Інкапсульовані добавки в годівлі худоби
В сфері годівлі, розведення та утримання тварин прогрес призвів до збільшення продуктивності та підвищення вимог до кормів та їх інгредієнтів. Крім того, базові умови у годівлі та виробництві кормів змінюються у зв'язку з коригуванням правових вимог за максимальними рівнями (постанова про добрива, «Зелена угода» тощо) та вимогами суспільства (скорочення використання антибіотиків в годівлі, захист навколишнього середовища, харчування «Без ГМО» та ін.). Все більше уваги приділяється альтернативним інгредієнтам корму, використання яких висуває вищі вимоги до рецептури для досягнення найкращого можливого ефекту. Інкапсуляція може гарантувати, що інгредієнти та активні речовини безпечно досягають бажаного ефекту в організмі тварини.
Основним завданням інкапсуляції є захист вбудованих інгредієнтів та активних речовин від зовнішніх впливів.
Для компонентів корму це стосується не тільки зберігання та переробки в комбікормі, але також і особливо до вивільнення і перетравлення в організмі тварини доти, поки активний інгредієнт не досягне місця дії. Що стосується використовуваних систем інкапсуляції, то розрізняють (на додаток до вихідної форми і пропорції матеріалу, що інкапсулюється) процес інкапсуляції та інкапсулюючий матеріал. Технологічно розрізняють два основні процеси: У так званому процесі coreshell інкапсулюючий матеріал наноситься як захисний шар на ядро активного інгредієнта і покриває його.
Такі продукти часто отримують у процесі псевдозрідженого шару шляхом розпилення інкапсулюючого матеріалу на активний інгредієнт або агломерат активного інгредієнта, який знаходиться в суспензії. Завдяки відносно тонкому захисному шару продукту може бути досягнута висока частка активного інгредієнта. При цьому товщина шару надає вирішальний вплив на функціональність виробу.
У процесі матричної інкапсуляції активний інгредієнт або суміш активних інгредієнтів тонко розподіляють в інкапсульованому матеріалі (суспензії), а потім, як правило, розпиляють через спеціальні системи форсунок. Розмір частинок активних інгредієнтів і пропорція активного інгредієнта, що використовується, визначають функціональність (мал. 1)
Процес інкапсуляції суттєво впливає на ефективність захисту. При інкапсулюванні ядро-оболонки, тобто активний інгредієнт, повністю захищений від зовнішніх впливів, поки оболонка не пошкоджена. Будь-яке фізичне пошкодження оболонки призводить до практично повної втрати захисту. Тому корпус має бути спроектований так, щоб він був дуже стійким. З іншого боку, розчинення оболонки в місці дії є важливою передумовою ефективної дії/вивільнення. Цей конфлікт цілей показаний у Koenig and Rode (2001) для метіоніну, інкапсульованого в ядро-оболонку: висока стабільність у рубці через стабільну оболонку призвела до низької доступності в тонкому відділі кишківника. У процесі матричної інкапсуляції тонкий розподіл невеликих ядер активного інгредієнта в матриці забезпечує надійний захист навіть у разі механічного пошкодження, оскільки кожна окрема частка активного інгредієнта оточена захисним матеріалом, що інкапсулюється. Як носій і захисний матеріал в основному використовують різні рослинні жири або суміші на основі рослинних жирів. Матеріал-носій призначений з одного боку для захисту від зовнішніх впливів, а також для забезпечення вивільнення активних інгредієнтів під час травлення. Завдяки повному перетравленню матриці матеріалу-носія в тонкому кишківнику вбудованого активного інгредієнту (інгредієнтів) також доступний там.
Процес BEWI-FATRIX®
Враховуючи багаторічний досвід розпилення захищених жирів на основі гідрогенізованих рослинних жирів (в основному пальмової або рапсової олії), компанія BEWITAL agri GmbH & Co. KG розробила процес одержання амінокислот, вітамінів групи В та інші активні інгредієнти з ефективним захистом (процес BEWI-FATRIX®).
Після змішування активних інгредієнтів із тугоплавкими рослинними жирами у суспензійному процесі BEWITAL® активні інгредієнти вносяться та стабілізуються у жировій матриці шляхом холодного розпиленням (кріотехнологія). Отримані частинки є сипучими, стабільними при зберіганні та легко дозуються. Поміщаючи їх у матрицю з тугоплавкого жиру, ув'язнені активні інгредієнти ефективно та значною мірою захищені від зовнішніх впливів. За допомогою цього процесу амінокислоти, вітаміни, спеціальні жирні кислоти та різні інші активні інгредієнти можуть бути ефективно інкапсульовані як окремо, так і в сумішах на індивідуальне замовлення (мал. 2)
Отримані частинки мають однорідну сферичну форму і дуже легко дозуються та підмішуються у комбікорми, мінеральні корми та премікси (мал.3). Матриця гідрогенізованих рослинних жирів забезпечує захист інкапсульованих активних інгредієнтів навіть при механічному впливі процесу змішування.
Інкапсульовані активні речовини в кормах для великої рогатої худоби.
Нова постанова про добрива з суворішими обмеженнями виділення азоту і фосфору при виробництві молока призводить, завдяки акценту на постачання сільськогосподарських тварин білками, пов'язаними з продуктивністю, до зростаючого інтересу до використання (захищених рубцем) амінокислот у молочному скотарстві з акцентом на економію протеїну та фосфору в кормах. Ще сильніше діє додатковий попит із боку суспільства годівлі «без ГМО». Амінокислоти, інкапсульовані в матрицю, роблять тут ефективний внесок, як було показано при використанні комбінації лізину та метіоніну у захищеній від рубця формі (BEWI-FATRIX® LM 101) (Hovenjürgen, 2019). В міру збільшення продуктивності у молочних корів часто виникають проблеми з обміном речовин, фертильністю та здоров'ям. Дослідження показують позитивний вплив на обмін речовин та фертильність при використанні різних (захищених в рубці) кормових добавок. Крім захищеного в рубці метіоніну та холіну, які є важливими для метаболізму печінки, інші активні інгредієнти, такі як карнітин, ніацин та інші вітаміни групи В, також обговорюються як корисні кормові добавки для корів з високими надоями. Висновки Santschi et. ін (2005) показують необхідність захисту в рубці більшості вітамінів групи В. Інкапсуляція в матрицю також забезпечує захист рубця від інших активних інгредієнтів, таких як ефірні олії та рослинні екстракти, антиоксиданти або спеціальні жирні кислоти. Матричний процес не обмежується твердими частинками, він також дозволяє впроваджувати жиророзчинні речовини на молекулярному рівні, забезпечуючи цим ефективний захист рубця та оптимальну доступність. Це вже було детально задокументовано для кон'югованих лінолевих кислот (CLA) у молочних корів та їх впливу на параметри фертильності (de Veth et al. 2009) та метаболізму глюкози (Hoetger et al., 2013). Продукт BEWI-FATRIX® CLA (кон'югована лінолева кислота в захищеній в рубці формі) демонструє ефективність захисту рубця процесу BEWI-FATRIX® також для рідких активних жиророзчинних інгредієнтів при використанні в сільськогосподарській практиці годівлі молочних корів.
Інкапсульовані активні речовини у годівлі моногастричних тварин.
З введенням заборони на антибіотики у ЄС, починаючи з 1999 р., та повною забороною пізніше у 2006 р. використання альтернативних концепцій у годівлі свиней та птиці ставало все більш і більш необхідним. Наприклад, використовуються органічні кислоти, коротко- та середньо-ланцюгові жирні кислоти, ефірні олії та інші рослинні речовини. Проте специфічні властивості цих продуктів часто обмежують їхнє практичне використання в кормових сумішах. Відносно органічних кислот особливу увагу слід приділяти їх корозійній дії при дозуванні та зберіганні, а також інтенсивній інактивації/дисоціації при проходженні через шлунок з низьким значенням pH. Таким чином, дія у задніх відділах кишечника часто обмежена. Низька температура плавлення часто використовуваних коротко-і середньо ланцюгових жирних кислот також обмежує їх можливе використання у більш високих концентраціях.
У разі використання ефірних олій та активних рослинних речовин часто спостерігається дозо залежне зниження споживання корму, незважаючи на те, що вони відносяться до групи «речовин-ароматизаторів що стимулюють апетит» (Windish et al., 2007). Інші рослинні компоненти, що мають антиоксидантні властивості, також мають обмежене застосування в кормах для тварин через їх запах і смак (Capsicum spec.).
Крім того, необхідно враховувати вплив на працівників, які перебувають у безпосередньому контакті з активною речовиною. При необхідності використання великих концентрацій, інкапсулювання може запобігти як негативному впливу шлункового соку на діючу речовину (органічні кислоти/солі), так і негативному впливу речовин на споживання та смак корму (рослинні активні речовини), а також покращують технічні властивості (коротко- та середньо ланцюгові) жирні кислоти, активні речовини рослинного походження). На додаток до цього захисту інкапсуляція повинна забезпечувати вивільнення в місці дії в організмі тварини. Зазвичай це тонкий відділ кишківника тварини (свиня/птиця). Метод матричної інкапсуляції (BEWI-FATRIX®) гарантує ефективний захист, і в той час як жирова матриця у тонкому кишечнику перетравлюється жовчними кислотами та ліпазами, інкапсульовані речовини повільно вивільняються, щоб вони могли діяти у тонкому кишківнику.
Продукт BEWI-FATRIX® SynerG+ є прикладом того, як цей процес можна також використовувати для продуктів в годівлі свиней та птиці. Підтверджений in vitro інгібуючий ефект на грампозитивні мікроорганізми, такі як стрептококи та клостридії (Hovenjürgen et al., 2016), показує дуже хороші результати у свиноматок, поросят та свиней на відгодівлі, навіть при використанні з кормом завдяки інкапсулюванню матриці.
Висновок:
Процес матричної інкапсуляції на основі гідрогенізованих рослинних жирів дозволяє використовувати кормові компоненти та активні інгредієнти, використання яких у незахищеному вигляді неможливе, або може мати негативні наслідки. У жуйних тварин до них відносяться не тільки амінокислоти та водорозчинні вітаміни, але й інші активні інгредієнти, які значно розщеплюються в рубці без захисту. У тварин з однокамерним шлунком різні активні речовини засвоюються в шлунку або можуть негативно впливати на споживання корму.
Використання інкапсульованих активних речовин дозволяє застосовувати альтернативні концепції годівлі великої рогатої худоби, свиней та птиці, необхідні для забезпечення безпечного виробництва кормів для тварин, прийнятних для суспільства та політики навіть в умовах, що змінилися.
