کاربرد نانو اکسید روی در خوراک دام و طیور

کاربرد نانو اکسید روی در خوراک دام و طیور

احتمال می‌رود جایگزینی مقادیر کمی از نانوذرات ZnO (ZnO در ابعاد نانو) به جای دوز بالای ذرات اکسید روی رایج ( منظور ذرات اکسید روی در ابعادی غیر از نانو است که رواج دارد) در خوکچه‌های تازه از شیر گرفته‌شده، به کاهش آسیب‌های محیط زیستی کمک کند. در این مقاله قصد داریم، بازدهی نانوذرات Zno را با بازدهی ذرات  ZnO رایج در رژیم غذایی خوکچه‌های تازه از شیر گرفته شده، مقایسه کنیم.

عنصر روی یکی از متالوآنزیم و آنزیمی گوارشی به شمار می‌رود و از این رو در بدن جانوران عنصری حائز اهمیت است. اکسید روی (ZnO) به رشد کمک می‌کند و نیز از بیماری التهابی روده در خوکچه‌ها جلوگیری می‌کند. به رغم چنین مزیت‌هایی، به سبب قابلیت هضم پایین این ماده، استفاده از مقادیرزیاد اکسید روی، باعث افزایش دفع روی توسط حیوانات و آلودگی‌های محیط زیستی ناشی از آن می‌شود. با توسعه‌ی روزافزون فناوری نانودرچند دهه‌های اخیر، دستاوردهای جدیدی به منظور کاهش دوز ( مقدار مصرفی) اکسید روی برای خوکچه‌ها حاصل شده‌است. نانوذرات اکسید روی به دلیل، کاهش سایز( اندازه)، افزایش سطح تماس، افزایش پایداری شیمیایی (پایداری ترمودینامیکی) ، بهبود واکنش پذیری شیمیایی گزینه‌ی مناسبی برای رژیم غذایی جانوران محسوب می‌شوند.

از شیر گرفتن زودتر از موعد، باعث بروز اختلال در مراحل اساسی رشد خوکچه می‌شود. چنین اختلالی، سبب بروز مشکلات گوارشی، کاهش رشد، افزایش اسهال ، مرگ و میر و در نهایت تحمیل زیان‌های اقتصادی به صنعت خوک می‌شود. در دوهفته‌ی ابتدایی از شیر گرفته شدن خوکچه‌ها غالبأ اکسیدروی ( معمولأ با غلظت ۲۵۰۰ppm روی) در رژیم غذایی شان توصیه شده‌است. استفاده از این ماده( اکسید روی) به منظور پیش‌گیری از اسهال پس از شیرگرفتن خوکچه‌ها (نیزجلوگیری مرگ ومیر آنها) و در برخی موارد خیز (تورم بخش هایی از بدن) ناشی از  اشریشیا کلی ضروری به نظر می‌رسد. با کمک  اکسید روی توانسته‌ایم به طور قابل ملاحظه‌ای مانع از بروز بیماری در خوکچه‌ها بشویم و به این ترتیب بازدهی تبدیل خوراک را بهبود بخشیم. جذب کم ZnO (حدود ۸۰ درصد آن با مدفوع دفع می‌شود) و آلودگی محیط زیستی ناشی از آن،  باعث افزایش نگرانی‌های ناشی از اثرات نامطلوب بعدی و نیز میکروب‌های محیطی شده‌است.

منظور از نانوذرات روی چیست؟

دیده شده است در مواردی که اثر درمانی اکسید روی تأیید نشده باشد، برای کنترل عفونت‌E. coli ( منظور همان اشریشیا کُلی) پس از از شیرگرفتن، از آنتی بیوتیک‌ها کمک می‌گیرند، لیکن به دلیل تأثیر این گونه آنتی بیوتیک‌ها بر مقاومت ضد میکروبی استفاده از آن‌ها ممنوع است. با چنین شرایطی، آیا نانوذرات اکسید روی می‌توانند گزینه‌ی مناسبی برای رژیم غذایی به حساب آیند؟ نانوذرات اکسید روی، ذراتی با اندازه‌ی کمتر از ۱۰۰ نانومتر هستند که در صنایع شیمیایی و دارویی استفاده می‌شوند. این ذرات در مقایسه با ذرات اکسید روی رایج استفاده شده در رژیم غذایی خوکچه‌ها، سایز کوچک‌تر، تعداد ذرات در واحد جرم بیشتر و سطح ویژه‌ی بزرگتری دارند، همچنین، در سیستم‌های زیستی و شیمیایی واکنش پذیری بیشتری دارند. اثر چشمگیر خواص فیزیکوشیمیایی اکسید روی در رژیم غذایی جانوران را می‌توان با بررسی، میزان جذب مختلف در بدن جانوران و قدرت ضد باکتریایی توضیح داد. در نانوذرات اکسید روی، خواص فیزیکوشیمیایی را اصلاح می‌کنیم. این اصلاح (بهبود بخشیدن به خواص) شامل:۱) بهبود اندازه و شکل ذرات (۱۰ تا ۱۵ بهتر از ذرات رایج) ۲) افزایش سطح تماس با باکتری ها است. همچنین، پرلیکی ( تخلخل) بالا در نانوذرات، فعالیت ضد باکتریایی اکسید روی را دوچندان می‌کند. . مقادیر کم نانو اکسید روی می‌تواند جایگزین مناسبی برای دوزهای بالای اکسید روی رایج در رژيم غذایی خوک‌چه‌های از شیر گرفته شده باشد که  کاهش آلودگی‌های محیط زیستی نیز کمک می‌کند.

کاربرد و عملکرد مواد مغذی

پژوهش‌های متعددی برتری نانوذرات اکسید روی در مقایسه با اکسید روی رایج را در رژیم غذایی خوکچه‌ها نشان داده‌اند. همانطور که در جدول ۱ نشان داده شده‌است، پای و همکارانش(۲۰۱۹)، تأثیر نانوذرات اکسید روی بر رشد و بروز اسهال در خوکچه‌های از شیر گرفته شده را بررسی کرده‌اند.  با بررسی نتایج می‌توان دریافت، مکمل‌های غذایی اکسید روی نانویی و اکسید روی رایج، متوسط افزایش وزن روزانه (ADG)، متوسط مصرف خوراک روزانه(ADFI)، نسبت افزایش: خوراک (G:F) و ﻧﺴﺒﺖ ارﺗﻔﺎع ﭘﺮز ﺑﻪ ﻋﻤﻖ ﮐﺮﯾﭙﺖ در دوازدهه ( اثنا عشر) و تهی روده (ژزنوم) را بهبود می‌بخشند  و نیز باعث کاهش اسهال می‌شوند. نانوذرات اکسید روی ( در غلظت ۳۰۰ و ۴۵۰ mg/kg) در مقایسه با ذرات رایج اکسید روی (3000 mg/kg) عملکرد بهتری را نشان می‌دهد. مطالعه‌ی دیگری که توسط میلانی و همکاران (۲۰۱۷) صورت گرفت، نشان داد نانوذرات 60 mg/kg توان کافی را برای بهبود عملکرد در مقایسه با ZnO  3,000 mg/kg ندارند. در همین میزان ۶۰ ، قابلیت هضم مواد مغذی ( پروتئن و انرژی) گرچه به لحاظ آماری چشمگیر نیست، اما به لحاظ عددی در سطوح پایین تر از mg/kg 15 نانو اکسید روی (جدول 2 را ببینید) بهبود یافته است.

تأثیر نانوذرات اکسید روی بر شکل روده‌ی خوکچه‌های از شیر گرفته شده در شکل یک نشان داده شده‌است.  کاهش آسیب پاتولوژیک به پرزها در اثنی عشر، ژژونوم و ایلئوم ( درازروده ) با 450 mg/kg نانوذرات اکسید روی و 3,000 mg/kg اکسیدروی کاهش یافته‌است. ( نتایج نمایش داده نشده است). مکملی از ترکیب هر دو، 450 mg/kg نانوذرات اکسید روی و 3,000 mg/kg اکسید روی، ارتفاع پرزهای دوازدهه، ژژونوم و ایلئوم را افزایش داد. افزایش نسبت پرزها  (V) به کریپت (C) دوازدهه و ژژنوم در نانوذرات اکسید روی (450 mg/kg) در مقایسه با اکسید روی (3,000 mg/kg) به‌دست آمده است.

نتایج همچنین نشان می‌دهند، نانوذرات اکسید روی می‌توانند بر رشد مخاطی اثر بگذار و با افزایش سلول‌های اپیتلیال باعث بهتر شدن عملکرد روده شود. بدین جهت است که، نانوذرات اکسید روی با افزایش سطح جذب و نیز افزایش به‌کارگیری مواد مغذی باعث بهبود عملکرد رشد می‌شوند.

تأثیرات بر شمار ریزگان

تأثیر نانوذرات اکسید روی  (450 mg/kg) بر میکروب روده‌ی بزرگ خوکچه‌ها، با کاهش چشمگیر آلودگی اشریشیا کلی در کورروده یا سکوم، راست‌روده یا رِکتوم و کولون یا پس‌روده همراه بود. در کولون، میزان کاهش‌ نانوذرات  در مقایسه با اکسید روی رایج  (3,000 mg/kg) بارزتر بوده‌است. جز اینکه، تفاوت در میزان سالمونلا، لاکتوباسیلوس و باسیلوس در مقایسه‌ با رژيم های فاقد مکمل چشمگیر نبود. شاخص‌های ایمنی سرم نشان می‌دهند، نانوذرات اکسید روی (450 mg/kg) در مقایسه با اکسیدروی رایج  3,000 mg/kg در رژيم غذایی خوکچه‌ها، غلظت خون ایمونوگلوبولین A و سیتوکین های IL-6 و TNF-α را افزایش می‌دهد. این نتایج نشان می‌دهد، نانوذرات اکسید روی ممکن است با تغییر غلظت سرمی در آنتی‌بادی‌ها، خاصیت ضدالتهابی از خود نشان دهد. در پژوهشی مشابه، که توسط لی و همکارانش (2016) صورت گرفته است، نانوذرات اکسید روی می تواند با افزایش IgG سرم زمینه‌ی بهبود پاسخ ایمنی خوکچه های از شیر گرفته را فرآهم کند.

برخی از چالش‌های کار با نانوذرات اکسید روی در رژيم غذایی جانوران که باید پیش از آزمایش به آن توجه شود: تعیین مشخصات با متدهای آنالیز مناسب، وزن‌گیری صنعتی از نمونه‌های آزمایشگاهی، تعیین میزان ADME (جذب، توزیع، متابولیسم، دفع) و میزان سمی بودن برای حیوانات، اطمینان از ایمنی برای کارگران و محیط زیست، و رعایت مقررات و قوانین مرتبط.

به عنوان نتیجه می‌توان گفت، غلظت درستی از نانوذرات اکسید روی، به طور خاص 450 mg/kg، افزایش وزن، مصرف خوراک، نرخ افزایش به خوراک (ضریب تبدیل خوراک) را در مقایسه با 3,000 mg/kg اکسید روی رایج، بهبود می‌بخشد.

نانوذرات اکسید روی کمتر از 60 mg/kg نیز می‌تواند قابلیت هضم مواد مغذی را بهبود بخشد، اگرچه به لحاظ آماری چشمگیر نیست. نانوذرات اکسیدروی در مقایسه با ZnO رایج باعث بهبود جذب روی و کاهش دفع روی توسط مدفوع می شود. دفع روی توسط مدفوع و ادرار خوکچه‌های حاوی 450 mg/kg نانوذرات اکسیدروی در مقایسه با 3,000 mg/kg روی اکسید (به ترتیب 41/55 و 24/46 درصد) کاهش یافت. در مقایسه با اکسید روی رایج، مقادیر کمتر از نانوذرات اکسید روی می تواند اسهال را کاهش دهد، مورفولوژی روده را بهبود بخشد و میزان باکتری E. coli را در خوکچه ها کاهش دهد.