Применение подкислителей в птицеводстве

Подкислители — это препараты на основе органических и неорганических кислот, их солей и дополнительных компонентов, усиливающих их действие. Подкислители выпускаются в двух формах: сухие, предназначенные для обработки кормов, и жидкие — для подкисления воды.
Подкислители применяются для достижения следующих целей:

Снижения кислотосвязывающей способности кормов;
Подавления развития патогенных микроорганизмов в кормах и питьевой воде.
Для очистки оборудования в присутствии животных.
Все эти цели взаимосвязаны и, в конечном итоге, направлены на стимуляцию роста и нормализацию обменных процессов в организме животных (рис. 1).
Рассмотрим каждое действие подкислителей в отдельности.

Рис. 1 Цели применения подкислителей.

1. Снижение кислотосвязывающей способности кормов.

Кислотосвязывающая способность — это свойство, характеризующее буферность ингредиентов. Некоторые компоненты комбикормов способны понижать общую кислотность корма и нейтрализовывать соляную кислоту при попадании в желудок. Величина кислотосвязывающей способности (КСС) компонентов комбикорма при разработке рационов не является величиной, обязательной для нормирования, хотя комбикорм, приготовленный на основе компонентов с низкой КСС, имеет ряд преимуществ, особенно для молодых животных или в условиях стресса, когда при низкой кислотосвязывающей емкости предупреждаются расстройства пищеварения. В специальной литературе КСС принято выражать количеством (в мл) 0,1 М HCl, необходимым для титрации 10 г корма суспендированного в 90 мл дистиллированной воды до определенного значения рН.Особенно опасны корма с высоким значением КСС для молодняка сельскохозяйственных животных, так как их пищеварительная система не до конца сформирована, а ферментативная активность ниже, чем у взрослых животных. В то же время, именно престартерные и стартерные корма отличаются наиболее высоким уровнем протеина и, соответственно, самой высокой концентрацией белковых кормов с высоким уровнем КСС.Каковы же последствия скармливания таких кормов?Молодые животные часто не в состоянии дать адекватный ответ в виде привесов на корма из-за элементарной неспособности выделить большее количество соляной кислоты, часть которой нейтрализовалась кормом с высокой КСС. При повышении КСС рациона число случаев диареи у молодых поросят и цыплят возрастает. Это обусловлено тем, что с повышением pH переваривание протеина в желудке нарушается, создаются условия для развития энтеропатогенной микрофлоры, также ухудшается использование минеральных веществ. Недостаточно переваренный протеин может достигать нижних отделов кишечника, где усиливаются процессы брожения и в E.coli и Klebsiella, а также бактериоидов (рис. 2).

Рис. 2 Влияние кормов с высокой КСС на пищеварение животных.

Из этого следует, что для повышения продуктивного действия кормов необходимо целенаправленно снижать их КСС за счет повышения кислотности.
Наиболее эффективным способом снижения КСС кормов является применение подкислителей. В таблице 1 приведена кислотосвязывающая способность ингредиентов кормов при рН 4 до и после обработки препаратом Ацидофид.
Как видно из приведенного примера, применение подкислителей способствует значительному снижению КСС корма и снижению негативного воздействия буферности кормов на здоровье и производственные показатели молодняка животных.

Табл. 1. Буферная емкость ингредиентов кормов до и после обработки Ацидофид.

2. Подавление развития микроорганизмов и плесени.

Следующей целью применения подкислителей является подавление развития патогенных микроорганизмов в кормах и питьевой воде.Корма зачастую контаминируются патогенной микрофлорой, свободное развитие и накопление которой может стать причиной инфекционных заболеваний, особенно у молодых животных в сочетании с потреблением кормов с высокой КСС.Источником патогенных микроорганизмов является и питьевая вода. Выпойка вакцин, витаминно-минеральных комплексов, пробиотиков создают условия для развития микроорганизмов, так как энергетические компоненты в их составе служат питательной средой.Помимо наличия питательных веществ, в системе поения создаются и другие условия, способствующие росту патогенных микроорганизмов: стабильная высокая температура, низкая проточность (особенно у молодняка и во время выпойки ветеринарных препаратов), близкие к нейтральным показатели рН воды.Следует понимать, что представители патогенной микрофлоры в подавляющем большинстве являются ацидофобными микроорганизмами, для оптимального развития которых подходит рН среды близкий к нейтральному. При этом значения рН воды ниже 4,5 практически полностью исключает развитие таких микроорганизмов, как E. Coli, Salmonella и Clostridium (табл. 2).

Табл. 1. Буферная емкость ингредиентов кормов до и после обработки Ацидофид.

Интенсивность развития бактерий при разл

При этом представители полезных бактерий, таких как Lactobacillus и Bifidobacterium относятся к группе ацидофильных микроорганизмов, оптимальным уровнем рН для которых составляет 5,5. Соответственно, применение подкислителей способствует снижению рН питьевой воды, что создает оптимальные условия для развития полезных микроорганизмов и конкурентного подавления ими патогенной микрофлоры (рис. 3).

Рис. 3. Оптимальные значения рН для ацидофильных и ацидофобных микроорганизмов.

Бактерицидное действие. Действие органических кислот на бактериальную клетку условно можно разделить на прямое и опосредованное (рис. 4).
Прямое действие зависит от структуры молекулы кислоты. Общий механизм действия заключается в следующем:

• Снижение внутриклеточного рН бактерии. Данным действием обладают кислоты с высокой степенью диссоциации, в частности муравьиная. Попадая внутрь клетки данные кислоты высвобождают протоны водорода, тем самым повышая кислотность внутри клетки, что приводит к нарушению ее обменных процессов и гибели.

• Разрушение клеточной мембраны. Кислоты с низкой степенью диссоциации (пропионовая, уксусная) обладают повышенной способностью к образованию солей с калием и натрием, входящими в состав мембраны клетки. В ходе данных реакций происходит нарушение стабильности клеточной мембраны бактерии, что приводит либо к ее разрушению, либо увеличению проницаемости для кислот с высокой степенью диссоциации. Этим свойством обусловлено синергическое взаимодействие органических кислот с различными степенями диссоциации против патогенных бактерий. Проведенные исследования подтверждают, что суммарная активность муравьиной и пропионовой кислот в отношении Salmonella значительно превосходит их эффективность по отдельности.

Накопление токсических анионов органических кислот внутри бактериальной клетки приводит к нарушениям репликации бактериальной ДНК, что влечет за собой угнетение пластического обмена, а также подавляет ее способность к размножению (бактериостатический эффект).

Опосредованное воздействие органических кислот, как уже отмечалось выше, связано со снижением рН среды и созданием неблагоприятных условий для развития патогенных грамм-отрицательных бактерий, оптимальные значения рН для которых составляют 5,5–7,2.
Таким образом, применение подкислителей позволяет значительно снизить микробиальную нагрузку на организм сельскохозяйственных животных и осуществлять профилактику бактериальных заболеваний.

Рис. 4. Действие кислот на бактериальную клетку.

Механизм действия органических кислот

Прямое:
• Изменение внутриклеточного pH бактерий
• Разрушение клеточной мембраны
• Нарушение обменных процессов в бактериальной клетке
• Аккумуляция токсичных анионовв бактериальной клетке

Опосредованное:
• Снижение pH
• Стимуляуия роста молочнокислых бактерий

3. Очистка системы поения
Как уже говорилось выше, применение ветеринарных препаратов и вакцин через систему поения приводит к накоплению в ней питательных веществ для развития микроорганизмов, что приводит к образованию биопленки. Биопленка несет опасность не только здоровью животных, но и системе поения, так как микроорганизмы индуцируют накопление солей на поверхности труб, что приводит к их выходу из строя.
Очистка системы поения осуществляется посредством применения «жестких» химических средств на основе четвертичных аммонийных соединений, перекиси водорода и других. Однако в присутствии животных такие обработки невозможны. При этом содержание некоторых животных, в частности кур-несушек и родительского стада, в одних корпусах продолжается очень длительный период времени. В связи с этим возникает необходимость регулярной профилактической обработки системы поения.
Для этих целей наиболее целесообразно применять подкислители.

Состав подкислителей
Органические кислоты
Эффективность органических кислот с точки зрения подкисляющей способности, бактерицидной и фунгицидной активности напрямую связана с особенностью строения той или иной кислоты: количеством атомов углерода и карбоксильных групп. Многолетние исследования в области применения органических кислот были консолидированы в научной публикации ГНУ ВНИТИП «Руководство по использованию органических кислот и подкислителей в птицеводстве». Удельная активность кислот и некоторых солей приведены в таблице 3.

Табл. 3. Свойства органических солей и их кислот. ВНИТИП 2011.

На основании данной таблицы можно судить о потенциальной активности подкислителя, исходя из вида кислот, их концентрации и удельной активности в составе продукта.
Ниже приведены особенности органических кислот, наиболее часто встречающихся в составе коммерческих подкислителей, в том числе в продуктах, выпускаемых компанией ООО «ТекноФид».

Муравьиная кислота имеет сильную подкисляющую способность, а также высокую активность в отношении патогенных бактерий. Муравьиная кислота подвергается диссоциации внутри бактериальной клетки с высвобождением формиат-иона, ингибирующего репликацию бактериальной ДНК и нарушающего обменные процессы патогенных микроорганизмов.
Пропионовая кислота — самая эффективная органическая кислота, действующая против грибов и дрожжей (фунгицидное действие). Фунгицидные свойства пропионовой кислоты признаны эталонными в сравнении с другими органическими кислотами (в соответствии с «Руководством по использованию органических кислот и подкислителей в птицеводстве» ВНИТИП 2011). Пропионовая кислота также обладает сильным антибактериальным действием.
Уксусная кислота — обладает выраженной антифунгальной активностью и проявляет синергетическое взаимодействие в этом аспекте с пропионовой кислотой. Благодаря высокой активности против дрожжей и бактерий, уксусная кислота широко применяется в качестве консервирующего агента. Уксусная кислота обладает чрезвычайно высоким потенциалом к подкислению, уступая в этом аспекте только муравьиной кислоте. При этом уксусная кислота гораздо менее агрессивна, чем муравьиная.
Молочная кислота обладает выраженным бактерицидным действием в отношении неацидофильных бактерий, особенно Salmonella и E. Coli. В то же время, молочная кислота является питательным субстратом для нормофлоры кишечника (бифидо- и лактобактерии), соответственно она обладает пребиотическим эффектом. Помимо этого, молочная кислота оказывает положительное влияние на развитие ворсинок кишечника.
Лимонная кислота обладает сильным антибактериальным действием (ее эффективность в этом аспекте составляет 50%). Она не так резко, как муравьиная кислота, снижает уровень рН и стабильно поддерживает буферную емкость на оптимальном уровне.
Кроме того, она оказывает антистрессовое действие, является катализатором обмена веществ, синергистом антиоксидантов. Цитратион, составляющий основу лимонной кислоты, — прекрасный хелатирующий агент, обеспечивающий образование легкоусвояемых хелатных комплексов ионов микроэлементов (железо, марганец, медь, цинк, кобальт и др.).

Соли органических кислот
Как уже было сказано выше, в состав подкислителей помимо чистых органических кислот могут входить и их соли. Безусловно, чистые кислоты обладают целым рядом неоспоримых достоинств (рис. 5).

Рис. 5. Свойства кислот и солей.

Высокая антибактериальная активность, снижение рН корма и желудка, снижение КСС кормов, консервация корма.
Однако кислоты имеют и определенные недостатки, связанные с их высокой активностью. Прежде всего, необходимо выделить коррозионную активность кислот, приводящую к повреждению оборудования систем поения (для жидких подкислителей) или деталей механизмов комбикормового производства.
Помимо этого, органические кислоты являются летучими соединениями, вследствие чего они теряют активность при длительном хранении (в составе комбикормов) и в процессе производства кормов (чувствительны к высоким температурам).
Еще одной особенностью органических кислот является их быстрая диссоциация, в результате которой они быстро инактивируются в организме животных.
Помимо этого, высокая концентрация органических кислот (в случае передозировки препаратов) может повреждать слизистые оболочки ЖКТ животных.
Соли органических кислот во многом лишены этих недостатков: они более стабильны при хранении и в процессе приготовления кормов, так как не летучи, обладают менее выраженной коррозионной активностью и способны проникать в более дистальные отделы ЖКТ.
Однако соли полностью лишены способности к подкислению и снижению КСС кормов, так как не имеют протонов водорода. Бактерицидное действие солей также менее выражено, что опять же сопряжено с отсутствием протонов водорода.
В связи с вышеизложенными особенностями органических кислот и их солей можно сделать заключение: наиболее эффективный подкислитель должен иметь в своем составе как чистые кислоты, так и их соли. Именно такая комбинация обладает максимальной антибактериальной активностью и стабильностью при хранении.
На диаграмме (рис. 6) показано, что кислоты и соли диссоциируют в разных отделах ЖКТ. Кислоты начинают распадаться в желудке и практически полностью инактивируются в 12-ти перстной кишке. В то же время соли кислот способны проникать в более дистальные отделы кишечника.
При этом органические кислоты в процессе диссоциации высвобождают протоны водорода, необходимые для активации анионов кислотных остатков, присутствующих в солях.
Таким образом, между солями и кислотами наблюдается определенный синергизм: кислоты дестабилизируют клеточные мембраны бактерий, что приводит к образованию каналов, в которые могут проникать соли и высвобождать токсичные для клеток бактерий анионы.
Еще раз повторим: применение комбинации солей и кислот является более эффективным способом профилактики бактериальных инфекций, чем использование кислот и солей по отдельности.

Рис. 6. Диссоциация кислот и их солей в отделах ЖКТ.

Среднецепочечные жирные кислоты (СЦЖК)
Помимо низкомолекулярных органических кислот, в состав подкислителей могут входить среднецепочечные жирные кислоты.
Среднецепочечные жирные кислоты, или СЦЖК (лауриловая, каприловая) обладают выраженным антибактериальным действием в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также некоторых микроскопических грибов. Минимальная ингибирующая концентрация среднецепочечных жирных кислот в несколько раз превосходит показатели низкомполекулярных органических кислот. Многочисленные сравнительные эксперименты показывают, что СЦЖК по своей активности превосходят низкомолекулярные кислоты в 5, а в некоторых случаях в 20 (!) раз (в зависимости от конкретного штамма микроорганизма). Соответственно, эффективная концентрация СЦЖК также на порядок ниже, чем у стандартных органических кислот в составе подкислителей.
Антимикробная активность СЦЖК обусловлена рядом механизмов:
а) Разрушение клеточных мембран бактерий. Мембраны бактерий представляют собой двухслойную структуру, образованную фосфолипидами. Молекулы СЦЖК, обладая схожей химической структурой и размерами молекул с фосфолипидами клеточных мембран, способны встраиваться между ними. Это приводит к разрыву соединений между фосфолипидами и, как следствие, нарушению целостности клеточной мембраны. В итоге, внутреннее содержимое бактериальной клетки за счет осмоса выходит в окружающее пространство, что приводит к гибели бактериальной клетки.
б) Подкисление внутриклеточного содержимого. В результате вышеописанного процесса, приводящего к нарушению целостности клеточных мембран, в них образуются поры, в которые проникают молекулы СЦЖК, не участвовавшие во взаимодействии с фосфолипидами мембран. Так как рН внутриклеточного содержимого бактерий имеет нейтральную реакцию (6,0–7,1), возникают условия для диссоциации среднецепочечных жирных кислот. Попадая внутрь клетки, СЦЖК диссоциируют с образованием протонов, которые значительно снижают внутриклеточную рН бактерий. В итоге нарушаются обменные процессы, протекающие внутри клетки, в том числе окисли тельное фосфорилирование, что приводит к гибели патогенной бактерии.
в) Ингибирование репликации ДНК. В бактериальных клетках ДНК находятся в свободном состоянии, поэтому СЦЖК, проникающие в клетку в соответствии с механизмами описанными выше, способны встраиваться в структуру ДНК бактерий. СЦЖК способны «сшивать» между собой нити бактериальной ДНК, препятствуя ее репликации, в итоге клетка теряет способность к делению и регенерации.
Снижение вирулентности. Помимо прямого антибактериального действия, среднецепочечные жирные кислоты способствую снижению вирулентности патогенных микроорганизмов. Большинство патогенных микроорганизмов, таких как Salmonella, E.Coli, C.Perfingens и другие, для инфицирования организма должны прикрепиться к стенке кишечника. Для этого микроорганизмы выделяют специфические белки и ферменты, провоцирующие повреждение ворсинок кишечника. СЦЖК блокируют синтез бактериями липазы, вследствие чего бактерии теряют способность к адгезии. Таким образом, препарат СЦЖК значительно снижает вирулентность патогенных микроорганизмов (способность инфекционного агента — штамма микроорганизма или вируса — заражать организм животного).

Эфирные масла
Эфирные масла — высокоактивные летучие субстанции, обладающие бактерицидным действием, многократно превышающим действие антибиотиков (в аналогичных дозировках). Важно отметить, что к компонентам эфирных масел, в отличие от антибиотиков, у патогенных микроорганизмов не вырабатывается резистентности.
Свойства эфирных масел обусловлены композитным составом специфических фенолов и терпенов. Наибольшей антибактериальной активностью обладают эфирные масла тимьяна и гвоздики, а также коричный альдегид, отличающиеся высоким содержанием таких биологически активных веществ, как тимол, карвакрол, α-пинен, терпенеол, цинеол, эвгенол.
Механизм действия фенолов и терпенов на бактериальную клетку во многом сходен с действием органических кислот: разрушение клеточной мембраны, нарушение обменных процессов и репликации ДНК. Однако эффективные концентрации эфирных масел в сотни раз ниже, чем у органических кислот. Совместное применение органических кислот позволяет достичь максимальных бактерицидных и фунгицидных свойств при безопасных для животных дозировках.
Дополнительное действие эфирных масел. Помимо вышеперечисленных компонентов, обладающих выраженным действием на бактериальную и грибную клетку, в состав эфирных масел входят и другие активные компоненты, такие как кампферол, линалол, борнеол, цинеол. Эти вещества обладают противовоспалительным, успокаивающим, спазмолитическим действиями. Помимо этого, перечисленные компоненты эффективны для профилактики респираторных заболеваний различной этиологии.