Основные группы сорбентов микотоксинов

Сотниченко А. И., Оханов В.В. /20.01.2016/

Широкое распространение в природных эпитопах микроскопических плесневых грибов приводит к заражению продукции земледелия продуктами их жизнедеятельности — микотоксинами (МКТ). Ежегодные потери производителей сельхозпродукции во всём мире из-за этих веществ составляют многие сотни миллионов и миллиарды долларов. Порой потери составляют до 30% урожая, а использование кормов, содержащих МКТ приводит к закономерному снижению эффективности мясного, яичного и молочного животноводства.
Всё это вызывает соответствующие меры по сохранению полученного урожая и повышению качества животноводческой продукции.

Европейские чиновники после продолжительных дебатов были вынуждены принять постановление Европейской комиссии № 386/2009 от 12.05.2009. Этим постановлением была введена новая функциональная группа кормовых добавок для борьбы с вредными воздействиями микотоксинов со следующей формулировкой: ...вещества для снижения загрязнения кормов микотоксинами: «Вещества, которые могут подавлять или уменьшать абсорбцию, способствовать экскреции микотоксинов или модифицировать их механизм действия»...
Этим же постановлением были выделены две основные категории кормовых добавок, уменьшающих токсическое действие микотоксинов:

1. Адсорбирующие агенты.
«Вещества, которые включаются в корм и снижают биодоступность микотоксинов путём адсорбции и выведения из организма через желудочно-кишечный тракт».

2. Биотрансформирующие агенты.
«Вещества, которые позволяют проводить биотрансформацию микотоксинов в корме или в организме животных с получением нетоксичных или малотоксичных метаболитов, менее вредных, чем исходные микотоксины».

Поскольку наш продукт — кормовая добавка «Алвисорб»® представляет собой типичный сорбент, то далее речь пойдёт только о сорбентах для микотоксинов.

В соответствии с современной классификацией, принятой в ЕС, сорбенты для животноводства делят на шесть основных групп:

  1. Алюмосиликаты.
  2. Активированные угли.
  3. Стенки дрожжевых клеток.
  4. Микронизированные волокна.
  5. Бактерии.
  6. Полимеры.

Основные физические, химические и биологические свойства сорбентов, принадлежащих к этим группам достаточно исчерпывающе описаны в литературных обзорах, а также в рекламной продукции производителей. Поэтому мы отсылаем заинтересованных читателей к этим источникам.

Из литературы следует, что какие-то сорбенты проявляют активность в отношении определённых МКТ, а в отношении других — не проявляют. В других источниках говорят о том, что некоторые сорбенты, независимо от заявлений производителей, проявляют нулевую активность в отношении заявленных МКТ. Отмечают также, что до сих пор не существует общепризнанной методики для оценки сорбционной ёмкости сорбентов МКТ. Более того, для оценки сорбционной ёмкости существует несколько методик, которые имитируют взаимоотношения сорбент/сорбат в желудочно-кишечном тракте с изменением значения рН с «желудочного» (2-3) на «кишечный» (7-8). В этих методиках сорбционная ёмкость порой оценивается только по разнице сорбции при разных значениях рН безотносительно соотношения сорбент/сорбат. Представляется, что достоверная методика должна позволять определять сорбционную ёмкость в реальных единицах, т.е. в мг/г или в мкмоль/г сорбента при разных значениях рН.

Недавно Анна Соколова провела анализ отечественного рынка адсорбентов для животных и отметила, что по состоянию на 15.01.2015 г. из почти 80 зарегистрированных в Россельхознадзоре адсорбентов микотоксинов, на отечественные препараты приходится только 18 из них. Там же было отмечено, что текущий объем отечественного рынка адсорбентов МКТ составляет менее 10 тыс. т в год. При этом потенциальный объем рынка оценивается специалистами на уровне 45-50 тыс. т. Это свидетельствует о том, что не все специалисты в сфере производства животноводческой продукции доверяют адсорбентам...

Практически более 70% сорбентов на рынке РФ представлены различными видами алюмосиликатов с теми или иными добавками и стенками дрожжевых клеток.
Популярность алюмосиликатов в качестве адсорбентов микотоксинов была велика с древнейших времён. Первыми их потребителями были разные животные и птицы. На иллюстрации ниже видно, как попугаи перед утренней кормёжкой заправляются «детоксикантом» на глинистом берегу реки. Эту процедуру они выполняют уже несколько миллионов лет. Те кто не использовал природные «сорбенты» давно вымерли, поскольку в тропиках много микроскопических грибов, которые заражают спелые и переспелые фрукты и орехи. Природа — лучший учитель...

Как было установлено учёными значительно позже, глины, представленные различными алюмосиликатами, действительно проявляют заметную активность в отношении некоторых полярных микотоксинов, которые содержатся в подпорченных плесневыми грибами сочных плодах и фруктах. Однако, как показала практика, их сорбционная ёмкость снижается с уменьшением полярности микотоксинов. Другие сорбенты, включая клеточные стенки и активированные угли также в недостаточной степени справляются с неполярными микотоксинами.

В этом плане весьма показательно мнение некоторых специалистов, которое является господствующим в настоящее время:
«Надо сказать, что метод адсорбции эффективен для удаления полярных микотоксинов (например, афлатоксинов и части фумонизинов), молекулы которых имеют заряд. Они проникают внутрь частицы адсорбента и прочно фиксируются там с помощью электростатических связей за счёт разницы в зарядах молекулы токсина и адсорбента. Неполярные токсины не имеют заряда и не могут удерживаться внутри адсорбента. А значит, их практически невозможно удалить при применении любых адсорбентов в терапевтических дозах 2 — 5 кг/т корма. Это показали научные работы независимых исследователей из разных стран. Многие врачи российских птицефабрик и свинокомплексов убедились на собственном опыте, что использование раличных адсорбентов в вышеназванных количествах не даёт положительного результатов, когда в кормах присутствуют неполярные токсины» (А. Брылин).

Поскольку большинство применяемых сорбентов активны только в отношении полярных микотоксинов и не обладают (за исключением активированных углей) измеримой ёмкостью в отношении неполярных микотоксинов и других неполярных ксенобиотиков, таких как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) типа бенз(а)пирена и стойких органических загрязнителей (СОЗ) типа ДДТ и диоксина в доступной отечественной и иностранной литературе уделяется, по-видимому, недостаточно внимания этим группам загрязнителей кормовых культур.

Это при том, что уровень загрязнения кормов ПАУ и СОЗ в силу их широкого распространения в окружающей среде в настоящее время может по масштабам сравниться с микотоксинами, а порой их превосходит. Кроме того недостаточно полно изучено их влияние друг на друга и на токсические эффекты микотоксинов. Вероятной представляется и обратная ситуация.

Имено для того, чтобы удалять неполярные микотоксины и другие гидрофобные ксенобиотики мы предлагаем рассмотреть новую группу сорбентов для кормов сельскохозяйственных животных. Эта новая седьмая группа представлена синтетическими обращённо-фазовыми силикатами и алюмосиликатами. Первый представитель этой группы — кормовая добавка «Алвисорб»®.

Термин «обращённо-фазовый» (ОФ) имеет хроматографическое происхождение и относится к неполярным сорбентам, на которых проводят разделение веществ в полярной среде. Этот термин возник в качестве противопоставления традиционным методам разделения веществ на полярных неподвижных фазах в среде неполярных подвижных фаз.

Преимущество ОФ-сорбентов состоит в том, что они позволяют в полярной (водной) среде «сортировать» химические вещества по степени полярности. Полярные вещества, которые хорошо растворяются в воде, слабо удерживаются в водных средах ОФ-сорбентами, в то время как неполярные вещества, малорастворимые в воде, удерживаются ОФ-сорбентами намного сильней, порой необратимо. Установлено, что прочность связывания растворённого вещества (сорбата) с ОФ-сорбентом прямо пропорциональна значению коэффициента распределения вещества в системе октанол/вода (Log Pow).

Канонический метод разделения веществ на полярных сорбентах открыл и первым ввёл в обиход великий русский ботаник, химик и физиолог Михаил Семёнович Цвет в 1901 - 1906 годах. Он же придумал название для такого метод анализа — «хроматография», что в переводе означает «ЦВЕТозапись». Для разделения пигментов зелёных листьев растений М.С. Цвет в своих первых работах использовал мелко измельчённый мел в среде неполярных растворителей. При этом разделяемые пигменты на стеклянной колонке с белым наполнителем выглядели как цветные полоски, разделённые бесцветными промежутками. Действительно, получалась цветозапись.

Мел (карбонат кальция) был достаточно хорошим сорбентом для подобных разделений, но обладал рядом недостатков и вскоре был заменён на более механически прочные пористые сорбенты из окиси алюминия и окиси кремния (силикагеля).

Значительно позже — в 60-е - 70-е годы прошлого столетия появились силикатные сорбенты с т. н. «привитыми» фазами. Сорбенты с неполярными «привитыми» фазами стали называть «обращённо-фазовыми». В настоящее время в науке и промышленности более 80% разделений в жидкостной хроматографии проводят на ОФ-сорбентах. В качестве неподвижной неполярной фазы в настоящее время чаще всего используют ковалентно связанные с силикагелем линейные или разветвлённые насыщенные углеводородные заместители с количеством углеродных атомов от 1 до 18.

Гидрофобизированные производные полисиликатов относятся к бертоллидам с приблизительной общей формулой:
2О)v{(SiO≈2)x(ОH)yRz}w, где:
v — количество физически сорбированной воды;
x — концентрация силикагеля в частице;
y — концентрация силанольных групп в частице;
z — концентрация алкильных радикалов в частице;
w – параметр, характеризующий размер частицы.

ОФ-сорбенты для хроматографии в настоящее время производятся в больших количествах и представляют собой чаще всего микросферы из силикагеля с размером частиц от 2 до 10 мкм, наружная поверхность и внутренняя поверхность пор которых покрывается «щеткой» из углеводородных остатков. Причём, эти остатки образуют с поверхностью силикагеля прочную ковалентную связь. Такие сорбенты производятся по сложной многоступенчатой технологии при использовании безводных органических растворителей специально для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), стоят весьма дорого и поэтому не могут экономически-эффективно применяться в животноводстве. С другой стороны было показано, что стандартный ОФ-сорбент для ВЭЖХ под торговой маркой LiChrosorb RP-8 производства компании Merck (Германия) способен успешно защищать организм мышей от токсического действия типичного СОЗ — смеси полихлорированных бифенилов Arochlor 1254.

Для целей использования ОФ-сорбентов в животноводстве была разработана менее затратная технология получения таких сорбентов при использовании недорогих и доступных материалов.

В результате был налажен промышленный выпуск уникального отечественного энтерального сорбента «Алвисорб»®, который по способности адсорбировать неполярные токсины значительно превосходит по своей эффективности многие другие сорбенты для сельского хозяйства .

Как показывает практика, кормовая добавка «Алвисорб»® способна самостоятельно с высокой эффективностью удалять из пищеварительно тракта сельскохозяйственных животных неполярные микотоксины и другие неполярные токсические вещества, такие как ПАУ и СОЗ, а в сочетании с полярными сорбентами эффективность удаления микотоксинов может возрастать до 99%.

Рекомендуемая литература

1. Caroline Boudergue, Christine Burel, Sylviane Dragacc, et. al. \\ Review of mycotoxin-detoxifying agents used as feed additives: mode of action, efficacy and feed/food safety \\ Scientific Report submitted to EFSA, CFP/EFSA/FEEDAP/2009/01.
2. Dick Ziggers // Mycotoxin binders achieve less than promised // (http://www.allaboutfeed.net/Process-Management/Feed-Safety/2012/10/Mycotoxin-binders-achieve-less-than-promised-1491387W)
3. A. Kolosova and J. Stroka \\ Substances for reduction of the contamination of feed by mycotoxins: a review \\ World Mycotoxin Journal, August 2011; 4 (3): 225-256
4. A. Kolossova, J. Stroka, A. Breidbach, K. Kroeger, M. Ambrosio, K. Bouten, F. Ulberth \\ Evaluation of the Effect of Mycotoxin Binders in Animal Feed on the Analytical Performance of Standardised Methods for the Determination of Mycotoxins in Feed \\ JRC Scientific and Technical Reports, EUR 23997 EN — 2009 (http://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC54375/report_binders_amj_fu_ak_final.pdf)
5. А. Соколова \\ Обзор российского рынка адсорбентов \\ © SoyaNews, 2015 г.
6. А. Брылин \\ Микотоксикозы свиней \\ Свиноводство (2015) №6, стр. 45-46.
7. Р.А. Мерзленко, И.В. Бабанин, А.И. Сотниченко, В.В. Оханов, А.А. Степанов, Н.А. Стрельников \\ Профилактика гепатозов у поросят-отъемышей с применением энтеросорбента «Алвисорб – гель энтеральный», Свиноводство (2013) №8, стр. 20-22.
8. С. Гулюшин, Е. Елизарова, В. Оханов, А. Сотниченко \\ Новый энтеросорбент в модельном микотоксикозе у цыплят-бройлеров \\ Птицеводство (2014) №1, стр. 17-21.
9. А. Сотниченко, В. Оханов // Неполярные токсины в кормах. Стратегия борьбы. // Комбикорма (2016) №1, стр. 106-109.
10. А.И. Сотниченко \\ Детоксикант пищеварительного тракта позвоночных \\ патент РФ № 2452491, 2010
11. А.И. Сотниченко \\ Способ получения обращённо-фазовых гидрофобизированных полисиликатных сорбентов и сорбенты, полученные этим способом \\ патент РФ № 2538897, 2012.
12. William F. Jaynes and Richard E. Zartman \\ Aflatoxin Toxicity Reduction in Feed by Enhanced Binding to Surface-Modified Clay Additives \\ Toxins 2011, 3, 551-565.