有机铬营养研究进展_陈勇

有机铬营养研究进展

陈　勇

摘　要　铬是动物体必需的营养元素,作为葡萄糖耐受量因子(GTF)不可缺少的活性成分强化胰岛素的生理功能,调节三大物质的代谢。与无机铬相比,有机铬具有易于吸收和转运、利用率高等特点;有机铬强化胰岛素的作用也高于无机铬。大量研究表明:有机铬对改善生长肥育猪和肉鸡生产性能、胴体品质、禽蛋营养成分,提高母猪繁殖性能、种蛋孵化率以及改善动物健康、增强机体免疫功能等方面有明显作用,并优于无机铬。关键词　有机铬　生产性能　繁殖性能　胴体组成　禽蛋成分

中图分类号　S816.72

　　法国化学家LouisVanquelin(1797)首次在自然

界发现铬元素,之后铬一直被认为是有毒元素。直到Schwarz等(1957)提出葡萄糖耐受量因子(GTF)假说,1959年才证实铬是大鼠生长和维持GTF的必需元素。

铬是葡萄糖耐受因子(GTF)不可缺少的成分,具有调控动物食欲、维持正常血糖水平和蛋白质摄入的作用,此外,铬还有抗心脏病和糖尿病的作用(Mertz,1993)。铬作为一种协同因子促进胰岛素与特异受体和组织结合而强化胰岛素的功能。胰岛素是调节能量、脂肪代谢、蛋白质沉积和胆固醇利用的重要激素。当细胞的胰岛素敏感性下降,细胞利用葡萄糖和氨基酸的能力受到影响,导致脂肪细胞增加,蛋白质沉积减少。因此,铬对于维持机体三大物质代谢和正常生理状况有重要作用。

缺铬将对机体产生多方面的影响(Lindermann等,1996):①碳水化合物代谢受抑制;②组织对胰岛素的敏感性减弱;③蛋白质代谢削弱;④生长速度减慢;⑤血液胆固醇水平升高;⑥应激敏感性提高;⑦精子数和雄性生育力下降。1　铬的分类

根据铬结合的不同成分,可将铬分为有机铬和无机铬。有机铬包括:有机酸铬(如:甲基吡啶羧酸铬、烟酸铬)、酵母铬、氨基酸铬、维生素铬和蛋白螯合铬等。无机铬如:氯化铬、三氧化二铬等。

机体内铬的化合价决定铬的生理功能。三价铬

陈勇,南京农业大学动物科技学院,硕士研究生,210095,南京,(025)4395380。

收稿日期:1999-07-17

(Cr3+)是最稳定也是生理活性最高的铬,其活性的大小与铬结合的成分有关。三价自然铬以非毒性形

式与谷氨酸、甘氨酸和胱氨酸配位并与2分子烟酸结合形成GTF。2　铬的代谢

2.1　铬的吸收

有机矿物元素的pH值是很稳定的,其电子呈中性,且其pH值可在广泛范围内稳定化,即使在胃内也不易被破坏,吸收率可高达20%～70%(傅同禄,1996)。与常规矿物元素不同的是有机形式矿物元素的吸收是借助肽或氨基酸的吸收途径。这种吸收方式可以消除不同矿物质之间的吸收竞争。有机矿物元素不仅生物活性高,吸收效率高,而且易于转运。此外,有机矿物元素与无机盐相比更为稳定,并能防止与日粮中其它营养成分发生反应而减小吸收速度。有机矿物元素还能被特异地转运到某些器官和组织加以利用(Close,1998)。有机铬也具有这种特点。

研究表明,动物和人对无机铬的吸收率为0.4%～3%。无机Cr3+的吸收率仅为1%,而GTF中铬的吸收率约为15%～20%(Anderson,1983)。Mowat(1997)报道,有机铬的生物利用率为25%～30%。

铬的吸收位点和吸收机理还不十分清楚。铬在小鼠小肠的中部最易扩散,回肠和十二指肠次之。转铁蛋白可能是转运铬的重要载体(Hossain,1998)。

在小肠吸收的铬大部分被运往肝脏合成GTF。有相当一部分GTF分泌进入血液以协同胰岛素的20陈勇:有机铬营养研究进展营养研究

作用。当血糖水平上升,胰岛素分泌增加,GTF和铬在血液中的浓度相应升高。Hahn等(1975)认为,铬和锌经相同途径吸收进入血液循环。Hunt等(1996)发现,氨基酸、维生素C、高水平糖、草酸盐以及阿斯匹林对铬的吸收有促进作用,而植酸和抗酸药物能降低血液和其它组织中铬的水平。

2.2　铬的排泄

铬主要通过尿液排出体外,少量经胆汁进入肠道随粪便排出。当动物受到应激和日粮中糖含量升高时,铬的排出量是正常值的10倍～300倍。因此,在这两种情况下,应提高日粮铬的水平(Ander-son,1994)。3　铬的作用机理

铬是胰岛素的协同因子。虽然胰岛素和铬在动物体内表现不同的生理功能,但胰岛素和铬均调节机体碳水化合物、蛋白质和脂肪代谢。胰岛素促进血糖进入肝脏、骨骼肌和脂肪细胞分别转化为糖原和甘油三酯。铬虽然促进胰岛素的活性,但并不能取代胰岛素。当有机铬存在时,引起相同生理反应所需要胰岛素的量下降(Mertz,1993)。胰岛素通过影响DNA、RNA合成促进氨基酸吸收和蛋白质合成。铬与染色质结合使复制位点增加,导致RNA合成和蛋白质净生成量增加(Close,1998)。

铬有利于胰岛素协调血液和储存形式中胆固醇和甘油三酯之间的平衡。脂肪代谢异常且铬摄入不足将导致动脉硬化(Abraham等,1991)。

有研究表明,铬对体内代谢过程的生物学作用和某些维生素的作用相似,铬仅在与其它调节代谢的物质一起配合才起作用,如胰岛素、酶、激素和细胞内DNA、RNA。因此,铬在生物功能表现为:作为GTF的组成成分;某些酶的活化剂;核酸的稳定剂。4　有机铬的营养4.1　有机铬在家禽中的作用4.1.1　有机铬对肉鸡胴体组成的影响

Ward等(1993)报道,在3周龄肉鸡日粮中添加200μg/kg甲基吡啶羧酸铬有增加胴体蛋白质含量和减少脂肪含量的趋势。Ward等(1995a)对1日龄～49日龄肉鸡分别添加0μg/kg、400μg/kg和1600μg/kg有机铬后,发现铬对前21d饲料转化率呈线性影响,在最后7d对饲料转化率和体增重呈二次方影响。动物在采食2h后,血糖浓度下降,胰岛素升高量为对照组的2倍,脂肪呈线性降低。Ward等(1995a)认为,甲基吡啶羧酸铬对肉鸡生长、代谢和胴体组成均有影响。

21Hossain(1995)报道,对肉鸡添加400μg/kg酵母铬使肌肉中的脂肪含量降低。Hossain(1997)发现,肉鸡在3周龄和6周龄体重显著受日粮铬水平的影响,300μg/kg酵母铬使体重增加最多,而对饲料转化率无影响。

在肉鸡日粮中添加300μg/kg酵母铬使胴体产量显著提高(Hossain等,1997),酵母铬对腹脂无影响,但腹脂重与胴体重之比显著降低,胸肌净重和胸肌占胴体的百分数显著增加。由于铬对肉鸡胴体组成的影响是一个积累过程,因此补铬时间长短和上市日龄是影响铬添加效果的主要因素。

铬对氨基酸利用和核酸蛋白质合成的影响已有大量报道,但铬影响核酸和蛋白质合成,进而影响肉鸡胴体组成的机理尚不清楚。

研究表明,酵母铬能降低肉鸡死亡率。这可能与铬对动物免疫机能产生有益影响有关。Chang等(1995)详细报道了补铬对降低牛犊死亡率的影响,而有关肉鸡的研究则很少。

植物原料所含铬极少。以玉米—豆粕为基础日粮的肉鸡在环境温度较高时可能中度缺铬。要想提高肉鸡的生产性能和胴体品质就必须添加生物利用率高的铬源。酵母铬为提高胸肉产量和胴体瘦肉率提供了一条非氮(non-nitrogenous)途径(Hossain,1998)。

4.1.2　有机铬对禽蛋成分的影响

过去20多年,营养学家致力于提高肉禽的生长速度和蛋禽的产蛋量。现在不仅要求提高禽产品的产量,而且要求通过改变禽产品营养组成以满足人类健康和消费的需要。禽蛋中胆固醇含量已引起人们的广泛重视。动物和人在缺铬时表现为葡萄糖不耐受,血液胆固醇和甘油三酯升高,并出现动脉硬化斑。因此,禽蛋中铬的应用潜力逐渐引起人们的浓厚兴趣(Hossain,1998)。

有关有机铬影响禽蛋品质的报道较少。Page等(1991)给产蛋鸡饲喂200μg/kg甲基吡啶羧酸铬32周后,血液中胆固醇减少,但蛋黄中胆固醇并不减少。添加200μg/kg铬可使产蛋量提高,而400μg/kg和800μg/kg对产蛋量无影响。Nakue等(1997)对青年产蛋鸡(22周龄～38周龄)和成年产蛋鸡(75周龄～95周龄)分别添加0μg/kg、200μg/kg和800μg/kg甲基吡啶羧酸铬,对产蛋量、饲料转化率和血液甘油三酯无影响。饲喂200μg/kg和

营养研究陈勇:有机铬营养研究进展

800μg/kg甲基吡啶羧酸铬的青年种鸡的鸡蛋中胆固醇水平显著下降,成年产蛋鸡胆固醇有下降的趋势。血液胆固醇仅在200μg/kg组中显著下降。这

表明,补铬可以改善禽蛋营养成分。有机铬可能使禽蛋中铬浓度显著升高而使胆固醇水平显著下降。4.2　有机铬在养猪业中的应用

从人(Freund等,1979)和猪(Steele等,1977)上得出的结论表明,铬可能通过影响胰岛素敏感性和葡萄糖耐受发挥其促生长和发育的作用。最近,为研究铬提高猪生产性能和改善胴体组成的机理,开展了大量的研究工作。同时,有研究表明,铬可能是影响母猪繁殖性能的重要因子。

4.2.1　有机铬对猪生长和胴体组成的影响

有机铬对猪生产性能和胴体组成的影响是模棱两可的。Page等(1993)、Lindemann等(1995a)和Mooney等(1995)均报道,在猪日粮中添加甲基吡啶羧酸铬能改善生长育肥猪的胴体组成。与此相反,Ward等(1995b)在日粮中分别添加乙酸铬、草酸铬、烟酸铬和甲基吡啶羧酸铬后,并未发现对生长育肥猪的胴体组成有任何影响。

铬缺乏对机体的影响在受到应激时更为严重。在将被运输的动物的日粮中添加铬有抗应激的作用。然而,对处于免疫应激状态和因拥挤引起的应激的情况下补充铬后,VanHengten等(1997)和Ward(1997)并没有发现任何有益的影响。Ward等(1997)的研究还表明,当日粮中氨基酸不足或处于临界状态时,补铬可提高动物的生长速度。补铬时间的长短是影响猪对铬反应的重要因素。在动物发育早期且补铬时间相对较短时,补铬的影响则很小(Mooney等,1997)。

生长育肥猪对补铬产生不同反应的原因需要进一步研究。Mooney等(1997)和澳大利亚BungeMeatIndustries(BMI)的近期研究则清楚地阐明了有机铬的应用潜力(Campbell,1998)。与不添加铬相比,在阉公猪和母猪(19.6kg～108kg)日粮中添加甲基吡啶羧酸铬,胴体组成和组织沉积速度发生了明显变化。有机铬对生产性能和胴体脂肪厚度无显著影响,但分别增加和减少了胴体蛋白质和脂肪含量。补铬也相应增加了蛋白质的沉积速度并降低脂肪沉积速度。此外,补铬使股臀部分割瘦肉量增加5.4%,脂肪减少8.3%(Mooney等,1997;见表1)。

22注:摘自Mooney等(1997)

表1　有机铬对猪生产性能、胴体特性和胴体组成的影响

BMI近期的研究表明,对去势公猪从30kg补甲基吡啶羧酸铬到100kg止,当蛋白质的摄入量超过正常需要时,动物的采食量下降,110kg时P2处脂肪厚度和背最长肌的L值(表示肌肉白色程度

值)均下降。Mooney等(1997)和BMI的研究表明:铬确实能影响组织代谢。其影响可能是通过肌肉和脂肪组织对营养物质供需的相对敏感性的变化介导的。Campbell(1998)认为,有机铬对于提高猪生产具有很大的潜力,但进一步了解有机铬的作用机理,以及确定有机铬在何种情况下能提高生产性能和胴体瘦肉率也很重要。

4.2.2　有机铬对动物繁殖性能的影响

近期的研究表明:铬可通过影响生育力(Camp-bell等,1998)和排卵(Lindemann等,1995a,b)提高母猪的繁殖性能。BMI从事了大量的工作以研究补铬是否具有提高商业品种繁殖力的作用以及在何情况下铬的作用最佳。

4.2.2.1　对青年母猪妊娠的影响

在BMI的试验中,动物采用限饲方式(2.2kg/d·头),在日粮中添加200μg/kg的甲基吡啶羧酸铬,补铬时间从交配当天到分娩结束。与Lindemann等(1995a)的结果相比,初产母猪妊娠期补铬对窝产仔数无影响,而经产母猪的窝产仔数有所提高。补铬使产仔率分别提高11%和13%。在分析其原因时发现,铬有提高动物整体健康水平的趋势,从而使母猪死亡数和流产数减少。在交配后42d不孕头数从6%下降为1.6%,在42d内再发情的母猪数也因补铬而降低(表2)。

陈勇:有机铬营养研究进展

表2　甲基吡啶羧酸铬对妊娠期母猪的影响%

营养研究

酸铬有提高产仔率的趋势,但对总产仔数无影响。有趣的是甲基吡啶羧酸铬对经产三胎的母猪有缩短断奶到再配种的时间间隔,并提高断奶后7d内发情母猪比例的趋势。结果还表明,经产三胎的母猪对补铬的反应重大。

BMI的试验表明,在繁殖周期中,当补铬的时

注:摘自Campbell(1998)

间相对较短时,有机铬可提高动物生育力,但对窝产仔数无影响。生育力提高的量则由动物的遗传特性决定。对于青年母猪,在整个妊娠期补铬其反应则更为复杂。不同胎次,不同补铬时间,母猪对日粮中

铬呈现不同的反应。有机铬对青年母猪(初产、经产二胎),生育力低下以及季节性不育具有明显的应用潜力。5　结　语

葡萄糖耐受变化是动物衰老过程的影响因素,也是蛋白质沉积能力、效率和瘦肉生长随年龄和体重增加而减少的主要原因。有机铬在代谢上的作用表明,矿物质确实能改变(提高)动物的葡萄糖耐受,从而提高生产性能和改善胴体组成。

有机铬通过改变机体葡萄糖耐受和胰岛素敏感性提高动物整体健康水平,从而提高母猪繁殖性能和种蛋孵化率。有机铬对繁殖性能低下母猪、青年母猪和夏季不育母猪的作用更明显。

以上研究表明,有机铬的应用取得了令人振奋的效果,在许多国家有机铬已被广泛添加于饲料中,但对有机铬的最佳添加量和添加阶段有待进一步明确。

(参考文献21篇,刊略,需者可函索)

研究表明,有机铬通过增加窝产仔猪数和提高母猪产仔率的方式提高母猪的繁殖力。有机铬提高

母猪生产力的原因有人认为,铬通过胰岛素起作用。胰岛素与动物的营养、代谢和繁殖状况密切相关。胰岛素作用于垂体,促进促性腺激素释放激素、黄体激素和卵泡刺激素的分泌和释放。这些激素直接作用于卵巢,加速卵泡的发育,提高排卵率以及雌激素和孕酮的水平。在妊娠早期,高水平的孕酮对于几种特殊的子宫蛋白(如子宫铁蛋白和视黄醇结合蛋白)的产生是必不可少的。视黄醇结合蛋白在整个妊娠期有助于胚胎和受精卵的附植。这些依孕酮蛋白也影响胚胎的存活和子宫内胚胎发育。因此,铬可能通过增加排卵率和胚胎存活率以及减少妊娠期间应激等方式影响母猪繁殖力(Close,1998)。4.2.2.2　成年母猪在不同阶段对补铬的反应

为进一步研究铬对母猪的影响,BMI进行了以下试验。试验组从交配至交配后35d内在母猪日粮中添加200μg/kg的甲基吡啶羧酸铬。

结果表明:从交配到交配后35d内甲基吡啶羧

23