纳米氧化锌在动物营养中的应用前景

howlet · 发表于 2007-11-12 20:58:26

锌是动物的必需元素，由于其在体内广泛的生理生化功能而被称为“生命元素”，锌是体内40多种金属酶的组成成分， 200多种酶的激活因子，参与核酸和蛋白质合成、能量代谢、氧化还原、细胞免疫和体液免疫过程。另外，有报道指出：锌具有促进舌轮膜味蕾细胞的迅速再生，增强食欲的作用。缺锌时，会导致体内物质代谢紊乱，影响动物的生长、免疫等。而高锌主要用在幼龄畜禽日粮中，据报道，早期断奶仔猪日粮中添加高锌能减少仔猪下痢，提高日增重，改善饲料报酬。 1目前各种锌源效用的比较
l．l 无机锌
由于抗生素的使用越来越受到限制，锌盐虽然吸收利用率低，但是其有很好的抗菌抑菌作用，因此在生产中造成高锌的滥用，在当前幼龄畜禽特别是仔猪日粮中，高锌对防止断奶仔猪腹泻发挥着很大的作用，据了解，当前饲料厂家在断奶仔猪日粮中大多使用高锌以防仔猪下痢腹泻，其添加量已超过动物正常需要量 20～30倍，达到药理计量的高锌水平 3000mg／kg氧化锌甚至更高，这必然打破原有各种元素的平衡，必然加大其它微量元素的用量，因此一般厂家把铜、铁添加量均提高到 160～250mg／kg。饲料中矿物质过多，必将导致维生素的稳定性降低以及其它营养素效价降低等一系列问题，这无疑既增加了饲料配方设计中的难度、影响了饲料质量又增加了饲料成本。
Holm（1988）、Poulsen（1989）提出，氧化锌源的药物水平锌（高锌阿用于有效控制大肠杆菌。目前大多数研究报道认为：仅氧化锌来源的高锌具有防腹泻和促生长作用，但同时报道各种锌源中氧化锌的生物利用率最低，断奶仔猪约为5％～10％，其中大部分从粪中排出，未被利用（Hoover等，1997），对环境造成严重污染。据日本有关专家推测，如果所有猪粪中锌都留在土壤中，锌含量将在17年内超标（120mg／kg），被污染的土地将不再具有可耕性（于炎湖，2002）。
另外，其对饲料生产者有很大的危害，饲料生产人员长期接触高剂量的矿物质元素，可导致皮肤损害，并诱发皮肤癌，甚至还继发成肺癌；吸入大量氧化锌粉尘后，可引起锌中毒，一般吸入40mg锌即可发作，吸入80mg以后明显发作。
特别是在畜禽育肥后期，大多学者认为提高饲料中矿物质的量，动物在屠宰后易发生Fenton类反应，从而加快肉及肉制品的酸败速度（文杰，2002）。
1．2有机锌
在动物日粮中，通常以无机盐的形式来补加锌，然而，在体内发生作用的是锌的有机物或螫合物，而不是游离的无机锌离子。有机锌更接近于其在体内的作用形式，生物学效价高于无机锌，因此，无机锌的生物学效价取决于其转化成有生物学活性的有机锌的能力。有机锌在消化道中稳定存在，不会与其它物质形成阻碍吸收的复合物，能更有效的由小肠绒毛转运到细胞上皮，然后转化成具有生化功能的形式。Found（1974）认为，所有螫合物都可能以氨基酸或肽的形式被吸收，微量元素螫合物提高了生物利用率，减少了矿物质向环境的排放以及矿物质与其它成分的相互作用，提高了饲料利用率（Marchetti，1995）。
但是，氨基酸螫含锌如蛋氨酸锌、赖氨酸锌因其四或六个氨基酸螫合一个金属原子，因此，市场价格比较高，另外，虽然螫合锌的使用的确可以取得很好的效果，但尚有争论的是，其到底为增加氨基酸添加量的效应还是锌原子的效应，仍有待探讨。
l．3纳米氧化锌
纳米材料是在纳米量级（1～100nm）范围内调控物质结构研制而成的具有优异理化性能的新材料。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等一系列效应，而纳米饲料添加剂除了具有自身营养促生长作用外，还具有纳米物质的特殊效应，如提高饲料的抗氧化，防腐败和杀菌能力，减少环境污染，去除农药残留等。其中饲料添加剂经纳米技术处理后，因其庞大的比表面积，使键态严重失配，出现许多活性中心，表面出现非化学平衡，致使饲料添加剂的性质发生特异性变化，从而展现许多特有的性状。
纳米饲料添加剂在动物体内，可以通过被动扩散，减少对载体清8量的需要和消耗，不但可以提高其吸收利用效率，减少矿物质盐在饲料中的添加量，其还具有普通矿物质盐的营养生理特性，可以解决目前饲料工业和养殖业中一些违章违规、损害动物健康和动物福利的行为，提高矿物元素的利用率，减少用量，改善动物产品品质，保护环境。
纳米氧化锌既具有比表面积大、表面能高。表面原子所占比例大以及纳米材料所特有的四大效应：小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和表面效应，并具有产品活性高，有屏蔽红外、紫外和杀菌的功能。纳米氧化锌粉末无毒、无味、对皮肤无刺激性、易分解、不易变质、热稳定性又好，其粉末在阳光下，有极强的化学活性，能与多种有机物包括细菌内的有机物发生氧化反应，从而把大多数病菌和病毒杀死。纳米氧化锌与其它锌源相比有如下优势：
1．3．l  生物活性高
大分子营养物被料化成纳米粒径后，能穿透组织间隙，也可通过机体最小的毛细血管，且在体内分布面极广，从而可很大限度的提高饲料原料的生物利用率。有研究表明，纳米氧化锌与其它几种锌源相比，具有更加高效的生物学活性。
l．3．2 吸收率高
  由于纳米氧化锌的粒度极细，当粒径减少时，表面原子数迅速增加，从而可增加暴露在介
质中的表面积，提高动物对其的吸收利用率。De-sai小鼠研究实验表明：100nm粒子比其它大粒子的吸收率高10～250倍。
1．3．3  抗氧化性能高
因为纳米氧化锌有极强的化学活性，能与多种有机物包括细菌内的有机物发生氧化反应，而把大部分的细菌、病毒杀死。其主要作用机理为：纳米氧化锌在光照条件下会产生导带电子和价带空穴，可与表面吸附的H2O或OH-离子发生反应形成具有强氧化性的羟基，从而杀死细胞有关定量试验表明：纳米氧化锌的浓度为1％时5min内其对金黄色葡萄球菌的杀菌率98．86％，对大肠杆菌的杀菌率为 99．93％。
1．3．4  安全性高
纳米微粒饲料添加剂，不但其本身铜喂动并不会使其产生耐药性，其还能依靠大的表面积，吸附饲料霉变等过程中产生的霉菌毒素，得动物即使采食了某些发霉的饲料，亦能在动胃肠道被吸附而并不出现病理情况。
1．3．5 免疫调节能力强
纳米氧化锌能显著刺激生物体的细胞、体液、非特异性免疫功能，提高动物机体的防病抗病能力。
1．3．6  可减少环境污染，去除农药残留
由于纳米氧化锌比表面积大，1g纳米氧化锌的比表面积约为80m2，能吸附氨气、二氧化硫、甲烷、有机磷农药和废水中有机物到其表面，并利用高强度吸收紫外光进行光催化降解这些物质，净化养殖场空气和废水，很快地吸收并分解养殖场的臭气，从而对周围环境具有保护作用。
1．3．7 促进和调节动物机体代谢
纳米氧化锌通过其高效率的吸收利用，引发含锌酶水平、与锌有关的激素分泌和锌指蛋白等的变化，而且生物体内许多生物活性物质的大小也在纳米级，如 RNA的大小为 15～30nm，纳米氧化锌可通过影响胰岛素、性激素、锌指蛋白的合成和水平，从而促进蛋白质的合成，提高动物对氮的利用效率，减少粪、尿氮的排泄，减少氮对环境的污染，可以较好的改善动物养殖的生产成绩。
2 纳米氧化锌在动物生产中的应用前景
以上优势以及初步的应用试验表明，纳米氧化锌应用于动物生产中存在很多的优势，具有相当大的应用前景。
2．l纳米氧化锌的稳定性能好
纳米粒度的颗粒氧化锌，流动性能好，便于储存、运输以及使用。
2.2  成本相对较低
由于纳米氧化锌的吸收利用率、生物活性均很高，因此决定了其在实际应用中添加量极少；加之随着纳米技术的研究和发展，加工制造工艺日益先进以及大批量生产，其制造成本也将日益降低，因此其在饲料中的应用成本也将相对降低。
2．3 保健作用
纳米氧化锌具有极强的吸附能力，能对导致物质腐败的氧自由基以及产生异味的烷烃分子等均具有较强的俘获能力，因而具有防腐功能；同时由于纳米氧化锌的强抗氧化性而具有很强的杀菌去毒能力，从而对动物体具有很好的保健作用。
2．4 对其它养分的促进作用
纳米氧化锌因其吸收利用率高，故在饲料中的添加量很少，可减少其对其它矿物质元素的桔抗，并通过影响激素和锌指蛋白的合成水平，提高动物对氮的吸收利用。
2．5 对动物生产性能积极影响
笔者试验发现：纳米锌能显著提高仔猪的生产性能，纳米氧化锌375mg/kg能显著提高仔猪的日增重(P＜0．05)，与对照组（氧化锌常规剂量组）相比提高  18．13％，并可以在日增重、料肉比、仔猪腹泻率等考察指标上替代高锌日粮（3000mg／kg）（P＞0．05），日增重相对于高锌组提高  4．07％（p＞0．05）。
2．6  安全性能好
与无机高锌日粮比，纳米氧化锌利用效率高，使用剂量少，排出量少，对环境的污染和动物产品质量影响相对比较小。
综上所述，纳米氧化锌在动物营养中的应用前景一片光明，但仍需要我们就该领域进行更深入的研究，以得到更准确更详尽的信息，以更好地为动物生产服务。

smith · 发表于 2007-11-13 15:28:55

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纳米氧化锌抗菌机理及整理工艺
纳米ZnO粉体又称超微细ZnO，是一种新型多功能精细无机材料．由于颗粒尺寸的细微化，使得纳米ZnO粉体产生了本体材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，而展现出许多特殊的性质．如无毒、非迁移性、荧光性、压电性、抗菌除臭、吸收和散射紫外线等．纳米ZnO在科技领域许多新的用途。如制造气体传感器、荧光体、抗菌材料、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像纪录材料、压电材料、压敏材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。
随着对纳米氧化锌研究的不断深人，已被成功应用于医用、卫生、保健等多个领域的纺织品上，但对其抗菌机理的研究却很少，本实验利用自制的2种纳米氧化锌及普通氧化锌对纯棉织物进行抗菌整理，对3种不同氧化锌粉体及经其整理后织物的抗菌机理进行了探讨，发现纳米氧化锌的抗菌机理是光催化和金属离子溶出共同作用的结果。
整理工艺：称取3 g低聚丙烯酸钠，用10％氨水调pH为9～10，加人80 g水和1．5 g普通氧化锌或纳米氧化锌，剧烈搅拌10min，将混合溶液放人超声波振荡器中充分震荡2 h，加入1 g水性聚氨酯粘合剂和15g蒸馏水，充分搅拌10min。将纯棉漂白布，加人到所配制的整理液中，两浸两轧，轧余率80％，100℃烘干。
对不同细菌的抗菌性，所有样品对金葡球菌的抗菌性普遍要强于其对大肠杆菌的抗菌性。原因是金葡球菌是属于革兰氏阳性菌pI等电点值为2～3，大肠杆菌是属于革兰氏阴性菌pI等电点值为4～5，故在近中性或弱碱性环境中，细菌均带负电荷，尤以革兰氏阳性菌所带负电荷更多。纳米氧化锌表面是带正电荷的，它容易将带负电荷较多的革兰氏阳性菌——金葡球菌吸附到其表面，从而将其杀死。

俺的评论：对于纳米的东西，俺现在还是持谨慎的态度，主要原因一个是这种东西并没进行详尽的试验包括基础方面的研究还不够成熟，对人类的长期影响到底怎样？就像抗生素，青霉素刚发现时挽救了多少人的生命，但经过几十年后，人们发现抗生素还有不利的一面；另一个就是市场比较混乱，市场上宣称的纳米产品到底是否是纳米的？如何验证？这些好像都不是很明确。