包被氧化锌在断奶仔猪生产中的生物学功能及应用

郗蒙雪， 吴 胜， 彭 艳

（上海美农生物科技股份有限公司，上海 201800）

仔猪早期断奶会引起采食量下降（李强，2015）、生 长 缓 慢 （Campbell等，2013）、腹 泻（Owusuasiedu等，2003）等一系列问题，统称为“仔猪断奶应激综合征”。仔猪断奶应激给养猪产业带来严重的经济损失，是饲料企业和养殖端一直以来关注的焦点（Wijtten等，2011）。研究表明，仔猪饲粮中添加2500～4000 mg/kg氧化锌抗腹泻、促生长（Wang等，2018）的效果最为明显（Sargeant等，2010；计峰等，2003；Hahn等，1993）。但长时间使用高剂量氧化锌不仅会造成仔猪中毒，增加致病菌耐药性（Lisa等，2018），而且还存在环境污染的风险（Bonetti，2021）。2018年7月，我国农业农村部颁布第2625号公告，规定仔猪（≤25 kg）饲粮中锌元素总量控制在110 mg/kg以内，仔猪断奶两周内饲料中锌元素总量在此基础上添加至1600 mg/kg（王磊等，2020）。氧化锌规定添加量远低于有效添加量。因此，寻找一种低添加量、高利用率、使用效果佳的高剂量氧化锌替代品成为推动养猪产业发展的必然趋势。包被氧化锌是近些年来研究热点，其能克服其他类型氧化锌的缺点，达到高效、稳定、低污染的效果（胡真真等，2018）。

1 包被氧化锌的特点

1.1 过胃率高 氧化锌是高系酸力物质，在断奶仔猪胃内pH 3.5～4.5的酸性条件下（龙丽娜，2018），易和胃酸发生酸碱中和反应，降低肠道内氧化锌的含量（Starke，2014），并产生大量锌离子（Zn2+）。除此之外，氧化锌还会和仔猪饲粮中的酸化剂发生反应，导致氧化锌被消耗。因此，提高氧化锌的过胃率是高效利用氧化锌的主要途径之一（Hu等，2013）。包被氧化锌采用包衣工艺，在氧化锌表面形成一层保护膜，避免氧化锌和胃酸反应（苏欣等，2015）。王超（2013）研究发现，在日粮中添加3000 mg/kg氧化锌，仔猪胃内Zn2+含量随时间延长而增加，4 h后Zn2+含量可达51.73%，而在日粮中添加3000 mg/kg包膜氧化锌，4 h后仔猪胃内Zn2+含量仅为5.45%。陈杰等（2018）采用熔融-分散冷却法制备包被纳米氧化锌，芯材为纳米氧化锌和二氧化硅，包衣材料为硬脂酸。当纳米氧化锌、二氧化硅、硬脂酸的配比为50：3：3时，包被纳米氧化锌在模拟胃液中3 h后的溶出度为1.87%。刘连龙等（2011）将0.5 g的普通氧化锌放入不同体积的模拟胃液（200、300、400、500、600 mL）当中，3 h后溶出度分别为38.9%、56.1%、74.4%、84.0%、91.6%；而包膜氧化锌在模拟胃酸环境下的溶出度只有1%左右，说明氧化锌经包被处理后，能有效减少胃内损失率。

1.2 精准释放 小肠是动物机体营养物质消化吸收的主要场所，具有多种消化酶，也是氧化锌的主要作用部位（Upadhaya，2018）。包被氧化锌中一些肠溶材料如硬脂酸、羟甲基纤维素钠、长链米糠油等（袁超等，2015）能够在肠道中脂肪酶、蛋白酶等酶类的作用下分解，释放出氧化锌，在肠道中发挥作用，达到精准释放的效果。研究表明在日粮中添加3000 mg/kg包膜氧化锌，4 h后，仔猪空肠和回肠中的氧化锌含量分别为89.34%、86.33%，提示包膜氧化锌中大部分的氧化锌能够到达肠道（王超，2013）。也有研究表明，在模拟肠液中，包被氧化锌2 h后的溶解度为40%以上，4 h后的溶解度达92%以上（刘连龙等，2011）。陈杰等（2018）研究表明，包被纳米氧化锌在人工肠液中2、4、6、8 h后的释放度分别为44.68%、84.79%、92.35%、92.69%。这些结果说明包被氧化锌在肠道内能够达到精准释放的效果。

1.3 稳定性好 首先，包被氧化锌表面的涂层材料可有效防止氧化锌和胃酸、酸化剂、维生素等物质发生反应（陈于林，2014），有效保护氧化锌到达作用位点（Song等，2018）。其次，饲料中加入普通氧化锌后，普通氧化锌和酸化剂发生酸碱中和反应，产生热量和水分，造成饲料胀包、结块等现象发生，而包被氧化锌可有效避免此类问题。最后，经包被处理后的氧化锌其物料形态发生改变，具有较好的容重和流散性，在饲料制粒过程中不易团聚、挂壁、沉底等，便于饲料企业运输、使用及保存。

2 包被氧化锌的生物学功能

包被氧化锌中发挥生物学功能的主要物质是芯材氧化锌。氧化锌经过包被处理后，在肠道中定点释放，充分与肠黏膜接触，更有利于其发挥作用。

2.1 促进紧密连接蛋白表达 仔猪早期断奶后，由于肠道发育不全，肠道屏障易受外界刺激发生损伤（Milani等，2017）。紧密连接是肠黏膜阻挡大分子物质传递的主要组成部分之一（Ballard等，2021；Chang等，2017），具有调节肠上皮屏障功能的作用（Kucharzik等，2001；Gumbiner，1993）。Occludin和胞质紧密黏连蛋白1（ZO-1）是维持紧密连接正常结构和功能的关键部分（Fanning等，1998）。研究表明，氧化锌能够促进肠道紧密连接蛋白的表达，减少肠道通透性（Zhang等，2009）。大多数促炎细胞因子，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、干扰素-γ（IFN-γ）等，可诱导肠道紧密连接屏障病理性开放，增加肠上皮细胞的通透（Al-sadi等，2009）。TNF-α可与INF-γ协同作用，诱导紧密连接结构改变（Roseli等，2003），微囊包被氧化锌可使断奶仔猪回肠中的TNF-α、INF-γ蛋白表达下降，Occludin、ZO-1蛋白表达上升，说明微囊包被氧化锌可通过调控炎性介质TNF-α和INF-γ，促进紧密连接蛋白的表达，起到保护仔猪肠道屏障的作用（Grilli等，2015）。也有报道称，包被氧化锌可通过上调胰岛素样生长因子（IGF-1），增加Occludin和ZO-1表达，修复肠道上皮紧密连接结构，降低细胞通透性，改善肠道屏障功能（Shen等，2014）。

2.2 抑制细菌生长 在断奶应激的影响下，仔猪极易遭受致病菌的感染，诱发腹泻等多种疾病（Smith等，2010）。氧化锌具有一定的抑菌作用，但其抑菌机理尚未完全明确 （SO..derberg等，1990）。目前有研究表明，氧化锌可激发并产生一些具有强氧化性的活性氧基团。其中，过氧化氢自由基是氧化锌抑菌性能的主要活性物质，其可穿过细胞膜，产生氧化压力，造成细胞膜、蛋白质、DNA损伤，抑制或杀死细菌，从而达到抗菌效果（项荣等，2014；Sawai等，1996）。因此，包被氧化锌可减少氧化锌在胃内消耗，保证更多的氧化锌到达肠道，充分发挥氧化锌的抑菌作用。在研究包被氧化锌对断奶仔猪肠道微生物组成的影响时发现，低剂量的包被氧化锌降低了仔猪空肠食糜和粪便中的微生物群落丰富度，说明低剂量的包被氧化锌能够抑制细菌生长和繁殖，可达到抗生素的效果（Shen等，2014）。

2.3 提高机体免疫力 环境和饲料中的抗原使免疫系统尚未发育完全的断奶仔猪受到外来刺激，机体炎症反应增加，免疫力下降（Satessa等，2020；Hu等，2018）。研究表明，氧化锌可抑制小肠干细胞因子（SCF）的表达，减少肥大细胞增殖和活化（Marshall，2004），降低促炎性组胺释放，调节免疫系统（Ou等，2007；Li等，2006）。辅助型T细胞2（Th2）在体液免疫中发挥着重要作用。氧化锌能够通过激活Th2，促使其分泌炎症因子或生长转化因子等，从而激活B淋巴细胞，释放分泌型免疫球蛋白（sIgA）。sIgA在肠道黏膜免疫系统中可中和致病菌产生的毒素，防止致病菌黏附和入侵（Rodrigues等，2010）。研究表明，570 mg/kg（以锌计）的包被氧化锌可提高仔猪肠道sIgA水平，且和高剂量的氧化锌（2250 mg/kg，以锌计）对仔猪sIgA水平的上调作用基本相同 （Shen等，2014）。除此之外，包被氧化锌还可通过提高抗氧化酶活性，增强机体清除自由基和抗应激能力，调节机体免疫系统（Zhu等，2017；张彩英等，2013；方洛云等，2005）。

3 包被氧化锌在断奶仔猪生产中的应用

如表1所示，低剂量包被氧化锌在降低仔猪腹泻率、提高仔猪生长性能方面的应用效果和高剂量普通氧化锌相当，并且在仔猪皮毛问题上具有正向改善作用。

表1 不同包被氧化锌在断奶仔猪上的使用效果

3.1 降低断奶仔猪腹泻率 引起断奶仔猪腹泻的原因多种多样，主要包括仔猪消化系统发育不完善、肠道结构的改变以及植物性饲料中抗原物质的刺激等（Pei等，2019）。研究表明，氧化锌的抗腹泻效果显著，但真正起到抗腹泻作用的是氧化锌分子（Liu等，2020）。包被氧化锌通过包被技术能有效保护氧化锌分子到达肠道，提高生物利用率，发挥抗腹泻作用。梁恒之等（2017）发现，1000 mg/kg包被氧化锌组比高剂量普通氧化锌组仔猪腹泻率降低35.85%。王铕等（2020）研究表明，500 mg/kg包被纳米氧化锌组和对照组相比，腹泻率下降43.64%，效果和高剂量普通氧化锌相当。Shen等（2014）认为，和对照组相比，473 mg/kg和709 mg/kg包被氧化锌的抗腹泻效果与高剂量普通氧化锌相似。刘连龙等（2011）研究发现，300 mg/kg和450 mg/kg包膜氧化锌足以达到高剂量普通氧化锌的抗腹泻效果。李芳等（2021）研究表明，1000 mg/kg包被氧化锌使腹泻率显著下降49.60%左右，可达到高剂量普通氧化锌的效果。Lei等（2018）在饲喂仔猪时发现，包被氧化锌组（300、500、1000、2000 mg/kg）前三周仔猪粪便评分均明显低于对照组（P＜0.01），并且和高剂量普通氧化锌组无明显差异。陈炳钿等（2020）研究发现，肠溶氧化锌可显著降低仔猪腹泻发生（P＜0.01），其中，1500 mg/kg肠溶氧化锌组和对照组、高剂量普通氧化锌组相比，分别降低57.90%和17.17%，抗腹泻效果最好。然而，Bai等（2019）在研究包被氧化锌时发现，和对照组相比，腹泻率显著降低21.27%（P＜0.01），但显著高于高剂量普通氧化锌组，这可能是由于包被氧化锌中氧化锌含量较低。由此可见，包被氧化锌能够达到高剂量普通氧化锌的抗腹泻效果，并且添加量更低，利用效率更高。

3.2 提高断奶仔猪生长性能 平均日采食量、平均日增重、料重比是评估断奶仔猪生长性能的重要指标。包被氧化锌表面的涂层材料可减少氧化锌的苦涩味，改善饲料适口性，提高仔猪采食量。同时，包被氧化锌还可通过减少胃内H+的消耗，不影响蛋白酶原的激活和饲料蛋白质利用率，进而提高断奶仔猪生长性能。Wang等（2013）在研究饲粮中添加微囊包被氧化锌对断奶仔猪生长性能、血液代谢和矿物质浓度的影响时发现，和基础日粮相比，日粮中添加526.5、1125、2250 mg/kg（以锌计）的微囊包被氧化锌显著提高断奶仔猪平均日增重（P＜0.05），显著降低料重比（P＜0.05）。Upadhaya等（2018）在研究低剂量保护型氧化锌替代高剂量常规氧化锌时发现，饲喂仔猪42 d保护型氧化锌在促进仔猪生长性能方面和高剂量普通氧化锌效果差异不大；22～42 d，和基础日粮组相比，日粮中添加保护型氧化锌显著提高仔猪的平均日增重和平均日采食量（P＜0.05）。Grilli等（2015）研究表明，饲喂断奶仔猪0～14 d，400 mg/kg脂质包被氧化锌组仔猪平均日增重显著高于基础日粮组；且42 d后，150 mg/kg和400 mg/kg脂质包被氧化锌组的仔猪体重均比基础日粮组高1.7 kg以上（P＜0.05），而和普通氧化锌组比无明显差异。

3.3 改善断奶仔猪皮毛问题 研究表明，和高剂量普通氧化锌相比，包被氧化锌能减少仔猪血液中Zn2+含量，维持血铜和血铁的水平，降低对仔猪皮毛的影响（Lei等，2018）。血红蛋白水平是判断仔猪皮毛红亮程度的重要指标，当血红蛋白浓度在100 g/L以上时，满足仔猪对铁元素的正常需求。由表1可见，梁恒之等（2017）在35日龄仔猪日粮中添加普通氧化锌（2500 mg/kg）或包被氧化锌（1000 mg/kg），饲喂两周后发现，包被氧化锌组仔猪的血红蛋白浓度高于氧化锌组，但两组之间无显著差异；另外，包被氧化锌组的皮毛指数也优于氧化锌组，但差异不明显，这可能是由于仔猪的饮水中混入了含有铜、铁离子的保健品，铜铁元素得到了充分补充。李芳等（2021）将60头28日龄的仔猪分为3组，分别为基础日粮组、普通氧化锌组（基础日粮+1966 mg/kg普通氧化锌）、高效包被氧化锌组（基础日粮+1000 mg/kg高效包被氧化锌）。饲喂35 d后，高效包被氧化锌组的仔猪皮毛指数、全血中血红蛋白浓度、血铜含量均优于普通氧化锌组，但差异不显著；而高效包被氧化锌组仔猪血液中的Zn2+含量显著低于普通氧化锌组，说明高效包被氧化锌能够在一定程度上改善仔猪皮毛指数。

4 小结与展望

包被氧化锌利用包被技术避免和胃酸反应，减少氧化锌消耗，提高利用率，具有过胃率高、精准释放、稳定性好等特点，在实际生产中能够降低断奶仔猪腹泻率、提高生长性能、改善皮毛问题，可替代仔猪日粮中高剂量氧化锌的应用。然而，目前市面上包被氧化锌的种类繁多，氧化锌质量良莠不齐，可能存在“包不住”“放不出”现象以及容重过大、易沉底等问题。因此，在选择氧化锌时，需要保证足够数量的氧化锌分子到达有效作用部位小肠、分散均匀能与肠黏膜充分接触、适中的比重等便于饲料加工使用。相信随着科学技术的发展与推动，包被氧化锌在未来将具有广阔的市场应用前景。