Som en del av Trouw Nutritions globala forskningswebinarserie, ett webbseminarium för nedladdning på begäran, "Oxider i boskapsproduktion:stora risker och nuvarande alternativ för deras kompletta ersättning, ” lyfter fram viktiga problem som är förknippade med att använda oxidkällor av spårmineraler för att komplettera foderransonen – inklusive låg löslighet, hög kvalitetsvariabilitet och begränsad biotillgänglighet hos djuret. Forskning som utforskar mineralernas tillverkning och verkningssätt hos djuret tyder på att dessa problem kan lösas genom att använda alternativa källor till spårmineraler, i hydroxikloridbaserade kosttillskott, skriver Davi Brito De Araujo, regional programchef spårmineraler, Trouw Nutrition.
Spårmineralkällor tillhandahåller nödvändiga näringsämnen för boskap som annars inte skulle ingå i basalien. Tillsats av spårnäringsämnen, såsom zink (Zn), mangan (Mn) och koppar (Cu), kan förbättra djurarternas prestanda. När det väl absorberats av djuret, alla spårmetaller används på samma sätt. Dock, mineraler i foder ger endast näringsvärde till djuret när de absorberas över tarmväggen i blodomloppet. I det skedet, djurets ämnesomsättning avgör var och hur spårmetallen kommer att användas. Mineralkällan spelar roll. Vissa spårmineralkällor – som zinkoxid – kännetecknas av låga nivåer av löslighet och begränsad biotillgänglighet, vilket innebär att de levererar inkonsekventa mängder av metallen till djur.
Spårmineralbrister kan leda till att ett djur inte når sin toppprestanda, medan tillförsel av för mycket av mineralet kan leda till subklinisk toxicitet. Osäkerhet om mängden mineralupptag som förekommer hos ett djur kan hämma ansträngningarna att formulera dieter exakt för att möta behoven hos specifika djur eller besättningar och flockar.
Utveckling av spårmineraler
Initialt, oxidbaserade mineraler tillsattes kosten för att stödja animalieproduktionen. Spårmineralnäring har genomgått en utveckling. På 1940-talet förbättringar av sulfatproduktionen, tillverkningsprocesser och kvalitet, ledde till att sulfater blev ett föredraget alternativ till djurfoder och näring jämfört med oxider. På 1970-talet introducerades organiska spårmineraler för att ge förbättrad biotillgänglighet, homogenitet och reaktivitet eftersom förändrad genetik behövde högre nivåer av spårmineraler. Dock, de höga kostnaderna för organiska spårmineraler i kombination med deras lägre koncentration av metaller innebar ofta att producenterna bara använde dem för att tillgodose en del av deras boskaps mineralbehov.
I mitten av 1990-talet utvecklades hydroxikloridspårmineraler för att överbrygga klyftan mellan ineffektiva typer av oorganiska spårmineraler som oxider och sulfater och de oöverkomligt dyra organiska spårmineralerna. Den nya mineralkällan var avsedd att ge en komplett, och kostnadseffektiv ersättning för oorganisk mineralanvändning.
Zinkoxidanvändning och produktionsmetoder
Även om zinkoxid är ett vanligt spårmineral som används i djurfoder, den oorganiska föreningen (ZnO) ingår också i en rad andra produkter som gummi, plast, betong, batterier, brandskyddsmedel och salvor. Det har inte skett någon större förändring i hur oxider fungerar när de används i foder eftersom foderindustrin inte är den primära marknaden för mineralprodukten.
I volym, gummiindustrin förbrukar mest zinkoxid årligen. Mer än 50 % av den zinkoxid som genereras globalt går till produktion av gummiprodukter eftersom föreningen är olöslig i vatten. Liknande, betongtillverkning står för cirka 30 % av den producerade zinkoxiden. Djurfoderanvändningen representerar cirka 8,2 % av den årliga industriella användningen av zinkoxid. Med andra ord, djurfoder är inte den primära marknaden för zinkoxid och produkten är inte utvecklad för användning i foder.
Det finns flera produktionsmetoder som används för att generera zinkoxid – två huvudprocesser som används är den direkta processen, även känd som den amerikanska processen, och den indirekta processen, eller fransk process.
Den direkta produktionsprocessen använder en rad zinkhaltiga föreningar som även kallas zinkmalmer. Föreningar värms upp för att generera metallångor som oxideras genom luftförbränning för att skapa zinkoxid. Dock, eftersom nivån av zink, andra metaller och föroreningar kan variera kraftigt beroende på vilken zinkmalm som används, slutprodukten tenderar att ha en lägre kvalitet än zinkoxid som genereras genom den indirekta metoden. I den indirekta processen, zinkmetall med en renhet på 92-99 % kokas för att generera en ånga, som sedan oxideras.
Variationer och ytterligare produktionsmetoder inkluderar den våtkemiska processen, hydrosulfidbiproduktmetoden och Waelz-processen. Waelz-processen tenderar att generera zinkoxid med höga halter av föroreningar inklusive höga tungmetallnivåer. Trots dessa farhågor, Waelz-processen är den vanligaste metoden som används för att generera de spårmineraler som är avsedda att användas i djurfoder eller förblandningar. Vägen producerar zinkoxid som tenderar att variera i färg, textur och granulometri. Det har också vanligtvis ett reducerat relativ biotillgänglighetsvärde (RBV).
Absorption och biotillgänglighet av zink
Eftersom spårmineraler från olika källor har en rad absorptionseffektiviteter, de levererar olika nivåer av mineralet när de används i djurfoder. Till exempel, enligt NRC Dairy 2001, när de tillhandahålls på samma nivå, kopparsulfat har en absorptionskoefficient på 5 % medan kopparoxid är på 1 %. Liknande, zinksulfat absorberas till 20 % medan zinkoxid är cirka 10 %. Bland de olika typerna av spårmineraler, oxider är mycket välkända för att ha lägre absorptionseffektivitet, dock, oxidbaserade spårmineraler fortsätter troligen att användas på grund av deras låga pris.
Medan näringsriktlinjer för foderformulering ger uppskattad effektivitet för absorptionshastigheter för spårmineraler, inklusive zink och koppar, den faktiska absorptionshastigheten och biotillgängligheten av oxidbaserade spårmineraler kan variera och kan vara svåra att förutsäga. Förutom olika resultat baserat på produkt, absorption kan påverkas av faktorer som arter, genetik, kön, fysiologiskt tillstånd, och djurs ålder.
Med insikt om att spårmineralernas biotillgänglighet kan variera, ett team av forskare från University of Illinois designade en serie studier som undersöker biotillgängligheten av zink från flera källor. Studierna utvärderade flera zinkoxider, zinksulfater och zinkmetalltillskott jämfört med en responskurva genererad med en högkvalitativ, zinksulfat av analytisk kvalitet. Ett mål med projektet var att fastställa den relativa biotillgängligheten för spårmineraler och förstå hur låg den relativa biotillgängligheten av zinkoxider kan vara inuti djuret. Studien fann att jämfört med standardkurvan för zinksulfat för biotillgänglighet, den relativa biotillgängligheten av zinkoxid kan variera kraftigt. Omfattningen av relativ biotillgänglighet som hittats för de olika undersökta zinkoxidtillskotten väcker frågor om hur exakt nutritionister kan beräkna hur mycket av metallen som är tillgänglig för djuranvändning.
I den här studien, tre analyser tittade på boskapens viktökning och zinkoxidkälla – återigen jämfört med en analytisk, eller högre betyg, zinkkälla. Den första analysen fann en rad biotillgänglighet i källor till zinkoxid. RBV för mineralerna i försöket varierade mycket – vissa zinkoxidkällor hade RBV-procent på 41 %, medan andra visade en biotillgänglighet på 89 % eller 97 %. Liknande, andra och tredje analyser etablerade en standardregressionskurva relaterad till intaget av extra zink och tittade på olika former av zinkoxid, zinksulfat och zinkmetall. Medan den relativa biotillgängligheten för vissa källor till zinkoxid närmade sig resultat som hittats med zinksulfat, andra var mycket lägre och nära resultat från användning av zinkmetall som inte används som tillskott i djurfoder. Den totala variationen visade att produkter uppvisade relativa biotillgänglighetsvärden på 39 % till 93 %.
Hur zinkoxid framställs kan i hög grad påverka hur biotillgänglig spårmetallen i tillskottet är inom djuret. Zinkoxid som produceras genom Waelz-processen kan uppvisa stor variation i relativ biotillgänglighet, vilket gör det svårare att formulera en näringsmässigt komplett ranson. Enligt den tidigare studien, ZnO-källorna med lägre RBV härrörde från Waelz-processen. Trouw Nutrition genomförde en stor studie med PARC Institute och tittade på användningen av ett urval av zinkoxider, från 18 olika leverantörer i flera olika länder och tillverkade i flera processer. I rättegången, vissa zinkkällor hade en RBV på mindre än 40 %, medan andra var närmare 60 %. Dock, Zinkoxid av högre kvalitet är sannolikt dyrare och tenderar att användas oftare i områden som läkemedelsindustrin snarare än i foder.
En forskargrupp från University of Florida, utforskade lösligheten och användningen av oorganiska zinkspårmineraler när de applicerades med idisslare. Forskarna fann att sulfatbaserad zink var lösligt i en rad lösningsmedel, oxidbaserad zink dissocierade dock inte i vatten, och endast delvis dissocierad i buffertar med mycket lägre pH, såsom 2% citronsyra och 0,12 N HCl. När man tillhandahåller spårmineraler till boskap, tidpunkten för mineraltillförseln påverkar absorptionen. Om mineraler är lösliga för tidigt, vilket är fallet med sulfatkällor, de når inte absorptionsställena helt, på grund av många interaktioner med andra metaller och antagonister som finns i matsmältningen. Om de inte är tillräckligt lösliga, vilket är fallet med oxider, de absorberas inte av ett djur när metallen når absorptionsställen i tunntarmen i fri form. Efter att ha genomfört en linjär regression och utforskat mängden zink i djurvävnader, forskare fann att zinkoxid av foderkvalitet hade en hög variation i RBV jämfört med sulfater, när det gäller hur mycket som fanns i olika organ och vävnader som njuren, bukspottkörteln och levern.
Zinklöslighet och stabilitet
Ytterligare forskning fokuserade på lösligheten av olika former av zinkspårmineraler och om de dissocierade i mag-tarmkanalen – där de skulle behöva absorberas för att komma in i blodomloppet. Forskare från Trouw Nutrition Masterlab i Nederländerna, undersökt zinkoxid från olika leverantörer och producerat i flera olika länder, och jämförde löslighetsresultaten med hydroxikloridspårmineralet Selko® IntelliBond® Z. Alla spårmineraler exponerades för en sur buffert med pH 2,0. Forskare fann att 100 % av det hydroxikloridbaserade mineralet var lösligt under de första 20 minuterna. Dock, inget av de fyra zinkoxidtillskotten dissocierade någonsin helt när de exponerades för ett pH på 2. Två typer av zinkoxidtillsatsen nådde en topplöslighet på 80 eller 90 % efter cirka 2 timmar. Ytterligare versioner av det undersökta oxidbaserade spårmineralet tog fyra timmar att göra cirka 60 % av mineralet tillgängligt. Denna brist på löslighet har en enorm inverkan på mängden zink som kan absorberas av djuret.
Zinkoxid- och IntelliBond-försök
I ett större utfodringsförsök som gjordes i Storbritannien, tittar på spårmineralanvändning och funktion, 1, 080 manliga broilers fick en av två dieter under 35 dagar. Den första dieten inkluderade 15 ppm kopparsulfat och 80 ppm zinkoxid och den andra dieten inkluderade 15 ppm koppar från IntelliBond C och 80 ppm zink från IntelliBond Z. Fåglar vägdes dag 0, 10, 21, 28 och 35. Muskel- och blodprover samlades in på dag 28 för att kontrollera genuttryck och nivåer av stressresponsmarkörer som finns i blodplasma. Fåglar som fick dieten med oorganiska spårmineraler hade minskad viktökning, foderintag och övergripande prestanda jämfört med de som får hydroxikloridbaserade spårmineraltillskott. Dessutom, fåglar som fick de hydroxibaserade spårmineralerna hade minskade mängder av oxidativ stressmarkörer i blodet.
En andra fjäderfästudie som tittade på värphöns genomfördes vid Texas A&M University. I rättegången, 506 lager fick en av två dieter under 51 veckor. Behandlingarna inkluderade ett foder med 80 ppm zink och 60 ppm mangan från oxidkällor, och en andra diet med 80 ppm zink och 60 ppm mangan, från IntelliBond Z och InteliBond M, respektive. Skikten bedömdes på äggproduktion, omvandling av äggfoder, skalstyrka och skaltjocklek. IntelliBond-behandlade skikt hade en högre läggningshastighet, förbättrad äggfoderomvandling och producerade tjockare äggskal jämfört med lager som fick de oxidbaserade spårmineralerna.
Dessutom, i en kanadensisk studie som tittade på svinproduktion, 400 grisar fick en av två dieter under 56 dagar. Dieterna inkluderade eller 125 ppm koppar från IntelliBond C och 125 ppm zink från zinkoxid, eller 125 ppm koppar och 125 ppm zink, från IntelliBond C och Z. Grisar vägdes i början och slutet av försöket. I slutet av matningsperioden, Grisar som fick IntelliBond-baserad dieter var tyngre och hade en något lägre dödlighet än grisar som fick kombinationen IntelliBond C och ZnO. Liknande, Grisar på kompletta IntelliBond-tillskott upplevde mindre viktvariationer i hela gruppen än de på den andra dieten.
Välja spårmineraler att använda i foder
Övergripande, undersökningen av spårmineralkällor visade att olika typer av zinkoxid av foderkvalitet kan variera i kemiska och fysikaliska egenskaper, samtidigt som den ger varierande nivåer av biotillgänglighet. Dessutom, de många processer och metoder som används för att generera zinkoxid gör förutsägelsen av hur mycket av metallen zink som kommer att finnas tillgänglig för boskapen mindre exakt och mer komplicerad. Vissa tillverkningsmetoder - som den ofta använda Waelz-processen - verkar generera zinkoxid med mer variation och lägre biotillgänglighet jämfört med zinkoxid tillverkad på andra sätt.
Att byta leverantör av ett spårmineral eller typen av zinkoxid som används i foder eller förblandningar kan i hög grad påverka djurens prestanda och resultat baserat på mängden variation mellan zinkoxidspårmineraler. Att byta zinkoxid mot ett hydroxyklorid-zinkspårmineral har visat sig förbättra djurens prestationsförmåga. Hydroxikloridzink ger en mer stabil, förutsägbar och biotillgänglig form av spårmineralet än zinkoxid eller andra former av oorganisk zink. Trouw Nutrition och universitetsforskningspartners har utvärderat IntelliBond-spårmineraler. Forskning om IntelliBond återspeglas i mer än 200 studier, inklusive slaktkycklingar, smågrisar, odlingsfinishers, kalvar, nötköttsstutar och mjölkkor.
"Olika källor till zinkoxid av foderkvalitet är ganska varierande i kvalitet och utseende, som inkluderar färg och struktur, även löslighet, zinkhalt, biotillgänglighet, föroreningar och även processmetaller. Den distinkta tillverkningsprocessen och även underprocessen gör förutsägelsen av zinkoxidresultat ännu mer komplex, ” säger Davi Brito De Araujo, global spårmineralprogramledare, Trouw Nutrition. "Att ersätta mängden zinkoxid med hydroxikloridzink kan stödja kvalitetssäkring och även djurprestandaresultat. Forskning visar att hydroxikloridzink ger mycket mer stabilitet, säkerhet, biotillgänglighet, och prestandaresultat än zinkoxid och andra oorganiska källor till zink."
