仔豬飼料配方中氧化鋅的替代

◆作者：李升生 譯張津 校

◆單位：法國(guó)Ani mine公司

譯自：Ioannis Mavro michalis,2016,pigletnutrition notes.

氧化鋅產(chǎn)品作為仔豬腹瀉的傳統(tǒng)治療手段，在成為業(yè)內(nèi)的共識(shí)之前事實(shí)上已經(jīng)在實(shí)踐中應(yīng)用很久了。1989年H.D.Poul sen博士在迪拜舉行的第40屆歐洲動(dòng)物生產(chǎn)協(xié)會(huì)年度會(huì)議上公開(kāi)宣布飼料中添加藥理劑量的氧化鋅可以明顯地阻止斷奶仔豬的腹瀉。緊隨其后，許多高校的學(xué)者開(kāi)始對(duì)氧化鋅阻止腹瀉的效果進(jìn)行驗(yàn)證，其中絕大多數(shù)試驗(yàn)的結(jié)果都是正向的。在Poul sen博士以及其他學(xué)者的研究之后，許多同行的試驗(yàn)結(jié)果也均表明：雖然氧化鋅是一種有效的飼料添加劑，與其他的添加劑類似（包括抗生素），氧化鋅也不是100%有效，但是氧化鋅很快就成為一種控制斷奶后仔豬腹瀉的通用飼料添加劑，具有功效顯著，成本相對(duì)便宜并且實(shí)踐操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

需要指出的是，在那段時(shí)間里，這些研究發(fā)現(xiàn)均是在抗生素廣泛地應(yīng)用于仔豬日糧的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論，所以這可以解釋為氧化鋅在抗生素應(yīng)用的基礎(chǔ)上仍然發(fā)揮功效，或者說(shuō)氧化鋅的作用機(jī)理并不僅僅是殺菌作用。盡管歐盟近年來(lái)已經(jīng)成功地禁用了飼料中添加的抗生素，但仍然依賴于應(yīng)用氧化鋅來(lái)控制仔豬斷奶后腹瀉以及改善生長(zhǎng)性能，所以歐盟國(guó)家飼料禁抗的成功應(yīng)該部分歸功于氧化鋅的應(yīng)用。

1 高劑量氧化鋅應(yīng)用帶來(lái)的問(wèn)題

雖然普遍認(rèn)為日糧中添加營(yíng)養(yǎng)水平（不高于150 ppm鋅元素）的氧化鋅是安全的，但是藥理劑量應(yīng)用的氧化鋅（接近3000 ppm鋅元素）不總是一直受歡迎，主要由于以下原因：

盡管氧化鋅能夠促進(jìn)仔豬的健康并提高生長(zhǎng)性能，但是鋅元素畢竟屬于重金屬，對(duì)多數(shù)活體生物甚至包括仔豬本身，都是有毒性的。根據(jù)美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)（NRC，1998）的建議，長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用含有過(guò)高濃度鋅的飼料（取決于鋅的來(lái)源）會(huì)引起動(dòng)物產(chǎn)生中毒癥狀。由于仔豬飼料一般都是強(qiáng)化添加3000 ppm鋅濃度的氧化鋅來(lái)控制腹瀉以及改善生長(zhǎng)，顯然會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)面作用（正常仔豬日糧鋅的營(yíng)養(yǎng)需要大約是100 ppm）。這些結(jié)論是基于一些未發(fā)表的數(shù)據(jù)以及重復(fù)性的觀測(cè)得出的，斷奶后飼喂3000 ppm鋅濃度的氧化鋅4周末結(jié)束時(shí)就會(huì)看到仔豬的采食出現(xiàn)明顯的抑制作用，尤其是對(duì)前期采食量較高的豬只影響則更加明顯。因此，鋅的中毒并不僅僅是與飼料中的鋅濃度有關(guān)，還受到仔豬在單位時(shí)間內(nèi)鋅元素實(shí)際攝入量的影響。

然而氧化鋅在歐盟被限制使用的真正原因是由于鋅是一種重金屬元素，當(dāng)豬場(chǎng)中富含鋅元素的糞便通過(guò)施肥進(jìn)入到土壤中會(huì)被富集，所以土壤中高濃度的鋅（也可能由于養(yǎng)殖場(chǎng)儲(chǔ)水池廢水的溢出導(dǎo)致）被認(rèn)定是環(huán)境污染物和健康危害物，因此歐盟才對(duì)飼料中藥理劑量氧化鋅的使用進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，但同時(shí)這也產(chǎn)生了一個(gè)“不小的問(wèn)題”，那就是當(dāng)仔豬從一個(gè)國(guó)家轉(zhuǎn)移到另一個(gè)國(guó)家的時(shí)候，比如當(dāng)仔豬從丹麥（允許使用藥理劑量的氧化鋅）運(yùn)輸?shù)降聡?guó)（禁止使用藥理劑量的氧化鋅）去育肥，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生消化不良，甚至導(dǎo)致水腫等癥狀，這也是德國(guó)獸醫(yī)師們所面對(duì)的第一件要解決的程序性的工作。

近年來(lái)很多研究已經(jīng)證明，長(zhǎng)期暴露在高劑量氧化鋅環(huán)境下的微生物抵抗性會(huì)增強(qiáng)，例如抗甲氧西林金黃色葡萄球菌（M RSA）的產(chǎn)生等等。盡管這些信息還不是作為預(yù)警的性質(zhì)，但確實(shí)使我們更加關(guān)注革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）金屬抗性基因的變化問(wèn)題。

2 作用機(jī)理

大概機(jī)理總結(jié)如下：

氧化鋅調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系，降低組胺的釋放進(jìn)而預(yù)防腹瀉。同時(shí)氧化鋅也提高腸道類胰島素生長(zhǎng)因子1（IGF-1）及其受體的表達(dá)來(lái)減輕斷奶仔豬相關(guān)的腸道損傷，通過(guò)調(diào)節(jié)腦腸肽的分泌來(lái)刺激采食，促進(jìn)生長(zhǎng)。

近年來(lái)的一些研究表明，藥理劑量的氧化鋅能夠調(diào)控胃和小腸近端主要微生物菌群的數(shù)量，最終乳酸菌和大腸桿菌受影響最大，這種菌群再平衡的調(diào)節(jié)有利于動(dòng)物的腸道健康。目前尚不清楚氧化鋅是如何對(duì)腸道菌群進(jìn)行調(diào)節(jié)的，特別是有時(shí)能夠觀察到乳酸菌受到抑制而大腸桿菌的數(shù)量升高的情況。

3 氧化鋅替代品

目前尚不完全清楚氧化鋅的作用機(jī)理，但是尋找有效的替代方案卻是迫在眉睫，本文列出一些當(dāng)前氧化鋅替代品的使用現(xiàn)狀。

3.1 有機(jī)鋅

一些研究報(bào)道低劑量有機(jī)形式的鋅（通常是螯合形式）有時(shí)與高劑量氧化鋅的效果相當(dāng)，但有的研究也并不與該結(jié)論一致，事實(shí)上采用低生物學(xué)利用率的氧化鋅和高的生物學(xué)利用率的氧化鋅飼喂小豬后的生長(zhǎng)性能表現(xiàn)并沒(méi)有出現(xiàn)差異（表1）。正如李習(xí)龍（2010）綜述中所描述的那樣，氧化鋅的功效遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是滿足鋅元素的生理需求那么簡(jiǎn)單。

表1 不同生物學(xué)利用率的氧化鋅來(lái)源對(duì)仔豬生長(zhǎng)的影響

3.2 堿式氯化鋅（TBZC）

根據(jù)研究結(jié)果仔豬至少需要1500 ppm堿式氯化鋅來(lái)源的鋅才能與3000 ppm常規(guī)氧化鋅來(lái)源鋅的效果相比較（表2）。由于本研究是在添加抗生素的飼喂條件下得出的，是否無(wú)抗條件下二者的生長(zhǎng)性能仍然如此有待于進(jìn)一步觀測(cè)。然而即便是藥理劑量氧化鋅一半劑量的鋅，其毒性以及在環(huán)境的累積問(wèn)題仍然無(wú)法解決。

表2 堿式氯化鋅（TBZC）與常規(guī)氧化鋅對(duì)仔豬生長(zhǎng)的影響

3.3 包被氧化鋅

市面上有一些用脂肪包被工藝處理的氧化鋅的生產(chǎn)商宣稱其低劑量應(yīng)用可以替代高劑量的氧化鋅，由于這里鋅的吸收不作為主要的問(wèn)題考慮，如前所述，包被技術(shù)只是延遲了最終的吸收結(jié)果，很難將這一點(diǎn)與太多的生物學(xué)功效聯(lián)系在一起。也許包被技術(shù)預(yù)防了氧化鋅在胃內(nèi)酸性環(huán)境下的溶解，然而事實(shí)上正是氧化鋅的這種不易溶解的特性（在腸道中性pH值條件下不溶）才賦予了它獨(dú)特的生理作用，并且斷奶仔豬胃內(nèi)的pH值并不能與成年豬相比，所以我們并不認(rèn)同所謂的大部分氧化鋅在斷奶仔豬胃內(nèi)溶解的說(shuō)法，但是所有這些假設(shè)仍然值得深入研究和探討。

3.4 多孔氧化鋅

利用礦物質(zhì)有效的表面積與微生物接觸進(jìn)而發(fā)揮其抑菌和殺菌的作用，這種方式不同于常規(guī)的通過(guò)研磨的手段來(lái)提高礦物質(zhì)的表面積。例如，可以通過(guò)黏土礦物質(zhì)的吸附（方法不成熟）或者創(chuàng)造一種多孔式的結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到，相比而言這種多孔式的結(jié)構(gòu)更具有商業(yè)價(jià)值，不僅提供了標(biāo)準(zhǔn)化的可能，更重要的是可生產(chǎn)出比常規(guī)氧化鋅高出10倍以上的比表面積。Cho等（2015）表明這種多孔氧化鋅替代常規(guī)藥理劑量氧化鋅具有良好的效果，尤其是在斷奶后的前2周（見(jiàn)表 3）。

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表3 多孔氧化鋅能夠替代常規(guī)氧化鋅

3.5 納米氧化鋅

理論上講，超細(xì)研磨生產(chǎn)的氧化鋅可暴露更多的分子與胃腸道的微生物菌群發(fā)生作用。例如，常規(guī)氧化鋅每克約有4平方米的表面積，而納米氧化鋅的比表面積可以增加得更多，盡管數(shù)值變異非常大。同時(shí)納米氧化鋅的負(fù)面作用也很多，例如這些產(chǎn)品多來(lái)源于工業(yè)副產(chǎn)品，重金屬含量高，質(zhì)量不穩(wěn)定，變異很大，缺乏作為動(dòng)物飼料添加劑的科學(xué)性較強(qiáng)的信息。此外，納米氧化鋅在歐盟從未被批準(zhǔn)在動(dòng)物飼料添加劑中允許使用，由于其與常規(guī)氧化鋅的粒徑相比納米顆粒的粒徑非常的小，其表面特性也與常規(guī)產(chǎn)品改變很大，其對(duì)生產(chǎn)工人呼吸系統(tǒng)的毒性，對(duì)動(dòng)物呼吸道和消化道的影響，以及納米顆粒排泄到環(huán)境中對(duì)土壤微生物的影響都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們的想象，需要嚴(yán)格評(píng)估后才能決定是否可以應(yīng)用。

4 歐盟法規(guī)下豬飼料鋅元素的未來(lái)趨勢(shì)

從2003年，歐盟將豬飼料中鋅元素允許使用的濃度上限從250 ppm（mg/kg全價(jià)飼料為基礎(chǔ)）下調(diào)至150 ppm，由于大多數(shù)飼料含有30～40 ppm天然形式的鋅元素，因此允許額外添加鋅源的濃度不高于110 ppm。對(duì)于多數(shù)豬飼料品種來(lái)說(shuō)，這個(gè)添加水平已經(jīng)高于生理需要100 ppm的標(biāo)準(zhǔn)了。然而在仔豬斷奶的特殊階段，這個(gè)添加標(biāo)準(zhǔn)并不能達(dá)不到其生理需求。根據(jù)歐盟條例1334/2003藥理劑量的氧化鋅（從2000 ppm 到4000 ppm）不允許在飼料中廣泛使用，同時(shí)歐盟又全面禁用了抗生素促生長(zhǎng)劑在飼料中的應(yīng)用，因此在面對(duì)仔豬出現(xiàn)腸道健康問(wèn)題時(shí)顯得力不從心，最終從2005年又重新允許使用藥理劑量的氧化鋅，但是必須在有獸醫(yī)處方許可的前提下才可以使用。

值得說(shuō)明的是，歐盟允許仔豬飼料添加不超過(guò)150ppm濃度的鋅元素，由于歐洲多數(shù)飼料企業(yè)都使用常規(guī)飼料級(jí)別的氧化鋅（72%鋅含量）作為鋅元素的來(lái)源，這一點(diǎn)與我國(guó)不同（我國(guó)多使用硫酸鋅和其他無(wú)機(jī)形式鋅作為鋅源），但獸醫(yī)開(kāi)處方允許使用的藥理劑量的氧化鋅是藥理級(jí)別的氧化鋅（80%鋅含量），具有更高的純度和安全性（有害重金屬殘留量低），這點(diǎn)對(duì)環(huán)境至關(guān)重要，一方面具有動(dòng)物生產(chǎn)的迫切需求與環(huán)境保護(hù)壓力的矛盾，所以規(guī)定了既然要用氧化鋅就要提高產(chǎn)品純度級(jí)別的要求，這一點(diǎn)與我國(guó)飼料法規(guī)中規(guī)定僅僅使用飼料純度級(jí)別（76%含量，有害重金屬殘留量很難得到保證）氧化鋅的做法有些不同。既然藥理劑量是氧化鋅應(yīng)用的主要部分，那一些情況下如果必須要使用的話就應(yīng)該保證這部分所應(yīng)用氧化鋅產(chǎn)品的純度及有害金屬殘留以使得對(duì)環(huán)境影響盡可能的小，這一點(diǎn)值得我們政策制定者借鑒參考。

4.1 為什么要控制鋅的應(yīng)用

如前所述，高濃度的鋅對(duì)活的生物體（動(dòng)物，細(xì)菌和植物）都有毒性。對(duì)于生豬而言，如果飼料中鋅的濃度高于1000 ppm飼喂仔豬的時(shí)間多于4周就會(huì)對(duì)其機(jī)體造成影響；土壤中的鋅濃度如果高于100 ppm也對(duì)植物的生長(zhǎng)顯現(xiàn)出毒性，此外土壤中鋅的濃度高于150 ppm時(shí)其中微生物的抗性便會(huì)展現(xiàn)出來(lái)。盡管動(dòng)物鋅中毒的案例發(fā)生的不多，這也不是歐盟政策制定機(jī)構(gòu)主要關(guān)心的問(wèn)題，但是由于土壤的高鋅導(dǎo)致的“萎黃病”卻是歐盟政策制定機(jī)構(gòu)所主要關(guān)心的問(wèn)題，因?yàn)檫@可能是制約歐盟國(guó)家農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，畢竟在歐盟，豬場(chǎng)的糞便是被要求必須施放在可耕種的農(nóng)田里的。

4.2 什么是“萎黃病”？

鐵是植物葉綠素光合作用系統(tǒng)的重要組成部分，植物從土壤中吸收鐵元素，通常很少出現(xiàn)鐵缺乏癥，但是如果土壤中微量元素的過(guò)度沉積，比如銅（歐盟委員會(huì)限制應(yīng)用的另一種礦物元素）和鋅都能與土壤中的鐵元素結(jié)合，最終導(dǎo)致植物很難吸收利用土壤中的鐵。不止于此，同時(shí)植物體內(nèi)的鋅和鐵互相競(jìng)爭(zhēng)吸收位點(diǎn)會(huì)進(jìn)一步加重鐵元素的缺乏，最終植物不能合成足夠的葉綠素，外表變得灰白（學(xué)名萎黃?。?。進(jìn)而，葉綠素的缺乏削弱了植物的光合作用，降低了作物的產(chǎn)量，換句話說(shuō)，在土壤受污染嚴(yán)重的地區(qū)，植物和谷物作物的產(chǎn)量會(huì)顯著降低。

據(jù)估計(jì)，從1973年至1983十年間，歐洲西部地區(qū)土壤中鋅元素的累積以每年0.41 ppm的速度遞增?？紤]到歐洲當(dāng)前最適合耕種土地重金屬元素沉積的嚴(yán)峻狀況，有人估計(jì)從現(xiàn)在起幾代人以后這些土地中的重金屬濃度將達(dá)到植物生長(zhǎng)的中毒水平并不是不可能。甚至有人悲觀地預(yù)測(cè)，從當(dāng)前比較適合耕作的土地到最終不能利用只需要80年左右時(shí)間，這就是為什么歐盟重新審視鋅（和銅）應(yīng)用政策的主要原因。

4.3 斷奶豬和成年豬

目前在歐洲國(guó)家一般采用如下兩種高鋅日糧替代方案：一種是在比利時(shí)的應(yīng)用方案，通過(guò)降低生長(zhǎng)育肥豬日糧鋅的濃度來(lái)平衡仔豬斷奶階段日糧高劑量氧化鋅的使用，換句話說(shuō)不是只關(guān)注于飼料中鋅的使用，而是關(guān)注養(yǎng)殖場(chǎng)中總鋅的排放，這種方式比較適合于從分娩到育肥出欄一條龍式的養(yǎng)殖場(chǎng)。另一種方式是利用一些氧化鋅的替代產(chǎn)品，這類產(chǎn)品可以用較低的劑量來(lái)替代藥理劑量的常規(guī)氧化鋅。顯而易見(jiàn)對(duì)于歐盟而言，鋅的確是一個(gè)問(wèn)題領(lǐng)域，可以想象全球其他的生豬生產(chǎn)地區(qū)也面臨著同樣的問(wèn)題，同時(shí)我們也可以預(yù)料到未來(lái)對(duì)氧化鋅應(yīng)用的控制會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格。我們建議動(dòng)物鋅的需要量應(yīng)該以“可消化形式”為基礎(chǔ)進(jìn)行精確地評(píng)估，我們也應(yīng)該持續(xù)探索更加“友好形式”的鋅源，例如使用生物學(xué)利用率較高的鋅源來(lái)滿足動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)生理需求，以及使用保護(hù)工藝處理的或者多孔工藝處理的氧化鋅產(chǎn)品來(lái)改善斷奶仔豬的腸道健康。

4.4 氧化鋅中和仔豬飼料中的有機(jī)酸

一般認(rèn)為當(dāng)飼料中應(yīng)用常規(guī)氧化鋅時(shí)，其系酸力顯著升高，因此必然要添加有機(jī)酸來(lái)平衡高系酸力導(dǎo)致的負(fù)面作用，或者考慮尋找常規(guī)氧化鋅的替代品來(lái)加以規(guī)避。當(dāng)飼料中有機(jī)酸的添加量比較低時(shí)，比如每噸添加有機(jī)酸1到3公斤，實(shí)際上由于有機(jī)酸已經(jīng)被中和掉了而使得添加變得毫無(wú)意義（除非氧化鋅和有機(jī)酸只是為了單一目的使用），這無(wú)疑增加了氧化鋅應(yīng)用的隱形成本。

實(shí)踐中可以登錄網(wǎng)址（http://animine.eu/ABC4-calculator）計(jì)算日糧的系酸力，部分結(jié)果如下：（1）添加0.1%檸檬酸可降低飼料酸結(jié)合力值 56mEq/kg；（2）添加0.03%的氧化鋅提高飼料酸結(jié)合力值 48mEq/kg；（3）作為參考，建議飼料pH值為4時(shí)斷奶仔豬日糧的酸結(jié)合力值可調(diào)整為350mEq/kg較為合理。

反之，當(dāng)用低劑量的常規(guī)氧化鋅替代品取代正常添加量的氧化鋅時(shí)會(huì)減少有機(jī)酸的消耗，可以節(jié)約不小的飼料成本空間，或者說(shuō)節(jié)約下來(lái)額外的胃酸有助于動(dòng)物消化其他需要酸解的飼料原料，例如高水平的豆粕等。如果日糧選用低劑量的常規(guī)氧化鋅的替代產(chǎn)品，由于其系酸力低，將會(huì)使得節(jié)約下來(lái)的有機(jī)酸提供非常強(qiáng)的抑菌和殺菌作用。截止目前，已經(jīng)有越來(lái)越多的證據(jù)表明，提高有機(jī)酸的添加量會(huì)改善仔豬的生長(zhǎng)性能。在歐洲一些國(guó)家，由于飼料抗生素促生長(zhǎng)劑的禁用，實(shí)踐證明添加低水平的有機(jī)酸已經(jīng)變得毫無(wú)意義，造成這種結(jié)果的原因是否由于當(dāng)前的法規(guī)下依舊允許藥理劑量的氧化鋅的應(yīng)用所導(dǎo)致的結(jié)果呢？如果真是如此，是否我們應(yīng)該考慮在不增加有機(jī)酸添加量的前提下?lián)Q成一些常規(guī)氧化鋅的替代品來(lái)充分發(fā)揮二者的協(xié)同效果呢？