纳米材料在动物营养中的作用模式及其在饲料的应用

蔡政忠

（莆田学院管理学院，福建莆田 351100）

纳米技术是一种很有前途的新兴技术，具有巨大的潜力。纳米技术是将大分子转化成纳米分子的过程，在此过程中会改变基本物质固有的物理和化学性质，这些变化包括溶解度、吸收、转运机制、排泄及重要的拮抗作用（刘孝天和刘涛，2016）。纳米级材料的性能与更大尺度的材料有根本性的差异，这些变化在营养、诊断、治疗、生物技术、疫苗生产、化学工业等各个领域都是可取的。

在畜禽饲养中，纳米技术的应用主要以纳米矿物质的形式存在，这一领域很重要，因为它通过减少二价阳离子间的拮抗作用来增加对微量矿物的吸收。这一新的策略可用于畜禽营养的有效吸收，以更好地利用饲料和其他营养物质。纳米颗粒对健康和环境影响的研究是另一个值得关注的领域，本文综述了纳米材料的种类及其对动物生产系统的影响。

1 纳米材料的种类及作用模式

纳米材料根据其化学性质可分为无机、有机、乳液、分散体和纳米黏土。无机纳米颗粒包括纳米级的无机成分，并已被批准用于饲料，如二氧化钛，饲料着色剂可用于饲料包装过程中的紫外线屏障。其对饲料和包装工业的干预包括用于饲料包装的纳米黏土，用于水净化的二氧化硅、钙、镁和银纳米颗粒等矿物质，抗菌包装和饲料储存（Al-Beitawi 等，2017）。有机纳米颗粒包括蛋白质、脂肪和糖分子。有机纳米颗粒通过改变饲料的功能，提高其营养价值，同时有机纳米颗粒可以包裹营养物质，并通过胃肠道运输到血液中，这些被称为纳米胶囊。因此，随着生物利用度的提高，这些胶囊的目的是在不影响口味或外观的情况下提供营养。作为封装的纳米材料，它们作为胶束、脂质体和生物传感器、识别标记、延长货架寿命剂和杀菌剂被纳入饲料和饲料包装系统。另一方面，纳米乳可以通过将功能性饲料成分封装在油/ 水界面或连续相中来稳定和传递活性成分（FSAI，2008）。

纳米颗粒从胃肠道的摄取途径有很多种，包括摄取、吸入途径、口服或智能递送到胃肠道。纳米粒子在体内的吸收、分布、代谢和排泄依赖于其物理化学性质，如溶解度、电荷和大小。小于300 nm的颗粒可进入血液，小于100 nm 的颗粒可以进入各组织、器官（Hett，2004）。吸入的超细颗粒通过吸入途径进入中枢神经系统，绕过血脑屏障。但它们与其他物质的反应会对健康和环境产生影响。近年来，生物功能化纳米颗粒作为一种运输和加工前的病原体清除剂已被广泛应用于肠道治疗。

2 纳米技术在动物营养中的干预作用

纳米技术在动物饲养中的应用包括使用不同的纳米粒子在药物管理、营养、益生菌和矿物质中应用。饲料添加剂等微量元素的纳米颗粒可以满足动物微量矿物质的需求。这类纳米添加剂具有生物利用度高、剂量率小、与其他组分相互作用稳定等优点。由于其低剂量使用，可作为抗生素替代品作为生长促进剂，消除动物产品中的抗生素残留问题，减少环境污染，生产无污染的动物产品（Schmidt，2009）。

2.1 纳米材料的营养消化、利用及调控作用在绵羊试验中，当给予1 mg/kg 的纳米硒时，对血液成分的过氧化损伤有积极作用（Sadeghian 等，2012）。同样，在公山羊中，以3% 的速度补充纳米硒可以增加最终体重和平均日生长速度，全血、血清和组织硒浓度、血清抗氧化酶活性也随着日粮中纳米硒浓度的升高而升高（Li-Guang 等，2010）。日粮以纳米铬的形式补充200 μg 铬可显著降低猪血清葡萄糖、尿素氮、甘油三酯、胆固醇和非酯化脂肪酸水平，血清总蛋白、高密度脂蛋白、脂肪酶活性明显升高，血清胰岛素样生长因子I 升高，血清胰岛素和皮质醇水平明显降低。纳米铬还对胴体特征、猪肉质量、骨骼肌质量、某些肌肉和器官中组织铬浓度的增加有显著影响（Wang和Xu，2004）。

在断奶仔猪过渡阶段（5 ～20 kg），添加20和40 mg/kg 的金属银纳米颗粒作为抗菌剂和生长促进剂可使回肠内容物大肠菌群和产气荚膜梭菌减少（Fondevila 等，2009）。在肉鸡中与亚硒酸钠相比，补充1.20 mg/kg 纳米硒能有效地在体内沉积硒，添加0.15 ～1.20 mg/kg 的硒肉鸡存活率、平均日增重和料重比均显著提高（Hu 等，2012）。一项关于纳米锌的研究表明，与无机锌相比，在肉鸡基础日粮中添加0.06 mg/kg 的纳米锌可改善免疫状态和生物利用度。此外，不同浓度的氧化锌纳米颗粒也能抑制真菌毒素生长。因此，该方法可用于饲料处理，以减少霉菌中毒的潜在危害。以纳米磷酸钙替代50% 磷酸二钙时肉鸡的饲料转化率最佳。Andi 等（2011）报道，由于离子银对肠道有害细菌的影响，纳米银可以改善肉鸡采食量、增重和饲料效率，从而改善肠道健康，提高营养物质消化吸收。

2.2 纳米材料作为饲料添加剂 纳米胶囊是精油、香精、抗氧化剂、辅酶Q10、维生素、矿物质和植物化学物质的载体，可提高这些活性物的生物利用度。包裹活性成分的纳米颗粒如多酚、矿物质和微量营养素可防止氧化反应和异味。在食品工业中，脂质体纳米囊泡用于包裹和释放营养物质、酶、香料和抗菌化合物。同样，纳米添加剂也可被蛋白质或其他成分包裹。胶束是涂有一层薄的双极分子的油小球，一端溶于脂肪，另一端溶于水，它们可以悬浮在水中，或者水可以封装在胶束中，也可以悬浮在油中，如含有ω-3 鱼油的纳米胶囊，但味道不太好（Wen 等，2006）。

2.3 纳米材料在饲料加工中的应用 纳米尺度的粒子提供了一个非常大的表面积，其功能比宏观尺度的结构有效。它们可用于封装有价值的或功能性的饲料成分，以防止在饲料加工过程中丢失。纳米技术已开始在功能性饲料的发展中获得动力，功能性饲料能根据动物的需要有效地提供营养。“随需应变”饲料研究工作正在进行，这种饲料可以潜伏在体内，并在需要时提供营养。这项技术的关键是在饲料中加入纳米胶囊来传递营养。另外，在饲料中添加纳米颗粒，使营养物质能更好的吸收。这种直径为50 nm 的纳米螯合物还有助于在不改变饲料颜色或味道的情况下更有效地传递维生素、番茄红素和ω 脂肪酸等营养物质（Bunglavan 等，2014）。

3 纳米材料的风险与管控

风险评估的4 个基本阶段包括危害识别、危害表征、暴露评估和风险表征。高风险但接触较少的物质可能比风险有限且长期接触较多的物质的风险更小。因此，研究纳米材料的性质和暴露时间是一个值得关注的问题。纳米技术在动物营养方面的应用需要特别注意风险分析、监管政策和监管监督等工作。因此，需要及时评估这些新兴应材料的技术、社会和政策影响。

4 结论

纳米技术正在不断发展，应用范围也在不断扩大，但研究还很有限。绿色合成法制备纳米粒子是一种可行的化学合成方法，但仍需要大量的研究来支持其效率和生物安全性，避免对动物、人类和环境造成伤害。