%。而且雞蛋和雞體各組織器官的微量元素含量顯著提高。這對人體補充微量元素提供了安全可靠的食補來源。
顧華孝等發現，在母豬飼料中使用氨基酸鐵后，能促進母豬的繁殖性能，減少仔豬的死亡率，改善母豬體況，降低母豬經產淘汰率，減少母豬育成仔豬所需的飼料量，防止仔豬貧血、腹瀉等。劉桂琴、陳順等人利用復合氨基酸鹽對育肥豬進行試喂，比對照組提高增重17.8%，料肉比試驗組比對照組改善14.43%，經濟效益較對照組提高70.38%。有機微量元素對于促進魚類生長，提高飼料轉化率和魚的成活率，具有顯著效果。是適合魚類營養需要的理想營養性飼料添加劑。趙元風對鯉魚的試驗表明，添加氨基酸微量元素絡合物比對照組增重提高37.2～68%。餌料系數由對照組的2.4%下降為1.4～1.7%。李愛杰等人在飼料中添加有機微量元素，發現增重率提高2.58～17.84%。
有機微量元素的原子經濟性大大高于無機鹽，有效地緩解了濫用無機鹽造成的土壤板結、金屬元素含量超標等嚴重的環境污染問題。在西方發達國家，早在上世紀七十年代有機微量元素就得到了普遍應用。可以斷言，隨著科技的發展和人們環保意識的加強，微量元素的有機化趨勢是不可阻擋的。