مواد معدنی کم‌مصرف (Trace minerals) از دیرباز به‌صورت ترکیبات غیرآلی مانند اکسیدها و سولفات‌ها در جیره طیور به‌کار رفته‌اند. با این حال، این منابع معدنی هنگام عبور از دستگاه گوارش به‌خوبی جذب نمی‌شوند، زیرا ترکیبات بازدارنده موجود در جیره با آن‌ها تداخل می‌کنند و دسترسی پرنده به این عناصر را کاهش می‌دهند. از همین رو، معمولاً مقادیر مصرفی آن‌ها بسیار بیشتر از میزان توصیه‌شده توسط شورای تحقیقات ملی (NRC, 1994) بوده و گاه دو تا حتی ده برابر بالاتر در جیره‌ها استفاده می‌شوند (Inal  و همکاران، 2001). دلیل اصلی این موضوع، سطح پایین جذب و حاشیه ایمنی وسیع این ترکیبات است (Varun و همکاران، 2017). با وجود این، مصرف بیش از حد چنین منابعی نه‌تنها به هدررفت عناصر معدنی منجر می‌شود، بلکه به‌دلیل دفع مازاد آن‌ها از طریق مدفوع، باعث آلودگی محیط‌زیست نیز می‌گردد (Leeson، 2003). یکی از راهکارهای مؤثر برای کاهش این مشکل، افزایش پایداری عناصر معدنی در روده باریک است؛ رویکردی که می‌تواند زیست‌فراهمی و کارایی آن‌ها را ارتقا داده و هم‌زمان خطر آلودگی محیطی را کاهش دهد (Bao وChoct ، 2009؛ Bao و همکاران، 2007). به‌عنوان نمونه، حدود ۹۴ درصد از روی مصرف‌شده توسط پرنده دفع می‌شود و در محیط باقی می‌ماند که در نهایت می‌تواند سبب سمیت خاک برای گیاهان (Phytotoxicity) گردد.

کمپلکس‌های کلاته مواد معدنی از یک اتم مرکزی به‌همراه لیگاند تشکیل می‌شوند. لیگاندها می‌توانند پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها، لیپیدها یا اسیدهای آمینه باشند که حداقل یک اتم با الکترون آزاد (مانند گوگرد، اکسیژن یا نیتروژن) را در ساختار خود دارند (Swinkels و همکاران، 1994). اتم لیگاند از طریق پیوند کووالانسی داتیو(Coordinate bond)  با اتم فلزی متصل می‌شود؛ به این صورت که جفت الکترون آزاد خود را به‌عنوان دهنده الکترون به اتم فلزی (پذیرنده الکترون) منتقل می‌کند (Swinkels و همکاران، 1994).

در هنگام استفاده از مواد معدنی کم‌مصرف در جیره طیور، میزان دسترسی‌پذیری (زیست‌فراهمی) و احتمال وجود آلاینده‌ها از موضوعات مهم و قابل توجه هستند. به‌عنوان مثال، سولفات مس و اکسید روی از منابع معدنی غیرآلی رایج در تغذیه طیور به‌شمار می‌روند. این ترکیبات معمولاً محصول جانبی صنایع فولاد هستند و حاوی مقادیر زیادی ناخالصی مانند فلورین و کادمیوم می‌باشند که در نهایت وارد خوراک پرندگان می‌شوند (Lopes و همکاران، 2017).

علاوه بر این، جذب مواد معدنی می‌تواند تحت‌تأثیر اثر آنتاگونیستی عناصر قرار گیرد که نهایتاً منجر به کاهش نرخ متابولیسم و جذب می‌شود. در مقابل، کمپلکس‌های کلاته فلز با اسیدهای آمینه به دلیل وجود پیوندهای یونی و کووالانسی میان لیگاند و عنصر معدنی، از پایداری بالایی برخوردارند. در نتیجه این ترکیبات تحت‌تأثیر عواملی که معمولاً باعث رسوب نمک‌های معدنی غیرآلی پس از حل شدن می‌شوند، قرار نمی‌گیرند (Bao و  Choct، 2009).

فرآیند کلاته شدن موجب کاهش اندازه و افزایش پایداری کمپلکس‌ها می‌گردد و کمک می‌کند تا این ترکیبات در طول عبور از دستگاه گوارش بدون تغییر باقی بمانند و در شکل کامل جذب شوند؛ بدون آنکه اسیدهای آمینه موجود در ساختارشان تخریب گردد (Bao و همکاران، 2007).

هدف این مقاله، بررسی و مرور پژوهش‌های مختلفی است که به مطالعه نقش و اثرات اشکال کلاته یا آلی مواد معدنی بر عملکرد پرندگان پرداخته و آن‌ها را با منابع معدنی غیرآلی مقایسه کرده‌اند.

پس از مصرف مواد معدنی در شکل کلاته، جذب آن‌ها می‌تواند در هر بخش از روده کوچک رخ دهد، در حالی که فلزات غیرآلی معمولاً تنها در دوازدهه (Duodenum) جذب می‌شوند. پس از ورود این ترکیبات به لومن روده و طی فرآیند هیدرولیز در معده، اتم‌های لیگاند که به‌صورت کووالانسی به اتم فلز متصل هستند، نقش ناقل و محافظ را ایفا می‌کنند و از عنصر معدنی در برابر عوامل بازدارنده مختلف مانند اسید اگزالیک، گوسیپول و فیتات‌ها محافظت می‌کنند. پس از آن، این کمپلکس‌ها توسط انتروسیت‌ها (سلول‌های پوششی روده) جذب می‌شوند، در حالی که اشکال غیرآلی تنها در مناطقی جذب می‌شوند که حامل مخصوص برای آن‌ها موجود است. در غیر این صورت، فلزات غیرآلی دفع می‌شوند و وارد چرخه جذب نمی‌شوند (Świątkiewicz  و همکاران، 2014).

جذب و کارایی مواد معدنی آلی: 

روی پس از آهن، دومین عنصر فراوان در میان مواد معدنی کم‌مصرف محسوب می‌شود و جزو اجزای سازنده بیش از ۳۰۰ آنزیم است که در ساختار، فعالیت متابولیک و عملکرد کاتالیزوری آن‌ها نقش دارد (Sahraei و همکاران، 2013). این عنصر در بسیاری از عملکردهای حیاتی بدن، از جمله فعالیت آنتی‌اکسیدانی، نقش مهمی دارد.

روی برای ترشح و عملکرد صحیح بسیاری از هورمون‌ها مانند سوماتومدین، تستوسترون، استئوکلسین، هورمون تیروئید، هورمون رشد و انسولین ضروری است (Salim و همکاران، 2012). همچنین به‌عنوان یکی از اجزای کلیدی در سنتز اسیدهای نوکلئیک، تقسیم سلولی و تشکیل ماتریکس معدنی، در حفظ یکپارچگی بافت‌های اپیتلیال، تولید کراتین و متابولیسم استخوان نقش دارد. علاوه بر این، روی در سنتز پروتئین‌ها، تنظیم ساختاری و کاتالیزوری آنزیم‌ها، متابولیسم پروتئین‌ها، چربی‌ها و کربوهیدرات‌ها و برخی عملکردهای سیستم ایمنی نیز مؤثر است.

مطالعات نشان داده‌اند که روی کلاته یا آلی نسبت به شکل غیرآلی خود زیست‌فراهمی بالاتری دارد و برای پرندگان مفیدتر است (Salim و همکاران، 2011).

منگنز یکی از مهم‌ترین مواد معدنی کم‌مصرف برای تمام موجودات زنده است و به‌عنوان جزئی حیاتی در آنزیم‌های مختلف نقش دارد. این آنزیم‌ها در سیستم دفاعی در برابر رادیکال‌های آزاد، متابولیسم پروتئین و تشکیل استخوان نقش دارند و جزئی از ساختمان سوپراکسید دیسموتاز، لیگاز، ترانسفراز و هیدرولاز هستند (Keen و همکاران، 2000)

دو مطالعه توسط Bai و همکاران (2012) انجام شد تا اثر منابع مختلف منگنز بر انتقال منگنز از طریق فعال‌سازی  Divalent Metal Transporter  و بیان ژنی در روده کوچک جوجه‌ها بررسی شود. نتایج نشان داد که منگنز کلاته با اسیدهای آمینه زیست‌فراهمی و انتقال عنصر معدنی را به‌طور معناداری افزایش می‌دهد. همچنین افزایش قدرت کلاته شدن موجب افزایش ایمنی انتقال می‌گردد (Bai  و همکاران، 2012). به‌طور مشابه،Li  و همکاران (2011) نیز اثرات مثبت منگنز کلاته با اسیدهای آمینه را بر بیان ژن سوپراکسید دیسموتاز در سطح رونویسی و ترجمه در قلب مرغ گزارش کردند.

در مرغ‌های تخم‌گذار نیز، جوجه‌هایی که با منگنز آلی کلاته تغذیه شدند، نسبت به منابع غیرآلی عملکرد بهتری از نظر وزن تخم، افزایش وزن بدن، شکل تخم، استحکام پوسته و استحکام تیبیا نشان دادند (Yildiz  و همکاران، 2011). این بهبود عملکرد تخم‌گذاری به توزیع خاص منگنز در بافت‌های مختلف به‌ویژه استخوان‌ها نسبت داده می‌شود که به شکل آلی آن وابسته است (Yildiz و همکاران، 2011).

مس یکی از عناصر حیاتی است که در ساختار متالوآنزیم‌ها نقش دارد و در فعالیت‌های متابولیک متعددی از جمله دفاع آنتی‌اکسیدانی، تنفس سلولی، متابولیسم چربی و کربوهیدرات، تشکیل استخوان، عملکرد سیستم ایمنی، توسعه بافت همبند، میلین‌سازی نخاع، کراتینه شدن بافت‌ها و همچنین به‌عنوان جزئی از سوپراکسید دیسموتاز فعال است Shamsudeen) و Shrivastava ، 2013(.

مس غیرآلی در صورت عدم کلاته شدن با پروتئین، اثر اکسیدکنندگی قوی دارد و می‌تواند منجر به پراکسیداسیون چربی‌ها در دستگاه گوارش و خوراک شودSurai) ، 2005). در مقابل، شکل آلی مس چنین فعالیت پرواکسیدانی ندارد و بنابراین وضعیت مس در بدن پرندگان را بهبود می‌بخشد.

در مقابل، استفاده از مس آلی (Cu proteinate) به جای منبع غیرآلی باعث افزایش وزن بدن، بهبود ضریب تبدیل خوراک و استفاده بهتر از مواد مغذی در جوجه‌ها شد. این بهبود در استفاده از مواد مغذی با هضم بهتر ماده خشک، ماده آلی، قندها و استخراج‌های بدون نیتروژن مرتبط بود (Das و همکاران، 2009).

اثر آفلاتوکسین‌ها نیز در حضور منابع آلی و غیرآلی مس بررسی شد Shamsudeen و Shrivastava در سال 2013 گزارش کردند که استفاده از مواد معدنی آلی می‌تواند اثرات مضر آفلاتوکسین‌ها را کاهش داده و عملکرد کلی جوجه‌ها را بهبود بخشد.

در مطالعه‌ای دیگر، Kim و همکاران (2011) اثر دو منبع آلی مس (مس پروتئینات و مس متیونین) را با آنتی‌بیوتیک‌ها در جوجه‌ها مقایسه کردند و مشاهده کردند که مصرف این منابع آلی اثرات مثبتی بر پارامترهای رشد دارد و این بهبود حتی از آنتی‌بیوتیک مورد آزمایش (آویلامایسین) بیشتر است. همچنین، جمعیت لاکتوباسیل‌ها افزایش و تعداد E. coli کاهش یافت. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که مواد معدنی آلی توانایی جایگزینی موفقیت‌آمیز آنتی‌بیوتیک‌ها را دارند.

با این حال، Kwiecień و همکاران (2014) تفاوت معناداری بین مس سولفات و مس کلاته با گلیسینات در جوجه‌ها مشاهده نکردند، هرچند اثرات مثبتی بر خصوصیات بیوشیمیایی استخوان ران گزارش شد.

در جوجه‌های در حال رشد، سطوح مختلف (۵۰، ۱۰۰ و ۱۵۰ ppm) از منابع مس آلی و غیرآلی بررسی شد و تأثیر معناداری بر پارامترهای رشد نشان نداد. با این حال، مصرف مس آلی کلسترول پلاسمای، تری‌گلیسیرید و لیپیدهای کم‌چگالی را کاهش داد (Jegede و همکاران، 2012).

در مرغ‌های تخم‌گذار، Pekel  در سال 2011  کارایی مس آلی (مس-لیزین) و غیرآلی (سولفات مس) را بررسی کردند و گزارش دادند که در سطوح بالای مصرف، تفاوت معناداری در وزن تخم¬مرغ، تولید تخم¬مرغ، کیفیت تخم¬مرغ، ضریب تبدیل خوراک، کلسترول زرده، کل کلسترول پلاسما، تری‌گلیسیرید و فعالیت گلوتاتیون پراکسیداز مشاهده نشد.

از سوی دیگر، Dobrzañski  و همکاران (2008) گزارش کردند که مس غنی‌شده با مخمر باعث افزایش غلظت مس در پوسته تخم¬مرغ، پرها و خون بیشتر از مس غیرآلی شد. همچنین، مطالعه Witkowska و همکاران (2014) نشان داد که جیره مبتنی بر سویای غنی‌شده با مس از طریق بیوسورپشن اثر مثبتی بر کیفیت پوسته تخم‌مرغ دارد.

مقایسه نسبی زیست‌فراهمی میان مواد معدنی آلی و غیرآلی

در بررسی‌های مختلف، نتایج زیست‌فراهمی منابع آلی مواد معدنی با یکدیگر یکسان نبوده و ناسازگاری‌هایی مشاهده شده است. علت احتمالی این تفاوت‌ها می‌تواند نوع اتم لیگاند و قدرت کلاته شدن باشد، اما شواهد قطعی در این زمینه هنوز کامل نیست

بررسی مطالعات مختلف نشان می‌دهد که مواد معدنی کلاته یا آلی نسبت به منابع غیرآلی دارای مزایای فراوانی هستند. این مزایا شامل افزایش جذب و کارایی عناصر معدنی است که به متخصصان تغذیه اجازه می‌دهد نیازهای پرندگان را با دوزهای پایین‌تر برآورده کنند و همزمان آلودگی محیط‌زیست ناشی از تجمع مواد معدنی کم‌مصرف را کنترل نمایند.

بنابراین، می‌توان پیشنهاد کرد که سطوح پایین مواد معدنی آلی در جیره طیور بدون ایجاد تأثیر منفی بر رشد جوجه‌ها و تولید تخم در مرغ‌های تخم‌گذار قابل استفاده بوده و می‌توانند جایگزین مناسبی برای منابع غیرآلی باشند.

مسیرهای آینده پژوهش

با توجه به اینکه مواد معدنی آلی نسبت به منابع غیرآلی از نظر جذب و کارایی مؤثرتر هستند، اطلاعات موجود درباره واکنش پرندگان به این منابع هنوز محدود است. علاوه بر این، بررسی کلاته شدن ماکرو‌مینرال‌ها مانند کلسیم و فسفر نیز می‌تواند مورد توجه قرار گیرد، زیرا این عناصر نسبت به مواد معدنی کم‌مصرف از نظر نقش و نیازهای پرندگان اهمیت بیشتری دارند.