摘要 ：随着纳米技术的不断发展，饲料工业也开始利用纳米材料来配制动物饲料。由于纳米材料有许多普通材料所不备的理化特点，因此在添加和使用时会产生意想不到的效果。纳米氧化锌是纳米成员的一分子，添加在仔猪日粮中不仅添加量少，而且与普通的高锌日粮的作用效果相同，因此可以降低高锌日粮的负面效应。

关键词 ：氧化锌、纳米氧化锌、仔猪
锌是动物体的必须微量元素。体内许多酶都离不开锌元素，这些酶包括碳酸酐酶、胰羧肽酶、乳酸脱氢酶、乙醇脱氢酶、碱性磷酸酶、胸苷激酶。锌也是许多酶的活化剂。锌参与胱氨酸和粘多糖的代谢。锌对维持上皮细胞和被毛的正常形态和生长必不可少。锌在细胞增殖和分化，特别是核酸代谢中发挥作用。锌对激素的形成、贮存和分泌，对免疫系统的功能，以及对生物膜的正常结构和功能等都是必需的。 骨骼肌中的锌约占体内锌的 50% ～ 60% ，骨中锌约占 30% ，其余的锌存在于皮、毛和其他组织。锌趋向于在骨中富聚，但其他许多微量元素主要贮备于肝中。
近年来的研究发现，高剂量的锌可以提高断奶仔猪的生产性能，并降低仔猪的腹泻率（ Poulsen ， 1989 ）。这一研究结果在畜牧生产中得到广泛普及，并带来了巨大的经济效益。但是，随着高锌日粮的应用也带来了许多负面效应。由于氧化锌的生物学利用率低，大部分都随粪便排出，严重地污染了环境。另外，长期使用高剂量氧化锌会影响仔猪皮肤及被毛状况。所以，国内外开始寻找高剂量氧化锌的替代品。虽然有机锌有这方面的作用，但是由于价格昂贵，限制了其在养殖业上的应用。纳米氧化锌不仅具有普通氧化锌的作用特点，而且还具有纳米材料的特性。不仅在饲料中添加量少，减少环境污染，而且还可以替代普通氧化锌，降低饲料成本。

•  高锌日粮的研究进展
1.1 在断奶仔猪日粮中添加药用剂量的氧化锌可以提高断奶仔猪的生产性能
近年来的许多研究都表明，锌（氧化锌）的添加剂量在 2500 ～ 5000ppm 之间时，可以提高断奶仔猪的日增重、饲料利用率和降低仔猪的腹泻指数（ Schell 等， 2004 ）。但是，在断奶后一周的添加效果并不明显，在 2 ～ 4 周添加效果才逐渐显著（ Smith 等， 1996 ）。一般添加高剂量的氧化锌，可以使仔猪的平均日增重提高 10 ％～ 20 ％，采食量提高 10 ％～ 15 ％，料肉比改善 5 ％左右。然而，目前的研究结果也不尽相同。 Fryer 等（ 1992 ）研究表明，添加高剂量的锌对仔猪的生产性能并没有产生明显的作用。但是，该试验条件优越，仔猪在试验全期无一腹泻。因此，在饲养方式粗放，仔猪经常发生腹泻的环境下，氧化锌才有较好的作用效果。

1.2 高剂量锌促进仔猪生长的作用机理

由于氧化锌的生物学利用率低，因此研究人员猜测其作用位点应该是在消化道。早期的研究表明，氧化锌是通过抑制大肠杆菌型腹泻，而达到促生长作用的（ Holm 等， 1988 ）。但是， Jesen 等（ 1998 ）研究发现，添加 2500ppm 的锌改善了仔猪的生产性能，但是粪便中的大肠杆菌数并没有降低， Broom 等（ 2003 ）也有相同的发现。 Roselli 则认为，添加氧化锌不是因为抑制大肠杆菌（ K88 ），而是遏制产肠毒素大肠杆菌的肠上皮细胞黏附作用，有效地防止其进一步入侵，从而，保护了肠内皮细胞。另外，研究表明，氧化锌有利于消化道微生态的平衡，维持肠道健康。

仔猪断奶后，由于受各种应激的影响，消化道结构发生变化，主要表现为小肠绒毛萎缩，隐窝增生，严重影响营养物质的消化吸收。研究发现，添加氧化锌可以减缓由于断奶应激对肠上皮结构所带来的不利影响（ Li 等， 1999 ； Carlson 等， 2003 ）。然而， Mavromichalis 等（ 2000 ）利用不同饲料级的氧化锌在断奶仔猪上的试验结果确显示，其对小肠上皮结构没有显著的作用。因此在这方面还需进一步深入研究。

关于氧化锌的作用机理人们还在提高味觉、免疫机能等方面都做了大量的研究，但是试验结果并不一致。

1.3 高锌对环境会造成污染

研究表明，饲料级氧化锌的相对生物学利用率相当于硫酸锌的 30 ％～ 60 ％，脱硫氧化锌的利用率为 90 ％左右（ Hardy 等， 1999 ）。当利用高锌日粮喂猪时，会有大量的锌排放到环境中，对土壤和水造成污染。专家们推测如果所有猪粪中的锌都留在土壤中，那么锌含量将在 17 年内超标（ 120mg/kg ），被污染的土地不再具有可耕性。因此许多国家对高锌日粮的使用进行了限制。荷兰已经规定不允许在日粮中使用高锌来促进动物生长，加拿大规定饲料中锌的含量不允许超过 500ppm 。

二、纳米氧化锌在养殖业上的应用

纳米材料是 20 世纪 80 年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜，纳米陶瓷、纳米瓷性材料、纳米生物医学材料等，一般指颗粒尺寸在 1 ～ 100 纳米之间的材料。目前，饲料工业已经开始利用纳米技术，如，纳米中草药、纳米矿物元素以及纳米饲料等。矿物元素经过纳米华后，不仅可以提高利用效率，而且会衍生出新的物理学特性，进而对动物产生新的生物学功能。研究表明，纳米硒不仅具有高效低毒的特性，而且抗氧化功能是普通硒的 5 倍。纳米铜和纳米铬等的研究报道均表明，纳米微量元素的使用效果均优于普通微量元素添加剂（王艳华等， 2000 ；关荣发等， 2003 ）。

2.1 纳米氧化锌的生产方法

纳米氧化锌的制备方法很多，按研究的学科可分物理法和化学法。

2.1.1 物理制备法是指采用光、电技术使材料在真空或惰性气体中蒸发，然后使原子或分子形成纳米微粒；或用球磨、喷雾等以力学过程为主获得纳米微粒的制备方法。物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。该法制得的氧化锌粉体纯度高、粒度可控，但对生产设备要求高。

2.1.2 化学制备法各组分的含量可精确控制，并可实现分子、原子水平上的均匀混合，通过工艺条件的控制可获得粒度分布均匀、形状可控的纳米微粒材料。化学制备方法又可分为化学沉淀法、化学气相沉积法、水解法、热分解法、微乳液法、溶胶－凝胶法、溶剂蒸发法等多种方法。该法制得的氧化锌总体来说生产费用较大。

2.2 纳米氧化锌的特性

纳米材料具有表面效应即，纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。随着粒径减小，表面原子数迅速增加。另外，随着粒径的减小，纳米粒子的表面积、表面能及表面结合都迅速增大。这主要是由于粒径越小，处于表面的原子数越多表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性，晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多，其表面能大大增加。伴随表面能的增加，其颗粒的表面原子数增多，表面原子数与颗粒的总原子数的比值被增大，于是便产生了“表面效应”，使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化，导致纳米材料具有许多奇特的性能。当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应。作为饲料添加剂纳米氧化锌同普通氧化锌相比具有许多优点。

2.2.1 杀菌作用强

氧化锌是无机杀菌剂，杀菌机理是通过光催化和离子溶出共同作用的结果即，利用纳米氧化锌产生的活性氧种造成微生物损伤或锌离溶出与微生物体内的蛋白或核酸官能团发生反应而实现抗菌。研究表明，在 5 分钟内，纳米氧化锌对金黄色葡萄菌的杀菌率为 98.86% ，大肠杆菌为 99.93% ，明显高于普通氧化锌（祖庸等， 1999 ）。曲敏利等（ 2004 ）的研究结果表明，纳米氧化锌的抑菌半径是普通氧化锌的 2 倍以上，同时在有光的条件下，纳米氧化锌的抑菌效果更佳。

2.2.2 生物学利用率高

由于纳米氧化锌粒度小，容易与食糜混合，与肠绒毛接触机会和面积增大，因此容易被动物吸收利用。研究表明，小鼠对 100 纳米的粒子比其他大粒子的吸收率高 10 ～ 250 倍（ Desai 等， 1989 ）。而畜禽对纳米氧化锌生物学利用率尚无明确的报道。

2.2.3 添加量少

研究表明，添加 200 ～ 400ppm 的纳米氧化锌即可达到 3000ppm 普通氧化锌的效果。廖三赛等（ 2003 ）利用 200 、 300 、 400ppm 的纳米氧化锌和 3000ppm 的普通氧化锌研究对仔猪生产性能的影响。结果表明，无论是纳米氧化锌还是高剂量普通氧化锌均可提高动物的生产性能，而 300ppm 纳米氧化锌组的日增重比高剂量普通氧化锌高出 27 ％。王建辉等（ 2003 ）的研究表明，添加 375ppm 的纳米氧化锌无论是生产性能，还是腹泻率均与 3000ppm 的普通氧化锌相当。因此，添加少量的纳米氧化锌即可替代高剂量的普通氧化锌，这样不仅节省了饲料成本，而且还降低了氧化锌对环境的不利影响。

2.2.4 安全性高

高锌日粮对防止断奶仔猪腹泻和促进生长是不争的事实，但是由于使用的氧化锌是药物剂量，长期使用对仔猪的新陈代谢会产生不良影响，主要表现在被毛粗糙、皮肤惨白、结痂等。从目前的研究结果上看，饲喂高锌日粮的仔猪血液、肝脏和肾脏中的锌含量比对照组分别高出 2 倍、 4.5 倍和 2 倍，同时肝脏中出现脂肪沉积（ Case 等， 2002 ； Jensen-Waern 等， 1998 ）。利用纳米氧化锌由于添加量少，效果与高锌日粮相当，可以避免上述不良现象的发生。

三、小结

高锌日粮可以防止仔猪腹泻和提高仔猪的生产性能，但是由于添加量大，给环境和猪带来不利的影响。而纳米氧化锌具有独特理化优势，在饲料中添加量少，但与高锌日粮有同样的作用效果，因此可以替代普通氧化锌。随着纳米技术的不断发展，生产成本进一步降低，纳米氧化锌在饲料中的应用也将得到广泛普及。

纳米氧化锌产品说明书