Сравнение органических и неорганических источников минеральных элементов

Минеральные компоненты напрямую задействованы во всех биохимических реакциях в органах и тканях, влияют на формирование, рост, репродуктивную функцию, функцию дыхания. Важность минеральных элементов сложно переоценить – помимо участия в специфических реакциях в организме, они являются основополагающими реагентами в поддержании осмотического давления, буферной емкости тканей и жидкостей организма, регуляции реакций катализа, обеспечении нервного и мышечного возбуждения. Помимо этого, они участвуют в формировании скелета. Таким образом минеральные элементы являются необходимым участником процессов роста, развития и реализации генетически заложенного потенциала продуктивности.

Жизненно важными микроэлементами являются железо, медь, марганец, цинк, кобальт, йод, фтор, хром, молибден, ванадий, никель, стронций, кремний и селен, однако в кормлении принято нормировать содержание только 8 функционально значимых микроэлементов: железо, йод, медь, цинк, кобальт, селен, марганец.

Выделяют органические и неорганические источники микроэлементов. Неорганические в основном представлены минеральными солями – сульфатами, оксидами, карбонатами, хлоридами, гидроксидами и прочими. В основном используются сульфаты и хлориды, так как у таких соединений более высокая биологическая доступность, в сравнении с другими солями. (Greene, 2000). Помимо этого, минеральные соли отличаются дешевизной и широкой доступностью, однако также могут оказывать токсическое действие, и определенные соединения (например, оксиды меди и железа) имеют достаточно низкую усвояемость и выделяются с пометом, что в итоге приводит к микроэлементному загрязнению окружающей среды. (Шипилов и др., 1999). Также отмечается высокая реактивность таких форм микроэлементов – ярким примером является реакция металлов с фитиновой кислотой в ЖКТ с образованием комплекса, отличающимся высокой стабильностью и плохой растворимостью. (Richards et al., 2010).

То есть находясь в корме, продвигаясь по желудочно-кишечному тракту, неорганические формы микроэлементов свободно вступают в различные реакции, и таким образом снижается эффективность их применения и показатели биодоступности.

В отличие от неорганических форм соединений, которые представлены исключительно солями и оксидами металлов, органические источники микроэлементов подразделяют на несколько классов (Gayathri et al., 2018):

Класс	Примерный вид
Комплекс металла с аминокислотой (соединение металла с любой из 20 протеиногенных аминокислот);
Хелатов металлов и аминокислот (соединения, получающиеся в результате реакции металлосодержащей соли и аминокислот в соотношении один моль металла к трем или двум молям аминокислоты);
Протеинатов металлов (реакция хелатообразования растворимой минеральной соли с аминокислотами и/или гидролизованным белком);
Полисахаридов металлов (образуются в результате покрытия металла молекулами полисахаридов)
Пропионатов металлов (получаются в результате реакции растворимых металлов и растворимых аминокислот);
Производных дрожжей

Характерными чертами органических микроэлементов является высокая биодоступность и низкая дозировка эффективного действия (Spears, 1996).

Из неорганических источников микроэлементов считается, что лучшими показателями усваиваемости отличаются сульфаты. В целом биологическая доступность неорганических источников минеральных элементов ограничена и приводит к необходимости использования больших доз для удовлетворения потребностей животных, что, в свою очередь, может привести к ухудшению доступности других элементов корма и к накопительному токсическому эффекту.

В связи с чем для ведения интенсивного производства все чаще говорят о органических формах микроэлементов – они имеют лучшую усвояемость, не требуют высокой дозировки и более экологичны.

Существует несколько теорий, объясняющих более высокую доступность микроэлементов в органической форме. Соединение металлов с органическими компонентами может повышать пассивную всасываемость минералов в тонкой кишке путем ограничения возможности металла вступить в реакцию с потенциальными хелаторами и тем самым предотвращения формирования нерастворимых комплексов с гидроксидами, карбонатами, фосфатами, оксалатами и фитатами, отличающимися низкой усвояемостью. Другая теория предполагает, что органический лиганд повышает растворимость комплекса в воде и жирах, что приводит к повышению пассивного транспорта минерала через эпителий тонкого кишечника. Так же предполагают возможность усвоения органических соединений микроэлементов не стандартными для металлов путями, а с помощью аминокислотных или белковых транспортных систем.

Биодоступность минеральных элементов – это соотношение количества поступившего элемента и усвоенного минерала, транспортированного к месту действия и трансформированного в биологически активную форму. (O’Dell, 1983; Littell et al., 1995)

Методы сравнения и анализа биодоступности уникальны для каждого элемента. (Miles, 2006) Сравнение биодоступности добавки со стандартом позволяет определить относительную биодоступность. (Miller, 1983) В качестве стандарта – 100% усвояемости принято использовать сульфатные соли микроэлементов. Стандартным методом оценки относительной биодоступности источников минеральных элементов является сравнение усваиваемости добавки и сульфата. (Ammerman et al., 1995; López-Alonso et al., 1991) Необходимо подчеркнуть, что показатели относительной биодоступности в большой степени зависят от метода постановки эксперимента, условий, индивидуальных особенностей организма животных и других факторов. Все эти особенности могут влиять на изменения показателя относительной биодоступности, повышая или понижая его. (Fairweather-Tait, 1987)

Все органические источники минеральных элементов примерно одинаково стабильны в условиях желудочно-кишечного тракта. (Brown et al., 1994; Guo et al., 2001)

В среднем, большей биологической доступностью для всех групп отличаются хелатные соединения микроэлементов с аминокислотами, в частности глицинаты. Лизинаты, метионинаты и протеинаты показали похожий уровень биологической доступности, более высокий, чем у неорганических форм микроэлементов.

Сравнение группы лактирующих коров, получавших неорганические формы микроэлементов, и группы, получавших органические формы, показало, что коровы, получавшие органические формы микроэлементов, имели большие надои, большее содержание белка и лактозы в молоке. Помимо этого, повышался процент осемененных коров и снижалось количество случаев мастита. (Pino et al., 2018; Pomport et al., 2021)

В исследовании, где источником цинка в рационе выступали только добавки, сравнили хелатный комплекс цинка с протеинатом цинка и с сульфатом цинка. В результате у овец, которых кормили рационом с неорганическими соединениями цинка, выявили дефицит цинка, и показатели относительной биодоступности составили 91 – 125% для хелатного комплекса цинка, 97 – 108 для протеината цинка в сравнении с сульфатом цинка. (Ho et al., 1977) Также было выявлено, что органические источники метаболизируются иначе, чем неорганические. (Spears et al., 1986) Так, например, в одном из исследований сравнили две группы лактирующих овец – одна получала цинк в виде неорганического соединения, другая группа получала на 40% меньше цинка в виде хелатного комплекса цинка с метионином. Было выявлено, что у группы, получавшей хелатный комплекс, продуктивность повысилась на 12%. (Hassan A., 2011)

Применение органических источников микроэлементов приводит к повышению скорости набора живой массы, снижает конверсию корма, стимулирует работу иммунитета и повышает качество яичной скорлупы. (Zhu et al., 2019; Vieira et al., 2020) Помимо этого, применение органических источников микроэлементов возможно в более низких дозировках с достижением необходимого эффекта, в сравнении с неорганическими добавками. (Swiatkiewicz et al., 2014) Также выявлено, что применение органических форм минеральных добавок способствовало повышенной экспрессии генов, влияющих на устойчивость к болезням. (He et al., 2019; Abdallah et al., 2009)

Свиньи, в кормлении которых применялись органические источники, имели лучшие показатели прироста живой массы, увеличивали живой вес поросят и количество поросят в одном помете. (Creech et al., 2004; Peters et al., 2008; Burkett J. et al., 2009)

На основании множества исследований становится очевидным факт превосходства органических микроэлементных добавок над неорганическими: они имеют большую относительную биодоступность, требуют меньших дозировок для эффективного действия, значительно медленнее накапливаются во внешней среде и улучшают показатели продуктивности и здоровья животных.

Из органических источников микроэлементов лучше всего себя зарекомендовали хелатные соединения. В частности, хорошие результаты относительной усвояемости были достигнуты при применении соединений глицинатов, лизинатов и метионинатов.

Однако существенных различий в эффективности перечисленных форм органических минеральных добавок нет. В связи с чем важность приобретают иные свойства – простота производства и дешевизна синтеза глицина в сравнении с метионином или лизинатом. При этом масса глицина в глицинате меньше, чем масса органической части других хелатов, что позволяет добиться более высокой полезной нагрузки молекулы и соответственно большей концентрации микроэлементов.

Поэтому при выборе минеральной добавки разумно ориентироваться на более концентрированные и экономичные формы - глицинаты.

Статья подготовлена Техническим отделом МИСМА. Сентябрь 2024г.