斷奶仔豬日糧中氧化鋅的抗菌作用

眾所周知，日糧中的氧化鋅可加快仔豬的生長，減少仔豬斷奶后的腹瀉。但其他形式的鋅為什么不能產生像氧化鋅那樣的作用呢？讓我們來了解氧化鋅的抗菌活性。

中圖分類號：S816.71 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2017）07-0055-06

斷奶時，仔豬腸道微生物菌群發生了改變，同時免疫系統尚未發育完善，病原菌如腸毒素性大腸桿菌（Enterotoxigenic E. coli，ETEC）很容易在仔豬腸道內找到適宜其增殖并定植的環境。這就會導致我們經常在仔豬斷奶后見到其發生腹瀉，同時伴有生長減慢（圖1）。

在飼料行業的所有添加劑中，以氧化鋅形式出現的鋅是一種極為常用的解決仔豬斷奶后腹瀉的辦法。人們廣泛認可的是，氧化鋅具有抗菌活性，同時最近借助深度測序和聚合酶鏈反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）擴增進行的研究得到了氧化鋅對斷奶仔豬腸道微生物藥理學劑量（3 kg/t）效應的新觀點。

氧化鋅對75種豬腸道細菌最小抑菌濃度（Minimal Inhibitory Concentration，MIC）的體外研究表明，根據細菌的分類起源無法對氧化鋅的細菌敏感性進行分類。

但是，氧化鋅對嚴格厭氧菌的MIC通常比對乳酸菌或腸毒素性細菌表現出更多的多樣性。氧化鋅的抗菌活性不能簡單地按革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌加以區分，它似乎是針對特定的細菌菌種。

研究表明，在離體條件下，高水平氧化鋅可抑制斷奶仔豬胃和空腸中細菌的生長，而乳酸菌比其他細菌對高劑量氧化鋅的抗菌活性更加敏感。

當給仔豬飼喂3 000 mg/kg的氧化鋅時，其腸道菌的多樣性提高，腸道桿菌、大腸桿菌群和乳桿菌屬細菌的數量減少（圖2）。

雖然我們對于氧化鋅對斷奶仔豬腸道微生物的作用有了更多的認識，但仍有一些問題尚未明白：

氧化鋅如何影響細菌的代謝和健康？

氧化鋅對仔豬腸道健康的積極作用是否僅源自于其抗菌活性？

所有來源的氧化鋅是否表現出相同的作用？

1 氧化鋅的作用機制

氧化鋅是一種非水溶性的化合物，在pH很低時可分離。由于消化系統發育尚未完善以及飼料的緩沖能力太高，幼齡仔豬腸道環境的酸度不足以完全分解氧化鋅。

氧化鋅一旦分解，溶解的鋅離子就會被釋放到胃腸道中。人們通常將氧化鋅的抗菌活性歸功于這些離子，即鋅離子與細菌體內氨基酸的相互作用，在抑制細菌的活性轉移上發揮一定的作用。

然而，如果氧化鋅的抗菌活性只局限于鋅離子，那么水溶性鋅（如磷酸鋅）的抗菌活性可能會更有效。

最近的研究證實了氧化鋅分子的一項特殊作用。在不同種類的細菌中，可溶性鋅離子對氧化鋅抗微生物活性的貢獻有所差異，且貢獻非常小：例如，在大腸桿菌的抵制作用中僅有15%的貢獻率（圖3）。

這就解釋了為什么在仔豬日糧中只添加藥理學劑量的氧化鋅而不使用其他形式的鋅化合物。目前有關氧化鋅對仔豬腸道健康的積極作用是否只來自它的抗菌活性還存在爭議。在大部分關于氧化鋅特殊作用的假說中，這種鋅源不僅在紫外光下而且在黑暗環境下均可產生活性氧簇（Reactive Oxygen Species，ROS），從而對細胞造成損傷。

ROS能夠誘導機體出現氧化應激，同時可造成細菌細胞脂膜的氧化；這種氧化作用可改變細菌膜的組成，因而部分解釋了病原菌（如大腸桿菌）對宿主細胞黏附作用減弱的原因。

細菌對上皮黏附作用的下降能夠阻止其分泌可引發腹瀉的腸毒素。

目前已經觀察到了氧化鋅添加劑對腸道形態的多種作用。

目前，氧化鋅抗菌活性的機制還未完全清楚，并且對不同靶細胞的作用機制也不同，但已經證實有特殊機制的存在。氧化鋅產品可提高仔豬腸道健康的機制也取決于氧化鋅粉末顆粒的化學特性。

2 并非所有氧化鋅都有相同的作用

目前有多種不同來源的氧化鋅（圖4）。使用標準化分析級微量元素獲得的結果不能完全歸因于飼用氧化鋅源，因為它們之間存在很大的差異。氧化鋅可用多種不同的原材料和生產工藝制成。

動物營養中所用氧化鋅產品的理化性質差異很大，這就解釋了為什么不同產品的生物利用率和抗菌效應各不相同。

納米級氧化鋅與體積較大的同一產品在抗菌活性上有顯著的差異，且可能在畜禽飼養上有更大的應用前景。

然而，在測試動物日糧中設計的納米級氧化鋅顆粒前，需要解決以下問題：產品特性和合適的分析方法，實驗室樣本的行業標度，動物的吸收、分布、代謝、排出和動物毒性研究，工作人員和環境安全性以及可依照的地方法規。

3 強化型氧化鋅

專利技術生產的強化型氧化鋅——HiZox就是專為動物營養開發出來的。

產品對氧化鋅的理化性質進行了改良：特定的顆粒大小和形狀以及較大的接觸表面積（比常規來源的大10～15倍），顯著增加了與細菌的接觸面。強化型氧化鋅粉末的多孔性增加了它的抗菌活性?？茖W研究證實，強化型氧化鋅具有調控仔豬腸道中和糞便內微生物菌群數量的作用。

體外細菌生長

由柏林大學指導的研究對比了HiZox和常規氧化鋅在抑制致病性大腸桿菌（有毛緣大腸桿菌PS79/K88/F4和PS7/K81/F18）生長上的作用。在中性（pH 6.5）和酸性（pH 4.6，腸道最低pH）條件下，HiZox對大腸桿菌具有較強的抑菌作用（圖5、圖6）。

腸道微生物群

在根特大學完成的一項研究中，Michiels（2006）測定了斷奶仔豬小腸中大腸桿菌和大腸桿菌群的數量。試驗仔豬分別飼喂4種試驗日糧中的1種：陰性對照（由標準ZnO提供的日糧鋅含量為110 mg/kg）、陽性對照（日糧ZnO含量為3 kg/t）、歐盟法定劑量HiZox（由HiZox提供的日糧Zn含量為110 mg/kg）和高劑量HiZox（由HiZox提供的日糧Zn含量為 220 mg/kg）。結果表明，用HiZox替代傳統的氧化鋅可減少小腸中的微生物數量（圖7）。

體內細菌生長

合理地控制仔豬腸道中的微生物不僅可減少病原菌的數量，而且可減少小腸中的細菌數量。Vahjen等（2012）在一項試驗中比較了HiZox和常規氧化鋅在抑制斷奶仔豬胃和空腸中細菌上的作用。結果發現造成小腸中細菌數量不同（圖8）的原因可能源自胃（圖9）。

糞便中大腸桿菌致病因子

在柏林大學進行的一項試驗中，Vahjen（2016）利用PCR方法分析了斷奶仔豬糞便中總腸球菌、腸道菌和大腸桿菌的數量。試驗仔豬分別飼喂4種試驗日糧中的1種：陰性對照（由標準ZnO提供的日糧Zn含量為110 mg/kg）、陽性對照（日糧ZnO含量為3 kg/t）、歐盟法定劑量HiZox（由HiZox提供的日糧Zn含量為110 mg/kg）和高劑量HiZox（由HiZox提供的日糧Zn含量為 220 mg/kg）。在陰性對照組中，超過一半的樣本為陽性，至少有其中一種大腸桿菌致病因子，而其他處理組中陽性樣本的百分比要低得多（圖10）。

糞便中的微生物群

Cho等（2005）在Dankook大學進行的一項研究中檢測了不同的氧化鋅劑量和來源對斷奶仔豬生長性能、營養消化率、各項血液指標、糞便微生物排泄量和糞便評分的影響。試驗仔豬分別飼喂4種試驗日糧中的1種：陰性對照（由預混料提供的日糧Zn水平為110 mg/kg）、陽性對照（日糧ZnO水平為3 kg/t）、2種劑量的HiZox（由HiZox提供的日糧Zn含量分別為200 mg/kg和300 mg/kg ）。

結果顯示，HiZox改變了糞便中乳桿菌/大腸桿菌的比值（圖11），從而可改善糞便評分和仔豬的生長性能。

4 結論

當前，有關減少仔豬日糧中抗生素和藥理學劑量氧化鋅的使用量的壓力越來越大。已知過量和延長使用氧化鋅帶來的負面影響有：肉質嚴重污染、營養拮抗、環境累積和細菌耐藥性等風險。

飼料配方師正尋找能夠減少仔豬生長的關鍵時期（如斷奶后）消化系統紊亂風險的飼料成分和飼料添加劑。在以預防的方式提高仔豬腸道健康和減小對非維持性應用的需求方面，HiZox與抗生素生長促進劑的替代品可以結合使用。

原題名：The antibacterial effects of dietary zinc oxide in weaned piglets（英文）

原作者：Valérie Kromm和Agathe Roméo（法國Animine公司）