氧化鋅替代產品的研究進展

氧化鋅替代產品的研究進展成廷水1Stephane21北京九州互聯(lián)農牧科技；2.法國Aminine公司仔豬PWD問題現(xiàn)代養(yǎng)豬業(yè)實施早期斷奶越來越多，以最大限度地提高生產效率。然而由于免疫缺陷以及斷奶造成的各種應激，使這種斷奶仔豬非常容易腹瀉〔Pluske等，1997〕。斷奶后腹瀉〔Post–weaningdiarrhoeas,PWD〕導致仔豬發(fā)病率和死亡率增加，治療本錢上升，大幅降低斷奶期的生長速度〔Hampson等，2001〕，而且嚴重的是斷奶后腹瀉導致的生長抑制會降低整個生長期的成績〔Pluske等，1997〕。因此斷奶后腹瀉成為養(yǎng)豬業(yè)叩待解決的最重要的問題之一。藥理劑量氧化鋅的應用1989年，Poulsen等首次在科學論壇上發(fā)表通過添加藥理劑量〔2500-4000ppm〕的氧化鋅控制仔豬腹瀉的方法，Baker和Hahn隨后在1993年的進一步研究說明，3000ppm的氧化鋅可以促進健康仔豬的生長。從此，飼料添加藥理劑量的ZnO已經逐漸成為業(yè)內控制斷奶后腹瀉，促進仔豬生長的普遍措施。關于藥理劑量氧化鋅的作用機制的研究已經很多，報道的效果包括增加小腸抗菌肽的基因表達；調節(jié)腸道菌群的穩(wěn)定性和多樣性；降低組胺的釋放；增加腸道IGF-1及其受體的表達，促進腸道損傷的修復；介導腦腸肽的釋放從而刺激采食；減少腸細胞電解質的分泌等等。日本學者JunSawai等〔1998〕研究，說明ZnO在腸道里產生過氧化氫自由基，是氧化鋅展示抗菌活性的重要因素；最近Zhang和Guo〔2009〕的研究說明，高劑量氧化鋅可以增加緊連接蛋白〔TightJunctionprotein〕的表達，從而減低腸道的滲透性，阻止病原菌通過腸道屏障。盡管ZnO確切的作用機制還不是很清楚，而且也有不少人持疑心的看法，但30年的應用實踐證明，此方法是非常經濟，而且是有效的。高劑量藥理濃度ZnO的應用曾被Cromwell稱為二十世紀豬營養(yǎng)研究的里程碑式的發(fā)現(xiàn)之一。當然，在人醫(yī)領域，氧化鋅膏劑很早就用于外傷感染及其他皮膚病的治療。3．藥理劑量氧化鋅的問題盡管日糧添加高劑量氧化鋅在控制腹瀉，促進仔豬生長方面效果毋庸置疑，然而不幸的是，就在這一“偉大”發(fā)現(xiàn)不久，人們在生產實踐逐漸發(fā)現(xiàn)并認識到氧化鋅使用代來的諸多副作用。氧化鋅的副作用包括以下幾個方面：1.高劑量氧化鋅的添加，導致糞便鋅大量排放，造成環(huán)境污染，對人類健康產生潛在危害；2.高劑量氧化鋅對其他營養(yǎng)素的功能具有拮抗作用，如抑制其他微量元素的吸收，降低植酸酶的活性〔Martinez等，2004〕等；3.長期〔4周〕使用藥理劑量的氧化鋅，可以顯著降低豬的采食量，并抑制豬的生長〔NRC，1998〕；4.盡管使用高劑量氧化鋅對控制腹瀉有益，但長期使用，會引起消化道紊亂，甚至出現(xiàn)便秘等；5.最近有研究報道〔Mavromichalis，2011〕，長期暴露在高劑量氧化鋅環(huán)境下，細菌會產生某種形式的耐藥性，如Staphylococcusaureus對甲氧苯青霉素的耐藥性〔MRSA〕。不遠的將來，人們必定更多地關注革蘭氏陰性菌〔如大腸桿菌〕中是否存在金屬耐藥基因〔Metallo-Resistant〕的問題。因此，許多國家開始立法限制甚至禁止高劑量氧化鋅的使用。如歐盟許多國家自2005起，就已經禁止氧化鋅在飼料中添加，而只能作為獸藥處方使用；我國也于2009年底出臺法規(guī)，規(guī)定只能在斷奶后兩周的仔豬日糧中使用3000ppm的氧化鋅，禁止在其他階段使用高劑量氧化鋅。人們迫切需要尋找一種能有效替代藥理劑量氧化鋅的產品，用于控制仔豬腹瀉，減少其負面作用。4.氧化鋅替代產品的應用研究氧化鋅替代品的研究方向，總結起來包括三個方面：1.提高鋅的生物利用度；2是對氧化鋅進行包被處理，以防止氧化鋅被胃酸中和；3是增加氧化鋅顆粒的外表，以提高氧化鋅本身作用效果。其中主要集中在五類產品的應用研究方面。4.1有機鋅有機鋅與無機鋅相比具有較高的生物利用度〔Wedekind等1992〕，然而很少的研究發(fā)現(xiàn)〔Hahn和Baker，1993〕，低劑量有機形式〔螯合或絡合〕的鋅可以起到氧化鋅相同的效果〔圖1〕；而且人們還發(fā)現(xiàn)低生物利用度和高生物利用度來源的氧化鋅在幼齡仔豬中具有相同生產成績〔表1〕。因此可以得出結論，氧化鋅的作用并非依賴于鋅離子，而是氧化鋅本身；且氧化鋅的作用是發(fā)生在腸道水平，而非吸收后。因此，使用有機形式的鋅，或通過提高氧化鋅的生物利用度，以低劑量添加到達藥理劑量氧化鋅的效果是很難實現(xiàn)的表1.氧化鋅的生物利用度并不能影響氧化鋅促生長作用圖1.氧化鋅是改善仔豬性能唯一的鋅源4.2堿式氯化鋅〔Tetrabasiczincchloride〕有人在仔豬上測試過這種新形式的鋅源，其結果表現(xiàn)出非常好的前景〔見表3〕，但是根據研究結果，至少需要1500ppm的堿式氯化鋅才可以到達普通氧化鋅的效果。然而鋅的毒性以及在土壤中積累對環(huán)境污染的問題仍然存在。表2.堿式氯化鋅作為潛在鋅源替代氧化鋅的效果4.3包膜氧化鋅〔EncapsulatedZincOxide〕市場上存在不少脂肪包被氧化鋅〔Fat-coveredZnO〕產品，宣稱可以低劑量添加到達藥理劑量普通氧化鋅相當的效果。其主要理論依據是，通過脂肪包被，使氧化鋅防止被胃酸中和成鋅離子，并在腸道以氧化鋅形式釋放并發(fā)揮作用。然而由于斷奶仔豬本身胃酸分泌是缺乏的，進食時胃內pH值到達4以上，胃酸中和對氧化鋅作用的影響程度可能并非想象的那么大；而且由于斷奶仔豬脂肪酶的活性極低，可能會影響脂肪包膜內氧化鋅的釋放。另外氧化鋅的作用，可能不僅僅發(fā)生在腸道，而且可能在消化道前段〔包括胃〕發(fā)揮不可無視的抑菌作用，而來自外援病原菌的感染〔從口入〕，可能是影響豬〔特別是幼齡仔豬〕健康的重要原因。包膜氧化鋅的實際應用結果也并不完全一致〔見圖2〕，kim等〔2010〕研究了日糧添加100ppm脂肪包被的氧化鋅，并未發(fā)現(xiàn)其對大腸桿菌攻毒的21日齡斷奶仔豬腹瀉控制和生長成績有益。圖2.脂肪包膜氧化鋅替代藥理劑量氧化鋅的效果4.4納米氧化鋅〔Nano-ZincOxide〕納米氧化鋅是一種超微細氧化鋅，其粒徑介于1-100nm。這種產品的理論根底是納米氧化鋅具有較大的比外表積，可以暴露更多的ZnO分子，從而有更多的氧化鋅與胃腸道組織和微生物菌群發(fā)生作用，提高氧化鋅的作用效果。如普通氧化鋅的外表積為4m2/g左右，而納米氧化鋅的外表積可以增加到40m2/g以上。研究說明氧化鋅的外表積與其抑菌效果呈線性關系，外表積越大，其抑菌效果越強〔見圖3〕。然而由于納米氧化鋅的生產工藝不同，使得納米氧化鋅的外表積極不一致〔圖4〕，無疑會影響其效果的一致性。納米氧化鋅具有超細的顆粒，顆粒之間存在很強的靜電吸附作用，產品流動性很差，極不易混勻，且產品容易結塊。盡管納米氧化鋅在效果上展示了極大的替代普通氧化鋅的潛力，但事實上，真正的納米級別的氧化鋅，本錢是很高的，目前很難用于畜禽飼料，市面上所謂的納米氧化鋅產品可能并非真正的納米氧化鋅〔可以通過電鏡觀察或測定比外表積進行鑒定〕。況且納米氧化鋅對操作人員是很不平安的，歐美國家限制納米氧化鋅產品用于畜禽飼料。目前納米氧化鋅僅用于材料和化裝品領域。圖3.氧化鋅的外表積對大腸桿菌抑制作用的影響圖4.不同來源氧化鋅的外表積4.5多孔性氧化鋅〔PorosityZnO〕這是于2010年上市的新產品Zinpot使用的概念。這種多孔性氧化鋅與納米氧化鋅一樣具有極大的比外表積，可以提供更多的氧化鋅分子的作用位點，起到與納米氧化鋅一樣的成效。但與納米氧化鋅相比，其比面積大小是非常均一〔見圖3〕，而且顆粒要大于普通氧化鋅，流動性極佳，容易混合均勻，更重要的是使用平安。柏林大學的最新研究〔Zentek，2011〕說明，這種多孔性氧化鋅對大腸桿菌的抑制效果遠遠大于普通氧化鋅〔見圖4〕。在法國農場斷奶仔豬應用的結果說明，飼料中添加150g/T的Zinpot，其效果與添加3kg普通氧化鋅沒有顯著差異，且均勻度更好〔見圖5〕。圖4.在低于最小抑菌濃度情況下Zinpot與普通氧化鋅對大腸桿菌的抑制作用圖5.Zinpot替代藥理劑量氧