红藻植物化学物质-沸石纳米复合材料作为饲料添加剂降低瘤胃甲烷排放的体外研究及其机理探讨

这篇研究通过湿法浸渍技术成功制备了红藻（Asparagopsis taxiformis）植物化学物质-沸石纳米复合材料（ZRN），并系统评估了其理化特性及对瘤胃发酵的影响。与离子载体莫能菌素（monensin）和天然沸石相比，ZRN展现出更高的阳离子交换容量（CEC）、比表面积及纳米级粒径分布（D90从334 nm降至46 nm），显著降低甲烷（CH4 ）产量达最低值（P=0.02），同时提升瘤胃pH值和微生物蛋白合成效率（PF）。研究为开发环保型反刍动物饲料添加剂提供了新策略。

　　

引言

全球温室气体（GHG）减排目标推动了对反刍动物甲烷（CH₄
）排放控制技术的探索。CH₄
的全球增温潜势远高于CO₂
，且导致2-12%的饲料能量损失。传统离子载体抗生素（如莫能菌素）虽有效，但存在残留风险。天然沸石因其高阳离子交换容量（CEC）和吸附性被广泛研究，但其天然形态的CH₄
抑制效率较低。本研究首次将红藻植物化学物质与沸石结合，开发新型纳米复合材料（ZRN），旨在通过增强理化性质实现高效甲烷抑制。

材料与方法

红藻采自地中海沿岸，经乙醇提取后与天然沸石通过湿法浸渍技术复合，超声处理获得ZRN。通过气相色谱-质谱（GC-MS）鉴定出27种活性成分，包括1,2-苯二甲酸、槲皮素等。理化分析显示ZRN的比表面积（SSA）和CEC显著提升，粒径分布从334 nm（天然沸石）降至46 nm。体外发酵实验以水牛瘤胃液为接种源，对比对照组、莫能菌素（40 mg/kg DM）、天然沸石（20 g/kg DM）及不同剂量ZRN（0.25-0.75 g/kg DM）的效果，测定产气量（GP）、CH₄
、有机物降解率（TDOM）及发酵参数。

结果

ZRN含高活性成分如苯二甲酸（抗菌）和槲皮素（抗氧化），其CEC达148 meq/100g，显著高于天然沸石（92 meq/100g）。SEM显示ZRN表面粗糙，EDX证实铜（Cu）元素的存在。体外实验中，ZRN线性降低GP（P=0.007）和CH₄
（P<0.05），最高剂量组CH₄
降幅最大，且TDOM无显著差异。瘤胃pH升高（P=0.04），乙酸比例增加（P=0.001），而莫能菌素组则以丙酸为主（P=0.018）。

讨论

ZRN的CH₄
抑制机制可能涉及多重途径：1）纳米级粒径和Cu元素增强抗菌活性；2）植物化学物质（如槲皮素）协同抑制甲烷菌；3）高CEC促进氢离子转移至乙酸生成而非甲烷合成。与莫能菌素不同，ZRN通过提升乙酸途径竞争性消耗H₂
，同时维持较高pH值，利于纤维降解菌生长。尽管未减少原虫数量，但其直接抑制甲烷生成的潜力显著。

结论

ZRN作为新型饲料添加剂，通过优化瘤胃发酵模式和微生物生态，实现CH₄
减排与能量利用效率的双重提升。其天然成分的安全性及纳米技术的增效作用，为反刍动物可持续养殖提供了创新解决方案。未来需进一步验证其在体内的长期效果及对生产性能的影响。