貓砂的研究與應(yīng)用進(jìn)展

李 佳 劉立鶴,2* 王佳歡 陳玉波

1.武漢輕工大學(xué)動物科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，湖北武漢，430023；2.教育部農(nóng)副產(chǎn)品蛋白質(zhì)飼料資源工程研究中心，湖北武漢，430023；3.標(biāo)優(yōu)美生態(tài)工程鎮(zhèn)江有限公司，江蘇鎮(zhèn)江，212221

貓砂起源于美國。1947年愛德華·羅伊發(fā)現(xiàn)一種工業(yè)吸收劑的黏土可以用來吸附貓的糞便，并將其商品化，因此被譽(yù)為“貓砂之父”。貓砂又稱寵物墊料，具備一定的吸水性，結(jié)團(tuán)性，主要用于處理家養(yǎng)寵物尤其是貓的排泄物，常與貓砂盆一起使用，可有效保持室內(nèi)衛(wèi)生[1]。最初的貓砂吸附尿液后容易沉底板結(jié)，需經(jīng)常更換貓砂盆。直到1980年，生物學(xué)家托馬斯·艾爾遜使用膨潤土制作貓砂，貓砂吸糞尿后迅速粘結(jié)成團(tuán)，清理時只需將團(tuán)塊鏟除即可，十分便捷，貓砂的品質(zhì)和體驗得以顯著提升。寵物經(jīng)濟(jì)日益興起，寵物開始走進(jìn)大眾家庭，人們飼養(yǎng)貓的品種和數(shù)量也不斷上升?！吨袊鴮櫸镄袠I(yè)白皮書——2022年中國寵物消費(fèi)報告》 顯示，2022年城鎮(zhèn)貓數(shù)量為6 536萬只，占比為60.7%，同往年相比呈上升趨勢。城鎮(zhèn)貓消費(fèi)市場規(guī)模也持續(xù)穩(wěn)定增長，相比于2021年增長16.1%，達(dá)到了1 231億元。而貓砂作為室內(nèi)養(yǎng)貓必備的消耗品，需求量隨之大幅度增長。2022年貓砂用品的滲透率已高達(dá)91.2%。就目前國內(nèi)貓砂市場而言，貓砂生產(chǎn)廠家眾多，品牌紛雜，市場占有率相對分散[2]。

隨著貓砂行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對貓砂性狀和功能的要求也隨之變高，涵蓋貓砂的吸水性、粉化率、結(jié)團(tuán)性、除臭抑菌及生態(tài)環(huán)保[3-6]等諸多方面。如何研制更加高效實用、生態(tài)環(huán)保的貓砂已經(jīng)成為寵物行業(yè)的熱門問題之一。目前，國內(nèi)對于貓砂的研究主要集中在改良制造工藝[7]、優(yōu)化貓砂原料配比、添加有效物質(zhì)改善特定功能[8]這三個方面。國外對貓砂研究的側(cè)重點(diǎn)略有不同，除研究貓砂性能的提升，更加注重貓砂的延伸功能（表1），這些試驗為貓砂的研究探索與應(yīng)用提供了新思路。

表1 國內(nèi)外貓砂研究的主要內(nèi)容

1 貓砂的種類及特點(diǎn)

目前市面上貓砂品種多樣，按主要成分可分為膨潤土貓砂、礦砂貓砂、水晶貓砂、木屑貓砂、紙屑貓砂、豆腐貓砂等。近年來，出現(xiàn)一些按照不同比例將不同成分或類型貓砂混合的貓砂，稱為混合貓砂。

1.1 膨潤土貓砂

膨潤土貓砂的主要原料是膨潤土，膨潤土的主要礦物功效成分是蒙脫石，含量一般為85%～90%，其主要性質(zhì)由蒙脫石決定。蒙脫石由兩層Si-O四面體層夾一層Al-O八面體層組成，屬于2︰1型層狀結(jié)構(gòu)[15]。根據(jù)膨潤土層間陽離子的不同可以分為不同屬性的膨潤土，常用的膨潤土有層間陽離子為Na+的鈉基膨潤土和層間陽離子為Ca2+的鈣基膨潤土。自然界中產(chǎn)出的膨潤土大多數(shù)為鈣基膨潤土。鈣基膨潤土相比于鈉基膨潤土性能和應(yīng)用并不突出，因此生產(chǎn)廠家經(jīng)常用人工鈉化的方法將鈣基膨潤土改型為鈉基膨潤土[16]。膨潤土具有一定的吸水膨脹性、分散懸浮性、觸變性、黏結(jié)性、可塑性、離子交換性[17]。通過研究發(fā)現(xiàn)，對鈣基膨潤土進(jìn)行半干法鈉化改性，原料加入遼寧北票斜發(fā)沸石，當(dāng)其配比為94∶6時，制備的新型復(fù)合貓砂吸水、吸氨效果均達(dá)到了較高水平[18]。相比于傳統(tǒng)膨潤土貓砂，有明顯優(yōu)勢。

1.2 礦砂貓砂

礦砂貓砂是將原礦直接打成細(xì)碎的顆粒，常見的原礦是天然鈉基原礦，其制作工藝比較復(fù)雜，對技術(shù)要求比較高。礦砂貓砂的結(jié)團(tuán)能力較強(qiáng)，粉塵較少，具備一定的除臭效果，但價格相對較高，存在輕微黏底現(xiàn)象、貓易帶出等問題。

1.3 水晶貓砂

水晶貓砂又稱硅膠貓砂，主要成分為二氧化硅。其特點(diǎn)是對尿液的吸收能力強(qiáng)，有除臭效果，對生活環(huán)境的影響不大，幾乎無粉塵，對貓的影響較輕。但是結(jié)團(tuán)性較差，不能完全包裹住貓的糞便。目前有研究發(fā)現(xiàn)水晶貓砂的延伸用途，羅瑞君等通過觀察記錄觀察組和對照組癌性傷口患者自治療開始至第28天的換藥頻率、惡臭程度、疼痛程度和傷口愈合情況等指標(biāo)差異，發(fā)現(xiàn)硅膠貓砂可顯著吸收癌性傷口的滲液，控制癌性傷口患者的惡臭，減少更換敷料的頻率[19]。

1.4 木屑貓砂

木屑貓砂的主要成分是木屑、紙漿、小麥和天然黏結(jié)劑[20]。具有環(huán)保的天然優(yōu)勢，吸水效果較好、異味較小、使用壽命長，變成粉末后可直接丟棄，處理起來較為方便。但容易受潮，味道可能會引起貓的排斥。

1.5 紙屑貓砂

紙屑貓砂的主要成分是廢舊紙質(zhì)材料，其特點(diǎn)是質(zhì)量輕，吸水性較好，吸水后會變成灰色，方便辨認(rèn)及清理?？芍苯記_入馬桶，處理起來方便。但需注意干燥保存，避免受潮，本品除臭性相對較差[21]。

1.6 豆腐貓砂

豆腐貓砂以豆纖維、淀粉類物質(zhì)、植物黏合劑或食用瓜爾膠等為原料制成。根據(jù)中國出入境檢驗檢疫協(xié)會批準(zhǔn)發(fā)布的《豆腐貓砂規(guī)范》，其中將豆腐貓砂按形狀分為柱狀豆腐貓砂、球型豆腐貓砂、破碎無定型豆腐貓砂、不規(guī)則型豆腐貓砂等；按質(zhì)量分為優(yōu)等品、一級品、合格品三個等級；按其主要添加料或氣味分為原味豆腐貓砂、綠茶豆腐貓砂、活性炭豆腐貓砂、薰衣草豆腐貓砂。豆腐貓砂具備良好的吸水性和除臭效果，其天然的植物成分對貓的傷害較小，粉塵也相對較少，但其結(jié)塊效果相對較差，保存起來相對不容易。同時《豆腐貓砂規(guī)范》也明確指出，豆腐貓砂在貯存時要注意保持倉庫的良好通風(fēng)、清潔干燥、避光、離墻離地100 mm以上，不應(yīng)與其他有毒有害、易揮發(fā)、易腐蝕物品混貯。

1.7 混合貓砂

近年來市場上出現(xiàn)一些混合貓砂（表2），比較常見的混合貓砂主要是將膨潤土貓砂和豆腐貓砂混合。豆腐貓砂原料安全，吸水性較好，抑菌除臭性較好，膨潤土貓砂價格低廉，抑菌除臭性較差?？删C合豆腐貓砂和膨潤土貓砂各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上通過試驗，篩選相對合適的配比工藝，研制功效性更好的貓砂。王誠等[22]通過研究得出當(dāng)豆腐貓砂與膨潤土貓砂的混合比例為7︰3時，在吸水性、結(jié)團(tuán)性、粉塵率和除臭性能上有良好的表現(xiàn)。

表2 市場上常見混合貓砂種類

2 貓砂的性能研究

2.1 吸水性

吸水性是檢驗貓砂品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。不同類型貓砂的吸水性存在一定的差異。王誠等通過各類型貓砂產(chǎn)品吸水率的試驗比較，得出各類型貓砂產(chǎn)品吸水率：豆腐貓砂>膨潤土貓砂>混合貓砂>木屑貓砂>紙屑貓砂>水晶貓砂。其中豆腐貓砂的吸水率達(dá)到258.23%，水晶貓砂的吸水率只有88.13%[3]，豆腐貓砂的吸水率最好，水晶貓砂的吸水性相對較差。滿東等[23]通過膨潤土鈉化工藝將膨潤土鈉化，并對其幾項性能指標(biāo)進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)膨潤土經(jīng)鈉化后吸水率變化較大，鈉化土2 h的吸水率高于原土，達(dá)到436.5%。

2.2 結(jié)團(tuán)性

結(jié)團(tuán)性好的貓砂能迅速包裹尿液和糞便，讓其結(jié)成團(tuán)，方便清理。貓砂不斷消耗的同時，可以隨時補(bǔ)充，不用整盆倒掉，只需將結(jié)塊的貓砂處理掉即可。結(jié)團(tuán)性良好的貓砂，可減少處理的時間，并能延長貓砂的使用時間。喬蓓提出兩種能夠提高國產(chǎn)豆腐貓砂吸水及結(jié)團(tuán)性的方法，第一種是在原料里通過添加木屑來提高其吸水性和結(jié)團(tuán)性，通過此種方法得到的豆腐貓砂和國內(nèi)的貓砂相比，其吸水率和結(jié)團(tuán)性都提升。另一種方法是通過將國產(chǎn)豆腐貓砂原料與90 ℃的熱水混合進(jìn)行熱處理，冷卻并冷凍，干燥后粉碎得到與原始貓砂原料狀態(tài)相同的粉末。通過黏度計的測量可知，熱處理后的豆腐貓砂原料與275 ml水混合后的物料黏度由6.4 mPa·s提高到了11.6 mPa·s。淀粉在熱水的作用下發(fā)生糊化反應(yīng)可增加豆腐貓砂的黏度。黏度的提高使貓砂的結(jié)團(tuán)性更好，減少了散團(tuán)的現(xiàn)象[7]。

2.3 除臭性

絕大部分貓都飼養(yǎng)在室內(nèi)，而貓的排泄物具有一定的刺激性氣味，會影響人們的居住環(huán)境，因此，貓砂應(yīng)具備一定的除臭功能，能夠減少異味。貓排泄物中的臭味物質(zhì)主要包括尿素、尿酸、氨氣、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、吲哚，以及芳香族氨基酸、酪氨酸降解的苯酚類產(chǎn)物等。

貓砂常用除臭的方法是通過添加活性炭來吸附異味。王誠等通過研究發(fā)現(xiàn)，在加入活性炭前，對照組膨潤土貓砂對氨氣和硫化氫的清除率只有39%和32%左右。隨著活性炭添加比例的增加，貓砂處理后的氨氣和硫化氫濃度明顯降低，當(dāng)活性炭膨潤土貓砂成分設(shè)計為鈉基膨潤土粉70%、麥飯石粉10%、活性炭粉20%時，氨氣和硫化氫的清除率達(dá)90%以上[24]。也可通過添加益生菌來提升臭氣消除率[25]，這種除臭方式相對來說更安全，更貼合消費(fèi)者對安全性的需求。劉耀慶等[26]通過試驗對7種不同植物混合材質(zhì)的暢銷貓砂進(jìn)行了除氨效果和氣味評價，以比較貓砂除臭效果，比較后發(fā)現(xiàn)植物纖維成分貓砂較豆腐貓砂略好，研究證明添加植物纖維的貓砂在除臭方面性能有所提升。

2.4 抑菌性

貓砂作為室內(nèi)用品，其抑菌性能必不可少，防止因貓砂處理不當(dāng)細(xì)菌滋生問題導(dǎo)致貓生病。楊瀟等[27]通過研究發(fā)現(xiàn)在貓砂中添加聚（六甲撐基雙胍）鹽酸鹽殺菌劑制成抗菌貓砂，在一定的試驗條件下對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別達(dá)到99.9%和98.8%。而王誠等[28]通過研究發(fā)現(xiàn)以復(fù)合生物制劑為主要成分的新型豆腐貓砂對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌的抑菌率均超過96%，抑菌作用較為明顯。這些具有高效抑菌性能的貓砂有廣闊的市場前景。

3 貓砂的品質(zhì)改良

3.1 貓砂原料篩選與配方優(yōu)化

貓砂原料配比的不同，會對貓砂的性能造成一定的影響。李彩霞等以NaCl溶液改性得到的改性沸石和鈉化膨潤土為原料，研究不同配比對貓砂性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)膨潤土與沸石的配比為95︰5時，各種性能指標(biāo)超過國產(chǎn)貓砂的性能指標(biāo)，接近于國外進(jìn)口貓砂性能指標(biāo)[29]。我們可以通過試驗對比，篩選出較優(yōu)的原料配比，提升貓砂性能。

3.2 貓砂的加工工藝優(yōu)化

通過改良優(yōu)化貓砂的制作工藝來提高貓砂性能。喬蓓通過自行設(shè)計制造的實驗型流化床噴霧造粒機(jī)制備顆粒型豆腐貓砂，以其吸水速度和團(tuán)聚程度為評價指標(biāo)，通過試驗對工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。研究得出最佳工藝：黏結(jié)劑濃度按聚丙烯酰胺與水的比例為1︰400進(jìn)行配比，噴嘴高度選擇中間位置，霧化壓力為0.18 MPa，蠕動泵轉(zhuǎn)速為6 ml/min，床層溫度為55 ℃，所制得的豆腐貓砂顆粒的平均吸水速度為13.33 s。利用此方法制備出的豆腐貓砂吸水速度較快，達(dá)到預(yù)期期望[7]。

3.3 添加有效物質(zhì)改良貓砂

貓砂自問世以來，人們對其要求不斷提高，其性能的改良也一直在繼續(xù)。目前市場上最常見的就是通過添加不同的有效物質(zhì)來提高貓砂的性能。例如通過添加活性炭，來提升其除臭抑菌性。王誠等通過研究發(fā)現(xiàn)添加了嗜酸乳桿菌、釀酒酵母菌、解淀粉芽孢桿菌、根霉菌組合而成的復(fù)古微生物菌粉的貓砂，第7天氨氣去除率高達(dá)97%，硫化氫去除率高達(dá)98%，具有較好的除臭效果[5]。目前市場上還出現(xiàn)一些添加綠茶粉、櫻花提取物、檸檬提取物等物質(zhì)的新型貓砂，這些添加物在不同方面改善優(yōu)化了貓砂的性能。

貓砂的研制方法不斷創(chuàng)新，我們可以在基礎(chǔ)功能上添加一些輔助功能。例如市場上一些新型貓砂，在豆腐貓砂的基礎(chǔ)上添加隱血測試顆粒，當(dāng)顆粒由白色變?yōu)樗{(lán)綠色，代表檢測到血紅蛋白，方便隨時監(jiān)測貓的健康情況。

4 今后研究內(nèi)容與發(fā)展趨勢

目前對于貓砂方面的研究還存在一些問題，仍需改進(jìn)。如貓砂的品質(zhì)評價體系比較缺乏，也比較紊亂，我們需要從物理性狀、感官評價、營養(yǎng)指標(biāo)、功能評價、加工工藝、安全衛(wèi)生評價等方面構(gòu)建系統(tǒng)的評估體系；貓砂中添加的物質(zhì)可能會對貓本身甚至人類安全造成傷害。針對此類問題，在研制貓砂時，可選用新型安全添加劑，考慮從植物中獲取有效成分；混合貓砂在制備時，要掌握最優(yōu)配比，注重綜合性能的提升。

隨著貓砂行業(yè)的飛速發(fā)展，貓砂的環(huán)保問題不容忽視。首先要保證使用后被丟棄的貓砂是可降解的，在此基礎(chǔ)上，可考慮將其制備成肥料，實現(xiàn)廢物利用。同時可參考借鑒國外貓砂的研究方向，在研究提升貓砂性能的基礎(chǔ)上探究其延伸功能，解決更多養(yǎng)貓過程中遇到的實際問題。例如通過添加有效物質(zhì)初步檢測貓的身體健康狀態(tài)、輔助培養(yǎng)貓定點(diǎn)排泄習(xí)慣及改善貓的攻擊行為等，拓展研究貓砂在其他領(lǐng)域的應(yīng)用價值。貓砂未來的發(fā)展方向應(yīng)趨于多元化，為養(yǎng)貓家庭提供更多便利。