李林儒 王金榮 高溫婷 喬漢楨 段二珍 黃 進

（河南工業(yè)大學生物工程學院，河南鄭州450001）

蒙脫石又稱膠嶺石、微晶高嶺石，膨潤土的主要成分，為細顆粒狀含水鋁硅酸鹽構成的層狀礦物。由于蒙脫石有強的吸附性、陽離子交換特性和大的比表面積，并且對動物無腐蝕性、毒性和刺激性，近年來在畜牧業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用。改性蒙脫石由天然蒙脫石運用物理或化學合成方法制得，改性過的產(chǎn)品分子層間距和比表面積增大，吸附作用更強大，故具有更高的生物學功能?？纱蟠蠼档蛣游飳︼暳现忻咕舅丶坝泻χ亟饘俚奈?，促進動物消化道健康，防治腹瀉，提高動物的生產(chǎn)性能。本文對改性蒙脫石在動物生產(chǎn)中的應用進行綜述，以期為改性蒙脫石在飼料中的進一步應用提供參考。

1 蒙脫石的結構及理化性質

蒙脫石由兩層硅氧四面體片夾一層鋁氧八面體片的“三明治”結構構成，顯微鏡下為不規(guī)則的片狀，主要成分為SiO2、Al2O3和H2O，有時也含有較高的MgO、Fe2O3、FeO，還存在不同含量的Ca、Na、K等元素離子。蒙脫石分子中存在著大量同晶置換，分子結構中間層晶格中的高價陽離子如Si4+、Al3+等易被更低價陽離子如Mg2+、Ca2+、Fe2+等置換出來，骨架中有剩余負電荷，所以蒙脫石的表面呈現(xiàn)穩(wěn)定的電負性，可吸附結合陽離子和其他極性分子。由于有層間域的存在，表面積大，并且表面有眾多的微孔，表面能也較大，故蒙脫石具有很強的表面吸附作用。蒙脫石具有膠體分散特性，可吸附8～15倍于自己體積的水量，吸水后可膨脹到自身原體積的30余倍[1]。

2 蒙脫石改性

由于蒙脫石分子結構以及荷電特性，使其容易使其他物質吸附于分子表面或插入分子層間區(qū)域，達到改善其生物學性能的目的。大量研究表明經(jīng)過人工改性后的蒙脫石具有更高的生物學價值。常見的改性方法有無機改性、有機改性和有機/無機復合改性。

2.1 無機改性

蒙脫石的無機改性主要利用蒙脫石的離子交換性，通過凝膠-溶膠插層反應來實現(xiàn)的。無機離子進入層間的晶格中，經(jīng)過進一步的脫氫、脫羥基等反應，形成穩(wěn)定物質[2]。無機改性蒙脫石的制備，一般是樣品先經(jīng)過酸活化，蒸餾水洗滌，將蒙脫石粉體以一定濃度稀釋溶液中，制成懸濁液，加入無機改性劑連續(xù)攪拌，使其充分反應，過濾得到的固體物進行烘干，得到無機改性的蒙脫石。常用于改性的陽離子有Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Al3+等，金屬離子進入蒙脫石層間，起到柱撐作用，增大了層間距，使其晶格吸附能力增強。經(jīng)過金屬離子改性后，表面正電荷數(shù)量增多，陽離子交換性能增強。如NaCl、CaCl2改性制得的鈉基、鈣基蒙脫石，增加了Al/Mg 和表面零點電荷（pHpzc）值，使得對于Pb2+、Cu2+、Cd2+等重金屬的吸附性能顯著提高[3]。經(jīng)過銅、鋅、鋁等金屬鹽改性的蒙脫石也可顯著地提高天然蒙脫石對于黃曲霉毒素B1(AFB1)、玉米赤霉烯酮(ZEN)的吸附率[4-6]。

2.2 有機改性

有機物質進入蒙脫石層間域，進一步增大蒙脫石分子的層間距，并增強其疏水作用，從而實現(xiàn)蒙脫石的有機化，加強與聚合物的結合能力。常見的有機改性劑有長鏈季銨鹽、胺類化合物、部分糖類等。蒙脫石樣品經(jīng)過純化，制成一定濃度的懸濁液，將一定濃度的改性劑溶液加入其中，在70～90 ℃下保溫攪拌1～3 h，過濾烘干研磨得到有機改性蒙脫石[7]。蒙脫石有機改性后可大大提高對霉菌毒素等有機物質的吸附能力，增強天然蒙脫石的生物相容性。經(jīng)季銨鹽改性蒙脫石可大大增強對于伏馬菌素的吸附作用，顯著地減輕毒素對實驗大鼠肝、腎的毒害作用，提高血液中抗氧化酶的含量，降低患癌的風險，并且對降低細胞毒性，促進細胞生長與增殖也有顯著作用[8-9]。

2.3 復合改性

復合改性是結合無機改性與有機改性的方法，制得復合型蒙脫石。通常先用金屬陽離子進行無機改性，然后在一定溫度下鍛燒，再加入一端具有親水性基團、另一端具有親油性基團的有機表面活性劑，使其進入層間。復合改性目前主要應用于吸附處理廢水中的有機污染物和重金屬元素。周躍花等[10]以鈉基蒙脫石為原料，采用十六烷基三甲基溴化銨和羥基鋁先后改性，對水中污染物苯酚和Cr6+的吸附去除率提高到了85.0%和94.7%。譚偉[11]利用殼聚糖和羥基鋁制得復合改性蒙脫石，發(fā)現(xiàn)其對污水中的著色劑酸性藍25和酸性綠25 以及Cr6+的吸附率明顯高于無機羥基鋁改性的處理。復合改性既提高了蒙脫石的離子交換性又增大了層間距，加之蒙脫石遇水膨脹，表面積進一步增加，故十分利于對廢水污染物的吸附脫除。

3 改性蒙脫石在動物生產(chǎn)中的應用

蒙脫石和改性蒙脫石及其制品在美國飼料中的添加量占到了2.14%，近年來在我國也逐漸開始應用。在動物生產(chǎn)中改性蒙脫石主要用于飼料中的霉菌毒素脫毒、吸附重金屬、防治動物腹瀉等，對提高動物生產(chǎn)性能與動物產(chǎn)品質量有顯著作用。

3.1 對霉菌毒素的脫毒作用

由于蒙脫石的電負性以及分子比表面積大、層間距離大的特點，具有良好的吸附作用，常用作飼料脫霉劑來吸附真菌毒素，尤其是有機改性后的產(chǎn)品吸附效果更好。體外研究表明，蒙脫石對AFB1較其他霉菌毒素的吸附效果更為顯著。在pH=3.0條件下，蒙脫石對AFB1 的吸附率達到88.00%,對ZEN 的吸附率為7.50%，經(jīng)過Na離子改性后的蒙脫石對AFB1的吸附率可達到100%[12-13]。姚志成等[14]通過納米改性和層間修飾改性蒙脫石，將濃度為1～2 mg/kg 的ZEN 體外吸附率提高到92.44%。在動物生產(chǎn)中，對于飼料中早熟禾鐮刀菌產(chǎn)生的T-2毒素以及其代謝產(chǎn)生的HT-2毒素，能夠顯著地降低其在肉雞器官和肌肉組織中的積累，可作為肉雞飼糧良好的解毒劑[15]。此外，添加改性蒙脫石可顯著地提高雞蛋的蛋黃指數(shù)和蛋殼厚度，提高母雞的抗氧化能力和免疫功能,顯著地提高肉雞的生長性能，降低其料肉比，達到利于機體健康，預防代謝紊亂的作用[16-18]。齊國友[19]研究發(fā)現(xiàn)，在嘔吐毒素(DON)含量較高的飼料原料噴漿玉米皮中，添加7‰有機多糖蒙脫石對DON的吸附率超過43%。

3.2 對重金屬的吸附作用

由于蒙脫石的電負性和層間離子交換特性，其能夠吸附多種重金屬元素，被廣泛地應用于污水的處理。對于畜牧業(yè)生產(chǎn)，也可顯著地減少重金屬在畜禽體內的積累，從而達到利于機體健康的目的。姜騰達[20]研究了在體外條件下，蒙脫石對于溶液中的Pb2+、Cu2+、Cd2+都有不同的吸附作用。十二烷基磺酸鈉(SDS)改性后的蒙脫石,其對Cu2+和Cd2+的吸附能力有明顯的提高，最大吸附量分別增加15.7%和15.5%[21]。同時改性蒙脫石可大大降低Cd2+對大鼠機體引發(fā)的毒副作用[22]。蔣廣震等[23]通過對福瑞鯉飼喂實驗，證明蒙脫石對于Pb2+在福瑞鯉的體內蓄積有顯著地抑制作用，且效果強于沸石及凹凸棒石。在綿羊飼糧中添加2%的以蒙脫石為主要成分的膨潤土可顯著地降低棕櫚仁粕對綿羊肝臟中銅的積累，降低銅中毒反應[24]。

3.3 防治動物腹瀉

蒙脫石最早應用于防治人腹瀉方面，尤其是針對嬰幼兒的腹瀉問題，蒙脫石散聯(lián)合藥物，對嬰幼兒腹瀉問題有著極好的治療效果。在防治動物腹瀉中，主要通過減輕應激反應、吸附胃腸道內有害氣體、黏附有害病原菌、促進腸道健康方面，達到防治腹瀉的效果。

3.3.1 減輕應激反應

畜禽在飼養(yǎng)環(huán)境劇烈變化時，免疫系統(tǒng)會激發(fā)應激反應，造成腹瀉。尤其是幼齡動物，往往胃酸分泌不足，消化道發(fā)育不完善，免疫功能較低，應激性腹瀉十分普遍。徐軍等[25]以SD大鼠為實驗對象，發(fā)現(xiàn)蒙脫石具有防治和治療應激性腹瀉的作用，可加快修復應激性胃腸道黏膜損傷,恢復腸道正常蠕動,控制胃內pH值而發(fā)揮作用。對于家畜生產(chǎn)也具有相同作用，蒙脫石作為一種飼料添加劑，可顯著地降低了斷奶仔豬的應激腹瀉。崔興龍[26]表明，高劑量蒙脫石對于仔豬腹瀉有著良好的治療作用，且治療效果優(yōu)于單獨使用10 mg/kg劑量的煙酸諾氟沙星肌肉注射治療的方法。林慧娟[27]用納米改性蒙脫石治療腹瀉的仔豬，總有效率可達到95%。

3.3.2 吸收消化道內的有害物質

蒙脫石可以降低引起腹瀉的多種毒素對機體的毒害作用，還可吸收消化道內的有害氣體。由于胃腸道的消化能力有限，當攝入的營養(yǎng)物質的量超過胃腸道的消化能力，飼料中含有的如尿素等成分，被胰蛋白酶分解，釋放出大量氨氣和二氧化碳等，損傷腸黏膜，造成腹瀉[28]。Opalinski S等[29]的研究表明以蒙脫石為主要物質的膨潤土可以顯著地在家畜體內吸收氨，減少消化道內氨的含量，減輕代謝氨對腸黏膜的損傷。對于反芻動物，給予泌乳的荷斯坦奶牛飼喂含有2.5%蒙脫石的飼糧，通過增加瘤胃蛋白質分解菌和可降解臭氣味物質的菌屬，減少了瘤胃纖維分解菌——弗式志賀菌屬的數(shù)量，減輕有害氣體對瘤胃的刺激，降低腹瀉作用[30]。王黎文等[31]在奶牛中添加0.5%的蒙脫石，表明其可顯著地增加乳脂率，乳蛋白率也略有提高，并且降低了奶牛血清中氨的含量，提高了奶品的質量。

3.3.3 對腸道病原菌的作用

病原微生物引發(fā)的腹瀉是最常見也是最嚴重的，常見的引起動物腹瀉的病原菌有：大腸桿菌、沙門氏菌及梭菌等，病原微生物在腸道中大量定殖，代謝產(chǎn)生大量的毒素和有害氣體，損傷機體與腸黏膜，造成腸道形態(tài)改變，水分吸收障礙，引發(fā)腹瀉。改性蒙脫石通過提高表面正電荷的數(shù)量，從而對表面存在陰離子的細菌靜電吸附能力大大提高，結合黏附病原菌，降低有害微生物在腸道內的定殖，提高腸道形態(tài)的健康水平來治療腹瀉。并且，作為一種飼料添加劑，還可有效的提高胃腸道黏液對各種病原菌的抵抗能力[32]。添加ZnO改性蒙脫石可治療斷奶仔豬的腹瀉，降低豬腸梭菌和大腸桿菌的數(shù)量，提高空腸黏膜的絨毛高度，還可減輕仔豬教槽料中高劑量鋅對環(huán)境的污染[33-34]。改性蒙脫石不僅促進家畜腸道健康，對家禽也具有相同作用。李靜等在肉雞日糧中添加0.2%載銅蒙脫石能顯著改善0～21日齡肉雞十二指腸黏膜形態(tài)[35]；陳繼發(fā)等[36]研究證明，在飼糧中添加0.9 g/kg鈣基蒙脫石不僅顯著提高了產(chǎn)蛋末期蛋雞日產(chǎn)蛋量和產(chǎn)蛋周期，并且提高蛋雞盲腸菌群的豐度。此外，對于水產(chǎn)動物也具有相同的有益效果，載銅蒙脫石可顯著提高羅非魚腸絨毛的高度和體內酶的活性，提高其腸道的健康水平[37]。由于改性蒙脫石可抑制有害菌屬在腸道內的定殖，促進腸道健康，增強動物的抗腹瀉和抗炎癥的能力，故可作為替代抗生素的新產(chǎn)品。

4 小結

蒙脫石由于其具有良好的層間架構，可以用作飼料添加劑來防治動物腹瀉，降低飼料中的霉菌毒素、重金屬等有害物質對動物的危害，從而提高動物生產(chǎn)性能與畜牧產(chǎn)品質量。但是，目前還需要在改進蒙脫石的改性方法、抗吸附營養(yǎng)作用、不同動物種類或生長階段飼喂量的確定、與其他添加劑配合聯(lián)用等方面需要更加深入的進行研究。蒙脫石作為防治腹瀉、促進畜禽健康的飼料添加劑，在未來有廣闊的發(fā)展前景。