仔豬飼料配方中氧化鋅的替代

◆作者：李升生 譯張津 校

◆單位：法國Ani mine公司

譯自：Ioannis Mavro michalis,2016,pigletnutrition notes.

氧化鋅產品作為仔豬腹瀉的傳統治療手段，在成為業內的共識之前事實上已經在實踐中應用很久了。1989年H.D.Poul sen博士在迪拜舉行的第40屆歐洲動物生產協會年度會議上公開宣布飼料中添加藥理劑量的氧化鋅可以明顯地阻止斷奶仔豬的腹瀉。緊隨其后，許多高校的學者開始對氧化鋅阻止腹瀉的效果進行驗證，其中絕大多數試驗的結果都是正向的。在Poul sen博士以及其他學者的研究之后，許多同行的試驗結果也均表明：雖然氧化鋅是一種有效的飼料添加劑，與其他的添加劑類似（包括抗生素），氧化鋅也不是100%有效，但是氧化鋅很快就成為一種控制斷奶后仔豬腹瀉的通用飼料添加劑，具有功效顯著，成本相對便宜并且實踐操作簡便等特點。

需要指出的是，在那段時間里，這些研究發現均是在抗生素廣泛地應用于仔豬日糧的基礎上得出的結論，所以這可以解釋為氧化鋅在抗生素應用的基礎上仍然發揮功效，或者說氧化鋅的作用機理并不僅僅是殺菌作用。盡管歐盟近年來已經成功地禁用了飼料中添加的抗生素，但仍然依賴于應用氧化鋅來控制仔豬斷奶后腹瀉以及改善生長性能，所以歐盟國家飼料禁抗的成功應該部分歸功于氧化鋅的應用。

1 高劑量氧化鋅應用帶來的問題

雖然普遍認為日糧中添加營養水平（不高于150 ppm鋅元素）的氧化鋅是安全的，但是藥理劑量應用的氧化鋅（接近3000 ppm鋅元素）不總是一直受歡迎，主要由于以下原因：

盡管氧化鋅能夠促進仔豬的健康并提高生長性能，但是鋅元素畢竟屬于重金屬，對多數活體生物甚至包括仔豬本身，都是有毒性的。根據美國國家研究委員會（NRC，1998）的建議，長時間應用含有過高濃度鋅的飼料（取決于鋅的來源）會引起動物產生中毒癥狀。由于仔豬飼料一般都是強化添加3000 ppm鋅濃度的氧化鋅來控制腹瀉以及改善生長，顯然會產生一些負面作用（正常仔豬日糧鋅的營養需要大約是100 ppm）。這些結論是基于一些未發表的數據以及重復性的觀測得出的，斷奶后飼喂3000 ppm鋅濃度的氧化鋅4周末結束時就會看到仔豬的采食出現明顯的抑制作用，尤其是對前期采食量較高的豬只影響則更加明顯。因此，鋅的中毒并不僅僅是與飼料中的鋅濃度有關，還受到仔豬在單位時間內鋅元素實際攝入量的影響。

然而氧化鋅在歐盟被限制使用的真正原因是由于鋅是一種重金屬元素，當豬場中富含鋅元素的糞便通過施肥進入到土壤中會被富集，所以土壤中高濃度的鋅（也可能由于養殖場儲水池廢水的溢出導致）被認定是環境污染物和健康危害物，因此歐盟才對飼料中藥理劑量氧化鋅的使用進行了嚴格的限制，但同時這也產生了一個“不小的問題”，那就是當仔豬從一個國家轉移到另一個國家的時候，比如當仔豬從丹麥（允許使用藥理劑量的氧化鋅）運輸到德國（禁止使用藥理劑量的氧化鋅）去育肥，經常會產生消化不良，甚至導致水腫等癥狀，這也是德國獸醫師們所面對的第一件要解決的程序性的工作。

近年來很多研究已經證明，長期暴露在高劑量氧化鋅環境下的微生物抵抗性會增強，例如抗甲氧西林金黃色葡萄球菌（M RSA）的產生等等。盡管這些信息還不是作為預警的性質，但確實使我們更加關注革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）金屬抗性基因的變化問題。

2 作用機理

大概機理總結如下：

氧化鋅調節腸道微生物區系，降低組胺的釋放進而預防腹瀉。同時氧化鋅也提高腸道類胰島素生長因子1（IGF-1）及其受體的表達來減輕斷奶仔豬相關的腸道損傷，通過調節腦腸肽的分泌來刺激采食，促進生長。

近年來的一些研究表明，藥理劑量的氧化鋅能夠調控胃和小腸近端主要微生物菌群的數量，最終乳酸菌和大腸桿菌受影響最大，這種菌群再平衡的調節有利于動物的腸道健康。目前尚不清楚氧化鋅是如何對腸道菌群進行調節的，特別是有時能夠觀察到乳酸菌受到抑制而大腸桿菌的數量升高的情況。

3 氧化鋅替代品

目前尚不完全清楚氧化鋅的作用機理，但是尋找有效的替代方案卻是迫在眉睫，本文列出一些當前氧化鋅替代品的使用現狀。

3.1 有機鋅

一些研究報道低劑量有機形式的鋅（通常是螯合形式）有時與高劑量氧化鋅的效果相當，但有的研究也并不與該結論一致，事實上采用低生物學利用率的氧化鋅和高的生物學利用率的氧化鋅飼喂小豬后的生長性能表現并沒有出現差異（表1）。正如李習龍（2010）綜述中所描述的那樣，氧化鋅的功效遠遠不只是滿足鋅元素的生理需求那么簡單。

表1 不同生物學利用率的氧化鋅來源對仔豬生長的影響

3.2 堿式氯化鋅（TBZC）

根據研究結果仔豬至少需要1500 ppm堿式氯化鋅來源的鋅才能與3000 ppm常規氧化鋅來源鋅的效果相比較（表2）。由于本研究是在添加抗生素的飼喂條件下得出的，是否無抗條件下二者的生長性能仍然如此有待于進一步觀測。然而即便是藥理劑量氧化鋅一半劑量的鋅，其毒性以及在環境的累積問題仍然無法解決。

表2 堿式氯化鋅（TBZC）與常規氧化鋅對仔豬生長的影響

3.3 包被氧化鋅

市面上有一些用脂肪包被工藝處理的氧化鋅的生產商宣稱其低劑量應用可以替代高劑量的氧化鋅，由于這里鋅的吸收不作為主要的問題考慮，如前所述，包被技術只是延遲了最終的吸收結果，很難將這一點與太多的生物學功效聯系在一起。也許包被技術預防了氧化鋅在胃內酸性環境下的溶解，然而事實上正是氧化鋅的這種不易溶解的特性（在腸道中性pH值條件下不溶）才賦予了它獨特的生理作用，并且斷奶仔豬胃內的pH值并不能與成年豬相比，所以我們并不認同所謂的大部分氧化鋅在斷奶仔豬胃內溶解的說法，但是所有這些假設仍然值得深入研究和探討。

3.4 多孔氧化鋅

利用礦物質有效的表面積與微生物接觸進而發揮其抑菌和殺菌的作用，這種方式不同于常規的通過研磨的手段來提高礦物質的表面積。例如，可以通過黏土礦物質的吸附（方法不成熟）或者創造一種多孔式的結構來達到，相比而言這種多孔式的結構更具有商業價值，不僅提供了標準化的可能，更重要的是可生產出比常規氧化鋅高出10倍以上的比表面積。Cho等（2015）表明這種多孔氧化鋅替代常規藥理劑量氧化鋅具有良好的效果，尤其是在斷奶后的前2周（見表 3）。

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表3 多孔氧化鋅能夠替代常規氧化鋅

3.5 納米氧化鋅

理論上講，超細研磨生產的氧化鋅可暴露更多的分子與胃腸道的微生物菌群發生作用。例如，常規氧化鋅每克約有4平方米的表面積，而納米氧化鋅的比表面積可以增加得更多，盡管數值變異非常大。同時納米氧化鋅的負面作用也很多，例如這些產品多來源于工業副產品，重金屬含量高，質量不穩定，變異很大，缺乏作為動物飼料添加劑的科學性較強的信息。此外，納米氧化鋅在歐盟從未被批準在動物飼料添加劑中允許使用，由于其與常規氧化鋅的粒徑相比納米顆粒的粒徑非常的小，其表面特性也與常規產品改變很大，其對生產工人呼吸系統的毒性，對動物呼吸道和消化道的影響，以及納米顆粒排泄到環境中對土壤微生物的影響都遠遠超過我們的想象，需要嚴格評估后才能決定是否可以應用。

4 歐盟法規下豬飼料鋅元素的未來趨勢

從2003年，歐盟將豬飼料中鋅元素允許使用的濃度上限從250 ppm（mg/kg全價飼料為基礎）下調至150 ppm，由于大多數飼料含有30～40 ppm天然形式的鋅元素，因此允許額外添加鋅源的濃度不高于110 ppm。對于多數豬飼料品種來說，這個添加水平已經高于生理需要100 ppm的標準了。然而在仔豬斷奶的特殊階段，這個添加標準并不能達不到其生理需求。根據歐盟條例1334/2003藥理劑量的氧化鋅（從2000 ppm 到4000 ppm）不允許在飼料中廣泛使用，同時歐盟又全面禁用了抗生素促生長劑在飼料中的應用，因此在面對仔豬出現腸道健康問題時顯得力不從心，最終從2005年又重新允許使用藥理劑量的氧化鋅，但是必須在有獸醫處方許可的前提下才可以使用。

值得說明的是，歐盟允許仔豬飼料添加不超過150ppm濃度的鋅元素，由于歐洲多數飼料企業都使用常規飼料級別的氧化鋅（72%鋅含量）作為鋅元素的來源，這一點與我國不同（我國多使用硫酸鋅和其他無機形式鋅作為鋅源），但獸醫開處方允許使用的藥理劑量的氧化鋅是藥理級別的氧化鋅（80%鋅含量），具有更高的純度和安全性（有害重金屬殘留量低），這點對環境至關重要，一方面具有動物生產的迫切需求與環境保護壓力的矛盾，所以規定了既然要用氧化鋅就要提高產品純度級別的要求，這一點與我國飼料法規中規定僅僅使用飼料純度級別（76%含量，有害重金屬殘留量很難得到保證）氧化鋅的做法有些不同。既然藥理劑量是氧化鋅應用的主要部分，那一些情況下如果必須要使用的話就應該保證這部分所應用氧化鋅產品的純度及有害金屬殘留以使得對環境影響盡可能的小，這一點值得我們政策制定者借鑒參考。

4.1 為什么要控制鋅的應用

如前所述，高濃度的鋅對活的生物體（動物，細菌和植物）都有毒性。對于生豬而言，如果飼料中鋅的濃度高于1000 ppm飼喂仔豬的時間多于4周就會對其機體造成影響；土壤中的鋅濃度如果高于100 ppm也對植物的生長顯現出毒性，此外土壤中鋅的濃度高于150 ppm時其中微生物的抗性便會展現出來。盡管動物鋅中毒的案例發生的不多，這也不是歐盟政策制定機構主要關心的問題，但是由于土壤的高鋅導致的“萎黃病”卻是歐盟政策制定機構所主要關心的問題，因為這可能是制約歐盟國家農業產量的關鍵因素，畢竟在歐盟，豬場的糞便是被要求必須施放在可耕種的農田里的。

4.2 什么是“萎黃病”？

鐵是植物葉綠素光合作用系統的重要組成部分，植物從土壤中吸收鐵元素，通常很少出現鐵缺乏癥，但是如果土壤中微量元素的過度沉積，比如銅（歐盟委員會限制應用的另一種礦物元素）和鋅都能與土壤中的鐵元素結合，最終導致植物很難吸收利用土壤中的鐵。不止于此，同時植物體內的鋅和鐵互相競爭吸收位點會進一步加重鐵元素的缺乏，最終植物不能合成足夠的葉綠素，外表變得灰白（學名萎黃病）。進而，葉綠素的缺乏削弱了植物的光合作用，降低了作物的產量，換句話說，在土壤受污染嚴重的地區，植物和谷物作物的產量會顯著降低。

據估計，從1973年至1983十年間，歐洲西部地區土壤中鋅元素的累積以每年0.41 ppm的速度遞增。考慮到歐洲當前最適合耕種土地重金屬元素沉積的嚴峻狀況，有人估計從現在起幾代人以后這些土地中的重金屬濃度將達到植物生長的中毒水平并不是不可能。甚至有人悲觀地預測，從當前比較適合耕作的土地到最終不能利用只需要80年左右時間，這就是為什么歐盟重新審視鋅（和銅）應用政策的主要原因。

4.3 斷奶豬和成年豬

目前在歐洲國家一般采用如下兩種高鋅日糧替代方案：一種是在比利時的應用方案，通過降低生長育肥豬日糧鋅的濃度來平衡仔豬斷奶階段日糧高劑量氧化鋅的使用，換句話說不是只關注于飼料中鋅的使用，而是關注養殖場中總鋅的排放，這種方式比較適合于從分娩到育肥出欄一條龍式的養殖場。另一種方式是利用一些氧化鋅的替代產品，這類產品可以用較低的劑量來替代藥理劑量的常規氧化鋅。顯而易見對于歐盟而言，鋅的確是一個問題領域，可以想象全球其他的生豬生產地區也面臨著同樣的問題，同時我們也可以預料到未來對氧化鋅應用的控制會越來越嚴格。我們建議動物鋅的需要量應該以“可消化形式”為基礎進行精確地評估，我們也應該持續探索更加“友好形式”的鋅源，例如使用生物學利用率較高的鋅源來滿足動物營養生理需求，以及使用保護工藝處理的或者多孔工藝處理的氧化鋅產品來改善斷奶仔豬的腸道健康。

4.4 氧化鋅中和仔豬飼料中的有機酸

一般認為當飼料中應用常規氧化鋅時，其系酸力顯著升高，因此必然要添加有機酸來平衡高系酸力導致的負面作用，或者考慮尋找常規氧化鋅的替代品來加以規避。當飼料中有機酸的添加量比較低時，比如每噸添加有機酸1到3公斤，實際上由于有機酸已經被中和掉了而使得添加變得毫無意義（除非氧化鋅和有機酸只是為了單一目的使用），這無疑增加了氧化鋅應用的隱形成本。

實踐中可以登錄網址（http://animine.eu/ABC4-calculator）計算日糧的系酸力，部分結果如下：（1）添加0.1%檸檬酸可降低飼料酸結合力值 56mEq/kg；（2）添加0.03%的氧化鋅提高飼料酸結合力值 48mEq/kg；（3）作為參考，建議飼料pH值為4時斷奶仔豬日糧的酸結合力值可調整為350mEq/kg較為合理。

反之，當用低劑量的常規氧化鋅替代品取代正常添加量的氧化鋅時會減少有機酸的消耗，可以節約不小的飼料成本空間，或者說節約下來額外的胃酸有助于動物消化其他需要酸解的飼料原料，例如高水平的豆粕等。如果日糧選用低劑量的常規氧化鋅的替代產品，由于其系酸力低，將會使得節約下來的有機酸提供非常強的抑菌和殺菌作用。截止目前，已經有越來越多的證據表明，提高有機酸的添加量會改善仔豬的生長性能。在歐洲一些國家，由于飼料抗生素促生長劑的禁用，實踐證明添加低水平的有機酸已經變得毫無意義，造成這種結果的原因是否由于當前的法規下依舊允許藥理劑量的氧化鋅的應用所導致的結果呢？如果真是如此，是否我們應該考慮在不增加有機酸添加量的前提下換成一些常規氧化鋅的替代品來充分發揮二者的協同效果呢？