От Тим ​​Хорн
Chemunique International

бетаин

Джанет Ремус
DuPont - Даниско хранене на животни,
Марлборо, Уилтшир, Великобритания.

Превод:
DuPont - Даниско хранене на животни.

Въведение

Бетаинът, триметиловото производно на аминокиселината глицин, отдавна е известен със способността си да предоставя значителни предимства в производителността на свине и птици, особено като позволява на животните да поддържат високи нива на производителност в условия на топлинен стрес и при заболявания. Тези ефекти на бетаина, заедно с възможността за включване на бетаин в диетите на почти никакви допълнителни разходи, чрез заместване на добавения холин и метионин, доведоха до търсенето на продукта, постоянно надвишаващо предлагането на продукта на нивото на света. Неотдавнашните инвестиции в световните съоръжения за производство на бетаин увеличиха достъпа на производителите на храни до по-устойчива верига на доставки.

На свой ред това доведе до подновен научен и търговски интерес към ползите, които тази молекула може да предостави на производителите и интеграторите.
За да се разбере ролята на бетаина в диетата и метаболизма, е необходимо да се разбере молекулярната структура на съединението (Фигура 1). Всяка бетаинова молекула има три нестабилни метилови групи, които й позволяват да действа като донор на метил в метаболизма.

Вторият важен момент, който трябва да се има предвид, е, че бетаиновата молекула е заредена положително и отрицателно, което означава, че не нарушава клетъчния метаболизъм, когато се натрупва на високи нива. Заедно с други фактори това му придава характер на осмолит, тоест животното се нуждае от по-малко вода в клетките си и следователно използва по-малко енергия за поддържане на осмотичния баланс. Въпреки че ползите от бетаин за животното са многобройни, по същество всички произхождат от метиловите или осмотичните способности на молекулата.

Бетаин като донор на метил

Като донор на метил, бетаинът е по-ефективен от метионин или холин, които рутинно се добавят към диетата на птици и свине. По-голямата ефективност на бетаина се дължи на факта, че холин хлоридът трябва първо да се превърне в бетаин в метаболитните процеси, за да може той да играе роля на донор на метил (Фигура 2). Следователно, дори ако има специфично минимално хранително изискване както за холин, така и за метионин, така че те да могат да поддържат функции, които не изискват метилиране, директното добавяне на бетаин към диетата е по-ефективно от добавянето на синтетичен холин. Няколко проучвания, които са изследвали обмена между бетаин и холин, стигат до заключението, че допълнителният холин хлорид в повечето случаи може да бъде извлечен напълно от диетата, тъй като ендогенният холин от суровината обикновено е достатъчен, за да отговори на специфичните нужди на холина на животното (за нужди, които не изискват метилиране).

Това е демонстрирано в Швеция при проучване с бройлери на диета на основата на пшеница, при което заместването на 0,03% холин за подобно количество Betafin® бетаин от Danisco Animal Nutrition, води до подобен растеж, но със значителен намаляване на преобразуването на фуражите.

Подобно проучване, проведено от Международния институт за изследване на животните, Мексико, потвърди тези резултати при диети, базирани на сорго. В случай на метионин, добавките все още са необходими, макар и може би при значително намалени нива.

Изследвания в Истанбул, Турция, показват, че заместването на бетаин от 20% общ метионин и всички холин хлориди, добавени към диетата на бройлери, не е довело до значително намаляване на ефективността в сравнение с положителен контрол при диети на основата на царевица.

Бетаинът намалява осмотичния стрес

Осмотичните ефекти на бетаина са добре документирани и осигуряват значително повече ползи за птиците и прасетата, отколкото в по-простата му роля като донор на метил. Като част от тази функция, бетаинът дава възможност на животните да поддържат водния баланс в тъканите и клетките без неблагоприятно въздействие върху клетъчната функция.

За да разберем точния механизъм, е необходимо да разберем какво се случва, когато животните страдат от топлинен стрес и следователно стават леко дехидратирани. Клетките претърпяват хиперосмотичен стрес в резултат на по-високи концентрации на йони извън клетките. Загубата на вода от клетките и увеличаването на концентрацията на йони в тях пречат на протеиновата и ензимната структура, на производството на АТФ и в основата си могат да причинят клетъчна смърт, ако те не бъдат коригирани.

За да облекчат осмотичния стрес, клетките активират натриеви и калиеви помпи, които се опитват да коригират йонен баланс в клетъчната мембрана. Това е енергийно скъп процес, тъй като за всеки йонен обмен се използва една единица АТФ. Като осигуряват допълнителен бетаин и увеличават неговата вътреклетъчна концентрация, клетките трябва да изпомпват по-малко йони, за да поддържат осмотичния баланс, ефективно намалявайки нуждите от енергия за поддържане на животното (Фигура 3). Този ефект е добре демонстриран при прасета, които са получавали бетаин в храната. Ефектът на енергоспестяваща поддръжка, дължащ се на диетичния бетаин, се изчислява на приблизително 10% от енергията за поддръжка или 3,2% от общата диетична енергия (Partridge, 2002).

В ситуации, в които се изпитва топлинен стрес в околната среда, благоприятните ефекти на осмотичните свойства на бетаина стават особено очевидни. Бетаинът може да помогне за поддържане на водния баланс във всички клетки, но се използва като източник на метил в черния дроб на животните, въпреки че някои видове могат да използват и метиловия източник на бетаин в бъбреците. Следователно, както метиловите, така и осмотичните ползи от бетаина могат да бъдат получени от едно и също включване.

Изследване на Mooney et al. (1998) показват, че задържането на вода при бройлери се увеличава, когато се хранят с диети, допълнени с бетаин, и че изглежда, че степента на този ефект се увеличава с околния стрес (Фигура 4), или термично, или чрез предизвикателство с кокцидии. Cronje (2006) предполага, че излагането на топлина води до преразпределение на кръвта към периферията на тялото и до компенсаторно намаляване на кръвоснабдяването на червата, което уврежда клетъчната му обвивка и позволява проникването на ендотоксини в тялото.

Този ефект е потенциално засилен при животни от производството, чиято високоенергийна диета уврежда чревната лигавица. В обобщение, осмотичните ползи от бетаина не само намаляват загубите на производителност при животни, страдащи от топлинен стрес, но и ги правят по-устойчиви на епизоди на топлинен стрес. Вероятно този ефект се дължи, до голяма степен, на увеличаване на капацитета за задържане на вода на клетките на чревно ниво, намаляване на общата потребност от енергия за поддържане на червата, повишаване на неговата функционалност.

Осмотични ефекти на бетаина върху здравето на червата В допълнение към функционалните свойства на бетаина като осмолит в клетките, няколко проучвания показват подобрения в тяговата сила на червата след добавянето му в диетата на бройлери.

Това повишаване на устойчивостта на чревната стена може да има много положителни ефекти върху защитата на животните срещу специфични заболявания. Например, проучване, проведено в Colorado Quality Research, САЩ, показва, че бетаинът в диетата значително увеличава тяговата сила на червата на пилета, предизвикани с кокцидии (Remus and Quarles, 2000). Този ефект се потвърждава и от работата, извършена в института PARC, САЩ, с бройлери, предизвикани с кокцидии. Те демонстрираха намаляване на резултатите от наранявания за 21 дни с добавки на бетаин при диети с различни нива на салиномицин. Подобни положителни ефекти са наблюдавани при AC.

Вероятно тези подобрения в производителността, предлагани от бетаин, са причинени или от намаляване на изискванията за поддръжка на червата, или от подобрения в неговата цялост и свързано с това увеличаване на смилаемостта и усвояването на хранителните вещества от храната. Например, добавянето на диетата на бройлери с 1,5 кг естествен бетафин® бетаин, повишава усвояемостта на протеини, лизин, мазнини и каротеноиди при животни с предизвикателство за кокцидии (Фигура 5, Remus et al, 1995).

Други ползи, свързани с ролята на бетаин като осмолит, показаха много положителни ефекти върху състава на трупа, което е от голямо значение за птиците и свинеинтеграторите, които се възползват от предлагането на по-слаби продукти. Например, Maghoul et al. (2009) установяват, че заместването на холин с бетаин увеличава теглото на гърдите и намалява мастната тъкан при бройлери. Друго проучване на Colorado Quality Research, САЩ, също потвърждава подобряването на AC на бройлери и увеличаването на добива от гърдите със заместването на холина с бетаин, без да се пропуска метионинът. В проучване, направено със свине (Partridge, 2002), допълнителният бетаин увеличава или допълнително поддържа дневния прираст и в същото време увеличава процента на постно месо, дебелината на месото и намалява загубата на капки (капене)., термин, използван в международен план). При кокошките носачки тенденцията за бетаин беше да се намали честотата на много големи яйца при по-възрастните кокошки (Castaing et al, 2002).

Следователно, докато ензимите доказаха, че имат доказан опит в повишената смилаемост на хранителните вещества, производителността на птиците и еднородността в продължение на много години, други фуражни добавки могат да повлияят на смилаемостта и добива чрез косвени механизми. (Hruby, 2009). Изследванията показват, че бетаинът увеличава тяговата сила и намалява нараняванията, свързани с кокцидиоза, подобрявайки смилаемостта на хранителните вещества и ефективността на птиците. Тези подобрения в интестиналната цялост и усвояването на хранителни вещества по време на предизвикателства също ще намалят наличността на хранителни вещества за стомашно-чревната микрофлора.

Практическо приложение на бетаин

За да се постигне идеалното съотношение цена-отговор на бетаина, е важно да се гарантира правилното приложение при добавянето му към диетата. По същество бетаинът може да замести холин и метионин в изчислено съотношение въз основа на относителното молекулно тегло на всяка молекула спрямо бетаина. Корекционни фактори за концентрацията и ефикасността на бетаин във връзка с използвания допълнителен метионин или холин продукт също се прилагат, за да се получи крайна степен на заместване.

Например, 1 кг бетаин с 96% чистота може да замести 1,37 кг DL-метионин или това, което е еквивалентно на 4,16 кг холин хлорид (50%) в диети за домашни птици. Също така е важно да се отбележи, че когато се изчислява нивото на допълнителен бетаин, необходим в диетата, нивата на бетаин, необходими за допълване на холин и метионин, се считат за добавки. За да се улесни оптималното използване на бетаин в диетите, са разработени софтуерни инструменти, като модела Betacheck ™, които включват изчисления на: (а) ефекта на заместване на холина, (б) ефекта на заместващия метионин, (в) оптималното включване на бетаин в диетата и г) нетните разходи/спестявания за включването на бетаин в диетата. Всички тези параметри се основават на специфични приноси, свързани и със специфични ситуации.

В обобщение, проучвания, потвърждаващи значителната роля на бетаина, продължават от 20 години, с еднакви ползи от подобряването на състава на трупа, намаляване на енергийните нужди за поддържане, повишена толерантност към топлинен стрес, повишено здраве на червата, особено при трудни условия, повишено чревно устойчивост на сцепление и повишена смилаемост на хранителните вещества, наред с други предимства, наблюдавани в проучванията. Увеличението на глобалното предлагане на бетаин, съчетано с огромни изследвания, потвърждаващи приложението му в храните, не оставя малко съмнение, че то ще се превърне във важен инструмент, който да даде възможност на диетолозите да максимизират производителността на животните и да намалят производствените разходи.

За повече информация или справки, моля свържете се с DuPont - Danisco Animal Nutrition.

Статия, публикувана в „Птицевъдите и тяхната среда“ август-септември 2014 г.