На рынке имеется огромное количество доступных органических кислот, и понимание их химического состава - единственный способ выбрать подходящую для каждого корма для животных.
Органические кислоты широко использовались с тех пор, как в ЕС были запрещены антибиотики, способствующие росту . Они представляют собой одну из наиболее широко распространенных альтернатив традиционным противомикробным средствам, но их эффективность зависит от их активности, концентрации, синергетического эффекта с другими органическими кислотами и другими добавками, а также от pH желудка, который колеблется с возрастом.
Несмотря на их широкое использование и очень обширную техническую и исследовательскую литературу по этому вопросу, все еще существует значительный пробел в наших знаниях, выходящий за рамки классического эффекта «доза-реакция», поскольку эти соединения требуют знания основ химии, прежде чем их правильно использовать.
Что это за органические кислоты?
Органические кислоты содержатся в большинстве растительных веществ, которые мы потребляем каждый день. Например, лимонная кислота, обычная органическая кислота, присутствует в большинстве фруктов и в больших количествах в цитрусовых. Яблочная кислота содержится в яблоках, тогда как обычный уксус - это кислая кислота. По своей природе органические кислоты довольно слабые, о чем свидетельствует их широкое распространение и безопасное потребление людьми и животными. С другой стороны, они могут быть достаточно сильными противомикробными агентами в достаточной концентрации, но, как и любое такое соединение, требуемая доза зависит от патогенной нагрузки. То есть чем больше бактерий присутствует, тем более высокая дозировка требуется для их нейтрализации.
Чем они отличаются от неорганических кислот?
Неорганические кислоты также широко распространены в природе, но их можно найти в очень незначительных количествах, если они не концентрируются в промышленности. Например, две распространенные неорганические кислоты включают фосфорную кислоту и соляную кислоту. Первый используется во многих газированных напитках, а второй выделяется желудком животных. Неорганические кислоты являются сильными кислотами, поскольку они могут вызвать повреждение, если их не разбавить сильно. Например, наш желудок может безопасно обрабатывать сильно разбавленную соляную кислоту, но концентрированная просто прожигает его. Очевидно, что использование неорганических кислот создает значительные проблемы с безопасностью всего производственного процесса. Таким образом, хотя они достаточно эффективны в качестве дезинфицирующих средств (таких как коммерческие растворы хлора), они обычно не используются в качестве кормовых добавок.
Как определить силу органических кислот?
Мы назвали органические кислоты по сравнению с неорганическими кислотами слабыми и сильными, но это качественный термин, который необходимо подкрепить числовым индексом, который можно использовать для сравнения кислот на равной основе. Химики во всем мире согласились с термином pKa, который представляет собой не что иное, как отрицательный логарифм концентрации тел-участников реакции в состоянии равновесия. Это довольно сложный показатель с точки зрения его определения и расчета. С точки зрения биохимии, и именно здесь нам нужен этот индекс, чтобы помочь нам понять органические кислоты, мы можем понимать pKa как pH, при котором диссоциирует 50 процентов кислоты. С практической точки зрения, чем выше pKa, тем слабее будет наша кислота.
Как органические кислоты приносят пользу животному
Считается, что органические кислоты воздействуют на патогенные бактерии двумя основными способами. Во-первых, они могут снижать pH окружающей среды, делая невозможным выживание нежелательных бактерий. Эту роль обычно выполняет желудочная соляная кислота, которая убивает большинство внешних бактерий, потребляемых вместе с пищей или водой, но не влияет на естественные бактерии, которые просто потребляют питательные вещества. Чтобы органические кислоты снижали pH желудка, помогая или замещая естественно секретируемую соляную кислоту, нам нужны сильные (er) кислоты, которые расщепляются (диссоциируют) в условиях желудка.
Во-вторых, органические кислоты в их интактной (недиссоциированной) форме, как полагают, проникают через внешнюю бактериальную мембрану, попадая в ее цитоплазму, где они диссоциируют при нейтральном pH. Это снижает внутренний pH, и бактерии в конечном итоге погибают, пытаясь решить проблему. Только слабые кислоты остаются нетронутыми в желудке, попадая в тонкий кишечник, где они могут атаковать бактерии. Такое действие также происходит в желудке, но оно имеет ограниченное значение, поскольку корм не задерживается там надолго. Напротив, в тонком кишечнике популяции бактерий значительны, и именно здесь общее сокращение количества хороших и плохих бактерий обычно приводит к повышению эффективности преобразования корма. Однако действие органических кислот может быть ограничено чрезмерной способностью организма поддерживать нейтральный pH в кишечнике. вызывая диссоциацию органических кислот рано или поздно. С этой целью в толстую кишку могут попасть только покрытые или иным образом защищенные органические кислоты.
Какое значение имеет pH в желудке?
Обычно мы выбираем органические кислоты, которые действуют в тонком кишечнике, игнорируя важность низкого барьера pH в желудке, но это требует некоторых объяснений. В желудке животных есть вода и соляная кислота, в результате чего pH составляет около 2, что является очень кислым, что необходимо для предотвращения проникновения большинства патогенов. У молодых животных с все еще развивающейся пищеварительной системой pH часто приближается к 4, особенно у животных, которые только что отлучены от молочной диеты. Таким образом, важно понять, как органические кислоты влияют на эти два значения pH желудка, и это приведет нас к выбору правильных кислот для правильной цели.
Для этого рассмотрим сначала молочную кислоту (слабую органическую кислоту) с pKa 3,86. При pH желудка 2 (зрелые животные) большая часть уксусной кислоты останется нетронутой (недиссоциированной и, следовательно, неэффективной для снижения pH желудка). Напротив, при pH желудка 4 (молодые животные) большая часть молочной кислоты расщепляется на ее компоненты, высвобождая протоны водорода, которые понижают pH, и конъюгированное основание. Таким образом, в диссоциированной форме молочная кислота при pH 4 будет эффективна для снижения pH желудка, по крайней мере, до тех пор, пока pH не снизится до уровня ниже его pKa, но не подходит в качестве антибактериального агента в тонком кишечнике, поскольку большая часть ее будет потребляться в желудок.
Далее, давайте рассмотрим уксусную кислоту (еще более слабую органическую кислоту) со значением pKa 4,75. Очевидно, что эта кислота останется в основном неповрежденной и, следовательно, неэффективной для снижения pH желудка как у молодых, так и у взрослых животных, поскольку ее pKa выше любого из ожидаемых значений pH желудка. Это, конечно, не важно для взрослых животных, но показывает, что у молодых животных уксусная кислота - довольно плохой выбор для снижения pH желудка.
Наконец, есть случай органических кислот с более чем одним значением pKa, например лимонная кислота с тремя значениями pKa, поскольку у нее есть три протона, которые нужно отдать в растворе: 3,13, 4,76, 6,40. Очевидно, что первая диссоциация протонов произойдет в желудке молодых животных, в то время как двум другим придется подождать, пока они не достигнут тонкой кишки (где pH поддерживается около 7). Конечно, некоторая часть лимонной кислоты будет поглощена клетками стенки желудка в качестве прямого источника энергии, но это совершенно другая история.
Смеси органических кислот
Здесь следует отметить, что до сих пор мы обсуждали поведение органических кислот в желудке - то, что в значительной степени игнорируется. В тонком кишечнике, где pH приближается к 7 (нейтральный), органические кислоты продолжают действовать без разбора против бактерий, поскольку диссоциация становится практически полной. Следовательно, ценность органической кислоты должна определяться местом, в котором она должна действовать. Некоторые органические кислоты больше подходят для желудка (чтобы предотвратить попадание патогенов в кишечник), тогда как другие должны действовать на уровне кишечника (чтобы снизить общую бактериальную нагрузку). С этой целью сегодня обычной практикой является использование смесей органических кислот, которые покрывают широкий спектр pH для различных участков кишечника. Кроме того, не все органические кислоты одинаково эффективны против всех патогенов, соляная кислота является наиболее сильнодействующей кислотой, поскольку она полностью и мгновенно диссоциирует в водных растворах.
