Корма и кормовые добавки

03.01.2024

Как выбрать эффективный адсорбент для защиты от микотоксинов разной полярности

Микотоксины — это вторичные метаболиты плесневых грибов, которые образуются в кормах и продуктах питания при неблагоприятных условиях хранения. Микотоксины оказывают токсическое действие на животных и человека, вызывая различные заболевания и снижая продуктивность. Существует более 400 видов микотоксинов, из которых массово определяются в кормах в основном афлатоксины, охратоксин, зеараленон, фумонизины, дезоксиниваленол и Т-2 токсин. Одним из способов защиты животных от микотоксинов является использование адсорбентов — веществ, способных связывать микотоксины на своей поверхности и выводить их из организма.

Однако не все адсорбенты одинаково эффективны по отношению к разным микотоксинам. Эффективность адсорбции зависит от физических и химических характеристик как адсорбента, так и микотоксина.

Микотоксины подразделяются на гидрофобные, умеренно гидрофобные и гидрофильные в зависимости от содержания полярных и неполярных групп и связей в их молекулярной структуре. Правило «подобное растворяет подобное» гласит, что полярные молекулы лучше растворяются в полярных растворителях, а неполярные — в неполярных. Это же правило применимо и к адсорбции: полярные  молекулы лучше адсорбируются на полярных поверхностях, а неполярные — на неполярных.

До некоторого времени полярность органических веществ оценивали лишь качественно по их способности растворяться в воде. Полярные вещества легко растворяются в воде, неполярные — плохо или вовсе не растворяются в ней. Такой подход не позволяет провести количественную оценку полярности. Возможность количественной оценки степени полярности химических соединений появилась в 1951 г. после публикации фундаментальной статьи финско- шведского ботаника и химика Рунара Колландера о способности органических соединений распределяться в зависимости от их свойств между двумя несмешивающимися жидкостями с различной полярностью, в частности с октанолом (неполярная фаза) и водой (полярная фаза).

Органические соединения по степени полярности можно для удобства восприятия условно разделить на три категории: полярные (Log Pow < 1), умеренно полярные (Log Pow = 1–3) и неполярные вещества (Log Pow > 3). (Показатель Log Pow = 3 означает, что данное вещество в 103, или в 1000 раз, лучше растворяется в октиловом спирте либо в имитируемом им липидном окружении, чем в воде.) Таким образом, можно разделить известные нам микотоксины на три категории: гидрофобные (неполярные), дифильные (умеренно полярные), гидрофильные (полярные) (см. табл. 1).

Адсорбционная способность кормовой добавки СинерджиСорб® Детокс-мико в отношении микотоксинов разной полярности

Как правило, действие большинства коммерческих адсорбентов ограничивается одной из этих групп, однако для одновременной сорбции микотоксинов различной полярности эффективный адсорбент должен иметь сродство ко всем группам сразу, что значительно усложняет выбор универсальной добавки.

Кормовая добавка СинерджиСорб® Детокс-мико (Synergysorb® Detox-mycо) производится на основе модифицированного гидролизного лигнина и является 100% органическим адсорбентом. Природная способность лигнина сорбировать и удерживать на своей поверхности загрязнители многократно усилена применяемой технологией активации.

Гидролизный лигнин состоит из биополимеров: собственно лигнина и целлолигнина. Наличие в составе кормовой добавки таких разных по полярности (липофильности) полимеров объясняет сродство адсорбента как к гидрофобным (неполярным), так и гидрофильным микотоксинам (полярным).

Гидрофобность лигнина в составе кормовой добавки объясняет способность адсорбировать неполярные микотоксины, целлолигнин дифилен и способен удерживать микотоксины, которые относятся к полярным соединениям и могут растворяться в воде.

Адсорбция микотоксинов на энтеросорбенте СинерджиСорб® Детокс-мико объединяет два механизма: молекулярных сит и специфических межмолекулярных взаимодействий. Поры на поверхности лигниновых полимеров представляют собой селективные молекулярные сита, которые адсорбируют вещества, молекулы которых меньше или одинаковы с диаметром пор сита. Линейный размер молекулы микотоксинов, как правило, составляет от 10 до 20 Å.

Это означает, что молекулы микотоксинов не будут удерживаться в макропорах и практически не способны попасть в микропоры (см. табл. 2, рис. 1).

Рис. 1. Типы пор в частице адсорбента

Таблица 2

Классификация пор и характерные для них типы адсорбции

Первый механизм ответственен за избирательность и эффективность сорбции, тогда как за минимизацию десорбции отвечают специфические межмолекулярные взаимодействия. Другими словами, попавшая в подходящего размера пору молекула микотоксина претерпевает целый ряд супрамолекулярных взаимодействий, которые гарантируют ее прочное связывание и препятствуют десорбции.

Свойства поверхности лигниновой частицы играют чрезвычайно важную роль в сорбции микотоксинов. Оптимальная морфология поверхности (высокая доля мезопор c радиусом Dv(r) 20 Å), а также доступность этих пор делают гидролизный лигнин уникальным сорбентом, что играет чрезвычайно важную роль в сорбции эндо- и экзотоксинов, загрязнителей широкого спектра — низкомолекулярных и высокомолекулярных веществ, тяжелых металлов, радионуклидов и др. Это положительно влияет на микрофлору толстого отдела кишечника и на неспецифический иммунитет животного.

Поверхность лигниновых полимеров содержит полярные и неполярные функциональные группы, которые способствуют улучшенной сорбционной способности и селективности в результате специфических взаимодействий (водородных связей в случае полярных микотоксинов и гидрофобных взаимодействий и π-π взаимодействий (стэкинг) в случае неполярных микотоксинов).

Как следует из табл. 3, сами по себе межмолекулярные взаимодействия относительно слабы. Однако за счет множественности таких связываний они носят ярко выраженный кооперативный характер. В результате формируется прочное связывание наподобие застежки-молнии (рис. 2), где каждый зубец представляет собой единичное слабое взаимодействие.

Таблица 3

Типы межмолекулярных взаимодействий при адсорбции на Синерджисорб® Детокс-мико

Рис. 2. Кооперативный характер межмолекулярных взаимодействий по типу застежки-молнии

Механизм адсорбции проиллюстрирован на примере дифильного микотоксина (Т-2 токсина) на рис. 3. Как видно из рисунка, механизм адсорбции Т-2 токсина зависит от наличия определенных функциональных групп в его молекуле. В табл. 4 показано, какие именно функциональные группы микотоксинов способны вступать во взаимодействие с лигниновыми полимерами на поверхности СинерджиСорб® Детокс-мико.

Рис. 3. Механизм специфических взаимодействий молекулы Т-2 токсина в поре

Таблица 4

Функциональные группы, участвующие в связывании при адсорбции на Синерджисорб® Детокс-мико

Возможность направленно регулировать содержание целлолигнина и лигнина в составе энтеросорбента СинерджиСорб® Детокс-мико позволяет получить оптимальные адсорбционные характеристики (см. табл. 5).

Таблица 5

Эффективность адсорбции на Синерджисорб® Детокс-мико в зависимости от содержания лигнина и целлолигнина

Так, увеличение лигнина в составе Синерджи-Сорб® Детокс-мико способствует усилению адсорбционных свойств по отношению к водонерастворимым микотоксинам, тогда как увеличение содержания целлолигнина приводит к росту адсорбции дезоксиниваленола.

Важно, что ферментные системы желудочно-кишечного тракта животных не способны гидролизовать связи в структуре лигниновых полимеров, поэтому образующиеся в верхних отделах ЖКТ комплексы микотоксин–лигнин не подвергаются деструкции и полностью выводятся из организма. Кроме того, даже при длительном применении добавка не накапливается и не повреждает слизистые оболочки органов.

Таким образом, СинерджиСорб® Детокс-мико является надежным и безопасным средством для защиты животных от негативного воздействия микотоксинов различной полярности, присутствующих в кормах. Это подтверждено лабораторными испытаниями и практическим применением.

Количество показов: 436
Автор:  А. Гончар, зам. директора по научной работе СООО «СинерджиКом» А. Козинец, зав. лаборатории РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по животноводству»