Органические кислоты: свойства и спектр применения в сельском хозяйстве

Одним из наиболее значимых «врагов» современного животноводства являются бактерии и микроскопические грибы во всех своих проявлениях. Ухудшение качества кормов, которое варьируется от появления затхлого запаха до видимой плесени и возможного образования токсинов является следствием размножения микроорганизмов.

Плесневые грибы продуцируют широкий спектр микотоксинов. Образовавшиеся токсины практически невозможно полностью удалить. Известно также, что следы микотоксинов, в частности, таких как охратоксин и афлатоксины можно обнаружить в конечных продуктах, таких как колбасные изделия, мясо, яйцо и молоко. Доказано участие микотоксинов в патогенезе тяжелых заболеваний человека и животных, связанное с их канцерогенным, мутагенным, гепатотоксичным и тератогенным эффектами. Анализ фактических данных по микотоксинам позволяет сделать вывод о повсеместном распространении, как их продуцентов, так и собственно токсинов.

Испорченные корма, таким образом, снижают продуктивность поголовья, и в случае повышенной зараженности бактериями и микотоксинами могут приводить к серьезным заболеваниям и падежу. В конечном итоге от неудовлетворительного качества кормов для животных страдает человек как конечный потребитель.

Одними из наиболее эффективных средств борьбы с микроорганизмами и грибами являются короткоцепочечные органические кислоты (ОК). Бактерицидное и фунгицидное действие ОК определяет универсальность их применения. Кроме того, ОК являются естественными метаболитами и бесследно ассимилируются в организме животного, принося ему пользу в виде дополнительной энергии. Перечисленные свойства ОК сделали их одними из наиболее популярных средств в животноводстве и птицеводстве последнего времени.

Исторически опытным путем было определено, что кислую среду (с низким значением рН) большинство патогенных бактерий не переносит, а молочнокислые бактерии прекрасно в пен размножаются. Практическим аспектом влияния кислотности на микроорганизмы стало использование кислой среды для консервации пищи в широком плане, а в частности, для сохранения заготовленных кормов (силоса, сенажа, зерна) для животных. Более полувека специалисты по кормлению животноводства и птицеводства занимаются введением в корма подкисляющих агентов. В начале использовали неорганические, затем отдельные органические кислоты, как правило, муравьиную или пропионовую. Продукты на их основе используют для уничтожения в кормах бактерий {Campylobacter, Salmonella, Pseudomonas), плесневых грибов (Aspergillus, Penicillium, Fusarium). Использование подкислителей для консервирования зерна, влажного сена, для приготовления силоса из травы, капусты, свекольной ботвы, позволяет сохранить исходную пищевую ценность кормов, превратить обменную энергию в реальные надои, привесы. На сегодня арсенал средств расширился до комбинаций, в основном, тех же самых органических кислот и их солей, иногда с добавками, снижающими их летучесть и коррозионные свойства, делающими их безопасными для персонала.

Богаче стал спектр применения ОК. Кроме задач улучшения и сохранения качества кормов после десяти лет интенсивных исследований в Европе и в США подкислители шире стали применять для профилактики различных заболеваний, подготовки воды. С подтверждением антибактериальных свойств многих препаратов, улучшающих состояние и деятельность желудочно-кишечного тракта, пищеварения и конверсию корма, подкислители стали рассматривать как замену кормовым антибиотикам.

В данной статье мы проанализируем некоторые аспекты действия ОК, остановившись в начале на механизмах их действия, затем рассмотрим стратегию их применения.

Органические кислоты

Короткоцепочечные органические кислоты (до 7 углеродных атомов) это природные соединения с общей структурой R-COOH, присутствующие в норме во всех клетках растений и животных. Свободная пропионовая кислота - продукт анаэробной ферментации и находится в продуктах, проходящих ферментативную обработку, таких как йогурт, кефир, сыры, а также образуется в силосе. В течении дня в рубце коров образуется 1,5 кг пропионовой кислоты - важного источника энергии для животных. Лошади получают 150 - 300 г пропионовой кислоты в результате интенсивной ферментации в толстом кишечнике. Поросята получают пропионовую кислоту, формируемую бактериальной флорой в толстом кишечнике, птицы в их зобе. Появляющиеся в результате кишечной бактериальной ферментации, или прямо задаваемые с кормом, органические кислоты имеют важные физиологические эффекты. Пропионовая, муравьиная и другие кислоты, а также и их производные, это естественные промежуточные продукты метаболизма сельскохозяйственных животных. Будучи добавленными в корма они совершенно безопасны и полностью усваиваются в результате обмена веществ, более того они полезны и вносят свой вклад в метаболизм в виде дополнительной обменной энергии (таблица 1).

Кислота	Формула R-CO ОН	Мол. Вес	рКа при 25°С	Растворимость	*оэ МДж/кг Для поросят	*оэ Ккал/кг для ПТИЦЫ
Муравьиная	НСООН	46,03	3,75	+++	-	-
Уксусная	СНЗСООН	60,05	4,76	+-Н-	9.60	2916
Пропионовая	СНЗСН2СООН	74,08	4,87		14.05	4254
Молочная	СНЗСН(ОН)СООН	90,08	3,86	+++	11.45	3477
Бутират	СНЗСН2СН2СООН	88,12	4,82	+++	17.65	5366
Сорбит	СНЗСН:СНСН:СНСООН	112,14	4,76	-г	-	-
Фумаровая	СОНСН:СНСООН	116,07	3,03/4,53	+	8.90	2713
Яблочная	СООНСН2СН(ОН)СООН	134,09	3,4/5,10		-	-
Винная	СООНСН2С(ОН)СН(ОН)СООН	150,09	2,93/4,23		-	-
Лимонная	СООНСН2С(ОН)(СООН)СН2СООН	192,14	3,08/4,53/ 5,04	++	8.10	2462
Ячмень					9.47	2792
Коммерч. закислитель					6.50	1985

Таблица 1. Структура, физические и химические характеристики некоторых кислот.

Большинство органических кислот полностью усваиваются, имея существенные значения обменной энергии, приведенные в двух правых крайних столбцах. Для сравнения значения обменной энергии для ячменя и коммерческого закислителя приведены в двух нижних строчках этой же таблицы.

Можно обратить внимание на то, что один килограмм пропионовой кислоты обладает примерно такой же кормовой энергетической ценностью как 2 кг ячменя. Описанные продукты на основе кислот усваиваются без остатка в желудке и кишечнике и являются доступным источником энергии для организма животного.

Механизм действия ОК

Антибактериальный эффект ОК достаточно сложен. Условно эффекты можно разделить на прямые и опосредованные. К прямым эффектам относится непосредственное токсическое (антибактериальное и фунгицидное) действие ОК. Опосредованно положительный эффект достигается путем снижения рН.

Прямое действие. Каждая органическая кислота обладает различными свойствами по отношению к бактериям и грибам, с которыми идет взаимодействие (см. ниже). Однако ОК с различной химической структурой обладают общими механизмами действия:

• Изменение внутриклеточного рН бактерий
• Снижение энергетического потенциала бактериальной клетки
• Разрушение клеточной мембраны бактерий
• Ингибирование основных обменных процессов бактерий
• Аккумуляция токсических анионов в бактериальной клетке

Опосредованное действие. Органические кислоты, диссоциируя дают ион водорода (Н+) в результате чего кислотность увеличивается (рН снижается), что ингибирует рост, особенно грамм отрицательных бактерий, оптимально развивающихся при рН 6 - 7. Одновременно с угнетением их роста в желудочно-кишечном тракте при pН ниже 4.5 улучшается работа секретируемых в желудок ферментов, переваривающих белки.

В противоположность, грамположительные бактерии (молочные и продуцирующие пропионовую кислоту) функционируют лучше при рН 3 - 4.5, таким образом, в присутствии ОК они получают преимущество перед патогенными микроорганизмами.

Эксперименты с созданием новых препаратов на базе ОК продолжаются, так как существует определенный синергизм в их действии, когда несколько кислот в комплексе дополняют свойства друг друга, работая при различных кислотностях в разных отделах желудочно-кишечного тракта, а также совместимы с молоком и кормами, что позволяет гибко использовать эти препараты. Кроме того, с помощью кислот производят санитарную обработку помещений и производственных линий комбикормовых цехов, хранилищ, силосов и транспорта по перевозке сырья и кормов.

Методы внесения и положительные эффекты ОК

Существует два принципиально различных метода внесения ОК в сырье и корма: а) внесение производителей кислот (бактерий); б) внесение непосредственно органических кислот и их производных (соли).

Внесение производителей кислот. Внесение молочнокислых и пропионовокислых бактерий в скошенную зеленую массу при длительном хранении приводит к ее качественной консервации вследствие производства бактериями большого количества ОК и снижения рН. В этом случае препараты, содержащие культуры таких бактерий, называют силосными заквасками и используют для силосования.

При внесении молочнокислых бактерий в корма перед употреблением достигается эффект нормализации пищеварения и устранение патогенной микрофлоры в кишечнике. В этом случае добавки, содержащие культуры живых бактерий, называют пробиотиками.

Внесение чистых ОК является универсальным методом для решения широкого спектра задач. Очень важно для практики, что кислотная обработка позволяет уменьшить количество микробов, таким образом, гигиенически чистые корма снижают нагрузку на иммунную систему и стабилизируют деятельность пищеварительной системы. Это увеличивает потребление кормов и их перевариваемость. Другой немаловажный эффект внесения ОК - предотвращение развития плесеней и, следовательно, накопления микотоксинов, которые вызывают значительное ухудшение здоровья скота и могут сохраняться в продуктах животноводства и потребляться человеком.

Для консервации кормов и воды чаще всего используют препараты на основе сорбиновой, пропионовой и муравьиной кислот. Обработка кислотами минимизирует потери при хранении связанные с дыханием зерна, поскольку они действует на обмен веществ в зерне. С увеличением дозировки препарата ферментные системы в зерне блокируются, останавливаются дыхательные процессы в зерне, и снижаются связанные с этим потери. Для предотвращения бактериального обсеменения кормов используют комбинации сорбиновой, пропионовой, муравьиной, бензойной, уксусной и молочной кислот. Для снижения агрессивности кислот, часто применяют их соли.

Особо необходимо остановиться на методах дезинфекции воды и молока, а также подкислении кормов. Вода является основой жизнедеятельности всего живого. Воды животные употребляют значительно больше, чем сухой массы корма, поэтому качество питьевой воды является важным условием качественного животноводства. Устройство систем подачи воды очень благоприятно для размножения патогенных микроорганизмов и плесени. Образуются биопленки. Существует прямая зависимость между бактериальной обсемененностью воды и состоянием здоровья животных.

При внесении препаратов ОК в воду достигаются сразу несколько эффектов -улучшаются вкусовые показатели воды (подкисление), снижается бактериальная нагрузка на поголовье, предотвращается развитие патогенной микрофлоры {Campylobacter, Salmonella, Pseudomonas, E. coli), снимаются симптомы диареи и диспепсии (особенно это важно для молодняка при отъеме и переходе с молока на корм, во время других стрессов) и происходит очищение систем подачи воды от биопленок и отложений солей.

При внесении некоторых препаратов ОК в молоко для выпойки телят достигается его сохранение от нескольких часов до нескольких суток. Плюс ко всему достигаются все вышеперечисленные положительные эффекты. Происходит увеличение темпов роста и ежедневных привесов и облегчается переход с одного рациона на другой.

Используются препараты OK и для подкисления кормов. Создавая благоприятные условия для выработки пищеварительных ферментов и развития лакто бактерий, ОК подавляют развитие патогенной микрофлоры. Это особенно важно для молодняка при переходе с молока на корм. Пищеварительная система молодого животного не вполне приспособлена к некоторым компонентам корма и непереваренная пища поступает в кишечник, что при бактериальной нагрузке вызывает диарею. ОК успешно борются с проявлениями диспепсии и диареи и не допускают расстройств кишечника по такому сценарию.

Очень часто приходится отказываться от использования зараженного сырья, что влечет за собой существенный экономический урон. Например, высока вероятность заражения сальмонеллой сои, подсолнечного шрота, мясокостной и особенно рыбной муки. Препараты на основе ОК позволяют произвести практически полное уничтожение бактерий и допустить дальнейшее безопасное использование данного сырья.

Одной из наиболее существенных проблем является соблюдение гигиены в местах хранения сырья и кормов, на производственных линиях по производству комбикормов, транспортных средствах, перевозящих корма, а также на линиях раздачи кормов на фермах. Проведение тщательной дезинфекции указанных мест является обязательным условием производства качественных кормов и сохранения их товарных и питательных качеств.

Многие фирмы производящие препараты на основе ОК предлагают специальные программы по обеспечению гигиены кормов и производственных линий. Предлагается использовать жидкие и сухие препараты, различные схемы и графики санитарной обработки, призванные исключить риск бактериального и грибкового обсеменения и вывести предприятия на уровень мировых стандартов производства.

В заключение необходимо отметить еще одну очень важную особенность действия короткоцепочечных органических кислот. В отличие от антибиотиков, при использовании ОК не вырабатывается привыкание патогенной микрофлоры. Поэтому в последнее время пробиотики и ОК часто используют как альтернативу антибиотикам. Для России это является особенно актуальным на пороге вступления в ВТО, в результате чего придется отказаться от использования кормовых антибиотиков.

Таким образом, мы считаем, что препараты на основе ОК весьма актуальны для каждого животноводческого, птицеводческого хозяйства и комбикормовых заводов.