Sayı : 2006/ Br - 15 Sayfa : 99-105tkisi ORGANİK ASİTLER VE TUZLARI 4 KONU : Yem Katkılarında Alternatifler ~ İLGİ : HAYVAN BESLEME KELİMELER Organik asitler Organik asit tuzları Orta Zincirli Yağ Asitleri ph ve pka değeri Antibakteriyel Etki & KAYNAKÇA : Tercümedir : Ayşe YILDIRIM İnterkim. Arş. Gör. Asuman Duru SDÜ Ziraat Fakültesi Zootekni Bölümü Feed - Mix Vol:14 No: 4, 2006 1YAYININ KAPSAMI : Ürün tanıtımıdır Tercümedir Kişisel veya kurumsal değerlendirmedir Derlemedir ÖZET : Bu çalışmada; F Organik asit ve tuzlarının çalışma mekanizmalarının ortaya konması amaçlanmıştır. F Organik asitlerin kimyasal ve fonksiyonel özelliklerinin yanı sıra antibakteriyel etkileri açıklanmıştır. F Günümüzde hayvan yemlerinde kullanılan çeşitli organik asitler ve orta zincirli yağ asitlerinin antimikrobiyal etkileri değerlendirilmiştir. F SONUÇ : Son zamanlarda etlik piliçlerde Clostridium perfringens üzerine yapılan çalışmalar, yemde organik asit ve orta zincirli yağ asitleri karışımı Se Selacid Green Growth un, antimikrobiyal büyütme faktörü Bacitracin e karşı iyi bir alternatif olduğunu göstermektedir. F Formik, asetik ve amonyum format kombinasyonu Selko ph in suya ilavesiyle Salmonella nın etkili bir şekilde kontrolünün sağlandı da bildirilmiştir. 99
ORGANİK ASİTLER VE TUZLARI Organik asitler; yem üreticileri, hayvan yetiştiricileri ve halk tarafından yaygın olarak kullanılmaya başlamışken, antibiyotik büyütme faktörlerinin yerine kullanımlarında ilginç gelişmeler vardır. Bununla birlikte, organik asitler ve tuzlarının etki mekanizmaları henüz tam olarak bilinmemektedir. Bu çalışmada, ne olduklarını ve nasıl çalıştıklarını daha iyi anlamak için organik asit ve tuzlarının mekanizmalarının ortaya konulması amaçlanmıştır. Organik asitler; silaj, sıvı yemler ve sıvı yan ürünler gibi fermente yemlerin raf ömrünün arttırılması veya yem ve yem hammaddelerinin fungal ve mikrobiyal bozulmalarını engelleyerek yemleri korumak amacıyla yıllardır kullanılmaktadır. Özellikle domuz yavrularının rasyonlarında yem asitlendirici olarak kullanımı başlamıştır. Daha sonra organik asitlerin, oldukça yüksek ph seviyelerinde bile kapasitelerini koruma ve mikroorganizmaları öldürme gibi eşsiz özellikleri keşfedilmiştir. Ayrıca organik asitlerin sindirim kanalında fizyolojik etkileri konusunda daha fazla bilgi edinilmiştir. Son zamanlarda Avrupa Birliği nde, domuzlarda enterik hastalıklara karşı antibiyotik büyütme faktörleri yasaklanmıştır, şimdilerde hayvan yemlerinde kullanılan çeşitli organik asitlerin ve orta zincirli yağ asitlerin potansiyeli ve antimikrobiyal etkileri ilgi çekmektedir. FARKLI ORGANİK ASİT GRUPLARI Organik asit ilavesi; ph yı ve yemlerin tampon kapasitesini düşürür, antimikrobiyal etkileriyle de bakteriler (özellikle Salmonella spp., E. coli gibi gram negatif bakteri türleri), mayalar ve küflerin üremelerini önlemeye yardımcı olur. Farklı organik asit grupları, kendilerine özgü kimyasal ve fonksiyonel özelliklerine göre (Tablo 1) sahada mevcuttur. İşletmelerin isteği ve amaca bağlı olarak uygun olan seçilir. Organik asitler (örn: formik asit), organik asit tuzları (örn: kalsiyum format) ve absorbanlar (bir taşıyıcıyla sıvıları taşıma) arasında fark olabilir. Bazı asitler ve tuzları karıştırılarak sıvı yada toz karışımlar olarak satılmaktadır. Sıvı karışımlara daha çok amonyakla muamele edilmiş asit karışımlar (örn: amonyum propiyonat ürünleri) ve toz karışımlara da potasyum diformat örnek verilebilir. Asitler aynı zamanda zayıf ve güçlü asitler olarak kategorize edilirler. Bu durum, kolaylıkla yanlış anlaşılabilecek bir durumdur. Organik asitler ve orta zincirli yağ asitleri zayıf asitlere örnektir, fakat zayıfın anlamı, güçlü inorganik asitlerden daha az yada daha güçlü asitlendirici etkinliğe sahip anlamına gelmemektedir. Asit, güçlü veya zayıfsa anyonlardan ayrılan H + iyonlarının (protonlar) yalnızca bir kısmını gönderecektir. Assosiye asitlerin oranı, ortamın ph değeri ve asidin pka olarak tanımlanan değerine bağlıdır. Daha düşük ph değerinde, daha fazla asit molekülleri assosiye formda bulunmaktadır. pka değeri; asit moleküllerinin % 50 sinde ayrışmış (disosiye) olarak bulunan ph değeri olarak tanımlanır. Assosiye formun daha güçlü olan antimikrobiyal etkisi bu özelliklerle ilgili olmalıdır. 100
Tablo 1: Organik Asitlerin Kimyasal ve Fonksiyonel Özellikleri Ürünler Sıvı asitler Toz asitler Ca/NA/K Amonyum tuzları tuzları Formik Sorbik Ca form Amon. Form. Asetik Sitrik Ca prop. Amon. Prop. Propiyonik Fumarik Ca lak. Amon. Sorb. Laktik Benzoik Na prop. Asitlerle kombine edilmiş) Bütirik Tartarik K sorb. MCFA Malik K benz. Fiziksel form Sıvı Toz Toz Sıvı Substratın ph Çok yüksek Çok yüksek Hiç Yüksek azalması Suda Yüksek Sitrik, malik Ca>düşük Yüksek çözünürlük İşleme tarzı MCFA düşük Korosiv Uçucu Na/K>yüksek Hiçbiri/ irritan Hiçbiri/irritan Hiçbiri/ irritan hemen hemen uçucu Su, yem Uygulaması Su, yem Yem, premix, yem katkıları Yem, premix, yem katkıları, Uyuşmazlık Ca tuzları Asitlerle Ca tuzlarıyla ANTİBAKTERİYEL ETKİ Zayıf özellikleri nedeniyle organik asit moleküllerinin bir kısmı yemde ve sindirim kanalında çözünmezler. Çözünmeyen formdakiler, özellikle gram negatif bakterilerin mikrobiyal hücre duvarına kolayca penetre olabilirler (Grafik 1). Gastrik içeriğin ph değeri üzerine organik asit ilavesi ve yemlemeden sonra tutma süresinin etkisi Midedeki ph değeri 101
ph nın hedeflenen değerlerinin altına düşmesi suretiyle, hücre içindeki asit molekülleri disosiye ( ayrışma, çözünme) olacaklardır. Hücre duvarı, asitlerce serbest bırakılan protonların (H + iyonları) ortadan kaldırılmasını deneyecektir. Bu durum, enerji tüketen bir işlemdir ve bakteriyel metabolizmanın bütün gücünü tüketir ki sonuç olarak bakteri hücresi ölecektir. Buna ek olarak; kalan anyonlar; sitoplazmada yada hücre çekirdeğinde belirli kritik prosesleri engelleyecektir. Tablo 2; her anyonun engelleyici mekanizmasının özetini göstermektedir. Bazı asitler, diğerlerine göre daha güçlü antimikrobiyal etki göstermektedir. Eklund (1993), bakteri türlerine bağlı olarak örneğin sorbat anyonlarına göre sorbik asitin antibakteriyel etkisinin 10 600 kez daha güçlü olduğunu bulmuştur. Tablo 2 : Organik asit anyonlarının engelleme mekanizmaları Asit anyon Etki mekanizması Format Enzim aktivitesini engeller, özellikle dekarboksilaz, katalaz Asetat Enzim aktivitesini inhibe eder Propionat Membran transportuna nüfuz eder Bazı aminoasit sentezinin engellenmesi Laktat Enzim aktivitesini engeller Sorbat Enzim serilerini engeller Aminoasit atılımının engellenmesi Hücre membran zararı RNA/DNA sentezinin engellenmesi Benzoat Enzim serisinin engellenmesi Aminoasit atılımının engellenmesi Hücre membran hasarı Membran akışkanlığının değişikliği Kaprilat/kaprat uncoupler etki Lipofilik karakterlerden dolayı hücre duvarı ile integrasyon ve bir sonraki hücre sızıntısı Orta zincirli yağ asitleri; antimikrobiyal etkisi kanıtlanan yeni bir molekül grubudur (Decuypere ve Dierick, 2003). Suda çözünürlükleri çok zayıftır ve bu nedenle belirlenen ph seviyesi sulu proton birikintisi ile ilgilidir. Bununla birlikte teoride, normal organik asitler gibi aynı prensibi takip ederler. Kalsiyum tuzlarının toz formları, yemde antibakteriyel etkinin hemen olmasında bir engeldir fakat eridikten sonra organik asit ürünleri gibi aynı yolu takip ederler ve ince bağırsakta organik asitler gibi karşılaştırılabilir antibakteriyel etkiye sahiptirler. Hayvan düzeyinde hem yemde hem de ince bağırsaktaki etkileri-toplam ürün etkinliği, amonyakla muamele edilse de edilmese de kalsiyum tuzları, organik asitlerden oldukça düşüktür. Hayvan beslemede, organik asitlerle yemde sadece mikroorganizmaların kontrolü çalışılmamıştır, ince bağırsakta bulunabilen mikrobiota üzerine olası etkiler de çalışılmıştır. 102
Grafik 2 : Farklı Ortamlarda Çözünmemiş Formdaki Mevcut Asitlerin Özellikleri Organik asitler, E.coli gibi potansiyel patojen mikroorganizmaların kontrolünde rol oynayabilirler ve böylece antibiyotiklere karşı doğal bir alternatif sunmaktadır. Farklı organik asitleri kombine eden kompleks ürünlerin yüksek düzeylerine oranla, formik, laktik ve sorbik asitler ve tuzları gibi tek asidin (örn: potasyum diformat) yüksek dozlarının pozitif etkilerinin olduğu, çoğu çalışmayla kanıtlanmıştır (Canibe ve Jensen, 2002; Hebeler ve ark. 2000). Van der Hejden ve ark (2005), yeme % 0.7 Amonyum format ya da suya % 0.2 Selko ph (formik, asetik ve amonyum format karışımı) ilavesiyle domuzlarda Salmonella nın etkili bir şekilde kontrolünün sağlandığını bildirmişlerdir. Son zamanlarda etlik piliçlerde Clostridium perfringens üzerine yapılan çalışmalar, yemde organik asit ve orta zincirli yağ asitleri karışımının (Selacid Green Growth), antimikrobiyal büyütme faktörü Bacitracin e karşı iyi bir alternatif olduğunu göstermektedir ( Mathis ve ark., 2005). 103
DOMUZLARDA PRATİK UYGULAMA ŞEKLİ Domuz yavrularının rasyonlarına organik asit ilavesi, özel önem taşımaktadır. Bunun sebebi, sütten kesilmiş domuz yavruları, HCl ile mide içeriğini asitlendirmek için yeterli kapasiteden yoksundur. Böylece; düşük ph nın optimal koşulların altında protein sindirimine ve mikropların yetersiz düzeyde ölmesine yol açması nedeniyle midenin ph değeri, yemlemeden sonra en az 2 saat 4 5 değerinde kalabilir (Hambrecht, 1998). Bu dönemde, kuru maddenin yarısından fazlası, mide lümeninden duedonuma kadar transfer edilerek; düşük sindirim ve yüksek bakteri sayısı nedeniyle sütten kesilen hayvanlarda kolaylıkla ishale yol açabilir. Organik asit muamelesi, yemin tamponlanma kapasitesini azaltarak proteolitik enzim olan pepsinin midedeki optimal etkin olduğu yaklaşık 3 olan ph değerine ulaşmasını hızlandırır. Ayrıca asidifikasyon optimal sindirime yardım ederek midenin boşalmasına yardımcı olmaktadır. Antimikrobiyal fonksiyonları yanında pankreatik enzim sekresyonu, domuz yemlerinde organik asit dozuyla artırılabilmektedir (Harada ve ark., 1986). Ayrıca bu etkiler, diğer hayvan türleri için de bildirilmiştir. Bu durum; yemin artan sindirilebilirliğine başka bir açıklama getirmektedir. Epitel hücre dizilişinin hızlı çoğalması, organik asit sayısında gözlenen diğer bir pozitif etkidir. Bu durum, villus uzunluğu ve villus-kript oranında artışla sonuçlanmaktadır. Sakata (1987), n-bütirik asit, propiyonik asit ve asetik asitin pozitif etkilerini bildirmiştir. Aynı şekilde daha iyi absorbsiyon ve ileum düzeyinde sindirimin artması bunlara ilave edilebilir. Besin madde sindirilebilirliğinin istikrarlı bir şekilde artışı bazı araştırıcılar tarafından bildirilmiştir (Partenen ve Mroz, 1999 tarafından özetlenen). Domuzlarda, farklı yüzdelerde protein ve organik madde sindirilebilirliğinde artış gözlenmiştir. Kirchgessner ve Roth (1980), un belirttiği üzere minerallerin sindirilebilirliği bile artmıştır. Bu artışın sebebi, ph nın azalması olabilir fakat galiba diğer mekanizmaların var olmasıdır. Fosfor sindirilebilirliğinde organik asitlerin etkileri, yemdeki fitazın miktarına bağlıdır (Jongbloed ve ark., 1995). Sonuç olarak; organik asitler bir karbon iskeletine sahiptir ki bu hayvanlar için enerji anlamına gelmektedir. Aslında ulusal enerji sistemleri, her organik asidin değerlendirilmesinde farklı olabilmektedir. Ancak genel eğilim, daha uzun karbon zinciri, daha fazla enerjidir. 104
GIDA ENDÜSTRİSİNDEN BİLGİLER Onlarca yıldır yemin korunması araştırılmıştır ve hayvan beslemeciler bu araştırma alanından çok şey öğrenebilirler. Gıda biliminde, devamlı suretle raf ömrünü uzatmak ve gıda güvenliğini arttırmak için çalışarak, propiyonik ve sorbik asit gibi tek koruyucular hakkında muazzam bilgiler meyvesini vermiştir (Giese, 1994). Buna ek olarak multi-step koruyucu stratejileri geliştirilmiştir. (engel prensibi olarak tanımlanan). Farklı etki mekanizmalarıyla birçok küçük kontrol ölçümlerine dayanan engel prensibinin temelini oluşturan düşünce, büyük bir kontrol ölçümünden daha iyi korumayla sonuçlanmıştır. Örnekler; sıcaklık ve basınç muamelesiyle kombinasyonda yada kombinasyonda olmadan tek asit yerine organik asitlerin karışımıdır. Bir ek avantaj da şudur ki, gıda ürününün tadı, daha düşük düzeylerde koruyucular ve daha hafif teknolojik muameleler nedeniyle daha iyidir. Bu durum, genç hayvanlar için yemin lezzetliliği ve bu nedenle yem tüketiminin sınırlayıcı faktör olarak görüldüğü yerlerde hayvan besleme endüstrisi için iyi bir haberdir. 105