氧化鋅及改性氧化鋅對仔豬生長性能和腸道健康的影響

崔藝燕，田志梅，鄧 盾，劉志昌，魯慧杰，李家洲，陳衛(wèi)東*，馬現(xiàn)永,2*

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學院動物科學研究所，畜禽育種國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室，廣東畜禽肉品質(zhì)量安全控制與評定工程技術(shù)研究中心，廣東廣州 510640；2.嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室茂名分中心，廣東茂名 525000）

藥理水平的氧化鋅（高于2 000 mg/kg）廣泛用于斷奶仔豬的腹瀉控制和生長促進。藥理水平氧化鋅能預防仔豬腸上皮中病原菌黏附，改善腸上皮組織結(jié)構(gòu)、免疫系統(tǒng)，提高仔豬生長性能[1]。但藥理水平氧化鋅會引起環(huán)境污染并引起細菌對抗生素的抗性[2-4]。目前，很多國家擬禁止在仔豬上使用藥理水平氧化鋅。美國、加拿大國家飼料協(xié)會己將日糧中鋅最大限量規(guī)定為500 mg/kg。我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部第2625 號公告規(guī)定，氧化鋅在仔豬斷奶后前兩周不能添加超過1 600 mg/kg（以鋅元素計）。因此，亟待尋找氧化鋅的替代品，以減少鋅的排泄和維持豬的正常生產(chǎn)。

目前，氧化鋅的主要替代產(chǎn)品包括有機鋅（多糖鋅、蛋白鋅、氨基酸螯合鋅）、無機鋅（硫酸鋅、堿式氯化鋅）以及改性氧化鋅（礦物質(zhì)-氧化鋅復合物、多孔氧化鋅、包被氧化鋅、納米氧化鋅）等。其中，改性氧化鋅是指在氧化鋅的基礎(chǔ)上，通過物理或化學的方法對氧化鋅進行修飾，改變氧化鋅形態(tài)或性質(zhì)，賦予新性能或提高原有性質(zhì)的氧化鋅制品。改性氧化鋅既具有氧化鋅的優(yōu)點，又具有其他功能特性，能滿足養(yǎng)殖生產(chǎn)的需求。本文簡述了改性氧化鋅的類型及其對仔豬生長性能和腸道健康的影響，為改性氧化鋅在仔豬生產(chǎn)中的應用提供參考。

1 改性氧化鋅

納米技術(shù)、多孔技術(shù)或者其他技術(shù)可以增加氧化鋅表面積，增加其與腸道的接觸面，使得改性氧化鋅具有更好的效果。微孔氧化鋅（HiZox?）具有高孔隙率產(chǎn)生的高比表面積以及獨特的顆粒尺寸和形狀等特征[5]，具有海綿內(nèi)部結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出大的團聚體和小的聚集體[6]。另外，微孔氧化鋅（HiZox?）具有抑制細菌生長的能力，可以降低飼料中的細菌濃度[7]。多孔氧化鋅具有較好的流動性、較大的比表面積、較低的系酸力，可以有效降低斷奶仔豬腹瀉并促進仔豬生長[8-9]。納米氧化鋅粒徑小（1～100 nm），更容易穿過腸道屏障并具有更高的吸收率和滲透率。納米氧化鋅由于其高的表面積與體積之比以及獨特的化學和物理特性，在低濃度下具有很強的生物活性[10]，可顯著促進動物的生長并增強免疫力[11]。這些改性氧化鋅比傳統(tǒng)的氧化鋅具有更強的功效，由于其顆粒小，進一步增加了氧化鋅、動物和胃腸道中微生物之間可能相互作用的部位。

包被技術(shù)、微囊化技術(shù)能夠保護有效成分不被胃液降解并緩慢釋放到腸道中[12]，使到達腸道的氧化鋅增加。脂質(zhì)微囊化氧化鋅在腸道緩慢 釋放，可有效降低仔豬日糧中氧化鋅的添加水平，減少鋅的排泄，對生長性能無負面影響[13]。氧化鋅顆粒被脂質(zhì)包裹，可最大程度地將礦物質(zhì)以其天然化學形式輸送到腸道，而不會在胃中被電離[14]。

不同的載體負載氧化鋅，能豐富氧化鋅的功能。硅藻土-氧化鋅復合物中的氧化鋅插入在硅藻土的層間空隙，可以保護氧化鋅不會在胃中分解，從而增加到達胃腸道的氧化鋅的比例，并增強腸內(nèi)氧化鋅的功效[15]。凹凸棒土具有表面多孔、比表面積大特性，具有良好的吸附效果，能夠控制生物活性物質(zhì)的釋放。研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬日糧中添加凹凸棒土負載納米氧化鋅能顯著提高仔豬的生長性能[16]。殼聚糖/藻酸鹽-納米氧化鋅復合物的微晶尺寸為17 nm，可有效保護模擬胃液中的氧化鋅，其中Zn2+濃度比普通氧化鋅所獲得的濃度高6 倍，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有有效的抗菌活性[17]。

但實際生產(chǎn)中，生產(chǎn)工藝不同使得改性氧化鋅的比表面積、粒度或者包被/負載效果不一致，這會對應用效果造成影響。如納米氧化鋅粒度小，靜電吸附作用大，容易結(jié)塊。斷奶仔豬腸道脂肪酶活性不高[18]，脂質(zhì)包被氧化鋅的應用受到限制。再者，不同的礦物質(zhì)載體品質(zhì)不一，負載氧化鋅的效率不同，研究也較少。總之，不同的改性氧化鋅各具優(yōu)缺點，將來需要更多的材料學研究對改性氧化鋅進行品質(zhì)提升，使其更好地發(fā)揮作用。

2 氧化鋅及改性氧化鋅對仔豬生長性能的影響

以往研究表明，以藥理學水平飼喂常規(guī)氧化鋅能夠改善仔豬腹瀉，促進生長。氧化鋅可以增加平均日增重（ADG）和日采食量（ADFI）[19]。Zhu 等[20]研究表明，與抗生素組相比，3 000 mg/kg 氧化鋅可以顯著提高仔豬的體重和ADG。大多數(shù)研究認為，低劑量改性氧化鋅的促生長效果與藥理水平氧化鋅相似。如Cho 等[7]試驗發(fā)現(xiàn)，添加氧化鋅或微孔氧化鋅（HiZox?）組的ADG 顯著高于基礎(chǔ)日糧組。Pei 等[21]研究發(fā)現(xiàn),補充450 mg/kg 納米氧化鋅可以改善仔豬的ADG、ADFI 和耗料增重比，其效果高于3 000 mg/kg 氧化鋅。改性氧化鋅顆粒的形狀、大小、穩(wěn)定性的改善導致其在腸道內(nèi)接觸面積增大，促生長效果更優(yōu)。

添加劑生產(chǎn)中常使用脂肪進行包被，包被氧化鋅同樣具有一定的促生長作用。Grilli 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，3 000 mg/kg 氧化鋅和800 mg/kg 脂質(zhì)微囊化氧化鋅組的ADG 顯著高于對照組，脂質(zhì)微囊化氧化鋅組較對照組具有更低的耗料增重比和更高的末重，但二者無顯著差異。Bai 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，與2 250 mg/kg 氧化鋅組相比，5%和10%的包被納米氧化鋅均改善了最終的體重、ADG 和飼料轉(zhuǎn)化率。此外有研究認為包被氧化鋅對生長性能無促進效果。如包被氧化鋅組與100、2 500 mg/kg氧化鋅組的ADG 和耗料增重比無差異[14]；450 mg/kg包被氧化鋅對斷奶仔豬無促生長作用，而750 mg/kg 包被氧化鋅具有一定促生長作用，但顯著低于與藥理水平氧化鋅[22]；Byun 等[23]報道，與2 500 mg/kg 氧化鋅組相比，200 mg/kg 脂質(zhì)包被氧化鋅組的ADG 和耗料增重比均更低。這可能因為在飼料添加劑中應用不同的包被技術(shù)，可能會導致氧化鋅的穩(wěn)定性、吸收率和抗菌活性發(fā)生變化。

關(guān)于載體負載氧化鋅的研究較少，其對仔豬生長性能的效果尚不確定。Song 等[15]評估了硅藻土-氧化鋅復合物對改善乙酸攻擊后仔豬腸道屏障恢復的作用，與直腸內(nèi)注射乙酸仔豬相比，硅藻土-氧化鋅顯著改善ADG、ADFI 和經(jīng)上皮電阻。毛俊周等[16]研究表明，與基礎(chǔ)日糧組相比，日糧添加凹土納米氧化鋅可顯著提高斷奶仔豬的ADG、ADFI。

3 氧化鋅及改性氧化鋅對仔豬腸道健康的影響

3.1 氧化鋅及改性氧化鋅對仔豬腹瀉的影響 斷奶會導致腸屏障功能障礙以及電解質(zhì)的吸收和分泌失衡，并增加腹瀉[21]。藥理水平氧化鋅能夠減少仔豬腹瀉。Zhu等[20]報道，飼喂添加3 000 mg/kg 氧化鋅的仔豬腹瀉率在1、14 d 以及14～28、1～28 d 均明顯降低。氧化鋅可以降低斷奶后的糞便評分[19]。改性氧化鋅具有藥理水平氧化鋅相似的降腹瀉效果，同時還能減少使用劑量。Hongfu[24]研究表明，400 mg/kg 納米氧化鋅可使腹瀉率降低49.1%，顯著優(yōu)于3 000 mg/kg 氧化鋅；Cho 等[7]研究表明，添加氧化鋅或微孔氧化鋅（HiZox?）組在21、28 d 的糞便評分均顯著低于基礎(chǔ)日糧組；200 mg/kg包被氧化鋅和2 500 mg/kg 氧化鋅組的腹瀉評分低于100 mg/kg 包被氧化鋅組[23]；Bai 等[12]報道，與對照組相比，包被納米氧化鋅顯著降低了腹瀉率；硅藻土-氧化鋅能顯著降低糞便評分[15]；毛俊舟等[16]研究發(fā)現(xiàn)，700 mg/kg 凹土納米氧化鋅組腹瀉率、腹瀉指數(shù)較基礎(chǔ)日糧組和抗生素組顯著降低。由以上研究可知，低劑量改性氧化鋅能夠達到藥理水平氧化鋅降低腹瀉的效果，這可能與改性氧化鋅在腸道中解離的鋅離子濃度增加有關(guān)。

3.2 氧化鋅及改性氧化鋅對仔豬腸道形態(tài)的影響 腸道形態(tài)在吸收養(yǎng)分和腹瀉的發(fā)生中起著重要作用。絨毛高度、隱窩深度及其比值通常作為評價腸黏膜結(jié)構(gòu)完整性的指標。補充藥理水平氧化鋅的仔豬腸道形態(tài)得到改善。Song 等[19]研究表明，2 200 mg/kg 氧化鋅改善了仔豬絨毛高度和絨毛高度與隱窩深度之比，增加跨上皮電阻。Zhu 等[20]報道，補充3 000 mg/kg 氧化鋅可顯著增加仔豬十二指腸和回腸的絨毛高度，并降低十二指腸的隱窩深度，顯著上調(diào)空腸黏膜中Zona Occludens-1（ZO-1）和Occludin的mRNA 表達。同時改性氧化鋅與藥理水平氧化鋅改善腸道形態(tài)的效果相似。如飼喂微孔氧化鋅（HiZox?）的豬小腸黏膜上皮電阻比飼喂110 mg/kg 氧化鋅組更高，與claudin-1和ZO-1的基因表達較高的趨勢一致[5]。Pei 等[21]提出日糧中補充納米氧化鋅和氧化鋅可以提高絨毛高度與隱窩深度之比，并減少腹瀉發(fā)生率。同樣，Wang 等[25]報道，1 200 mg/kg 納米氧化鋅和3 000 mg/kg 氧化鋅改善了仔豬的腸道形態(tài)。硅藻土-氧化鋅降低乙酸誘導結(jié)腸炎仔豬的糞便評分和隱窩深度，增加occludin、claudin-1和ZO-1的表達，降低caspase-9 和caspase-3 活性以及凋亡前體蛋白Bax表達[15]。這些結(jié)果表明，低劑量改性氧化鋅和藥理水平氧化鋅通過恢復黏膜屏障，改善腸上皮細胞增殖，改善了腸道形態(tài)的損傷，繼而減少仔豬腹瀉的發(fā)生。

但是，目前包被氧化鋅對仔豬腸道形態(tài)的改善效果并不明顯，與藥理水平氧化鋅存在差距。Grilli 等[13]報道，800 mg/kg 微囊化氧化鋅組的回腸絨毛高度、絨毛高度與隱窩比值顯著高于對照和氧化鋅組。Byun 等[23]認為包被氧化鋅在減輕腹瀉、促進生長以及不影響腸道黏膜結(jié)構(gòu)完整性的作用均不及藥理水平氧化鋅有益。相似地，Song 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，包被氧化鋅組的絨毛高度、絨毛高度與隱窩深度比顯著低于空白組（空腸和十二指腸），包被氧化鋅對絨毛完整性有負面影響。Bai 等[12]也發(fā)現(xiàn)，2 250 mg/kg 氧化鋅組的十二指腸絨毛高度、絨毛高度與隱窩深度比顯著高于10%包被納米氧化鋅組，5% 包被納米氧化鋅組的空腸絨毛高度顯著高于10%包被納米氧化鋅組。這是因為絨毛高度、絨毛高與隱窩深度比有時會因包被氧化鋅或氧化鋅的不同濃度而降低，以及與添加劑量、包被脂質(zhì)種類、改進技術(shù)等有關(guān)。因此，需要更多的研究證實包被氧化鋅的結(jié)果。

3.3 氧化鋅及改性氧化鋅對仔豬腸道免疫、抗氧化能力的影響 斷奶應激可導致仔豬腸道形態(tài)學損傷和嚴重炎癥。過度表達的促炎細胞因子會損害腸道的完整性和上皮細胞 的功能。腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和干擾素-γ（IFN-γ）可以增加腸道細胞上皮滲透性和干擾上皮緊密連接[26]。斷奶后腸道疾病可通過控制腸道促炎細胞因子得到緩解[27]。Zhu 等[20]報道，與對照組相比，3 000 mg/kg 氧化鋅降低了血漿丙二醛濃度，增加了總超氧化物歧化酶活性，下調(diào)空腸黏膜中白介素-1β（IL-1β）、IFN-γ mRNA 表達，增加轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）mRNA 表達。Hu 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加500 mg/kg硅藻土-氧化鋅或2 250 mg/kg 氧化鋅可下調(diào)仔豬空腸黏膜TNF-α和IFN-γ的mRNA 表達。Grilli 等[13]也報道，800 mg/kg 脂質(zhì)微囊化氧化鋅組IFN-γmRNA 最低，3 000 mg/kg 氧化鋅和800 mg/kg 脂質(zhì)微囊化氧化鋅均可降低TNF-α水平。包被氧化鋅可能通過調(diào)節(jié)胰島素樣生長因子-1（IGF-1）、IL-6和IL-10基因的表達，在腸黏膜生長和免疫功能中發(fā)揮作用[14]。Wang 等[29]報道，800 mg/kg 納米氧化鋅較3 000mg/kg 氧化鋅組增強回腸Occludin、IL-1β、IL-10和TNF-α的mRNA表達?？傮w上，改性氧化鋅與藥理水平氧化鋅均在腸道黏膜生長和免疫功能中發(fā)揮作用，能改善仔豬腸道炎癥反應，提高免疫或抗氧化能力。

3.4 氧化鋅及改性氧化鋅對仔豬腸道微生物的影響 藥理水平氧化鋅會增加細菌的抗生素耐藥性。Bednorz 等[2]發(fā)現(xiàn)，2 500 mg/kg 氧化鋅增加了仔豬回腸和結(jié)腸消化物中多重耐藥大腸桿菌的比例。在飼喂高鋅日糧的仔豬中對抗性大腸桿菌大量增加[3]。Vahjen 等[4]給斷奶豬飼喂4 周不同水平氧化鋅的日糧，發(fā)現(xiàn)2 425 mg/kg 氧化鋅組的四環(huán)素和磺酰胺抗性基因的拷貝數(shù)較57 mg/kg氧化鋅組顯著增加。因此，飼喂藥理水平氧化鋅日糧尚存在疑問。

改性氧化鋅與藥理水平氧化鋅對腸道微生物的影響不同。Wang 等[5]研究報道，與110 mg/kg 氧化鋅相比，2 400 mg/kg 氧化鋅可以減少遠端小腸的大腸菌群和大腸桿菌數(shù)量，而微孔氧化鋅（HiZox?）僅可以減少大腸菌群。低劑量納米氧化鋅組盲腸、結(jié)腸、直腸中大腸桿菌數(shù)量較3 000 mg/kg 氧化鋅組低[21]。而800 mg/kg 納米氧化鋅顯著降低回腸好氧菌數(shù)量[29]。日糧添加包被氧化鋅極顯著減少糞便大腸桿菌數(shù)量，增加雙歧桿菌數(shù)量[30]。Cho 等[7]報道，補充氧化鋅或改性氧化鋅的仔豬糞便乳酸桿菌計數(shù)均高于基礎(chǔ)日糧組?？梢姼男匝趸\和藥理水平氧化鋅能減少腸道有害菌數(shù)量，增加益生菌數(shù)量，對仔豬降低腹瀉具有重要作用。彭鵬等[31]研究發(fā)現(xiàn)，與基礎(chǔ)日糧組相比，3 000 mg/kg 氧化鋅組與多孔氧化鋅組盲腸內(nèi)容物乙酸含量顯著增加，多孔氧化鋅組盲腸內(nèi)容物丙酸含量顯著增加，隨著多孔氧化鋅添加量的增加，厚壁菌門相對豐度增加，變形桿菌門、放線菌門相對豐度降低。日糧中添加改性氧化鋅能夠提高仔豬腸道內(nèi)容物短鏈脂肪酸水平，改善菌群多樣性及改善微生態(tài)系統(tǒng)。

3.5 氧化鋅及改性氧化鋅對仔豬血漿、組織和糞便鋅、銅的影響 血清鋅是指示體內(nèi)鋅水平的指標，補充鋅后血漿鋅濃度會增加[32]。藥理水平氧化鋅可增加機體肝臟、胰腺、腎臟、空腸的鋅含量。Burrough 等[33]報道，6 000 mg/kg 氧化鋅可提高豬血清、肝、胰腺鋅濃度，降低血清銅、血清硒和肝硒濃度。2 100 mg/kg 氧化鋅組空腸、肝臟、胰腺組織和掌骨中的鋅濃度與腎臟金屬硫蛋白（MT）-1a、MT-2b 和MT-3 的表達顯著高于100 mg/kg 組[34]。Janczyk 等[35]研究發(fā)現(xiàn)，3 000 mg/kg氧化鋅組可提高仔豬肝臟、腎臟和肋骨的鋅濃度以及腎臟銅濃度。Pieper 等[36]也發(fā)現(xiàn)，飼喂2 425 mg/kg 氧化鋅的仔豬胰腺鋅濃度和金屬硫蛋白豐度均高于57、164 mg/kg 氧化鋅組。改性氧化鋅和藥理水平氧化鋅可提高仔豬血液、肝臟的鋅濃度，對腎臟鋅含量的影響不一致。Wang 等[5]研究發(fā)現(xiàn)，相同濃度下，微孔氧化鋅（HiZox?）較氧化鋅會提高黏膜鋅含量。300 mg/kg 改性氧化鋅組血漿鋅濃度高于基礎(chǔ)日糧組和3 000 mg/kg氧化鋅組[7]。Pei 等[21]研究結(jié)果表明，納米氧化鋅和氧化鋅顯著增加了血清和組織的鋅含量。而補充800 mg/kg納米氧化鋅可增加仔豬血漿、肝臟、胰腺和脛骨的鋅濃度，但不影響腎臟、脾臟或肌肉中的鋅含量[29]。改性氧化鋅性質(zhì)的不同影響了動物機體對改性氧化鋅的吸收利用率，導致了血液和組織的鋅含量不同。

仔豬日糧添加藥理水平氧化鋅帶來了許多問題。如約80%氧化鋅會從糞便中排出[37]；高鋅會導致土壤鋅的積累[38]，造成鋅資源浪費并污染環(huán)境。研究報道3 000、2 000、1 000 mg/kg 氧化鋅組仔豬糞便鋅含量是100 mg/kg 氧化鋅組的13.6、9.9、4.6 倍[39]。通過改性技術(shù)對氧化鋅進行修飾以及使用低劑量的氧化鋅可以減少糞便鋅的排泄。李強等[22]報道，與3 000 mg/kg 氧化鋅相比，450、750 mg/kg 包被氧化鋅均能顯著降低糞便鋅含量。Bai 等[12]研究表明，與2 250 mg/ kg 氧化鋅組相比，5%包被氧化鋅可降低仔豬血漿、肝臟和糞便的鋅含量。飼喂低濃度鋅對維持斷奶仔豬的生長性能非常重要，實施減少礦物質(zhì)排泄的飼喂計劃有益于環(huán)境和養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展。但是目前對改性氧化鋅的轉(zhuǎn)運吸收研究較少，后續(xù)需要更深入研究。

4 小 結(jié)

改性氧化鋅和藥理水平氧化鋅均可通過提高腸道抗氧化、免疫能力，改善微生態(tài)系統(tǒng)，恢復腸道屏障，繼而減少腹瀉，達到促進仔豬生長的效果。低劑量改性氧化鋅替代藥理水平氧化鋅，符合減少動物飲食鋅和重金屬使用量的趨勢。然而，改性氧化鋅的安全性仍然存在一些問題，如硅酸鹽礦物重金屬含量高、品質(zhì)不穩(wěn)定。另外，過量鋅干擾銅和鐵的吸收代謝、營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率等尚不清楚，改性氧化鋅對仔豬消化吸收的研究缺乏。因此，改性氧化鋅對于鋅的腸道運輸和吸收機制應進一步研究。