關鍵詞 飼料添加劑；有機鉻；生物功能；合成；質量評價
Schwarz和Mertz在啤酒酵母中發現一種新的營養素——葡萄糖耐量因子（Glucose Tolerance Factor，簡稱GTF），后來又鑒定出GTF為含有煙酸、甘氨酸、谷氨酸、半胱氨酸的三價有機鉻配合物。GTF作為鉻的活性形式，具有增強胰島素活性的作用。家禽集約化飼養中，動物的營養應激、環境應激、免疫應激和代謝應激等可導致動物糖代謝、礦物質代謝發生一系列改變，引起糖原降解和糖異生作用加強，葡萄糖利用的加強導致鉻動員增加并最終排出體外。動物如果缺乏鉻，會產生葡萄糖、脂質和蛋白質代謝障礙。對應激動物補充鉻，可增加免疫力，改善內分泌，減少發病率和提高生產性能。
鉻鹽一般分為三價鉻鹽和六價鉻鹽，以及有機鉻鹽和無機鉻鹽。六價鉻毒性較大，三價鉻毒性較小，但在目前飼料法規定條件下，在畜禽飼料中添加無機鉻是不允許的。而吡啶甲酸的三價鉻鹽是無毒的，可用于飼料的添加。在吡啶甲酸的三價鉻鹽中，2-吡啶甲酸的三價鉻鹽（俗稱有機鉻）是最常用的飼料添加劑。目前國際上作為飼料抗應激添加劑的有機鉻主要為GTF組成相類似的配合物，如煙酸鉻、酵母鉻、吡啶甲酸鉻、氨基酸螯合鉻和蛋白質鉻等。無機鉻的吸收率很低，約0.4%～3%或更低（楊鳳，1991），六價鉻比三價鉻易吸收，一般要高3～5倍（張喬，1994）；有機鉻的吸收率相對較高，例如畜禽對啤酒酵母中的鉻-葡萄糖耐量因子（GTF）的吸收率高達10%～25%[1]。
β-興奮劑曾在我國的養豬業中使用，它可使生豬臀腿肌肉發達豐滿，背脂厚度降低，瘦肉率提高。可是，添加β-興奮劑后，易發生后肢腿軟、肌肉震顫、心跳加快、不耐受運輸應激，甚至有的宰后出現蒼白、柔軟、滲水豬肉或干、硬黑豬肉。由于β-興奮劑在豬肉中殘留，人食用后可出現不同程度的中毒現象，癥狀包括心悸、肌顫抖、頭昏、嘔吐、出汗等。鑒于這種情況，不少西方國家已禁止在動物生產中使用β-興奮劑，現在我國農業部也已明令禁止使用。有機鉻是β-興奮劑的理想替代品。
鉻的主要生理作用是通過強化胰島素功能而影響碳水化合物、脂類及蛋白質的代謝。近年來的研究證明，在動物高強度生長期，鉻不僅可調節蛋白質代謝，而且還可作為免疫調節劑來影響動物的健康和生長性能。鉻可以激活某些酶，并表現出與蛋白合成、核酸和脂類代謝有關。鉻可以減少動物的發病率和抗生素的使用量。如雛雞日糧中添加三價鉻可提高生長性能和飼料效率。如果給豬補充鉻可提高或加強能量代謝，改善胴體性狀，提高生長率，還可使血清膽固醇和皮質醇量下降，免疫球蛋白濃度提高。如果缺鉻，動物一般會引起生長不良，生命縮短，葡萄糖、脂類和蛋白質代謝紊亂，畜產品品質下降。在我國的糧食結構中，由于精制、加工和土壤被淋洗，鉻的攝取量很少。因此，不論是人類還是動物一般都缺鉻，這種效果可以從補鉻后動物生產能力的有利反應中容易看出，可以說畜牧生產所用的日糧中含鉻量都不夠，鉻的補給應該提到日程上來。如果缺乏足夠的GTF，胰島素的作用會受到抑制。借助于GTF,胰島素可以將葡萄糖和重要氨基酸迅速傳輸，通過細胞膜，進入細胞，產生能量和形成組織。血糖濃度因此得以維持正常水平，氨基酸用于蛋白質的合成，產生肌肉。除了參與蛋白質和碳水化合物的新陳代謝，鉻還在脂類的新陳代謝中起重要作用，它似乎是動物體內血清膽固醇濃度調節劑，從而防止脂肪組織的堆積。它可以增加胰島素的活性，參與蛋白質的合成和核酸、脂肪的代謝，降低體內脂肪含量，提高瘦肉率。鉻還可以使動物體內免疫系統加強，提高機體對不良狀況與應激狀況的抵抗力，提高瘦肉比例，降低脂肪，提高抗應激能力和機體免疫力。改善飼料報酬，促進動物生長。 提高母豬產仔率，降低乳豬的死亡率。近年來，隨著鉻在畜禽生物學研究方面的進展，發現鉻（Ⅲ）在降低畜禽應激、促進生長、提高酮體品質、增強免疫力、改善繁殖性能等方面表現出強大的優勢，鉻在未來養殖生產實踐中具有極大的發展潛力和應用前景。鉻（Ⅲ）作為飼料添加劑可促進生長育肥豬的增重，提高采食量并且縮短飼養周期。
1 鉻的生物學功能
1.1 提高胴體品質
研究表明，補鉻降低了飼喂缺鉻日糧的試驗動物及畜禽血液中循環膽固醇水平，膽固醇又是合成皮質醇的前體，故補充鉻可以改善肉質。在育肥豬飼糧中補鉻，提高了胴體品質和瘦肉率，降低背膘厚、脂肪率。鉻改善胴體品質的原因目前認為是鉻增強了外周組織對葡萄糖的有效利用，減少了蛋白質的降解，提高了生長激素的濃度。很多試驗表明，在生長期補鉻對增重和飼料效率無作用，在育肥期可提高日增重。Harper（1995）以斷奶仔豬為試驗對象，在玉米-豆粕-乳清粉的基礎日糧中添加200μg/kg有機鉻，結果仔豬生產性能得以改善，肥育期背膘厚明顯下降（P＜0.01）。Page等（1992）在生長育肥豬飼料中補加200μg/kg的吡啶羧酸鉻，也顯著提高了胴體品質和瘦肉率，降低了第10肋背膘厚。Lindemann等（1995）證實了豬14.5～104.3kg體重階段添加200μg/kg有機鉻時，背最長肌面積提高2.0cm2，第10肋骨處背膘厚降低3.4mm，瘦肉率提高2.1%。另外還有許多學者研究了不同來源的鉻和不同飼喂周期對生長育肥豬和胴體品質的影響，結果都確認了鉻的效果。其它畜禽，如雞、鴨、牛、羊等動物中都證明鉻能顯著改善胴體品質。
1.2 促進生長
鉻的利用可以促進畜禽增重、提高采食量和縮短飼養周期。Lindemann等(1995)在對14.5～104.3kg體重的豬進行試驗時，不僅研究了鉻對胴體性狀的影響，還研究了豬生長性能的變化，其結果顯示，飼料中添加200、500、1 000μg/kg的有機鉻時，200、500μg/kg組日增重由0.83kg分別增加到0.84、0.86kg，1 000μg/kg組日增重沒有變化。200、500μg/kg日采食量由2.43kg分別增長到2.48、2.55kg，1 000μg/kg組日采食量沒有變化。添加劑量以500μg/kg效果最顯著，但考慮到對胴體性狀的影響，作者認為添加200μg/kg最理想。也有人在育肥豬中分添加與不添加兩個組研究鉻對日增重的影響，結果在60～90kg階段和60～110kg階段，添加組比不添加組的日增重分別提高22.7%和15%，證明有機鉻的添加有利于促進生長。其它許多學者（Shbiyatno等，1993；Wang等，1995；Boleman等，1995）也得出類似的結論。
1.3 改善繁殖性能
鉻能改善母豬繁殖性能，顯著提高繁殖力，在豬的日糧中添加含鉻有機化合物,可提高母豬的產仔數。Lindemann等（1994）的研究成果表明，含鉻有機化合物可以明顯提高初產母豬的產仔數[2]。大量結果顯示，有機鉻的應用改善了畜禽繁殖性能的眾多指標，繁殖力顯著提高。Lindemann等（1994）的研究結果表明，吡啶羧酸鉻可以顯著提高初產母豬的窩產仔數。翟桂玉（1992）對兔的研究表明，缺鉻會增加精子畸形率、降低精液品質和母兔的產活仔數。Lindemann等（1995）也研究了有機鉻對繁殖母豬及其后代的影響，結果再次肯定了有機鉻在改善繁殖性能上的益處。
1.4 增強免疫力
鉻能夠增強免疫力，這是由加拿大Guelph大學首次報道的。后來許多學者對這一領域進行了大量研究，主要集中于對牛的研究（Chang等，1992；Sartin等，1988；Bunting等，1994）。Burton等（1993）給小肉牛補加鉻，結果顯著提高了傳染性牛鼻氣管炎疫苗的效價。同年，他用泌乳牛做試驗，結果發現補鉻也能提高許多抗原抗體反應。Chang等（1992）也證實補鉻可以提高牛血清中免疫球蛋白水平。很明顯，鉻在某些特殊免疫反應中充當免疫調節因子的作用，它通過對免疫反應的調節，增強機體的抗病力和適應性。
1.5 加強抗應激作用
現在發現，有機鉻的添加作用是廣泛的，除了能改善胴體品質和繁殖性能，促進生長和增強免疫力之外，還表現在改善內分泌、降低應激等方面。隨著集約化養殖的出現，各種因素（如熱、運輸、饑餓、擁擠、病原襲擊等）都會引起應激。有人（Orr等，1990；Nockels等，1990）研究證明，牛因運輸、禁食等因素出現應激時，尿中鉻的排泄量增加，人和大鼠中也有類似現象（Borel等，1984；Anderson等，1988），說明應激條件下鉻的需要量增加。Chang等（1994）在應激牛的日糧中補鉻，發現牛的外周淋巴細胞增殖作用加強，說明抗應激作用加強。
2 有機鉻的合成
有機鉻是近年來發展起來的一類重要的飼料及食品添加劑，尤其是在飼料工業方面有著廣泛的用處。據資料介紹，對于一位成年人，每日鉻的攝取量至少為50μg，對于動物來說，每日有機鉻的攝取量為1μg/kg。這可以看出，有機鉻用量是很大的。有機鉻可顯著促進動物的生長，可大大提高動物的瘦肉率，雞、鴨的產蛋率。該產品無毒無害，生產工藝基本無三廢，符合環保要求。 該產品的合成工藝有多種，但根據最新資料報導，生產有機鉻使用的主要原料為2-甲基吡啶，產品經兩步反應而得：首先是2-甲基吡啶經氧化反應得2-吡啶甲酸，然后2-吡啶甲酸再與鉻鹽反應即得產品。
2.1 煙酸鉻的合成[3]
稱取煙酸124g（1mol）置于1 000ml燒杯中，用100ml水濕潤，用6mol/l NaOH調pH值至8.0左右，同時加熱至80℃。另稱取CrCl3·6H2O 88g （0.33mol）于500ml燒杯中，加300ml水，加熱溶解并升溫至80℃左右，在攪拌下倒入上述煙酸鈉鹽溶液中，用少量水洗燒杯后合并入上述反應液中，在攪拌下用6mol/l NaOH調pH值到6.8～7.2，加水至總體積900ml，冷卻至室溫。抽濾，濾餅用水洗滌，再用乙醇（95%）洗一次，抽濾干，于室溫下揮發去乙醇，再用110℃充分干燥，得灰色煙酸鉻（Ⅲ）140g。
2.2 2-吡啶甲酸鉻的合成
2-吡啶甲酸鉻，即為吡啶甲酸鉻或吡啶羧酸鉻。李新生等[4]在100ml三角瓶中加入4.3g （35mmol） 2-吡啶甲酸的乙醇溶劑（溶于20ml無水乙醇）和2.0g （35mmol）氫氧化鉀，加熱攪拌10min，再滴加2.6g （10mmol）三氯化鉻的乙醇溶液（溶于30ml無水乙醇），繼續攪拌回流1h，有沉淀生成。過濾，真空干燥得3.7g玫瑰紅粉末，產率90.2%，熔點＞300℃。用類似方法也可制得3-吡啶甲酸鉻（墨綠色粉末）和4-吡啶甲酸鉻（灰藍色粉末）配合物。周保學等[5]對合成方法進行改進，用2.66g CrCl3·6H2O與3.69g吡啶酸，溶于l00ml水中，在250ml燒瓶中混合，于80℃加熱攪拌30min，溶液由綠變紅，用濃NH3·H2O緩慢調節溶液pH值至6.0，繼續攪拌1h，冰箱中5℃冷卻過夜，得深紅色產物Cr（C6H4NO2）3·H2O，抽濾，用水反復洗滌，55℃真空干燥4d，產率為96%。
初文毅等[6]采用2-甲基吡啶為原料，經氧化和絡合連續反應合成了2-吡啶羧酸鉻，最佳反應條件：2-甲基吡啶與高錳酸鉀及三氯化鉻的最佳摩爾比為1：2.5：0.35，溶劑量為2-甲基吡啶的22倍，氧化溫度為80～82℃，絡合溫度為40～45℃，收率為82.7%，不僅使得合成工藝簡化，而且生產成本降低。
2.3 蛋氨酸鉻的合成[7]
稱取DL-蛋氨酸150g（1mol）置于2 000ml燒杯中，稱取CrCl3·6H2O 88g （0.33mol）與蛋氨酸混合，加入750ml水，攪拌并加熱至80℃左右。在攪拌狀態下用6mol/l NaOH調至溶液pH值為6.8～7.2，反應液由綠變成玫瑰紅色。冷卻至20℃以下抽濾，濾餅用水洗滌，抽干，再用95%乙醇洗滌后抽干，先于室溫下干燥，再于100℃充分干燥，得玫瑰紅色蛋氨酸鉻（Ⅲ）152g。最佳的反應條件：pH值為7.0，溫度為80℃，配體摩爾比為Met：Cr=3：1，蛋氨酸濃度為15%。該制備過程的蛋氨酸螯合鉻產率為48.41%。蛋氨酸鉻的分子式為CrC15H30N3O6S3，結構式為Cr（NH2CHCH2CH2SCH3COO）3，相對分子質量497.0。37℃時的溶解度為42mg/100ml，熔點為352～356℃。
3 有機鉻產品的質量評價
有機鉻是由三價鉻離子和有機配體組成的化合物，由于生產方法的不同，市售產品質量參差不齊，導致三價鉻離子和有機配體的含量不吻合，即產品的純度或含量不高，產品質量不好。由于在生產過程中一般采用調節pH值的方法來生產有機鉻產品，必然會因操作工藝和條件的出入，使部分三價鉻離子生成氫氧化鉻沉淀，使產品中的鉻含量偏高。如無水的吡啶甲酸鉻及煙酸鉻中鉻的理論含量均為12.43%，而市售產品中鉻的含量一般都在14%以上，有的更高。
3.1 有機鉻產品中鉻的含量測定與質量評價
從物質結構上分析，有機鉻的分析可以通過無機和有機分析兩種途徑進行。無機分析可以直接檢測其中鉻元素，但缺點是無法區分是人體所必需的三價鉻還是對人體有害的六價鉻，且無法了解與鉻相連的是何種基團。有機分析可以通過特征響應波長對整個有機鉻分子進行合理準確地分析，因此屬于比較理想的檢驗方法。有機鉻含量較好的測定方法是采用高效液相色譜分析方法，將標準溶液及試樣溶液注入色譜儀中，以保留時間定性，以試樣峰高或峰面積與標準比較定量。但這種方法需要該種有機鉻的標準樣品，購買比較困難。
萬玉萍等[8]采用高效液相色譜法測定保健食品中吡啶甲酸鉻的含量，色譜條件：AgilentC18色譜柱（5μm，4.6mm×150mm），流動相為甲醇：乙睛：0.1mol/l NaH2PO4（H3PO4調節pH值為3）=10：5：85的溶液，檢測波長為254nm，流速為1ml/min，柱溫為30℃。試驗結果表明，吡啶甲酸鉻在0.232～1.16μg范圍內色譜峰面積與進樣量呈良好的線性關系，回歸方程：y=2.27+1.96×103x，r=0.999 9。
實際中一般采用測定樣品中的三價鉻含量來評價產品質量，測定方法比較多，有原子吸收法、ICP方法、分光光度法、滴定分析法等。如在萬分之一電子天平上稱取上述制備的各種鉻螯合物內絡鹽各25mg左右（平行兩份）于100ml三角瓶中，加入2.5ml濃HNO3和2ml濃HCl于電爐上小火消化，隨之蒸發出大部分酸，冷卻，用水洗入100ml容量瓶中，定容并搖勻（溶液呈Cr3+的藍色）。用等離子發射光譜儀測定Cr含量，以50μg/ml的Cr3+標準液為標準品，按上述方法同等處理后的溶液做空白校正。金嬋等[9]采用原子吸收法測定了鉻的含量，取0.2～0.5g酵母干粉樣品于消化瓶中，加入8ml左右的HClO4-HNO3（4：1）混合液，將消化瓶置于電爐上消化，當溶液變為無色時即可停止消化。將消化液轉移到10ml的容量瓶中，用5.0%濃度的HNO3溶液定容。測試條件為：燈電流I=12mA，通帶AA=1.6nm，波長λ=357.8nm，燃燒器高度=7.5mm，空氣流量=9.4L/min，乙炔氣流量=2.5L/min。根據標準曲線即可得出待測樣中的鉻含量。王晴等[10]用ICP方法測定了煙酸鉻(Ⅲ)中的鉻含量，稱取煙酸鉻（Ⅲ）25mg于100ml三角瓶中，加入濃硝酸2.5ml和濃鹽酸2ml置于電爐上小火消化，冷卻后，用水定容至100ml容量瓶中(溶液呈Cr3+的藍色)，采用等離子發射光譜儀測定，以50μg/ml的Cr3+標準液對照，同法做空白試劑。
只秉文等[11]采用了兩種容量分析方法測定煙酸鉻中鉻的含量。①濕法氧化法。準確稱取約2.000 0g樣品，溶于100ml水中，加入15ml硫酸-磷酸混合液，加熱至沸騰，濃縮至體積約為30ml，此時溶液為綠色透明溶液，冷卻后轉入250ml容量瓶中，加水至刻度，搖勻。用移液管準確移取上述液25.00ml于錐形瓶中，加0.1mol/l硝酸銀溶液和10g/l硫酸錳溶液各1ml，加熱至沸騰后分數次加入固體過硫酸銨直至出現高錳酸鉀的紫紅色后再煮沸10～15min，滴加氯化鈉飽和溶液至溶液的紫紅色消失，繼續煮沸10min，冷卻。加8ml（1+1）硫酸，3滴N-苯基鄰氨基苯甲酸指示劑，用0.100 0mol/l硫酸亞鐵銨標準溶液滴定，溶液由櫻紅色變為翠綠色即為終點。②干法氧化法。準確稱取1.500 0g樣品于坩鍋中，加5g氫氧化鈉和3g過氧化鈉混勻。在電爐上炭化至無煙后，將樣品放入箱式爐中，于800℃灼燒2h后，取出冷卻。用4mol/l硫酸及少量水分次浸取，將浸取物完全轉入250ml容量瓶中，用水定容至刻度，混勻。用移液管準確吸取上述液50.00ml于碘量瓶中，加1g碘化鉀和4mol/l硫酸20ml，搖勻，于暗處放置10min,加80ml水，用0.100 0mol/l硫代硫酸鈉標準溶液滴定，近終點時加入5g/l淀粉溶液指示劑3ml，繼續滴定至溶液藍色消失，同時作空白試驗。
高鉻酵母中的鉻大部分以有機鉻的形式存在，且有機鉻的含量多少也是評價高鉻酵母營養價值的標準之一。丁文軍等[12]對高鉻酵母中有機鉻和無機鉻進行了分離測定，將0.2～0.3g酵母干粉加入盛有9ml蒸餾水的離心管中,每隔一段時間進行徹底的攪拌，靜置12h，然后以3 500r/min轉速離心20min，反復進行幾次，吸取上清液用原子吸收法測定無機鉻含量。將下層沉淀移出離心管，消化、定容，便可測得有機鉻含量。
3.2 有機鉻產品中配體的含量測定
有機鉻產品中配體的含量一般采用高效液相色譜分析方法測定。王晴等[10]測定了煙酸鉻（Ⅲ）中的煙酸，稱取煙酸鉻（Ⅲ）30mg于50ml容量瓶中，加入草酸500mg，再加入水3ml，于沸水浴上加熱直到溶液澄清并呈藍色（說明煙酸鉻中的鉻為Cr3+）。冷卻后加入0.02mol/l乙二胺四乙酸二鈉20ml，搖勻后再加入6mol/l氫氧化鈉2ml，定容、搖勻，放置30min，過濾后取濾液用高效液相色譜儀分析。分析條件如下，色譜柱：Dupont SAX（高250mm，直徑4.6mm）；流動相：0.1mol/l磷酸二氫鉀+0.01mol/l乙二胺四乙酸二鈉，pH值為4.2；檢測波長：λ=261nm；流速：1.0ml/min。
3.3 有機鉻產品中其它組分的測定
有機鉻產品中其它組分，如氯離子、砷、鉛可參考有關飼料標準進行測定。特別是砷、鉛的含量應低于國家對飼料產品允許的范圍之內。由于生產有機鉻產品時，一般用三氯化鉻與煙酸、吡啶甲酸、氨基酸、檸檬酸等有機配體反應，通過用堿（燒堿或純堿）調節pH值的方法來得到產品，因此必然會有氯化鈉之類的副產物生成，要使產品質量好，應把氯化鈉分離除去，產品中的氯離子含量應較低。
因此，三價鉻離子和有機配體的含量是否吻合；是否與其分子結構組成一致；產品中的氯離子含量的高低；砷、鉛等有毒元素的含量；六價鉻離子含量等，這些都是評價有機鉻產品質量好壞的重要標準。
總之，對含鉻有機化合物的大量研究表明，它在生物機體中具有多種極其重要的活性功能。穩定常數相對小、溶解度相對大的鉻（Ⅲ）螯合物對動物營養作用將可能更好。隨著人們研究的深入和認識的提高，相信含鉻有機化合物將會在我們生活中發揮越來越大的作用。從目前試驗結果的報道來看，對有機鉻的應用研究取得了令人鼓舞的效果，有機鉻由此可能成為能夠給人類健康和動物生產帶來重大意義的新型營養型添加劑。
參考文獻（略）
