沸石提高动物健康及其机制

沸石提高动物健康及其机制
吴亚男;吴秋珏;周岩民;王恬
【摘要】Natural zeolites have been used in animal nutrition mainly to improve animals performance traits and they were also tested and found to be efficacious in the prevention of ammonia and heavy metal toxicities,absorption of poisonings as well as increase animal immunity and manure condition.During the last decade,their utilization as mycotoxin-binding adsorbents had been a hot topic of considerable interest and many published research data indicate their potential efficacy against different types of mycotoxins either as a primary material or after specific modifications.Recent findings support their role in the prevention of certain metabolic diseases in dairy cows,as well as their shifting effect on nitrogen excretion from urine to faeces in monogastric animals,which results in lower aerial ammonia concentration in the confinement facilities.In order to expand the application area of natural zeolite,this article reviewed the ways that improving animal health status through nature zeolite,described its mechanism of action,analyzed announcements when using natural zeolite as feed additive thus supporting scientific basis for its using in the area of animal raising and production.%天然沸石被应用于动物营养中以提高动物生产性能、有效预防氨和重金属毒性、吸附毒素、提高动物免疫力及畜舍环境.在过去的十年中,沸石作为霉菌毒素吸附剂一直是个热点话题,许多研究表明沸石或改性沸石对不同类型的霉菌毒素都有潜在的作用效果.近期研究表明沸石能够预防奶牛的代谢性疾病,同时能降低单胃动物粪尿中氮含量从而降
低密闭畜舍内空气中氨含量.为了进一步拓展天然沸石的应用领域,本文综述了沸石提高动物健康状况的途径、详述了沸石提高动物健康状况的作用机制、分析了沸石在应用时的注意事项,为其在动物饲养及生产领域的应用提供科学依据.
【期刊名称】《中国粮油学报》
【年(卷),期】2013(028)005
【总页数】7页(P105-111)
【关键词】沸石;动物健康;作用机制
【作者】吴亚男;吴秋珏;周岩民;王恬
【作者单位】南京农业大学动物科技学院,南京 210095;南京农业大学动物科技学院,南京 210095;南京农业大学动物科技学院,南京 210095;南京农业大学动物科技学院,南京 210095
【正文语种】中文
【中图分类】S8
近年来，动物的健康状况及产品安全问题已成为广受关注的热点课题。

饲料（重金属、毒素）、环境（细菌、放射性元素、重金属、毒素、不良气体等）和管理（主要是应激）因素对动物健康具有显著影响。

沸石由于具有良好的选择吸附、离子交换、催化激活等特性，已在许多领域得到了广泛应用，包括饲料工业、污水处理等［1］。

同时沸石作为一种新生的饲料添加剂，围绕它及其产品在动物生产中的应用已有许多研究报道。

大量研究表明，饲料中添加沸石可以提高动物体增重、提高饲料转化效率、加快动物生长速度［2］，提高动物生产性能［3］。

除此之外，
它也能通过对特定疾病的预防和治疗来改善动物健康状况。

本文综述了沸石提高动物健康状况的途径、详述了沸石提高动物健康状况的作用机制、提出了沸石在动物生产中未来可能的研究方向、分析了沸石在应用时的注意事项。

1 沸石提高动物健康状况
1．1 沸石提高动物体抗氧化能力
氧化应激是动物生产中最常受到的应激。

氧化应激是氧自由基（ROS）优于抗氧
化剂保护机制引起的［4］，这种不平衡是导致动物发生一系列疾病的病理机制。

环境因素、疾病及饲养管理均能作为应激原引起动物产生氧化应激。

动物在氧化应激状态下，细胞内产生的大量自由基会破坏生物膜，影响细胞的正常功能，引起机体组织脂质过氧化水平升高，引起DNA和RNA的氧化损伤，蛋白质表达异常等。

此外，氧化应激能够降低动物采食量，降低饲料转化率，延缓上市时间。

如果不能及时修复则会发展为氧化损伤，对组织和机体造成损害。

超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH－Px）属于机体的抗氧化
酶系，能够协同防止自由基的损伤，在机体的抗氧化方面起着重要的作用［5］。

丙二醛（MDA）是体内自由基攻击生物膜中多不饱和脂肪酸、引发脂质过氧化产
生的脂质过氧化物，具有一定的细胞毒性。

体内SOD的活性和MDA含量可反映机体抗氧化性能的强弱。

日粮中添加沸石能够提高动物的抗氧化性能。

卜祥斌等［6］在黄鸡饲料中添加5%的沸石后，黄鸡血清中SOD活性升高，血清中MDA含量下降。

罗有文等［7］
将5%的沸石添加到肉鸡的饲料中，发现沸石能够显著提高血浆中SOD活性、降
低MDA含量，不同程度的提高血浆中GSH－Px、肝脏中SOD活性和降低肝脏
中MDA含量。

陈健等［8］试验表明，肉鸭日粮中添加沸石能在一定程度上提高
肉鸭肝脏中的SOD活性，降低MDA含量，提高肉鸭肝脏的抗氧化能力。

沸石能够选择性吸附动物消化道内的有害气体和有害元素从而提高动物抗氧化性能，但是
这并不代表沸石可以作为很多常规抗氧化剂如维生素C、维生素E、维生素A、叶黄素和硒的替代物，因为常规抗氧化剂在动物机体内还有其他重要的作用。

1．2 沸石缓解球虫病
日粮中添加沸石能够有效缓解动物蠕虫病的负面作用，这一领域的研究最初是以大鼠为试验动物。

日粮中添加10%的斜发沸石能够降低感染巴西钩虫大鼠肠腔中的寄生虫含量［9］。

添加5%的斜发沸石能够提高大鼠肠道内α－D－葡萄糖苷酶及氨肽酶活性［10］。

为了探索沸石缓解球虫病的作用效果是否适用于其他动物，在感染胃肠道（GI）线虫的羊的日粮中加入3%斜发沸石，结果表明沸石可以显著降低蠕虫总数，能够降低GI线虫在肠道内的定植［11］。

此外，沸石也可以作为抗蠕虫药物的载体，降低药物释放速度、延长药物作用时间。

1．3 沸石治疗腹泻
由于动物肠道内酶活性降低而引起的动物对肠道抗原过敏症或吸收障碍综合症能够引起仔猪的断奶综合症，日粮中添加沸石能够吸附饲料中引起肠道发生超敏感现象的物质、提高断奶仔猪体内消化酶活性。

在动物生产中饲喂沸石能够缓解抗营养物质的毒性作用、结合颗粒饲料中的微生物和肠毒素类、清除肠道内寄生虫、改善胃肠道环境、防止腹泻感染［12］。

日粮中添加天然沸石能够缩短动物腹泻持续时间、缓解动物腹泻。

虽然有研究表明沸石能够消除一些与肠道疾病相关的病原菌，但是目前关于沸石的作用机制还不清楚。

有研究表明，除了延缓食糜在肠道中的移动速度、沸石的吸水性能之外，沸石改善腹泻综合症可能与沸石缓解机体代谢性酸中毒、调节肠腔渗透压、吸附肠道病原性大肠杆菌相关［13］。

也有研究表明，沸石缓解腹泻综合症的原因有：吸附引起内源性腹泻的胆汁酸盐、吸附黄曲霉毒素、吸收在肠道内含量较高的葡萄糖［14］。

对于新生动物，沸石能够通过提高被动免疫来降低腹泻率，同时也能提高动物对初乳中免疫球蛋白的吸收量。

1．4 沸石预防奶牛代谢病
产乳热和奶牛酮病是目前高产奶牛最常见的代谢病，最近也有许多研究表明在奶牛日粮中添加沸石能够缓解这两种代谢病的产生，但其作用机制还需进一步探索。

预防产乳热的最佳措施是在干乳期饲喂低钙日粮，沸石能够降低日粮中钙在胃肠道中的生物可利用率，同时沸石也通过调节生产前体内钙平衡机制来预防产乳热［15－16］。

Katsoulos等［17］在产奶牛干奶期的日粮中添加0%、1．25%、2．5%的沸石，奶牛的产乳热发病率分别为 38．9%、17．6%、5．9%，提示日粮中添加2．5%的沸石能够显著降低奶牛血清中钙含量，且在后续试验中未发现
奶牛产乳热的临床症状。

预防奶牛酮病的有效措施是在干奶期及泌乳前期改善饲料中能量含量［18］。

沸
石能够显著调节这些关键期的能量平衡。

日粮中添加2．5%的沸石能够使酮病发
生率降低5．9%，添加1．5%的沸石使酮病发生率降低3．6%。

这是由于沸石能够提高瘤胃中丙酸盐含量、提高瘤胃中淀粉消化率所致。

同时，沸石能够吸收反刍动物在发酵过程中的微生物和其他成分来确保动物机体的健康［17］。

1．5 沸石吸附有毒有害物质
饲料、水、垫料、粪便及动物呼吸作用和体表散发的大量微生物通过空气流散，与水滴、尘埃颗粒相结合，悬浮在空气中形成微生物气溶胶，能够引起畜禽呼吸道尤其是下呼吸道感染。

日粮中添加沸石可有效减少肠道细菌含量［19］。

研究表明，沸石对大肠埃希氏菌和肠毒素霍乱弧菌毒素具有吸附作用［20］，能够降低肉鸡
空肠大肠杆菌数、促进乳酸菌增殖［21］。

在鸡饲料中添加沸石能够有效减少鸡
体表面和盲肠中沙门氏菌的含量，且冬季效果好于夏季［22］，这是由于冬季鸡
舍中水汽和氨含量较高利于沙门氏菌的生存，使试验结果更为明显。

沸石也能够减少其他肠道细菌的菌落形成单位［23］。

饲料中可能含有的不安全成分也会影响动物健康及产品安全，如高剂量的铜
（Cu）、砷（As）、铅（Pb）、汞（Hg）制剂等［21］。

重金属会导致动物生
产性能下降、繁殖及免疫器官受损，甚至会造成动物死亡；重金属在动物产品中的残留会严重影响食品安全，从而危害人类健康。

沸石在动物消化道内可选择性地吸收这些有害元素，在自身结构不被破坏的前提下改善消化道生理环境和机能；沸石能够显著降低动物性食品中重金属的残留，从而减少环境污染物对动物的损伤，提高动物产品安全性。

周岩民等［21］将不同粒度的沸石添加到肉鸡的日粮中，虽
然沸石中Pb、As含量较高导致饲料中Pb、As含量提高，但并未增加其在肉鸡组织中的含量，反而降低了肌肉中Pb含量及肝脏中Pb、As含量。

也有研究表明，在克氏原螯虾饲料中添加2%沸石能够显著降低虾体内 Cd的残留量，如腹肌中
Cd含量降低了38．89%，肝脏中 Cd的残留量降低了 67．50%［24］。

霉菌毒素是真菌毒素中毒性较强的二级代谢产物，包括黄曲霉毒素（AF）、赭曲
霉毒素A、玉米赤霉烯酮、孢霉毒素和麦角生物碱等，是导致谷物和动物饲料污染、威胁饲料安全的主要因素之一。

饲料被霉菌毒素污染后适口性降低，同时导致动物采食量下降、消化酶活性受到抑制、生产性能降低、动物繁殖机能受损、免疫系统被抑制甚至发生急慢性中毒死亡。

低剂量的摄入虽不表现出明显的临床症状，但长期累积也可影响其免疫功能［25］。

天然沸石对霉菌毒素具有较高的吸附力，使
毒素不易通过肠壁黏膜，难以被动物吸收，可有效防止动物生产中的霉菌毒素中毒。

Miazzo等［26］在含有 2．5 mg／kgAFB1的饲料中添加1%的沸石，结果表明：沸石明显缓解了黄曲霉毒素B1（AFB1）对肉鸡产生的毒副作用，提高了肉鸡摄入AFB1后的体增重。

将1．5%和2．5%的天然斜发沸石添加到含有2．5 mg／kgAFB1的饲料中，发现饲料中添加AF显著降低血清总蛋白、白蛋白、无机磷、尿酸、总胆固醇等生化指标，同时白细胞、异嗜白细胞数量显著减少，表明沸石明显缓解摄入AFB1后的代谢能力和免疫力［27］。

Haile等的研究表明沸石可用作抗微生物剂，可能原因是饲料中添加沸石能够减少动物环境中的水分，微生物数量
减少［28］。

Kubena等［29］认为铝硅酸盐能够在孔道中移除重金属离子及放
射性元素，由此可降低黄曲霉毒素的毒性效应；同时，硅铝酸盐可与AF形成稳定的络合物从而降低其可用度来达到脱毒效果。

此外，沸石能够延缓玉米赤霉烯酮及其衍生物在猪体内的肝肠循环、降低毒素作用时间［12］。

由此可见，添加沸石
可以消除或缓解含有霉菌毒素的饲料对动物造成的负面影响，明显改善动物健康状况［30］。

2 沸石提高动物健康状况的作用机制
2．1 沸石降低食糜流通速度、提高酶活性。

天然沸石作为饲料添加剂能够显著提高动物生长速率［31］，其可能原因有：沸
石在动物体内吸水膨胀导致食糜黏度增加、降低食糜在胃肠道中的流通速度、延长饲料在消化道中的停留的时间、控制营养物质在肠道中的释放速度［32］，延长
胃肠道中生物酶作用时间；沸石可以增加动物肠黏膜厚度、导致肠腺发达从而增强动物消化功能；沸石中含有硒（Se）、钛（Ti）、镍（Ni）、铂（Pt）等能够激
活动物体内酶的微量元素，可以显著提高酶活性来促进饲料中营养成分的吸收。

同时这些元素的存在使食糜中离子组成发生变化、pH值趋于正常，优化消化酶活性，提高蛋白质和能量利用率［33］。

2．2 沸石补充动物体内矿物质含量
沸石在体内可以释放出多种机体所需的矿物元素如钙（Ca）、钾（K）、硅（Si）、钠（Na）、铝（Al）、磷（P）、镁（Mg）等，提高这些元素在体内的含量、缓解由于饲料中相应元素添加不足或消化率过低导致的矿物质缺乏。

动物体内含有的有毒矿物质如Pb、Hg等能通过离子交换被沸石吸收继而排出。

因此，在日粮中
加入沸石能够提高动物体内矿物质代谢率，提高组织和器官中常量、微量元素的含量。

有报道表明，在日粮中添加沸石可以显著提高马属动物血浆中的Si4＋浓度，而且Si4＋可以通过母乳提高幼畜的生长性能［34］。

陈健等［8］在肉鸭日粮中
添加 3%、5%、7%的沸石，结果显示添加不同剂量的沸石能够不同程度的提高肝脏、胸肌、腿肌中 Cu、铁（Fe）、锌（Zn）的含量。

日粮中添加沸石可以提高物骨骼的矿物浓度和羟脯氨酸浓度，加快骨细胞的更新，从而调节骨代谢。

Yalcin等［35］的研究表明肉鸡日粮中添加沸石可增加胫骨灰分，其可能原因是沸石释放的Ca2＋使得日粮中Ca2＋含量增加、同时提高Ca2
＋在体内的利用率。

在低钙日粮中加入合成沸石能够减少佝偻病病变和胫骨软骨发育不良［36］。

在奶牛的日粮中添加沸石能够提高骨的代谢速率，同时提高骨骼
和软骨组织中铝的含量［37］。

这是由于沸石能够改善矿物质的吸附及其在组织
中的分布，从而增加胫骨灰分和密度、改进新鲜胫骨剪切力得分。

2．3 沸石对胃肠道的保护作用
天然沸石具有较大的比表面积及较强的吸附能力，能够保护胃肠道黏膜并吸收毒素、细菌及病毒，可以作为胃肠保护剂。

纯净的天然沸石在其通过胃时具有良好的稳定性，不会对机体产生任何生物损伤。

研究表明，在肉鸡饲料中添加5%的沸石，能够显著提高空肠绒毛高度（VH）与隐窝深度（CD）的比值、VH提高了10．8%，同时也会提高后期黏膜厚度，从而改善肉鸡空肠形态。

这可能是沸石提高动物养分利用率、促进动物生长的重要因素之一［38］。

沸石作为胃肠道保护剂的作用机
理如下：沸石能够缓冲多余的葡萄糖来降低血糖含量，同时吸附、缓冲能够引起酸味的质子从而维护肠道屏障的功能［39］；沸石能够通过离子交换参与某些生化
转换过程，包括运输、激活和延长酶、激素的作用时间，协调钙、钠离子平衡，稳定和调节钠、酸在胃肠道内的储存，确保动物机体的动态平衡，增加营养物质转换率［33］。

2．4 沸石改善动物环境
动物的生存环境可以显著影响动物健康及畜产品安全，动物环境的主要危害源有：动物个体呼吸、排泄及粪便腐败分解产生的有害气体如氨气（NH3）、硫化氢
（H2 S）、一氧化碳（CO）及二氧化碳（CO2），高湿条件下病原微生物及寄生虫的生长繁殖等。

这些应激原可导致动物代谢紊乱、生产性能下降、免疫力降低、诱发呼吸系统疾病等现象，严重时可造成死亡，同时也会引起饲料的发霉变质［40］。

而相对干燥的生存环境能够减少微生物的含量［41］。

畜舍构造、饲养设施和管理常常造成畜舍中氨气浓度过高。

动物环境中高浓度的氨含量会引发致命的呼吸道疾病，降低动物对呼吸道疾病的免疫力，引发腹水，降低生产性能［42］。

由于沸石具有巨大的比表面积，具有较高的吸附性能；同时应用静电空间电荷可以减少肉鸡舍内氨和颗粒物的含量来实现减少空气中有害物质的含量［43－44］。

对 NH3具有极强的吸附作用。

沸石吸收肠道内的NH3，能够维持动物肠道较低的pH值，使消化道中的NH3变成NH4＋而被动物用来合成蛋白质和氨基酸，提高氮的利用率；同时降低NH 3对消化道的刺激及毒性，减少其吸收，减轻肝脏的解毒负担，并可降低粪氨、粪水分的排出。

沸石也可以吸附动物生产环境中的NH3、H2 S等气体，增加舍内氧气浓度，改善动物生产环境，有利于动物的健康生长。

例如，饲料中添加2%的沸石可以减少畜禽舍内的水分、减少有机物的含量、提高空气质量［2］。

添加沸石能够减少血清和肉鸡舍中氨含量［45］，同时减少蛋鸡产品中的氨含量［46］。

同样，将天然沸石添加到猪饲料中可有效降低猪舍内氨气浓度［12］。

沸石在渔业生产中应用也较为广泛。

氨态氮是鱼塘中危害最大的新陈代谢物，其含量一旦超标则会导致水体缺氧，从而引发鱼的死亡，故不同形式的沸石已经用于去除从水溶液中的氨［47］。

3 应用前景
综上所述，沸石具有吸附性、离子变换性、离子选择性、催化性、多成分性以及很高的活性和抗毒性，能够促进营养物质消化吸收、提高饲料利用率、提高动物生产性能；有效吸附饲料和饮水中的有害物质、动物消化道和畜舍中的氨或胺、病原菌
产生的内毒素等；减少动物发病率、改善动物健康状况；能够缓解或消除有毒有害物质对动物健康的影响、提高畜产品的安全性。

由此可见，沸石可以作为饲料添加剂来改善动物的健康状况，其未来的研究方向有：
3．1 沸石作用机制的深入研究
目前国内外对沸石作为饲料添加剂的研究主要集中在动物生产性能、微量元素的利用率、抗氧化性能及对饲料中霉菌毒素的吸附等方面，但是对于沸石作用效果的机制研究较少，所以在分子生物学水平、蛋白质功能学角度的研究还有待于进一步深入，为其更好的应用提供理论基础。

3．2 改性沸石
由于天然沸石孔径和通道易堵塞、相互连通程度较差、吸附有机物性能差、难吸附阴离子污染物，孔径小、吸附能力达不到要求，各种改性方法应运而生。

研究最早、最为广泛的是沸石及其改性产品水合硅铝酸钠钙（hydrated sodium cal－cium aluminosilicate，HSCAS）对黄曲霉菌毒素的吸附，HSCAS能有效防止黄曲霉菌毒素对肉鸡、猪等动物产生毒副作用，并减少其在动物产品中的残留［48］。

天
然沸石经适当改性后，主要晶体结构未被破坏，杂质明显减少，对沙门氏菌的吸附效果优于天然沸石［49］。

随着沸石改性技术的不断发展，有望开发出更为有效
的饲料添加剂。

3．3 与其他物质协同作用
我国沸石资源丰富、价格便宜，可以充分考虑和常规应用的生物活性物质的协同作用，以期进一步改善动物健康状况和动物产品安全，降低应用成本。

4 注意事项
沸石的作用效果与其类型、纯度、添加量、理化性质密切相关。

在应用时应特别注意以下两点。

4．1 类型
目前天然沸石和合成沸石种类繁多，在动物生产中应注意沸石种类的选择。

天然斜发沸石和丝光沸石很早就被用作饲料添加剂，且研究结果表明对胴体重、血清参数、生理激素含量等无不良影响。

而一些沸石（如毛沸石）经形态学特征分析证明是致癌的。

同一类型沸石的地质来源、纯度及含杂质不同，导致其作用效果不同。

因此在使用之前应进行品位鉴定，高品位沸石的应用效果优于低品位沸石［50－51］，同时也要根据家畜的种类品种、年龄、饲料组成及营养水平等进行选择。

如在60
头长白×约克夏猪饲料中添加5 g／kg天然斜发沸石，结果表明：45、90 d时试
验组体重比对照组体重明显增高（＋2．5%，＋7．0%）但 135 d增重降低（－4．8%），表明斜发沸石在生长猪中应用效果较好而育肥效果较差［52］。

4．2 添加量
沸石是一种非营养性饲料添加剂，其添加量过低不能充分发挥作用，添加量过高会降低日粮营养水平从而影响动物生产性能。

因此在应用时，要检测沸石的矿物质含量以确定适宜添加量。

如Oguz等［27］研究结果表明，日粮中添加 1．5%比添加2．5%的沸石更能有效缓解AF带来的负面作用。

所以在实际生产中要根据动
物种类、生理阶段、日粮营养水平以及健康状况等确定沸石添加量。

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