Бесфитатное питание: Технология расчета точной дозировки фитазы

В научных работах, посвященных фитазе, а так же использованию минеральных веществ и аминокислот в кормлении животных с однокамерным желудком часто встречается утверждение о постоянном присутсивии в рационе кормления фитиновой кислоты. Однако это утверждение всё чаще оказывается в лучшем случае дезориентирующим, а в худшем — совершенно неверным. Исследование биологической роли фитазы и ее использования в рационах животных находится на историческом пике, а стоимость сырья на мировом рышке находится в абсолютном минимуме. Эти два фактора позволяют переосмыслить важность использования фитазы в качестве инструмента фактического снижения концентрации фитиновой кислоты и уделить особое внимание корцентрации фитазы в рационе.

Химические свойства фитатов хорошо описаны, если в кратце - фитиновая кислота состоит из мио-инозитольного кольца, к которому сложноэфирными связями прикреплены шесть ортофосфатных групп. Фосфатные группы в положении 1, 3, 4, 5 и 6 имеют экваториальную ориентацию относительно мио-инозитольного кольца, в то время как фосфатная группа у 2-го атома углерода имеет максиальную ориентацию (Maga, 1983). Термин «фитиновая кислота» обозначает полностью протонированную свободную кислоту, а «фитат» и «фитин» часто используются для обозначения смешанных солей фитиновой кислоты, напр. Mg, K и Ca (Maga, 1983). Фитиновая кислота повсеместно встречается в царстве растений; ее концентрация особенно высока в семенах, где она составляет от 5 до более 50 г/кг (Eekhout, De Paepe, 1994). Однако несмотря на низкую концентрацию фитиновой кислоты по сравнению с крахмалом, белком, жиром и клетчаткой, она играет важнейшую роль в определении биодоступности катионов, фосфора, а также некоторых аминокислот и углеводов (Cowieson et al., 2009).

Роль фитиновой кислоты в кормлении обусловлена прежде всего сильным отрицательным зарядом различных фосфатных групп в инозитольном кольце. Именно отрицательный заряд фитиновой кислоты во внутрикишечной среде снижает растворимость и усвояемость Р, Са, ряда других катионов, напр. Fe, Zn, а также белков, и запускает ряд нежелательных цепных физиологических реакций. В работе Cosgrove (1966) показано, что, в зависимости от рН среды, фитиновая кислота может существовать в виде ионов от моно- до додекааниона. При рН ниже 1,1 фитиновая кислота обычно полностью протонирована и, таким образом, заряжена нейтрально; при повышении рН до 3—4 фитиновая кислота приобретает отрицательный заряд −4. При рН среды 6—7 фитиновая кислота имеет отрицательный заряд −6; полное депротонирование наступает лишь при рН среды выше 13. Таким образом, при обычных условиях в пищеварительном тракте фитиновая кислота обладает существенным отрицательным зарядом в зобе, умеренным отрицательным зарядом в железистом/мускульном желудке (или желудке у свиней) и всё более выраженным отрицательным зарядом в тонком и толстом кишечнике. Кроме того, по мере изменения рН среды в разных отделах желудочно-кишечного тракта свиней и домашней птицы заряд белков/аминокислот также меняется в зависимости от изоэлектрической точки белка, что способствует образованию или разрушению комплекса белок—фитаты.

Несмотря на то, что фитиновая кислота достаточно хорошо описана с химической точки зрения, о поведении различных фитиновых солей и/или фитатно-белковых глобоидов известно гораздо меньше. Nelson (1967) указывает, что разные фитиновые соли имеют разные биохимические свойства, и заключает, что фитат натрия более растворим и характеризуется более высокой биодоступностью, чем фитаты кальция или магния. Возможно, различия в реакции животных на различные фитиновые соли связаны с растворимостью этих солей при разных значениях рН или с тенденцией катиона диссоциировать или взаимодействовать с белками непосредственно, через троичные мостики, или опосредованно, за счет изменений в термодинамике водной среды в пищеварительном тракте. Важно также отметить, что некоторые ранние исследования питательных свойств различных фитиновых солей проводились с использованием неочищенных препаратов, экстрагированных из рисовых или пшеничных отрубей, что могло способствовать появлению мешающих эффектов, связанных с активностью эндогенных фитаз и т. д. (Nelson, 1967). В работе Lott et al. (2000) отмечено, что большинство нативного фитина в растительном материале существует в виде смешанной соли Mg и K. Однако вследствие низкой биодоступности очищенного Mg-K фитата значительная часть экспериментальных исследований фитина проводились на других солях, в частности фитате натрия, фитате кальция или чистом водном растворе фитиновой кислоты. Onyango et al. (2009) исследовал относительные антипитательные свойства свободной фитиновой кислоты или Mg-K фитата на модели бройлеров; отмечено, что потребление Mg-K фитата привело к достоверно более высокой потере муцина из кишечника, чем при потреблении чистой фитиновой кислоты. Причины этих различий в антипитательном эффекте разных форм встречающихся в рационе фитатов / фитиновой кислоты неясны, однако могут быть связаны со скоростью солюбилизации или стабильностью в кишечнике, эффектами взаимодействия ассоциированных ионов самих по себе (Bye et al., 2013) или способностью различных слей образовывать сшивки с другими питательными веществами.

Фитатно-белковые глобоиды также относительно плохо описаны, или как минимум не подвергались систематическому изучению на различных сериях разных распространенных кормовых ингредиентов. Prattley и Stanley (1982) определили, что фитатно-белковые глобоиды локализованы в белковых телах соевых бобов, что эти глобоиды связаны с кальцием и фосфором, и что набольшее значение в этой связи имеет белковая фракция 7S. Prattley и Stanley (1982) также отметили, что, помимо малорастворимых фитатно-белковых глобоидов, по всему объему семядолей соевых бобов были распространены другие растворимые фитатно-белковые соли. Однако следует признать, что определение растворимости различных форм фитатно-белковых глобоидов или солей в целом соевом бобе может не дать истинной картины взаимодействий фитаты—белок в переработанном соевом шроте. Anderson и Wolf (1995) указали, что, хотя фитиновая кислота относительно стабильна при термической обработке (и поэтому не подвергается активному разрушению при экстрагировании масла), в оболочке зерна концентрация фитатов гораздо ниже, чем в семядолях, поэтому шелушение и/или извлечение масла из цельных соевых бобов ведет к повышению концентрации фитатов относительно цельных бобов. В работе Bohn et al. (2007) наблюдалось наличие фитатно-белковых глобоидов в пшеничных отрубях, при этом отмечено, что эти фитатно-белковые глобоиды устойчивы к гидролизу фитазой. Наличие фитатно-белковых глобоидов в алейроновом слое пшеницы недавно было подтверждено (Regvar et al., 2011). Фитатно-белковые глобоиды также наблюдались в рисе (Prom-u-thai et al., 2008), горохе и фасоли (Lott, Buttrose, 1978); кроме того они широко распространены в зернобобовых и масличных культурах (Lott, Buttrose, 1978). Фитиновая кислота тесно связана с запасными белками в большинстве семян, т. е. там, где распространены белковые вакуоли (алейрон, эндосперм и т. д.), присутствуют и фитатно-белковые глобоиды, а также смешанные фитиновые слои. Систематическое изучение природы фитатно-белковых тел в более широком диапазоне компонентов корма, их подверженности воздействию фитазы и влияния на усвояемость аминокислот и минеральных веществ является актуальным, как и потенциал совместного применения экзогенных фитаз и протеаз для солюбилизации фитатно-белковых комплексов.

В составе фитиновой кислоты содержится 282 г/кг фосфора; она представляет собой одну из основных форм фосфора, присутствующих в материалах растительного происхождения (Eeckhout, De Paepe, 1994). В литературе часто встречаются утверждения о том, что фитиновая кислота малодоступна для домашней птицы и свиней ввиду недостатка эндогенных фитаз в кишечнике этих видов. Однако эти утверждения совершенно необоснованны, и несколько авторов четко продемонстрировали, что в ЖКТ свиней и домашней птицы наблюдается высокая фитазная и фосфатазная активность (Maenz, Classen, 1998; Tamim et al., 2004). В работе Maenz, Classen (1998) наблюдалась высокая фитазная и фосфатазная активность в везикулах щеточной каймы у бройлеров и кур-несушек, причем отмечено, что эта активность была наиболее высокой в двенадцатиперстной кишке и закономерно снижалась при переходе к каудальным отделам кишечника. В Tamim et al. (2004) сообщалось, что при ограничении количества поступающего с пищей кальция степень гидролиза фитатов эндогенными фитазами в кишечнике бройлеров может превышать 80%. В недавней работе Wilkinson et al. (2014) подтверждено, что это связано с одновременным потреблением кальция и фитатов, а гидролиз фитатов эндогенными ферментами можно поддержать, если обеспечить пространственное отделение кальция от зернового компонента рациона. Так, низкая усвояемость фосфора фитатов домашней птицей является следствием не недостаточности пищеварительной системы, а практики одновременного кормления, предполагающей потребление рациона с полным набором необходимых веществ, при котором неизбежно происходит одновременное поглощение фитатов и большого количества кальция из неорганических источников фосфатов и известняка.

Доказано, что пространственное отделение известняка от остальных компонентов диеты является эффективным способом повышения растворимости и усвояемости Р фитатов и аминокислот у бройлеров (Wilkinson et al., 2014). Однако для данного подхода требуется поголовный аппетит к кальцию, чтобы все птицы в популяции удовлетворяли потребности в этом элементе путем потребления известняковой крошки, даваемой отдельно от гранулированного корма. К сожалению, не все особи в популяции в равной степени обладают способностью самостоятельно регулировать потребление кальция при свободном доступе к источнику кальция и к гранулированному концентрату с низким содержанием кальция (Wilkinson et al., 2014), что ограничивает практическое применение кормления со свободным выбором в бройлероводстве. Однако ясно, что снижение содержания кальция в рационе является эффективным методом повышения растворимости фитатов в кишечнике и, как следствие, повышения пользы эндогенных фосфатаз. Таким образом, при применении фитаз важно правильно использовать матрицы Са и Р — не только с учетом непосредственного высвобождения питательных веществ фитазами, но и с целью создания в просвете ЖКТ среды, способствующей быстрому и полному разрушению фитатов.

Nelson (1968) предлагает рассчитывать количество кальция, необходимое для цыплят-бройлеров, с учетом концентрации фитиновой кислоты в рационе. Согласно Nelson (1968), при наличии в корме фитиновой кислоты фактическая потребность цыплят-бройлеров в кальции (около 0,9—1,0%) увеличивается относительно «истинной» потребности, которая составляет около 0,6%. Возможно, использование термина «потребность» в данном контексте может ввести в заблуждение, так как маловероятно, что сама по себе потребность в кальции изменится под влиянием потребления фитиновой кислоты. Однако необходимость увеличивать общее количество Са в рационе, обусловленная хелатирующими свойствами фитатов, хорошо известна. При обсуждении фитаз, фитатов и Са сохраняется существенная неопределенность, обусловленная почти исключительно традициями при составлении кормов, согласно которым используется общее содержание кальция относительно усвояемого или доступного Р. Систематическая оценка потребности животного в усвояемом Са в разном возрасте относительно разных концентраций усвояемого Р при стандартизации усвояемости Са в распространенных ингредиентах корма позволила внести ясность в эту сложную область.

Проведенная оценка физико-химических свойств фитатов позволила специалистам компании ДСМ определить средние показатели содержания его во всех основных видах сырья. На основании этих данных была сгенерирована компьюторная программа подсчета оптимальной дозировки Ронозим ХайФос для получения рациона кормления по концепции «бесфитатного кормления». Принцип работы данной программы основан на расчете количества собственно фитатов в рационе, который зависит от качества и количества сырья, входящего в состав рациона, с определением точной дозировки Ронозим ХайФос, которая позволяет полностью расщепить фитат рациона.

26.02.2019