顛覆常規，減量增效。有機微量元素廠(chǎng)家吉隆達開(kāi)啟新型氧化鋅應用新時(shí)代！

  新型氧化鋅應用新時(shí)代

  仔豬斷奶時(shí)由于腸道免疫系統未發(fā)育成熟，一些病原菌，如產(chǎn)腸毒素大腸桿菌會(huì )趁機入侵、定殖并繁殖，并且斷奶時(shí)仔豬腸道微生物菌群和數量也會(huì )發(fā)生變化，這是常見(jiàn)的斷奶易引發(fā)腹瀉的重要原因。

  Poulsen（1989）首次提出在斷奶仔豬飼料中添加藥理劑量的氧化鋅可降低斷奶后的腹瀉率。之后的應用實(shí)踐也證實(shí)，氧化鋅針對腸道致病性細菌引發(fā)的仔豬腹瀉具有高效性和經(jīng)濟性。Vet（1999）在斷奶仔豬飼料中添加高劑量氧化鋅（2400mg/kg Zn）能夠顯著(zhù)降低大腸桿菌引發(fā)的腹瀉，且增加了糞便中大腸桿菌數量。陳艷珍等（2001）在斷奶仔豬日糧中添加3000mg/kg氧化鋅，日增重較對照組提高20.5%。然而在數十載的應用中，傳統氧化鋅的添加劑量（3000 mg/kg氧化鋅）帶來(lái)高效益的同時(shí)也存諸多方面的負效應。如，高劑量氧化鋅的吸收率很低（鄭家茂 等，2000），大部分隨糞便排泄到環(huán)境中，造成環(huán)境污染（常志州等，2003），且超期限使用氧化鋅，影響仔豬后期的生長(cháng)發(fā)育。因此，急需尋求一種環(huán)保、安全、高效的鋅源替代普通氧化鋅。本文就不同氧化鋅應用現狀做一簡(jiǎn)要綜述。

  本文就水生動(dòng)物對微量元素的需要量的研究進(jìn)展綜述如下。

  1、高劑量氧化鋅的副作用

  1.1 環(huán)境污染

  由于部分廠(chǎng)家的氧化鋅質(zhì)量控制不嚴格，鎘、砷、鉛等重金屬超標，若添加到仔豬飼料中，不僅容易引起生豬重金屬中毒，同時(shí)帶有重金屬的排泄物會(huì )造成土壤和水質(zhì)的污染。當日糧鋅濃度不超過(guò)150mg/kg時(shí)，通過(guò)豬糞富集到土壤中的鋅每年不會(huì )超過(guò)3000ug/kg干物質(zhì)。每噸飼料中氧化鋅添加量達到3000mg/kg時(shí)，仔豬排泄物中增加30%的鋅含量，這無(wú)疑增加了豬場(chǎng)糞污處理成本以及環(huán)境消耗的負擔。

  1.2 微量元素之間的拮抗作用

  王希春等（2009）在斷奶仔豬日糧中添加3000mg/kg氧化鋅后，仔豬體內銅含量降低，同時(shí)糞便中鋅和銅的含量增加。高劑量的氧化鋅會(huì )導致生豬機體產(chǎn)生過(guò)量的金屬硫蛋白，在腸道內可與Cu2+結合，可能導致仔豬腸道銅缺乏。

  此外，高劑量鋅對鐵的影響十分明顯。Perri等（2015）研究發(fā)現，斷奶仔豬日糧中添加高劑量氧化鋅（3000mg/kg）導致仔豬體內鐵缺乏，出現缺鐵性貧血，甚至影響斷奶后3周的生長(cháng)速率。在人類(lèi)上的研究也發(fā)現，高鋅降低機體對鐵的吸收，然而鐵含量增加反而促進(jìn)了鋅的吸收（Iyengar等，2009）。高鋅干擾鐵吸收的機制可能與二價(jià)金屬轉運蛋白（DMT1）有關(guān)。DMT1是動(dòng)物腸道內轉運二價(jià)金屬離子的載體蛋白。研究發(fā)現，仔豬腸道內的DMT1不能同時(shí)轉運鋅和鐵，在鐵與鋅共同存在時(shí)對鋅的轉運更具有優(yōu)勢（Espinoza等，2012）。

  1.3 對腸道有益菌的抑制效果

  最新研究提出了藥理劑量氧化鋅（3000mg/kg）會(huì )顯著(zhù)影響斷奶仔豬腸道微生物的新觀(guān)點(diǎn)（AgatheRoméo等，2016）。體內模擬試驗發(fā)現高劑量的氧化鋅會(huì )抑制斷奶仔豬胃和空腸食糜中微生物的生長(cháng)，與其他微生物相比，乳酸菌更容易受高劑量氧化鋅的影響。給仔豬飼喂含3000mg/kg氧化鋅的日糧后，仔豬腸道菌群的多樣性增加，但是腸桿菌科、埃希氏桿菌屬和乳酸菌的數量會(huì )下降（圖1）。

圖1 藥用劑量氧化鋅對斷奶仔豬腸道微生物分布的影響

  大量研究表明，高劑量氧化鋅給養殖業(yè)帶來(lái)的效益是肯定的，同時(shí)產(chǎn)生的負效應亦不可小覷。因此，如何在不降低氧化鋅抗腹瀉的效率前提下，最大限度消除氧化鋅副作用無(wú)疑成為國內外飼料行業(yè)研究的重要課題。

  2、不同氧化鋅應用研究現狀

  2.1 納米氧化鋅

  納米材料一般是指在三維空間中，至少有一維處于納米尺度（1-100nm），或由其作為基本單元構成的材料。一般情況下，材料的比表面積與其粒徑成反比，納米氧化鋅具有粒徑較小、比表面積較大的特點(diǎn)，首先成為研究熱點(diǎn)。

  納米氧化鋅在仔豬上的應用效果國內研究報道較多。方洛云等（2004）報道300mg/kg納米氧化鋅與3000mg/kg普通氧化鋅均可提高日增重與日采食量、降低料重比。與3000mg/kg普通氧化鋅相比，300mg/kg納米氧化鋅還可提高十二指腸內容物與胰腺淀粉酶活性（P<0.05）、增加小腸絨毛高度與粘膜厚度（P<0.05）。胡彩虹等（2012）報道500mgZn/kg納米氧化鋅與2000mg Zn/kg普通氧化鋅均可提高日增重與日采食量、降低腹瀉指數與血漿D-乳酸濃度、二胺氧化酶活性。

  然而，國外研究主要關(guān)注納米氧化鋅經(jīng)呼吸道與消化道的毒性作用。Pasupuleti等（2012）報道SD大鼠口服5mg/kgBW的納米氧化鋅（20nm）即可引起血清谷草轉氨酶與谷丙轉氨酶升高、凝血時(shí)間延長(cháng)以及肝、胰、心與胃的損傷。Hackenberg等（2011）研究發(fā)現0.1μg/ml 納米氧化鋅（<100nm）處理3D培養分離得到的人鼻粘膜細胞，發(fā)現納米氧化鋅進(jìn)入細胞質(zhì)與細胞核，造成細胞毒性、細胞凋亡與持續DNA損傷。

  同時(shí)，納米氧化鋅標示指標常與實(shí)際情況差異較大，在一定濃度下常因團聚作用產(chǎn)生相似粒徑的團聚體，使得抗菌活性較弱（Adams等，2006）。另外，納米氧化鋅的容重很低，在飼料加工中不易混合均勻。這些都是造成現有的納米氧化鋅研究結果不一致，在養殖生產(chǎn)實(shí)踐中應用效果不佳的原因?，F市售納米氧化鋅用于仔豬抗腹瀉的推薦劑量范圍在150-800mg/kg（以鋅計），其使用效果亟待驗證。

  2.2 包被氧化鋅

  包被技術(shù)是一種成膜材料把固體或液體包覆起來(lái)，使其有效活性成分受到保護并且提升使用效果的新型技術(shù)。氧化鋅發(fā)揮抗腹瀉作用的有效形態(tài)是氧化鋅本身，而不是Zn2+的作用。發(fā)揮作用的位點(diǎn)是在腸道，而在仔豬胃酸環(huán)境中氧化鋅容易與胃酸發(fā)生反應生成氯化鋅，使到達腸道的有效氧化鋅數量大大減少。經(jīng)過(guò)包被的氧化鋅在胃酸環(huán)境下穩定，包衣不會(huì )打開(kāi)，有效保護氧化鋅不受胃酸侵蝕。在腸道內定點(diǎn)釋放，降低了氧化鋅的損失和環(huán)境的污染。飼糧中添加包被氧化鋅還可以提高仔豬的生長(cháng)性能，增強免疫功能及降低仔豬的腹瀉率等作用。

  Case等（2002）研究在日糧中添加1500mg/kg氧化鋅對仔豬生長(cháng)性能有一定促進(jìn)效果。包被氧化鋅的適宜添加量可以提高仔豬的生長(cháng)性能，且其適宜添加量大大低于普通氧化鋅的添加量。申俊華等（2013）研究表明飼料中添加380mg/kg和570mg/kg包被氧化鋅極顯著(zhù)地降低了斷奶仔豬的腹瀉指數，且與2250mg/kg普通氧化鋅組差異不顯著(zhù)。馬麗等（2012）研究結果顯示，添加 100mg/kg的包被氧化鋅對于斷奶后2周的仔豬的抗腹瀉作用與添加3000mg/kg普通氧化鋅類(lèi)似。

  包被氧化鋅無(wú)疑是氧化鋅發(fā)展的一個(gè)重要方向。然而，由于包被氧化鋅的產(chǎn)品特點(diǎn)是定點(diǎn)腸溶，對包衣材料的要求非常高，現市場(chǎng)上包被氧化鋅推薦劑量范圍在400-800mg/kg，產(chǎn)品效果千差萬(wàn)別，在實(shí)際生產(chǎn)中尚很難穩定應用。包被氧化鋅似乎展現更廣闊的前景，但亟待解決的問(wèn)題是工藝包被材料的選擇。

  2.3 多孔氧化鋅

  為了避免納米氧化鋅存在的效果不穩定與使用安全性等問(wèn)題，研究者著(zhù)手于在普通氧化鋅的基礎之上做表面修飾改良，以增大氧化鋅的比表面積，達到更好的抗菌效果。

  2.3.1 多孔氧化鋅的應用

  Vahjen等（2012）對胃與空腸內容物中的細菌體外培養研究表明，在多孔氧化鋅培養基中，胃樣品細菌生長(cháng)的延滯時(shí)間更長(cháng)（P<0.05），而空腸樣品沒(méi)有變化（P>0.05），胃與空腸樣品細菌生長(cháng)降低的更快（P<0.05）。德國柏林大學(xué)獸醫學(xué)院（J.Anim. Sci.2012.90:334–336）開(kāi)展體外試驗，發(fā)現低劑量（300g）的微孔型氧化鋅對病原菌—大腸桿菌生長(cháng)的具有顯著(zhù)的抑制作用。該試驗使用的微孔狀氧化鋅（HiZox?）與常規氧化鋅相比，最大得區別在于其比表面積比常規氧化鋅大得多。給斷奶仔豬飼喂含3000mg/kg常規氧化鋅和150mg/kg的微孔狀氧化鋅日糧，結果表明，兩種氧化鋅都增強仔豬腸道健康狀態(tài)，而且低劑量的微孔氧化鋅在體增重改善上更具有優(yōu)勢（Morales等，2015）。近年，吉隆達集團通過(guò)專(zhuān)利工藝對氧化鋅物理化學(xué)特性進(jìn)行了改造，比表面積比常規氧化鋅增加6-10倍（≥30m2/g）。吉隆達集團技術(shù)中心四川農業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養研究所開(kāi)展聯(lián)合試驗，對比常規氧化鋅和多孔氧化鋅對斷奶仔豬生長(cháng)性能的改善，結果表明，與普通氧化鋅相比，2000mg/kg劑量的多孔氧化鋅可顯著(zhù)增加體增重和采食量，降低仔豬腹瀉發(fā)病率（吉隆達集團，2014）。

  2.3.2 多孔氧化鋅抑制腸道細菌、改善腸道健康的機制

  氧化鋅在動(dòng)物腸道低pH值條件下會(huì )解離，然而在酸性極弱的仔豬消化道內氧化鋅的解離十分有限。早期的觀(guān)點(diǎn)認為氧化鋅的抗菌活性來(lái)自腸道解離的Zn2+與微生物氨基酸基團互作，抑制主動(dòng)轉運。但事實(shí)并非如此?？八_斯州立大學(xué)的研究表明：在兩個(gè)具有大腸桿菌腹瀉史的農場(chǎng)的斷奶仔豬，飼喂3000mg/kg的氧化鋅未出現腹瀉，而飼用硫酸鋅組則有大量腹瀉（周小秋，1999）。最近的研究證實(shí)從氧化鋅中解離的Zn2+對氧化鋅抑大腸桿菌的貢獻率僅有15%，氧化鋅抗腹瀉作用主要來(lái)自于氧化鋅分子特性（ValérieKromm等，2016）。而且，Yamamoto（2001）研究表明，氧化鋅抗菌效果與其表面積大小呈高度正相關(guān)，即氧化鋅表面積越大，對細菌的抑制效果越好（圖2）。

圖2 氧化鋅抑菌效果與比表面積大小的關(guān)系

  氧化鋅抑制腸道有害菌，達到抗腹瀉的作用可能存在2種機制。

  ① 氧化鋅可阻斷病原菌附植于腸細胞。Poulsen（1989）在Caco-2腸細胞培養液中加入氧化鋅，再用腸毒性大腸桿菌（ETEC）攻擊Caco-2細胞，結果表明，添加氧化鋅能夠改善腸道通透性、減少附植在腸細胞上的ETEC數量。ValérieKromm等（2016）也到同樣的結果（圖3）。

圖3 在有氧化鋅（A）和沒(méi)有氧化鋅（B）的環(huán)境中大腸桿菌對回腸上皮的附著(zhù)

  ② 氧化鋅本身具有抗菌活性。Holm（1988）證實(shí)氧化鋅能夠抑制腸道有害菌。在模擬斷奶仔豬胃(pH=4.6)和腸道(pH=6.5)的試驗中，氧化鋅能顯著(zhù)抑制大腸桿菌生長(cháng)，并且這種效果與氧化鋅比表面積有關(guān)（Berlin University，2011）（圖4）Michiels等（2016）在給斷奶仔豬飼喂高比表面積的氧化鋅后，有效減少小腸中大腸桿菌和大腸桿菌群的數量。目前關(guān)于氧化鋅的抑菌機理尚需進(jìn)一步研究，但是可以肯定氧化鋅抑制腸道有害菌群、改善仔豬腸道健康與其自身的表面積密切相關(guān)，從上述2種機制中可以發(fā)現，在氧化鋅表面積增加后，提高了氧化鋅與腸道和腸道微生物的接觸幾率，從而增加了氧化鋅的抗菌活性。由此可見(jiàn)，想要更加合理使用氧化鋅，改善高劑量氧化鋅添加的傳統方式，關(guān)鍵在于增大氧化鋅的比表面積。

圖4 多孔氧化鋅對腸道大腸桿菌生長(cháng)抑制作用

  3、總結

  在提倡健康養殖的背景下，降低仔豬日糧中的抗生素和藥用劑量的氧化鋅的使用勢在必行。過(guò)量添加和長(cháng)時(shí)間使用氧化鋅可能會(huì )帶來(lái)短暫的利益，但是絕對不利于企業(yè)自身和畜牧行業(yè)的長(cháng)遠發(fā)展。在這種情況下可以選擇使用多孔氧化鋅，以一種預防的方式來(lái)改善斷奶仔豬腸道健康，降低腹瀉發(fā)生率。

  4、多孔氧化鋅內控指標 

  比重：0.6-0.8，易均勻混合，不抱團、不分級。

  企業(yè)標準：四川隆達畜牧科技有限公司（Q/79182523–5.22—2014）

  5、多孔氧化鋅的優(yōu)勢

  ·穩定性好，流動(dòng)性好；

  ·比表面積大，生物利用率高；

  ·重金屬含量低；

  ·安全性好，與普通氧化鋅日糧相比，多孔氧化鋅利用效率高；

  ·使用劑量少，排出量少，對環(huán)境的污染和動(dòng)物新陳代謝如皮毛粗糙、皮膚慘白，結痂等影響相對較小。

  6、多孔氧化鋅的應用

  6.1抗菌實(shí)驗

  實(shí)驗目的：評估多孔氧化鋅抗腹瀉的適宜添加量，用于替代普通氧化鋅。

  實(shí)驗動(dòng)物：28日齡斷奶仔豬，共160頭。

  實(shí)驗日糧：三種日糧（7-21日齡：教槽；21-28日齡：預食斷奶日糧；28-42日齡：實(shí)驗日糧）。

  實(shí)驗周期：2周。

  實(shí)驗結果：

  實(shí)驗結論：

  ·以末重看，實(shí)驗B組（1.0kg多孔氧化鋅）與正對照無(wú)顯著(zhù)差異，最優(yōu)組為實(shí)驗E/F組。

  ·以28-35日齡日增重看，實(shí)驗D（2.0kg多孔氧化鋅）組明顯優(yōu)于正對照組，顯著(zhù)差異；實(shí)驗D/E/F最優(yōu)，且各組無(wú)顯著(zhù)差異。

  ·以35-42日齡日增重看，實(shí)驗C（1.5kg多孔氧化鋅）組與正對照無(wú)顯著(zhù)差役，但各組中實(shí)驗D/E/F組效果與正對照顯著(zhù)差異。

  ·除負對照組、實(shí)驗A組外，其它組全程平均采食量無(wú)顯著(zhù)差異。

  ·以料肉比看，實(shí)驗D/E/F組明顯優(yōu)于正對照（差異顯著(zhù)），且各組無(wú)顯著(zhù)差異。

  結論：

  本實(shí)驗在攻毒條件下完成，能較好的體現實(shí)際生產(chǎn)中的情況。本實(shí)驗證明多孔氧化鋅在降低添加量的情況下，可完全替代普通氧化鋅，不影響乳仔。