畜牧人

標(biāo)題: 細(xì)數(shù)納米技術(shù)在飼料行業(yè)中的應(yīng)用 [打印本頁(yè)]

作者: 華牧偉業(yè)    時(shí)間: 2012-11-19 09:46
標(biāo)題: 細(xì)數(shù)納米技術(shù)在飼料行業(yè)中的應(yīng)用
  現(xiàn)在公認(rèn)的納米技術(shù)(Nanotechnology)概念最早源于美國(guó)諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者R.Feynman,他在1959年洛杉磯理工學(xué)院的一次物理學(xué)年會(huì)上,做了題為《底層還有很大空間》的著名演講。但他提出的新奇技術(shù)在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起足夠的重視,直到1982年,美國(guó)IBM公司成功研制出具有原子分辨能力的掃描隧道顯微鏡后,納米技術(shù)才初次曝光,并在以后的20多年中得到了飛速發(fā)展。納米( nm)是一種度量單位,1納米為10-9米。目前普遍公認(rèn)的納米科技的定義是:在納米尺度( 1~100nm)上研究物質(zhì)的特性和相互作用,以及利用這些特性的多學(xué)科交叉的科學(xué)和技術(shù)。國(guó)際上公認(rèn)1~100nm為納米尺度空間,100~1000nm為亞微米體系,小于1nm為原子團(tuán)簇。納米空間是介于宏觀和微觀之間的相對(duì)獨(dú)立的中間領(lǐng)域。納米粒子具有小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng),使得納米粒子具有常規(guī)粒子所不具備的許多特殊性質(zhì),如低熔點(diǎn)、高比熱容、高膨脹系數(shù)、高反應(yīng)活性、極強(qiáng)的吸波性等。

  1 納米技術(shù)在飼料加工中的應(yīng)用

  植物的花粉(孢子粉)、莖、葉和果都可以進(jìn)行納米化粉碎,開發(fā)出具有廣闊前景的系列產(chǎn)品。植物花粉,是植物的雄性生殖細(xì)胞,營(yíng)養(yǎng)十分全面。在國(guó)外被譽(yù)為“世界上迄今為止所發(fā)現(xiàn)的惟一的完全營(yíng)養(yǎng)保健產(chǎn)品”及“微型營(yíng)養(yǎng)寶庫(kù)”,對(duì)人、動(dòng)物有非常好的保健作用。如刺槐花粉、松花粉、山楂花粉等。同樣,植物的孢子粉也集中了植物的全部精華,如靈芝孢子粉含有豐富的靈芝多糖、有機(jī)鍺、多肽、三萜及甾醇類等多種功效成分,能增強(qiáng)細(xì)胞的免疫水平,從而提高動(dòng)物自身的免疫能力。但無(wú)論植物的花粉還是孢子粉,其單體都具有堅(jiān)硬的外殼,直接食用則因無(wú)法吸收而排泄,影響了這類原料的開發(fā)和利用。引入納米技術(shù)將植物花粉或孢子粉進(jìn)行充分的粉碎及破壁,使其有效成分得以充分的釋放,由此而制成的飼料才能充分發(fā)揮原料的價(jià)值,并可完全被動(dòng)物吸收利用。植物的葉如茶葉含有大量的蛋白質(zhì)、氨基酸和維生素等有機(jī)物以及多達(dá)幾十種動(dòng)物所需的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)元素。然而傳統(tǒng)的開水沖泡方法不能將茶葉的營(yíng)養(yǎng)成分全部提取出來(lái)供人體吸收,一些難溶性或不溶性的成分,諸如VA、VK、VE 及絕大部分蛋白質(zhì)、碳水化合物、部分礦物質(zhì)等仍留存于茶渣中。如果采用納米技術(shù)將食品級(jí)茶葉廢棄物加以利用,將茶葉進(jìn)行粉碎,制成納米級(jí)茶葉粉,其中的大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能夠直接被動(dòng)物所消化吸收利用。據(jù)日本報(bào)道,在培育肥豬的過(guò)程中,加喂適量的綠茶粉末,可使“茶葉豬”肉的核酸含量增加20%,膽固醇含量降低10%,味道更加鮮美可口。茶末喂豬還可使豬的抗病性增強(qiáng)、育肥時(shí)間縮短(從斷奶至出欄約100d),成本低且無(wú)副作用。

  2 納米技術(shù)在降低動(dòng)物產(chǎn)品中有毒、有害物質(zhì)殘留上的應(yīng)用

  有毒、有害物質(zhì)(重金屬、霉菌毒素、農(nóng)藥)一直是困擾飼料行業(yè)的一個(gè)難題,根據(jù)這些有毒有害物質(zhì)的理化特性,利用納米自組裝技術(shù)的納米吸附劑可對(duì)它們進(jìn)行高效、選擇性的吸附。

  2.1 重金屬納米吸附劑

  目前,已研發(fā)出針對(duì)重金屬鉛、鎘、砷、汞的吸附劑PBAN、CDAN、ASAN、HGAN,它們對(duì)鉛、鎘、砷、汞的體外吸附率分別為99%、95%、90%和84%。PBAN對(duì)肥育豬的試驗(yàn)結(jié)果表明:飼喂生產(chǎn)用日糧,肥育豬肌肉、肝臟、腎臟鉛含量分別為1.96、3.47、3.60 mg/kg,分別是歐盟殘留限量標(biāo)準(zhǔn)的19.6、7.0、7.2倍(歐盟殘留限量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:肌肉、肝臟、腎臟鉛含量應(yīng)分別低于0.1、0.5、0.5 mg/kg),當(dāng)添加0.5%PBAN,肥育豬肌肉、肝臟、腎臟鉛含量分別為0.06、0.38、0.47 mg/kg,分別是歐盟殘留限量標(biāo)準(zhǔn)的60%、76%和94%。

  2.2 霉菌毒素納米吸附劑

  黃曲霉常見于發(fā)霉的花生仁內(nèi),亦生于谷粒(如玉米、小麥、水稻等)、蒿桿、干草、豆殼及油餅等。黃曲霉可分為不產(chǎn)毒素菌株和產(chǎn)毒素菌株兩大類。不產(chǎn)毒素的菌株主要用于生產(chǎn)淀粉酶、蛋白酶和磷酸二酯酶等,我國(guó)很早就有利用它來(lái)制醬的記載。產(chǎn)毒素的菌株在其代謝過(guò)程中可形成一類叫黃曲霉毒素的代謝產(chǎn)物,對(duì)人畜危害很大。在自然條件下,黃曲霉毒素主要有:黃曲霉毒素B1、B2、G1 和G2,以后又發(fā)現(xiàn)這類毒素在動(dòng)物體內(nèi)的代謝產(chǎn)物,如黃曲霉毒素M1、M2、GM1和P1等。黃曲霉毒素的毒性是已知100余種霉菌毒素中毒性最大的毒物之一,其中尤以黃曲霉毒素B1產(chǎn)量最高、毒性最大、致癌性最強(qiáng)。

  目前,研制成功的針對(duì)黃曲霉毒素B1、B2、G1、G2的系列吸附劑AB1AN、AB2AN、AG1AN、AG2AN,它們對(duì)黃曲霉毒素B1、B2、G1、G2的體外吸附率分別為99%、92%、96%、93%。在畜禽中,鴨對(duì)黃曲霉毒素最為敏感。肉鴨試驗(yàn)結(jié)果表明:飼喂生產(chǎn)用日糧,肉鴨肌肉、肝臟、腎臟中黃曲霉毒素B1含量分別為3.65、4.41、3.20 μg/kg,分別是歐盟殘留限量標(biāo)準(zhǔn)的1.8、2.2、1.6 倍( 歐盟標(biāo)準(zhǔn)2 μg/kg);飼喂黃曲霉毒素B1嚴(yán)重污染日糧( 40 μg/kg),肉鴨肌肉、肝臟、腎臟中黃曲霉毒素B1含量分別為6.53、7.61、5.78 μg/kg,分別是歐盟殘留限量標(biāo)準(zhǔn)的3.3、3.8、2.9倍;在黃曲霉毒素B1嚴(yán)重污染的日糧中添加0.5%AB1AN,肉鴨肌肉、肝臟、腎臟中黃曲霉毒素B1含量分別為1.35、1.82、1.26 μg/kg,分別是歐盟殘留限量標(biāo)準(zhǔn)的68%、91%、63%。

  2.3 降低農(nóng)藥殘留的吸附劑

  農(nóng)藥殘留是影響動(dòng)物產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素。目前研制成功的選擇性吸附有機(jī)氯和有機(jī)磷農(nóng)藥的吸附劑CPAN、PPAN,對(duì)α-六六六、β-六六六、DDT的體外吸附率分別為95%、90%、97%;PPAN對(duì)甲胺磷和甲基對(duì)硫磷的吸附率分別為84%和78%。CPAN對(duì)生長(zhǎng)肥育豬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在含0.45 mg/kg 六六六的日糧中添加CPAN,使肌肉、肝臟、腎臟、心臟、毛發(fā)、脂肪中六六六殘留量分別降低了46.85%(P<0.05)、25.23%(P<0.05)、24.23%(P>0.05)、16.1%(P>0.05)、23.52%(P<0.01)、23.60%(P<0.01);在含0.85 mg/kg 六六六的日糧中添加CPAN,使上述組織中六六六殘留量分別降低了47.8%(P<0.01)、23.36%(P<0.05)、36.0%(P>0.05)、20.2%(P>0.05)、34.67%(P<0.01)、10.3%(P<0.01)。


  3 納米微量元素添加劑

  傳統(tǒng)微量元素添加劑具有促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育、參與動(dòng)物免疫、改善動(dòng)物產(chǎn)品質(zhì)量、提高動(dòng)物的繁殖性能等作用。在畜禽生產(chǎn)中常用的第一代無(wú)機(jī)鹽產(chǎn)品和第二代有機(jī)絡(luò)合物產(chǎn)品,以及普遍認(rèn)可的第三代氨基酸螯合鹽產(chǎn)品均不同程度存在動(dòng)物吸收利用效率低、生產(chǎn)效果不穩(wěn)定等問(wèn)題。納米級(jí)微量元素添加劑粒徑在1~100nm,添加到飼料中除具有常規(guī)尺寸下的自身營(yíng)養(yǎng)促生長(zhǎng)作用外,還能極大程度提高動(dòng)物對(duì)添加劑的吸收利用效率。因此,納米級(jí)微量元素添加劑因生物活性高而引起廣泛重視。

  3.1 納米硒

  納米硒是以蛋白質(zhì)為核、紅色元素硒為膜和以蛋白質(zhì)為分散劑的紅色元素硒的納米粒子,粒徑在80nm以內(nèi),是單質(zhì)硒。這種納米硒對(duì)熱穩(wěn)定,不轉(zhuǎn)化形成灰或黑色元素硒。對(duì)于納米硒的生物學(xué)作用近幾年進(jìn)行了一些研究。楊陟華等(1999)研究了納米硒對(duì)用D-半乳糖造成的小鼠免疫失衡和氧化損傷的保護(hù)作用。結(jié)果表明,納米硒不但可以降低由于連續(xù)注射D-半乳糖引起的體內(nèi)自由基的升高,而且可以抑制由于連續(xù)注射D-半乳糖引起的小鼠免疫功能的失衡,從而證實(shí)納米硒具有一定的生物利用率和生物功效。高學(xué)云等(2000)研究了納米硒的急性毒性、生物利用性以及對(duì)小鼠Lewis肺癌移植瘤的抗腫瘤功效。結(jié)果表明,納米硒的急性毒性約為亞硒酸鈉的1/7;納米硒和亞硒酸鈉都能被小鼠很好地利用,都能使血中谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性提高; 納米硒具有良好的抗Lewis肺癌移植瘤功效。Zhang等(2001)體外研究證實(shí),納米硒與GSH的反應(yīng)速率僅僅是Na2SeO3與GSH的反應(yīng)速率的1/12.3, 這可能是納米硒毒性較低的機(jī)制之一。張勁松等(2000)采用D-半乳糖小鼠衰老和黑腹果蠅生存模型,評(píng)價(jià)納米硒的抗氧化和延長(zhǎng)生存時(shí)間作用,結(jié)果表明,納米硒能顯著降低小鼠全血丙二醛含量和提高小鼠全血谷胱甘肽過(guò)氧化酶活性,顯著延長(zhǎng)黑腹果蠅生存時(shí)間,說(shuō)明適當(dāng)劑量的納米硒具有延緩衰老的保健作用。高學(xué)云等(2000)采用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究納米硒對(duì)免疫功能的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果表明,與對(duì)照組比,納米硒與亞硒酸鈉各劑量組的小鼠臟器重量及其指數(shù)無(wú)明顯變化;納米硒中,高劑量組小鼠的細(xì)胞免疫功能、體液免疫功能和巨噬細(xì)胞吞噬功能明顯增強(qiáng),而亞硒酸鈉各劑量組的上述免疫指標(biāo)無(wú)明顯變化,說(shuō)明納米硒對(duì)小鼠免疫功能有明顯的調(diào)節(jié)作用。朱茂祥等(2000)進(jìn)行了納米硒對(duì)4-甲基亞硝胺-1-(3-吡啶)-1-丁酮(NNK)誘發(fā)昆明小鼠肺癌的防治研究。結(jié)果表明:納米硒對(duì)NNK誘發(fā)小鼠肺癌有明顯防治作用,并有較好的劑量效應(yīng)關(guān)系,推其機(jī)理可能與硒的免疫調(diào)節(jié)作用有關(guān)。胥保華(2003)研究表明:納米硒添加到肉雛雞日糧中,明顯提高了其生長(zhǎng)速度和免疫力,而且毒性明顯下降,清除羥自由基的效率明顯提高,表明納米硒具有較強(qiáng)的低毒高效優(yōu)勢(shì)。其機(jī)理可能是由于納米粒子的吸收主要發(fā)生在腸淋巴組織(如淋巴集結(jié)) (Norris,1998;Florence,1998)。含特化M細(xì)胞的淋巴集結(jié)證明與胞轉(zhuǎn)作用有關(guān),腸腔中的粒子定居在M細(xì)胞的腹側(cè)面,M細(xì)胞通過(guò)胞轉(zhuǎn)作用被淋巴集結(jié)吸收,大大提高了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物利用度,進(jìn)而促進(jìn)了雛雞生長(zhǎng)。鄧岳松等(2003)研究了三種形式的硒(亞硒酸鈉、蛋氨酸硒和納米硒)對(duì)尼羅羅非魚的生長(zhǎng)影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),飼料中硒含量為0.5 mg/kg 時(shí),亞硒酸鈉、蛋氨酸硒及納米硒都可有效地促進(jìn)尼羅羅非魚生長(zhǎng),但3 種不同形式的硒對(duì)尼羅羅非魚的促生長(zhǎng)效果無(wú)明顯差異;而飼料中硒含量為3mg/kg 時(shí),亞硒酸鈉和蛋氨酸硒對(duì)尼羅羅非魚生長(zhǎng)無(wú)促進(jìn)效果,而納米硒可極顯著地促進(jìn)尼羅羅非魚的生長(zhǎng)。高劑量的硒對(duì)魚類有一定的毒副作用(Richardson,1984),但高劑量的納米硒的毒性卻較?。閬單徕c的12.5%、蛋氨酸硒的25%),其原因可能是納米硒與生物體內(nèi)GSH反應(yīng)率低,進(jìn)而自由基產(chǎn)生量低。宋保強(qiáng)等(2004)研究了納米硒對(duì)肉雞肝臟谷胱甘肽過(guò)氧化物酶mRNA表達(dá)和酶活的誘導(dǎo)作用。結(jié)果表明,納米硒對(duì)肉雞肝臟cGPx mRNA穩(wěn)定性具有調(diào)控作用,并能提高其酶活,而且其Weinberg 劑量效應(yīng)的最適劑量范圍較寬。

  3.2 納米銅

  英國(guó)科學(xué)家Braude在1945年首次發(fā)現(xiàn),在豬飼料中添加200~250 mg/kg的無(wú)機(jī)銅(NRC 規(guī)定為5 mg/kg)可以明顯提高豬的生產(chǎn)性能。自此以后,高銅作為一種有效的促生長(zhǎng)劑在養(yǎng)豬生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用,并已被認(rèn)為是一種高效、廉價(jià)、使用方便的促生長(zhǎng)劑。但是高銅帶來(lái)的環(huán)境污染和食品殘留問(wèn)題也日益嚴(yán)重。飼料中的高銅只有5%~20%被豬消化道吸收,吸收的銅又有60%~80%隨膽汁排出消化道,而豬對(duì)膽汁銅的利用率極低,絕大部分銅最終將隨糞便排出體外,從而對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。長(zhǎng)期使用高銅,使豬肝臟、脾臟、腎臟等內(nèi)臟器官銅含量增加4~5倍,容易導(dǎo)致動(dòng)物機(jī)體中毒。同時(shí),在我國(guó),豬的內(nèi)臟器官一直被用作食物,人們食入含高銅的內(nèi)臟無(wú)疑對(duì)健康產(chǎn)生一定的危害。高銅所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)已引起西方國(guó)家的高度重視,歐共體國(guó)家先后規(guī)定在飼料中禁止使用。因此,研制高效的納米銅制劑成為解決這些問(wèn)題的措施。浙江大學(xué)飼料科學(xué)研究所研制成功的納米銅,經(jīng)飼養(yǎng)試驗(yàn)表明,60 mg/kg 納米銅對(duì)仔豬的促生長(zhǎng)效果等同于240 mg/kg 硫酸銅,在抗腹瀉效果上顯著優(yōu)于高劑量硫酸銅。認(rèn)為納米銅可促進(jìn)腸道有益微生物的增殖,保護(hù)粘膜上皮,使機(jī)體消化道內(nèi)環(huán)境得到明顯改善;納米銅還可提高血清生長(zhǎng)激素水平,促進(jìn)蛋白質(zhì)合成,產(chǎn)生促生長(zhǎng)效應(yīng)。

  3.3 納米氧化鋅

  納米氧化鋅是比較成熟的納米級(jí)微量元素產(chǎn)品,具有一般ZnO 無(wú)法比擬的性能。因?yàn)榧{米ZnO 有極強(qiáng)的化學(xué)活性,能與多種有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)(包括細(xì)菌內(nèi)的有機(jī)物),從而把大部分細(xì)菌、病毒殺死。它的主要作用機(jī)理為:納米ZnO 在光照條件下會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴,后者是良好的氧化劑,具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性,可與表面吸附的H2O或OH-離子發(fā)生反應(yīng)形成具有強(qiáng)氧化性的羥基,從而殺死細(xì)胞;而且可穿透細(xì)胞膜,破壞膜結(jié)構(gòu),降解細(xì)胞產(chǎn)生的毒素。定量試驗(yàn)表明,在5min內(nèi),納米ZnO 的濃度為1%時(shí),金黃色葡萄球菌的殺菌率為98.86%、大腸桿菌的殺菌率為99.93%。研究表明,飼料中添加納米ZnO 比一般的ZnO 具有高吸收率、劑量小的特點(diǎn),在斷奶仔豬飼糧中添加300 mg/kg 納米ZnO,其抗腹瀉和促生長(zhǎng)效果等同于3 000 mg/kgZnO。其原因可能是利用納米ZnO 的強(qiáng)滲透性,避開胃腸吸收時(shí)的體液環(huán)境與藥物反應(yīng)引起的不良反應(yīng)或造成的吸收不穩(wěn)定,提高吸收率。納米氧化鋅的高表面積效應(yīng)和活性還可吸附氨氣、二氧化硫、甲烷、有機(jī)磷農(nóng)藥和廢水中的有機(jī)物到其表面,并利用高強(qiáng)度吸收紫外線進(jìn)行光催化降解這些物質(zhì),凈化養(yǎng)殖場(chǎng)空氣和廢水。

  3.4 納米鉻

  1992年P(guān)age首次發(fā)現(xiàn)飼糧中添加200 mg/kg 吡啶羧酸鉻可顯著提高豬胴體瘦肉率和背最長(zhǎng)肌面積,降低背膘厚以后,國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試用各種不同化學(xué)形式的鉻(氯化鉻、酵母鉻、煙酸鉻、吡啶羧酸鉻、氨基酸鉻等)改善畜禽胴體組成的應(yīng)用效果,取得了參差不齊的結(jié)果。一般而言,都認(rèn)為有機(jī)鉻尤其是吡啶羧酸鉻的作用效果要優(yōu)于無(wú)機(jī)鉻。納米技術(shù)為鉻的利用提供了新的科研思路,浙江大學(xué)飼料研究所由此研制出了粒徑范圍在30~60nm之間的納米三價(jià)鉻。關(guān)榮發(fā)(2003)研究了納米三價(jià)鉻對(duì)生長(zhǎng)肥育豬胴體組成和免疫機(jī)能的影響,并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了探討。研究認(rèn)為:納米三價(jià)鉻可通過(guò)提高血清中GH和IGF-I 水平,促進(jìn)脂肪中cAMP含量的增加和激素敏感脂肪酶活性的增強(qiáng),促進(jìn)脂肪分解,減少脂肪沉積,產(chǎn)生顯著提高生長(zhǎng)肥育豬瘦肉率的效果;納米三價(jià)鉻可增加肌內(nèi)脂肪含量,提高豬肉的嫩度和風(fēng)味;通過(guò)提高肌肉內(nèi)肌紅蛋白水平,增強(qiáng)紅色度;通過(guò)提高免疫球蛋白A( IgA)和補(bǔ)體3(C3) 水平,從而改善生長(zhǎng)肥育豬的免疫機(jī)能。王敏奇(2004)的試驗(yàn)表明:飼糧中添加200 μg/kg 納米鉻使日增重提高了4.34%(P>0.05)、料重比降低了2.99%(P<0.05)、采食量無(wú)明顯影響。納米鉻組的日增重較非納米化的同劑量氯化鉻組提高了5.59%(P>0.05)、料重比下降了3.56%(P<0.05)。同時(shí)發(fā)現(xiàn),200 μg/kg 的納米鉻對(duì)改善胴體品質(zhì)具有極顯著的功效,較對(duì)照組(200 μg/kg 吡啶羧酸鉻)胴體瘦肉率提高了7.1%、脂肪率下降了26.6%(P<0.01)、背最長(zhǎng)肌面積增加了16.8%(P<0.01);鉻在組織臟器的沉積量成倍提高,其中背最長(zhǎng)肌、肝臟、腎臟、胰臟、心臟中鉻的沉積量分別為對(duì)照組的2.54、2.45、1.88、2.41 和1.53 倍。分析認(rèn)為,鉻納米化以后大幅度提高了其改善胴體組成的作用效果,原因可能在于其吸收利用率的顯著提高。

  4 結(jié)語(yǔ)

  利用納米技術(shù)能否給飼料行業(yè)帶來(lái)又一巨大的突破,目前的研究成果只是冰山一角,有待于更多的關(guān)注和研究。相信隨著納米技術(shù)的發(fā)展,飼料行業(yè)將會(huì)迎來(lái)一場(chǎng)變革。



作者: lzm_001    時(shí)間: 2012-11-19 10:35
     其實(shí)納米只是一個(gè)數(shù)量單位。這里面工藝問(wèn)題很重要。




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