第176期：利用化学特性预测肉鸡添加有机锰源的相对生物利用度
论文ID
原名：Use of chemical characteristics to predict the relative bioavailability of supplemental organic manganese sources for broilers
译名：利用化学特性预测肉鸡添加有机锰源的相对生物利用度
作者：S. Li2, X. Luo3, B. Liu, T. D. Crenshaw4, X. Kuang, G. Shao, and S. Yu
完成单位：Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100094.
Correspondence: Nutrition Div., Inst. Anim. Sci., Chinese Acad. of Agric. Sci., No. 2 Yuanmingyuan West Road, Haidian.（phone: 0086-10-62816012; e-mail: wlysz@263.net or wlysz @public.bta.net.cn）.
期刊：J Anim Sci.
影响因子：2.092
发表时间：2004-05-03
1、摘要
通过极谱分析和在缓冲液（pH = 5和pH = 2）和去离子水中的溶解度对12种有机锰源和MnSO4进行了评价。通过凝胶过滤色谱法对溶解度测试结果进行结构完整性评价。有机锰来源包括5个Mn蛋氨酸配合物（Mn Met A到Mn Met E）， 2个Mn蛋白（Mn Pro A和Mn Pro B）和5个Mn氨基酸（MnAA A到MnAA E）。来源在化学特性上有很大的不同；螯合强度（Qf）从弱配合物（Qf值=1.9）到强配合物（Qf值=115.4）。在pH = 5和pH = 2的滤液中未发现络合Mn。
试验采用42 d的生物测定法，分别对在饲粮中添加60、120或180 mg锰/kg的雏鸡进行锰源的相对生物利用度测定。随着饲粮Mn的增加，骨锰、心脏锰、心脏锰-超氧化物歧化酶活性（MnSOD）和心脏MnSOD mRNA均升高（P< 0.001）。不同锰源间只有心脏MnSOD mRNA有差异（P<0.10）。对于Mn的生物测定，心脏MnSOD mRNA水平比心脏或其他指标的MnSOD活性更敏感。相对于MnSO4，Mn MetE、Mn AAB和Mn AAC源在弱螯合、中等螯合和强螯合条件下，心肌MnSOD mRNA水平的斜率比分别为99、132和113%。结果表明锰的生物利用度与极谱测定的螯合强度关系相比于通过溶解度或结构完整性测定的化学特性关系更密切。
2、试验设计
3、结果与分析
表1：各生长阶段肉鸡基础日粮组成
3.1 锰源中的矿物质和氨基酸含量
有机锰源中的锰含量差异很大，在饲喂基础上从6.48%到17.44%不等（表2）。一些还含有不同数量的其他宏元素或微量元素。例如，Mn Met A和Mn MetD的Fe含量分别为1.16%和2.47%，Mn AA A的Cu含量为1.14%，Mn AAB的Zn含量为5.32%。元素浓度的变化可能是由于制备锰源时使用的载体材料所致。
Mn MetB中氨基酸含量最高，为50.6%;Mn AAD中氨基酸含量最低，为1.5%。四种Mn - Met配合物的蛋氨酸含量均高于其他有机锰源。这可能与锰产品生产中用作配体的成分有关。
表2：饲喂基础有机锰源的矿物质、精选氨基酸和总氨基酸（TAA）含量
3.2 溶解度和螯合性质
在每毫升溶剂1毫克锰产品浓度和生理温度下，大多数有机锰源在NaC、CA和0.4%HCl中高度溶解，溶解度超过95%（数据未显示）。唯一的例外是MnAA D在0.4% HCl中的溶解度（90.3%）。有机锰源在去离子水中的溶解度在5.8~97.9%之间，可能与载体材料的不溶性有关。
在pH值为2.0时，除Mn Pro B和Mn AA D的溶解度分别为74.1%和85.3%外，其余有机锰源的溶解度均大于95%（数据未示出）。锰源在pH5.0缓冲液中的溶解度从24.5%到99.1%不等。
图1：从Mn EDTA、蛋氨酸和Mn凝胶过滤的洗脱液馏分中，茚三酮反应物（组分32到36）的吸光度（570 nm）和洗脱组分中Mn的浓度（组分39到49）。Mn EDTA络合物（分数为25~31）含有2：1的Mn与EDTA的摩尔比，以提供过量的Mn（分数为40~49）。
图2：pH 2.0时，从Mn源凝胶过滤的洗脱液馏分中，茚三酮反应物的吸光度（570nm）和Mn的浓度（56 ~ 72）。所有的Mn以相同的比例洗脱，表明在pH 2.0的缓冲溶液中缺乏螯合物。
图3：在pH 5.0的缓冲溶液中，从6个Mn源凝胶过滤得到的洗脱液馏分中茚三酮反应物的吸光度（570 nm）和Mn的浓度（45 ~ 62）。所有的Mn与游离Mn以相同的比例洗脱，表明在pH 5.0的缓冲溶液中缺乏螯合物。
证实了凝胶过滤柱分离螯合物中不同大小的分子（如游离金属离子和金属）的能力。可见，离子锰以39至49级分洗脱（图1）。Mn EDTA螯合物在25-31组分中被洗脱，少量离子Mn在40 ~ 49组分中洗脱，蛋氨酸在32-36级分中洗脱。色谱分析表明，在pH2.0和5.0时，有机产物中的所有Mn与MnSO4渗滤液中的Mn在相同的级分范围内洗脱（图2和图3），表明在这些pH条件下，没有一种材料保持螯合状态。
图4：蛋氨酸（上图）和各种有机锰源的红外光谱。
DL-蛋氨酸的红外光谱有两个特征峰（图4）。一个弱峰位于大约2100 cm-1的波长处，代表氨基酸的氨基(−NH2)基团。位于3,000 cm−1附近的强峰对应于氨基酸的羧基（-COOH）基团。四种有机锰产物的光谱表现出一定的差异（图4），但甲硫氨酸生成的−NH2的弱特征峰（2,100 cm−1）在所有来源中都消失了，只在3,300~3,400 cm−1处检测到一个中等峰，对应于羧基键。后者与有机锰产品中氨基酸与锰之间的络合键或螯合键一致。
表3：有机锰源螯合效果测定
在饱和溶液中，12种有机锰源的酸度不同。有机锰产品的pH值从低至4.25到高达7.78不等（表3）。饱和溶液中的Mn浓度在0.019~0.579 M之间也有较大差异，但Mn浓度与pH没有直接关系。有机锰产品的螯合强度（以QF值表示）在1.9%~115.4之间变化。5种蛋氨酸锰产品（Mn Met A~E）、Mn AA D和Mn AA E均含有弱螯合锰，Qf值在1.9~4.7之间，Mn AA C锰表现出较强的螯合作用，Qf值为115.4，Mn AAA、Mn AAB表现出中度螯合作用，Qf值在10~100之间。
3.3 肉仔鸡生物测定试验
表4：肉鸡在不同时期饲粮中的锰含量
表5：饲粮锰源和水平对肉鸡生长性能和腿部畸形发生率的影响
在发育期和生长期饲粮的锰浓度分析结果与基础日粮中分析得出的浓度相加后计算出的近似值，计算方法是将每个来源的添加量相加（表4）。在这两个试验期内，锰源、添加锰水平或锰源与锰水平之间的交互作用均不影响雏鸡的日采食量、增重或饲料转化率（P>0.13）（表5）。生长期腿畸形发生率不受锰源或锰源与添加锰水平交互作用的影响（P>0.58）。但随着添加锰水平的提高，腿部畸形发生率降低（P<0.07）。腿部异常发生率的差异可以归因于饲喂对照饲粮雏鸡的反应。各添加水平间差异不显著（P>0.36）。
表6：饲粮锰源和水平对肉鸡组织锰含量、心脏锰超氧化物歧化酶（SOD）活性和MnSOD mRNA水平的影响
在第21天和42天，不同锰源之间或不同锰源和添加锰水平之间的交互作用对骨锰、心脏锰和锰超氧化物歧化酶（MnSOD）活性均无显著影响（P>0.12）（表6）。随着添加锰水平的提高，21d和42d的骨锰、心脏锰和心肌锰超氧化物歧化酶活性均呈线性上升（P<0.001）。21d雏鸡心脏MnSOD mRNA随锰水平的升高呈线性增加（P<0.001）。心脏MnSOD mRNA含量受锰源影响（P<0.10），饲喂Mn AA B的雏鸡对饲粮Mn的线性反应最大（P<0.07）。心脏MnSOD mRNA含量在不同锰源之间差异不显著（P>0.76）。饲喂MnAA B源肉鸡心脏组织反应的变化趋势表明，Mn AAB组锰源相比其他锰源具有更高的生物利用度。
表7：基于组织锰浓度、心肌中锰超氧化物歧化酶（SOD）活性和锰超氧化物歧化酶mRNA多元回归的相对生物利用度（RBV）
通过回归分析进一步评估了不同来源之间的相对差异。在试验期间，组织锰水平和活性变量随添加锰摄入量回归(表7)。在21d和42d，骨灰锰符合线性模型的系数（R2）最大（R2=0.89和0.63），其次是心脏锰浓度（R2=0.80和0.64）和心脏MnSOD活性（R2=0.67和0.44），表明42d的反应标准与饲粮锰的相关性不如第21d。因此，21d反应被用于计算相对生物利用度估计。心脏MnSOD mRNA在第21天的R2为0.71，而第42天心肌MnSOD mRNA表达的R2无明显变化。
在第21天，通过回归分析计算骨锰、心脏锰、MnSOD活性和心脏MnSOD mRNA的相对生物利用度（表7）。当对MnSO4的响应设置为100%时，骨灰Mn浓度对Mn Met E、Mn AA B和Mn AA C的估计相对生物利用度分别为95%、96%和93%；心脏Mn浓度的估计相对生物利用度为110%、127%和114%；心脏MnSOD活性的估计相对生物利用值分别为97%、129%和112%。不同来源的坡度差异不显著（P>0.14），但Mn AA B和Mn AA C，尤其是Mn AA B的有效性有高于MnSO4的趋势。根据心脏MnSOD mRNA估算相对生物利用度时，Mn Met E、Mn AA B和Mn AA C的相对生物利用度分别为99、133和113%。Mn AA B的坡度大于其他锰源（P<0.05），但不同坡度间差异不显著。根据对Mn水平的反应斜率，心脏MnSOD mRNA的反应比MnSOD活性或心脏中的Mn浓度更敏感（表7）。
4 结论
随着日粮锰浓度的增加，心脏中MnSOD mRNA的表达显著增加。作为锰源相对生物利用度测定的标准，MnSOD mRNA水平比心脏MnSOD活性或其他指标更敏感。基于心脏中MnSOD mRNA水平，商业有机锰产品中锰的生物利用度与螯合强度关系相比于通过溶解度或结构完整性测定的化学特性关系更密切。在测试的三种有机产品中，根据心脏Mn浓度、MnSOD活性和MnSOD mRNA的测定，具有中等螯合强度的锰源具有最高的生物利用度，螯合强度强的锰源往往比螯合强度弱的锰源或试剂级一水硫酸锰更有效。
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