蒙脱石的作用机制及其与添加剂联合应用的研究进展

陈继发

（宜春学院生命科学与资源环境学院，江西省高等学校硒农业工程技术研究中心，宜春市功能农业与生态环境重点实验室，江西宜春 336000）

随着养殖环境的日趋恶化，尤其是我国南部地区炎热时节高温、潮湿，饲料原料及配合饲料受霉菌毒素污染严重；重金属等环境毒物长期、潜在危害畜禽的健康和生产性能；同时自2020 年7 月1 日起我国全面禁止在动物饲料中添加促生长类药物饲料添加剂（中药类除外）。如何有效缓解或消除霉菌毒素、重金属、有害菌及其毒素等对动物造成的危害是饲料科学的研究热点。蒙脱石（Smectite，SM）是一种天然的硅铝酸盐黏土矿物，因其特殊的晶体结构，具有吸附霉菌毒素、重金属、有害菌、细菌毒素和维护消化道黏膜等作用[1-4]。相关研究结果表明，SM 与益生菌、有机酸、植物精油或微量元素（化合物）等联用能够降低肠道有害菌数量、调节肠道菌群，改善肠道屏障功能、提升机体健康水平，提高畜禽生长或生产性能，可起到与饲用抗生素类似的使用效果[5-8]。另外，SM 在畜禽饲粮中的适量添加是保证其应用效果的必要前提。本文综述了SM 的主要作用及机制、SM 与几种添加剂联合在畜禽养殖中的应用效果以及SM应用于畜禽生产中存在的安全性问题，以期为SM 更好地应用于饲料行业及其进一步研究提供参考。

1 SM 的主要作用及机制

SM 为膨润土的主要成分，由2 个共顶联接的硅氧四面体片夹1 个共棱联接的铝（镁）氧（氢氧）八面体片组成。由于SM 独特的空间（晶体）构造，使其拥有阳离子交换性、吸附性、膨胀性和稳定性等特性[9-10]。

1.1 吸附有害菌及其毒素 大多数有害菌表面带有负电荷[11-12]，而SM 晶体层间内含有许多金属阳离子，带有正电荷，因而能通过静电引力和分子间作用力吸附表面带负电的有害菌，降低其生物利用率，并通过肠道蠕动最终排出体外。研究表明，SM 对沙门氏菌、大肠杆菌等多种有害菌有吸附作用[1,13-14]。体内试验表明，SM 能够增加动物肠道双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌数量[6,15-16]。据此推测，SM 可能对有益菌的吸附作用较弱，其在肠道中“绑定”有害菌后利于有益菌的生长繁殖。内毒素（脂多糖）是一种最常见的细菌毒素，过量时会导致动物机体产生多种应激。由于SM 晶层中有正电荷的配体，可以通过静电引力吸附内毒素带负电荷的配体（磷酸盐），因而SM 也有“捆扎”内毒素的能力。Chen 等[2]研究表明，SM 能够吸附蛋鸡肠道内容物中内毒素，降低血清内毒素含量；另外，饲粮中添加SM 能够降低肉牛肠道内容物、粪便和血浆中内毒素含量[17]。

1.2 固定霉菌毒素 SM 对黄曲霉毒素、脱氧雪腐镰刀菌烯醇等多种霉菌毒素具有吸附作用，能够减轻它们对畜禽造成的负面影响[18-20]。SM 吸附、固定霉菌毒素的主要机制：通过分子间作用力、静电吸附和表面吸附力将霉菌毒素分子结构中含有的极性基团（如氨基、羟基）或可极化基团（如苯基等）固定于SM 多孔结构中；同时呈刚性平面分子构造的霉菌毒素还可进入SM 的内表面，与其晶层内金属阳离子相互作用，使已固定的霉菌毒素不容易被解吸，形成稳定的霉菌毒素-SM 复合体，霉菌毒素的生物利用率降低，所形成的复合体可通过畜禽消化道排出体外。

1.3 吸附重金属 SM 利用其吸附性和阳离子交换性对饲粮重金属有吸附作用，可有效减轻重金属对畜禽造成的危害。Ivan 等[4]报道，膨润土可有效减少高铜饲粮（含棕榈仁饼副产品）条件下绵羊肝脏中铜的蓄积量，降低慢性铜中毒的发病率；Yu 等[21]研究表明，SM 能够有效缓解铅对后备母猪生长性能和激素分泌造成的不利影响。此外，SM 能够吸附水中的重金属，有利于防治水体重金属污染[22]，推测其在动物胃肠道中对饮水中重金属也有一定吸附作用，或许间接改善了畜禽饮用水品质。

1.4 修复和保护消化道黏膜 SM 是一种天然的黏液稳定剂，可与动物胃肠道黏液蛋白静电结合，增加黏膜厚度，促进胃肠黏膜上皮细胞增殖和黏液分泌，并能改善黏液的质量，例如增加内聚力、柔韧性；同时，由于SM 的黏塑特性，其晶体层与层之间能够滑动打开，在动物消化道内延展，可形成一层连续的保护膜[3]。研究证实，SM 能在肠道内有效吸附霉菌毒素、有害菌及其毒素等，减少有害物质对肠上皮细胞造成的损伤，保护肠道黏膜[1,23]；另外，饲粮适量添加SM 可提高动物肠道绒毛高度，降低隐窝深度，上调小肠Claudin-1、Claudin-5 和Occludin mRNA 的表达量[2,6,24]。

2 SM 与几种添加剂联用在畜牧生产中的应用

利用SM 的阳离子交换性，将二价银离子、二价铜离子等阳离子置换到SM 晶层间制备改性SM（如载银SM、载铜/锌SM），或者制备微量元素化合物与SM的复合物（如氧化锌-SM），发现它们具有很强的抗菌作用[13-14]，对霉菌毒素的吸附能力增强[25]，能够改善畜禽肠道健康，降低腹泻率，提高生长或生产性能[5,15]。李冬梅[26]以SM 为载体，利用细菌-SM 承载法制备了SM-枯草芽孢杆菌复合物，发现其体外抑制埃希氏大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、鸡白痢沙门氏菌和防止病原菌入侵Caco-2 细胞以及保护Caco-2 细胞膜完整性的作用优于枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌与SM 混合物；类似的，Cao 等[6]制备了嗜酸乳杆菌-SM 复合物，发现其在抑制肠道有害菌、改善断奶仔猪肠屏障功能和提高生长性能方面优于二者单独使用及它们的物理混合物。综上，推测SM 可能为益生菌“对抗”动物消化道中恶劣环境提供物理屏障，同时在肠道中将益生菌缓慢释放，有利于提高益生菌的功效。

Lillehoj 等[7]报道，SM、有机酸和可发酵纤维联用能有效缓解产气荚膜梭菌、艾美球虫对肉仔鸡造成的危害，显著提高平均日增重、降低腹泻率，其作用效果明显优于单独添加维吉尼亚霉素和SM。在断奶仔猪上的研究发现，SM 和酵母培养复合物能有效替代抗生素和氧化锌，改善仔猪生长性能，提高机体抗氧化和免疫功能[8]。本课题组研究表明，SM 和枯草芽孢杆菌对提高蛋鸡生产性能、抗氧化能力和肠道功能具有一定协同作用[24,27]；课题组最近的研究发现，SM-植物精油复合物和SM-有机酸复合物能够通过抑制肠道有害菌、维护肠黏膜屏障以及增强机体抗氧化、免疫功能来改善蛋鸡的生产性能和蛋品质[28]。

3 SM 在畜禽生产中应用的安全性问题

研究证实，SM 能够减轻霉菌毒素、重金属、有害菌等对动物健康和生产造成的负面影响[1,4]；同时，饲粮中添加SM 可提高畜禽生长或生产性能，改善产品品质，提升机体健康水平[2,27,29]，但SM 在动物饲粮中的应用也存在安全性问题。Zhao 等[29]报道，添加5 g/kg SM（等量替代基础饲粮中麸皮）会降低生长猪的平均日采食量（ADFI），显著降低血液锌、铜、镁含量，肝脏出现损伤；当添加量达到50 g/kg 时ADFI 显著降低，肝脏严重受损。王黎文等[30]研究指出，饲粮中添加10 g/kg SM 显著降低了奶牛的产奶量和乳品质；添加20 g/kg SM 有降低肉牛平均日增重和提高耗料增重比的趋势[31]。此外，Duan 等[32]研究表明，随着饲粮中SM 添加量（0～50 g/kg）的提高，断奶仔猪ADFI 和跖骨微量元素含量呈线性降低，耗料增重比呈线性提高。可见，饲粮中过量添加SM 会对动物机体健康和生产性能造成负面影响，其可能原因：①SM 的物理特性。SM 有膨胀性，其接触水后会形成面团状的黏稠结构物质，体积可增加数倍，降低了食糜在胃的流通速度，可能使动物有物理饱腹感，进而采食量减少。②饲粮养分含量及利用率。SM 不能为畜禽提供额外养分，而添加高水平SM 后会导致饲粮养分稀释，使动物不能获取足够养分；同时，SM 在肠道中可能会吸附部分养分（如矿物元素、维生素等），降低养分的利用率。③饲料的适口性。SM 含有氧化钙等物质，其接触水后产生放热反应，畜禽摄食时可能会引起口腔、舌部等灼伤感，降低饲料适口性。

Xia 等[15]研究表明，添加1.5 g/kg SM 不影响肉仔鸡的生长性能，且能改善肠道功能。本课题组研究发现，产蛋末期蛋鸡饲粮中添加1.2 g/kg SM 是安全的[2]。综上可知，不同动物及不同生产阶段饲粮SM 的安全添加量存在较大差异。Rychen 等[33]报道，SM 在畜禽饲粮中的推荐添加量为0.5～3.0 g/kg。总结国内外学者的研究结果（未攻毒的动物试验），综合考虑添加效果和经济效益，作者认为实际生产中家禽饲粮SM 适宜添加水平为0.5～1.2 g/kg；猪和牛饲粮中SM 适宜添加量为1.8～3.5 g/kg；成年动物饲粮SM 的添加量可适当高于幼龄动物。由于SM 的纯度、类型（如钙基、钠基）及其改性处理会影响其作用效果，养殖生产中确定SM的添加量时需要考虑以上因素；另外也需根据饲粮受霉菌毒素污染程度、养殖环境条件和季节等因素合理添加SM，以获得最佳生产效益。

4 展 望

目前关于SM 的研究主要集中于探究其作为霉菌毒素吸附剂的作用效果，因SM 能够吸附肠道有害菌，经适当改性后对有害菌和霉菌毒素等的吸附能力增强；另外，从实际生产角度探讨SM 在畜禽养殖中应用效果的研究比较少，今后尚需重点开展以下几方面的研究：①探讨SM 在不同动物及不同生产阶段饲粮中适宜的添加水平，为制定SM 在动物饲粮中的推荐添加量积累更多资料；②优化SM 的改性工艺，并探索新的改性方法，特别是复合改性，以增强SM 的抗菌和吸附性能，并通过体外、体内试验验证其效果；③研究不同动物饲粮中（改性）SM 替代饲用抗生素的应用效果和适宜添加量，并重点关注其调节肠道健康的作用及机制；④SM 与益生菌、有机酸或植物精油等联合应用，可能使它们在作用机制上互补、强化并整合各自的功效，有效地控制肠道中霉菌毒素、有害菌及细菌毒素等，调节肠道菌群、改善动物肠道健康，可进一步探讨SM 与微量元素、有机酸、益生菌或植物提取物等在动物生产中的联用效果，有针对性地制备SM 与其他添加剂的复合物，在复配时考虑抑菌、免疫调节等功效，不断探索安全、高效的动物肠道健康调节剂。随着替抗和复配研究的不断推进、深入，SM 及其复配产品将在未来养殖业中发挥更重要的作用。