礦物質元素和維生素對雞蛋殼顏色的 影響及其可能機制

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雞蛋蛋殼顏色與內在蛋品質和雞蛋本身的營養(yǎng)價值沒有直接關系，但是蛋殼顏色和光澤度的改變能間接反映蛋雞健康狀態(tài)及其雞蛋品質，也是消費者衡量雞蛋品質及是否購買的最直觀指標。蛋殼顏色具有較高的遺傳力( 0.58 ～ 0.76) [1]，但是生產(chǎn)上蛋雞易遭受各種應激，如某些營養(yǎng)素的過量或不足、環(huán)境的改變等，使蛋雞生產(chǎn)性能下降，蛋品質降低，蛋殼顏色變淺，危害蛋雞自身健康[2]。而雞蛋顏色的變淺也會直接影響雞蛋的外觀，降低銷售價格和利潤，阻礙蛋雞生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。

1、蛋殼色素的形成

蛋殼色素主要由3種成分組成:原卟啉Ⅸ(C34H34N4O4 ) 、膽綠素( C33 H34O6N4 ) 和膽綠素鋅螯合物[3-4]。原卟啉Ⅸ形成褐色、黃色或粉色; 膽綠素及其鋅螯合物形成綠色。3 種成分按照不同的比例形成不同的顏色[5]。褐殼蛋殼中的色素主要是原卟啉Ⅸ，綠殼蛋殼中的色素主要是膽綠素。

蛋殼色素沉積在蛋殼上。雞蛋中除蛋黃外，其余都在輸卵管中形成，其中膨大部分泌蛋清，峽部形成蛋殼膜，而蛋殼在子宮部形成，在蛋殼形成的最后階段，蛋殼腺上皮細胞分泌的色素會主要沉積在蛋殼表面。而蛋殼結構又包括 6 部分，從內到外分別為內殼膜、外殼膜、乳頭層、柵欄層、垂直晶體層和油質層[6]。而蛋殼色素主要沉積于油質層上。

蛋殼色素與血紅素關系密切。血紅素的生成需要原卟啉Ⅸ的參與，膽綠素可由血紅素分解形成。而血紅素加氧酶( HO) 是血紅素分解代謝過程中的關鍵酶，其功能是將血紅素分解生成膽綠素、二價鐵離子( Fe2+) 和一氧化碳( CO) [7]。血紅素合成通路被分為 4 個過程[8]，即吡咯環(huán)的生成、四吡咯的組裝、四吡咯側鏈的修飾和原卟啉Ⅸ原氧化生成原卟啉Ⅸ并與 Fe2+螯合，如圖 1[9]所示。

血紅素合成通路的第1 過程，在δ-氨基-γ-酮戊酸合成酶( ALAS) 的催化下，琥珀酰輔酶A和甘氨酸于線粒體內縮合生成δ-氨基 - γ - 酮戊酸( ALA) ，ALAS是限制血紅素合成整體效率的重要酶[10]，并且其活性也會受到環(huán)境中血紅素含量的抑制性反饋調節(jié)。合成的ALA隨后被轉運至胞漿中。一旦進入細胞液，2 分 子 ALA 在 δ -氨基-γ-酮戊酸脫水酶( ALAD) 的催化下，脫水縮合成 1 分子膽色素原( PBG) ，此時吡咯環(huán)結構生成。

第2過程于胞漿中完成，4個分子的 PBG 在膽色素原脫氨酶( PBGD) 的作用下縮合生成羥甲基膽素( HMB) ，形成 1 個不穩(wěn)定的四吡咯聚合物。第3 過程，HMB 在尿卟啉原Ⅲ合成酶( UROS ) 的作用下，其 D 環(huán)倒置并閉合四吡咯大環(huán)生成尿卟啉原Ⅲ( UROgenⅢ) 。UROgenⅢ經(jīng)尿卟啉原Ⅲ脫羧酶催化，依序去除乙酸側鏈上 4 個羧基轉變成糞卟啉原Ⅲ( CPgenⅢ) 。胞液中生成的 CPgenⅢ被轉運至線粒體內，在糞卟啉原氧化酶( CPOX) 的作用下轉變成原卟啉原Ⅸ。第 4 過程即原卟啉原Ⅸ氧化酶( PPOX) 催化發(fā)生氧化反應進而生成原卟啉Ⅸ。最后亞鐵螯合酶( FECH) 催化一個 Fe2+與原卟啉Ⅸ結合，合成血紅素。

然而，原卟啉Ⅸ的形成機理尚未完全明確。

原卟啉Ⅸ由 ALA 合成，在血紅素合成通路中，原卟啉Ⅸ是由原卟啉原Ⅸ在 PPOX 的氧化作用下失去 6 個氫原子生成的。研究表明原卟啉Ⅸ產(chǎn)生具有氧氣依賴性，在有氧氣存在的條件下原卟啉原才能被氧化生成原卟啉Ⅸ，且在一定氧氣濃度范圍內 原 卟 啉 Ⅸ 的合成率隨氧氣含量的增加而提高[11]。

哺乳動物細胞中原卟啉Ⅸ形 成 的 關 鍵 酶 是PPOX。但是禽類中尚未發(fā)現(xiàn) PPOX，而是通過與氧氣作用，使原卟啉原Ⅸ氧化成原卟啉Ⅸ[12]。

Sparks 等[13]推測子宮固有層分布由管狀腺細胞合成無色的原卟啉原，然后轉移至上皮細胞發(fā)生自動氧化，生成有色的原卟啉Ⅸ并積累在蛋殼腺中。

因此，氧氣的存在可能成為蛋殼腺中原卟啉Ⅸ形成的關鍵因素。李光奇等[14]通過轉錄組測序及蛋白質組學發(fā)現(xiàn)，深褐殼蛋雞組與淺褐色蛋雞組表達的差異轉錄本和蛋白質共同參與的氧化磷酸化這一過程，而這一過程消耗氧氣。在產(chǎn)淺褐殼蛋雞的蛋殼腺中有 4 個差異表達轉錄本和 14 個差異表達蛋白質上調，說明產(chǎn)淺褐殼蛋雞蛋殼腺內氧化磷酸化水平較髙，從而消耗更多的氧氣。這可能造成細胞內氧氣含量的減少，從而抑制原卟啉原Ⅸ生成原卟啉Ⅸ，導致蛋殼顏色變淺。所以細胞內氧氣含量的多少影響著原卟啉Ⅸ的生成，但是體內氧化還原反應產(chǎn)生過多的自由基可使機體遭受氧化應激而影響蛋殼顏色。

膽綠素形成機理已經(jīng)基本清楚，其受到主效基因 SLC01B3 調控。Wang 等[15]報道在產(chǎn)綠殼蛋雞的蛋殼腺中，1 個 EAV-HP 內源病毒元件的完整插入到有機陰離子轉運家族成員 SLC01B3 基因 5'側翼區(qū)內，導致其可以轉運膽綠素，沉積到蛋殼表面形成綠殼雞蛋。

2、部分微量營養(yǎng)素對蛋殼顏色的影響

蛋殼色素的形成與沉積受多個基因共同決定，具有較高的遺傳力( 0.58 ～ 0.76) [1]，同時也受許多因素影響，其中飼糧的營養(yǎng)成分可以影響蛋殼顏色，且生產(chǎn)中常常發(fā)現(xiàn)蛋殼的顏色會隨著飼糧的改變而發(fā)生變化。鐵參與血紅素的形成; 釩使機體產(chǎn)生氧化應激和細胞凋亡; 維生素對于維持上皮細胞功能完整性和機體抗氧化功能，對原卟啉Ⅸ和血紅素的生成有重要作用，且礦物質元素、維生素之間有相互協(xié)同或拮抗作用。所以飼糧中一些微量營養(yǎng)素的含量高低會影響蛋殼顏色的改變。

2.1 礦物質元素對蛋殼顏色的影響

2.1.1 鐵鐵參與血紅素的形成，添加一定量的鐵可以改善蛋殼的顏色。Seo 等[16]通過添加 100 mg /kg大豆蛋白鐵于飼糧中，顯著增加了蛋殼顏色，經(jīng)測定血漿中的血紅蛋白也隨之增加。Park 等[17]發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加 100 mg /kg 硫酸亞鐵和蛋氨酸螯合鐵也能顯著增加蛋殼顏色。Paik 等[18]也發(fā)現(xiàn)，添加 100 mg /kg 的有機鐵于飼糧中能顯著提高蛋殼上色素的沉積。而袁建敏等[19]發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加 80 mg /kg 的鐵，相對于 60 mg /kg 的鐵，蛋殼顏色改變并無顯著性差異。這可能是由于添加劑量并不足以改變蛋殼顏色且試驗周期較短的原因。

其次，礦物質元素之間的相互作也會有影響，比如鐵的利用必須有銅的存在，缺鐵或缺銅可使蛋雞發(fā)生營養(yǎng)性貧血，但是高劑量的銅會影響鐵的吸收，從而可能使蛋殼顏色變淺; 而鐵與磷有拮抗作用，飼糧中含鐵量過高時可減少磷在胃腸道中的吸收，造成鈣、磷比例失調，可能阻礙蛋殼的形成，對蛋殼顏色有一定影響[20]。

鐵對于蛋殼顏色的影響可能通過影響原卟啉Ⅸ /血紅素的生成和轉運這 2 個途徑實現(xiàn)。原卟啉Ⅸ和 Fe2+通過 PPOX 在線粒體內生成血紅素，是限制血紅素合成的整體效率的重要步驟。原卟啉Ⅸ可能來自血液，飼糧中鐵含量增高，對于紅細胞形成有促進作用，對血紅素的生成也有重要作用。

此外，F(xiàn)e2+作為合成血紅素的原料，線粒體中鐵的增多，生成的血紅素增多，則所需要的原卟啉Ⅸ會增多，如果細胞中 Fe2+的濃度不足將會導致血紅素生成受阻，影響原卟啉Ⅸ的生成[21]。

血紅素的生成在胞漿和線粒體內 2 個部位聯(lián)合進行。線粒體膜上相關蛋白對鐵、血紅素及其原卟啉Ⅸ的轉運非常重要。李光奇等[14]通過蛋白質組學發(fā)現(xiàn)了差異表達的蛋白主要是線粒體膜蛋白: 移位蛋白( TSPO) 、轉鐵蛋白( TF) 、腺嘌呤核苷 酸 轉 運 體 ( ANT2 ) 和鐵硫蛋白組裝因子( Iba57) 。而 TSPO 和 ANT2 分別轉運血紅素和原卟啉Ⅸ; TF 主要轉運鐵離子進入線粒體內; Iba57以 Fe2+為原料形成鐵硫族，對生成血紅素的原料琥珀酸輔酶 A 起作用。所以鐵對于線粒體膜上的轉運蛋白非常重要，從而影響原卟啉Ⅸ和血紅素的生成和轉運。

線粒體內鐵離子的濃度將會影響到原卟啉Ⅸ /血紅素合成的效率及其轉運，進而影響到原卟啉Ⅸ在蛋殼腺中的積累。

2.1.2 釩釩是動物體必需的微量元素之一，參與體內三大物質代謝，維持機體生長發(fā)育。攝入過量的釩會影響蛋色素的沉積，導致蛋殼顏色發(fā)白。蛋雞飼糧中的釩主要來自于磷酸氫鈣。Sullivan等[22]報道的幾種飼料級磷酸鹽中釩的含量在 36 ～185 mg /kg。黃李蓉[23]也報道飼料級磷酸氫鈣中的釩含量為 10 ～ 100 mg /kg。Henry 等[24]研究表明蛋雞對釩的耐受劑量為 10 mg /kg。當磷酸氫鈣的質量較好時，玉米-豆粕型飼糧中釩的含量會低于 5 mg /kg。但是一般的磷酸氫鈣容易造成蛋雞飼糧中釩的水平過高( 其飼糧中磷酸鹽的添加量為 1. 5% 左 右) 。Odaba爧i 等[25] 發(fā)現(xiàn)飼糧中添加15 mg /kg及 以 上 的 釩，可以使蛋殼顏 色變淺。

Yuan 等[26]也發(fā)現(xiàn)飼糧中添加 5 mg /kg 及以上的釩，也會使蛋殼的紅度( a* ) 和黃度( b* ) 都顯著下降，亮度( L* ) 升高，蛋殼顏色明顯變淺。說明釩對于蛋殼顏色有漂白效應。釩對蛋殼顏色的漂白作用，可能通過對子宮上皮細胞產(chǎn)生氧化應激和細胞凋亡，從而影響蛋殼腺的結構和功能完整性，削弱原卟啉Ⅸ的合成和分泌，進而造成蛋殼顏色變白[26]。

但是原卟啉Ⅸ合成部位有 2 種說法: 一是在血液中，二是在蛋殼腺中。Li 等[27]比較了產(chǎn)深褐殼蛋雞組和淺褐殼蛋雞組的蛋殼腺及肝臟中的血紅素合成和轉運關鍵基因的表達量，發(fā)現(xiàn)深褐殼組和淺褐殼組母雞蛋殼腺中 ALAS、CPOX 和 ATP結合盒類轉運載體( ABCB6、ABCB7 和 ABCG2) 的表達量均高于肝臟; 而在肝臟中只有 ALAS 表達量顯著高于淺褐殼蛋雞組; 深褐殼組母雞肝臟和蛋殼腺中 ALAS 基因的表達量均極顯著高于淺褐殼組母雞。此外，在深褐殼蛋雞組蛋殼和蛋殼腺中原卟啉Ⅸ的含量顯著高于淺褐殼蛋雞組，但在其血清、膽汁和糞便中差異不顯著，說明原卟啉Ⅸ由蛋殼腺合成并積累。周光玉[28]也報道原卟啉Ⅸ由蛋殼腺上皮細胞合成，而不是來源于血紅蛋白的分解物。而原卟啉Ⅸ若合成于血液中，當機體缺氧時，腎臟中會分泌促紅細胞生成素，紅 細 胞 增多，從而體內合成的血紅素增加，其蛋殼顏色會加深。這與李光奇等[14]報道的褐殼雞蛋顏色變淺可能是由于氧氣缺乏造成這一結果相反。所以蛋雞蛋殼色素 中 的 原 卟 啉Ⅸ極 有 可 能 合 成 于 蛋 殼 腺中。所以蛋殼腺結構和功能的損傷會阻礙原卟啉Ⅸ的合 成。而 Yuan 等[26] 恰好發(fā)現(xiàn)飼糧中添加10 mg /kg釩會使蛋雞子宮上皮細胞產(chǎn)生氧化應激和凋亡，從而破壞了蛋殼腺的結構與功能，削弱了原卟啉Ⅸ的合成與分泌，造成蛋殼顏色變淺。

此外，釩造成蛋雞體內氧化還原平衡受到破壞，產(chǎn)生氧化應激，造成 HO 的活性下降，使血紅素通過 HO 生成膽綠素減少，可能造成血紅素在線粒體內蓄積過多，造成蛋雞體內血紅素合成受阻，進而原卟啉Ⅸ合成減少，從而造成蛋殼顏色的變淺。

2.1.3 鎂蛋殼中含有一定的鎂元素。Seo 等[16]報道飼糧中添加 3 g /kg 的氧化鎂，對蛋殼 L*、a*、b* 值沒有顯著影響。Kim 等[29]報道隨著飼糧中鎂的含量增加至 3 g /kg，蛋殼 a* 和 L* 值線性減小，而 b*值也有減少的趨勢，但是所有雞蛋殼的 L*、a* 和b* 值都在正常蛋殼顏色范圍內。說明飼糧中鎂含量越多可使蛋殼顏色變淺。然而目前沒有直接證據(jù)表明隨著攝入的鎂含量增多，血清中鎂含量增加會影響蛋殼腺中紅細胞分解代謝，從而改變蛋殼色素的沉積。所以這可能是由于鎂含量增加，其本身白色元素沉積在蛋殼中，從而使蛋殼顏色有所變淺。也說明鎂不是通過影響蛋殼色素的形成與沉積來改變蛋殼顏色。

2.2 維生素對蛋殼顏色的影響

不僅礦物質元素會影響蛋殼顏色的改變，部分維生素對蛋殼顏色也有一定的影響，如對子宮上皮細胞結構與功能的完整起著必需作用的維生素 A。有報道指出，飼糧中添加 300 mg /kg 的復合維生素有提高蛋殼顏色的趨勢，但 是 長 期 添 加400 mg /kg 復合維生素對蛋殼顏色影響不顯著[30]。

2.2.1 維生素 A維生素 A 是維持一切上皮組織健全所必需的物質，與生殖道黏膜上皮的發(fā)育和完整有關，而原卟啉Ⅸ可以由子宮壁上皮細胞中的蛋殼腺分泌，所以維生素 A 可對原卟啉Ⅸ的生成和沉積產(chǎn)生一定作用，從而影響蛋殼顏色[31]。Morales 等[32]發(fā)現(xiàn)飼糧中添加類胡蘿卜素可以使綠殼蛋中膽綠素含 量 提 高，但 是 McDonald 等[33] 報 道 添 加3 000 IU /kg的維生素 A 對于膽綠素的生成和沉積幾乎沒有作用，這可能是由于蛋雞品種造成的差異。蛋雞飼糧維生素 A 水平較低時，會破壞上皮細胞結構功能的完整性，使上皮組織干燥和過度角化，易受細菌感染，進而影響生殖器官各上皮細胞的分泌功能[34]。蛋殼腺的結構和功能損壞后，影響原卟啉Ⅸ或膽綠素色素的形成和沉積，對蛋殼顏色產(chǎn)生影響。

此外，對雞而言，維生素 A 和維生素 E 存在拮抗作用，飼糧中高水平維生素 A 可降低血漿和體脂中維生素 E 的水平。維生素 E 對胡蘿卜素轉化為維生素 A 具有促進作用。且飼糧中鋅含量較少時，不能使類胡蘿卜素更好地轉化為維生素 A，阻礙蛋雞對維生素 A 的吸收[35]。維生素 A 維持上皮細胞完整性且對體內黏多糖合成起作用，黏多糖是分泌黏液的上皮細胞的糖蛋白或黏蛋白的輔基。缺乏維生素 A 對子宮上皮細胞的結構和分泌的黏液 有 影 響，從而可能對分泌的蛋殼色素有影響。

2.2.2 維生素 C維生素 C 是體內的抗氧化劑，也可增強甲狀腺的活動，促進鈣的代謝，從而提高蛋殼質量，改善色澤，讓蛋殼光滑，使色素在蛋殼上均勻沉積。

此外 維 生 素 C 可以改善機體鐵的利用，Wang等[36]發(fā)現(xiàn)維生素 C 與 ALA 存在著交互效應，維生素 C 可以將 Fe3+還原成 Fe2+，可改善蛋雞對鐵營養(yǎng)吸收，使蛋殼顏色加深; 維生素 C 也能促進蛋雞腸道中鐵的吸收與轉運，并使傳遞蛋白質中的Fe3+還原成 Fe2+，從而被釋放出來再與鐵蛋白結合。蛋雞體內可利用的 Fe2+增多，有助于原卟啉Ⅸ /血紅素的形成和轉運，有 利 于 蛋 殼 色 素 的 形成，改善蛋殼顏色[20]。Odaba爧i 等[25]發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加 100 mg /kg 的維生素 C 可以緩解釩引起的蛋殼變淺，但是 Wang 等[37]發(fā)現(xiàn)添加 100 mg /kg 的維生素 C 對釩引起的蛋殼顏色變淺沒有改善作用，這可能是由于飼喂周期較短的緣故。維生素 C作為抗氧化劑，更多的是緩解釩對蛋雞產(chǎn)生的氧化應激，使蛋雞在氧化應激條件下的改善蛋殼顏色，而幾乎不會對正常飼養(yǎng)情況下蛋殼顏色有直接影響。且維生素 E 不足可影響體內維生素 C 的合成，而維生素 C 能減輕因維生素 A、維生素 E、硫胺素、核黃素、維生素 B12及泛酸不足所出現(xiàn)的癥狀，對蛋殼顏色有一定改善作用。

2.2.3 維生素 D維生素 D 可調節(jié)機體對鈣、磷的吸收，對蛋殼的強度有著重要的影響。但在強的自然光照下，一般散養(yǎng)雞體內合成的維生素 D3 增加，也會造成褐殼 雞 蛋 的 顏 色 變 淺。Ryan 等[38] 報 道 飼 喂3 000 IU /kg的維生素 D3 的飼糧，并輔以紫外光線比較低水平維生素 D3，同樣輔以紫外光線的蛋雞所產(chǎn)的雞蛋顏色存在差異，蛋殼顏色隨時間的延長變淺至蒼白，達到 46%的較高反射系數(shù)。這可能是因為在紫外光線的作用下，蛋雞自身可能額外合成維生素 D3，造成體內維生素 D3 過高，所以在自然光照下的散養(yǎng)雞要適當降低飼糧中維生素D3 的水平。但是提高維生素 D 在放養(yǎng)蛋雞飼糧上的添加量，沒有顯著性改善蛋殼的顏色[39]，原因可能是蛋雞的品種不同。

維生素 D3 含量增多造成蛋殼顏色變淺沒有直接證據(jù)，其更多是與蛋殼強度與厚度有關。維生素 D 及其激素代謝物作用于小腸黏膜細胞，形成鈣結合蛋白，可促進鈣、鎂和磷的吸收[40]，而雞蛋殼主要含碳酸鈣和碳酸鎂，如此便可讓蛋殼色素均 勻 沉 積 在 蛋 殼 表 面，使 蛋 殼 光 滑，光 澤 度較亮。

2.2.4 其他維生素對蛋殼顏色影響較大的維生素還有維生素 E、維生素 B6。維生素 E 對蛋殼顏色的光澤度有一定作用，其具有抗氧化功能，能夠維持細胞膜的完整與功能，還具有對抗血紅素合成中過氧化物的溶血作用，因此可以保護紅細胞[41]。石慧芹等[42]報道飼糧中添加 50 IU /kg 的維生素 E 能顯著提高應激狀態(tài)下雞蛋殼的 L* 值，但對于 a* 和 b* 值沒有顯著影響。

細胞在細胞代謝過程中，維生素 B6 作為所有氨基酸轉氨酶的輔酶，促進血紅素的合成，而血紅素是卟啉鐵合成的原料。缺乏維生素 B6 易導致輸卵管萎縮，使得紅細胞中血紅蛋白的含量明顯降低[43]，進而對蛋殼顏色造成一定影響。

3、小 結

蛋殼色素中含有的原卟啉Ⅸ和膽綠素極有可能在子宮蛋殼腺中合成，而原卟啉Ⅸ的形成與機體氧化 磷 酸 化 有 關，但其機理還需進一步探究。

蛋殼顏色主要是由基因決定，具有較大遺傳力( 0.58 ～ 0.76) [1]，但是營養(yǎng)對蛋殼色素的形成和沉積有一定影響，生產(chǎn)上大多通過營養(yǎng)手段調控雞蛋殼顏色，但是某些營養(yǎng)素過量或缺乏都將改變蛋殼顏色。雖然蛋殼顏色與雞蛋本身所具備的營養(yǎng)成分并無直接關系，但是卻影響著雞蛋的銷售，同時也可能預示著蛋雞遭受疾病、環(huán)境或飼糧等重大應激，危害蛋雞健康。目前，礦物質元素和維生素對蛋殼顏色影響的研究有限，其影響機制的揭示更是鮮有報道。所以研究礦物質元素和維生素對蛋殼顏色的影響具有重要意義，對于蛋雞行業(yè)的發(fā)展具有一定促進作用。

作者：黃選洋 張克英    來源：預混料家園