改性蒙脱石在动物生产中的应用研究

李林儒 王金荣 高温婷 乔汉桢 段二珍 黄 进

（河南工业大学生物工程学院，河南郑州450001）

蒙脱石又称胶岭石、微晶高岭石，膨润土的主要成分，为细颗粒状含水铝硅酸盐构成的层状矿物。由于蒙脱石有强的吸附性、阳离子交换特性和大的比表面积，并且对动物无腐蚀性、毒性和刺激性，近年来在畜牧业生产中得到广泛应用。改性蒙脱石由天然蒙脱石运用物理或化学合成方法制得，改性过的产品分子层间距和比表面积增大，吸附作用更强大，故具有更高的生物学功能。可大大降低动物对饲料中霉菌毒素及有害重金属的吸收，促进动物消化道健康，防治腹泻，提高动物的生产性能。本文对改性蒙脱石在动物生产中的应用进行综述，以期为改性蒙脱石在饲料中的进一步应用提供参考。

1 蒙脱石的结构及理化性质

蒙脱石由两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片的“三明治”结构构成，显微镜下为不规则的片状，主要成分为SiO2、Al2O3和H2O，有时也含有较高的MgO、Fe2O3、FeO，还存在不同含量的Ca、Na、K等元素离子。蒙脱石分子中存在着大量同晶置换，分子结构中间层晶格中的高价阳离子如Si4+、Al3+等易被更低价阳离子如Mg2+、Ca2+、Fe2+等置换出来，骨架中有剩余负电荷，所以蒙脱石的表面呈现稳定的电负性，可吸附结合阳离子和其他极性分子。由于有层间域的存在，表面积大，并且表面有众多的微孔，表面能也较大，故蒙脱石具有很强的表面吸附作用。蒙脱石具有胶体分散特性，可吸附8～15倍于自己体积的水量，吸水后可膨胀到自身原体积的30余倍[1]。

2 蒙脱石改性

由于蒙脱石分子结构以及荷电特性，使其容易使其他物质吸附于分子表面或插入分子层间区域，达到改善其生物学性能的目的。大量研究表明经过人工改性后的蒙脱石具有更高的生物学价值。常见的改性方法有无机改性、有机改性和有机/无机复合改性。

2.1 无机改性

蒙脱石的无机改性主要利用蒙脱石的离子交换性，通过凝胶-溶胶插层反应来实现的。无机离子进入层间的晶格中，经过进一步的脱氢、脱羟基等反应，形成稳定物质[2]。无机改性蒙脱石的制备，一般是样品先经过酸活化，蒸馏水洗涤，将蒙脱石粉体以一定浓度稀释溶液中，制成悬浊液，加入无机改性剂连续搅拌，使其充分反应，过滤得到的固体物进行烘干，得到无机改性的蒙脱石。常用于改性的阳离子有Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Al3+等，金属离子进入蒙脱石层间，起到柱撑作用，增大了层间距，使其晶格吸附能力增强。经过金属离子改性后，表面正电荷数量增多，阳离子交换性能增强。如NaCl、CaCl2改性制得的钠基、钙基蒙脱石，增加了Al/Mg 和表面零点电荷（pHpzc）值，使得对于Pb2+、Cu2+、Cd2+等重金属的吸附性能显著提高[3]。经过铜、锌、铝等金属盐改性的蒙脱石也可显著地提高天然蒙脱石对于黄曲霉毒素B1(AFB1)、玉米赤霉烯酮(ZEN)的吸附率[4-6]。

2.2 有机改性

有机物质进入蒙脱石层间域，进一步增大蒙脱石分子的层间距，并增强其疏水作用，从而实现蒙脱石的有机化，加强与聚合物的结合能力。常见的有机改性剂有长链季铵盐、胺类化合物、部分糖类等。蒙脱石样品经过纯化，制成一定浓度的悬浊液，将一定浓度的改性剂溶液加入其中，在70～90 ℃下保温搅拌1～3 h，过滤烘干研磨得到有机改性蒙脱石[7]。蒙脱石有机改性后可大大提高对霉菌毒素等有机物质的吸附能力，增强天然蒙脱石的生物相容性。经季铵盐改性蒙脱石可大大增强对于伏马菌素的吸附作用，显著地减轻毒素对实验大鼠肝、肾的毒害作用，提高血液中抗氧化酶的含量，降低患癌的风险，并且对降低细胞毒性，促进细胞生长与增殖也有显著作用[8-9]。

2.3 复合改性

复合改性是结合无机改性与有机改性的方法，制得复合型蒙脱石。通常先用金属阳离子进行无机改性，然后在一定温度下锻烧，再加入一端具有亲水性基团、另一端具有亲油性基团的有机表面活性剂，使其进入层间。复合改性目前主要应用于吸附处理废水中的有机污染物和重金属元素。周跃花等[10]以钠基蒙脱石为原料，采用十六烷基三甲基溴化铵和羟基铝先后改性，对水中污染物苯酚和Cr6+的吸附去除率提高到了85.0%和94.7%。谭伟[11]利用壳聚糖和羟基铝制得复合改性蒙脱石，发现其对污水中的着色剂酸性蓝25和酸性绿25 以及Cr6+的吸附率明显高于无机羟基铝改性的处理。复合改性既提高了蒙脱石的离子交换性又增大了层间距，加之蒙脱石遇水膨胀，表面积进一步增加，故十分利于对废水污染物的吸附脱除。

3 改性蒙脱石在动物生产中的应用

蒙脱石和改性蒙脱石及其制品在美国饲料中的添加量占到了2.14%，近年来在我国也逐渐开始应用。在动物生产中改性蒙脱石主要用于饲料中的霉菌毒素脱毒、吸附重金属、防治动物腹泻等，对提高动物生产性能与动物产品质量有显著作用。

3.1 对霉菌毒素的脱毒作用

由于蒙脱石的电负性以及分子比表面积大、层间距离大的特点，具有良好的吸附作用，常用作饲料脱霉剂来吸附真菌毒素，尤其是有机改性后的产品吸附效果更好。体外研究表明，蒙脱石对AFB1较其他霉菌毒素的吸附效果更为显著。在pH=3.0条件下，蒙脱石对AFB1 的吸附率达到88.00%,对ZEN 的吸附率为7.50%，经过Na离子改性后的蒙脱石对AFB1的吸附率可达到100%[12-13]。姚志成等[14]通过纳米改性和层间修饰改性蒙脱石，将浓度为1～2 mg/kg 的ZEN 体外吸附率提高到92.44%。在动物生产中，对于饲料中早熟禾镰刀菌产生的T-2毒素以及其代谢产生的HT-2毒素，能够显著地降低其在肉鸡器官和肌肉组织中的积累，可作为肉鸡饲粮良好的解毒剂[15]。此外，添加改性蒙脱石可显著地提高鸡蛋的蛋黄指数和蛋壳厚度，提高母鸡的抗氧化能力和免疫功能,显著地提高肉鸡的生长性能，降低其料肉比，达到利于机体健康，预防代谢紊乱的作用[16-18]。齐国友[19]研究发现，在呕吐毒素(DON)含量较高的饲料原料喷浆玉米皮中，添加7‰有机多糖蒙脱石对DON的吸附率超过43%。

3.2 对重金属的吸附作用

由于蒙脱石的电负性和层间离子交换特性，其能够吸附多种重金属元素，被广泛地应用于污水的处理。对于畜牧业生产，也可显著地减少重金属在畜禽体内的积累，从而达到利于机体健康的目的。姜腾达[20]研究了在体外条件下，蒙脱石对于溶液中的Pb2+、Cu2+、Cd2+都有不同的吸附作用。十二烷基磺酸钠(SDS)改性后的蒙脱石,其对Cu2+和Cd2+的吸附能力有明显的提高，最大吸附量分别增加15.7%和15.5%[21]。同时改性蒙脱石可大大降低Cd2+对大鼠机体引发的毒副作用[22]。蒋广震等[23]通过对福瑞鲤饲喂实验，证明蒙脱石对于Pb2+在福瑞鲤的体内蓄积有显著地抑制作用，且效果强于沸石及凹凸棒石。在绵羊饲粮中添加2%的以蒙脱石为主要成分的膨润土可显著地降低棕榈仁粕对绵羊肝脏中铜的积累，降低铜中毒反应[24]。

3.3 防治动物腹泻

蒙脱石最早应用于防治人腹泻方面，尤其是针对婴幼儿的腹泻问题，蒙脱石散联合药物，对婴幼儿腹泻问题有着极好的治疗效果。在防治动物腹泻中，主要通过减轻应激反应、吸附胃肠道内有害气体、黏附有害病原菌、促进肠道健康方面，达到防治腹泻的效果。

3.3.1 减轻应激反应

畜禽在饲养环境剧烈变化时，免疫系统会激发应激反应，造成腹泻。尤其是幼龄动物，往往胃酸分泌不足，消化道发育不完善，免疫功能较低，应激性腹泻十分普遍。徐军等[25]以SD大鼠为实验对象，发现蒙脱石具有防治和治疗应激性腹泻的作用，可加快修复应激性胃肠道黏膜损伤,恢复肠道正常蠕动,控制胃内pH值而发挥作用。对于家畜生产也具有相同作用，蒙脱石作为一种饲料添加剂，可显著地降低了断奶仔猪的应激腹泻。崔兴龙[26]表明，高剂量蒙脱石对于仔猪腹泻有着良好的治疗作用，且治疗效果优于单独使用10 mg/kg剂量的烟酸诺氟沙星肌肉注射治疗的方法。林慧娟[27]用纳米改性蒙脱石治疗腹泻的仔猪，总有效率可达到95%。

3.3.2 吸收消化道内的有害物质

蒙脱石可以降低引起腹泻的多种毒素对机体的毒害作用，还可吸收消化道内的有害气体。由于胃肠道的消化能力有限，当摄入的营养物质的量超过胃肠道的消化能力，饲料中含有的如尿素等成分，被胰蛋白酶分解，释放出大量氨气和二氧化碳等，损伤肠黏膜，造成腹泻[28]。Opalinski S等[29]的研究表明以蒙脱石为主要物质的膨润土可以显著地在家畜体内吸收氨，减少消化道内氨的含量，减轻代谢氨对肠黏膜的损伤。对于反刍动物，给予泌乳的荷斯坦奶牛饲喂含有2.5%蒙脱石的饲粮，通过增加瘤胃蛋白质分解菌和可降解臭气味物质的菌属，减少了瘤胃纤维分解菌——弗式志贺菌属的数量，减轻有害气体对瘤胃的刺激，降低腹泻作用[30]。王黎文等[31]在奶牛中添加0.5%的蒙脱石，表明其可显著地增加乳脂率，乳蛋白率也略有提高，并且降低了奶牛血清中氨的含量，提高了奶品的质量。

3.3.3 对肠道病原菌的作用

病原微生物引发的腹泻是最常见也是最严重的，常见的引起动物腹泻的病原菌有：大肠杆菌、沙门氏菌及梭菌等，病原微生物在肠道中大量定殖，代谢产生大量的毒素和有害气体，损伤机体与肠黏膜，造成肠道形态改变，水分吸收障碍，引发腹泻。改性蒙脱石通过提高表面正电荷的数量，从而对表面存在阴离子的细菌静电吸附能力大大提高，结合黏附病原菌，降低有害微生物在肠道内的定殖，提高肠道形态的健康水平来治疗腹泻。并且，作为一种饲料添加剂，还可有效的提高胃肠道黏液对各种病原菌的抵抗能力[32]。添加ZnO改性蒙脱石可治疗断奶仔猪的腹泻，降低猪肠梭菌和大肠杆菌的数量，提高空肠黏膜的绒毛高度，还可减轻仔猪教槽料中高剂量锌对环境的污染[33-34]。改性蒙脱石不仅促进家畜肠道健康，对家禽也具有相同作用。李静等在肉鸡日粮中添加0.2%载铜蒙脱石能显著改善0～21日龄肉鸡十二指肠黏膜形态[35]；陈继发等[36]研究证明，在饲粮中添加0.9 g/kg钙基蒙脱石不仅显著提高了产蛋末期蛋鸡日产蛋量和产蛋周期，并且提高蛋鸡盲肠菌群的丰度。此外，对于水产动物也具有相同的有益效果，载铜蒙脱石可显著提高罗非鱼肠绒毛的高度和体内酶的活性，提高其肠道的健康水平[37]。由于改性蒙脱石可抑制有害菌属在肠道内的定殖，促进肠道健康，增强动物的抗腹泻和抗炎症的能力，故可作为替代抗生素的新产品。

4 小结

蒙脱石由于其具有良好的层间架构，可以用作饲料添加剂来防治动物腹泻，降低饲料中的霉菌毒素、重金属等有害物质对动物的危害，从而提高动物生产性能与畜牧产品质量。但是，目前还需要在改进蒙脱石的改性方法、抗吸附营养作用、不同动物种类或生长阶段饲喂量的确定、与其他添加剂配合联用等方面需要更加深入的进行研究。蒙脱石作为防治腹泻、促进畜禽健康的饲料添加剂，在未来有广阔的发展前景。