دور الجسيمات النانوية في تغذية الحيوانات والدواجن

2024-05-16 11:05:08

تكنولوجيا النانو هي التكنولوجيا الواعدة والناشئة التي لديها إمكانات هائلة لإحداث ثورة في قطاعي الزراعة والثروة الحيوانية على مستوى العالم.

مفهوم تقنية النانو هو تغيير حجم الجسيمات إلى بضعة جزيئات تقاس بالنانو. تمثيل جزيئات النانو مع عوامل الاختزال يؤدي إلى تغيير في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للجزيئات.

هذه الجسيمات النانوية لديها القدرة على نقل المكونات المختلفة في ظل ظروف بيئية مختلفة. تُستخدم الجسيمات النانوية الآن على نطاق واسع في مختلف القطاعات ، التغذية والعلاج وإنتاج الأدوية المستهدفة وإعدادات اللقاحات وعمليات التنقية المختلفة في صناعات النسيج ، إلخ. وفي وقت سابق ، كانت عملية تخليق هذه الجسيمات النانوية بالطريقة الكيميائية تؤدي إلى إفراز المواد الكيميائية ضدها. في الآونة الأخيرة ، تكتسب أهمية تحضير الجسيمات النانوية من مصادر نباتية يشار إليها باسم التخليق الأخضر. نظرًا لأن هذه العملية تتضمن مستخلصات نباتية تتكون من السكريات والبوليفينول واليربينويدات والبروتينات ، إلخ. تعمل هذه المواد الكيميائية النباتية كعامل اختزال للحفاظ على المعادن في حالة مخفضة أثناء عملية التخليق ، وتكون منتجاتها القابلة للتحلل الحيوي للغاية وبالتالي لا يوجد لها تأثير سلبي على البيئة. في تغذية الحيوانات ، تستخدم تقنية النانو بشكل أساسي في تحضير المعادن النانوية وخاصة المعادن النادره التي يكون توفرها الحيوي منخفضًا. بالإضافة إلى ذلك ، المعادن مثل الجسيمات النانوية تقلل من التعددية المعدنية في الأمعاء ، وبالتالي تقلل من إفراز مضاداتها والتلوث البيئي. تغذية الجسيمات النانوية قد حسنت من كفاءة الجهاز الهضمي والمناعة والأداء في الماشية والدواجن.

بناءً على خواصها الكيميائية ، يمكن تصنيف الجسيمات النانوية إلى مستحلبات غير عضوية وعضوية ومستحلبات ومشتتات ونانو. تشتمل جزيئات النانو غير العضوية على مكونات غير عضوية على مستوى النانو وتمت الموافقة عليها بالفعل للاستخدام في التغذية ، على سبيل المثال ، ثاني أكسيد التيتانيوم ، يمكن استخدام تلوين العلف في عملية تعبئة العلف. وكذالك تدخلهم في صناعة الأعلاف مثل ثاني أكسيد السيليكون والكالسيوم والمغنيسيوم والجسيمات النانوية الفضية لتنقية المياه والتعبئة المضادة للميكروبات. تشمل جزيئات النانو العضوية البروتينات والدهون وجزيئات السكر. الجزيئات النانوية العضوية من خلال تغييركفائته الغذائيه ولكن يمكن تحسين قيمتها الغذائية. يمكن للجسيمات النانوية العضوية تغليف المواد الغذائية ونقلها عن طريق الجهاز الهضمي في مجرى الدم مع زيادة التوافر البيولوجي ، ويشار إليها باسم كبسولات النانو. ، تهدف هذه الكبسولات إلى توفير العناصر الغذائية دون التأثير على الذوق أو المظهر. على هذا النحو ، يتم دمج هذه المواد النانوية المُغلفة في الأعلاف مثل micelles ، و liposomes ، وفي أنظمة تعبئة الأعلاف مثل المستشعرات الحيوية ، وتمديدات العمر الافتراضي للجراثيم النافغعه، ومضادات الميكروبات.

تحضير الجسيمات النانوية

يختلف إعداد الجسيمات النانوية ويعتمد على الغرض الذي من المفترض أن تكون عليه. استقرار العنصر النشط ، والسمية. بعض طرق تحضير الجسيمات النانوية هي الترابط والمستحلب ، الترسيب ، التجفيف بالرش ، التحام قطرة المستحلب ، التحبيب الأيوني وطريقة الغربله.

التوليف الأخضر: يشير مصطلح التوليف الأخضر إلى أن إعداد مادة النانو عن طريق استغلال التكنولوجيا النانوية والتكنولوجيا الحيوية النباتية معًا مثل السكر ، القلويات ، البوليفينول ، البروتينات ، إلخ. هذه المركبات بالإضافة إلى ذلك توفر الاستقرار في أيونات

طريقة عمل جزيئات النانو:

• الجسيمات النانوية التي تميل إلى زيادة مساحة السطح لتحسين التفاعل مع الدعم البيولوجي

• إطالة فترة وجود العناصر في القناة الهضمية

• تقليل تأثير آليات إزالة محتوى الأمعاء

• اختراق عميق في الأنسجة عن طريق الشعيرات الدموية الدقيقة

• كفائة عبور بطانة الأمعاء

• تمكين الخلايا للامتصاص بكفاءة

• التوصيل الفعال للمركبات الوظيفية إلى المواقع المستهدفة وبالتالي التوافر الحيوي الأفضل

الإمتصاص:

يشمل امتصاص الجسيمات النانوية من الجهاز الهضمي (GIT) بعدة طرق ، طرق الاستنشاق والاستنشاق ، أو المرور الذكى السريع في GIT. يعتمد امتصاص الجزيئات النانوية في الجسم وتوزيعها واستقلابها وإفرازها على خصائصها الفيزيائية والكيميائية مثل الذوبان والشحنة والحجم. يمكن أن يصل حجم الجسيمات الذي يقل حجمه عن 300 نانومتر إلى مجرى الدم ، في حين أن الجسيمات الأصغر من 100 نانومتر يمكن أن تصل إلى الأنسجة والأعضاء المختلفة. من خلال مسار الاستنشاق ، يمكن لجزيئات فائقة الدقة المستنشقة أن تحصل على مدخل للدخول إلى الجهاز العصبي المركزي. لكن تفاعلها مع المواد الأخرى يمكن أن يكون له عواقب على الصحة والبيئة. في الآونة الأخيرة ، حصلت الجسيمات النانوية الحيوية على قبول واسع لعلاج العدوى المعوية ، كعوامل تطهير مسببات الأمراض قبل النقل والمعالجة. بالإضافة إلى ذلك ، فقد وجد أن D-mannose يمكنه تثبيط الارتباط البكتيري بالخلايا المعوية. أظهرت الأدلة من خلال بعض الأعمال التمهيدية أنها قبلت تحديدًا محددًا لمواقع مستقبلات المانوز في خلايا كاميلوباكتر Campylobacterشمل تطبيق تقنية النانو في تغذية الحيوانات استخدام الجسيمات النانوية المختلفة في إدارة الأدوية والمواد الغذائية والبروبيوتيك والمكملات الغذائية وغيرها من المواد (الشكل 2). في الآونة الأخيرة ، يمكن استخدام إضافات الأعلاف مثل المعادن النادره في شكل جسيمات متناهية الصغر بشكل فعال لتلبية متطلبات المعادن في علف الماشية والدواجن.

من المتوقع أن تتمتع هذه الإضافات النانوية بميزة التوافر البيولوجي الأفضل ومعدل الجرعة الصغيرة والتفاعل المستقر مع المكونات الأخرى. بسبب الاستخدام المنخفض للجرعة ، يمكن استخدامها كبديل للمضادات الحيوية كمحفِّزات للنمو ، والقضاء على بقايا المضادات الحيوية في المنتجات الحيوانية ، والحد من التلوث البيئي وإنتاج منتجات حيوانية خالية من التلوث. يمكن أيضًا إضافة الإضافات النانوية في جزيئات micelles أو كبسولات من البروتين أو مكون آخر من مكونات التغذية الطبيعية.

في دجاج التسمين ، أظهرت مكملات غذائيه مقدارها 1.20 ميلي غرام لكل كيلوغرام (Nano-Se) نطاقًا أوسع بين المستويات الغذائية المثالية والسامة للنانو سي مع الاحتفاظ الفعال في الجسم مقارنةً بسيلانيت الصوديوم. وفي نفس الدراسة أيضًا ، أظهرت إضافة نانو سييلينيوم (60 نانومتر) إلى التسمين ارتفاعًا في معدل البقاء على قيد الحياة ومتوسط الزيادهاليوميه فى الوزنونسبةالتغذيةبتركيز 0.15-1.20 ميليغراملكل 1كجم. وجدأننانوسيلينيوممن 0.3 ملغ - 1 يحسنالنظامالغذائيمن حيثالتأثيراتفسيولوجية.

أظهرت دراسة أجريت على الزنك النانوي أن مكملات مقدارها 0.06 جزء في المليون في النظام الغذائي القاعدي للطيور اللاحمBroilers أظهرت تحسناً في الحالة المناعية والتوافر الحيوي مقارنة بالزنك غير العضوي 38. علاوة على ذلك ، تم العثور على تركيزات مختلفة من جزيئات Zn-nano لتثبيط نمو الفطريات السامة الفطرية (A. flavus و A. ochraceus و A. niger) والسموم الفطرية ذات الصلة (AFs و OA و Fs). وبالتالي يمكن استخدام هذه الطريقة لعلاج الأعلاف للحد من المخاطر المحتملة لسموم الفطريات

عندما تتغذى طيور اللاحم على شكل نانو من فوسفات الكالسيوم عن طريق استبدال ما يصل إلى 50 ٪ من متطلبات فوسفات الكالسيوم الثنائي ، فقد أظهروا أفضل نسبة تحويل للأعلاف (1.39 ± 0.02) ويختلفون بشكل كبير عن المجموعات الضابطه (P<0.05) 40.

قلل النانو كمستحضر مبيد للجراثيم من عدد الميكروبات القولونيه والبكتريا العقدية ، والسالمونيلا الضارة ، والعدد الإجمالي للبكتيريا متوسطة الحجم في الفضلات. وقد أظهرت الدراسات أيضًا أن مادة nano-silver كمادة مضافة لها تأثير انتقائي إيجابي على عدد البكتيريا في الجهاز الهضمي للدواجن. عند إضافة 20 و 40 و 60 جزءًا في المليون من الغذاء ، تسببت الفضة النانوية في تقليل الاعتماد على الجرعة في وزن الأعضاء اللمفاوية. ولاحظوا انخفاض الوزن عند 60 جزءًا في المليون من التغذية لمدة 42 يومًا من العمر. يرتبط هذا التخفيض في الوزن بخاصية مضادات الميكروبات لـ N-NPs والتي قد تؤدي إلى نسبة مواتية من الكائنات غير الممرضة من الكائنات المسببة للأمراض في الأمعاء. النظام الغذائي للدجاج اللاحمBroilers المضاف اليهجزيئات الفضة النانوية قد خفض مستوى الهيموغلوبين ، RBC و WBC counts43. أظهرت دراسة أجريت تحسنا في تناول الأعلاف وزيادة الوزن وكفاءة التغذية للفراريج التي تغذي الجسيمات النانوية الفضية النانوية بسبب تأثير الفضة الأيونية على البكتيريا الضارة المعوية وتحسين صحة الأمعاء وبالتالي امتصاص أفضل للمغذيات. وأن مستويات أعلى من8 و 12 جزء في المليون من nanosilverتسبب تضخم للكبد

الإستخدام كإضافات الأعلاف

تعمل الميكروبات الدقيقة (الحبيبات النانوية) كحاملات للزيوت الأساسية والنكهات ومضادات الأكسدة وأنزيم Q10 والفيتامينات والمعادن والكيمياء النباتية مع تحسن فى التوفر البيولوجي. إن تغليف الجسيمات النانوية من المكونات النشطة (مثل البوليفينول والمعادن والمغذيات الدقيقة) يمنع التفاعلات المؤكسدة. في صناعة المواد الغذائية ، يتم استخدام جسيمات النانو الشحمية لتغليف وإطلاق العناصر الغذائية والإنزيمات والنكهات والمركبات المضادة للميكروبات. وبالمثل ، يمكن أيضًا إستخدام كبسولات الإضافات النانوية بواسطة البروتينات أو المكونات الأخرى. Micellesوهي كرات صغيرة من الزيت مغلفة بطبقة رقيقة من جزيئات القطبين ، واحدة منها قابلة للذوبان في الدهون والآخر في الماء. يمكن تعليقها في الماء أو يمكن تغليفها في ماء معلق suspension وتعليقها بالزيت مثل كبسولات متناهية الصغر التي تحتوي على زيت السمك أوميجا 3

المخاطر والمخاطر

تشمل المراحل الأربع الأساسية لتقييم المخاطر تحديد المخاطر وتوصيف المخاطر وتقييم التعرض وتوصيف المخاطر. المواد التي تنطوي على مخاطر عالية ولكن التعرض القليل قد تشكل مخاطر أقل من المواد ذات المخاطر المحدودة والتعرض العالي لفترة أطول. وبالتالي ، فإنه من المهم وصف الجرعه ووقت التعرض. يشكل تطبيق الجسيمات النانوية خطرًا معينًا من زيادة التوافر الحيوي ، وتسببت في حدوث التهاب في الجهاز الهضمي ، والتغيير في التوافر الحيوي للمغذيات من خلال التأثيرات على ثبات البروتين والإنزيم ، والتأثيرات المحتملة على الكتل الحيوية للجسيمات النانوية في عملية التسخين أو التخزين.ومن المفترض أن إستخدام تقنية النانو فى المستقبل الى تطور هائل فى رفع كفائة العناصر الغذائيه وزيادة معدلات التحويل الغذائى مع تحسن فى مناعة وصحة الطيور.

أ.د/ خالد جعـــفر

أستاذ التغذيه والتغذيه الإكلينيكيه

وعميد كلية الطب البيطرى سابقا

رئيس جامعة مدينة السادات سابقاً