纳米氧化锌在断奶仔猪饲料中的广泛应用

纳米科技是20世纪80年代末、90年代初发展起来的前沿、交叉性新兴学科，纳米科技给物理、化学、材料学、生物学、医学等学科的研究带来了新的机遇，被公认为21世纪最具有前瞻性的科研领域。目前，纳米科技已应用于电子、材料、医药、信息、生物等学科领域，钠米氧化锌是其中最具代表性的一种功能性产品。首先向市场提供纳米氧化锌产品的企业是德国拜耳公司，而目前的主要供货厂家却来自日本和美国，其中日本处于领先地位。国内纳米氧化锌的研究起步较晚，但近年来由于工业和技术的进步，以及国内专家的高度重视，“863”计划和“攀登”计划等的列入，促使纳米氧化锌得到较快发展。纳米技术及纳米氧化锌的特点纳米技术是指在量度1nm～100nm范围内研究原子、分子的结构及相互作用的技术，物质被用“纳米”技术“细化”之后，即失去原有的特性，直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出新的物理、化学和生物学特性。纳米氧化锌是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品。其粒径介于1nm～100nm，又称超微细氧化锌，产品活性高，有屏蔽红外线、紫外线和杀菌的功能。纳米氧化锌粉末在阳光下，尤其在紫外线的照射下能自行分解出自由移动的带负电的电子，同时留下带正电的空穴(h+)。这种空穴可以激活空气中的氧变为活性氧，有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应(包括细菌内的有机物)，从而把大多数病菌和病毒杀死。有关的定量试验表明：在5rain内纳米氧化锌的浓度为1％时，金黄色葡萄球菌的杀菌率为98．86％，大肠杆菌的杀菌率为99．93％。在饲料中的应用效果抗菌抑菌作用锌是动物的必需元素，是体内40多种金属酶的组成成分，200多种酶的激活因子，参与核酸和蛋白质合成、能量代谢、氧化还原、细胞免疫和体液免疫过程。另外，有报道指出：锌具有促进舌黏膜味蕾细胞迅速再生、增强食欲的作用。早期断奶子猪日粮中添加锌能减少子猪下痢，提高日增重，改善饲料报酬。由于抗生素的使用越来越受到限制，锌盐虽然吸收利用率低，但由于其有很好的抗菌抑菌作用，因此在生产中造成锌的滥用。据了解，由于高锌对防止断奶子猪腹泻发挥着很大的作用，当前饲料厂家在断奶子猪日粮中大多使用高锌以防子猪下痢腹泻，其添加量已超过动物正常需要量20多倍，甚至更高。这必然打破原有各种元素的平衡，加大其他微量元素的用量，因此一般厂家把铜铁添加量均提高到每千克160毫克～250毫克。饲料中矿物质过多，必将导致维生素的稳定性降低以及其他营养素效价降低等一系列问题，这无疑既增加了饲料配方设计的难度，影响了饲料质量，又增加了饲料成本。目前，大多数研究报道认为，仅氧化锌来源的高锌具有防腹泻和促生长作用，但同时报道各种锌源中氧化锌的生物利用率最低，断奶子猪约为5％～10％，其中大部分从粪中排出，未被利用，对环境造成严重污染。据日本有关专家推测，如果所有猪粪中锌都留在土壤中，锌含量将在17年内超标(每千克120毫克)，被污染的土地将不再具有可耕性。改善生产性能纳米氧化锌作为一种纳米材料，具有高效的生物学活性、吸收率高、抗氧化能力强、安全稳定等特性，是目前最理想的锌源。在饲料中用纳米氧化锌替代高锌，既可以解决动物体对锌的需求量，也减少了对环境的污染。目前，关于纳米氧化锌的动物饲养试验已显示了纳米氧化锌在饲料中应用的可行性。研究者根据研究不同锌源对断奶子猪生长性能和消化酶的影响结果表明：与对照组(每千克100毫克ZnO)相比，高氧化锌(每千克3000毫克)组日增重提高了l1．92％(P<0．05)，纳米氧化锌(每千克300毫克)组日增重提高了l1．3l％(P<0．05)，蛋氨酸锌(每千克100毫克)组差异不显著，但有提高的趋势。高氧化锌组、纳米氧化锌组和蛋氨酸锌组采食量分别比对照组提高了4．44％(P<0．05)、3．86％和2．86％。高氧化锌组、纳米氧化锌组料重比分别比对照组下降了5．8％(P<0．05)、6．47％(P<0．05)，蛋氨酸锌组料重比与对照组显差异不(P>0.05)。同时，试验结果与对照组相比表明，日粮中添加纳米氧化锌使胰脏中的淀粉酶活性提高0.57％(P<0.05)；高氧化锌组、蛋氨酸锌组和纳米氧化锌组分别使十二指肠中绒毛高度增加了37.6％(P<0.05)、41.75％(P<0.05)和41.23％(P<0.05)；高氧化锌和纳米氧化锌分别使黏膜层厚度增加了48.39％(P<0.01)和26.46％(P<0.05)。肠绒毛宽度组间差异不显著。经研究者多次研究报道，不同锌源对断奶子猪免疫和抗氧化作用的影响试验表明：血清中免疫球蛋白IgM含量高剂量氧化锌组(每千克3000毫克)和纳米氧化锌组(每千克300毫克)分别提高2.97％(P<0.05)和5.67％(P<0.01)；肝脏组织中金属硫蛋白含量高剂量氧化锌组和纳米氧化锌组分别比对照组提高2.81％和2.35％。试验还表明：对28日龄断奶子猪在相同日粮基础上分别添加每千克150毫克和3000毫克的普通氧化锌与添加每千克150毫克和300毫克纳米氧化锌比较，每千克300毫克纳米氧化锌组比每千克150毫克普通氧化锌组日增重提高18.88％，显著差异(P<0.05)；料肉比下降17.7％：腹泻率下降173％。每千克300毫克纳米氧化锌组和每千克3000毫克普通氧化锌组之间没有显著性差异(P>0.05)。每千克3000毫克普通氧化锌组比每千克150毫克普通氧化锌组日增重提高14.16％。显著差异(P<0.05)；料肉比下降16.57％：腹泻率下降10.8％。可见，以每千克300毫克纳米氧化锌替代高剂量普通氧化锌是可行的。作用机理吸收模式由于纳米微粒具有表面效应和小尺寸效应，氧化锌纳米化后(粒径40nm～80nm)。粒径减小，表面锌原子数量迅速增加。从而可大大增大暴露在介质中的表面积，提高乳子猪的消化吸收利用率。大量的研究表明，粒径小于5nm的微粒可通过肺，粒径小于300nm的可直接进入血液循环。小于100nm的能直接进入骨髓，氧化锌纳米微粒更能通过胃肠道黏膜，它可以不通过离子交换，直接渗透吸收，因此吸收速度和生物利用率大大提高。实验研究发现，粒径为100nm的粒子比大粒子的物质吸收率高10倍～50倍。杀菌作用原理纳米氧化锌具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应(包括细菌内的有机物)，从而把大部分细菌、病毒杀死。它的主要作用机理一般认为有两种：一种是纳米氧化锌在水和空气中，能分解出带负电的电子，同时留下了带正电的空穴，带正电子的空穴可以激发产生活性氧，病原微生物与发生氧化反应而致死：一种是金属离子溶出抗菌机理，即纳米氧化锌由于粒径极小，可穿透细胞膜，游离出来的锌离子接触细菌体时，会同菌体内蛋白酶结合使其失去活性而将细菌杀死。青岛大学通过试验后认为纳米氧化锌的抗菌机理应该是两种机理共同作用的结果。定量试验表明：在5min内纳米ZnO的浓度为1％时，对金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.86％，对大肠杆菌的杀菌率为99.93％。在乳子猪饲料中使用纳米氧化锌既可补充微量元素。又可起到替代抗生素等药物的作用。不致产生耐药性和药物残留。同时，纳米氧化锌还可强烈吸附胃肠道中霉菌毒素和肠道病原菌产生的毒素，使乳子猪免受毒害，控制肠道疾病的发生。对乳子猪肠道发育的作用原理子猪断奶后，所采食的饲料由液态变为固态，肠绒毛和肠上皮细胞受到严重损伤。纳米氧化锌可通过影响胰岛素、锌指蛋白等生物活性物质的合成和水平，加强核酸与蛋白质代谢；另一方面，通过锌指蛋白促进肠绒毛和肠上皮细胞增生、分裂加快，快速修复因子猪断奶应激造成的肠道黏膜和绒毛损伤，有效治疗因断奶应激造成的胃肠道溃疡，同时抑制有害菌生长，维护肠道菌群平衡。因其有较强的收敛作用，可减少肠蠕动，有利于肠道受损面的修复，有利于营养物质的吸收，还可减少子猪腹泻的发生率。对子猪采食量的作用原理由于纳米氧化锌小尺寸效应，独特的快速透皮吸收功能，以及锌离子对味蕾细胞组织的亲和作用，锌离子很快和唾液蛋白结合，合成味觉素(含2个锌离子)，子猪通过味觉素作介质影响味觉，进而影响子猪食欲和采食量。味觉素对口腔黏膜上皮细胞的结构、功能及代谢也有重要影响。纳米氧化锌对子猪口腔溃疡的恢复有很好的帮助作用。同时它可以通过提高含锌消化酶的活性来提高饲料的消化率，加快胃的排空速度，进而提高子猪采食量。与铜铁的相互作用原理高剂量的氧化锌对铜铁的吸收有负面影响。每千克600毫克纳米氧化锌和每千克200毫克铜对促进子猪生长有加合效应，使用含每千克600毫克纳米氧化锌的日粮，铁的添加量从每千克160毫克降到每千克130毫克，子猪生长速度和外观体况均无影响，添加量更小的复合纳米锌、铜、铁、锰正在研发和试验阶段。结语鉴于纳米氧化锌具有很高的生物活性和吸收率。很强的氧化性和杀菌去毒能力，可以有效地减少腹泻，降低料肉比，并且对环境无污染，是目前代替高锌最理想的饲料添加剂。随着纳米技术的研究和发展，加工制造工艺日益先进以及大批量生产，其制造成本也将日益降低，因此在饲料中的应用成本也将逐渐降低。微量元素纳米化处理是微量元素营养方面的一次革命，它不仅促生长效果好、添加量小、节约饲料成本，更重要的是减少了环境污染，为人类的健康造福。因此，纳米氧化锌在饲料行业的应用前景非常广阔。