06.05.2019
Защищенные формы микроэлементов в концепции современного корм
Интенсивное развитие птицеводства диктует новые требования к балансу питательных и биологически активных веществ в рационе высокопродуктивных пород и кроссов. Сегодня качество кормов, премиксов и продуктов животноводства выходит на передний план. Поэтому традиционное использование неорганических минералов в составе премиксов подвергается ревизии и все больше внимания уделяется применению защищенных форм микроэлементов и природного селена.
Введение в премиксы неорганических минералов несколько десятилетий назад стало серьезным прорывом в науке о кормлении животных. Однако их агрессивное поведение в составе премикса часто является причиной снижения активности витаминов, в то же время ряд солей микроэлементов (МЭ), взаимодействуя друг с другом, образуют нерастворимые соединения. Наглядным примером является образование йодата меди. Из этого соединения птица не может усвоить ни йод, ни медь.
Новые исследования о механизмах всасывания и метаболизма МЭ в организме человека и животных, так же как и достижения в области биотехнологии производства природных минералов, позволяют предположить, что в будущем применение их неорганических форм будет сведено к минимуму. Органические МЭ — естественное решение проблемы минерального питания сельскохозяйственных животных, в том числе и птицы, и сегодня ему нет альтернативы. С точки зрения повышения биологической доступности, как мы указывали ранее, интересны так называемые органические формы МЭ, представляющие собой соединения МЭ с аминокислотами и пептидами (протеинаты микроэлементов). По данным разных исследователей, их биологическая доступность значительно превосхо-дит доступность неорганических солей МЭ.
Микроэлементы в организме. В теле животных МЭ обнаруживаются главным образом в связанной с белками форме. Это предотвращает их участие в различных реакциях и нежелательное взаимодействие.
Важными элементами фермента супероксиддисмутазы являются медь, цинк и марганец. Они играют решающую роль в антиоксидантной защите организма. Цинк входит в состав свыше 300 различных ферментов и участвует в регуляции основных метаболических процессов. Включение в рацион птицы неорганических микроэлементов восполняет дефицит этих веществ лишь на время. Более эффективное решение данного вопроса — создание их природных форм (протеинатов, хелатов).
Селен в организме животных функционирует как составляющая более 25 селенопротеинов (основная его форма — селенометионин). Он осуществляет эффективную связь различных антиоксидантов.
Оптимизация форм и доз цинка, меди, железа, марганца и селена требует особого внимания. В этой связи более детального рассмотрения заслуживает проблема использования хелатированных форм и протеинатов переходных металлов.
Взаимодействия, в которые вступают ионы металлов в процессе всасывания, хорошо изучены. В частности, доказано, что фитиновая кислота образует комплексы с переходными металлами, включая цинк, медь, железо и марганец. Это приводит к существенному снижению всасывания этих элементов. Полифенолы, некоторые сахара и клетчатка также способны связывать ионы металлов в пищеварительном тракте животных и человека. Кроме того, антагонистическое взаимодействие присуще и самим ионам металлов со схожей электронной структурой и валентностью. Например, железо, марганец и кобальт соперничают друг с другом в процессе их всасывания. При низком потреблении железа всасывание марганца и кобальта усиливается из-за снижения конкуренции в местах их связывания и адсорбции. Следует особо отметить, что наибольшие потери металлов в желудочно-кишечном тракте происходят в результате реакции гидроксиполимеризации.
Химические особенности металлов влияют на эффективность их всасывания. Основные металлы можно разделить на две группы. Первую представляют металлы, которые хорошо растворяются при различных величинах рН. Это натрий, кальций, магний и др. Вторая группа — металлы, вступающие в реакции гидроксиполимеризации, их также называют гидролитическими металлами. К ним относят алюминий, марганец, цинк, медь и железо. Эти металлы легко растворимы в кислотной среде (например в желудке моногастричных животных). Однако при подщелачивании среды в тонком кишечнике молекулы воды, с которыми они связаны, быстро теряют протоны с образованием гидроксисоединений для поддержания своеобразного равновесия. Это часто приводит к полимеризации металлов, после чего они выпадают в осадок и их всасывание становится невозможным.
Следует подчеркнуть, что существуют механизмы, еще более усложняющие этот процесс. В ходе пищеварения питательные вещества содержимого кишечника, включая гидролитические металлы, направляются к ворсинкам тонкого кишечника. На своем пути они должны преодолеть так называемый несмешивающийся водный слой толщиной примерно 600 мкм, проникнуть через мукозный слой кишечника толщиной 50–100 мкм перед тем, как достигнут места всасывания липофильной мембраны энтероцитов, которая в тысячу раз тоньше.
Таким образом, для того чтобы произошло всасывание гидролитических металлов, они должны быть защищены от гидроксиполимеризации и пройти через два функциональных барьерных слоя, которые на порядок толще, чем мембрана энтероцитов.
Способность ионов металлов проникать через мукозный слой кишечника во многом определяет степень их всасывания. Она обратно пропорциональна их возможности связываться с гелем мукуса и прямо пропорциональна способности к обмену лигандами. При этом чем выше валентность металла, тем ниже скорость его проникновения через мукозный слой. Так, высокозаряженные ионы токсичного алюминия очень прочно связываются с этим слоем, практически не проникают через него и плохо всасываются. Прочное связывание с мукусом трехвалентных ионов также объясняет, почему двухвалентное железо всасывается значительно лучше, чем трехвалентное.
Несмешивающийся водный слой кишечника расположен в непосредственной близости от мукозного. Вместе они создают своеобразную среду с постоянным рН. Принято считать, что среда здесь слегка кислая или нейтральная, с рН на уровне 7. Поскольку водородный показатель влияет на заряд и растворимость металлов и металлиганд комплексов, кишечный микроклимат играет важную роль в регуляции всасывания металлов в тонком кишечнике.
Сегодня ученые и практики заняты поиском путей к улучшению всасывания цинка, меди, железа и марганца. Внимание большинства исследований сконцентрировано на обеспечении защиты микроэлементов от отрицательного влияния окружающей среды в кишечнике. Работы в этом направлении начинались с попыток хелатирования с применением ЭДТА. Образованные комплексы использовали два атома азота и четыре атома кислорода. Однако первые опыты не увенчались успехом, потому что связанные ионы не освобождались перед всасыванием, которое становилось невозможным.
Попытки хелатирования внесли некоторую путаницу в кормовую индустрию. Сегодня можно прочитать об аминокислотных комплексах металлов, о хелатах металлов с аминокислотами, металл-полисахаридных комплексах и протеинатах металлов. При этом официальное определение хелатов остается неточным. Слово «комплекс» обозначает продукты, образованные в результате реакции металла с различными лигандами. Лигандом может стать молекула или ион, содержащие атом с парой электронов, которые могут быть использованы для связи с металлом (рис.1)
Ион металла в комплексе соединен с лигандом донорной связью, включая атом кислорода, азота или серы. Структура, где лиганд связан с металлом посредством двух или более атомов-доноров, называется гетероциклическим кольцом, а сформировавшиеся продукты — хелатами (слово происходит от греческого chele — ‘клешня краба’). При этом следует иметь в виду, что хелаты образуются лишь между переходными металлами и соответствующими лигандами. Здесь уместно отметить, что встречающиеся на рынке «хелаты селена» — не что иное, как физическая смесь селенита натрия и аминокислот. Поскольку селен не является переходным металлом, образование его хелатов невозможно.
Неудачные попытки использования ЭДТА для повышения доступности переходных металлов определили выбор лигандов для хелатирования. Идеальный лиганд должен быть способен предотвращать гидроксиполимеризацию и, вероятно, конкурировать с муцином при связывании ионов. Вместе с тем соединение не должно быть слишком прочным, чтобы позволить металлу освободиться перед всасыванием через мембрану энтероцитов. Когда в роли лигандов выступают отдельные аминокислоты, образуются так называемые «аминокислотные хелаты металлов». Если лигандами становятся аминокислоты и короткие пептиды, то говорят о формировании «протеинатов металлов».
Итак, наиболее важный момент хелатирования — маскировка заряда иона. Нейтральные хелаты позволяют избежать нежелательных реакций в кишечнике, которые зависят от заряда. Это приводит к следующим последствиям: предотвращается гидроксиполимеризация и металлы эффективно доставляются к мембране энтероцитов, не происходит нежелательных взаимодействий с другими элементами корма, включая фитат и полифенолы, нейтральные комплексы успешнее проходят через заряженный мукозный слой, одинаково заряженные ионы (например медь и цинк) не конкурируют за места связывания в муцине кишечника.
Следует иметь в виду, что одни преимущества хелатов будут играть большую роль, чем другие. Однако главный вывод заключается в том, что сама технология производства органических минералов направлена прежде всего на их защиту от нежелательных взаимодействий в кишечнике на протяжении всего пути к мембране энтероцитов.
МЭ в яичном птицеводстве. В течение многих лет качество яичной скорлупы связывалась в основном с усвоением кальция и витамина D. Однако даже при оптимальном балансе этих компонентов в рационе во второй половине продуктивного периода у птицы часто наблюдается снижение качества скорлупы, увеличение боя яиц. Как известно, яичная скорлупа на 95% состоит из минералов и на 5% из органического матрикса. К сожалению, долгое время органический матрикс оставался вне поля зрения исследователей. Наконец пришло понимание того, что скорлупа — это, в сущности, биокерамика, а прочность и ее упругая деформация зависят не только от наличия и количества кальция, но и от положения кристаллов в структуре яйца. При этом органический матрикс рассматривается, с одной стороны, в качестве подложки, на которой растут кристаллы, а их положение во многом зависит от ее состояния, с другой стороны, он выступает в роли своеобразного «клея», связывающего кристаллы в структуре скорлупы. Вместе с тем в состав органического матрикса входят различные мукополисахариды и другие вещества, в синтезе которых задействован ряд ферментов. Их активность определяется наличием и количеством меди, марганца и цинка. К концу продуктивного периода запасы этих элементов в организме курицы истощаются, в результате синтез органического матрикса яичной скорлупы проходит менее эффективно. Добавление в рацион кур-несушек органических минералов в виде биоплексов на промышленных птицефабриках позволяет улучшить качество скорлупы.
Следует иметь в виду, что на образование скорлупы затрачивается более 80% времени, за которое формируется яйцо. Замедление синтеза органического матрикса влияет на яйценоскость отрицательно. Природные минералы способны замедлить ее снижение. Еще одно их преимущество — поддержание прочности костяка у кур в конце продуктивного периода благодаря эффективному использованию микроэлементов из рациона.
Органические минеральные вещества в кормлении бройлеров позволяют улучшить конверсию корма, повысить качество костяка и тушки в целом. Так, цинк играет определяющую роль в синтезе коллагена и ряда других важных белков кожи цыплят, что повышает выход мяса бройлеров первой категории. Еще одно достоинство органических минера-лов — поддержание высокой иммунокомпетентности у быстрорастущих цыплят. Для кур родительского стада природные микроэлементы важны тем, что не только улучшают качество скорлупы, но и поддерживают высокую выводимость яиц во второй половине репродуктивного периода.
Роль селена в кормлении сельскохозяйственных животных трудно переоценить. В последнее время появились убедительные доказательства того, что традиционно применяемая в животноводстве форма селена (селенит натрия) имеет ряд существенных недостатков. Так, он обладает прооксидантными свойствами и при взаимодействии с другими прооксидантами может стать причиной различных проблем в желудочно-кишечном тракте, включая снижение всасывания питательных веществ и разрушение витамина Е.
Селенит натрия очень гигроскопичен, он адсорбирует воду из атмосферы, превращаясь в селеновую кислоту, которая вступает в реакции с различными восстановителями и трансформируется в неусвояемый элементарный селен. Последний не образует запасов в организме, которые могли бы использоваться в стрессовых условиях, тем самым снижает адаптационную способность животных. Такой селен очень электростатичен и способен «налипать» на лопасти смесителей, из-за чего распределяется в корме неравномерно, а при дозах порядка 0,1–0,3 частей на 1 млн это существенная потеря. К тому же он представляет собой пылеподобное вещество, которое легко проникает через кожу и может вызвать различные дерматиты у обслуживающего персонала.
В процессе эволюции пищеварительная система животных адаптировалась к природному селену, который поступал из корма в виде различных селено-аминокислот, главным образом селенометионина (рис. 2).
Селенометионин способен создавать запасы селена в организме, например в мышцах. Такие запасы повышают адаптационную способность животных. В стрессовых условиях потребность в антиоксидантах, включая селен, возрастает. Это критические периоды с точки зрения потери иммунокомпетентности, продуктивных и воспроизводительных качеств животных.
Сельскохозяйственные животные не способны синтезировать селенометионин, и он должен поступать с кормом. В зерновых кормах (кукурузе, пшенице, сое) представлено более 70% всего содержащегося в них селена. Кроме того, было предложен способ получения селенометионина микробиологическим путем: при выращивании дрожжей в питательной среде серу замещают селеном (атомы этих двух элементов очень схожи). Технология производства селеновых дрожжей опирается на такую особенность растений, как синтез селенометионина из неорганических форм элемента, например из селенита натрия. Таким образом, дрожжи синтезируют селенометионин, который хорошо защищен от окисления. Такой продукт при технологической обработке в составе кормов (гранулирование, экструзия и др.) достаточно стабилен, не теряет своей доступности, чего нельзя сказать о чистом селенометионине. Использование органического селена в виде обогащенных селеном дрожжей позволяет предотвратить или уменьшить негативные последствия стрессов в промышленных условиях содержания животных.
Таким образом, применение природной формы селена — эффективный способ поддержания оптимального селенового статуса у сельскохозяйственных животных, а следовательно, их здоровья, продуктивных и репродуктивных характеристик. В настоящее время ведутся работы по созданию и определению эффективности новых соединений йода и селена. Также разрабатывается усовершенствованная технология ввода в премикс микроэлементов в форме микрокапсул с таким размером частиц, который обеспечивал бы равномерное распределение этих добавок в комбикорме, что особенно важно для использования в предстартерных и стартерных комбикормах для бройлеров.
ВЫВОДЫ
Таким образом, в кормлении сельскохозяйственных животных эффективнее использовать органические минералы, так как с их помощью можно улучшить усвоение цинка, меди, железа и марганца, более точно нормировать эти микроэлементы и поддерживать здоровье животных, их продуктивные и воспроизводительные качества. Кроме того, органические минералы позволяют существенно снизить загрязнение окружающей среды благодаря снижению их концентрации в помете. Доказано, что в случае содержания в корме одинакового количества неорганических солей и органических минералов меньше микроэлементов выводится в помет при использовании последних.
Не менее важно, что высокая эффективность микроэлементов органических форм предоставляет возможность сократить их дозы в 3–4 раза при том же биологическом эффекте, в результате их концентрация в помете значительно снижается. Использование органических минералов особенно необходимо в условиях стресса. Как упоминалось выше, ионы меди и железа — катализаторы перекисного окисления липидов, которое может происходить в кишечнике и в комбинации с другими элементами, вызывающими окислительный стресс (микотоксины, тяжелые металлы и др.).
Также доказано, что многие элементы способны влиять на экспрессию генов и таким образом регулировать различные метаболические процессы.
Подробнее об инновационных методах кормления птицы как важнейшего средового фактора реализации генетического потенциала читайте в книге В.И. Фисинина «Мировое и российское птицеводство: реалии и вызовы будущего».
Заказать книгу можно по телефону 8 (495) 919-44-52 или на сайте
Количество показов: 1062
Автор: В. Фисинин, академик РАН