伴随着饲料工业的迅速发展，微量元素饲料添加剂经历了从第一代无机态矿物盐类（如硫酸锌、硫酸铜和亚硒酸钠等）、第二代有机态矿物盐类（如柠檬酸锌和葡萄糖酸铜等）及第三代微量元素-氨基酸螯合盐类（如赖氨酸铁、蛋氨酸铜和赖氨酸硒等）的发展历程。氨基酸微量元素螯合物是由氨基酸或短肽物质与微量元素通过化学方法螯合而成的一种新型饲料添加剂，具有改善金属离子在体内的吸收和利用、防止微量元素形成不溶性物质以及一定的杀菌和改善机体免疫功能的作用，对提高畜禽生产性能和抗应激能力等方面的效果十分明显，尤其是在奶牛生产中，因其消化系统结构复杂，许多因素都会影响微量元素的吸收与利用，无机微量元素在瘤胃中易与内容物形成不溶性盐，吸收率很低，大部分经粪便排出体外，而氨基酸微量元素螯合物具有良好的稳定性和过瘤胃功能，直接以氨基酸螯合物的完整形式进入小肠被吸收、代谢，吸收率是无机盐的2~6倍，从而满足奶牛对微量元素的营养需要。
1氨基酸微量元素螯合物的性质、种类及代谢机理
氨基酸微量元素螯合物是由某种可溶性的金属盐中的一个金属离子（如Fe2+、Cu2+、Zn2+、Cr3+、Mn2+等）与氨基酸按一定的摩尔比以共价键结合而成，氨基酸的平均分子量为150，所生成螯合物的分子量不超过800。它具有一个或多个螯环结构，且以五元环较为多见，分子内电荷趋于中性，具有良好的生化稳定性，在胃肠道内金属离子不易离解，不易受饲料中植酸、钙、纤维、磷酸的影响。通过胃肠道的吸收放射性同位素测定显示，氨基酸螯合物被吸收代谢的程度优于其他一般无机盐微量元素的300％。
从氨基酸微量元素螯合物的研制到市场推广，其产品可大体分为以下三类：一类是单一氨基酸微量元素螯合物。它是由某种特定的氨基酸（如蛋氨酸、羟基蛋氨酸、赖氨酸或甘氨酸）与某种微量元素在一定的pH值、按严格的反应物摩尔比和一定的反应温度等条件下进行螯合而成。这类产品组成固定、性质也比较稳定，功效确切。二类是蛋白水解混合物或多肽微量元素螯合物。多由蛋白质原料（动物或植物性）水解而来的氨基酸（彻底水解）或多肽（不彻底水解）的混合物与某种微量元素螯合而成。相对于前者稳定性差，合成条件难以把握，组成成份变异较大，产品质量也难以控制。三类是含氮杂环羧酸微量元素螯合物。主要指吡啶羧酸铬等产品，含氮杂环（主要是吡啶环）羧酸化合物分子中的氮原子，在与微量元素螯合时，相当于氨基酸分子的氨基而生成稳定的螯合物。
氨基酸微量元素螯合物对动物的作用机理尚处于探讨阶段，目前有两种假说：一种假说认为螯合强度适宜的微量元素螯合物进入消化道后，可以避免肠腔中拮抗因子及其他影响因子对矿物质元素的沉淀及吸附作用，直接达到小肠刷状缘，并在吸收位点处发生水解，其中的金属以离子形式进入肠上皮细胞，并吸收入血液使进入体内的微量元素增加。此假说强调的是，适宜稳定常数的微量元素螯合物在消化道内的存在形态与无机微量元素不同，生物活性高的主要原因是到达吸收部位并被吸收进入血浆的量比无机形态多。另一种假说则认为氨基酸微量元素螯合物以完整的形式直接吸收进入血浆并到达组织器官中。
2氨基酸微量元素螯合物在动物体内的作用特点
2.l防止不溶性物质的形成，并具有保护环境的作用
植物性饲料中所含的植酸、草酸、磷酸根离子，容易与微量元素结合生成动物难以吸收的不溶性盐而排出体外，饲料中添加的四环素类等药物，也会与微量元素形成螯合物，从而影响微量元素的吸收。微量元素螯合物由于其特殊的结构，具有较好的化学稳定性，分子内电荷趋于中性，在体内pH环境下，金属离子得到了有效的保护，既有防止与饲料中植酸、磷酸根离子等的结合作用，又有阻止动物消化道中不溶性胶体的吸附作用，从而提高了动物机体对金属离子的吸收。
氨基酸微量元素螯合物可以满足动物对微量元素的需要，可以30%～50%的比例替代相应的无机盐，还可以在一定程度上增强动物抵抗疾病的能力，相应减少抗生素的应用，以减少排泄物中排出量，减少对环境的污染。
2.2避免相互拮抗和减少对维生素等营养物质的破坏作用
微量元素之间存在着复杂的拮抗作用，如Fe与Zn之间、Cu与Mo之间，同时大多数饲料添加剂中使用石粉作载体和稀释剂，无形中增加了Ca2+的含量，而Ca2+对多种微量元素均有拮抗作用。微量元素被氨基酸螯合后，生成稳定常数适中的螯合物，在化学结构上离子键与配位键共存，具有很好的化学与生物稳定性，抑制了矿物质间的相互影响。微量元素螯合物中的金属离子在配位体氨基酸的保护下，可有效地抵御与其他离子生成难溶的无机盐，缓解矿物质间的拮抗竞争作用。
另外，无机金属离子在饲料的生产贮运中容易发生氧化还原反应，如Fe2+易氧化成Fe3+，这种氧化产物或氧化还原反应过程会氧化或催化破坏饲料中的维生素。利用螯合物中游离金属离子少的特点，可以降低对维生素的破坏程度从而减少日粮中维生素的添加量。实验证明，大多数维生素对Fe2+和Cu2+氧化物的催化性都很敏感，如VC当有0.0002mol/L金属离子存在时，其分解速度可加快1000倍，因此以螯合物的形式添加Fe2+和Cu2+，则可防止维生素被破坏。杨敏等（2001）的试验结果表明，氨基酸微量元素螯合物能显著降低预混料中VA和VB1的损失率，维生素在添加微量元素螯合物的预混料组内的存留率要比无机微量元素组高40%左右。
2.3独特的吸收方式提高了微量元素的吸收率，并具有一定的缓冲作用
无机元素穿过细胞膜被机体吸收，需要载体分子把金属离子包被起来，在细胞膜外形成一种有机的脂溶性复合体，才能使阳离子穿过细胞膜。Found（1974）认为，位于具有五元环或六元环螫合物中心的金属离子可通过小肠绒毛刷状缘，而且所有氨基酸微量元素螯合物都可以以氨基酸的形式吸收。Vander-grift（1991）也提出，金属一旦与氨基酸、肽螯合，那么该矿物质元素在体内的吸收、代谢情况完全由与之螯合的氨基酸、肽决定。氨基酸微量元素螯合物的这种特殊的吸收机制，很大程度上提高了其生物效价。Graff（1970）认为，氨基酸螯合铁的吸收率为无机铁（硫酸亚铁、碳酸铁、氧化铁）的4.9倍。Kegley等（2003）认为，蛋氨酸铁的生物学效价相当于180%的硫酸亚铁。Wedekind等（1992）的报告指出，蛋氨酸锌之中锌的生物利用率是硫酸锌的206%。
金属离子和有机配体的反应为金属离子在介质中的浓度提供了一个缓冲系统，缓冲系统通过离解螯合物的形式来保证金属离子浓度恒定。无机盐会影响胃肠内的pH值和体内的酸碱平衡，氨基酸微量元素螯合物为体内正常中间产物，对机体很少产生不良的刺激作用，有利于动物采食和胃肠道的消化吸收。氨基酸螯合铜在肠道中以胞饮的方式被完整吸收，金属离子不需要与载体蛋白结合，这样便不会发生竞争性的吸收。此外，日粮中的纤维、植酸、草酸、磷酸根等都可以与金属离子结合形成沉淀而影响无机金属离子的吸收，而氨基酸螯合铜中的铜离子则不受或者受到较少影响（Wedekind等，1992）。
2.4双重营养作用及增强免疫、抗病抗应激作用
动物在摄入氨基酸微量元素螯合物时，同时摄入了动物所必需而饲料中往往缺乏的两种营养物质--微量元素和氨基酸，因而具有双重营养作用。
另外，氨基酸微量元素螯合物具有增强抗菌能力、提高免疫应答反应、促进动物细胞和体液免疫力的功效，对某些肠炎、皮炎、痢疾和贫血有治疗作用，同时可以增强体内酶的活性，提高蛋白质、脂肪和维生素的利用率。氨基酸微量元素螯合物被吸收进入动物体后，可将螯合的微量元素直接运输到特定的靶组织和酶系统中，满足机体需要。据报道，氨基酸螯合物可能作为“单独单元”在动物体内起作用，如改进动物皮毛状况，减少早期胚胎死亡等。氨基酸微量元素螯合物还具有良好的抗应激功能。Vandergrift（1994）认为，氨基酸微量元素螯合盐对畜禽的作用不仅仅是其中的微量元素或氨基酸的生物学效价提高，而且它们还对动物有特殊的营养作用，如参与细胞内氧化代谢过程、增强动物的免疫力等。YuBi等（2000）试验表明，与添加同剂量硫酸亚铁比较，添加复合氨基酸螯合铁显著提高红细胞体积、血红蛋白水平和血浆铁水平，提高肝脾铁血素和铁蛋白含量以及肌肉中总铁含量、血红素铁浓度。
2.5毒副作用小，适口性好且适用动物的不同时期
无机微量元素添加过量会造成动物的中毒。试验证明，氨基酸微量元素螯合物的半致死量远远大于无机盐，毒副作用小，安全性好，且具有较好的适口性，易为动物采食吸收。在动物生长发育、繁殖等特殊时期，代谢的速率及模式将发生变化，氨基酸微量元素螯合物不但能大大减少植酸盐的络合排出微量元素的作用，并相对改善微量元素在机体内贮存和释放，使吸收速率提高，微量元素自身的生理生化作用也能在高峰需求时得到充分发挥。
总之，氨基酸微量元素螯合物的生化特性、吸收方式、代谢途径、安全性均有别于无机微量元素，具有较高的生物学效价，有益于动物的生理功能的充分发挥。
3氨基酸微量元素螯合物在奶牛生产中的应用
3.1对营养物质消化代谢的影响
对奶牛等反刍动物来说，氨基酸微量元素螯合物具有较好的稳定性，既防止了瘤胃微生物对氨基酸的降解作用，以提供更多的过瘤胃氨基酸和微量元素供瘤胃之后的消化道吸收利用，同时也可避免某些微量元素对瘤胃的不良作用，因此氨基酸螯合物具备良好的过瘤胃性能和较高的生物利用率。Heinrichs和Conrad博士等在美国俄亥俄州奶牛研究中心的试验表明，氨基酸锌在瘤胃中96小时后仍不会被降解，这样能保证其顺利通过瘤胃而不被破坏，与无机锌源相比，有机锌（包括蛋白螯合锌和氨基酸螯合锌等）源的生物利用率可以提高10~30%。蛋氨酸锰中锰的生物利用率比无机盐形式的锰高20％，奶牛日粮添加氨基酸螯合锰替代50％氧化锰后，试验动物血中锰含量增加。
3.2对动物机体免疫功能的影响
日粮中添加氨基酸微量元素螯合物还具有调节体内酶活性的功能。有研究认为日粮中添加氨基酸微量元素螯合物可以使奶牛血中丙氨酸转氨酶活性提高173.9%，并且血中铜的主要载体-血浆铜蓝蛋白的含量提高了1倍，而喂以无机化合物时酶活性只提高了9.3％。对于氨基酸铜螯合物，用50％氨基酸螯合物替代日粮中的无机盐形式的铜，可提高Cu-ZnSOD的活性、体内铜含量及奶牛的繁殖力。另据报道，日粮中添加蛋氨酸锌的奶牛，所含的氨基酸锌具有活化β-胡萝卜素的作用，并将其转化为维生素A，从而使血浆中维生素A含量上升，保护生殖道及皮肤粘膜，防治奶牛乳房炎、子宫内膜炎等奶牛顽疾的发生，提高整个牛群的健康水平，从而为“无抗奶”的生产提供营养物质基础。
3.3对奶牛生产性能的影响
氨基酸微量元素螯合物的独特之处在于其以过瘤胃氨基酸的形式通过瘤胃而不被破坏，能有效抵消瘤胃微生物的降解作用，无需耗能直接进入肠细胞内，发挥出理想的生理功效。Kellogg（1990）报道，当奶中的细胞增多和发生蹄病时，饲喂奶牛含锌为360mg/（天%26#8226;头）的蛋氨酸锌后，产奶量平均提高6%，并且乳脂率和乳蛋白含量无明显变化，奶中的体细胞数（SCC）下降了49.8%，蹄的视觉评分明显改善。Christy（2002）报道，饲喂添加铜、铁、锰的氨基酸螯合物日粮的奶牛，产奶量可提高1.36kg/头，乳脂率提高0.1%-0.3%。李成会等（2004）研究表明：氨基酸微量元素螯合物对提高产奶量、改善奶品质量具有重要作用，试验期末，试验组奶牛产奶量与对照组相比提高10.34%，乳蛋白含量提高3.4%，奶料比、乳脂率和非脂固形物含量无明显变化。田文儒等（2004）研究表明，在奶牛日粮中添加增奶灵（主要成分为羟基蛋氨酸锌和MHB），可提高产奶量4.5%-13.6%，乳中体细胞数显著下降，乳脂率没有变化，此外，试验组牛蹄的质量明显改善。
另外，Herrick（1989）报道认为，蛋氨酸锌可预防腐蹄病及其它蹄病。
Manspeker(1993)报道，对奶牛进行7年研究发现氨基酸螯合物对卵巢活动、子宫内膜健康、胚胎的活动及总的繁殖力有积极作用。Spain等（1993）研究发现饲以锌蛋白盐的奶牛其新发生乳房感染率要显著少于饲以氧化锌的奶牛。美国伊利诺大学的研究表明，给每头奶牛每天补充蛋氨酸锌40mg，使腐蹄病的发生率下降，蹄叶炎、软蹄病、蹄踵裂及蹄部溃疡等均有改善。
