蒙脫石的作用機制及其與添加劑聯(lián)合應用的研究進展

陳繼發(fā)

（宜春學院生命科學與資源環(huán)境學院，江西省高等學校硒農(nóng)業(yè)工程技術研究中心，宜春市功能農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境重點實驗室，江西宜春 336000）

隨著養(yǎng)殖環(huán)境的日趨惡化，尤其是我國南部地區(qū)炎熱時節(jié)高溫、潮濕，飼料原料及配合飼料受霉菌毒素污染嚴重；重金屬等環(huán)境毒物長期、潛在危害畜禽的健康和生產(chǎn)性能；同時自2020 年7 月1 日起我國全面禁止在動物飼料中添加促生長類藥物飼料添加劑（中藥類除外）。如何有效緩解或消除霉菌毒素、重金屬、有害菌及其毒素等對動物造成的危害是飼料科學的研究熱點。蒙脫石（Smectite，SM）是一種天然的硅鋁酸鹽黏土礦物，因其特殊的晶體結構，具有吸附霉菌毒素、重金屬、有害菌、細菌毒素和維護消化道黏膜等作用[1-4]。相關研究結果表明，SM 與益生菌、有機酸、植物精油或微量元素（化合物）等聯(lián)用能夠降低腸道有害菌數(shù)量、調(diào)節(jié)腸道菌群，改善腸道屏障功能、提升機體健康水平，提高畜禽生長或生產(chǎn)性能，可起到與飼用抗生素類似的使用效果[5-8]。另外，SM 在畜禽飼糧中的適量添加是保證其應用效果的必要前提。本文綜述了SM 的主要作用及機制、SM 與幾種添加劑聯(lián)合在畜禽養(yǎng)殖中的應用效果以及SM應用于畜禽生產(chǎn)中存在的安全性問題，以期為SM 更好地應用于飼料行業(yè)及其進一步研究提供參考。

1 SM 的主要作用及機制

SM 為膨潤土的主要成分，由2 個共頂聯(lián)接的硅氧四面體片夾1 個共棱聯(lián)接的鋁（鎂）氧（氫氧）八面體片組成。由于SM 獨特的空間（晶體）構造，使其擁有陽離子交換性、吸附性、膨脹性和穩(wěn)定性等特性[9-10]。

1.1 吸附有害菌及其毒素 大多數(shù)有害菌表面帶有負電荷[11-12]，而SM 晶體層間內(nèi)含有許多金屬陽離子，帶有正電荷，因而能通過靜電引力和分子間作用力吸附表面帶負電的有害菌，降低其生物利用率，并通過腸道蠕動最終排出體外。研究表明，SM 對沙門氏菌、大腸桿菌等多種有害菌有吸附作用[1,13-14]。體內(nèi)試驗表明，SM 能夠增加動物腸道雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌數(shù)量[6,15-16]。據(jù)此推測，SM 可能對有益菌的吸附作用較弱，其在腸道中“綁定”有害菌后利于有益菌的生長繁殖。內(nèi)毒素（脂多糖）是一種最常見的細菌毒素，過量時會導致動物機體產(chǎn)生多種應激。由于SM 晶層中有正電荷的配體，可以通過靜電引力吸附內(nèi)毒素帶負電荷的配體（磷酸鹽），因而SM 也有“捆扎”內(nèi)毒素的能力。Chen 等[2]研究表明，SM 能夠吸附蛋雞腸道內(nèi)容物中內(nèi)毒素，降低血清內(nèi)毒素含量；另外，飼糧中添加SM 能夠降低肉牛腸道內(nèi)容物、糞便和血漿中內(nèi)毒素含量[17]。

1.2 固定霉菌毒素 SM 對黃曲霉毒素、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇等多種霉菌毒素具有吸附作用，能夠減輕它們對畜禽造成的負面影響[18-20]。SM 吸附、固定霉菌毒素的主要機制：通過分子間作用力、靜電吸附和表面吸附力將霉菌毒素分子結構中含有的極性基團（如氨基、羥基）或可極化基團（如苯基等）固定于SM 多孔結構中；同時呈剛性平面分子構造的霉菌毒素還可進入SM 的內(nèi)表面，與其晶層內(nèi)金屬陽離子相互作用，使已固定的霉菌毒素不容易被解吸，形成穩(wěn)定的霉菌毒素-SM 復合體，霉菌毒素的生物利用率降低，所形成的復合體可通過畜禽消化道排出體外。

1.3 吸附重金屬 SM 利用其吸附性和陽離子交換性對飼糧重金屬有吸附作用，可有效減輕重金屬對畜禽造成的危害。Ivan 等[4]報道，膨潤土可有效減少高銅飼糧（含棕櫚仁餅副產(chǎn)品）條件下綿羊肝臟中銅的蓄積量，降低慢性銅中毒的發(fā)病率；Yu 等[21]研究表明，SM 能夠有效緩解鉛對后備母豬生長性能和激素分泌造成的不利影響。此外，SM 能夠吸附水中的重金屬，有利于防治水體重金屬污染[22]，推測其在動物胃腸道中對飲水中重金屬也有一定吸附作用，或許間接改善了畜禽飲用水品質(zhì)。

1.4 修復和保護消化道黏膜 SM 是一種天然的黏液穩(wěn)定劑，可與動物胃腸道黏液蛋白靜電結合，增加黏膜厚度，促進胃腸黏膜上皮細胞增殖和黏液分泌，并能改善黏液的質(zhì)量，例如增加內(nèi)聚力、柔韌性；同時，由于SM 的黏塑特性，其晶體層與層之間能夠滑動打開，在動物消化道內(nèi)延展，可形成一層連續(xù)的保護膜[3]。研究證實，SM 能在腸道內(nèi)有效吸附霉菌毒素、有害菌及其毒素等，減少有害物質(zhì)對腸上皮細胞造成的損傷，保護腸道黏膜[1,23]；另外，飼糧適量添加SM 可提高動物腸道絨毛高度，降低隱窩深度，上調(diào)小腸Claudin-1、Claudin-5 和Occludin mRNA 的表達量[2,6,24]。

2 SM 與幾種添加劑聯(lián)用在畜牧生產(chǎn)中的應用

利用SM 的陽離子交換性，將二價銀離子、二價銅離子等陽離子置換到SM 晶層間制備改性SM（如載銀SM、載銅/鋅SM），或者制備微量元素化合物與SM的復合物（如氧化鋅-SM），發(fā)現(xiàn)它們具有很強的抗菌作用[13-14]，對霉菌毒素的吸附能力增強[25]，能夠改善畜禽腸道健康，降低腹瀉率，提高生長或生產(chǎn)性能[5,15]。李冬梅[26]以SM 為載體，利用細菌-SM 承載法制備了SM-枯草芽孢桿菌復合物，發(fā)現(xiàn)其體外抑制埃希氏大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、雞白痢沙門氏菌和防止病原菌入侵Caco-2 細胞以及保護Caco-2 細胞膜完整性的作用優(yōu)于枯草芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌與SM 混合物；類似的，Cao 等[6]制備了嗜酸乳桿菌-SM 復合物，發(fā)現(xiàn)其在抑制腸道有害菌、改善斷奶仔豬腸屏障功能和提高生長性能方面優(yōu)于二者單獨使用及它們的物理混合物。綜上，推測SM 可能為益生菌“對抗”動物消化道中惡劣環(huán)境提供物理屏障，同時在腸道中將益生菌緩慢釋放，有利于提高益生菌的功效。

Lillehoj 等[7]報道，SM、有機酸和可發(fā)酵纖維聯(lián)用能有效緩解產(chǎn)氣莢膜梭菌、艾美球蟲對肉仔雞造成的危害，顯著提高平均日增重、降低腹瀉率，其作用效果明顯優(yōu)于單獨添加維吉尼亞霉素和SM。在斷奶仔豬上的研究發(fā)現(xiàn)，SM 和酵母培養(yǎng)復合物能有效替代抗生素和氧化鋅，改善仔豬生長性能，提高機體抗氧化和免疫功能[8]。本課題組研究表明，SM 和枯草芽孢桿菌對提高蛋雞生產(chǎn)性能、抗氧化能力和腸道功能具有一定協(xié)同作用[24,27]；課題組最近的研究發(fā)現(xiàn)，SM-植物精油復合物和SM-有機酸復合物能夠通過抑制腸道有害菌、維護腸黏膜屏障以及增強機體抗氧化、免疫功能來改善蛋雞的生產(chǎn)性能和蛋品質(zhì)[28]。

3 SM 在畜禽生產(chǎn)中應用的安全性問題

研究證實，SM 能夠減輕霉菌毒素、重金屬、有害菌等對動物健康和生產(chǎn)造成的負面影響[1,4]；同時，飼糧中添加SM 可提高畜禽生長或生產(chǎn)性能，改善產(chǎn)品品質(zhì)，提升機體健康水平[2,27,29]，但SM 在動物飼糧中的應用也存在安全性問題。Zhao 等[29]報道，添加5 g/kg SM（等量替代基礎飼糧中麩皮）會降低生長豬的平均日采食量（ADFI），顯著降低血液鋅、銅、鎂含量，肝臟出現(xiàn)損傷；當添加量達到50 g/kg 時ADFI 顯著降低，肝臟嚴重受損。王黎文等[30]研究指出，飼糧中添加10 g/kg SM 顯著降低了奶牛的產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)；添加20 g/kg SM 有降低肉牛平均日增重和提高耗料增重比的趨勢[31]。此外，Duan 等[32]研究表明，隨著飼糧中SM 添加量（0～50 g/kg）的提高，斷奶仔豬ADFI 和跖骨微量元素含量呈線性降低，耗料增重比呈線性提高?？梢姡暭Z中過量添加SM 會對動物機體健康和生產(chǎn)性能造成負面影響，其可能原因：①SM 的物理特性。SM 有膨脹性，其接觸水后會形成面團狀的黏稠結構物質(zhì)，體積可增加數(shù)倍，降低了食糜在胃的流通速度，可能使動物有物理飽腹感，進而采食量減少。②飼糧養(yǎng)分含量及利用率。SM 不能為畜禽提供額外養(yǎng)分，而添加高水平SM 后會導致飼糧養(yǎng)分稀釋，使動物不能獲取足夠養(yǎng)分；同時，SM 在腸道中可能會吸附部分養(yǎng)分（如礦物元素、維生素等），降低養(yǎng)分的利用率。③飼料的適口性。SM 含有氧化鈣等物質(zhì)，其接觸水后產(chǎn)生放熱反應，畜禽攝食時可能會引起口腔、舌部等灼傷感，降低飼料適口性。

Xia 等[15]研究表明，添加1.5 g/kg SM 不影響肉仔雞的生長性能，且能改善腸道功能。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)蛋末期蛋雞飼糧中添加1.2 g/kg SM 是安全的[2]。綜上可知，不同動物及不同生產(chǎn)階段飼糧SM 的安全添加量存在較大差異。Rychen 等[33]報道，SM 在畜禽飼糧中的推薦添加量為0.5～3.0 g/kg?？偨Y國內(nèi)外學者的研究結果（未攻毒的動物試驗），綜合考慮添加效果和經(jīng)濟效益，作者認為實際生產(chǎn)中家禽飼糧SM 適宜添加水平為0.5～1.2 g/kg；豬和牛飼糧中SM 適宜添加量為1.8～3.5 g/kg；成年動物飼糧SM 的添加量可適當高于幼齡動物。由于SM 的純度、類型（如鈣基、鈉基）及其改性處理會影響其作用效果，養(yǎng)殖生產(chǎn)中確定SM的添加量時需要考慮以上因素；另外也需根據(jù)飼糧受霉菌毒素污染程度、養(yǎng)殖環(huán)境條件和季節(jié)等因素合理添加SM，以獲得最佳生產(chǎn)效益。

4 展 望

目前關于SM 的研究主要集中于探究其作為霉菌毒素吸附劑的作用效果，因SM 能夠吸附腸道有害菌，經(jīng)適當改性后對有害菌和霉菌毒素等的吸附能力增強；另外，從實際生產(chǎn)角度探討SM 在畜禽養(yǎng)殖中應用效果的研究比較少，今后尚需重點開展以下幾方面的研究：①探討SM 在不同動物及不同生產(chǎn)階段飼糧中適宜的添加水平，為制定SM 在動物飼糧中的推薦添加量積累更多資料；②優(yōu)化SM 的改性工藝，并探索新的改性方法，特別是復合改性，以增強SM 的抗菌和吸附性能，并通過體外、體內(nèi)試驗驗證其效果；③研究不同動物飼糧中（改性）SM 替代飼用抗生素的應用效果和適宜添加量，并重點關注其調(diào)節(jié)腸道健康的作用及機制；④SM 與益生菌、有機酸或植物精油等聯(lián)合應用，可能使它們在作用機制上互補、強化并整合各自的功效，有效地控制腸道中霉菌毒素、有害菌及細菌毒素等，調(diào)節(jié)腸道菌群、改善動物腸道健康，可進一步探討SM 與微量元素、有機酸、益生菌或植物提取物等在動物生產(chǎn)中的聯(lián)用效果，有針對性地制備SM 與其他添加劑的復合物，在復配時考慮抑菌、免疫調(diào)節(jié)等功效，不斷探索安全、高效的動物腸道健康調(diào)節(jié)劑。隨著替抗和復配研究的不斷推進、深入，SM 及其復配產(chǎn)品將在未來養(yǎng)殖業(yè)中發(fā)揮更重要的作用。