黏土的作用機理及其在畜禽生產中的應用研究進展

■胡江旭 樸香淑

（中國農業大學動物科學技術學院動物營養學國家重點實驗室，北京100193）

長期以來，畜禽日糧中抗生素及氧化鋅的大量使用，不僅導致細菌耐藥性增強，還引起畜禽產品及環境中藥物殘留等問題，給人類食品安全和環境帶來不利影響[1]。黏土是一類含有堿金屬和堿土金屬陽離子以及少量其他元素組成的結晶水合鋁硅酸鹽復合物，含有鋁、鎂、硅、鍶、鋰、鈦、和鋅等多種元素，化學成分主要為SiO2、Al2O3和K2O[2]。黏土的層狀結構賦予了其較強的吸附性和離子交換等特性，同時也具有粒徑小和比表面積大等物理結構特征，在畜牧生產中作為霉菌毒素吸附劑而被廣泛應用，以緩解日糧中霉菌毒素對畜禽機體造成的損傷[3-5]。也有研究表明，日糧中添加不同類型的黏土如高嶺土、蒙脫石和絹云母等能夠改善斷奶仔豬或生長豬生長性能，緩解斷奶仔豬腹瀉，并提高仔豬營養物質表觀消化率和機體免疫力[6-8]。本文就黏土的種類、作用機理及其在畜禽生產中的應用進展進行綜述，為其科學推廣應用提供理論依據。

1 黏土概述

1.1 黏土的結構組成

黏土是一類含有堿金屬和堿土金屬陽離子以及少量其他元素組成的結晶水合鋁硅酸鹽復合物，主要由直徑小于2 μm 的細粒礦物組成[2]。最常見的黏土包括蒙脫石、伊利石、高嶺石、黑云母和斜發沸石等。這些黏土中分子呈三維立體結構排列，形成大量的內部空隙及通道，可吸附多種分子[9]。得益于這種特殊結構，黏土被認為是預防和消除多種有毒化合物所產生負面影響的簡單而有效的工具。

黏土存在有三種不同的結構：①在單一八面體片（主要是Al3+、Fe3+、Mg2+和Fe2+）和單一四面體片（主要是Si4+、Al3+和Fe3+）的夾層之間形成1:1的層型結構，四面體硅片和八面體鋁片以共價鍵的形式連接在一起，為鋁氧八面體層與硅氧四面體層以1:1 交替排列形成的層狀結構，以這種結構為代表的黏土主要有高嶺石、地開石和珍珠石，屬于高嶺土一族。②由單一八面體片（主要是Al3+、Fe3+、Mg2+和Fe2+）嵌入兩個四面體片（主要是Si4+、Al3+和Fe3+）的夾層之間形成2:1的層型結構，即為硅氧四面體層與鋁氧八面體層以2:1交替排列形成的層狀結構，以這種結構為代表的黏土主要有蒙脫石、伊利石、皂石、綠泥石、蛭石、水輝石和鋁膨潤石，屬于蒙脫石一族。③由一個SiO44-三維框架和AlO45-四面體通過共用氧原子連接而成的框架結構，沸石是屬于這種結構的代表性黏土[2]。

1.2 黏土的理化特性

黏土的結構和成分，賦予了其獨特的吸附性、離子交換能力、吸水膨脹性和膠體分散性等物化性能，可應用于農業、畜產、建筑、環境、美容和塑料等多種行業。

1.2.1 吸附性

黏土特有的晶體結構和堆積方式形成了大量的內部空隙及通道，層狀結構之間存在有空間，具有很大的內表面積，同時由于黏土晶體本身粒徑細小，比表面積大，能夠較好的吸附水分，吸水量能夠達到其本身質量的一半，因此具有很強的吸水性和較高的表面吸附能力[2，9]。此外，黏土結構單元層中存在陽離子異價類質同象置換現象，四面體層中Si4+被Al3+取代，而八面體層中Al3+被Mg2+或Fe2+取代，這就使得黏土晶胞像一個“大陰離子”，導致其表面帶負電荷，從而具有較強的陽離子吸附能力[10]。

1.2.2 陽離子交換能力

黏土結構單元層中因存在類質同象置換現象而使其表面呈電負性，為了補償其電荷平衡使晶體保持中性，則需要吸附環境中可交換的陽離子，發生離子交換作用，主要陽離子如Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Li+、H+和Al3+等，因此黏土具有較強的陽離子交換能力及靜電吸附能力[11]。

1.2.3 其他性質

黏土除具有吸附性和陽離子交換能力之外，還具有吸水膨脹性和膠體分散性等特性。黏土具有較強的吸水性，吸水后膨脹，即晶格底面間距增大，具有良好的含水保濕功效。同時，黏土在水中分散良好，可以解離成單個晶胞或以少量晶胞聚集體的狀態存在，晶胞本身帶負電相互排斥，因此在水介質中易分散而呈膠體狀態，還能防止光線直射[10-11]。

2 黏土的主要作用機理

2.1 對有毒有害物質的吸附作用

黏土本身具有的特殊化學結構賦予了它較強的離子交換能力和良好的吸附性能，能夠有效的吸附畜禽機體腸道內存在的多余水分、細菌代謝產生的毒素和重金屬等有毒有害物質，并使其隨糞便排出體外，從而凈化畜禽機體胃腸道生理環境，減少毒素對畜禽機體的損害，具有良好的增進畜禽機體健康和緩解幼齡畜禽腹瀉的作用[12]。黏土在畜牧生產中也常被用作霉菌毒素吸附劑，以減輕日糧中霉菌毒素對畜禽機體的傷害，維持畜禽正常的生長性能[13-14]。此外，黏土的吸附作用可降低食糜沿畜禽機體胃腸道通過的速度，延長營養物質在胃腸道中的消化停留時間，從而促進營養物質的進一步消化吸收，提高營養物質消化率[15]。

2.2 增強腸道黏膜屏障的防護作用

黏土由于其粒徑細小，比表面積大，帶負電荷等特點，可以通過與胃腸道黏液蛋白靜電結合來黏附在畜禽機體胃腸道黏膜表面上，增加黏液分泌量并改善黏液品質，提高黏液的內聚力和黏彈性，從而對胃腸道黏膜起到一定的保護和修復作用，增強機體胃腸道物理黏膜屏障，對細菌、毒素或兩者共同引起的胃腸道疾病具有一定的緩解作用，有助于增強畜禽機體的免疫力[16-17]。此外，黏土還能促進淋巴細胞的增殖，增加杯狀細胞的體積和數量，杯狀細胞是一種特殊的上皮細胞，它能在畜禽機體腸道內分泌產生富含半胱氨酸的黏蛋白，這種蛋白是黏液層的核心成分，而黏液層則是畜禽機體抵御腸道感染的第一道防線，從而進一步增強了畜禽機體腸道黏膜屏障的防護作用[7,18]。

2.3 改善畜禽機體消化道生理環境

黏土具有較強的離子交換能力，可以通過吸附畜禽機體代謝產物中的NH4+來調節胃腸道的環境特征，如調節胃腸道的pH 值或氧化狀態，影響特定細菌的生長，減輕畜禽機體中代謝產物對腸道細胞造成的損傷[19-20]。此外，黏土可以選擇性的黏附腸道內的病原微生物并將其排出體外，或以足夠的物理力撕裂細菌細胞膜，導致細菌細胞裂解、脫水以至滅活，具有改善調節畜禽機體腸道微生物區系平衡、增進腸道健康的作用[17,21]。黏土對畜禽機體腸道內胰酶活性也具有一定的增強作用，胰酶能夠通過結合在黏土表面上形成特定復合物，使其在畜禽機體胃腸道更廣的pH 值范圍內具有活性，從而促進畜禽機體內能量和蛋白的消化利用[6，22]。

2.4 黏土的營養價值

黏土本身含有豐富的礦物元素，如鋁、鎂、硅、鍶、鋰、鈦、和鋅等，黏土中所含的礦物質能夠溶解于弱酸環境中，在通過畜禽機體消化道的過程中，可釋放其中所含的礦物元素，直接被畜禽機體所吸收利用。微量元素是酶的重要組成部分，而酶在動物體內營養物質代謝過程中發揮著不可或缺的作用，由于黏土本身含有的礦物元素在動物機體胃腸道中不易被電解質絮凝，在機體營養物質消化代謝過程中可直接起到催化激活特定酶的作用，因此黏土在畜牧生產中也可用作飼料改良劑和新型飼料添加劑[23]。

3 黏土在畜牧生產中的應用

黏土因具有吸附、固定和陽離子交換等特性，在畜牧生產尤其是在養豬生產中的應用越加廣泛。很多研究表明，黏土在飼料脫霉、減輕仔豬腹瀉、提高生長性能和促進畜禽機體健康等方面都具有良好的效果。

3.1 黏土在養豬生產中的應用

3.1.1 提高豬的生長性能（見表1、表2）

表1 不同類型黏土對斷奶仔豬生長性能的影響(%)

表2 不同類型黏土對生長肥育豬生長性能的影響(%)

近年來，利用黏土提高豬的生長性能已成為動物營養與飼料領域的研究熱點。許多研究已經表明，日糧中添加黏土能夠在一定程度上改善斷奶仔豬和生長肥育豬的平均日增重和增重耗料比。為綜合評估黏土對斷奶仔豬和生長肥育豬生長性能的作用效果，本文總結了近年來不同類型黏土對斷奶仔豬和生長肥育豬在不同生長時期生長性能的影響。

多數研究表明，日糧添加黏土對斷奶仔豬生長性能有一定的促進作用。黃雪泉等[24]報道稱日糧添加0.1%蒙脫石散可顯著改善斷奶仔豬的平均日增重和增重耗料比。Trckova 等[6]研究發現日糧中添加1.0%高嶺土可顯著提高斷奶仔豬的平均日增重。Yan等[20]研究表明斷奶仔豬日糧中添加0.3%硅酸鹽黏土，能夠顯著提高仔豬平均日增重和增重耗料比。Zhao等[8]研究發現1.0%蒙脫石可顯著提高斷奶仔豬平均日增重、平均日采食量和增重耗料比，但同時也研究發現日糧添加高劑量（5.0%）蒙脫石會對仔豬產生不利影響，降低仔豬生長性能，并對仔豬肝臟造成一定程度的損傷。本實驗室研究了伊利石在斷奶仔豬日糧中的應用效果，發現日糧添加0.4%伊利石可顯著提高斷奶仔豬平均日增重和增重耗料比，對平均日采食量的影響則差異不顯著[25]。

此外，也有研究報道稱日糧中添加黏土對斷奶仔豬的生長性能沒有顯著影響，Song等[17]研究發現日糧中添加0.3%或0.6%蒙脫石對斷奶仔豬生長性能均無顯著影響，Xia等[21]報道稱斷奶仔豬日糧中添加0.15%蒙脫石對其生長性能無顯著提高作用，Duan等[26]研究發現0.5%或1.0%蒙脫石對斷奶仔豬生長性能均無顯著改善效果。這些研究結果之間的不同可能歸因于黏土的類型、產地、添加劑量和黏土的物理化學結構特征等方面的差異[27]。

黏土對生長肥育豬生長性能影響的研究結果不盡相同。Prvulovic 等[28]研究表明，生長豬日糧中添加0.5%斜發沸石可有效改善其平均日增重和增重耗料比，但在肥育階段無顯著改善效果。楊榮芳等[29]研究發現0.15%納米載銅蒙脫石可顯著提高生長肥育豬增重耗料比，但對平均日增重和平均日采食量均無顯著影響。Yu 等[30]研究表明，日糧添加0.5%蒙脫石復合物可顯著提高生長豬平均日增重、平均日采食量和增重耗料比，提高幅度分別為8.97%、3.90%和4.76%。Li 等[7]也研究報道稱0.5%絹云母能夠顯著增加生長豬平均日增重和增重耗料比，而對采食量無顯著影響。此外，楊雪等[31]研究表明日糧中添加2.0%凹凸棒黏土或2.0%熱改性凹土對生長肥育豬生長性能均無顯著影響。Chen 等[32]報道稱0.5%黑云母對肥育豬生長性能沒有顯著改善作用。Yan 等[33]也研究表明，0.3%或0.6%硅酸鹽黏土對生長肥育豬生長性能均無顯著影響。Alexopoulos等[34]研究表明，日糧添加2.0%斜發沸石可顯著提高斷奶仔豬平均日增重，但對肥育階段無顯著改善效果。

3.1.2 緩解斷奶仔豬腹瀉

黏土在養豬生產中的另一個普遍應用是緩解斷奶仔豬腹瀉。近年來，黏土已被廣泛應用于斷奶仔豬日糧中，以緩解仔豬因斷奶應激而造成的腹瀉疾病。Song 等[17]研究表明，日糧中添加0.3%或0.6%蒙脫石能顯著減少斷奶仔豬腹瀉的頻率。Xia等[35]研究發現日糧中添加0.2%蒙脫石可顯著降低仔豬腹瀉率。在預防仔豬腹瀉方面，黏土可以起到與氧化鋅相同的效果。毛俊舟等[36]通過比較凹土納米氧化鋅和高劑量氧化鋅對斷奶仔豬的飼用效果，發現日糧添加700 mg/kg 凹土納米氧化鋅可顯著減少仔豬腹瀉，作用效果和3 000 mg/kg氧化鋅相當。Hu等[37]對比了蒙脫石氧化鋅復合物和氧化鋅在斷奶仔豬上的應用效果，結果表明500 mg/kg 蒙脫石氧化鋅復合物能夠顯著降低仔豬腹瀉率，作用效果和2 000 mg/kg 氧化鋅相當；同樣，在隨后的研究中，Hu等[38]也發現，日糧中添加600 mg/kg 或900 mg/kg 沸石氧化鋅復合物均可顯著降低仔豬腹瀉率，能夠替代2 250 mg/kg 氧化鋅。黏土在治療斷奶仔豬腹瀉的過程中，不會產生類似于抗生素的耐藥性問題，同時能夠減少高劑量氧化鋅對仔豬產生的重金屬殘留等毒副作用，是良好的藥用抗生素和氧化鋅的潛在替代品。

3.1.3 減輕畜禽日糧中霉菌毒素的毒副作用

霉菌毒素是由生長于谷物及飼料中的真菌產生的有毒次級代謝產物，對人和動物的機體健康都有嚴重的負面影響。黏土在畜牧業生產中常用作霉菌毒素吸附劑，它能夠有效的阻止動物消化道腸壁對霉菌毒素的吸收，減輕日糧中霉菌毒素對人和動物的毒性。史瑩華等[39]研究發現，日糧添加0.1 mg/kg黃曲霉毒素B1顯著降低了生長豬平均日增重和增重耗料比，而在此基礎上添加0.3%蒙脫石則有效降低了黃曲霉毒素B1在豬體組織中的殘留量，同時顯著改善了豬的生長性能。Wang 等[13]研究表明，斷奶仔豬飼喂含玉米赤霉烯酮的日糧會顯著降低其生長性能，而在此基礎上添加0.2%蒙脫石可有效緩解玉米赤霉烯酮帶來的負面影響，顯著改善仔豬平均日增重和增重耗料比。姜淑貞等[3]也研究發現，日糧中含有1 mg/kg玉米赤霉烯酮能夠誘導斷奶仔豬的免疫毒性，而在此基礎上添加0.2%或0.4%改性蒙脫石則具有顯著的脫毒效應。玉米赤霉烯酮能夠與雌激素受體競爭性結合，可能導致后備母豬子宮肥大，甚至造成母豬不孕、流產和繁殖障礙，而有研究報道稱日糧中添加蒙脫石等不同類型黏土可顯著降低飼喂含玉米赤霉烯酮日糧母豬的陰戶長度、寬度和面積，有效緩解日糧中玉米赤霉烯酮對母豬生殖器官造成的損傷，改善母豬的繁殖性能[13，40-41]。

3.2 黏土在家禽生產中的應用

黏土在家禽日糧中也能起到比較好的應用效果。王芳等[42]研究表明，肉仔雞采食霉變花生粕日糧后生長性能和免疫功能均顯著降低，添加0.2%蒙脫石后其平均日增重、平均日采食量和血漿蛋白含量均得到顯著提高。李娜等[43]研究發現，日糧中添加1.5%載銅凹凸棒黏土對于預防和治療雛雞白痢具有良好的效果，能夠顯著降低雞白痢沙門菌對機體的損傷。李俊營等[44]研究表明，0.15%載鋅納米蒙脫石可顯著提高蛋雞產蛋率，提高幅度為8.54%。陳繼發等[45]也報道稱900 mg/kg蒙脫石可顯著提高產蛋末期蛋雞的日產蛋量，有利于延長產蛋周期。王雨雨等[46]研究表明，日糧添加1.0%凹凸棒石黏土可顯著提高櫻桃谷肉鴨的屠宰性能，改善其肌肉品質，具體表現為肉鴨胸肌率、腿肌率和瘦肉率顯著提高，胸肌和腿肌滴水損失顯著降低，肌肉抗氧化能力顯著增強。謝慶等[47]研究發現黃曲霉毒素顯著降低了肉鴨的生長性能和免疫功能，日糧添加0.2%蒙脫石吸附劑可有效緩解黃曲霉毒素的負面影響，顯著提高肉鴨的平均日增重、平均日采食量和血清免疫球蛋白含量，且效果優于酵母細胞壁吸附劑。

3.3 黏土在反芻動物生產中的應用

黏土同樣適用于反芻動物生產中，Biswas 等[48]研究了高精料日糧中添加伊利石對韓牛甲烷排放和瘤胃發酵參數的影響，體外和體內試驗結果均顯示，日糧中添加1.0%伊利石能夠顯著提高韓牛瘤胃中揮發性脂肪酸產量，同時顯著降低瘤胃中產甲烷菌數量和甲烷產量，對飼料在瘤胃中的發酵具有一定的促進作用。Liu等[49]也報道稱伊利石具有很強的甲烷吸附能力，在減少反芻動物甲烷排放方面具有一定的潛在效果。Katsoulos 等[50]研究表明，長期在精飼料中添加2.5%斜發沸石可顯著增加奶山羊三胎和四胎羔羊的初生重，同時顯著提高山羊乳的乳脂率。林嘉等[51]研究稱日糧中添加4.0%膨潤土能夠顯著提高舍飼山羊的平均日增重，對飼料轉化率也有一定的改善效果。此外，黏土因具有較強的吸附性和離子交換效應，在反芻動物消化道內能選擇性吸附氨氣、二氧化碳和硫化氫等氣體，減少有害氣體向環境中的排放。同時黏土能夠通過吸附動物體內多余的氨來降低胃腸道內液體氨的濃度，從而提高氮的利用率，對于因日糧補充尿素而造成的反芻動物氨中毒現象也能起到一定的預防和緩解作用[11]。

3.4 黏土在水產動物生產中的應用

黏土在水產動物生產中的應用研究相對較少，胡彩虹等[52]研究表明，日糧添加0.15%或0.20%載銅蒙脫石均可顯著降低尼羅羅非魚腸道細菌數量，同時顯著提高干物質、粗蛋白質和粗脂肪的表觀消化率及腸組織蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性，腸道形態也得到了顯著改善。董靜等[53]研究發現，日糧中添加3.0%凹土能夠顯著降低飼料溶失率，提高飼料在水中的穩定性，同時能顯著降低鉛污染水質中克氏原螯蝦肌肉中的鉛沉積量，并對其生長性能無負面影響。

4 小結

綜上所述，諸多研究已證實黏土具有提高畜禽生長性能、緩解幼齡畜禽腹瀉、增進畜禽機體健康、減輕日糧霉菌毒素對畜禽機體的損傷及減少畜禽有害氣體排放等作用，具有減少飼用抗生素和藥理劑量氧化鋅使用的潛力。黏土在畜禽生產中的應用已取得較大的進展，但由于其種類較多、組分復雜，針對不同生長階段不同畜禽的飼用效果變異較大，最適添加劑量尚未有明確報道，深層作用機理仍尚不清楚，這些問題均有待進一步深入研究解決。