Усвояемость цинка, меди, железа, марганца и селена из кормовых ингредиентов и их источников у свиней

В данном исследовании оценивалась усвояемость микроэлементов цинка (Zn), меди (Cu), железа (Fe), марганца (Mn) и селена (Se) из основных кормовых ингредиентов, включая кукурузу, пшеницу, соевый шрот (SBM) и рыбную муку (FM). Кроме того, мы оценили биодоступность этих минералов у свиней при добавлении в рацион неорганических, органических и наноразмерных форм, полученных методом экструзии с расплавом (HME). Всего 64 боровка (помесь Йоркшир × Ландрас × Дюрок) со средней начальной массой тела 26,61 ± 4,12 кг были индивидуально размещены в метаболических клетках. Свиньи были распределены на восемь экспериментальных рационов в полностью рандомизированной схеме, по восемь повторов в каждой группе.

Кажущаяся общая переваримость (ATTD) Zn и Cu была достоверно выше в соевом шроте и рыбной муке по сравнению с другими ингредиентами (p < 0,05). Соевый шрот показал более высокую ATTD и стандартизированную общую переваримость (STTD) для Fe и Mn по сравнению с кукурузой, пшеницей и рыбной мукой (p < 0,05). Кукуруза и пшеница продемонстрировали достоверно более высокую переваримость Se по сравнению с соевым шротом и рыбной мукой (p < 0,05).

Добавка наноразмерных минералов, полученных методом HME, увеличивала переваримость Zn и Cu, а также их концентрации в сыворотке крови и печени свиней, одновременно снижая экскрецию этих минералов с фекалиями (p < 0,05). Органические формы минералов достоверно повышали биодоступность Se, улучшая его переваримость и концентрации в печени и поджелудочной железе по сравнению с неорганической формой (p < 0,05). По показателям роста органические и наноразмерные источники минералов достоверно улучшили скорость роста без увеличения потребления корма (p < 0,05).

В заключение, Zn и Cu из высокобелковых ингредиентов, таких как соевый шрот и рыбная мука, усваивались лучше, чем из зерновых. Кроме того, растительные ингредиенты, такие как кукуруза, пшеница и соевый шрот, показали лучшую переваримость Fe и Se. Среди источников микроэлементов органические и наноформы, полученные методом HME, улучшали биодоступность Zn, Cu и Se, одновременно снижая их выделение с фекалиями, тем самым повышая эффективность использования минералов.

В свиноводстве возросло внимание к минеральному питанию из-за растущих опасений по поводу воздействия на окружающую среду, связанного с использованием минералов в рационах свиней. Эти опасения привели к попыткам минимизировать пищевые добавки. Кроме того, введение новых источников микроэлементов, таких как хелатные и наноразмерные формы, возобновило интерес к пониманию усвоения и физиологических функций микроэлементов [ 1 ]. В свиноводстве большинство минеральных формул направлено на удовлетворение требуемых уровней за счет добавок, за исключением фосфора (P), который формулируется на основе усвояемого P [ 2 ]. Поэтому оценка доступности микроэлементов в кормовых ингредиентах и альтернативных источниках имеет решающее значение для применения усвояемых микроэлементов в коммерческих рационах. В свиноводстве уровни добавок микроэлементов часто превышают требования, рекомендованные NRC [ 2 ]. Учитывая низкое содержание микроэлементов в кормовом зерне, что может привести к дефициту, диетический вклад микроэлементов ингредиентов на основе зерна, как правило, незначителен.

Неорганические микроэлементы, как правило, в форме сульфатов, обычно используются в рационах животных [ 3 ]. Однако эти минералы часто демонстрируют низкую биодоступность из-за их высокой растворимости, что приводит к быстрому высвобождению реактивных свободных ионов в верхнем отделе желудочно-кишечного тракта. Эти ионы могут взаимодействовать с антипитательными факторами, тем самым снижая эффективность абсорбции [ 4 ]. Хелатные или наноразмерные формы минералов появились в качестве многообещающих альтернатив неорганическим источникам с потенциалом улучшения биодоступности микроэлементов [ 5 ]. Наноразмерные минералы, характеризующиеся большой площадью поверхности, были предложены в качестве эффективных заменителей сульфатных минералов из-за их способности улучшать метаболические функции и биодоступность у свиней [ 6 , 7 , 8 ]. Однако наноразмерные частицы имеют тенденцию к агрегации, увеличивая размер частиц до микромасштаба, что может нарушить абсорбцию [ 9 ]. Технология экструзии горячего расплава (ЭГМ), широко используемая в системах доставки лекарств, регулирует высвобождение функциональных материалов, таких как фармацевтические препараты, путем повышения их растворимости и дисперсии в желудочно-кишечном тракте [ 10 , 11 ]. Предыдущие исследования показали, что микроэлементы, обработанные ЭГМ, могут уменьшать размер частиц до наномасштаба, а при добавлении фармацевтических вспомогательных веществ улучшать растворимость и дисперсию [ 12 , 13 ]. Целью данного исследования была оценка доступности микроэлементов в основных ингредиентах кормов и измерение биодоступности неорганических, органических и наноразмерных микроэлементов, полученных методом экструзии горячего расплава.

2.1. Ингредиенты и источники минералов

Ингредиенты кормов, использованные в этом исследовании, были получены с местного коммерческого коммерческо-производственного предприятия, а сырье импортировалось из нескольких стран: кукуруза импортировалась из Бразилии, пшеница импортировалась из Аргентины, соевый шрот импортировался из США; молочный корм импортировался из Республики Корея. Премиксы микроэлементов, включаемые в корм, подразделяются на три отдельные категории: неорганические, органические и нано-формулы. Неорганический премикс содержал микроэлементы в форме моногидрата сульфата, в частности, медь (CuSO4 · H2O ; 34% Cu), железо (FeSO4 · H2O ; 30% Fe), цинк (ZnSO4 · H2O ; 35% Zn) и марганец (MnSO4 · H2O ; 31% Mn), в то время как селен (Se) был включен в форме селенита натрия (Na2SeO3 ; 43% Se) . Органический премикс состоял из аминохелатированных (метиониновых) минералов, содержащих 20% Cu, Fe, Zn и Mn. Источником Se в органическом премиксе служили дрожжи, обогащенные Se, содержащие 10% Se (Sel-Plex® , Alltech Inc., Николасвилл, Кентукки, США). Нанопремикс с микроэлементами был синтезирован с использованием технологии HME ( рисунок 1 ), как описано ранее [ 12 , 13 ]. Вкратце, каждый из микроэлементов в виде сульфата смешивали с биополимерами, такими как Tween 80 (Sigma-Aldrich, Кёнгидо, Республика Корея), Span 80 (Sigma-Aldrich, Кёнгидо, Республика Корея) и PEG 6000 (Sigma-Aldrich, Тауфкирхен, Германия), в соответствии с определенной скоростью, перед тем как поместить в экструдер для горячего расплава (STS-25HS, Hankook EM Ltd., Пхёнтхэк, Республика Корея) со скоростью 50 г/мин. Условия обработки достигали температуры выше 55–60 °C и давления 70–75 бар. Влажность смесей составляла менее 2%, а скорость шнека была установлена на уровне 200 об/мин. Смесь проходила через двухшнековый цилиндр под постоянным давлением и температурой, и обработанное замешивание прерывалось резаком в конце секции матрицы. Экструдированные вещества охлаждали и измельчали на мельнице HBL-3500S (Samyang Electronics Co., Кунпхо, Республика Корея). Средние размеры наночастиц Cu, Fe, Zn, Mn и Se составляли 84, 97, 99, 104 и 107 нм соответственно. Все неорганические и органические микроэлементы, использованные в исследовании, были закуплены у компании TMC Co. Ltd. (Аньян, Республика Корея), а дрожжи Se – у компании Sel-Plex® ( Alltech Inc.). Эти методы подготовки обеспечили стабильное качество и однородность минеральных источников, использованных в экспериментальных целях.

Рисунок 1. Метод обработки HME на микроэлементах.

2.2 Экспериментальный дизайн и животные

Это исследование было проведено с использованием двух экспериментальных испытаний. Испытание 1 было направлено на оценку доступности микроэлементов в кормовых ингредиентах, таких как кукуруза, соевый шрот (СШМ), пшеница и рыбная мука (РМ) ( таблица 1 ). Испытание 2 было сосредоточено на определении биодоступности микроэлементов из различных источников, включая неорганические, органические и источники ГМЭ-нано ( таблица 2 ). Безминеральный рацион был составлен для оценки базальных эндогенных потерь (БЭП) микроэлементов и использовался для расчета стандартизированной общей усвояемости тракта (СТУД). Всего было использовано 64 коровы (помеси йоркшир × ландрас × дюрок) со средней начальной массой тела (МТ) 26,61 ± 4,12 кг для определения кажущейся общей усвояемости тракта (АТУД) и СТУД микроэлементов (Zn, Cu, Fe, Mn и Se) в тестируемых кормовых ингредиентах и различных источниках микроэлементов. Свиньи содержались индивидуально в клетках для оценки метаболизма и случайным образом распределялись по восьми экспериментальным диетам ( таблица 3 ). Суточная норма корма для каждой свиньи рассчитывалась на основе приблизительно 2,6-кратного превышения предполагаемой потребности в энергии для поддержания жизнедеятельности (197 ккал МЭ на кг массы тела 0,60 ) [ 2 ]. Ежедневный рацион делился на два равных приема, которые подавались в 09:00 и 17:00. Вода предоставлялась в неограниченном количестве. Витамины включались в рацион в количестве, достаточном для удовлетворения потребностей в питательных веществах, установленных NRC [ 2 ].

Таблица 1. Анализируемый микроэлементный состав экспериментальных кормовых ингредиентов.

Таблица 2. Анализ микроминерального состава экспериментального микроминерального премикса.

Таблица 3. Ингредиентный состав и питательный состав экспериментальных рационов.

2.3. Показатели роста и сбор образцов

Для определения показателей роста на основе источников микроэлементов в ходе Опыта 2 в течение 14 дней измеряли индивидуальную массу тела и потребление корма. Рассчитывали средний суточный прирост (ССП), среднесуточное потребление корма (ССПК) и эффективность корма (К:Ж).

Образцы кала собирали методом «от маркера к маркеру», описанным Адеолой [ 14 ]. Первые семь дней эксперимента были обозначены как период адаптации к экспериментальным диетам. На 8-й день в утренний корм добавляли маркер (0,5% оксида хрома), и сбор образцов кала начинали, как только появлялся маркер. На 13-й день в утренний корм добавляли второй маркер (0,5% оксида железа), и сбор образцов кала продолжали до появления второго маркера. Все собранные образцы кала взвешивали, лиофилизировали, измельчали с помощью блендера из нержавеющей стали и индивидуально хранили при температуре −20 °C до анализа на концентрацию минералов.

После сбора фекалий в Опыте 2 свиньи продолжили соблюдать экспериментальный рацион ещё три дня, чтобы облегчить сбор образцов крови и тканей. Образцы крови (10 мл) собирали у восьми свиней на каждую обработку через переднюю полую вену в пробирки, содержащие этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА). Образцы немедленно доставляли в лабораторию на льду. Образцы крови центрифугировали при температуре 4 °C в течение 15 минут со скоростью 3000 об/мин, а полученную сыворотку использовали для анализа минералов. После сбора крови все свиньи, использованные в Опыте 2, были забиты (всего 32 свиньи). Туши были препарированы для получения образцов тканей, включая печень, селезёнку и поджелудочную железу, которые немедленно хранили при температуре −70 °C для последующего анализа концентрации минералов.

2.4 Химический анализ

Концентрации микроэлементов в диете, кале, сыворотке и образцах тканей (печени, селезенки и поджелудочной железы) анализировали с использованием растворенной золы, приготовленной по методу AOAC [ 15 ], с использованием эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ИСП). Образцы диеты и кала анализировали в трех повторах для определения микроэлементов. Для приготовления 1 г измельченной диеты и образцов кала подвергали сухому озолению в муфельной печи при температуре 600 °C в течение 1 ч. После охлаждения озоленные образцы растворяли в 10 мл 50% HCl ( об. / об. ) и инкубировали в течение ночи. Растворенные образцы фильтровали с помощью фильтровальной бумаги Whatman в мерные колбы объемом 100 мл. Тигли промывали 2–3 раза, а фильтраты разбавляли деионизированной дистиллированной водой перед измерением концентрации микроэлементов с помощью ИСП. Образцы сыворотки объемом 1 мл помещали в фарфоровые тигли, высушивали в печи при температуре 105 °C в течение 4 часов, а затем озоляли в муфельной печи при температуре 600 °C в течение 1 часа. Образцы тканей высушивали при температуре 105 °C в течение 24 часов и измельчали в мельнице с лезвиями из нержавеющей стали. Один грамм каждого образца ткани озоляли в муфельной печи при температуре 600 °C в течение 1 часа. Образцы сыворотки и тканей после озоления подвергали тем же процессам подготовки, что и образцы диеты и кала.

2.5.Расчеты

Потребление микроэлементов рассчитывалось путём умножения их концентрации в рационе на количество потребляемого корма. Экскреция с фекалиями определялась на основе концентрации микроэлементов в фекалиях и общего объёма выделяемых микроэлементов. Усвоение оценивалось путём вычитания объёма выделяемых микроэлементов из общего объёма потребляемых микроэлементов.

ATTD микроэлементов (TM) рассчитывали с использованием следующего уравнения [ 16 ]:

где TMi и TMo — общее потребление микроэлементов (Zn, Cu, Fe, Mn и Se) (г) и общее выделение микроэлементов с фекалиями (г) соответственно за период сбора проб (5 дней). BEL микроэлементов оценивали при кормлении без M, используя следующее уравнение:

где Fi — общее количество сухого вещества в корме (г) за период сбора проб (5 дней). STTD для TM рассчитывали по следующей формуле:

2.6 Статистический анализ

ATTD и STTD микроэлементов в кормовых ингредиентах (кукурузе, пшенице, соевом шроте и молочном корме), в добавках микроэлементов (неорганических, органических и HME-nano), в концентрации микроэлементов в сыворотке крови и тканях, а также в показателях роста определялись с помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) (SAS Institute Inc., Кэри, Северная Каролина, США). Различия в средних значениях проверялись с помощью критерия Тьюки. Значимое различие выражалось при p < 0,05; однако для указания тенденции к различию значений использовались значения p от 0,05 до 0,1.

3.1. Усвояемость микроэлементов в кормовых ингредиентах

Усвояемость микроэлементов у свиней, получавших основные кормовые ингредиенты, представлена в Таблице 4. ATTD Zn был значительно выше в соевом шроте (47,64%) и сельхозкультуре (44,33%), чем в кукурузе (36,47%) и пшенице (38,54%), что соответствовало STTD Zn ( p < 0,05). Для Cu ATTD в соевом шроте (38,01%) и сельхозкультуре (40,48%) были значительно выше, чем в кукурузе (33,45%) и пшенице (29,97%) ( p < 0,05). Эти значимые результаты сохранились и в STTD Cu среди ингредиентов. ATTD Fe был самым высоким в соевом шроте (61,81%), значительно превышая таковой в кукурузе (51,08%), пшенице (48,62%) и сельхозкультуре (50,92%) ( p < 0,05). Однако STTD Fe был значительно ниже в FM (54,21%), чем в пшенице (58,83%) ( p < 0,05). Для Mn ATTD соевого шрота (48,27%) был самым высоким, показывая значительную разницу по сравнению с пшеницей (39,69%) и FM (35,40%) ( p < 0,05), хотя не было обнаружено значительных различий в STTD Mn между кукурузой (50,44%), пшеницей (47,18%) и FM (45,12%). Пшеница показала самую высокую усвояемость Se, со значениями ATTD и STTD 53,53% и 61,50% соответственно, что значительно выше, чем у соевого шрота (48,22% и 57,03% соответственно) и FM (41,73% и 47,51%) ( p < 0,05). Кроме того, усвояемость Se в FM значительно различалась среди ингредиентов ( p < 0,05).

Таблица 4. Усвояемость Zn, Cu, Fe, Mn и Se у свиней, рационы которых включали такие основные кормовые ингредиенты, как кукуруза, пшеница, соевый шрот или жмых.

3.2. Усвояемость и фекальное выделение микроэлементов в источниках

Усвояемость микроэлементов в неорганической, органической и HME-нано формах показана в Таблице 5. Органическая (41,70% и 42,46%) и HME-Zn (42,84% и 43,71%) формы показали значительно более высокие значения, чем неорганическая форма (33,63% и 34,54% соответственно) как для ATTD, так и для STTD ( p < 0,05). Для Cu ATTD был значительно выше в органической (30,49%) и HME-Cu (32,62%) формах, чем неорганической Cu (24,90%) ( p < 0,05). Аналогичным образом, STTD HME-Cu (35,09%) был значительно выше, чем у неорганической формы (27,64%) ( p < 0,05), хотя существенной разницы между HME-нано и органическими формами (32,87%) не наблюдалось. Была выявлена статистически значимая тенденция для усвояемости Mn, при этом HME-Mn (36,78% и 43,51%) демонстрировал более высокие значения ATTD и STTD, чем неорганический Mn (31,94% и 39,19%) и органический Mn (33,43% и 40,66%) (0,05 < p < 0,1). Что касается усвояемости Se, органическая форма (39,70% и 35,42%) продемонстрировала значительно более высокие значения ATTD и STTD, чем неорганическая форма (33,81% и 33,81%) ( p < 0,05). Кроме того, экскреция Se с фекалиями была значительно ниже в органической форме, чем в неорганической ( p < 0,05).

Таблица 5. Усвояемость Zn, Cu, Fe, Mn и Se у свиней, рацион которых содержал неорганические, органические или HME-нано микроминеральные премиксы.

3.3. Изменение концентрации минералов в сыворотке и тканях по данным источников

Содержание микроэлементов в сыворотке и тканях представлено в Таблице 6. Концентрации Zn, Fe и Se в сыворотке были значительно ниже у свиней, получавших рацион без минералов (без M), чем у свиней, получавших премикс с микроэлементами ( p < 0,05). Более того, органический Zn и HME-Zn и Se значительно повышали уровни Zn и Se в сыворотке. HME-Zn и HME-Mn значительно усиливали накопление Zn и Mn в печени по сравнению с рационом без M и рационами с добавлением неорганической формы. Кроме того, как неорганические, так и органические формы увеличивали концентрацию Zn и Mn в печени. Органический и HME-Cu рационы значительно повышали концентрацию Cu в печени по сравнению с рационами без M и неорганической Cu ( p < 0,05). Органическая форма приводила к более высоким концентрациям Se в печени, чем рацион без M и другие источники ( p < 0,05). Содержание Zn в селезенке значительно увеличивалось при лечении Zn ( p < 0,05). Кроме того, органические и HME-Se значительно повышали концентрацию Se в селезенке по сравнению с диетой без M и неорганической формой ( p < 0,05). В поджелудочной железе добавление неорганических, органических или HME-нано премиксов значительно увеличивало концентрацию Zn, Mn и Se по сравнению с диетой без M ( p < 0,05). Кроме того, HME-Mn значительно повышал концентрацию Mn в поджелудочной железе по сравнению с неорганической и органической формами. Содержание Se в поджелудочной железе было выше при использовании органической формы, чем неорганической.

Таблица 6. Содержание микроэлементов в сыворотке крови, печени, селезенке и поджелудочной железе свиней, рационы которых содержали неорганические, органические или HME-нано микроминеральные премиксы.

3.4. Показатели роста

Влияние на показатели роста у свиней, рационы которых были дополнены премиксами с различными микроэлементами, показано в Таблице 7. Было отмечено значительное улучшение среднего суточного прироста (ССП) у свиней, рационы которых были дополнены премиксами с микроэлементами, по сравнению со свиньями, получавшими рацион без M. Кроме того, добавление в рацион премиксов с микроэлементами HME-nano значительно увеличило ССП по сравнению с добавлением неорганического премикса с микроэлементами ( p < 0,05). Однако разницы в среднесуточном потреблении корма (ССП) в зависимости от источников микроэлементов не наблюдалось. Эффективность корма значительно снизилась у свиней, получавших рацион без M ( p < 0,05).

Таблица 7. Влияние добавки микроэлементного премикса на показатели роста в течение 14 дней.

Оценка ATTD и STTD питательных веществ в кормах является фундаментальной областью исследований для применения точных стратегий кормления и управления питанием свиней. Правильное определение потребностей в питательных веществах для составления рациона свиней не только повышает эффективность производства, но и помогает минимизировать загрязнение окружающей среды. Потребности свиней в микроэлементах обычно удовлетворяются путем добавления минеральных премиксов без полного учета вклада минералов из ингредиентов корма. Однако понимание физиологических функций и метаболических механизмов, лежащих в основе биодоступности микроэлементов, приобрело важность из-за воздействия минеральных добавок на окружающую среду, необходимости составления рационов на основе доступности питательных веществ и разнообразия источников минералов [ 1 ]. Предыдущие исследования в основном были сосредоточены на ATTD и STTD фосфора и кальция (Ca) в ингредиентах кормов, при этом ограниченное внимание уделялось микроэлементам. Чтобы заполнить этот пробел, было проведено данное исследование для оценки доступности микроэлементов в основных ингредиентах кормов и определения биодоступности различных источников минералов путем изучения усвояемости и минерального статуса в органах свиньи. Усвояемость микроэлементов зависит от различных факторов, включая минеральные антагонистические вещества, питательную ценность, взаимодействие минералов, содержание Ca и P (фитата), усвояемость белка и содержание клетчатки [ 17 , 18 , 19 , 20 , 21 ]. В этом исследовании вариация усвояемости среди ингредиентов варьировалась от приблизительно 40% до 68% на основе STTD, при этом ингредиенты с высоким содержанием белка, такие как соевый шрот и молочная сыворотка, демонстрировали лучшую усвояемость Zn и Cu, чем кукуруза и пшеница. Аналогичные результаты были получены для цыплят-бройлеров, у которых корма с высоким содержанием белка, такие как соевый шрот и молочная сыворотка, показали более высокую доступность Zn и Cu, чем кукуруза и пшеница [ 22 , 23 ]. Усвоение Zn обычно зависит от содержания фитата в ингредиентах корма [ 24 ], поскольку у свиней отсутствует способность использовать Zn, связанный с фитатом [ 25 ]. Кукуруза и соевый шрот, как правило, содержат больше фитатов, чем пшеница или зерновые культуры [ 16 , 26 , 27 ]. Однако в данном исследовании соевый шрот продемонстрировал более высокую усвояемость Zn и Cu, чем кукуруза и пшеница, несмотря на потенциально более высокое содержание фитатов. Эти результаты согласуются с данными Сугиуры и др. [ 28] .], которые сообщили о более высокой доступности Cu в SBM, чем в пшенице для лосося. В этом исследовании SBM, источник растительного белка, продемонстрировал самую высокую усвояемость Fe по сравнению с другими ингредиентами, тогда как FM, источник животного белка, показал более низкую усвояемость Fe, чем зерновые. Аналогичные тенденции наблюдались у лосося, у которого различные ингредиенты FM имели более низкую доступность Fe, чем SBM или пшеница [ 28 ]. Высокие уровни фосфата или Ca в кормах могут отрицательно влиять на усвоение Fe [ 29 ], способствуя изменчивости усвояемости Fe. Кроме того, переработка FM включает смешивание разных видов рыб, что приводит к разному содержанию золы в зависимости от соотношения костей к филе, что может влиять на усвояемость Fe [ 28 ]. Что касается усвояемости Se, это исследование показало, что зерновые, такие как кукуруза и пшеница, имели более высокую усвояемость, чем ингредиенты с высоким содержанием белка, при этом FM демонстрировал самые низкие значения. Зерновые содержат различные формы Se, включая неорганические (селенат и селенит) и органические (Se-Cys и Se-Met) формы, тогда как источники животного происхождения преимущественно содержат Se-Met, который считается высокобиодоступным [ 30 ]. Однако, несмотря на высокое содержание Se, FM из некоторых видов рыб может служить неоптимальным источником биодоступного Se из-за наличия повышенных уровней ртути (Hg) и других тяжелых металлов, которые могут образовывать нерастворимые неорганические комплексы с Se [ 31 , 32 ]. Эти факторы, вероятно, способствовали более низкой усвояемости Se, наблюдаемой для FM в этом исследовании. Следовательно, при оценке биодоступности Se в ингредиентах кормов, полученных из рыбы, необходимо учитывать как источник, так и вид [ 33 ].

В целом, неорганические микроэлементы, такие как сульфат, широко используются в премиксах микроэлементов для свиней из-за их экономической эффективности [ 34 ]. Однако неорганические минералы обычно демонстрируют более низкую биодоступность, чем их органические формы (например, хелатные минералы) или минералы размером наночастиц. Эта более низкая биодоступность может быть результатом быстрой ионизации неорганических микроэлементов в желудочно-кишечном тракте, что приводит к агрегации белков, волокон и антипитательных факторов [ 35 , 36 , 37 ]. Напротив, органические и наноразмерные микроэлементы следуют альтернативным путям абсорбции, таким как совместный транспорт с органическими питательными веществами или пассивная диффузия в эпителиальные клетки кишечника [ 38 , 39 ]. В этом исследовании биодоступность органических и HME-нано форм Zn, Cu и Se была выше, чем у неорганических форм. Многочисленные предыдущие исследования продемонстрировали значительное улучшение усвояемости органических Zn и Cu у свиней [ 40 , 41 , 42 , 43 , 44 , 45 ]. Эта улучшенная биодоступность объясняется хелатирующей структурой органических минералов, которая защищает микроэлементы от химических реакций при низком pH, тем самым улучшая их стабильность в желудочно-кишечном тракте [ 38 , 46 ]. Ma и др. [ 47 ] сообщили, что добавление органических премиксов микроэлементов, соответствующих требованиям NRC, увеличило содержание Mn, Zn, Cu и Fe в таких тканях, как сердце, печень, почки, мышцы и кости у свиней. Кроме того, диетическое добавление Cu, хелатированного глутаматом, в половине стандартной концентрации (80 мг/кг) не привело к значительному снижению концентрации микроэлементов в сыворотке крови, печени, длиннейшей мышце спины, селезенке или почках по сравнению с диетой с неорганическими микроэлементами в концентрации 160 мг/кг [ 48 ]. Микроэлементы в виде наночастиц также демонстрируют большую биодоступность благодаря более высокой удельной площади поверхности, активности и каталитической эффективности [ 49 ]. Метод HME представляет собой широко используемый нисходящий подход для уменьшения размера частиц с целью получения коллоидных частиц микроэлементов [ 12 , 13 ]. Этот метод облегчает диспергирование частиц Cu, уменьшает их до наномасштаба и повышает их биодоступность в пищеварительной системе. Кроме того, включение фармацевтических полимеров в процесс HME может улучшить однородность дисперсии Cu. Было показано, что использование сополимеров в качестве связующих во время влажной или сухой грануляции, а также в процессе HME, улучшает растворимость и диспергирование плохо растворимых в воде лекарственных средств [ 4, 50 ], что может аналогичным образом увеличить биодоступность микроэлементов. Наше предыдущее исследование показало, что свиньи, которых кормили рационами с добавлением HME-Zn (100 мг/кг), -Cu (125 мг/кг) или -Se (0,30 мг/кг), демонстрировали более высокую биодоступность, чем те, кого кормили неорганическими или органическими формами. Это подтверждалось повышенным накоплением минералов в тканях органов (например, сыворотке и печени) [ 34 , 51 , 52 , 53 ], что согласуется с результатами данного исследования. Эти результаты указывают на то, что повышенные концентрации микроэлементов в сыворотке и органах из-за формы HME-nano привели к улучшению ADG в данном исследовании. В соответствии с данным исследованием, предыдущие исследования показали, что усиление роста с помощью органической или наноформы увеличило концентрацию микроэлементов в тканях [ 51 , 54 , 55 ].

Результаты данного исследования показали, что Zn и Cu из высокобелковых ингредиентов, таких как соевый шрот и цельнозерновой корм, усваивались лучше, чем из зерновых, в то время как кукуруза, пшеница и соевый шрот, как растительные источники, обладали наибольшей усвояемостью Fe и Se. Что касается источников микроэлементов, органические и наноформы HME способствовали ускорению роста свиней и повышению биодоступности Zn, Cu и Se, тем самым снижая выведение микроэлементов. Таким образом, данное исследование предполагает, что использование органических или наноформ HME в составе микроэлементов в рационе свиней может снизить уровень микроэлементов в рационе.

1.    Stein, H.H. Aspects of digestibility and requirements for minerals and vitamin D by growing pigs and sows. Animal 2024, 18, 101125. [Google Scholar] [CrossRef]

2.    National Research Council. Nutrient Requirements of Swine, 11th ed.; National Academy Press: Washington, DC, USA, 2012. [Google Scholar]

3.    Mulder, G.J. Sulfate availability in vivo. In Sulfation of Drugs and Related Compounds, 1st ed.; Mulder, G.J., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 1981; Volume 3, pp. 31–52. [Google Scholar]

4.    Kim, M.J.; Hosseindoust, A.; Lee, J.H.; Kim, K.Y.; Kim, T.G.; Chae, B.J. Hot-melt extruded copper sulfate affects the growth performance, meat quality, and copper bioavailability of broiler chickens. Anim. Biosci. 2021, 35, 484–493. [Google Scholar] [CrossRef]

5.    Lee, J.; Kim, M. Availability of trace minerals in feed ingredients and supplemental sources (inorganic, organic, and nano) in broiler chickens. J. Anim. Sci. Technol. 2024, in press. [Google Scholar] [CrossRef]

6.    Dumlu, B. Importance of nano-sized feed additives in animal nutrition. J. Agric. Prod. 2024, 5, 55–72. [Google Scholar] [CrossRef]

7.    Hassan, S.; Hassan, F.U.; Rehman, M.S.U. Nano-particles of trace minerals in poultry nutrition: Potential applications and future prospects. Biol. Trace Elem. Res. 2020, 195, 591–612. [Google Scholar] [CrossRef]

8.    Singh, N.B.; Onuegbu, C.U. Nano-minerals as livestock feed additives. In 21st Century Nanoscience—A Handbook, 1st ed.; Sattler, K.D., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2020; Volume 20, pp. 20–21. [Google Scholar]

9.    Zhu, Y.; Xu, J.; Lu, T.; Zhang, M.; Ke, M.; Fu, Z.; Pan, X.; Qian, H. A comparison of the effects of copper nanoparticles and copper sulfate on Phaeodactylum tricornutum physiology and transcription. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2017, 56, 43–49. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

10. Tiwari, R.V.; Patil, H.; Repka, M.A. Contribution of hot-melt extrusion technology to advance drug delivery in the 21st century. Expert Opin. Drug Deliv. 2016, 13, 451–464. [Google Scholar] [CrossRef]

11. Vo, A.Q.; Feng, X.; Morott, J.T.; Pimparade, M.B.; Tiwari, R.V.; Zhang, F.; Repka, M.A. A novel floating controlled release drug delivery system prepared by hot-melt extrusion. Eur. J. Pharm. Biopharm. 2016, 98, 108–121. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

12. Lee, S.Y.; Nam, S.; Choi, Y.H.; Kim, M.J.; Koo, J.S.; Chae, B.J.; Kang, W.S.; Cho, H.J. Fabrication and characterizations of hot-melt extruded nanocomposites based on zinc sulfate monohydrate and soluplus. Appl. Sci. 2017, 7, 902. [Google Scholar] [CrossRef]

13. Koo, J.S.; Lee, S.Y.; Nam, S.; Azad, M.O.K.; Kim, M.J.; Kim, K.Y.; Chae, B.J.; Cho, H.J. Preparation of cupric sulfate-based self-emulsifiable nanocomposites and their application to the photothermal therapy of colon adenocarcinoma. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2018, 503, 2471–2477. [Google Scholar] [CrossRef]

14. Adeola, O. Digestion and balance techniques in pigs. In Swine Nutrition, 2nd ed.; Lewis, A.J., Southern, L.L., Eds.; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2001; Volume 40, pp. 903–916. [Google Scholar]

15. AOAC. Official Methods of Analysis, 18th ed.; Association of Official Analytical Chemists International: Gaithersburg, MD, USA, 2007. [Google Scholar]

16. Kong, C.S.; Kim, K.H.; Ji, S.Y.; Kim, B.G. Energy concentration and phosphorus digestibility in meat meal, fish meal, and soybean meal fed to pigs. Anim. Biosci. 2021, 34, 1822–1828. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

17. Baker, D.H.; Halpin, K.M. Zinc antagonizing effects of fish meal, wheat bran and a corn-soybean meal mixture when added to a phytate-and fiber-free casein-dextrose diet. Nutr. Res. 1998, 8, 213–218. [Google Scholar] [CrossRef]

18. Guimarães, I.G.; Pezzato, L.E.; Barros, M.M.; Fernandes, R.D.N. Apparent nutrient digestibility and mineral availability of protein-rich ingredients in extruded diets for Nile tilapia. R. Bras. Zootec. 2012, 41, 1801–1808. [Google Scholar] [CrossRef]

19. Awada, S.H.; Hady, A.; Hassan, A.B.; Ali, I.; Babiker, E.E. Antinutritional factors content and availability of protein, starch and mineral of maize (Zeamays linnaus) and lentil (Lens culinaris) as influenced by domestic processing. J. Food Technol. 2005, 3, 523–528. [Google Scholar]

20. Ketata, M.A.; Létourneau-Montminy, M.P.; Guay, F. Estimation of digestible zinc and copper in pigs: A meta-analysis approach. Can. J. Anim. Sci. 2023, 104, 132–141. [Google Scholar] [CrossRef]

21. Brugger, D.; Windisch, W.M. Strategies and challenges to increase the precision in feeding zinc to monogastric livestock. Anim. Nutr. 2017, 3, 103–108. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

22. O’Dell, B.L.; De Boland, A.R.; Koirtyohann, S.R. Distribution of phytate and nutritionally important elements among the morphological components of cereal grains. J. Agric. Food Chem. 1972, 20, 718–723. [Google Scholar] [CrossRef]

23. Kumar, A. Bioavailability of Zinc in Major Feed Ingredients and Dietary Zinc Sources, and Their Effects on Broiler Performance. Master’s Thesis, Kangwon National University, Chunchen, Republic of Korea, 2017. [Google Scholar]

24. Philippi, H.; Sommerfeld, V.; Windisch, W.; Olukosi, O.A.; Monteiro, A.; Rodehutscord, M. Interactions of zinc with phytate and phytase in the digestive tract of poultry and pigs: A review. J. Sci. Food Agric. 2023, 103, 7333–7342. [Google Scholar] [CrossRef]

25. Schlegel, P.; Sauvant, D.; Jondreville, C. Bioavailability of zinc sources and their interaction with phytates in broilers and piglets. Animal 2013, 7, 47–59. [Google Scholar] [CrossRef]

26. Mutucumarana, R.K.; Ravindran, V.; Ravindran, G.; Cowieson, A.J. Measurement of true ileal phosphorus digestibility in maize and soybean meal for broiler chickens: Comparison of two methodologies. Anim. Feed Sci. Technol. 2015, 206, 76–86. [Google Scholar] [CrossRef]

27. Yi, Z.; Kornegay, E.T.; Ravindran, V.; Denbow, D.M. Improving phytate phosphorus availability in corn and soybean meal for broilers using microbial phytase and calculation of phosphorus equivalency values for phytase. Poult. Sci. 1996, 75, 240–249. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

28. Sugiura, S.H.; Dong, F.M.; Rathbone, C.K.; Hardy, R.W. Apparent protein digestibility and mineral availabilities in various feed ingredients for salmonid feeds. Aquaculture 1998, 159, 177–202. [Google Scholar] [CrossRef]

29. Piskin, E.; Cianciosi, D.; Gulec, S.; Tomas, M.; Capanoglu, E. Iron absorption: Factors, limitations, and improvement methods. ACS Omega 2022, 7, 20441–20456. [Google Scholar] [CrossRef]

30. Finley, J.W. Bioavailability of selenium from foods. Nutr. Rev. 2006, 64, 146–151. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

31. Van Der Torre, H.W.; Van Dokkum, W.; Schaafsma, G.; Wedel, M.; Ockhuizen, T. Effect of various levels of selenium in wheat and meat on blood Se status indices and on Se balance in Dutch men. Br. J. Nutr. 1991, 65, 69–80. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]

32. Pappa, E.C.; Pappas, A.C.; Surai, P.F. Selenium content in selected foods from the Greek market and estimation of the daily intake. Sci. Total Environ. 2006, 372, 100–108. [Google Scholar] [CrossRef]

33. Navarro-Alarcon, M.; Cabrera-Vique, C. Selenium in food and the human body: A review. Sci. Total Environ. 2008, 400, 115–141. [Google Scholar] [CrossRef]

34. Kim, M.J.; Shim, Y.H.; Choi, Y.H.; Kim, K.Y.; Hosseindoust, A.; Lee, S.Y.; Nam, S.; Koo, J.S.; Kang, W.S.; Cho, H.J.; et al. Effects of supplementation of hot melt extrusion processed zinc sulfate on growth performance, nutrients digestibility, small intestinal morphology and excretion of zinc in weanling pigs. Ann. Anim. Resour. Sci. 2017, 28, 169–179. [Google Scholar] [CrossRef]

35. Pasquet, J.; Chevalier, Y.; Pelletier, J.; Couval, E.; Bouvier, D.; Bolzinger, M.A. The contribution of zinc ions to the antimicrobial activity of zinc oxide. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2014, 457, 263–274. [Google Scholar] [CrossRef]

36. Yu, Y.; Lu, L.; Luo, X.G.; Liu, B. Kinetics of zinc absorption by in situ ligated intestinal loops of broilers involved in zinc transporters. Poult. Sci. 2008, 87, 1146–1155. [Google Scholar] [CrossRef]

37. Ollig, J.; Kloubert, V.; Weßels, I.; Haase, H.; Rink, L. Parameters influencing zinc in experimental systems in vivo and in vitro. Metals 2016, 6, 71. [Google Scholar] [CrossRef]

38. Byrne, L.; Murphy, R.A. Relative bioavailability of trace minerals in production animal nutrition: A review. Animals 2022, 12, 1981–2027. [Google Scholar] [CrossRef]

39. Khan, S.; Mansoor, S.; Rafi, Z.; Kumari, B.; Shoaib, A.; Saeed, M.; Alshehri, S.; Ghoneim, M.M.; Rahamathulla, M.; Hani, U.; et al. A review on nanotechnology: Properties, applications, and mechanistic insights of cellular uptake mechanisms. J. Mol. Liq. 2022, 348, 118008. [Google Scholar] [CrossRef]

40. Kim, B.; Jeong, J.Y.; Park, S.H.; Jung, H.; Kim, M. Effects of dietary copper sources and levels on growth performance, copper digestibility, fecal and serum mineral characteristics in growing pigs. J. Anim. Sci. Technol. 2022, 64, 885. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

41. Espinosa, C.D.; Stein, H.H. Digestibility and metabolism of copper in diets for pigs and influence of dietary copper on growth performance, intestinal health, and overall immune status: A review. J. Anim. Sci. Biotechnol. 2021, 12, 13. [Google Scholar] [CrossRef]

42. Villagómez-Estrada, S.; Pérez, J.F.; Darwich, L.; Vidal, A.; van Kuijk, S.; Melo-Durán, D.; Solà-Oriol, D. Effects of copper and zinc sources and inclusion levels of copper on weanling pig performance and intestinal microbiota. J. Anim. Sci. 2020, 98, skaa117. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

43. Paulicks, B.R.; Ingenkamp, H.; Eder, K. Bioavailability of two organic forms of zinc in comparison to zinc sulphate for weaning pigs fed a diet composed mainly of wheat, barley and soybean meal. Arch. Anim. Nutr. 2011, 65, 320–328. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

44. Case, C.L.; Carlson, M.S. Effect of feeding organic and inorganic sources of additional zinc on growth performance and zinc balance in nursery pigs. J. Anim. Sci. 2002, 80, 1917–1924. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

45. Falk, M.; Bernhoft, A.; Framstad, T.; Salbu, B.; Wisløff, H.; Kortner, T.M.; Kristoffersen, A.B.; Oropeza-Moe, M. Effects of dietary sodium selenite and organic selenium sources on immune and inflammatory responses and selenium deposition in growing pigs. J. Trace Elem. Med. Biol. 2018, 50, 527–536. [Google Scholar] [CrossRef]

46. Mézes, M.; Erdélyi, M.; Balogh, K. Deposition of organic trace metal complexes as feed additives in farm animals. Eur. Chem. Bull. 2012, 1, 410–413. [Google Scholar]

47. Ma, Y.L.; Lindemann, M.D.; Webb, S.F.; Rentfrow, G. Evaluation of trace mineral source and preharvest deletion of trace minerals from finishing diets on tissue mineral status in pigs. Asian-Australas. J. Anim. Sci. 2018, 31, 252. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

48. Liao, P.; Shu, X.; Tang, M.; Tan, B.; Yin, Y. Effect of dietary copper source (inorganic vs. chelated) on immune response, mineral status, and fecal mineral excretion in nursery piglets. Food Agr. Immunol. 2018, 29, 548–563. [Google Scholar] [CrossRef]

49. Raje, K.; Ojha, S.; Mishra, A.; Munde, V.K.; Rawat, C.; Chaudhary, S.K. Impact of supplementation of mineral nano particles on growth performance and health status of animals: A review. J. Entomol. Zool. Stud. 2018, 6, 1690–1694. [Google Scholar]

50. Corte-Real, J.; Bohn, T. Interaction of divalent minerals with liposoluble nutrients and phytochemicals during digestion and influences on their bioavailability—A review. Food Chem. 2018, 252, 285–293. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

51. Lee, J.H.; Hosseindoust, A.; Kim, M.J.; Kim, K.Y.; Choi, Y.H.; Lee, S.H.; Lee, S.Y.; Cho, H.J.; Chae, B.J. Supplemental hot melt extruded nano-selenium increases expression profiles of antioxidant enzymes in the livers and spleens of weanling pigs. Anim. Feed Sci. Technol. 2020, 262, 114381. [Google Scholar] [CrossRef]

52. Kim, M.J.; Hosseindoust, A.; Choi, Y.H.; Lee, J.H.; Kim, K.Y.; Kim, T.G.; Cho, H.J.; Kang, W.S.; Chae, B.J. Effects of hot-melt extruded nano-copper as an alternative for the pharmacological dose of copper sulfate in weanling pigs. Biol. Trace Elem. Res. 2021, 199, 2925–2935. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

53. Kim, K.Y.; Hosseindoust, A.; Choi, Y.H.; Kim, M.J.; Lee, J.H.; Kim, T.G.; Chae, B.J. Hot-melt extruded selenium: A highly absorbable nano-selenium in lactating sows exposed to high ambient temperature. Biol. Trace Elem. Res. 2021, 199, 3345–3353. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

54. Lee, J.H.; Hosseindoust, A.; Kim, M.J.; Kim, K.Y.; Choi, Y.H.; Moturi, J.; Song, C.H.; Lee, S.Y.; Cho, H.J.; Chae, B.J. Effects of hot melt extrusion processed nano-iron on growth performance, blood composition, and iron bioavailability in weanling pigs. J. Anim. Sci. Technol. 2019, 31, 216–224. [Google Scholar] [CrossRef]

55. Creech, B.L.; Spears, J.W.; Flowers, W.L.; Hill, G.M.; Lloyd, K.E.; Armstrong, T.A.; Engle, T.E. Effect of dietary trace mineral concentration and source (inorganic vs. chelated) on performance, mineral status, and fecal mineral excretion in pigs from weaning through finishing. J. Anim. Sci. 2004, 82, 2140–2147. [Google Scholar] [CrossRef]

Choi Y, Hong J, Lee J, Kim M. Availability of Zinc, Copper, Iron, Manganese, and Selenium in Feed Ingredients and Sources in Pigs. Agriculture. 2025; 15(2):171. https://doi.org/10.3390/agriculture15020171

Перевод статьи «Availability of Zinc, Copper, Iron, Manganese, and Selenium in Feed Ingredients and Sources in Pigs» авторов Choi Y, Hong J, Lee J, Kim M., оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык