納米材料在動物營養中的作用模式及其在飼料的應用

蔡政忠

（莆田學院管理學院，福建莆田 351100）

納米技術是一種很有前途的新興技術，具有巨大的潛力。納米技術是將大分子轉化成納米分子的過程，在此過程中會改變基本物質固有的物理和化學性質，這些變化包括溶解度、吸收、轉運機制、排泄及重要的拮抗作用（劉孝天和劉濤，2016）。納米級材料的性能與更大尺度的材料有根本性的差異，這些變化在營養、診斷、治療、生物技術、疫苗生產、化學工業等各個領域都是可取的。

在畜禽飼養中，納米技術的應用主要以納米礦物質的形式存在，這一領域很重要，因為它通過減少二價陽離子間的拮抗作用來增加對微量礦物的吸收。這一新的策略可用于畜禽營養的有效吸收，以更好地利用飼料和其他營養物質。納米顆粒對健康和環境影響的研究是另一個值得關注的領域，本文綜述了納米材料的種類及其對動物生產系統的影響。

1 納米材料的種類及作用模式

納米材料根據其化學性質可分為無機、有機、乳液、分散體和納米黏土。無機納米顆粒包括納米級的無機成分，并已被批準用于飼料，如二氧化鈦，飼料著色劑可用于飼料包裝過程中的紫外線屏障。其對飼料和包裝工業的干預包括用于飼料包裝的納米黏土，用于水凈化的二氧化硅、鈣、鎂和銀納米顆粒等礦物質，抗菌包裝和飼料儲存（Al-Beitawi 等，2017）。有機納米顆粒包括蛋白質、脂肪和糖分子。有機納米顆粒通過改變飼料的功能，提高其營養價值，同時有機納米顆粒可以包裹營養物質，并通過胃腸道運輸到血液中，這些被稱為納米膠囊。因此，隨著生物利用度的提高，這些膠囊的目的是在不影響口味或外觀的情況下提供營養。作為封裝的納米材料，它們作為膠束、脂質體和生物傳感器、識別標記、延長貨架壽命劑和殺菌劑被納入飼料和飼料包裝系統。另一方面，納米乳可以通過將功能性飼料成分封裝在油/ 水界面或連續相中來穩定和傳遞活性成分（FSAI，2008）。

納米顆粒從胃腸道的攝取途徑有很多種，包括攝取、吸入途徑、口服或智能遞送到胃腸道。納米粒子在體內的吸收、分布、代謝和排泄依賴于其物理化學性質，如溶解度、電荷和大小。小于300 nm的顆粒可進入血液，小于100 nm 的顆粒可以進入各組織、器官（Hett，2004）。吸入的超細顆粒通過吸入途徑進入中樞神經系統，繞過血腦屏障。但它們與其他物質的反應會對健康和環境產生影響。近年來，生物功能化納米顆粒作為一種運輸和加工前的病原體清除劑已被廣泛應用于腸道治療。

2 納米技術在動物營養中的干預作用

納米技術在動物飼養中的應用包括使用不同的納米粒子在藥物管理、營養、益生菌和礦物質中應用。飼料添加劑等微量元素的納米顆粒可以滿足動物微量礦物質的需求。這類納米添加劑具有生物利用度高、劑量率小、與其他組分相互作用穩定等優點。由于其低劑量使用，可作為抗生素替代品作為生長促進劑，消除動物產品中的抗生素殘留問題，減少環境污染，生產無污染的動物產品（Schmidt，2009）。

2.1 納米材料的營養消化、利用及調控作用在綿羊試驗中，當給予1 mg/kg 的納米硒時，對血液成分的過氧化損傷有積極作用（Sadeghian 等，2012）。同樣，在公山羊中，以3% 的速度補充納米硒可以增加最終體重和平均日生長速度，全血、血清和組織硒濃度、血清抗氧化酶活性也隨著日糧中納米硒濃度的升高而升高（Li-Guang 等，2010）。日糧以納米鉻的形式補充200 μg 鉻可顯著降低豬血清葡萄糖、尿素氮、甘油三酯、膽固醇和非酯化脂肪酸水平，血清總蛋白、高密度脂蛋白、脂肪酶活性明顯升高，血清胰島素樣生長因子I 升高，血清胰島素和皮質醇水平明顯降低。納米鉻還對胴體特征、豬肉質量、骨骼肌質量、某些肌肉和器官中組織鉻濃度的增加有顯著影響（Wang和Xu，2004）。

在斷奶仔豬過渡階段（5 ～20 kg），添加20和40 mg/kg 的金屬銀納米顆粒作為抗菌劑和生長促進劑可使回腸內容物大腸菌群和產氣莢膜梭菌減少（Fondevila 等，2009）。在肉雞中與亞硒酸鈉相比，補充1.20 mg/kg 納米硒能有效地在體內沉積硒，添加0.15 ～1.20 mg/kg 的硒肉雞存活率、平均日增重和料重比均顯著提高（Hu 等，2012）。一項關于納米鋅的研究表明，與無機鋅相比，在肉雞基礎日糧中添加0.06 mg/kg 的納米鋅可改善免疫狀態和生物利用度。此外，不同濃度的氧化鋅納米顆粒也能抑制真菌毒素生長。因此，該方法可用于飼料處理，以減少霉菌中毒的潛在危害。以納米磷酸鈣替代50% 磷酸二鈣時肉雞的飼料轉化率最佳。Andi 等（2011）報道，由于離子銀對腸道有害細菌的影響，納米銀可以改善肉雞采食量、增重和飼料效率，從而改善腸道健康，提高營養物質消化吸收。

2.2 納米材料作為飼料添加劑 納米膠囊是精油、香精、抗氧化劑、輔酶Q10、維生素、礦物質和植物化學物質的載體，可提高這些活性物的生物利用度。包裹活性成分的納米顆粒如多酚、礦物質和微量營養素可防止氧化反應和異味。在食品工業中，脂質體納米囊泡用于包裹和釋放營養物質、酶、香料和抗菌化合物。同樣，納米添加劑也可被蛋白質或其他成分包裹。膠束是涂有一層薄的雙極分子的油小球，一端溶于脂肪，另一端溶于水，它們可以懸浮在水中，或者水可以封裝在膠束中，也可以懸浮在油中，如含有ω-3 魚油的納米膠囊，但味道不太好（Wen 等，2006）。

2.3 納米材料在飼料加工中的應用 納米尺度的粒子提供了一個非常大的表面積，其功能比宏觀尺度的結構有效。它們可用于封裝有價值的或功能性的飼料成分，以防止在飼料加工過程中丟失。納米技術已開始在功能性飼料的發展中獲得動力，功能性飼料能根據動物的需要有效地提供營養。“隨需應變”飼料研究工作正在進行，這種飼料可以潛伏在體內，并在需要時提供營養。這項技術的關鍵是在飼料中加入納米膠囊來傳遞營養。另外，在飼料中添加納米顆粒，使營養物質能更好的吸收。這種直徑為50 nm 的納米螯合物還有助于在不改變飼料顏色或味道的情況下更有效地傳遞維生素、番茄紅素和ω 脂肪酸等營養物質（Bunglavan 等，2014）。

3 納米材料的風險與管控

風險評估的4 個基本階段包括危害識別、危害表征、暴露評估和風險表征。高風險但接觸較少的物質可能比風險有限且長期接觸較多的物質的風險更小。因此，研究納米材料的性質和暴露時間是一個值得關注的問題。納米技術在動物營養方面的應用需要特別注意風險分析、監管政策和監管監督等工作。因此，需要及時評估這些新興應材料的技術、社會和政策影響。

4 結論

納米技術正在不斷發展，應用范圍也在不斷擴大，但研究還很有限。綠色合成法制備納米粒子是一種可行的化學合成方法，但仍需要大量的研究來支持其效率和生物安全性，避免對動物、人類和環境造成傷害。