Стабильность витаминов в кормах и питьевой воде

Витамины – органические соединения разнообразного химического строения, которые абсолютно необходимы животным и человеку для роста и развития. Они условно делятся на две группы – жирорастворимые (A, D, E, F, K) и водорастворимые (все остальные).

Природа распорядилась так, что при разнообразном и полноценном питании витамины поступают в организм в достаточном количестве. Однако на самом деле, у животных часто наблюдается недостаточность одного или нескольких витаминов – гиповитаминоз. Существуют 4 основные причины гиповитаминозов:  недостаток витаминов в пище, нарушение их всасывания в желудочно-кишечном тракте, повышенный расход витаминов (например, при высокой продуктивности) и попадание с пищей антивитаминов.

Современное животноводство требует введения в организм животных дополнительных витаминов, кроме тех, что присутствуют в корме. Это позволяет добиться от животных высокой продуктивности и препятствует проявлению витаминной недостаточности. Дополнительные витамины вводят животным с кормом, водой и путем инъекций. Наименее трудоемким и более физиологичным путем является введение дополнительных витаминов перорально с кормом или водой. Основная проблема, которая возникает при введении в организм дополнительных витаминов, заключается в том, что витамины, в силу своего химического строения, являются высокоактивными соединениями, легко вступающими в химические реакции. Такое поведение витаминов становится понятным, если учесть их основную роль в организме – выступать активными каталитическими центрами ферментов.

Вступая в химические реакции или разлагаясь под действием физических факторов, витамины, как правило, теряют витаминную активность. Эти процессы касаются как натуральных, так и искусственных витаминов. С того момента, как молекула витамина появилась на свет естественным путем или с помощью химического синтеза, и до того момента, как она попадет в организм сельскохозяйственного животного, ее судьба во многом зависит от человека.

Главными причинами нестабильности витаминов являются:

1.      Окисление

2.      Восстановление

3.      Гидролиз

4.      Метилирование

5.      Реакции с галогенами

6.      Разложение светом

7.      Разложение ферментами и утилизация микроорганизмами

8.      Адсорбция

Главными факторами нестабильности витаминов являются:

1.      Кислород воздуха

2.      Перекиси

3.      Влага

4.      Кислоты

5.      Щелочи

6.      Ионы металлов

7.      Галогенсодержащие соединения

8.      Солнечный свет

9.      Повышенная температура

10.  Микроорганизмы

11.  Ферменты

12.  Адсорбенты

Микотоксины и другие токсичные вещества способны вызывать дефицит витаминов вследствие повышенного расхода витаминов на нейтрализацию в организме токсичных веществ. При этом также, расходуется дополнительная энергия.

Отдельные витамины имеют различную устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды (см. Табл.1).

Таблица 1. Чувствительность витаминов к разрушающим факторам

Витамин	Синоним	К свету	К окислению	К восстановлению	К температуре	К ионам металлов	К влажности	Оптимальная рН
A	Ретинол	+++	+++		++	++	+	Нейтральная, слабощелочная
D3	Холекальциферол	+++	+++		++	++	++	Нейтральная, слабощелочная
E	Токоферол	+	+		++	+	+	Нейтральная
K3	Менадион	++	+	++	++	+++	++	Нейтральная, слабощелочная
B1	Тиамин	+	++	+++	+++	++	++	Слабокислая
B2	Рибофлавин	+++	+	++		++	+	Нейтральная
B3	РР, никотинамид, ниацин				+		+	Нейтральная
B4	Холин						+++	Нейтральная, слабокислая
B5	Пантотенат				++		+	Нейтральная
B6	Пиридоксин	+			+	++	+	Кислая
B12	Цианокобаламин	++		++	+	+		Нейтральная
Bc	Фолиевая кислота, В9	++	++	++	+	+	+	Нейтральная
H	Биотин, В7				+			Нейтральная
C	Аскорбиновая кислота	+	+++	+	+++	+++	++	Нейтральная, кислая

+++  -  высокочувствительный

++    -  чувствительный

+      - слабочувствительный

К наименее стабильным витаминам относятся витамин А, витамин К, витамин В₁ и витамин С. К наиболее стабильным – Витамин D₃, витамин Е, витамин В₃, витамин В₆.

Витамины взаимодействуют между собой, с микро- и макроэлементами и другими пищевыми факторами. Это взаимодействие может проявляться снижением  или повышением  всасывания, стабильности, растворимости, биологического эффекта витаминов в готовом корме, витаминных препаратах, премиксах, блендах и питьевой воде с добавкой витаминов. При этом, взаимодействие может быть двусторонним, когда витамин и другой фактор взаимно влияют друг на друга, и односторонним.

Примеры такого взаимодействия приведены в Таблице 2.

 

Таблица 2. Примеры взаимодействия витаминов между собой и с другими пищевыми факторами.

Витамин	Направление взаимодействия	Зависимый фактор	Результат взаимодействия
Холекальциферол	→	Кальций	Усиление всасывания
Токоферол	↔	Селен	Синергизм
Тиамин	↔	Рибофлавин	Окисление, осадок
	→	Аскорбиновая кислота	Усиление эффекта
Рибофлавин	→	Аскорбиновая кислота	Разрушение
	→	Фолиевая кислота	Разрушение
Никотинамид	→	Фолиевая кислота, Рибофлавин	Повышение растворимости
Фолиевая кислота	→	Цианокобаламин, железо	Усиление кроветворения
Биотин	→	Рибофлавин, Пиридоксин, Ретинол, Никотиновая кислота	Синергизм
Аскорбиновая кислота	→	Фолиевая кислота	Стабилизация
	→	Цианокобаламин	Уменьшение всасывания
	↔	Токоферол	Стабилизация, синергизм

 

Темпы разрушения витаминов зависят от того, в чем они находятся, с чем соседствуют, как хранятся и от предпринимаемых превентивных мер.

В частности, компания "DSM", один из лидеров производства витаминов и кормовых добавок с витаминами, приводит такие данные по сохранности витаминов (см. Табл. 3).

Таблица 3. Активность (в %) витаминов компании "DSM" после 3-х месяцев хранения при комнатной температуре.

Витамины	Премикс с холином хлоридом	Пеллетирование корма (800 С)	Экспандирование корма
А	70-90	85-95	70-90
D3	80-100	90-100	80-100
E	90-100	90-100	90-100
K3	30-50	50-70	30-50
B1	70-80	85-100	70-80
B2	90-100	90-100	90-100
B6	80-90	90-100	80-90
B12	50-80	60-90	50-80
Bc	50-70	70-90	50-70
C	50-70	40-70	30-50

 

Как видно из данных таблицы, даже применение защищенных форм витаминов, произведенных по специальной технологии, и хранение в идеальных условиях, не предотвращают разрушение витаминов. От некоторых витаминов через 3 месяца хранения остается 30-40%.

Применение же незащищенных форм витаминов может привести к потерям практически 100% нестабильных витаминов (витамин А, витамин K₃ , фолиевая кислота, аскорбиновая кислота, цианокобаламин).

Технологические факторы в значительной степени влияют на сохранность витаминов в кормах. К этим факторам относятся:

1.      Срок хранения (больше – хуже)

2.      Размер частиц (меньше – хуже)

3.      Концентрация витаминов (меньше – хуже)

4.      Термическая обработка (гранулирование, пеллетирование, экструдирование,  экспандирование – хуже, чем без обработки)

5.      Влажность продукта и окружающей среды (больше – хуже)

6.      Добавление микро- и макроэлементов (больше – хуже, сульфатные соли хуже, чем карбонаты и оксиды)

7.      Добавление холина хлорида (больше – хуже)

8.      Добавление органических и неорганических кислот (как правило, больше – хуже)

9.      Контаминация корма микроорганизмами, в частности грибками (больше – хуже)

10.  Наличие в корме микотоксинов (больше – хуже)

11.  Добавление неселективных адсорбентов (больше – хуже)

 

Не все факторы, отрицательно влияющие на сохранность витаминов, могут быть устранены. В частности, такие факторы, как измельчение, термическая обработка, добавление холина хлорида, микро- и макроэлементов, кислот, адсорбентов, часто являются абсолютно необходимыми в условиях промышленного животноводства и птицеводства. Влияние других факторов (срок хранения, влажность, контаминация микроорганизмами и микотоксинами) может быть снижено до приемлемых величин.

В зависимости от того, что является источником витаминов для животных, применяют различные методы для предотвращения разрушения витаминов (см. Табл. 4).

Таблица 4. Методы предотвращения разрушения витаминов.

Факторы, влияющие на стабильность витаминов	Витаминсодержащие объекты
	Жидкие концентраты витаминов	Сухие концентраты витаминов	Премиксы, комбикорма
Взаимодействие между витаминами	Стабильные производные	Нет взаимодействия	Нет взаимодействия
Кислород, перекиси, свободные радикалы	Антиоксиданты, инертные газы, воздухонепроницаемая упаковка	Антиоксиданты, инертные газы, воздухонепроницаемая упаковка	Стабильные производные витаминов, покрытие оболочкой, антиоксиданты
Влага	Стабильные производные, ингибиторы	Соблюдение технологии	Нет защиты
Кислоты	Отсутствуют или не влияют	Отсутствуют или не влияют	Нет защиты
Щелочи	Отсутствуют или не влияют	Отсутствуют или не влияют	Нет защиты
Ионы металлов	Комплексообразователи	Комплексообразователи	Нет защиты
Галогенсодержащие соединения	Отсутствуют или не влияют	Отсутствуют или не влияют	Нет защиты
Солнечный свет	Фотопротекторы Светозащитная упаковка	Светозащитная упаковка	Упаковка
Повышенная температура	Отсутствует	Отсутствует	Нет защиты
Микроорганизмы	Консерванты	Отсутствуют	Нет защиты
Ферменты	Отсутствуют	Отсутствуют	Нет защиты
Адсорбенты	Отсутствуют	Отсутствуют	Нет защиты
Срок хранения	Более 12 месяцев	Более 12 месяцев	Менее 6 месяцев

 

Самый простой, но самый экономически невыгодный способ сохранить необходимое количество витаминов  – это изначальное внесение в витаминную добавку, премикс, комбикорм повышенных количеств витаминов. Многие производители так и поступают, увеличивая содержание нестабильных витаминов и, тем самым повышая себестоимость продукта. В случае передозировки витаминов А и D существует реальная опасность отравления животных, поскольку эти витамины способны кумулироваться в организме и повышенных дозах весьма токсичны.

 Премиксы и комбикорма содержат витамины в тонкодисперсном состоянии, что обеспечивает огромную поверхность взаимодействия, прежде всего с кислородом воздуха и факторами, отрицательно влияющими на стабильность витаминов. Между частичками премиксов и комбикормов, за исключением гранулированных, свободно проникает воздух, содержащий кислород, который разрушает витамины. Вместе с витаминами там содержатся металлы, ферменты и другие факторы, катализирующие химические реакции витаминов с кислородом и другими компонентами корма. Повышение влажности, наличие кристаллизационной воды, также ускоряет протекание этих реакций. Химически активные добавки (холин хлорид, кислоты, микроэлементы) в зависимости от их количества, способны активно разрушать витамины. Таким же образом влияет термическая обработка (экструдирование, экспандирование).

При изготовлении, транспортировке, раздаче возможно расслоение (разделение) компонентов корма или премикса. Это касается и витаминов. Такое расслоение может привести к локальной концентрации витаминов в одном месте и, соответственно,  обеднение – в другом.

Основной способ защиты витаминов в комбикормах и премиксах – применение более стабильных соединений витаминов и микрогранул с витаминами и желатином, часто с добавлением антиоксидантов.

Сухие витаминные концентраты, содержат витамины в высокой концентрации, что препятствует их разрушению небольшим количеством кислорода, содержащегося в упаковке. Дополнительную защиту от кислорода дают воздухонепроницаемая упаковка и, иногда, инертный газ, вытесняющий воздух. В них практически отсутствуют металлы, выступающие в качестве катализаторов химических реакций и вода, без которой реакции не протекают.

Жидкие витаминные концентраты содержат водную дисперсную среду, поэтому для ингибирования химических реакций между компонентами витаминного концентрата предпринимаются специальные меры защиты путем подбора стабильных компонентов и ингибиторов. Для защиты витаминов от кислорода, перекисей и свободных радикалов применяют те же методы, что и для сухих концентратов витаминов. Очень большое значение имеет защита от света, главным образом, от ультрафиолетовой части спектра. Необходимо решить проблему растворимости малорастворимых в воде витаминов путем применения их более водорастворимых соединений и солюбилизаторов. В случае сочетания водорастворимых и жирорастворимых витаминов проблема стабильности водного раствора разнородных соединений решается применением солюбилизаторов или созданием ультрамикрогетерогенных  дисперсных систем, в которых дисперсной средой служит водный раствор водорастворимых витаминов, а дисперсной фазой – молекулы жирорастворимых витаминов.

В жидких витаминных препаратах гораздо большее значение, чем в сухих,  имеет проблема связывания ионов металлов – катализаторов. Проблема решается применением особо чистых составляющих и введением комплексообразующих веществ.

Если витаминный концентрат предназначен для применения в составе воды для питья, концентрация защитных веществ должна быть достаточной для предотвращения разрушения витаминов после растворения в питьевой воде в течение 12-24 часов. Следует учитывать возможность содержания в питьевой воде различного рода элементов и соединений, из которых важнейшее значение имеют ионы двухвалентных металлов.

Современные методы защиты витаминов позволяют сохранять их от разрушения в течение всего срока хранения витаминных концентратов. Добиться такого же эффекта в премиксах и комбикормах практически невозможно.

Необходимо, также учитывать витаминную активность различных соединений витаминов.

АО «Биофарм» разработана линейка концентрированных витаминных препаратов в виде раствора водорастворимых и жирорастворимых витаминов («Миксовит А») и порошка водорастворимых витаминов («Миксовит В»). В этих витаминных препаратах применена система ноу-хау для защиты, стабилизации и повышения усвояемости жирорастворимых и водорастворимых витаминов. Соотношение отдельных витаминов подобрано таким образом, чтобы в максимальной степени обеспечить потребности млекопитающих и птиц в полноценном витаминном питании. Проверка независимой лабораторией показала, при сравнение в аналогичными импортными препаратами, преимущества препаратов Миксовит А и Миксовит В в отношении стабильности и полноценности.

Каждый способ введения витаминов  - кормом, питьевой водой и инъекционно имеет свои преимущества и недостатки.

Максимальная  биодоступность  достигается при инъекционном способе введения витаминов, но это наиболее трудоемкий способ, непригодный для регулярного введения витаминов, особенно водорастворимых.

При введении витаминов с кормом, необходимо заранее побеспокоиться о внесении их в корм и учитывать долю потерь витаминов в процессе приготовления корма и его хранения. Это наиболее естественный способ витаминизации животных и один из двух пригодных для промышленного животноводства.

Введение витаминов с питьевой водой также очень технологично и более оперативно, чем введение в корм. Поскольку от синтеза витамина и до момента потребления его животным, витамины в концентрированных витаминных препаратах защищены от разрушения, стоимость введения одного и того же количества витаминов в организм млекопитающих и птиц при этом способе ниже из-за более низких потерь, чем при введении в составе корма. Кроме того, введение с питьевой водой позволяет точнее дозировать витамины и оперативно изменять дозу, увеличивая или уменьшая ее по необходимости.

 

http://biofarm.kharkiv.com