Dr inż. Anna Wilkanowska

Ważnym momentem dla produkcji zwierząt gospodarskich, w tym drobiu, było wprowadzenie zakazu stosowania antybiotykowych stymulatorów wzrostu. Zakaz obowiązuje od 2006 roku i dotyczy całej Unii Europejskiej. Niestety brak możliwości korzystania z ASW skutkował rosnącym ryzykiem pojawienia się w stadzie schorzeń przewodu pokarmowego (m.in. biegunki).

Konsekwencją tego typu problemów zdrowotnych było pogorszenie efektów produkcyjnych. Stwierdzono u zwierząt gorsze wykorzystanie paszy oraz zwiększoną śmiertelność. W wielu przypadkach po wprowadzeniu zakazu stosowania ASW zaczęła spadać opłacalność produkcji.
W związku z tym pojawiła się potrzeba znalezienia skutecznej alternatywy dla antybiotykowych stymulatorów wzrostu. W poszukanie idealnego preparatu niwelującego ryzyko wyżej wymienionych problemów włączyli się naukowcy. Efektownym zamiennikiem ASW w produkcji drobiu i innych zwierząt gospodarskich okazały się probiotyki, prebiotyki, synbiotyki, zioła. Do grupy środków o takim działaniu trafiły również kwasy organiczne o skuteczności których powstał niejeden artykuł naukowy.

Podział kwasów organicznych

Kwasy organiczne są substancjami aktywnymi, są ważnym składnikiem zakwaszaczy, z których korzystają zarówno hodowcy trzody chlewnej, jak i drobiu. Bardzo dobrze znane są osobom trudniącym się hodowlą królików, bydła i ryb. Stosuje się je pojedynczo bądź w mieszaninach, na nośniku stałym, którym jest materiał paszowy mineralny (np. krzemionka, bentonit) lub organiczny (np. otręby). Dostępne są również w postaci płynnej, w tym przypadku nośnikiem jest z reguły gliceryna.

Obecne w dedykowanych dla zwierząt preparatach zakwaszających kwasy organiczne są kwasy karboksylowe. Są one zbudowane z łańcucha węglowodorowego i grupy karboksylowej o ogólnym wzorze R-COOH.

W żywieniu zwierząt kluczową rolę odgrywają przede wszystkim krótkołańcuchowe kwasy (ang. Short Chain Fatty Acids, SCFA), które produkowane są w jelitach przez bakterie z rodzaju Clostridium, Eubacterium, Fusobacterium i in., na drodze fermentacji niestrawionych węglowodanów. SCFA w swoim łańcuchu posiadają maksymalnie 6 atomów węgla. Do tej grupy związków zaliczany jest podstawowy kwas organiczny, czyli kwas mrówkowy (łac. Acidum formicum, wzór chemiczny HCOOH i symbol E236), stosowany w ilości od 0,2-1,0% na jednostkę masy paszy. Znajduje się on w pokrzywach, znaleźć go można również w jadzie pszczół. Wyróżnia się silnymi właściwościami bakteriostatycznymi i bakteriobójczymi. Do tej grupy należy również kwas masłowy, który jako dodatek paszowy, może występować w formie maślanu wapnia, magnezu bądź cynku. W maślanie wapnia zawartość kwasu masłowego wynosi 75%.
Należy wspomnieć również o dość słabym kwasie octowym (łac. Acidum aceticum, o wzorze chemicznym C2H4O2 i symbolu E260), który stosuje się zwykle w połączeniu z innymi kwasami. Jego specjalnością jest regulacja procesów fermentacji, które mają miejsce w jelitach.
Z kolei kwas propionowy (łac. Acidum propionicum, o wzorze chemicznym C3H6O2 i symbolu E280) jest zakwaszaczem o umiarkowanym działaniu prebiotycznym, stosowany jest w ilości 0,2-1,0% masy paszy. Funkcjonuje jako konserwant paszy. Ma hamujący wpływ na rozwój grzybów. Stosowanie go pozwala na zwiększenie pobrania paszy przez zwierzęta, działa też stymulująco na wchłanianie z przewodu pokarmowego. Zaobserwowano, że kwas propionowy zapobiega nieżytom przewodu pokarmowego oraz jest w stanie zwiększyć przyrosty dobowe zwierząt.

Dobremu przyswajaniu fosforu sprzyja kwas cytrynowy (łac. Acidum citricum, o wzorze chemicznym C6H8O7 i symbolu E330), który stosowany jest w ilościach 0,2-0,8% masy paszy. Ma on działanie konserwujące i zwiększa pobranie paszy. Wykazuje też pozytywny wpływ na trzustkę.

Do kwasów organicznych wykorzystywanych w produkcji zwierzęcej, należy również kwas jabłkowy (łac. Acidum malicum, o sumarycznym wzorze chemicznym C4H605, w Unii Europejskiej zarejestrowany jako substancja o symbolu E296), który stosowany jest w ilości 0,5-2,0% całkowitej masy paszy. Wykorzystywany jest jako substancja prebiotyczna. Charakteryzuje się słabym kwaśnym odczynem, wykorzystywany jest jak składnik poprawiający zarówno zapach, jak i smak mieszanki paszowej.

Pozytywny wpływ na smakowitość paszy ma też silny zakwaszacz – kwas fumarowy (łac. Acidum fumaricum, o wzorze chemicznym C4H4O4 i symbolu 1a297 ,dawniej E297), który stosuje się w ilościach 0,4-1,0% masy paszy. Wyróżnia się działaniem antyseptycznym i bakteriostatycznym. Stosuje się go razem z kwasami hamującymi rozwój grzybów i bakterii dla który stanowi pożywkę.
Praktyczne zastosowanie w komponentach dla zwierząt znalazł także kwas benzoesowy (łac. Acidum Benzoicum, o wzorze chemicznym C7H6O2 i symbolu E210), który jest najprostszym aromatycznym kwasem karboksylowym. Stosowany jest w ilości 0,8-1,0% masy paszy. Jako zakwaszacz wykazuje działanie umiarkowane. Jest bardzo skuteczny jako środek konserwujący paszę. Pobudza on działanie wydzielnicze układu pokarmowego i powstrzymuje rozwój bakterii, grzybów i pierwotniaków. W połączeniu z innymi środkami przyczynia się do znacznej poprawy przyrostów dobowych. Acidum Benzoicum działa antyseptycznie i przeciwgorączkowo.
W produkcji zwierzęcej wykorzystywane są również średniołańcuchowe kwasy, które posiadają w swoim łańcuchu od 6 do 12 atomów węgla. Do tej grupy należy kwas kaprylowy i kaprynowy.

Preparaty posiadające w składzie kwasy organiczne używa się w różny sposób. W formie sypkiej (do mieszanek paszowych) lub płynnej (w formie roztworów w wodzie do picia). Kwasy organiczne dzieli się również z uwagi na cel stosowania. Wykorzystywane są gdy obserwuje się spadek pobrania paszy lub pogorszenie jakości odchodów. Niestety zakwaszacze stosowane w związku z wystąpieniem nieprawidłowości w stadzie nierzadko nie rozwiązują diagnozowanych problemów. Kwasy organiczne podaje się również profilaktycznie. Znajdują zastosowanie w momentach będących źródłem stresu dla zwierząt.

Podawane są w okresie zmiany mieszanki paszowej, która ma wpływ na stan mikroflory przewodu pokarmowego. Zakwaszacze pomagają uniknąć ewentualnych problemów zdrowotnych.

Kwasy organiczne dzieli się również w zależności od miejsca ich działania. Zakwaszenie wody poprawia jej status higieniczny, jest to bardzo ważna właściwość biorąc pod uwagę, że woda stosowana w pojeniu zwierząt może być skażona mikrobiologicznie. Zanieczyszczenie wody wynikające m.in. z braku działań zmierzających do dezynfekcji linii pojenia przejawia się obecnością znacznych ilości patogennych bakterii (np. Escherichia coli). Zakwaszenie wody daje możliwość zabezpieczenia stada przed ewentualnymi konsekwencjami takiego stanu rzeczy. Decydując się na wykorzystywanie zakwaszaczy płynnych należy mieć świadomość, że wiąże się to z koniecznością doposażenia linii pojenia w specjalny dozownik, który pozwala na otrzymanie oczekiwanego stężenia preparatu. Na szczęście dozownik nie jest bardzo drogi, jest on w zasięgu ręki właścicieli mniejszych obiektów. Tymczasem zakwaszenie mieszanek paszowych, zwłaszcza w przypadku dłuższego przechowywania paszy, zabezpiecza poszczególne jej składniki przed rozwojem pleśni. Chroni też przed powstawaniem szkodliwych mikotoksyn. Jak już wspomniano, obecność zakwaszacza w paszy ma też pozytywny wpływ na jej smakowitość i zwiększa pobranie mieszanki przez zwierzęta.

Porównanie zakwaszaczy stosowanych jako dodatek do wody i tych do paszy jest bardzo trudne. Oba wspomniane rozwiązania mają swoje zalety. Nie powinno zatem dziwić, że niektórzy producenci drobiu podejmują decyzję o równoległym wykorzystywaniu zakwaszaczy do wody
i do paszy. Decydując się na takie rozwiązanie należy uważać. Ponieważ nadmiar tego typu preparatów może mieć niekorzystny wpływ na zdrowie ptaków i na stan budżetu producenta. Zbyt duża ilość kwasów organicznych może prowadzić do zachwiania równowagi kwasowo-zasadowej organizmu i nieprawidłowości w pracy układu pokarmowego. Wykazano, że dodatek kwasu benzoesowego do diet dla kurcząt rzeźnych w ilości od 0,2 do 0,75% skutkuje zahamowaniem wzrostu, z kolei suplementacja na poziomie 0,1% nie pogarsza wyników odchowu. Niższa ilość kwasu obniża liczebność potencjalnie patogennych Enterobacteriaceae w przewodzie pokarmowym kurcząt. W związku z tym o pomoc w ustaleniu najbardziej odpowiednich dawek tego typu preparatów, należy poprosić doradców żywieniowych
Dotykając kwestii kwasów organicznych nie można nie wspomnieć o kwasach, których działanie rozpoczyna się dopiero w jelicie cienkim. Zakwaszacze otoczkowane od kilku lat stanowią prawdziwą konkurencję dla tradycyjnych zakwaszaczy. W trakcie produkcji kwasy umieszczone są na specjalnej matrycy tłuszczowej i otoczkowane. Powstała otoczka tłuszczowa rozkładana jest dopiero na skutek obecnych w jelicie cienkim enzymów lipolitycznych. W przeciwieństwie do tradycyjnych zakwaszaczy, które działają przede wszystkim
w żołądku i nie wpływają zbytnio na mikroflorę dalszych odcinków przewodu pokarmowego, zakwaszacze otoczkowane pozwalają na wyeliminowanie szkodliwych drobnoustrojów także z jelita cienkiego.

Kwasy organiczne a zmniejszanie pojemności buforowej paszy

Kwasy tłuszczowe przyswajane są w postaci triacylogliceroli (ang. Medium-Chain Triglyceryde, MCT). Proces hydrolizy tych niewielkich cząsteczek nie wymaga udziału wszystkich enzymów zaangażowanych w metabolizm tłuszczów (np. lipazy trzustkowej). Na skutek hydrolizy tworzone są średniołańcuchowe kwasy tłuszczowe, które w wątrobie (w hepatocytach) ulegają β-oksydacji. W wyniku tego procesu powstaje energia, która zużywana jest w tracie procesów metabolicznych. Uważa się, że efekt stymulowania wzrostu spowodowany przez kwasy organiczne może wynikać z wartości energetycznej kwasów, szczególnie, jeśli były one dodane w większej ilości. Nie jest to jedyne podstawowe działanie kwasów organicznych. Zastosowanie kwasów do paszy powoduje zmniejszenie jej pojemności buforowej. Miarą ich mocy jest zdolność do dysocjacji, czyli oddawania jonów wodorowych H+ w roztworze. Moc konkretnych kwasów organicznych określa ujemny logarytm dziesiętny ze stałej dysocjacji kwasu, który wynosi:

3,02 – dla kwasu fumarowego,
3,13 – dla kwasu cytrynowego
3,75 – dla kwasu mrówkowego,
3,83 – dla kwasu mlekowego,
4,19 – dla kwasu benzoesowego,
4,82 – dla kwasu masłowego,
4,76 – dla kwasu octowego,
4,88 – dla kwasu propionowego.

Najsilniejsze właściwości zakwaszające mają kwasy o najniższej wartości ujemnego logarytmu dziesiętnego ze stałej dysocjacji kwasu.
Na drodze dysocjacji uwalniają się jony wodoru, które prowadzą do spadku pH treści układu pokarmowego, co zmniejsza skutki buforowania paszy w żołądku. Obniżenie pH w przewodzie pokarmowym prowadzi do powstania niekorzystnych warunków dla rozwoju chorobotwórczej mikroflory, która najbardziej intensywnie rozmnaża się w środowisku o pH od 6,0 do 7,5. Dzięki kwasom organicznym spada także poziom toksycznego amoniaku oraz amin biogennych w jelicie cienkim. Wykazano, że zakwaszenie treści jelitowej do pH 4,0 intensyfikuje sekrecję enzymów trawiennych, umożliwia przekształcenie pepsynogenu w pepsynę, która jest odpowiedzialna za trawienie białka. Na skutek zmian wywołanych obecnością kwasów organicznych dochodzi do poprawy wchłanialności białek, minerałów oraz tłuszczów, co ma wpływ na wydajność zwierząt i stan ich zdrowia. Ponadto niezdysocjonowane całkowicie aniony kwasów
docierają do wnętrza bakterii, którego pH jest na poziomie 7. Dochodzi do uwolnienia jonów wodorowych, które zakwaszają wnętrze komórki bakteryjnej. Mikroorganizm traci dość duże pokłady energii, której deficyt prowadzi do zatrzymania najważniejszych procesów życiowych. Niedobór energii skutkuje zatrzymaniem przebiegu replikacji DNA potrzebnej do namnażania się szkodliwego mikroorganizmu. Minimalne stężenie hamujące (MIC – Minimum Inhibitory Concentration), czyli stężenie w którym zahamowany zostaje wzrost i rozwój bakterii zależy od pH otoczenia. Przykładowo dla kwasu mrówkowego MIC dla E. coli w warunkach pH 4,5 wynosi 0,15%, 0,40% dla kwasu mlekowego i 0,20% dla kwasu propionowego.

Cel stosowania kwasów organicznych w żywieniu drobiu

Jak już wspomniano, kwas octowy, jak i kwas masłowy i propionowy należą do krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, spośród których na szczególną uwagę zasługuje kwas masłowy, który w przewodzie pokarmowym jest produkowany przez drobnoustroje bytujące w okrężnicy, głównie bakterie fermentujące cukry. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, szczególnie kwas masłowy, pełnią fizjologiczną rolę poprzez bezpośredni wpływ na florę jelitową i błonę śluzową ściany przewodu pokarmowego oraz poprzez wpływ pośredni na inne (poza przewodem pokarmowym) narządy i tkanki. Należy podkreślić, że to właśnie kwas masłowy jest głównym źródłem energii dla kolonocytów, gdzie jest zużywany w 90%. Ma on korzystny wpływ na rozwój nabłonka jelitowego. Nie można zapominać o kwasie octowym, który wraz z krwią transportowany jest z okrężnicy do wątroby (zużywany jest tu w 70%), gdzie jest źródłem energii dla hepatocytów, substratem do syntezy cholesterolu i substratem do produkcji długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Część acidum aceticum metabolizowana jest w komórkach serca, nerek oraz w komórkach mięśniowych. Tymczasem kwas propionowy jest ważnym prekursorem glukogenezy w wątrobie. Tak samo jak kwas cytrynowy, jabłkowy i winowy wzmaga on wchłanianie z jelit do krwi niektórych biopierwiastków, a mianowicie wapnia, miedzi, żelaza, kobaltu. Kwas mrówkowy lub mrówczan sodowy umożliwia ochronę paszy przed bakteriami z rodzaju Salmonella, które nie są wrażliwe na środowisko kwaśne i wysoką temperaturę. Dzięki tej właściwości wymienione składniki zakwaszaczy wpływają na polepszenie spożycia paszy i zapobiegają zaburzeniom pokarmowym.

U drobiu stosowanie kwasów organicznych przyczynia się do ograniczenia rozwoju mikroorganizmów. Udowodniono, że zastosowanie kwasu propionowego powoduje znaczne zmniejszenie liczby E. coli i Salmonella w jelicie ślepym u brojlerów.
Poza eliminacją szkodliwych bakterii kwasy organiczne przyczyniają się do wzrostu populacji mikroorganizmów symbiotycznych. Wykazano, że wykorzystanie zakwaszaczy chronionych skutkuje wzrostem poziomu pożytecznych bakterii Lactobacillus, które na drodze fermentacji produkują kwas mlekowy. W ten sposób kwasy organiczne przyczyniają się do obniżenia pH żołądka, które zahamowuje rozwój patogennych bakterii preferujących wyższe pH środowiska ich bytowania. Stwierdzono, że zarówno kwasy organiczne, jak i ich sole są w stanie indukować ekspresję niektórych peptydów przeciwbakteryjnych w komórkach nabłonkowych jelit. Tym sposobem działają wspomagająco na zwalczanie ewentualnych infekcji. Maślan sodu poprzez intensyfikację ekspresji białka modelującego przepuszczalność jelitową prowadzi do wzmocnienia integralności nabłonka jelit. Posiada on właściwości, które sprawiają, że wzmaga się proces gojenia się ran. Kwasy organiczne wspomagają prawidłowe działanie bariery jelitowej, a mając istotny wpływ na strukturę nabłonka jelit pozwalają na prawidłowe wchłanianie substancji odżywczych.
Stwierdzono również korzystny wpływ kwasów na rozwój kosmków jelitowych. Udowodniono, że problemy w zakresie rozwoju kosmków jelitowych wynikają z obecności chorobotwórczych bakterii w przewodzie pokarmowym. Niekorzystne dla zdrowia mikroorganizmy mają dość duży wkład w apoptozę i złuszczanie enterocytów. Endotoksyny wchodzące w skład osłony komórkowej bakterii Gram-ujemnych, prowadzą do atrofii kosmków jelitowych i mogą doprowadzić do stanów zapalnych.

Kwasy organiczne znajdują zastosowanie, jako dodatki smakowe. Sprawnie maskują negatywne działanie poekstrakcyjnej śruty rzepakowej i nasion roślin strączkowych. Udowodniono, że pochodzące od zdysocjowanych kwasów jony pobudzają obecne w jamie ustnej kanały błonowe związane z receptorami przejściowego potencjału TRPA1, które decydują o odczuwaniu pieczenia i bólu, i które za pomocą nerwu trójdzielnego przekazują sygnały sensoryczne do mózgu. Związany z obecnością kwasów kwaśny smak wykrywają komórki czuciowe, z których bodziec smakowy przekazywany jest do mózgu za pośrednictwem nerwów czaszkowych odpowiedzialnych za unerwienie języka.

Piśmiennictwo dostępne u autorki