氧化锌替代产品的研究进展

氧化锌替代产品的研究进展

成廷水1Stephane2

1北京九州互联农牧科技有限公司；2.法国Aminine公司

1.仔猪PWD问题

现代养猪业实施早期断奶越来越多，以最大限度地提高生产效率。然而由于免疫缺陷以及断奶造成的各种应激，使这种断奶仔猪非常容易腹泻（Pluske等，1997）。断奶后腹泻（Post –weaning diarrhoeas,PWD）导致仔猪发病率和死亡率增加，治疗成本上升，大幅降低断奶期的生长速度（Hampson等，2001），而且严重的是断奶后腹泻导致的生长抑制会降低整个生长期的成绩（Pluske等，1997）。因此断奶后腹泻成为养猪业叩待解决的最重要的问题之一。

2.药理剂量氧化锌的应用

1989年，Poulsen等首次在科学论坛上发表通过添加药理剂量（2500-4000ppm）的氧化锌控制仔猪腹泻的方法，Baker和Hahn随后在1993年的进一步研究表明，3000ppm的氧化锌可以促进健康仔猪的生长。从此，饲料添加药理剂量的ZnO已经逐渐成为业内控制断奶后腹泻，促进仔猪生长的普遍措施。关于药理剂量氧化锌的作用机制的研究已经很多，报道的效果包括增加小肠抗菌肽的基因表达；调节肠道菌群的稳定性和多样性；降低组胺的释放；增加肠道IGF-1及其受体的表达，促进肠道损伤的修复；介导脑肠肽的释放从而刺激采食；减少肠细胞电解质的分泌等等。日本学者Jun Sawai等（1998）研究，表明ZnO在肠道里产生过氧化氢自由基，是氧化锌展示抗菌活性的重要因素；最近Zhang和Guo（2009）的研究表明，高剂量氧化锌可以增加紧连接蛋白（Tight Junction protein）的表达，从而减低肠道的渗透性，阻止病原菌通过肠道屏障。尽管ZnO确切的作用机制还不是很清楚，而且也有不少人持怀疑的看法，但30年的应用实践证明，此方法是非常经济，而且是有效的。高剂量药理浓度ZnO的应用曾被Cromwell称为二十世纪猪营养研究的里程碑式的发现之一。当然，在人医领域，氧化锌膏剂很早就用于外伤感染及其他皮肤病的治疗。

3．药理剂量氧化锌的问题

尽管日粮添加高剂量氧化锌在控制腹泻，促进仔猪生长方面效果毋庸置疑，然而不幸的是，就在这一“伟大”发现不久，人们在生产实践逐渐发现并认识到氧化锌使用代来的诸多副作用。氧化锌的副作用包括以下几个方面：1.高剂量氧化锌的添加，导致粪便锌大量排放，

造成环境污染，对人类健康产生潜在危害；2.高剂量氧化锌对其他营养素的功能具有拮抗作用，如抑制其他微量元素的吸收，降低植酸酶的活性（Martinez等，2004）等；3.长期（4周）使用药理剂量的氧化锌，可以显著降低猪的采食量，并抑制猪的生长（NRC，1998）；

4.尽管使用高剂量氧化锌对控制腹泻有益，但长期使用，会引起消化道紊乱，甚至出现便秘等；

5.最近有研究报道（Mavromichalis，2011），长期暴露在高剂量氧化锌环境下，细菌会产生某种形式的耐药性，如Staphylococcus aureus对甲氧苯青霉素的耐药性（MRSA）。不远的将来，人们必定更多地关注革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）中是否存在金属耐药基因（Metallo-Resistant）的问题。

因此，许多国家开始立法限制甚至禁止高剂量氧化锌的使用。如欧盟许多国家自2005起，就已经禁止氧化锌在饲料中添加，而只能作为兽药处方使用；我国也于2009年底出台法规，规定只能在断奶后两周的仔猪日粮中使用3000ppm的氧化锌，禁止在其他阶段使用高剂量氧化锌。人们迫切需要寻找一种能有效替代药理剂量氧化锌的产品，用于控制仔猪腹泻，减少其负面作用。

4.氧化锌替代产品的应用研究

氧化锌替代品的研究方向，总结起来包括三个方面：1.提高锌的生物利用度；2是对氧化锌进行包被处理，以避免氧化锌被胃酸中和；3是增加氧化锌颗粒的表面，以提高氧化锌本身作用效果。其中主要集中在五类产品的应用研究方面。

4.1有机锌

有机锌与无机锌相比具有较高的生物利用度（Wedekind等1992），然而很少的研究发现（Hahn和Baker，1993），低剂量有机形式（螯合或络合）的锌可以起到氧化锌相同的效果（图1）；而且人们还发现低生物利用度和高生物利用度来源的氧化锌在幼龄仔猪中具有相同生产成绩（表1）。因此可以得出结论，氧化锌的作用并非依赖于锌离子，而是氧化锌本身；且氧化锌的作用是发生在肠道水平，而非吸收后。因此，使用有机形式的锌，或通过提高氧化锌的生物利用度，以低剂量添加达到药理剂量氧化锌的效果是很难实现的表1. 氧化锌的生物利用度并不能影响氧化锌促生长作用

图1.氧化锌是改善仔猪性能唯一的锌源

4.2碱式氯化锌（Tetrabasic zinc chloride）

有人在仔猪上测试过这种新形式的锌源，其结果表现出非常好的前景（见表3），但是根据研究结果，至少需要1500ppm的碱式氯化锌才可以达到普通氧化锌的效果。然而锌的毒性以及在土壤中积累对环境污染的问题仍然存在。

表2. 碱式氯化锌作为潜在锌源替代氧化锌的效果

4.3包膜氧化锌（Encapsulated Zinc Oxide）

市场上存在不少脂肪包被氧化锌（Fat-covered ZnO）产品，宣称可以低剂量添加达到药理剂量普通氧化锌相当的效果。其主要理论依据是，通过脂肪包被，使氧化锌避免被胃酸中和成锌离子，并在肠道以氧化锌形式释放并发挥作用。然而由于断奶仔猪本身胃酸分泌是不足的，进食时胃内pH值达到4以上，胃酸中和对氧化锌作用的影响程度可能并非想象的那么大；而且由于断奶仔猪脂肪酶的活性极低，可能会影响脂肪包膜内氧化锌的释放。另外氧化锌的作用，可能不仅仅发生在肠道，而且可能在消化道前段（包括胃）发挥不可忽视的抑菌作用，而来自外援病原菌的感染（从口入），可能是影响猪（特别是幼龄仔猪）健康的重要原因。包膜氧化锌的实际应用结果也并不完全一致（见图2），kim等（2010）研究了日粮添加100ppm脂肪包被的氧化锌，并未发现其对大肠杆菌攻毒的21日龄断奶仔猪腹泻控制和生长成绩有益。