1 引 言 納米技術(shù)(nanotechnology)概念最早源于美國諾貝爾物理獎獲得者R．Feynman的著名演講《底層還有很大空間》，但當(dāng)時并未引起關(guān)注。直到1982年，掃描隧道顯微鏡問世，納米技術(shù)才被正式提出，并在以后的20多年中得到了飛速發(fā)展。納米技術(shù)就是在1～100 nm范圍內(nèi)對物質(zhì)進(jìn)行制備、研究和工業(yè)化以及利用納米尺度物質(zhì)進(jìn)行交叉研究和工業(yè)化的一門綜合性技術(shù)體系。納米(nm)是一種度量單位，1納米為10 -9米。當(dāng)微小粒子進(jìn)入納米量級時，顆粒表面結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生獨(dú)特改變，其本身就會具有表面效應(yīng)，小尺寸效應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)，由此可以產(chǎn)生許多與傳統(tǒng)材料完全不同的物理及化學(xué)特性，并在光、電、磁及生物活性等方面具備特殊功能，如低熔點(diǎn)、高比熱容、高膨脹系數(shù)、高反應(yīng)活性、極強(qiáng)的吸波性等，從而給不同學(xué)科領(lǐng)域帶來新的研究思路，為學(xué)科的交叉發(fā)展提供機(jī)遇，因而納米科技被視為21世紀(jì)的高新技術(shù)之一。 2 納米技術(shù)在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用 2．1在改良優(yōu)質(zhì)飼料作物方面的應(yīng)用 高品質(zhì)的飼料作物是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料的前提。當(dāng)前主要通過基因工程技術(shù)來改良飼料作物的DNA，由于基因片段和DNA的連接帶有隨機(jī)性，所以試驗(yàn)的成功率無法保證。納米技術(shù)的操控范圍已進(jìn)入基因尺度，利用納米技術(shù)先將DNA分解為單個基因，再根據(jù)需要進(jìn)行人工組裝，其成功率可大大提高。在不久的將來，許多克服了常規(guī)飼料不足并蘊(yùn)含著納米技術(shù)的飼料作物，如高賴氨酸玉米，低毒菜籽等飼料原料就會在飼料工業(yè)和畜牧業(yè)中得以應(yīng)用。 2．2在育種方面的應(yīng)用 納米技術(shù)結(jié)合轉(zhuǎn)基因技術(shù)在培育新品種方面取得了突破性的進(jìn)展。目前，在動物遺傳育種工作中常用轉(zhuǎn)基因技術(shù)來改造動物的基因組，改良動物的經(jīng)濟(jì)性狀，使其生長速度加快、瘦肉率提高、肉質(zhì)改善、飼料利用率提高和抗病力加強(qiáng)以及在短時間內(nèi)培育出新品種。常用的方法是用限制性內(nèi)切酶將所需的基因片段切下，再連接到目標(biāo)DNA上，由于基因片段和DNA的連接點(diǎn)通常是隨機(jī)的，所以試驗(yàn)成功的幾率都不同。而納米科技可先將DNA染色體全部分解為單個基因，然后再根據(jù)需要進(jìn)行組裝，轉(zhuǎn)基因整合成功率幾乎可達(dá)100％。同時，利用納米科技，只要操縱DNA鏈上少數(shù)幾個氨基酸密碼甚至改變幾個原子的排列，就可以培育出新性狀品種乃至全新的物種。 2．3在飼料加工方面的應(yīng)用 可利用資源的短缺是制約動物飼養(yǎng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率及轉(zhuǎn)化率和開辟新的飼料資源是目前最關(guān)鍵的問題。納米技術(shù)可以用于飼料資源的重新開發(fā)和利用。最常用的是超細(xì)粉體技術(shù)，是指制備與使用微米級、亞微米級或納米級粉體及其相關(guān)的技術(shù)。飼料制造采用此技術(shù)，將飼料原料顆粒粉碎到納米水平后再加工成顆粒料，這時納米級的飼料原料有很大的比表面積和孔隙率，動物攝食后，飼料與消化液的接觸面積比現(xiàn)在的飼料大數(shù)萬倍，可以提高畜禽腸胃吸收能力、吸收速度和吸收率。尤其對難溶性有效活性成分的利用有重要意義。Florence等已經(jīng)證實(shí)營養(yǎng)物質(zhì)顆粒大小是影響胃腸道對其吸收的一個關(guān)鍵因素。Jani等人研究證明，納米粒子在大鼠胃腸道的吸收有粒徑大小的依賴性，50 nm和100 nm粒徑的效果最佳。納米技術(shù)可將纖維素粉碎成單一葡萄糖和纖維二糖等，這為大量纖維含量高的飼料原料找到了另一條可利用途徑。對于一些非常規(guī)植物性飼料原料，如植物的花粉(孢子粉)、莖、葉和果都可以進(jìn)行納米化粉碎。植物的孢子粉如靈芝孢子粉，含有豐富的靈芝多糖、有機(jī)鍺、多肽、三萜及甾醇類等多種功效成分，能增強(qiáng)細(xì)胞的免疫水平，從而提高動物自身的免疫能力。但無論植物的花粉還是孢子粉，其單體都具有堅(jiān)硬的外殼，直接食用則因無法吸收，影響了這類原料的開發(fā)和利用。納米技術(shù)將植物花粉或孢子粉進(jìn)行充分的粉碎及破壁，使其有效成分得以充分的釋放，并可完全吸收利用。茶葉含有大量的蛋白質(zhì)、氨基酸和維生素等有機(jī)物以及多達(dá)幾十種動物所需的無機(jī)礦物質(zhì)元素。然而傳統(tǒng)的開水沖泡方法不能將茶葉的營養(yǎng)成分全部提取出來供機(jī)體吸收，一些難溶性或不溶性的成分，諸如VA、VK、VE及絕大部分蛋白質(zhì)、碳水化合物、部分礦物質(zhì)等仍留存于茶渣中。如果采用納米技術(shù)將食品級茶葉廢棄物加以利用，將茶葉進(jìn)行粉碎，制成納米級茶葉粉，其中的大多數(shù)營養(yǎng)物質(zhì)能夠直接被動物所消化吸收利用。據(jù)日本報(bào)道，在培育肥豬的過程中，加喂適量的綠茶粉末，可使“茶葉豬”肉的核酸含量增加20％，膽固醇含量降低10％，味道更加鮮美可口。茶末喂豬還可使豬的抗病性增強(qiáng)、育肥時間縮短(從斷奶至出欄約100 d)，成本低且無副作用。在動物性飼料原料中，血粉、羽毛粉由于含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)而被廣泛使用，但是按照傳統(tǒng)的方法添加，其利用價(jià)值不高。只有將血粉進(jìn)行超細(xì)粉碎，使血粉中的血紅蛋白細(xì)胞壁破碎，營養(yǎng)成分才能在動物體內(nèi)充分溶出而被充分吸收利用，同樣，將羽毛粉進(jìn)行納米處理后，含硫氨基酸等必需氨基酸將被充分釋放，有利于提高氨基酸的利用率，另外，甲殼動物殼體的提取物，如甲殼素，經(jīng)超細(xì)粉碎后，才能被充分釋放。 2．4在飼料添加劑方面的應(yīng)用 飼料添加劑是配合飼料的核心。由于其吸收率低和受利益驅(qū)動，常常超量添加，既增加成本又污染環(huán)境。制成納米添加劑后，因其具有較大的比表面積，強(qiáng)吸附性和高活性，極易被消化吸收，不僅能保證畜禽的快速生長，還可大大降低使用量。結(jié)合目前納米材料的發(fā)展現(xiàn)狀，短期內(nèi)最有可能大規(guī)模實(shí)現(xiàn)納米化的添加劑就是微量元素添加劑。在飼料添加劑方面，第一代是無機(jī)，第二代是有機(jī)，第三代是氨基酸螯合物，第四代微量元素添加劑將會是納米微量元素。無機(jī)微量元素的利用率較低，在30％左右；有機(jī)微量元素的利用率約為49 9／6；氨基酸螯合物的利用率約為65％；納米微量元素的利用率可以達(dá)到80％以上。因?yàn)榧{米微量元素可以不通過離子交換而直接滲透被吸收，從而大大提高了吸收的速度和利用率。目前研制的有納米硒、納米銅、納米鉻和納米氧化鋅。 2．5在提高畜產(chǎn)品安全及功能方面 抗生素添加劑和獸藥納米化后，具有緩釋性和靶向性，藥效大幅提高，使用劑量降低，很有可能解決人藥獸藥的交叉耐藥性問題和藥物殘留問題，保證了畜產(chǎn)品的安全性。研究表明，納米銅，納米硒等在動物體內(nèi)的利用效果非常好，而且有助于提高機(jī)體的生理機(jī)能。根據(jù)這一現(xiàn)象，我們把對人體有重要作用而普通食品中含量又十分有限的元素納米化后添加到飼料內(nèi)，通過過腹轉(zhuǎn)化，使畜產(chǎn)品成為對人類有重要作用的高營養(yǎng)價(jià)值食品，如富硒肉、高碘蛋等。另外有毒、有害物質(zhì)(重金屬、霉菌毒素、農(nóng)藥)一直是困擾飼料行業(yè)的一個難題，根據(jù)這些有毒有害物質(zhì)的理化特性，利用納米自組裝技術(shù)的納米吸附劑可對它們進(jìn)行高效、選擇性的吸附。目前已研制出針對重金屬鉛，鎘，砷，汞的納米吸附劑有 PBAN，CDAN，ASAN，HGAN，體外吸附率分別為99 9／6、95％、90％、84％；針對霉菌毒素B1、B2、G1、G2的系列納米吸附劑有ABIAN、AB2AN、AGIAN、 AG2AN，體外吸附率分別為99％、92％、96％、93 9／6；降低農(nóng)藥殘留的吸附劑有選擇性吸附有機(jī)氯和有機(jī)磷農(nóng)藥的吸附劑CPAN、PPAN，體外吸附率為95％、90％、97％。 2．6在飼養(yǎng)環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用 國家環(huán)?？偩值膱?bào)告指出，全國60％的養(yǎng)殖場缺乏必要的污染防治措施。畜禽排泄物帶來的土壤營養(yǎng)積累，水體污染及臭氣和有害氣體污染已經(jīng)成為畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。納米技術(shù)被認(rèn)為是緩解這一問題的一個重要途徑。納米技術(shù)的應(yīng)用大大提高了飼料的消化利用率，減少了糞便的排出量，減少了氮、磷的排出量，而減少了糞便中的氮、磷及有毒元素對土壤、水、氣等的污染，減少了抗生素的應(yīng)用及在環(huán)境中的殘留。此外，在畜舍建造和糞便處理上，也可使用一些納米材料，利用它們具有的光催化性，在陽光，尤其是紫外線的照射下，生成的氧和氫氧自由基有很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，可以與包括細(xì)菌在內(nèi)的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，生成COz和H2O，從而在很短的時間內(nèi)消除空氣中的惡臭。隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，納米環(huán)保的理念也會迅速形成，將在畜牧業(yè)的綠色革命中發(fā)揮重要的作用，也將為環(huán)境保護(hù)帶來突破性變化，為動物乃至人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)上的保證，產(chǎn)生不可估量的生態(tài)和社會效益。 2007年第12 2．7在疫病防治方面的應(yīng)用 長期以來，人們使用各種化學(xué)藥品來防治動物疾病，這易使畜禽產(chǎn)生藥物依賴性，并發(fā)生畜禽產(chǎn)品藥物殘留的問題，間接威脅人類健康，而綠色安全的中藥制品可以使這些問題迎刃而解，只是由于畜禽使用中藥存在用量大、成本高的問題，按傳統(tǒng)加工給藥方式難以解決低成本、高療效的矛盾，納米技術(shù)的出現(xiàn)，為中藥的應(yīng)用提供了一種嶄新而有效的手段。2000年，徐輝碧等提出納米中藥的概念，納米中藥是指運(yùn)用納米技術(shù)制造的粒徑小于100 nm的中藥有效成分、有效部位、原藥及其復(fù)方制劑。納米中藥可以使中藥物質(zhì)核100％破壁，使各種有效成分充分釋放，能大大改善或提高中藥的溶解度與生物有效性，納米中藥由于吸收速率高，產(chǎn)生療效快，對胃腸道刺激小，在臨床上就可以減少藥的用量，結(jié)合納米控釋技術(shù)進(jìn)行靶向給藥或?qū)⒛承┧幬镏瞥删忈寗┻€可以達(dá)到特殊的治療目的。目前主要應(yīng)用納米技術(shù)改造某些難溶性藥物或保護(hù)某些藥物的特殊活性，相信在克服了一定的技術(shù)問題后，如破壁的不同粒度的確定及檢測，納米技術(shù)將徹底改變中藥制備的現(xiàn)狀，使納米中藥在畜禽飼養(yǎng)中發(fā)揮其獨(dú)特的作用。 3 小 結(jié) 納米材料是人類的又一里程碑。納米技術(shù)可使傳統(tǒng)畜牧業(yè)產(chǎn)品被重新加工利用，把納米材料添加到傳統(tǒng)畜牧業(yè)產(chǎn)品中，可改進(jìn)或獲得一系列的功能，使產(chǎn)品更具市場競爭力。雖然納米技術(shù)越來越受到各國政府和科學(xué)家的重視，也已經(jīng)有部分納米產(chǎn)品走向了市場，但是，納米技術(shù)現(xiàn)在的發(fā)展水平也只處于起步階段，還很不成熟，存在許多問題，由于納米顆粒比表面積大，比表面能高，制備過程中極易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，使其失去應(yīng)有的功能，所以在納米級飼料或添加劑的大規(guī)模生產(chǎn)中，存在納米顆粒分散、表面改性的問題。所以我們應(yīng)該正視和重視納米技術(shù)在養(yǎng)殖業(yè)中的研究和應(yīng)用，利用納米技術(shù)為全社會提供安全、可靠的綠色畜禽產(chǎn)品，使我國有效的飼料資源得到充分的利用，最大限度發(fā)揮營養(yǎng)與保健功效，減少動物發(fā)病率。納米技術(shù)能對有毒有害物質(zhì)進(jìn)行吸收，減輕環(huán)境污染，穩(wěn)定了生態(tài)平衡，造福人類。相信納米這一新技術(shù)一定能為畜牧業(yè)的發(fā)展帶來廣闊的前景。 |
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