纳米氧化锌取代普通锌化合物的现状和趋势

  丁小波１，牛同利２，文利新１（１﹒湖南農業大學動物醫學院，湖南 長沙 ４１０１２８﹔２﹒山東鳳祥集團， 山東 聊城 ２５２０００）  作者簡介﹕丁小波（１９８１—），女，江蘇海安人，在讀碩士。主要研究方向為非傳染性群發病研究。電話﹕１３０７７３４４２１１。

    摘要:綜述了納米氧化鋅在對机体的生殖生理作用，特別是免疫功能方面及對環境的影響等方面相對于普通鋅化合物具有的优勢，從而体現納米氧化鋅取代普通鋅化合物的趨勢，以期為納米氧化鋅在畜牧業中的深入研究、開發利用及臨床應用提供一定的理論依据。

    關鍵詞:納米氧化鋅; 鋅化合物; 功能

    鋅是多种酶的組成成分，它參与机体蛋白質和核酸的合成，脂肪以及碳水化合物和維生素等營養物質的代謝﹔鋅還能增強机体免疫力、抗感染能力，促進創傷愈合。鋅對維持動物中樞免疫器官（胸腺、腔上囊）和外周免疫器官（淋巴結、脾臟、偏桃体）的結构和功能起著重要的作用[１]。畜禽体內鋅含量不足

時，不僅影響生長發育，而且會引起代謝紊亂，免疫器官萎縮，從而導致免疫功能低下，易受細菌、病毒和真菌的侵入和感染[２]。近年來國內外學者在斷奶

仔豬日糧中添加高鋅（２ ５００～４ ０００ ｍｇ／ｋｇ， 以氧化鋅提供） 的研究表明， 高鋅可顯著緩解斷奶仔豬腹瀉的發生， 刺激仔豬生長， 提高日增重， 改善飼料報酬[３]。但高鋅也會導致土壤的鋅蓄積過量而造成環境污染， 長期使用高鋅還可能導致動物中毒， 因而日本、荷蘭等國已禁止使用高鋅。

    由于無机鋅（ 硫酸鋅、普通氧化鋅等）利用率低，為了達到應用效果，往往添加超過動物正常需要量的 ２０～３０ 倍，這必然會破坏各种微量元素的平

衡，導致維生素穩定性及其他營養素效价降低等，使動物處于中毒的亞臨床症狀。由于高鋅拮抗鈣，嚴重影響動物的生長發育和飼料質量、增加飼料成本﹔ 同時還會造成環境污染，抑制和殺死大自然中分解動物糞便的微生物，從而導致一些病原微生物的大量滋生傳播。有机鋅（如乳酸鋅、氨基酸螫合鋅等）接近于体內的作用形式，生物學效价高于無机鋅，減少了礦物質向環境的排放及礦物質与其他成分的拮抗作用，提高了飼料利用率﹔但氨基酸鋅因价格高，應用受限，且究竟是增加氨基酸添加量的效應還是鋅原子的效應，還有待探討[４]。

    納米氧化鋅是面向 ２１世紀的新產品，具備一般氧化鋅無法比擬的性能， 納米氧化鋅有极強的化學活性， 其１ｇ產品比表面積達８０ｍ２， 絕大部分原子呈裸露狀態，有极強的貫穿勢壘的能力和极強的自由擴散能力（是普通氧化鋅的１０５～１０９倍）， 能与多种有机物發生氧化反應（包括細菌內的有机物），從而將大部分病菌和病毒殺死。研究表明，飼料中添加納米氧化鋅， 比一般氧化鋅的藥效大幅度提高，并具有吸收率高、劑量小的特點，還可利用納米氧化鋅的強滲透性，避開胃腸吸收時体液環境与藥物反應引起的不良反應或造成的吸收不穩定，提高吸收率。３００～４００ ｍｇ／ｋｇ納米氧化鋅可替代 １ ５００～３ ０００ ｍｇ／ｋｇ 普通氧化鋅[５]，同時納米化的氧化鋅吸收率也達到了 ９９％ 。此外，納米氧化鋅對霉菌孢子的生長也有較好的抑制效果。由于納米技術的應用大大提高了飼料的消化利用率，減少了糞便的排出量，減少了氮、磷的排出量， 從而減少了糞便中的氮、磷以及有毒有害元素對土壤、水、空气等的污染。納米技術在未來的綠色革命中將大顯身手，給環境保護帶來突破性變化。

    １ 納米氧化鋅的功能特點

    氧化鋅經納米技術處理后，因其龐大的比表面積，鍵態嚴重失配，出現許多活性中心，表面出現非化學平衡，致使飼料添加劑的性質發生特异性變化，從而展現許多特有的性狀。

    納米氧化鋅既具有比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大以及納米材料所特有的四大效應﹕小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應和表面效應，又具有產品活性高、屏蔽紅外、紫外和殺菌的功能。納米氧化鋅粉末無毒、無味、對皮膚無刺激性、易分解、不易變質、熱穩定性又好，其粉末在陽光下有极強的化學活性，能与多种有机物包括細菌內的有机物發生氧化反應， 從而把大多數病菌和病毒殺死。納米氧化鋅与其他鋅源相比有如下优勢﹕生物活性、吸收率、抗氧化性能、安全性高[６]，免疫調節能力強，可減少環境污染、去除農殘留，促進和調節動物机体代謝[７]。

    目前，在畜牧業中有關納米技術的應用研究報道還很少，但納米技術作為一項新興技術勢必給畜牧業尤其是飼料行業帶來新的動力。納米化后的飼料或飼料添加劑，有利于在消化道滯留，延長腸壁接触時間，提高畜禽腸胃吸收能力、吸收速度和吸收率[８]，某些動物不可缺少而又較難采食的營養成分可以充分被動物吸收，從而最大限度地提高飼料原料的生物利用率，節約飼料原料中各种成分的用量，間接減少糞便中污染物的排放量﹔攝食這樣的飼料后，更易于消化和吸收，大大降低料重比和料蛋比，降低生產成本﹔同時飼料中抗營養因子在納米水平下將發生質的變化，必將要求重新測定飼料成分和營養標准， 重新計算飼料配方，從而帶來一場飼料生產技術革命。

    ２ 納米氧化鋅抗菌机制

    納米氧化鋅具有极強的化學活性， 能与多种有机物發生氧化反映（ 包括細菌內的有机物），從而將大部分細菌、病毒殺死。其抗菌机制有２种觀點， 一是 Ｚｎ２＋接触反應， 造成微生物共有成分被破坏或者產生功能障礙。當微量 Ｚｎ２＋接触微生物細胞膜時， 因后者帶負電， 依靠庫侖引力， 使二者牢固結合和蛋白質凝固， 破坏細胞合成　的活性， 細胞喪失分裂增殖的能力而死亡。另一是催化假說， 納米氧化鋅在光照條件下會產生導帶電子和价帶空穴， 后者是良好的氧化劑， 具有很強的反應活性， 可与表面吸附的 Ｈ２Ｏ 或 ＯＨ－离子發生反應形成具有強氧化性的羥基， 從而殺死細胞。而且由于粒徑很小，可穿透細胞膜，降解細胞產生的毒素[９]。西北大學曾進行過納米氧化鋅的定量殺菌試驗， 納米氧化鋅的含量為１％時在 ５ｍｉｎ 內，金黃色葡萄球菌的殺滅率為 ９８﹒８６％，大腸杆菌的殺滅率為 ９９﹒９３％。研究結果表明， 納米氧化鋅的抑菌半徑是普通氧化鋅的 ２ 倍以上， 同時在有光的條件下， 納米氧化鋅的抑菌效果更佳。

    ３ 納米氧化鋅的發展趨勢

    目前， 美、德、日、英、法和中國均已將納米技術研究列入國家重點發展的領域。而我國的納米科技還處在研究和開發階段。离整体產業化還有相當大

的距离。納米技術可使傳統畜牧業產品“舊貌換新顏”， 把納米材料添加到傳統畜牧業產品中， 可改進或獲得一系列的功能。這种改進并不見得昂貴， 但卻使產品更具市場競爭力。利用納米技術將制造出各种各樣具有“特异功能”的新材料， 將會引起畜牧行業的重大變革[１０]。

    納米氧化鋅今后的主要研究方向為﹕ （１） 利用納米氧化鋅在動物胃腸道吸收的优勢及其緩釋、控釋系統， 提高營養性及非營養性飼料添加劑的吸收率和生物利用率。（２） 利用納米氧化鋅具有較高的吸附作用，研發對飼料中有毒、有害物質具有特异性吸附的飼料添加劑， 降低其對動物的危害及在動物

產品中的殘留。（３） 利用納米氧化鋅的殺菌作用，研發對有害菌具有特异性殺滅作用， 形成動物腸道健康微生態的保健添加劑。（４） 將納米氧化鋅應用于遺傳育种中，大大加快育种速度及效率。（５） 研發納米氧化鋅免疫佐劑，提高疫苗對畜禽的免疫效果。

    參考文獻

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  ２胡杰﹒微量元素鋅對動物免疫的影響[Ｊ]﹒中國動物保健， ２００４（２） ﹕ ２７－ ２８﹒

   ３Ｂｒｏｏｍ Ｌ Ｊ， Ｍｉｌｌｅｒ Ｈ Ｍ， Ｋｅｒｒ Ｇ Ｋ， ｅｔ ａｌ﹒Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ｂｏｔｈ ｚｉｎｃ ｏｘ－ｉｄｅ ａｎｄ ａｖｉｌａｍｙｃｉｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｏｓｔ － ｗｅａｎｉｎｇ ｐｉｇｌｅｔ ｄｉｅｔ﹕ ｃｏｎｓｅ－ｑｕｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｏ ｓｌａｕｇｈｔｅｒＪ﹒Ａｎｉｍａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００３， ７７﹕ ７９－ ８４﹒

    ４鐘國清，陳陽﹒納米氧化鋅在畜牧業中的應用[Ｊ]﹒畜禽業， ２００５

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    ５廖三賽， 鄭宗林﹒納米氧化鋅与高劑量氧化鋅對早期斷奶仔豬飼養試驗的比較[Ｊ]﹒養殖与飼料， ２００３（８）﹕ ９－１０﹒

    ６潘寶海， 張道勤， 李德軍， 等﹒納米氧化鋅在畜牧養殖中的應用[Ｊ]﹒中國飼料， ２００５（１６） ﹕ １３－ １５﹒

    ７鮑若紅﹒納米微量元素在畜牧業上的應用[Ｊ]﹒福建畜牧獸醫，２００４，２６（２）﹕１６－１７﹒

     ８王建輝，廖三賽，李德雄﹒晶鋅蓓（納米氧化鋅） 對斷奶仔豬生產性能的影響[Ｊ]﹒養殖与飼料， ２００３（７）﹕ ８－９﹒

    ９褚玲娜，詹勇，許梓榮，等﹒納米技術在動物醫學中的應用前景[Ｊ]﹒甘肅畜牧獸醫， ２００５， １８０（１） ﹕ ３６－ ３８﹒

    １０郭彤， 許梓榮， 胡彩虹， 等﹒納米科技在畜牧業中的應用前景[Ｊ]﹒中國畜牧雜志， ２００４，４０（１）﹕ ４８－５１﹒