納米氧化鋅在斷奶子豬飼料中的應用

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納米科技是20世紀80年代末、90年代初發展起來的前沿、交叉性新興學科，納米科技給物理、化學、材料學、生物學、醫學等學科的研究帶來了新的機遇，被公認為21世紀最具有前瞻性的科研領域。目前，納米科技已應用于電子、材料、醫藥、信息、生物等學科領域，鈉米氧化鋅是其中最具代表性的一種功能性產品。首先向市場提供納米氧化鋅產品的企業是德國拜耳公司，而目前的主要供貨廠家卻來自日本和美國，其中日本處于領先地位。國內納米氧化鋅的研究起步較晚，但近年來由于工業和技術的進步，以及國內專家的高度重視，“863”計劃和“攀登”計劃等的列入，促使納米氧化鋅得到較快發展。
　　納米技術及納米氧化鋅的特點
　　納米技術是指在量度1nm～100nm范圍內研究原子、分子的結構及相互作用的技術，物質被用“納米”技術“細化”之后，即失去原有的特性，直接以原子、分子及物質在納米尺度上表現出新的物理、化學和生物學特性。納米氧化鋅是一種面向21世紀的新型高功能精細無機產品。其粒徑介于1nm～100nm，又稱超微細氧化鋅，產品活性高，有屏蔽紅外線、紫外線和殺菌的功能。納米氧化鋅粉末在陽光下，尤其在紫外線的照射下能自行分解出自由移動的帶負電的電子，同時留下帶正電的空穴(h )。這種空穴可以激活空氣中的氧變為活性氧，有極強的化學活性，能與多種有機物發生氧化反應(包括細菌內的有機物)，從而把大多數病菌和病毒殺死。有關的定量試驗表明：在5rain內納米氧化鋅的濃度為1％時，金黃色葡萄球菌的殺菌率為98．86％，大腸桿菌的殺菌率為99．93％。

　　在飼料中的應用效果
　　抗菌抑菌作用鋅是動物的必需元素，是體內40多種金屬酶的組成成分，200多種酶的激活因子，參與核酸和蛋白質合成、能量代謝、氧化還原、細胞免疫和體液免疫過程。另外，有報道指出：鋅具有促進舌黏膜味蕾細胞迅速再生、增強食欲的作用。早期斷奶子豬日糧中添加鋅能減少子豬下痢，提高日增重，改善飼料報酬。由于抗生素的使用越來越受到限制，鋅鹽雖然吸收利用率低，但由于其有很好的抗菌抑菌作用，因此在生產中造成鋅的濫用。據了解，由于高鋅對防止斷奶子豬腹瀉發揮著很大的作用，當前飼料廠家在斷奶子豬日糧中大多使用高鋅以防子豬下痢腹瀉，其添加量已超過動物正常需要量20多倍，甚至更高。這必然打破原有各種元素的平衡，加大其他微量元素的用量，因此一般廠家把銅鐵添加量均提高到每千克160毫克～250毫克。飼料中礦物質過多，必將導致維生素的穩定性降低以及其他營養素效價降低等一系列問題，這無疑既增加了飼料配方設計的難度，影響了飼料質量，又增加了飼料成本。目前，大多數研究報道認為，僅氧化鋅來源的高鋅具有防腹瀉和促生長作用，但同時報道各種鋅源中氧化鋅的生物利用率最低，斷奶子豬約為5％～10％，其中大部分從糞中排出，未被利用，對環境造成嚴重污染。據日本有關專家推測，如果所有豬糞中鋅都留在土壤中，鋅含量將在17年內超標(每千克120毫克)，被污染的土地將不再具有可耕性。

　　改善生產性能納米氧化鋅作為一種納米材料，具有高效的生物學活性、吸收率高、抗氧化能力強、安全穩定等特性，是目前最理想的鋅源。在飼料中用納米氧化鋅替代高鋅，既可以解決動物體對鋅的需求量，也減少了對環境的污染。目前，關于納米氧化鋅的動物飼養試驗已顯示了納米氧化鋅在飼料中應用的可行性。
　　研究者根據研究不同鋅源對斷奶子豬生長性能和消化酶的影響結果表明：與對照組(每千克100毫克ZnO)相比，高氧化鋅(每千克3000毫克)組日增重提高了l1．92％(P<0．05)，納米氧化鋅(每千克300毫克)組日增重提高了l1．3l％(P<0．05)，蛋氨酸鋅(每千克100毫克)組差異不顯著，但有提高的趨勢。高氧化鋅組、納米氧化鋅組和蛋氨酸鋅組采食量分別比對照組提高了4．44％(P<0．05)、3．86％和2．86％。高氧化鋅組、納米氧化鋅組料重比分別比對照組下降了5．8％(P<0．05)、6．47％(P<0．05)，蛋氨酸鋅組料重比與對照組顯差異不(P>0.05)。同時，試驗結果與對照組相比表明，日糧中添加納米氧化鋅使胰臟中的淀粉酶活性提高0.57％(P<0.05)；高氧化鋅組、蛋氨酸鋅組和納米氧化鋅組分別使十二指腸中絨毛高度增加了37.6％(P<0.05)、41.75％(P<0.05)和41.23％(P<0.05)；高氧化鋅和納米氧化鋅分別使黏膜層厚度增加了48.39％(P<0.01)和26.46％(P<0.05)。腸絨毛寬度組間差異不顯著。經研究者多次研究報道，不同鋅源對斷奶子豬免疫和抗氧化作用的影響試驗表明：血清中免疫球蛋白IgM含量高劑量氧化鋅組(每千克3000毫克)和納米氧化鋅組(每千克300毫克)分別提高2.97％(P<0.05)和5.67％(P<0.01)；肝臟組織中金屬硫蛋白含量高劑量氧化鋅組和納米氧化鋅組分別比對照組提高2.81％和2.35％。試驗還表明：對28日齡斷奶子豬在相同日糧基礎上分別添加每千克150毫克和3000毫克的普通氧化鋅與添加每千克150毫克和300毫克納米氧化鋅比較，每千克300毫克納米氧化鋅組比每千克150毫克普通氧化鋅組日增重提高18.88％，顯著差異(P<0.05)；料肉比下降17.7％：腹瀉率下降173％。每千克300毫克納米氧化鋅組和每千克3000毫克普通氧化鋅組之間沒有顯著性差異(P>0.05)。每千克3000毫克普通氧化鋅組比每千克150毫克普通氧化鋅組日增重提高14.16％。顯著差異(P<0.05)；料肉比下降16.57％：腹瀉率下降10.8％。可見，以每千克300毫克納米氧化鋅替代高劑量普通氧化鋅是可行的。

　　作用機理
　　吸收模式由于納米微粒具有表面效應和小尺寸效應，氧化鋅納米化后(粒徑40nm～80nm)。粒徑減小，表面鋅原子數量迅速增加。從而可大大增大暴露在介質中的表面積，提高乳子豬的消化吸收利用率。大量的研究表明，粒徑小于5nm的微粒可通過肺，粒徑小于300nm的可直接進入血液循環。小于100nm的能直接進入骨髓，氧化鋅納米微粒更能通過胃腸道黏膜，它可以不通過離子交換，直接滲透吸收，因此吸收速度和生物利用率大大提高。實驗研究發現，粒徑為100nm的粒子比大粒子的物質吸收率高10倍～50倍。
　　殺菌作用原理納米氧化鋅具有極強的化學活性，能與多種有機物發生氧化反應(包括細菌內的有機物)，從而把大部分細菌、病毒殺死。它的主要作用機理一般認為有兩種：一種是納米氧化鋅在水和空氣中，能分解出帶負電的電子，同時留下了帶正電的空穴，帶正電子的空穴可以激發產生活性氧，病原微生物與發生氧化反應而致死：一種是金屬離子溶出抗菌機理，即納米氧化鋅由于粒徑極小，可穿透細胞膜，游離出來的鋅離子接觸細菌體時，會同菌體內蛋白酶結合使其失去活性而將細菌殺死。青島大學通過試驗后認為納米氧化鋅的抗菌機理應該是兩種機理共同作用的結果。定量試驗表明：在5min內納米ZnO的濃度為1％時，對金黃色葡萄球菌的殺菌率為98.86％，對大腸桿菌的殺菌率為99.93％。在乳子豬飼料中使用納米氧化鋅既可補充微量元素。又可起到替代抗生素等藥物的作用。不致產生耐藥性和藥物殘留。同時，納米氧化鋅還可強烈吸附胃腸道中霉菌毒素和腸道病原菌產生的毒素，使乳子豬免受毒害，控制腸道疾病的發生。

　　對乳子豬腸道發育的作用原理子豬斷奶后，所采食的飼料由液態變為固態，腸絨毛和腸上皮細胞受到嚴重損傷。納米氧化鋅可通過影響胰島素、鋅指蛋白等生物活性物質的合成和水平，加強核酸與蛋白質代謝；另一方面，通過鋅指蛋白促進腸絨毛和腸上皮細胞增生、分裂加快，快速修復因子豬斷奶應激造成的腸道黏膜和絨毛損傷，有效治療因斷奶應激造成的胃腸道潰瘍，同時抑制有害菌生長，維護腸道菌群平衡。因其有較強的收斂作用，可減少腸蠕動，有利于腸道受損面的修復，有利于營養物質的吸收，還可減少子豬腹瀉的發生率。
　　對子豬采食量的作用原理由于納米氧化鋅小尺寸效應，獨特的快速透皮吸收功能，以及鋅離子對味蕾細胞組織的親和作用，鋅離子很快和唾液蛋白結合，合成味覺素(含2個鋅離子)，子豬通過味覺素作介質影響味覺，進而影響子豬食欲和采食量。味覺素對口腔黏膜上皮細胞的結構、功能及代謝也有重要影響。納米氧化鋅對子豬口腔潰瘍的恢復有很好的幫助作用。同時它可以通過提高含鋅消化酶的活性來提高飼料的消化率，加快胃的排空速度，進而提高子豬采食量。
　　與銅鐵的相互作用原理高劑量的氧化鋅對銅鐵的吸收有負面影響。每千克600毫克納米氧化鋅和每千克200毫克銅對促進子豬生長有加合效應，使用含每千克600毫克納米氧化鋅的日糧，鐵的添加量從每千克160毫克降到每千克130毫克，子豬生長速度和外觀體況均無影響，添加量更小的復合納米鋅、銅、鐵、錳正在研發和試驗階段。

　　結語
　　鑒于納米氧化鋅具有很高的生物活性和吸收率。很強的氧化性和殺菌去毒能力，可以有效地減少腹瀉，降低料肉比，并且對環境無污染，是目前代替高鋅最理想的飼料添加劑。隨著納米技術的研究和發展，加工制造工藝日益先進以及大批量生產，其制造成本也將日益降低，因此在飼料中的應用成本也將逐漸降低。微量元素納米化處理是微量元素營養方面的一次革命，它不僅促生長效果好、添加量小、節約飼料成本，更重要的是減少了環境污染，為人類的健康造福。因此，納米氧化鋅在飼料行業的應用前景非常廣闊。