納米材料在動物營養(yǎng)中的作用模式及其在飼料的應(yīng)用

蔡政忠

（莆田學(xué)院管理學(xué)院，福建莆田 351100）

納米技術(shù)是一種很有前途的新興技術(shù)，具有巨大的潛力。納米技術(shù)是將大分子轉(zhuǎn)化成納米分子的過程，在此過程中會改變基本物質(zhì)固有的物理和化學(xué)性質(zhì)，這些變化包括溶解度、吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制、排泄及重要的拮抗作用（劉孝天和劉濤，2016）。納米級材料的性能與更大尺度的材料有根本性的差異，這些變化在營養(yǎng)、診斷、治療、生物技術(shù)、疫苗生產(chǎn)、化學(xué)工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域都是可取的。

在畜禽飼養(yǎng)中，納米技術(shù)的應(yīng)用主要以納米礦物質(zhì)的形式存在，這一領(lǐng)域很重要，因?yàn)樗ㄟ^減少二價(jià)陽離子間的拮抗作用來增加對微量礦物的吸收。這一新的策略可用于畜禽營養(yǎng)的有效吸收，以更好地利用飼料和其他營養(yǎng)物質(zhì)。納米顆粒對健康和環(huán)境影響的研究是另一個(gè)值得關(guān)注的領(lǐng)域，本文綜述了納米材料的種類及其對動物生產(chǎn)系統(tǒng)的影響。

1 納米材料的種類及作用模式

納米材料根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)可分為無機(jī)、有機(jī)、乳液、分散體和納米黏土。無機(jī)納米顆粒包括納米級的無機(jī)成分，并已被批準(zhǔn)用于飼料，如二氧化鈦，飼料著色劑可用于飼料包裝過程中的紫外線屏障。其對飼料和包裝工業(yè)的干預(yù)包括用于飼料包裝的納米黏土，用于水凈化的二氧化硅、鈣、鎂和銀納米顆粒等礦物質(zhì)，抗菌包裝和飼料儲存（Al-Beitawi 等，2017）。有機(jī)納米顆粒包括蛋白質(zhì)、脂肪和糖分子。有機(jī)納米顆粒通過改變飼料的功能，提高其營養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)有機(jī)納米顆?？梢园鼱I養(yǎng)物質(zhì)，并通過胃腸道運(yùn)輸?shù)窖褐?，這些被稱為納米膠囊。因此，隨著生物利用度的提高，這些膠囊的目的是在不影響口味或外觀的情況下提供營養(yǎng)。作為封裝的納米材料，它們作為膠束、脂質(zhì)體和生物傳感器、識別標(biāo)記、延長貨架壽命劑和殺菌劑被納入飼料和飼料包裝系統(tǒng)。另一方面，納米乳可以通過將功能性飼料成分封裝在油/ 水界面或連續(xù)相中來穩(wěn)定和傳遞活性成分（FSAI，2008）。

納米顆粒從胃腸道的攝取途徑有很多種，包括攝取、吸入途徑、口服或智能遞送到胃腸道。納米粒子在體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄依賴于其物理化學(xué)性質(zhì)，如溶解度、電荷和大小。小于300 nm的顆?？蛇M(jìn)入血液，小于100 nm 的顆?？梢赃M(jìn)入各組織、器官（Hett，2004）。吸入的超細(xì)顆粒通過吸入途徑進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，繞過血腦屏障。但它們與其他物質(zhì)的反應(yīng)會對健康和環(huán)境產(chǎn)生影響。近年來，生物功能化納米顆粒作為一種運(yùn)輸和加工前的病原體清除劑已被廣泛應(yīng)用于腸道治療。

2 納米技術(shù)在動物營養(yǎng)中的干預(yù)作用

納米技術(shù)在動物飼養(yǎng)中的應(yīng)用包括使用不同的納米粒子在藥物管理、營養(yǎng)、益生菌和礦物質(zhì)中應(yīng)用。飼料添加劑等微量元素的納米顆?？梢詽M足動物微量礦物質(zhì)的需求。這類納米添加劑具有生物利用度高、劑量率小、與其他組分相互作用穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。由于其低劑量使用，可作為抗生素替代品作為生長促進(jìn)劑，消除動物產(chǎn)品中的抗生素殘留問題，減少環(huán)境污染，生產(chǎn)無污染的動物產(chǎn)品（Schmidt，2009）。

2.1 納米材料的營養(yǎng)消化、利用及調(diào)控作用在綿羊試驗(yàn)中，當(dāng)給予1 mg/kg 的納米硒時(shí)，對血液成分的過氧化損傷有積極作用（Sadeghian 等，2012）。同樣，在公山羊中，以3% 的速度補(bǔ)充納米硒可以增加最終體重和平均日生長速度，全血、血清和組織硒濃度、血清抗氧化酶活性也隨著日糧中納米硒濃度的升高而升高（Li-Guang 等，2010）。日糧以納米鉻的形式補(bǔ)充200 μg 鉻可顯著降低豬血清葡萄糖、尿素氮、甘油三酯、膽固醇和非酯化脂肪酸水平，血清總蛋白、高密度脂蛋白、脂肪酶活性明顯升高，血清胰島素樣生長因子I 升高，血清胰島素和皮質(zhì)醇水平明顯降低。納米鉻還對胴體特征、豬肉質(zhì)量、骨骼肌質(zhì)量、某些肌肉和器官中組織鉻濃度的增加有顯著影響（Wang和Xu，2004）。

在斷奶仔豬過渡階段（5 ～20 kg），添加20和40 mg/kg 的金屬銀納米顆粒作為抗菌劑和生長促進(jìn)劑可使回腸內(nèi)容物大腸菌群和產(chǎn)氣莢膜梭菌減少（Fondevila 等，2009）。在肉雞中與亞硒酸鈉相比，補(bǔ)充1.20 mg/kg 納米硒能有效地在體內(nèi)沉積硒，添加0.15 ～1.20 mg/kg 的硒肉雞存活率、平均日增重和料重比均顯著提高（Hu 等，2012）。一項(xiàng)關(guān)于納米鋅的研究表明，與無機(jī)鋅相比，在肉雞基礎(chǔ)日糧中添加0.06 mg/kg 的納米鋅可改善免疫狀態(tài)和生物利用度。此外，不同濃度的氧化鋅納米顆粒也能抑制真菌毒素生長。因此，該方法可用于飼料處理，以減少霉菌中毒的潛在危害。以納米磷酸鈣替代50% 磷酸二鈣時(shí)肉雞的飼料轉(zhuǎn)化率最佳。Andi 等（2011）報(bào)道，由于離子銀對腸道有害細(xì)菌的影響，納米銀可以改善肉雞采食量、增重和飼料效率，從而改善腸道健康，提高營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收。

2.2 納米材料作為飼料添加劑 納米膠囊是精油、香精、抗氧化劑、輔酶Q10、維生素、礦物質(zhì)和植物化學(xué)物質(zhì)的載體，可提高這些活性物的生物利用度。包裹活性成分的納米顆粒如多酚、礦物質(zhì)和微量營養(yǎng)素可防止氧化反應(yīng)和異味。在食品工業(yè)中，脂質(zhì)體納米囊泡用于包裹和釋放營養(yǎng)物質(zhì)、酶、香料和抗菌化合物。同樣，納米添加劑也可被蛋白質(zhì)或其他成分包裹。膠束是涂有一層薄的雙極分子的油小球，一端溶于脂肪，另一端溶于水，它們可以懸浮在水中，或者水可以封裝在膠束中，也可以懸浮在油中，如含有ω-3 魚油的納米膠囊，但味道不太好（Wen 等，2006）。

2.3 納米材料在飼料加工中的應(yīng)用 納米尺度的粒子提供了一個(gè)非常大的表面積，其功能比宏觀尺度的結(jié)構(gòu)有效。它們可用于封裝有價(jià)值的或功能性的飼料成分，以防止在飼料加工過程中丟失。納米技術(shù)已開始在功能性飼料的發(fā)展中獲得動力，功能性飼料能根據(jù)動物的需要有效地提供營養(yǎng)。“隨需應(yīng)變”飼料研究工作正在進(jìn)行，這種飼料可以潛伏在體內(nèi)，并在需要時(shí)提供營養(yǎng)。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是在飼料中加入納米膠囊來傳遞營養(yǎng)。另外，在飼料中添加納米顆粒，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)能更好的吸收。這種直徑為50 nm 的納米螯合物還有助于在不改變飼料顏色或味道的情況下更有效地傳遞維生素、番茄紅素和ω 脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)（Bunglavan 等，2014）。

3 納米材料的風(fēng)險(xiǎn)與管控

風(fēng)險(xiǎn)評估的4 個(gè)基本階段包括危害識別、危害表征、暴露評估和風(fēng)險(xiǎn)表征。高風(fēng)險(xiǎn)但接觸較少的物質(zhì)可能比風(fēng)險(xiǎn)有限且長期接觸較多的物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)更小。因此，研究納米材料的性質(zhì)和暴露時(shí)間是一個(gè)值得關(guān)注的問題。納米技術(shù)在動物營養(yǎng)方面的應(yīng)用需要特別注意風(fēng)險(xiǎn)分析、監(jiān)管政策和監(jiān)管監(jiān)督等工作。因此，需要及時(shí)評估這些新興應(yīng)材料的技術(shù)、社會和政策影響。

4 結(jié)論

納米技術(shù)正在不斷發(fā)展，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，但研究還很有限。綠色合成法制備納米粒子是一種可行的化學(xué)合成方法，但仍需要大量的研究來支持其效率和生物安全性，避免對動物、人類和環(huán)境造成傷害。