常見有機鉻的差異性比較
2011-06-10

常見有機鉻的差異性比較


陳翠蓮、張英東、黃承德、羅士津、姚繼明

(廣東旺大生物科技有限公司,廣東廣州510545)

中圖分類號:S816.7  

文獻標識碼:A  

文章編號:1005-8613(2011)03-0022-04

關鍵詞:有機鉻、作用機理、比較

摘要:農業部(1126)公告中允許使用的五種有機鉻源為吡啶甲酸鉻、煙酸鉻、酵母鉻、蛋氨酸鉻和丙酸鉻,本文目的旨在就這五種鉻源的結構及在人或動物應用上的效果進行對比分析。從前人的研究中可以發現,這不同來源的五種鉻,在添加劑量、試驗動物、試驗日糧、試驗條件等不同的條件下,應用效果有一定的差異,本文的結論是:性質穩定的鉻源才能保證其效果的穩定性。
  
  營養學研究中,鉻分為無機鉻和有機鉻兩大類,無機鉻有氯化鉻、硫酸鉻、三氧化二鉻、鉻酸鉀等;有機鉻有煙酸鉻、吡啶甲酸鉻、丙酸鉻、醋酸鉻、草酸鉻、酵母鉻、小肽鉻、氨基酸鉻等(趙必遷等,2009)。
  農業部1126公告《飼料添加劑品種目錄》中允許在飼料中使用的有機鉻源為煙酸鉻、酵母鉻、蛋氨酸鉻、吡啶甲酸鉻和丙酸鉻共5個品種,都為三價鉻化合物。本文就這5種鉻源的結構及在人或動物生產中應用的情況做簡單介紹,並對不同鉻源在動物生產中的應用效果進行比較分析。
 

1、各種有機鉻的分子結構式
  吡啶甲酸鉻(Chromiumpicolinate,[Cr(pic)3]),又名吡啶羧酸鉻、甲基吡啶鉻。分子式為Cr(C6H4NO2)3,分子量為418.33,紫紅色結晶性細小粉末,常溫下穩定,微溶於水,不溶於乙醇。整個分子結構呈電中性,且具有疏水特性,因此它可以以完整的結構進行跨膜吸收。吡啶甲酸鉻是3個吡啶環上的2位N與Cr形成了五元環結構,結構較為穩定。據報道,吡啶甲酸鉻吸收率達2%~5%,而普通的鉻製劑吸收率僅為0.5%。吡啶甲酸鉻是否具有細胞毒性和基因毒性一直存在爭議。但近年來的科研成果證明:從體外細胞培養和靜脈注射等途徑進行研究(相當於吡啶甲酸鉻近乎100%的吸收率)中得知,超量添加吡啶甲酸鉻(遠高於生理劑量)近乎全部吸收的情況下才會對細胞和DNA產生毒性作用(Manygoats,2002;Stearns,2002;GreenD等,1998;Stohs,1998;SpeetjensJK,1999;Hepburn,2003;Hepburn和Vincent,2003)。部分學者研究結果證明,吡啶甲酸鉻一定劑量範圍條件下在人體及豬、老鼠體外、體內使用是安全的,不具有細胞毒性和基因毒性,低劑量的吡啶甲酸鉻的對DNA結構反而有保護和抗氧化作用(Kato等,1998;Hepburn,2003;TsaM.C.,2007;畢晉明,2007;郭亮,2008)。因此吡啶甲酸鉻在一定範圍內使用是安全無毒性的,吡啶甲酸鉻是被美國農業部(USDA)批準使用的鉻保健品,可起到調治血糖、降脂及降膽固醇的作用,吡啶甲酸鉻對肥胖症、Ⅱ型糖尿病及高血脂等病症具有緩解作用。
  煙酸鉻分子式為Cr(C6H4NO2)3,煙灰色細小粉末,流動性良好,常溫下穩定,不溶於水,煙酸鉻的結構屬於3位的N與Cr形成的結構,為五元環結構,煙酸鉻與吡啶甲酸鉻是同分異構體。
  酵母鉻有效成分其實也是吡啶甲酸鉻,分子式為:Cr(C6N4NO2)3。酵母鉻(富鉻酵母)是國家食品藥品監督管理局指定的鉻營養補充來源之一。酵母鉻是將酵母細胞培養在含三價鉻的培養基中,通過生物轉化將無機鉻轉轉變成有機鉻,從而提高鉻在機體內吸收利用率,降低其毒副作用,在人體上能更好地發揮其調節血糖、降脂及降膽固醇的作用。
  蛋氨酸鉻的分子式為(C5H10NO2S)3Cr,相對分子質量:M=497.0,結構式為:[Cr(NH2CHCH2CH2SCH3COO)3](張華,2003)。蛋氨酸是鉻的天然配位體,從已完成的金屬蛋白、金屬酶晶體結構分析的結果看,蛋氨酸殘基上的硫(S)原子是金屬離子配位的最常見最重要的配位基團。蛋氨酸與三價鉻形成的配位化合物,在生理條件下,能夠抑製鉻的羥橋合作用,保證鉻和蛋氨酸的生物學活性:蛋氨酸與鉻不僅具有清除自由基的作用,還有抑製自由基產生的作用,形成配合物後增強了兩者的協同作用。
  以上的吡啶甲酸鉻、煙酸鉻、酵母鉻與蛋氨酸鉻都屬於有機螯合鉻,但丙酸鉻不屬於有機螯合鉻。丙酸鉻的分子式為Cr(CH3CH2COO)3,是一種有機絡合物,分子量為271.15。

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2、各種有機鉻的應用效果的比較
  2.1各種有機鉻應用效果的直接比較
  吡啶甲酸鉻的分子結構與GTF部分相似。1977年,Toepfer認為GTF是鉻的生物活性形式,其結構為煙酸-鉻-煙酸與天冬氨酸、穀氨酸、甘氨酸、半胱氨酸形成的配合體。1988年,Wada等從牛初乳中分離純化出低分子量鉻配合物(LowMolecularWeightChromiumBindingSubstance,LMWCr,Chromodulin),該物質分子量為1500KD,由4個鉻離子與穀氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸和甘氨酸等氨基酸殘基組成的四環聚合體。Sumrall和Vincent等(1997)認為,LMWCr可能是GTF的生物活性形式。由此推斷:LMWCr可能就是鉻在動物體內發揮生理作用的活性形式。之後,人們在此基礎上研發出許多GTF樣物質,如吡啶甲酸鉻、煙酸鉻和酵母鉻等。吡啶甲酸鉻的類GTF結構決定了自身較好的吸收率,並能更有效地發揮自身的生物學功能。
  與其他鉻源相比,對吡啶甲酸鉻的研究較多,與其他鉻製劑效果對比的幾個為數不多的試驗表明:吡啶甲酸鉻的使用效果一般都優於別的鉻源。HarryG.Preuss等(2008)研究結果證明:吡啶甲酸鉻在增強胰島素敏感性和降低收縮壓方麵效果較為全麵,優於其他以三價鉻形式存在的檸檬酸鉻、氨基酸螯合鉻、螯合鉻(煙酸-氨基酸螯合鉻)、多聚煙酸鉻和煙酸鉻等鉻源。M.D.Lindemann等(2008)報道:在中豬日糧中加入500μg/kg(以鉻計)的不同鉻源,結果發現不同鉻源的平均生物利用率比較結果如下:吡啶甲酸鉻>蛋氨酸鉻>酵母鉻>丙酸鉻。J.O.Matthews等(2001)報道:在生長肥育豬階段加入各200μg/kg的吡啶甲酸鉻或丙酸鉻(以鉻計),屠宰時“胴體長”方麵吡啶甲酸鉻組優於丙酸鉻組。但劉文森(2002)研究發現:肉雞日糧中添加煙酸鉻的實際效果優於吡啶甲酸鉻;且建議日糧中添加有機鉻的適宜劑量為0.3~0.4mg/kg。AmirNaghieh等(2010)研究表明:添加1200μg/kg劑量的蛋氨酸鉻,與等劑量的三氯化鉻、酵母鉻、煙酸鉻組相比,肉雞具有最高的胴體重。
  在動物上使用鉻製劑,可起到提高動物生長性能、增強繁殖性能、改善肉質、抗應激等作用。
  2.2各種有機鉻對動物生長性能的影響
  有的報道稱鉻製劑在提高動物生長性能上有一定的效果。
  王明偉(2005)研究發現:在母豬妊娠後期和整個哺乳期日糧中添加大豆黃酮、煙酸鉻和纈氨酸,可改善初乳品質,有利於提高仔豬生長性能。據房興堂等(1998)介紹,添加0.2mg/kg、0.4mg/kg煙酸鉻對雞的增重、采食量、飼料利用率、氨平衡及肌肉幹物質、粗蛋白、粗脂肪水平均有一定影響。郝瑞榮(2003)報道:酵母鉻在改善仔豬生長性能、促進糖類、脂肪、蛋白質代謝,諸試驗均表明日糧蛋白質和氨基酸(主要是第一限製性氨基酸賴氨酸)處於缺乏或臨界缺乏狀態時補鉻才有效(Baldi,1999;Tang,L,2001;Lindemannetal,1995;wardetal,1997)。ByB.Kro′liczewska等(2004)也報道:當添加酵母鉻量為500μg/kg時影響肉雞的碳水化合物和脂肪的代謝,可顯著提高肉雞的體重、體增重和飼料轉化效率。黃所含(2006)報道在肥育豬和良鳳肉雞上分別做了添加酵母鉻與半胱胺的析因試驗:在生長豬和肥育豬階段上提高了ADG,降低了F/G;在良鳳雞中分別添加半胱胺和酵母鉻,在不同飼養階段中有提高ADG、降低ADFI和F/G的趨勢,但無顯著差異,對良鳳雞的胴體性能和飼料各養分的表觀消化率均沒有顯著影響。蛋氨酸鉻在大鼠應用上有一定的促生長的效果(崔波,2009)。陳常秀(2009)研究發現:添加100、200μg/kg丙酸鉻組,豬日增重顯著升高,料肉比顯著降低;采食量差異不顯著。
  也有的報道稱鉻製劑在提高生長性能方麵無明顯效果。J.O.Matthews等(2001)報道:在生長肥育豬階段加入各200μg/kg的吡啶甲酸鉻或丙酸鉻(以鉻計),對全期的生長肥育豬的生長性能無顯著影響。國外許多學者都發現丙酸鉻對豬的生長性能幾乎無明顯的改善作用(J.O.Matthews等,2003;J.L.Shelton等,2003;J.O.Matthews等,2005;T.J.Caltabilota等,2010)。SangJipOhh(2005)發現蛋氨酸鉻但沒有明顯提高體增重的作用。
  有的學者則發現鉻製劑在提高采食量和體增重時有一定的效果,但卻無改善飼料轉化效率的作用。AmirNaghieh等(2010)等研究報道了三氯化鉻、酵母鉻、煙酸鉻和蛋氨酸鉻等不同來源的鉻製劑產品對羅斯肉仔雞的影響:發現600μg/kg的煙酸鉻能顯著提高肉雞采食量和體重,但添加鉻製劑組與對照組相比並沒有顯著的改善飼料轉化率的效果。R.Barajas等(2008)報道:熱應激條件下在婆羅門雜交公牛日糧中添加了0.30mg/kg幹物質的蛋氨酸鉻(以鉻計),結果發現添加蛋氨酸鉻顯著提高了肉牛末重和平均日增重,但不影響幹物質采食量及飼料轉化效率。BogdanDebskia(2004)報道則相反,他發現添加酵母鉻並未改善生長速度,但降低了肉雞死亡率且改善了飼料轉化效率。
  2.3各種鉻製劑對動物繁殖性能的影響
  吡啶甲酸鉻可增強繁殖性能,Lindemann(1995)等報道添加吡啶甲酸鉻提高了再繁母豬的產仔數,肉堿和吡啶甲酸鉻同使用提高了母豬產仔率和仔豬總成活率(D.E.Real等,2008)。在產蛋鵪鶉飼料中加入吡啶甲酸鉻,可提高蛋重、產蛋量和飼料轉化效率(K.Sahin,2002),鵪鶉的體重、采食量和蛋產量呈線性增加(K.Sahin,2002)。蛋殼厚度、蛋比重和哈氏單位也呈線性增加(K.Sahin,2002),但YILDIZ等(2004)研究結果卻發現吡啶甲酸鉻未影響蛋殼重量和蛋殼厚度。
  但AndreaPiva等(2003)發現:給產蛋雞飼喂以不同來源的鉻源,5個星期的飼養試驗中,酵母鉻、氯化鉻和氨基煙酸鉻卻都對蛋雞的產蛋量及蛋的質量,蛋黃的正常水平無顯著影響;且無論是哪種化學形式的鉻製劑,排泄物中的鉻隨著鉻製劑添加量的增加呈線性增加。
  2.4各種鉻製劑對動物體脂沉積及肉質的影響
  Page等(1993)報道添加吡啶甲酸鉻提高了豬的胴體品質,但M.D.Lindemann等(2008)報道吡啶甲酸鉻、蛋氨酸鉻、酵母鉻和丙酸鉻不同鉻源對血清臨床生化學指標代謝變化、胴體指標和肉質的影響都很小,但都起到顯著降低肌肉冷收縮速度的效果。
  煙酸鉻也具有改善體脂沉積的效果,添加200μg/kg或400μg/kg的煙酸鉻可提高胸肌脂肪含量,減少腹脂和皮脂的沉積(王治華等,2002;Hossain,1995)。JowamanKhajarern(2006)報道:甘氨酸、煙酰胺與鉻形成的螯合物能無論是200μg/kg或400μg/kg的添加量(以鉻計)都能顯著地提高背最長肌麵積和肌肉率,降低背脂厚度。下圖是甘氨酸、煙酰胺與鉻形成的螯合物,鉻:甘氨酸:煙酰胺=1︰2︰1。

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添加酵母鉻可提高肉雞胸肌的鉻含量,且降低肉雞的脂肪和膽固醇含量(BogdanDebskia,2004)。蛋氨酸鉻最早在牛的應用上研究較為廣泛,起到了提高肉品質的作用(E.B.Kegley等,2000;R.Barajas等,2008),隨後在閹牛、豬和大鼠等動物的應用上也發現有提高肌肉質量和降低體脂的作用(崔波,2009;SangJipOhh,2005)。R.Barajas等(2008)報道:熱應激條件下在婆羅門雜交公牛日糧中添加了0.30mg/kg幹物質的蛋氨酸鉻(以鉻計),結果發現蛋氨酸鉻提高了熱胴體重,增大了眼肌麵積從而提高了背脂厚度,也降低了腎髒、骨盆及心髒脂肪(KPHfat)。
添加丙酸鉻對豬肉肉質有改善作用。添加200μg/kg丙酸鉻組的胴體重、眼肌麵積、瘦肉率、後腿重顯著增加;板油重、第十肋背膘厚、平均背膘厚、脂肪率、肌肉滴水損失顯著降低(陳常秀,2009)。添加200μg/kg的丙酸鉻可提高豬肉的色度亮度值,剪切力有所降低,豬肉大理石紋評分增加,背最長肌水分的百分比和解凍損失降低(J.O.Matthews等,2003)。J.L.Shelton等(2003)發現:在低淨能組的基礎上加入200μg/kg的丙酸鉻,試驗結果發現對肉質的某些指標有改善作用,尤其是新鮮和冷凍的豬肉肉塊的係水力、蒸煮損失等指標;對照組添加200μg/kg的丙酸鉻組背最長肌、腿重、無脂腿重和整體的瘦肉率都有所提高。J.O.Matthews等(2005)在肥育母豬日糧中添加200μg/kg的丙酸鉻,發現丙酸鉻能改善某些屠宰指標,如裏脊肉的pH值、滴水損失和貯藏損失,但對豬隻的生長性能和屠宰性狀沒有顯著影響。T.J.Caltabilota等(2010)報道:添加鉻降低了生長肥育小母豬第十肋骨的背脂和腹脂的碘價,提高了瘦肉率。
2.5各種鉻製劑在動物上的抗應激效果
吡啶甲酸鉻可緩解斷奶應激和高溫熱應激。吡啶甲酸鉻可糾正斷奶仔豬體內代謝紊亂,有助於提高仔豬的體液免疫能力(馬秀亮等,2006;張敏紅等,2000;Lee等,2000)。吡啶甲酸鉻可緩解豬和肉雞受到的高溫熱應激(王勝林等,2004;SaikatSamanta等,2008),SaikatSamanta等(2008)報道吡啶甲酸鉻還可提高受到熱應激條件下肉雞的生長速度和胴體品質,降低了粗脂肪含量,尤其在限飼階段,但添加劑量宜在500μg/kg下為宜。
  但也有報道認為吡啶甲酸鉻(添加量為1000μg/kg或2000μg/kg,以鉻計)對斷奶仔豬受到熱應激或冷應激時沒有改善作用(Beob.G.Kim,2009),對受到LPS(脂多糖)免疫應激影響的豬隻(平均體重26kg)添加1000μg/kg或2000μg/kg的吡啶甲酸鉻(以鉻計)也無改善作用(BeobG.Kim,2009)。
  煙酸鉻(600μg/kg和1200μg/kg)可提高肉仔雞的新城疫病毒和禽流感病毒的抗體水平(AmirNaghieh等,2010)。
  酵母鉻在抗化學誘導產生的應激方麵效果顯著,但在抗仔豬斷奶應激和提高免疫力方麵效果不顯著(郝瑞榮,2003)。
  E.B.Kegley等(2000)發現:在閹牛日糧中加入400或800μgCr/kg蛋氨酸鉻(其中蛋氨酸是L型),發現注射了胰島素後的閹牛,添加蛋氨酸鉻能提高葡萄糖清除率,也提高了閹牛對靜脈注射葡萄糖的應答反應速度。
  添加丙酸鉻可提高對期荷斯坦母牛葡萄糖的利用率(J.M.Sumner等,2007),可降低生長肥育豬的遊離脂肪酸和血漿尿素氮,提高高密度脂蛋白(J.L.Shelton等,2003)。
  

3、結論
  鉻製劑一般都能起到提高對葡萄糖的利用率、改善體脂沉積和改善肉質的效果,但其促生長、改善生產性能、抗應激的效果卻不是很穩定。
  吡啶甲酸鉻的結構是較為穩定的,煙酸鉻的結構不如吡啶甲酸鉻穩定,蛋氨酸鉻結構也較為穩定。近年來有部分廠家一直在報道酵母鉻的使用效果優於吡啶甲酸鉻等鉻源,稱其含有的生物活性鉻人體吸收率可達10%~15%,其吸收率是吡啶甲酸鉻的311%(安琪酵母,2008)。限製酵母鉻使用的問題主要在其穩定性方麵(郝瑞榮,2003;Daries,1985)。郝瑞榮(2003)認為限製酵母鉻發揮作用的因素可能有兩方麵的原因:其一是GTF的穩定性問題。Daries(1985)在研究啤酒酵母GTF與鉻的關係時,發現Cr3+很容易從GTF中丟失而失去活性。所以在使用時應該采取保護性措施;其二是酵母細胞有一層厚厚的由甘露聚糖和葡萄聚糖組成的細胞壁,需采用高科技手段破壁。但隨著酵母鉻生產技術的日趨成熟,酵母鉻的使用效果也得到明顯改善,且其毒副作用可大大降低。
  丙酸鉻其實不算有機螯合物,近年來對其作用效果研究證明丙酸鉻對動物生長性能的促進作用不明顯,但對肉質或肉質的部分指標有改善作用。
  由於吡啶甲酸鉻、煙酸鉻、酵母鉻、蛋氨酸鉻和丙酸鉻來源不同,添加劑量、試驗動物、試驗日糧、試驗條件等不同,不同的動物免疫應答模式和起效時間都有所不同,造成研究結果有一定的差異。性質穩定的鉻源才能保證其效果的穩定性,總體上而言,吡啶甲酸鉻(包括酵母鉻)、煙酸鉻、蛋氨酸鉻屬於環狀結構,較為穩定,丙酸鉻也具有一定的使用效果。
  

參考文獻:(略)
  (本文發表於《廣東飼料》第20卷,第3期,2011年3月)


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