На ринку є величезна кількість доступних органічних кислот, і розуміння їх хімічного складу - єдиний спосіб вибрати відповідну для кожного корми для тварин.
Органічні кислоти широко використовувалися з тих пір, як в ЄС були заборонені антибіотики, вони сприяли підвищенню. Вони являють собою одну з найбільш широко поширених альтернатив традиційним протимікробним засобам, але їх ефективність залежить від їх активності, концентрації, синергетичного ефекту з іншими органічними кислотами та іншими добавками, а також від pH шлунка, який коливається з віком.
Незважаючи на їх широке використання і дуже велику технічну та дослідницьку літературу з цього питання, все ще існує значний пробіл в наших знаннях, виходить за рамки класичного ефекту «доза-реакція», оскільки ці сполуки вимагають знання основ хімії, перш ніж їх правильно використовувати.
Що це за органічні кислоти?
Органічні кислоти містяться в більшості рослинних речовин, які ми споживаємо щодня. Наприклад, лимонна кислота, звичайна органічна кислота, присутня в більшості фруктів і у великих кількостях в цитрусових. Яблучна кислота міститься в яблуках, тоді як звичайний оцет - це кисла кислота. За своєю природою органічні кислоти досить слабкі, про що свідчить їх широке поширення і безпечне споживання людьми та тваринами. З іншого боку, вони можуть бути досить сильними антибактеріальними агентами в достатній концентрації, але, як і будь-яка така сполука, необхідна доза залежить від патогенного навантаження. Тобто чим більше бактерій присутні, тим вище дозування потрібно для їх нейтралізації.
Чим вони відрізняються від неорганічних кислот?
Неорганічні кислоти також широко поширені в природі, але їх можна знайти в дуже незначних кількостях, якщо вони не концентруються в промисловості. Наприклад, дві найпоширеніші неорганічні кислоти включають фосфорну кислоту і соляну кислоту. Перший використовується в багатьох газованих напоях, а другий виділяється шлунком тварин. Неорганічні кислоти є сильними кислотами, оскільки вони можуть викликати пошкодження, якщо їх не розбавити сильно. Наприклад, наш шлунок може безпечно обробляти сильно розбавлену соляну кислоту, але концентрована просто пропалює його. Очевидно, що використання неорганічних кислот створює значні проблеми з безпекою всього виробничого процесу. Таким чином, хоча вони досить ефективні в якості дезінфікуючих засобів (таких як комерційні розчини хлору), вони зазвичай не використовуються в якості кормових добавок.
Як визначити силу органічних кислот?
Ми назвали органічні кислоти в порівнянні з неорганічними кислотами слабкими і сильними, але це якісний термін, який необхідно підкріпити числовим індексом, який можна використовувати для порівняння кислот на рівній основі. Хіміки в усьому світі погодилися з терміном pKa, який являє собою не що інше, як негативний логарифм концентрації тіл-учасників реакції в стані рівноваги. Це досить складний показник з точки зору його визначення і розрахунку. З точки зору біохімії, і саме тут нам потрібен цей індекс, щоб допомогти нам зрозуміти органічні кислоти, ми можемо розуміти pKa як pH, при якому дисоціює 50 відсотків кислоти. З практичної точки зору, чим вище pKa, тим слабкіше буде наша кислота.
Як органічні кислоти приносять користь тварині
Вважається, що органічні кислоти впливають на патогенні бактерії двома основними способами. По-перше, вони можуть знижувати pH навколишнього середовища, роблячи неможливим виживання небажаних бактерій. Цю роль зазвичай виконує шлункова соляна кислота, яка вбиває більшість зовнішніх бактерій, споживаних разом з їжею або водою, але не впливає на природні бактерії, які просто споживають поживні речовини. Щоб органічні кислоти знижували pH шлунка, допомагаючи або заміщаючи природно секретируемой соляну кислоту, нам потрібні сильні (er) кислоти, які розщеплюються (дисоціюють) в умовах шлунка.
По-друге, органічні кислоти в їх інтактній (недисоцюйованій) формі, як вважають, проникають через зовнішню бактеріальну мембрану, потрапляючи в її цитоплазму, де вони дисоціюють при нейтральному pH. Це знижує внутрішній pH, і бактерії в кінцевому підсумку гинуть, намагаючись вирішити проблему. Тільки слабкі кислоти залишаються недоторканими в шлунку, потрапляючи в тонкий кишечник, де вони можуть атакувати бактерії. Така дія також відбувається в шлунку, але воно має обмежене значення, оскільки корм не затримується там надовго. Навпаки, в тонкому кишечнику популяції бактерій значні, і саме тут загальне скорочення кількості хороших і поганих бактерій зазвичай призводить до підвищення ефективності перетворення корму. Однак дія органічних кислот може бути обмежена надмірною здатністю організму підтримувати нейтральний pH в кишечнику. викликаючи дисоціацію органічних кислот рано чи пізно. З цією метою в товсту кишку можуть потрапити тільки покриті або іншим чином захищені органічні кислоти.
Яке значення має pH в шлунку?
Зазвичай ми вибираємо органічні кислоти, які діють в тонкому кишечнику, ігноруючи важливість низького бар'єру pH в шлунку, але це вимагає деяких пояснень. У шлунку тварин є вода і соляна кислота, в результаті чого pH становить близько 2, що є дуже кислим, що необхідно для запобігання проникнення більшості патогенів. У молодих тварин з все ще розвиваючою травною системою pH часто наближається до 4, особливо у тварин, які тільки що відлучені від молочної дієти. Таким чином, важливо зрозуміти, як органічні кислоти впливають на ці два значення pH шлунка, і це призведе нас до вибору правильних кислот для правильної мети.
Для цього розглянемо спочатку молочну кислоту (слабку органічну кислоту) з pKa 3,86. При pH шлунка 2 (зрілі тварини) велика частина оцтової кислоти залишиться недоторканою (недисоційованою і, отже, неефективною для зниження pH шлунка). Навпаки, при pH шлунка 4 (молоді тварини) велика частина молочної кислоти розщеплюється на її компоненти, вивільняючи протони водню, які знижують pH, і кон'юговану підставу. Таким чином, в дисоційованій формі молочна кислота при pH 4 буде ефективна для зниження pH шлунка, принаймні, до тих пір, поки pH не знизиться до рівня нижче його pKa, але не підходить в якості антибактеріального агента в тонкому кишечнику, оскільки велика частина її буде споживатися в шлунок.
Далі, давайте розглянемо оцтову кислоту (ще більш слабку органічну кислоту) зі значенням pKa 4,75. Очевидно, що ця кислота залишиться в основному неушкодженою і, отже, неефективною для зниження pH шлунка як у молодих, так і у дорослих тварин, оскільки її pKa вище будь-якого з очікуваних значень pH шлунка. Це, звичайно, не важливо для дорослих тварин, але показує, що у молодих тварин оцтова кислота - досить поганий вибір для зниження pH шлунка.
Нарешті, є випадок органічних кислот з більш ніж одним значенням pKa, наприклад лимонна кислота з трьома значеннями pKa, оскільки у неї є три протона, які потрібно віддати в розчині: 3,13, 4,76, 6,40. Очевидно, що перша дисоціація протонів відбудеться в шлунку молодих тварин, в той час як двом іншим доведеться почекати, поки вони не досягнуть тонкої кишки (де pH підтримується близько 7). Звичайно, деяка частина лимонної кислоти буде поглинена клітинами стінки шлунка в якості прямого джерела енергії, але це зовсім інша історія.
Суміші органічних кислот
Тут слід зазначити, що до сих пір ми обговорювали поведінку органічних кислот в шлунку - то, що в значній мірі ігнорується. У тонкому кишечнику, де pH наближається до 7 (нейтральний), органічні кислоти продовжують діяти без розбору проти бактерій, оскільки дисоціація стає практично повною. Отже, цінність органічної кислоти повинна визначатися місцем, в якому вона повинна діяти. Деякі органічні кислоти більше підходять для шлунка (щоб запобігти потраплянню патогенів в кишечник), тоді як інші повинні діяти на рівні кишечника (щоб знизити загальне бактеріальне навантаження). З цією метою сьогодні звичайною практикою є використання сумішей органічних кислот, які покривають широкий спектр pH для різних ділянок кишечника. Крім того, не всі органічні кислоти однаково ефективні проти всіх патогенів, соляна кислота є найбільш сильнодіючою кислотою, оскільки вона повністю і миттєво дисоціює у водних розчинах.
15.03.2021
