包被氧化鋅在斷奶仔豬生產(chǎn)中的生物學(xué)功能及應(yīng)用

郗蒙雪， 吳 勝， 彭 艷

（上海美農(nóng)生物科技股份有限公司，上海 201800）

仔豬早期斷奶會引起采食量下降（李強，2015）、生 長 緩 慢 （Campbell等，2013）、腹 瀉（Owusuasiedu等，2003）等一系列問題，統(tǒng)稱為“仔豬斷奶應(yīng)激綜合征”。仔豬斷奶應(yīng)激給養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)帶來嚴重的經(jīng)濟損失，是飼料企業(yè)和養(yǎng)殖端一直以來關(guān)注的焦點（Wijtten等，2011）。研究表明，仔豬飼糧中添加2500～4000 mg/kg氧化鋅抗腹瀉、促生長（Wang等，2018）的效果最為明顯（Sargeant等，2010；計峰等，2003；Hahn等，1993）。但長時間使用高劑量氧化鋅不僅會造成仔豬中毒，增加致病菌耐藥性（Lisa等，2018），而且還存在環(huán)境污染的風(fēng)險（Bonetti，2021）。2018年7月，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布第2625號公告，規(guī)定仔豬（≤25 kg）飼糧中鋅元素總量控制在110 mg/kg以內(nèi)，仔豬斷奶兩周內(nèi)飼料中鋅元素總量在此基礎(chǔ)上添加至1600 mg/kg（王磊等，2020）。氧化鋅規(guī)定添加量遠低于有效添加量。因此，尋找一種低添加量、高利用率、使用效果佳的高劑量氧化鋅替代品成為推動養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。包被氧化鋅是近些年來研究熱點，其能克服其他類型氧化鋅的缺點，達到高效、穩(wěn)定、低污染的效果（胡真真等，2018）。

1 包被氧化鋅的特點

1.1 過胃率高 氧化鋅是高系酸力物質(zhì)，在斷奶仔豬胃內(nèi)pH 3.5～4.5的酸性條件下（龍麗娜，2018），易和胃酸發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，降低腸道內(nèi)氧化鋅的含量（Starke，2014），并產(chǎn)生大量鋅離子（Zn2+）。除此之外，氧化鋅還會和仔豬飼糧中的酸化劑發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致氧化鋅被消耗。因此，提高氧化鋅的過胃率是高效利用氧化鋅的主要途徑之一（Hu等，2013）。包被氧化鋅采用包衣工藝，在氧化鋅表面形成一層保護膜，避免氧化鋅和胃酸反應(yīng)（蘇欣等，2015）。王超（2013）研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加3000 mg/kg氧化鋅，仔豬胃內(nèi)Zn2+含量隨時間延長而增加，4 h后Zn2+含量可達51.73%，而在日糧中添加3000 mg/kg包膜氧化鋅，4 h后仔豬胃內(nèi)Zn2+含量僅為5.45%。陳杰等（2018）采用熔融-分散冷卻法制備包被納米氧化鋅，芯材為納米氧化鋅和二氧化硅，包衣材料為硬脂酸。當納米氧化鋅、二氧化硅、硬脂酸的配比為50：3：3時，包被納米氧化鋅在模擬胃液中3 h后的溶出度為1.87%。劉連龍等（2011）將0.5 g的普通氧化鋅放入不同體積的模擬胃液（200、300、400、500、600 mL）當中，3 h后溶出度分別為38.9%、56.1%、74.4%、84.0%、91.6%；而包膜氧化鋅在模擬胃酸環(huán)境下的溶出度只有1%左右，說明氧化鋅經(jīng)包被處理后，能有效減少胃內(nèi)損失率。

1.2 精準釋放 小腸是動物機體營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場所，具有多種消化酶，也是氧化鋅的主要作用部位（Upadhaya，2018）。包被氧化鋅中一些腸溶材料如硬脂酸、羥甲基纖維素鈉、長鏈米糠油等（袁超等，2015）能夠在腸道中脂肪酶、蛋白酶等酶類的作用下分解，釋放出氧化鋅，在腸道中發(fā)揮作用，達到精準釋放的效果。研究表明在日糧中添加3000 mg/kg包膜氧化鋅，4 h后，仔豬空腸和回腸中的氧化鋅含量分別為89.34%、86.33%，提示包膜氧化鋅中大部分的氧化鋅能夠到達腸道（王超，2013）。也有研究表明，在模擬腸液中，包被氧化鋅2 h后的溶解度為40%以上，4 h后的溶解度達92%以上（劉連龍等，2011）。陳杰等（2018）研究表明，包被納米氧化鋅在人工腸液中2、4、6、8 h后的釋放度分別為44.68%、84.79%、92.35%、92.69%。這些結(jié)果說明包被氧化鋅在腸道內(nèi)能夠達到精準釋放的效果。

1.3 穩(wěn)定性好 首先，包被氧化鋅表面的涂層材料可有效防止氧化鋅和胃酸、酸化劑、維生素等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)（陳于林，2014），有效保護氧化鋅到達作用位點（Song等，2018）。其次，飼料中加入普通氧化鋅后，普通氧化鋅和酸化劑發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，產(chǎn)生熱量和水分，造成飼料脹包、結(jié)塊等現(xiàn)象發(fā)生，而包被氧化鋅可有效避免此類問題。最后，經(jīng)包被處理后的氧化鋅其物料形態(tài)發(fā)生改變，具有較好的容重和流散性，在飼料制粒過程中不易團聚、掛壁、沉底等，便于飼料企業(yè)運輸、使用及保存。

2 包被氧化鋅的生物學(xué)功能

包被氧化鋅中發(fā)揮生物學(xué)功能的主要物質(zhì)是芯材氧化鋅。氧化鋅經(jīng)過包被處理后，在腸道中定點釋放，充分與腸黏膜接觸，更有利于其發(fā)揮作用。

2.1 促進緊密連接蛋白表達 仔豬早期斷奶后，由于腸道發(fā)育不全，腸道屏障易受外界刺激發(fā)生損傷（Milani等，2017）。緊密連接是腸黏膜阻擋大分子物質(zhì)傳遞的主要組成部分之一（Ballard等，2021；Chang等，2017），具有調(diào)節(jié)腸上皮屏障功能的作用（Kucharzik等，2001；Gumbiner，1993）。Occludin和胞質(zhì)緊密黏連蛋白1（ZO-1）是維持緊密連接正常結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵部分（Fanning等，1998）。研究表明，氧化鋅能夠促進腸道緊密連接蛋白的表達，減少腸道通透性（Zhang等，2009）。大多數(shù)促炎細胞因子，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、干擾素-γ（IFN-γ）等，可誘導(dǎo)腸道緊密連接屏障病理性開放，增加腸上皮細胞的通透（Al-sadi等，2009）。TNF-α可與INF-γ協(xié)同作用，誘導(dǎo)緊密連接結(jié)構(gòu)改變（Roseli等，2003），微囊包被氧化鋅可使斷奶仔豬回腸中的TNF-α、INF-γ蛋白表達下降，Occludin、ZO-1蛋白表達上升，說明微囊包被氧化鋅可通過調(diào)控炎性介質(zhì)TNF-α和INF-γ，促進緊密連接蛋白的表達，起到保護仔豬腸道屏障的作用（Grilli等，2015）。也有報道稱，包被氧化鋅可通過上調(diào)胰島素樣生長因子（IGF-1），增加Occludin和ZO-1表達，修復(fù)腸道上皮緊密連接結(jié)構(gòu)，降低細胞通透性，改善腸道屏障功能（Shen等，2014）。

2.2 抑制細菌生長 在斷奶應(yīng)激的影響下，仔豬極易遭受致病菌的感染，誘發(fā)腹瀉等多種疾病（Smith等，2010）。氧化鋅具有一定的抑菌作用，但其抑菌機理尚未完全明確 （SO..derberg等，1990）。目前有研究表明，氧化鋅可激發(fā)并產(chǎn)生一些具有強氧化性的活性氧基團。其中，過氧化氫自由基是氧化鋅抑菌性能的主要活性物質(zhì)，其可穿過細胞膜，產(chǎn)生氧化壓力，造成細胞膜、蛋白質(zhì)、DNA損傷，抑制或殺死細菌，從而達到抗菌效果（項榮等，2014；Sawai等，1996）。因此，包被氧化鋅可減少氧化鋅在胃內(nèi)消耗，保證更多的氧化鋅到達腸道，充分發(fā)揮氧化鋅的抑菌作用。在研究包被氧化鋅對斷奶仔豬腸道微生物組成的影響時發(fā)現(xiàn)，低劑量的包被氧化鋅降低了仔豬空腸食糜和糞便中的微生物群落豐富度，說明低劑量的包被氧化鋅能夠抑制細菌生長和繁殖，可達到抗生素的效果（Shen等，2014）。

2.3 提高機體免疫力 環(huán)境和飼料中的抗原使免疫系統(tǒng)尚未發(fā)育完全的斷奶仔豬受到外來刺激，機體炎癥反應(yīng)增加，免疫力下降（Satessa等，2020；Hu等，2018）。研究表明，氧化鋅可抑制小腸干細胞因子（SCF）的表達，減少肥大細胞增殖和活化（Marshall，2004），降低促炎性組胺釋放，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)（Ou等，2007；Li等，2006）。輔助型T細胞2（Th2）在體液免疫中發(fā)揮著重要作用。氧化鋅能夠通過激活Th2，促使其分泌炎癥因子或生長轉(zhuǎn)化因子等，從而激活B淋巴細胞，釋放分泌型免疫球蛋白（sIgA）。sIgA在腸道黏膜免疫系統(tǒng)中可中和致病菌產(chǎn)生的毒素，防止致病菌黏附和入侵（Rodrigues等，2010）。研究表明，570 mg/kg（以鋅計）的包被氧化鋅可提高仔豬腸道sIgA水平，且和高劑量的氧化鋅（2250 mg/kg，以鋅計）對仔豬sIgA水平的上調(diào)作用基本相同 （Shen等，2014）。除此之外，包被氧化鋅還可通過提高抗氧化酶活性，增強機體清除自由基和抗應(yīng)激能力，調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)（Zhu等，2017；張彩英等，2013；方洛云等，2005）。

3 包被氧化鋅在斷奶仔豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

如表1所示，低劑量包被氧化鋅在降低仔豬腹瀉率、提高仔豬生長性能方面的應(yīng)用效果和高劑量普通氧化鋅相當，并且在仔豬皮毛問題上具有正向改善作用。

表1 不同包被氧化鋅在斷奶仔豬上的使用效果

3.1 降低斷奶仔豬腹瀉率 引起斷奶仔豬腹瀉的原因多種多樣，主要包括仔豬消化系統(tǒng)發(fā)育不完善、腸道結(jié)構(gòu)的改變以及植物性飼料中抗原物質(zhì)的刺激等（Pei等，2019）。研究表明，氧化鋅的抗腹瀉效果顯著，但真正起到抗腹瀉作用的是氧化鋅分子（Liu等，2020）。包被氧化鋅通過包被技術(shù)能有效保護氧化鋅分子到達腸道，提高生物利用率，發(fā)揮抗腹瀉作用。梁恒之等（2017）發(fā)現(xiàn)，1000 mg/kg包被氧化鋅組比高劑量普通氧化鋅組仔豬腹瀉率降低35.85%。王銪等（2020）研究表明，500 mg/kg包被納米氧化鋅組和對照組相比，腹瀉率下降43.64%，效果和高劑量普通氧化鋅相當。Shen等（2014）認為，和對照組相比，473 mg/kg和709 mg/kg包被氧化鋅的抗腹瀉效果與高劑量普通氧化鋅相似。劉連龍等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，300 mg/kg和450 mg/kg包膜氧化鋅足以達到高劑量普通氧化鋅的抗腹瀉效果。李芳等（2021）研究表明，1000 mg/kg包被氧化鋅使腹瀉率顯著下降49.60%左右，可達到高劑量普通氧化鋅的效果。Lei等（2018）在飼喂仔豬時發(fā)現(xiàn)，包被氧化鋅組（300、500、1000、2000 mg/kg）前三周仔豬糞便評分均明顯低于對照組（P＜0.01），并且和高劑量普通氧化鋅組無明顯差異。陳炳鈿等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，腸溶氧化鋅可顯著降低仔豬腹瀉發(fā)生（P＜0.01），其中，1500 mg/kg腸溶氧化鋅組和對照組、高劑量普通氧化鋅組相比，分別降低57.90%和17.17%，抗腹瀉效果最好。然而，Bai等（2019）在研究包被氧化鋅時發(fā)現(xiàn)，和對照組相比，腹瀉率顯著降低21.27%（P＜0.01），但顯著高于高劑量普通氧化鋅組，這可能是由于包被氧化鋅中氧化鋅含量較低。由此可見，包被氧化鋅能夠達到高劑量普通氧化鋅的抗腹瀉效果，并且添加量更低，利用效率更高。

3.2 提高斷奶仔豬生長性能 平均日采食量、平均日增重、料重比是評估斷奶仔豬生長性能的重要指標。包被氧化鋅表面的涂層材料可減少氧化鋅的苦澀味，改善飼料適口性，提高仔豬采食量。同時，包被氧化鋅還可通過減少胃內(nèi)H+的消耗，不影響蛋白酶原的激活和飼料蛋白質(zhì)利用率，進而提高斷奶仔豬生長性能。Wang等（2013）在研究飼糧中添加微囊包被氧化鋅對斷奶仔豬生長性能、血液代謝和礦物質(zhì)濃度的影響時發(fā)現(xiàn)，和基礎(chǔ)日糧相比，日糧中添加526.5、1125、2250 mg/kg（以鋅計）的微囊包被氧化鋅顯著提高斷奶仔豬平均日增重（P＜0.05），顯著降低料重比（P＜0.05）。Upadhaya等（2018）在研究低劑量保護型氧化鋅替代高劑量常規(guī)氧化鋅時發(fā)現(xiàn)，飼喂仔豬42 d保護型氧化鋅在促進仔豬生長性能方面和高劑量普通氧化鋅效果差異不大；22～42 d，和基礎(chǔ)日糧組相比，日糧中添加保護型氧化鋅顯著提高仔豬的平均日增重和平均日采食量（P＜0.05）。Grilli等（2015）研究表明，飼喂斷奶仔豬0～14 d，400 mg/kg脂質(zhì)包被氧化鋅組仔豬平均日增重顯著高于基礎(chǔ)日糧組；且42 d后，150 mg/kg和400 mg/kg脂質(zhì)包被氧化鋅組的仔豬體重均比基礎(chǔ)日糧組高1.7 kg以上（P＜0.05），而和普通氧化鋅組比無明顯差異。

3.3 改善斷奶仔豬皮毛問題 研究表明，和高劑量普通氧化鋅相比，包被氧化鋅能減少仔豬血液中Zn2+含量，維持血銅和血鐵的水平，降低對仔豬皮毛的影響（Lei等，2018）。血紅蛋白水平是判斷仔豬皮毛紅亮程度的重要指標，當血紅蛋白濃度在100 g/L以上時，滿足仔豬對鐵元素的正常需求。由表1可見，梁恒之等（2017）在35日齡仔豬日糧中添加普通氧化鋅（2500 mg/kg）或包被氧化鋅（1000 mg/kg），飼喂兩周后發(fā)現(xiàn)，包被氧化鋅組仔豬的血紅蛋白濃度高于氧化鋅組，但兩組之間無顯著差異；另外，包被氧化鋅組的皮毛指數(shù)也優(yōu)于氧化鋅組，但差異不明顯，這可能是由于仔豬的飲水中混入了含有銅、鐵離子的保健品，銅鐵元素得到了充分補充。李芳等（2021）將60頭28日齡的仔豬分為3組，分別為基礎(chǔ)日糧組、普通氧化鋅組（基礎(chǔ)日糧+1966 mg/kg普通氧化鋅）、高效包被氧化鋅組（基礎(chǔ)日糧+1000 mg/kg高效包被氧化鋅）。飼喂35 d后，高效包被氧化鋅組的仔豬皮毛指數(shù)、全血中血紅蛋白濃度、血銅含量均優(yōu)于普通氧化鋅組，但差異不顯著；而高效包被氧化鋅組仔豬血液中的Zn2+含量顯著低于普通氧化鋅組，說明高效包被氧化鋅能夠在一定程度上改善仔豬皮毛指數(shù)。

4 小結(jié)與展望

包被氧化鋅利用包被技術(shù)避免和胃酸反應(yīng)，減少氧化鋅消耗，提高利用率，具有過胃率高、精準釋放、穩(wěn)定性好等特點，在實際生產(chǎn)中能夠降低斷奶仔豬腹瀉率、提高生長性能、改善皮毛問題，可替代仔豬日糧中高劑量氧化鋅的應(yīng)用。然而，目前市面上包被氧化鋅的種類繁多，氧化鋅質(zhì)量良莠不齊，可能存在“包不住”“放不出”現(xiàn)象以及容重過大、易沉底等問題。因此，在選擇氧化鋅時，需要保證足夠數(shù)量的氧化鋅分子到達有效作用部位小腸、分散均勻能與腸黏膜充分接觸、適中的比重等便于飼料加工使用。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與推動，包被氧化鋅在未來將具有廣闊的市場應(yīng)用前景。