Piotr Nowak
Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

Dostępność mikroelementów z różnych komponentów stosowanych w paszach dla świń

Rosnące obawy dotyczące niepozostającego bez wpływu na środowisko stosowania w paszach minerałów sprawiają, że zwiększa zainteresowanie żywieniem mineralnym świń.

Obawy te doprowadziły do ​​podjęcia wysiłków mających na celu minimalizację suplementacji składników mineralnych w paszy. Ponadto wprowadzenie nowych źródeł pierwiastków śladowych, takich jak formy chelatowane i nanocząsteczkowe, odnowiło zainteresowanie zrozumieniem funkcji fizjologicznych i wchłaniania pierwiastków śladowych. Większość komponentów mineralnych dla świń ma na celu spełnienie wymaganych poziomów poprzez suplementację, z wyjątkiem fosforu, który jest formułowany na podstawie strawnego fosforu. Dlatego ocena dostępności pierwiastków śladowych w składnikach pasz i alternatywnych źródłach jest kluczowa dla stosowania strawnych pierwiastków śladowych w paszach czy premiksach komercyjnych. W chowie trzody chlewnej poziomy suplementacji pierwiastkami śladowymi często przekraczają wymagania sugerowane przez normy żywieniowe. Niska zawartość pierwiastków śladowych w ziarnach zbóż może prowadzić do niedoborów, gdyż udział mikroelementów w komponentach zbożowych w paszach jest na ogół nieznaczny.

W paszach czy premiksach dla świń nieorganiczne pierwiastki śladowe stosowane są zazwyczaj w postaci tlenków lub siarczanów. Jednak minerały te często wykazują niską biodostępność ze względu na ich wysoką rozpuszczalność, co prowadzi do szybkiego uwalniania reaktywnych wolnych jonów w górnym odcinku układu pokarmowego. Jony te mogą oddziaływać z czynnikami antyodżywczymi, zmniejszając w ten sposób wydajność wchłaniania. Obiecujące możliwości z potencjałem poprawy biodostępności pierwiastków śladowych wykazują chelatowane lub nanometryczne formy minerałów. Minerały nanometryczne, charakteryzujące się dużą powierzchnią, zostały zaproponowane jako skuteczne substytuty minerałów na bazie siarczanów czy tlenków ze względu na ich zdolność do wzmacniania funkcji metabolicznych i biodostępności u świń. Jednak cząstki nanometryczne mają tendencję do agregacji, zwiększając rozmiar cząstek do skali mikro, co może zakłócić wchłanianie. Technologia wytłaczania na gorąco, szeroko stosowana w systemach dostarczania leków, reguluje uwalnianie materiałów funkcjonalnych, takich jak leki farmaceutyczne, poprzez zwiększenie ich rozpuszczalności i dyspersji w układzie pokarmowym. Wcześniejsze badania wykazały, że pierwiastki śladowe przetworzone metodą wytłaczania na gorąco mogą zmniejszyć rozmiar cząstek do skali nano, a po dodaniu farmaceutycznych substancji pomocniczych poprawić rozpuszczalność i dyspersję. Celem poniższego opracowania jest ocena dostępności pierwiastków śladowych z głównych składników pasz oraz pomiar biodostępności nieorganicznych, organicznych i nanocząstkowych pierwiastków śladowych wytwarzanych metodą wytłaczania na gorąco.

Ocena całkowitej (ATTD) i standaryzowanej strawności (STTD) w układzie pokarmowym składników odżywczych w paszach jest podstawowym obszarem badań dla zastosowania precyzyjnych strategii żywienia i zarządzania żywieniem trzody chlewnej. Prawidłowe określenie zapotrzebowania na składniki odżywcze w paszy dla świń nie tylko zwiększa wydajność produkcji, ale także pomaga zminimalizować zanieczyszczenie środowiska. Zapotrzebowanie trzody chlewnej na pierwiastki śladowe jest zazwyczaj zaspokajane poprzez suplementację premiksów mineralnych, bez pełnego uwzględnienia wkładu minerałów pochodzących z komponentów paszowych. Jednakże zrozumienie funkcji fizjologicznych i mechanizmów metabolicznych leżących u podstaw biodostępności pierwiastków śladowych zyskało na znaczeniu ze względu na wpływ suplementacji minerałami na środowisko, potrzebę formułowania diet w oparciu o dostępność składników odżywczych i różnorodność źródeł minerałów. Wcześniejsze badania koncentrowały się głównie na ATTD i STTD fosforu i wapnia w składnikach pasz, z ograniczoną uwagą poświęconą pierwiastkom śladowym. Aby wypełnić tę lukę, przeprowadzono badania w celu oceny dostępności pierwiastków śladowych w głównych materiałach paszowych i określenia biodostępności różnych źródeł minerałów poprzez zbadanie strawności i poziomu danego pierwiastka w narządach świń. Strawność pierwiastków śladowych zależy od różnych czynników, w tym substancji antagonistycznych wobec minerałów, wartości odżywczej, interakcji mineralnych, zawartości wapnia i fosforu (fitynianu), strawności białka i zawartości włókna. W badaniach zmienność strawności poszczególnych składników wahała się od około 40 do 68% w oparciu o STTD, przy czym składniki wysokobiałkowe, takie jak poekstrakcyjna śruta sojowa i mączka rybna, wykazują większą strawność cynku i miedzi niż kukurydza i pszenica. Wchłanianie cynku jest zwykle uzależnione od zawartości fitynianu w materiałach paszowych, ponieważ świnie nie są w stanie wykorzystać cynku związanego z fitynianem. Kukurydza i poekstrakcyjna śruta sojowa mają na ogół wyższą zawartość fitynianu niż pszenica czy mączka rybna. Jednakże w tych badaniach poekstrakcyjna śruta sojowa wykazała wyższą strawność cynku i miedzi niż kukurydza i pszenica, pomimo potencjalnie wyższych poziomów fitynianu. Wyniki te są zgodne z wynikami innych autorów, którzy odnotowali wyższą dostępność miedzi w poekstrakcyjnej śrucie sojowej niż w pszenicy. W tych badaniach poekstrakcyjna śruta sojowa jako roślinne źródło białka, wykazała się najwyższą strawnością żelaza w porównaniu z innymi składnikami, podczas gdy mączka rybna, czyli zwierzęce źródło białka, wykazała się niższą strawnością żelaza niż zboża. Wysokie poziomy fosforu lub wapnia w paszach mogą negatywnie wpływać na wchłanianie żelaza, przyczyniając się do zmienności strawności żelaza. Ponadto przetwarzanie mączki rybnej obejmuje mieszanie różnych gatunków ryb, co skutkuje różną zawartością popiołu w zależności od stosunku ości do fileta, co może wpływać na strawność żelaza. Jeśli chodzi o strawność selenu, badania te wykazały, że zboża takie jak kukurydza i pszenica miały wyższą strawność niż składniki wysokobiałkowe, przy czym mączka rybna wykazała najniższe wartości. Ziarna zawierają różne formy selenu, w tym formy nieorganiczne (selenian i selenit) i organiczne (Se-Cys i Se-Met), podczas gdy źródła pochodzenia zwierzęcego zawierają głównie Se-Met, która jest uważana za wysoce biodostępną. Jednak pomimo wysokiej zawartości selenu, mączka rybna z niektórych gatunków ryb może służyć jako suboptymalne źródło biodostępnego selenu ze względu na obecność podwyższonych poziomów rtęci i innych metali ciężkich, które mogą tworzyć nierozpuszczalne kompleksy nieorganiczne z selenem. Czynniki te prawdopodobnie przyczyniły się do niższej strawności selenu zaobserwowanej dla mączki rybnej w tym badaniu. W związku z tym, przy ocenie biodostępności selenu w składnikach pasz pochodzących z ryb, należy wziąć pod uwagę zarówno źródło, jak i gatunek.

Ogólnie rzecz biorąc, nieorganiczne pierwiastki śladowe, takie jak siarczany czy tlenki, są szeroko stosowane w premiksach pierwiastków śladowych dla świń ze względu na ich opłacalność. Jednak minerały nieorganiczne zazwyczaj wykazują niższą biodostępność niż ich formy organiczne (np. minerały chelatowane) lub minerały o rozmiarach nanocząsteczek. Ta niższa biodostępność może wynikać z szybkiej jonizacji nieorganicznych pierwiastków śladowych w układzie pokarmowym, co prowadzi do agregacji białek, włókna i czynników antyodżywczych. Natomiast organiczne i nanocząsteczkowe pierwiastki śladowe podążają alternatywnymi ścieżkami wchłaniania, takimi jak współtransport z organicznymi składnikami odżywczymi lub bierna dyfuzja do komórek nabłonka jelit. Według badań biodostępność organicznych i nanocząsteczkowych form cynku, miedzi i selenu jest wyższa niż form nieorganicznych. Liczne wcześniejsze badania wykazały znacząco poprawioną strawność organicznego cynku i miedzi u świń. Ta zwiększona biodostępność jest przypisywana chelatowej strukturze minerałów organicznych, która chroni pierwiastki śladowe przed reakcjami chemicznymi przy niskim pH, poprawiając w ten sposób ich stabilność w układzie pokarmowym. Dowiedziono także, że suplementacja organicznymi źródłami pierwiastków śladowych spełniającymi zapotrzebowanie zwierząt wpłynęła na wzrost zawartości manganu, cynku, miedzi i żelaza w tkankach takich jak serce, wątroba, nerki, mięśnie i kości u świń. Ponadto suplementacja paszy formą chelatową miedzi w stężeniu stanowiącym połowę standardowego (80 mg/kg) nie zmniejszyła znacząco stężeń pierwiastków śladowych w surowicy, wątrobie, mięśniu najdłuższym grzbietu, śledzionie lub nerkach w porównaniu z nieorganiczną dietą z pierwiastkami śladowymi w stężeniu 160 mg/kg. Pierwiastki śladowe wielkości nanocząstek wykazują również większą biodostępność ze względu na ich większe powierzchnie właściwe, aktywność i wydajność katalityczną. Technika wytłaczania na gorąco jest powszechnie stosowanym podejściem do zmniejszania wielkości cząstek w celu wytworzenia koloidalnych cząstek pierwiastków śladowych. Ta metoda ułatwia dyspersję cząstek miedzi, redukuje je do skali nano i zwiększa ich biodostępność w układzie pokarmowym. Ponadto włączenie polimerów farmaceutycznych do procesu może poprawić jednorodność dyspersji miedzi. Wykazano, że stosowanie kopolimerów jako spoiw podczas granulacji na mokro lub na sucho, a także w procesie wytłaczania na gorąco, zwiększa rozpuszczalność i dyspersję słabo rozpuszczalnych w wodzie leków, co może podobnie zwiększyć biodostępność pierwiastków śladowych. Inne badania wykazały, że świnie karmione paszą uzupełnioną pierwiastkami pozyskiwanymi tą metodą: cynk (100 mg/kg), miedź (125 mg/kg) lub selen (0,30 mg/kg) wykazywały wyższą biodostępność niż te karmione formami nieorganicznymi lub organicznymi. Świadczy o tym zwiększona akumulacja minerałów w tkankach narządów (np. surowicy i wątrobie), co jest zgodne z wynikami innych badań. Wyniki te wskazują, że zwiększone stężenia pierwiastków śladowych w surowicy i narządach z formy wytłaczania na gorąco nano doprowadziły do ​​poprawy średnich dziennych przyrostów świń. W badaniach wykazano, że poprawie przyrostów świń towarzyszyło zwiększenie stężenia pierwiastków śladowych w tkankach.

Wyniki badań wykazały, że cynk i miedź w składnikach wysokobiałkowych, takich jak poekstrakcyjna śruta sojowa i mączka rybna były trawione lepiej niż w zbożach, natomiast kukurydza, pszenica i poekstrakcyjna śruta sojowa jako źródła roślinne charakteryzowały się najwyższą strawnością żelaza i selenu. W przypadku źródeł pierwiastków śladowych, formy organiczne i pozyskiwane metodą wytłaczania na gorąco nano wpłynęły pozytywnie na zwiększenie tempa wzrostu świń i poprawiły biodostępność cynku, miedzi i selenu, zmniejszając tym samym wydalanie pierwiastków śladowych. W związku z tym niniejsze badania sugerują, że stosowanie organicznych lub nanopierwiastków śladowych w paszach dla świń może pozwolić na obniżenie poziomu pierwiastków śladowych w paszy.

Tabela 1. Zawartość mikroelementów w komponentach paszowych (mg/kg) (Choi i wsp. 2025)

Tabela 2. Strawność cynku, miedzi, żelaza, manganu i selenu u świń karmionych paszą, w których głównym surowcem były: pszenica, kukurydza, poekstrakcyjna śruta sojowa, mączka rybna (Choi i wsp. 2025)

Tabela 3. Strawność cynku, miedzi, żelaza, manganu i selenu u świń karmionych paszą zawierającą źródła pierwiastków nieorganicznych, organicznych lub nanocząsteczkowy (Choi i wsp. 2025)