包被氧化锌技术研究进展

曹清贻，李宝霞*，肖美添

（华侨大学化工学院化学工程与制药工程专业，福建 厦门 361021）

据报道，仔猪在断奶后的死亡率高达11%，全球每年约有1 000 万头仔猪死于腹泻[1]。由于日粮发生变化，因此断奶仔猪的肠道绒毛结构完整性和生理功能受到破坏[2-3]；且与母猪分离后对环境和社会的适应等原因，仔猪在断奶后会出现生长迟缓和腹泻[4-6]。

锌是动物必需的微量元素之一，参与300 多种酶的合成，与动物肠道发育和免疫功能密切相关[1]。目前的研究认为氧化锌是锌可以抵抗肠道疾病的唯一无机形式[7]。氧化锌是仔猪肠道上皮细胞发育所必需的微量元素，能促进肠道形态的改善，增加蛋白质的合成[8]。但氧化锌是一种几乎不溶于水的两性分子，在低pH条件下，大部分不溶性氧化锌转化为锌离子[1,4,8]。造成仔猪日粮中的氧化锌很容易被胃里的酸性胃液分解，只有少量的氧化锌能到达肠道，在其中工作，这就导致仔猪日粮中要添加较高含量的氧化锌[1,9]。研究表明，在断奶仔猪日粮中添加2～4 g/kg 的氧化锌，可以提高仔猪的生长性能，降低腹泻的发生率[10-17]。

虽然高剂量氧化锌，能在短时间内维持肠粘膜上皮细胞的通透性，减缓日粮和断奶应激引起的反应，提高断奶仔猪的日采食量和日增重，降低仔猪的料肉比和腹泻率[18]。但长期喂饲大剂量氧化锌会使胃液pH升高，消化吸收功能降低，降低仔猪的免疫水平，使仔猪易感染疾病，引起多种肠道菌群减少，导致器官中毒，抑制仔猪的生长发育[8,15,18-20]；且会影响仔猪对其他金属物质的吸收，导致仔猪体内铜、铁等元素的缺乏[21]。随着氧化锌剂量的增加，锌与其他元素会产生相互作用，导致钙、磷、钠、钾的消化率降低，进而影响仔猪机体功能[11]；日粮中高剂量的氧化锌（质量分数超过2.25 g/kg）只能被仔猪吸收10%～25%，大部分的氧化锌在胃液中转化成Zn2+随仔猪粪便排出而进入土壤，会使土壤中的锌过量积累，从而导致土壤质量恶化和地下水污染，使土壤无法再耕种，对植物产生毒性，并可能危害动物和人类健康[11,22-24]。JONDREVILLE 等报道，如果将仔猪日粮中锌的质量分数从250 mg/kg 降低到100 mg/kg，则表层土壤中的锌的年累积量可减少35%[25]。

由于高剂量氧化锌存在诸多危害，因此许多国家对氧化锌在仔猪饲养中的使用时间和剂量做了严格规定。中国农业部规定（农业部公告第2625号）（自2018年7月1日起执行），仔猪断奶后前2 周配合饲料中氧化锌不超过1.6 g/kg。如何降低仔猪饲料氧化锌的添加量是养猪行业亟待解决的问题。

包被氧化锌技术，因其可以保护氧化锌不被胃液降解并在仔猪肠道内缓慢释放，而大大减少氧化锌的添加量，所以成为目前的研究热点[16,26-27]。

包被技术已被广泛应用于化工、医药、农业、食品添加剂等领域。包被技术在改善口感，降低药物和添加剂产品对机体的不良刺激，提高生物体使用效率，减少浪费，降低投药成本，提高产品稳定性等方面有重要作用[28]。对氧化锌进行包被处理，包衣层能够保护氧化锌不被胃液降解，提高氧化锌的利用率，从而显著降低饲料中氧化锌的添加量。根据包被材料和方法的不同，包被氧化锌目前主要有：肠溶耐酸材料包被技术、微胶囊技术、脂质包被技术等。

1 肠溶耐酸材料包被技术

饲料添加剂领域常用的肠溶包被技术是利用胃内与肠道内pH之间的差异，包被材料在酸性环境中的性能是稳定的，但在碱性条件下pH敏感材料能够快速崩解，达到肠溶包衣的目的。分析目前公开的氧化锌包被专利发现，肠溶包被大多采用苯二甲酸醋酸纤维素、硬脂酸类和聚丙烯酸树脂等作为耐酸肠溶材料，糊精、淀粉、羧甲基纤维素、滑石粉等作为粘结填充剂，微晶纤维素、交联羧甲基纤维素钠等作崩解剂，而有机物作为介质[29-35]。

包被方式大致可分为2类：一类是将氧化锌投入粘结剂、崩解剂和耐酸肠溶材料制成的包衣剂中进行包被制得包被氧化锌，有些会在外层再包裹一层耐酸肠溶材料[29-32,35]；另外一类是采用多层包被，将氧化锌与粘结填充剂混合制粒后，在外包裹糊精等水溶性好的辅料来加快氧化锌在肠道中的释放或包裹乙基纤维素等控释剂来加强包被效果，再在最外层使用耐酸肠溶材料进行包衣[33-34]。制粒方式多采用抛丸机或制粒机；包衣方式多采用流化包衣床进行喷涂包衣。

SHEN、刘连龙和陈杰等使用以硬脂酸作为肠溶材料制备的包被氧化锌，以及陈炳钿等使用以海藻胶复配植物籽作包被层制备的肠溶氧化锌，通过模拟胃肠道实验得知，包被氧化锌在模拟胃酸环境（pH=3.5）下3 h 释放度低于2%，而在模拟肠液（pH=6.8）中4 h 的释放度超过90%[1,36-38]。质量分数0.3～0.5 g/kg包被氧化锌可明显提高断奶仔猪日增重和采食量，显著降低腹泻率，与添加质量分数2～3 g/kg普通氧化锌无明显差异。

通过肠溶材料包被处理，可以使氧化锌具有耐酸过胃和在肠道中缓慢释放的能力。一方面，提高了氧化锌的抗腹泻效率和使用效率，降低了成本；另一方面，可以降低粪便中锌的含量，减少锌的排泄和环境污染。然而，pH 敏感材料的成分复杂，有进一步刺激仔猪胃肠环境的风险，有些包被方式也存在在仔猪肠道中崩解困难的问题。另外，其价格高、生产成本高，难以在饲料领域广泛推广应用。若采用单层包被，则其包被层较薄，不耐饲料加工以及贮运过程中的摩擦，仔猪在进食过程中的咀嚼也可能造成包被层破损，也就失去了包被的效果。若采用多层包被，则可能存在包被氧化锌在仔猪肠道内释放率不足的问题。

2 微胶囊技术

微胶囊造粒技术是指将固体、液体或气体包埋密封在一个微小胶囊中。它可以降低物质的活力，掩盖气味，提高物质的稳定性。

JIN等通过真空冷冻干燥技术和微胶囊技术制作而成的微囊化氧化锌喂食仔猪，结果显示，饲粮中添加低水平（质量分数0.3 g/kg）的微囊化氧化锌较添加高水平（质量分数3 g/kg）的普通氧化锌有更好的生长性能和肠道消化率，同时降低了粪便中锌水平[39]。GRILLI 等[40]报道，微囊化质量分数0.4 g/kg的氧化锌与质量分数3 g/kg的药理学氧化锌对断奶后2周仔猪的肠道健康的促进和维持作用相同。

使用微囊化包被处理氧化锌，使氧化锌包裹在微囊化包被材料中，避免胃酸对氧化锌的破坏，确实可实现氧化锌顺利通过胃，在动物肠道内长效缓释，提高氧化锌的生物利用率。但是该技术相比其他包被方法更复杂，成本更高，且微囊材料（如聚丙烯树脂等）通常具有较高的抗酸、碱腐蚀的能力，虽然能避免氧化锌在仔猪胃中的释放损失，但其在仔猪肠道中的解离以及释放也不够及时和有效[41]；有部分氧化锌会直接随粪便排放，所以存在锌利用率较低以及锌粪排泄的问题。

3 脂质包被技术

脂质包被的脂质大多采用棕榈油、氢化植物油等。一种制备方法是将聚乙二醇或尿素等水溶性分散载体加热溶解后向其中加入氧化锌制得微丸，再用脂质对其进行包被制得包被氧化锌。当包被氧化锌进入小肠后，包被的脂质被脂肪酶消化，水溶性分散载体可以促进氧化锌的扩散，起到抗腹泻的效果[42]。另外一种方法是将脂质作为耐酸肠溶材料，与氧化锌以及其它增韧剂、分散剂等加热混合均匀，一起制粒即得包被氧化锌[43]。这种方法工艺简单，成本较低，但温度容易对其造成破坏，且产品的过胃率一般。

KWON及KIM等的研究结果表明，在断奶仔猪日粮中添加质量分数0.1 g/kg的脂质包被氧化锌在缓解肠粘膜形态受损、预防肠毒素大肠杆菌（ETEC K88）引起的断奶仔猪腹泻和生长迟缓方面的效果与质量分数2.5 g/kg的高剂量氧化锌相当[44-45]；HAN等的研究结果表明，补充质量分数0.1～0.2 g/kg 的脂质包被氧化锌在用于缓解感染ETEC K88的断奶仔猪的腹泻中可达到质量分数2.5 g/kg氧化锌的作用效果，而提供质量分数0.3～0.4 g/kg 脂质包被氧化锌才可达到改善断奶仔猪肠粘膜形态效果的必要条件[46]。

SONG、JANG 和PARK 等的研究结果表示，在饲粮中添加Zn的质量分数0.1～0.25 g/kg的脂质包被氧化锌可提高仔猪的增重率，但在促进生长和抑制腹泻方面的表现不如Zn的质量分数2.5 g/kg的氧化锌[47-49]。

脂质包被氧化锌在缓解仔猪断奶后腹泻以及促进生长性能等方面的效果不如高剂量氧化锌，这可能是仔猪断奶后胰脂肪酶活性较低，脂质溶解困难，导致脂质包被氧化锌在诱导结构蛋白和细胞因子表达方面不如高剂量普通氧化锌[21]，但其仍可明显降低粪便中锌含量，减轻环境污染。

4 其它包被方法

刘昌社等将氧化锌与碳酸钙混合后制粒，在其外利用流化床进行了2 层包衣制得包被氧化锌，内层包衣材料是具有良好成膜性的壳聚糖与水溶性的甘露聚糖的混合物，外层是作为控释剂的乙基纤维素，可以使药效持续释放[50]。

申俊华等发明了1种使氧化锌能够在结肠靶向作用的包被方法。采用壳聚糖作为聚阳离子电解质，海藻酸钠或黄原胶作为聚阴离子电解质，三聚磷酸钠作为小分子交联剂，再加上果寡糖，通过交联聚合的方式，使其形成网状结构凝胶体系，即结肠靶向包衣。将此包衣液喷涂在氧化锌颗粒上即制得包被氧化锌。这种包被方法可以保护包被后的氧化锌快速到达结肠并被结肠内微生物分泌的特定酶降解，达到结肠靶向释放的目的[51]。

陶礼发明了1种包被亚微米级饲料级氧化性的包被方法，该方法中对氧化锌进行了3 次屏蔽处理，即将氧化锌直接加入淀粉、乙基纤维素、无水乙醇、硬脂酸镁混合而成的屏蔽剂中，再用屏蔽剂对其进行其余的两次屏蔽处理[52]。3次屏蔽能够使包衣层更耐胃酸，但仔猪肠道对其吸收效果并不理想，部分氧化锌会随仔猪粪便排出，并且淀粉类的包衣在口腔内就会被唾液淀粉酶消化分解。

LIU等提出，包被纳米氧化锌作为饲料添加剂，在猪中具有抗菌活性和增强肠道屏障的作用[15]。BAI[等人的研究结果显示，低剂量包被纳米氧化锌（Zn的质量分数0.1 g/kg）更适合缓解断奶仔猪腹泻和降低粪便锌排放，且对其生长性能无负面影响[16]。

比起普通氧化锌，包被纳米氧化锌不仅能够减少高锌日粮对仔猪造成的不良影响，并且能够减少仔猪粪便锌含量，可有效节约矿产资源，大大降低高剂量锌对土壤环境造成的污染[53]。但纳米氧化锌粒子本身存在毒性效应，可能会对机体造成毒性损害[21]。物理化学性质（如增溶和光反应）和不同的实验物种决定了氧化锌纳米颗粒是否具有生态毒性[15]。所以纳米氧化锌粒子的安全合理使用还应做进一步探究。

综上，现有氧化锌包衣材料多用耐酸肠溶性材料、脂类、树脂等，配合淀粉、糊精、滑石粉等辅料，存在包衣材料含量偏高，定向释放率不稳定，生产成本偏高，产品含量不稳定，粒度均一性较差等问题。但诸多的实验结果表明，包被氧化锌可有效降低饲料中氧化锌的添加量，提高氧化锌利用率，减少猪粪中锌含量，用来替代高剂量氧化锌用于缓解断奶仔猪腹泻是可行的，并且可显著减少锌排泄对环境造成的污染。

5 结论与展望

氧化锌在缓解断奶仔猪腹泻、提高仔猪生长性能以及改善仔猪肠道缓解等方面有着积极的作用。与高剂量的氧化锌相比，低剂量的包被氧化锌可以在保证以上积极作用的同时，防止锌在动物体内的过量积累，降低粪便中锌的含量，从而达到节约锌源、减少锌对环境污染的目的。

分析目前已有的氧化锌包被技术发现，包被材料大多选择高分子耐酸肠溶材料或者脂质，配合淀粉、糊精等通过一次包被或多次包被制成包被氧化锌。目前已有许多研究结果表明，低剂量的包被氧化锌有替代高剂量普通氧化锌的潜能，包被技术可以显著提高氧化锌的利用率。但总体来说，包被氧化锌还存在包被成本较高，质量不一，过胃效果不稳定等问题，有待进一步研究。