红色演员小翠扮演者:纳米技术在动物营养中的应用前景

纳米技术是20世纪90年代诞生并正在蓬勃发展的一项高新技术。纳米技术又是一种新的思维方式，它可以帮助人类在纳米尺度范围内认识和改造自然，即在生产过程中直接操纵原子、分子的排布，从而制造出具有特定功能的新产品。纳米技术标志着人类的科技水平进入了一个新的时代——纳米时代，它对人类文明和社会经济的发展将产生深远影响。纳米营养素具有吸收迅速、改善消化、促进生长、提高免疫力和某些生理机能的作用，只是目前对其作用机理的研究还不够深入和透彻。尽管纳米技术在动物营养中的应用正处于起步阶段，但其作用优势已经显现，因此，作为一项新兴技术，纳米技术在动物营养向深度和广度的快速发展中必将有着光明的应用前景。 1纳米材料的基本特性 研究表明，纳米材料和普通材料都是由相同的原子构成的，只不过这种材料的结构粒子和组成单元是由其原子构成的纳米级原子团组成的。当物质(材料)的结构单元(如晶粒或空隙)小到纳米量级时，引起颗粒表面结构与晶体结构发生独特改变，表现出表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。因此产生许多具有不饱和性质的悬空键，出现许多活性中心，因而极易与其它原子结合而趋于稳定，具有很高的化学活性，并且在一定条件下会引起材料宏观物理、化学性质的变化，由此可以产生许多与传统材料完全不同的物理特性和化学特性，并在光、电、磁及生物活性等方面具备特殊功能，从而给不同领域、不同学科的研究带来新的思路，为学科的交叉发展提供了机遇。 2纳米技术在动物营养中的研究应用现状 目前，纳米技术已与众多学科进行了交叉，同样渗透到了动物营养领域，引起了动物营养的巨大变革，给动物营养的发展带来了新的曙光。 2．1在饲料原料中的应用 由于纳米材料具有较大的比表面积和小尺寸效应，因而具有很强的吸附性和很高的活性。对饲料原料进行纳米化处理后，可以使原料中那些动物不可缺少而又较难采食的营养成分能充分地被动物体吸收，因为大分子营养物被粒化成纳米粒径后，能穿透组织间隙，也可通过机体的毛细血管，且分布面极广，饲料滞留性增加，延长肠道壁的接触时间，从而可扩大饲料来源，并最大限度的提高饲料原料的生物利用率。同时饲料中的抗营养因子在纳米水平下将发生质的变化，这必将要求重新测定饲料成分和制订家禽营养标准，重新计算饲料配方，从而带来一场动物营养与饲料生产革命。 2．2在微量元素添加剂中的应用 由于纳米饲料添加剂在动物体内可以通过被动扩散，减少对载体、能量的需要和消耗，还可以提高其吸收利用效率，减少矿物质盐在饲料中的添加量，并具有普通矿物质盐的营养生理特性，可以解决目前饲料工业和养殖业中存在的问题，改善动物产品品质、保护环境。 2．2．1 纳米硒硒是动物必需微量元素，它的一个显著特征是，营养剂量与毒性剂量之间范围较窄。因此，开发利用低毒高效硒制品，备受世界各国的重视。研究结果表明，与其他形态硒相比，纳米硒有较强的低毒高效优势。在急性毒性方面，无机硒为15 mg／kg，有机硒为30～40 mg／kg，纳米硒则为113 mg／kg。在亚慢毒性方面，饲料中无机硒或有机硒的含量在4～5 mg／kg时，即可导致大鼠体质量下降和肝硬化；如果是纳米硒，硒含量在6mg／kg时，也不会发生上述现象。由此说明纳米硒与有机硒或无机硒相比，毒性明显下降。 在生物功效方面，纳米硒体外清除羟自由基效率为无机硒的5倍，为有机硒的2．5倍。张劲松(2000)研究结果表明，纳米红色元素硒能显著降低小鼠全血丙二醛含量和提高小鼠全血谷胱甘肽过氧化物酶活性，显著延长黑腹果蝇生存时间。该研究还揭示此功效可能与红色纳米硒在动物体内发挥抗氧化作用与直接清除自由基活性有一定联系。张劲松(2001)用昆明小鼠作实验，验证了纳米红色元素硒有护肝、抑瘤和免疫调节作用，是已发现的急性毒性最低的补硒制剂。 此外，邓岳松等(2003)在研究纳米硒对尼罗罗非鱼生长影响的试验中，得出高剂量的纳米硒(2．5 mg／kg)对尼罗罗非鱼生长有强烈的促进作用，增重率比对照组高出34．3％。 2．2．2纳米三价铬 日粮中添加O．2mg／kg的纳米三价铬，生长肥育猪有提高日增重，降低料重比的趋势，但差异不显著。纳米三价铬使补体3和IgA分别提高了26．23％和17．12％，胴体瘦肉率提高7．2％，肌内脂肪含量提高76．31％，肌肉内铬的残留低于国家食品安全标准，从而改善了生长肥育猪的免疫机能和胴体品质。关荣发认为纳米三价铬可通过提高血清中GH和IGF—I水平，促进脂肪中 cAMP含量的增加和激素敏感脂肪酶活性的增强，促进脂肪分解，减少脂肪沉积，产生显著提高生长肥育猪瘦肉率的效果。 2．2．3 纳米铜 研究表明：①纳米铜可促进肠道有益菌(双歧杆菌)的增殖，使消化道内环境得到明显改善，与对照组相比，腹泻频率显著降低，有助于仔猪生长，使仔猪平均日增重提高了38．57 g和85．37 g，料重比降低了15．32％和21．17％；②高剂量纳米铜使饲料粗蛋白、粗脂肪和钙的表观消化率分别提高了7．63％、106．35％和108．8％；③纳米铜使血清生长激素浓度分别提高了88．9％和104．6％，产生促生长效应；④纳米铜使肝脏中，SOD活性升高了139．05％、和285．03％，消弱了超氧化物对动物细胞或细胞内还原性活性成分的破坏，提高了机体免疫力。纳米铜可能是通过对全身系统的调控来发挥作用的。 除了上述营养性矿物元素外，一些自然界中大量存在的非营养性矿物元素在达到纳米尺度时，也会具有一些独特的性质，有利于畜禽生产。如一种黏土矿物——蒙脱土，具有天然的纳米片层结构，厚约lnm，长宽约100nm，当纳米级的蒙脱土进入动物胃肠道后，可形成一层保护性覆盖膜，通过与黏液糖蛋白的相互结合，有改善消化道黏膜修复能力、提高黏膜屏障对攻击因子的防御的功能，从而阻止有害毒素、细菌、病毒进入血液，另外，纳米凹凸棒土、纳米羟基磷灰石也具有类似的功能。 2．3在抗菌剂中的应用 纳米氧化锌是面向2l世纪的新产品，是饲料行业中优秀的氧化锌产品，具备一般氧化锌无法比拟的性能，因为纳米氧化锌有极强的化学性，能与多种有机物发生氧化反应(包括细菌内部的有机物)，从而把大部分病菌和病毒杀死。有关的定量试验表明：在5 min内纳米氧化锌的浓度为1％时，金黄色葡萄球菌的杀菌率为98．86％，大肠杆菌的杀菌率为99．93 9，6。研究表明，饲料中添加纳米氧化锌，比一般氧化锌的药效大幅提高，并具有高吸收率、剂量小的特点，还可利用纳米氧化锌的强渗透性，避开胃肠吸收时体液环境与药物反应引起不良的反应或造成的吸收不稳定，提高吸收率。由此推之，其他的抑菌剂也可以做成纳米粒子，将更充分的发挥抑菌效果，减少原有抑菌剂的用量。 另外，有试验证明饲料中添加纳米氧化锌后，可以提高动物的生产性能。纳米氧化锌(300 mg／kg)和高剂量氧化锌(3 000 mg／kg)对21日龄早期断奶仔猪进行的饲养对比试验表明：它们都能提高仔猪的日增重，纳米氧化锌组与高锌组相比，提高了27．9％，在料重比和腹泻率上，纳米氧化锌组虽有改善，但差异不显著。 2．4纳米中药 2000年，杨祥良等提出纳米中药的概念。纳米中药可以使中药物质核100％破壁，使各种有效成分充分释放，能大大改善或提高中药的溶解度与生物有效性，纳米中药被吸收速率高，产生疗效快，对胃肠道刺激小，在临床上就可以减少药的用量，结合纳米控释技术进行靶向给药或将某些药物制成缓释剂还可以达到特殊的治疗目的。目前主要应用纳米技术改造某些难溶性药物或保护某些药物的特殊活性，相信在克服了一定的技术问题后，如破壁的不同粒度的确定及检测，纳米技术将彻底改变中药制备的现状，使纳米中药在畜禽饲养中发挥其独特的作用。 3 纳米技术在动物营养中的应用展望 3．1在饲料加工方面 随着纳米技术的发展和产品的批量生产，纳米材料的成本将大幅降低。将纳米技术引入饲料产品的研发，不仅能突破传统的生产模式，实现传统工艺、传统产品的升级换代，提高产品的技术含量，而且还可以在纳米饲料，纳米添加剂的制备技术和产业化方面建立一系列具有自主知识产权的专利技术，检测手段和创新方法，为提高企业的市场竞争力和应对人世后来自国外企业的技术冲击做准备，为企业的长远发展注入动力。 3．2在微量元素添加剂方面 饲料添加剂是配合饲料的核心。由于其吸收率低和受利益驱动，常常超量添加，既增加成本又污染环境。制成纳米添加剂后，极易被消化吸收，不仅能保证畜禽的快速生长，还可大大降低使用量从而降低饲养技术，提高经济效益。 结合目前纳米材料的发展现状，短期内最有可能大规模实现纳米化的添加剂就是微量元素添加剂。可是长期以来，人们在微量元素添加剂的添加形式上，将研究工作的重点一直放在添加剂化学形式的变化方面，只注重化学结构和生物活性的构效关系，而忽视了物理形态的重要作用。纳米技术的出现使人们的研究范围扩展到物理性状，化学结构和生物活性三者之间的关系上，很有可能使纳米微量元素添加剂成为第四代添加剂。 3．3在营养与环境方面 畜禽排泄物带来的土壤营养积累，水体污染及臭气和有害气体污染已经成为我国畜牧业可持续发展的制约因素，有些大城市限制在市内或效区建设大型养殖场，以避免歪境污染。纳米技术被认为是缓解这一问题的一个重要途径。在畜禽饲养环境的控制中，用纳米抗菌复合涂料粉刷的畜舍，不仅有杀菌、除臭的功效，还可以起到隔热保温的功能，这对畜舍温度的控制有一定的意义；用纳米光催化技术生产的空气净化器可大大降低空气中有害气体的浓度；用多孔小球组合光催化纳米材料，能用于污水中有机物的降解；用纳米技术处理饮用水，可提高水的质量，这些都有利于畜禽生产。 3．4在畜产品安全及功能方面 纳米科技生产的药物，由于其吸收、利用率高而且能起到控释、缓释等作用，因此大大提高了药效，减少了用药量，可解决使用普通药物造成的药物残留问题，从而提高动物产品的质量，保证了畜产品的安全性。把对人体有重要作用而普通食品中含量又十分有限的元素纳米化后添加到饲料内，通过过腹转化，使畜产品成为对人类有重要作用的高营养价值食品，如富硒肉，高碘蛋等。用纳米抗菌塑料袋包装禽肉，用纳米超微薄膜包装禽蛋，可延长禽产品的保质期。此外，还可将纳米技术在动物营养研究中取得的成果用于人类功能性纳米食品的开发，为其提供可靠的参数和经验的借鉴。 纳米技术可使传统畜牧业产品“旧貌换新颜”，把纳米材料添加到传统畜牧业产品中，可改进或获得一系列的功能，这种改进并不见得昂贵，但却使产品更具市场竞争力。纳米技术的介入，为动物营养开创了一个崭新的研究领域，引起动物营养学从传统营养学向分子营养学过渡。随着纳米技术在动物营养中的推广应用，纳米理念将在畜牧业革命中大显身手，也将为动物乃至人类生存环境的可持续发展提供技术上的保证，产生不可估量的生态效益和社会效益。我们有理由相信纳米技术将成为21世纪动物营养领域的一个新的亮点。 畜牧兽医杂志 第26卷 第3期 2007年 周保琨1，孙振洲1，栾爽艳2 (1．即墨市龙泉动物防疫监督站，山东青岛266200；2．莱阳农学院动物科技学院)
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