بافرها و ترکیبات آلکالایزر

بافرها نمک اسیدهای ضعیف هستند که در شرایط محلول بودن غلظت یون هیدروژن را در محیط کنترل می کنند. بافری مهم است که pk بافری آن در محدوده pH شکمبه باشد . مثلا بیکربنات سدیم دارای ۶/۲۵ – pka است که به pH شکمبه نزدیک است.

بافر ایده آل بافری است که بتواند به یونهای هیدروژن شکمیه متصل شود. در مقابل بافرها مواد قلیایی وجود دارند که خنثی کننده اسیدند و pH را بیش از ۲ واحد افزایش میدهند. البته در علوفه ها نیز ظرفیت بافری وجود دارد که بستگی به میزان کل کاتیون علوفه و میزان خاکستری است که تولید میکنند و دارای ظرفیت حنتی کردن یون هیدروژن هستند ؛

مثلا ظرفیت بافری یونجه ۹ % است. بنابراین جیره هایی که مقدار زیادی یونجه دارند قدرت خنثی سازی بهتری دارند. محلول بافر ترکیبی از اسید ضعیف و باز آن است که در برابر تغییرات pH با افزودن مقادیر متوسط اسید یا باز قوی مقاومت میکند .

در علم تغذیه بافر به عنوان نمک یک اسید ضعیف یا هیدروکسید و یا اکسید تعریف میشود که میتواند اسیدهای خوراک و یا اسیدهای تولید شده در طول هضم و متابولیسم ماده مغذی را خنثی نماید .جهت اینکه یک ترکیب به عنوان بافر در شرایط فیزیولوژی مؤثر واقع شود باید؛

محلول در آب، یک اسید ضعیف یا باز ضعیف یا نمک آن و دارای pka نزدیک به pH فیزیولوژیکی آن سیستم جهت بافری کردن باشد pka .به عنوان pH زمانی که یک اسید در یک موازنه به صورت نیمه متصل است. تعریف میشود

انواع بافر و آلکالایزر

به طور کلی بافر نمک یک اسید یا باز ضعیف است که در مقابل تغییر pH مقاومت می کند در صورتی که یک ماده قلیایی کننده یا خنثی کننده (آلکالایزر) اسید را خنثی مینماید اما pH را نیز افزایش می دهد.

بیکربنات سدیم، بیکربنات پتاسیم، بیکربنات منیزیم، کربنات کلسیم و بنتونیت سدیم بافرهای حقیقی محسوب میشوند در حالی که کربنات سدیم، کربنات پتاسیم، اکسید منیزیم و هیدروکسید سدیم الکالایزر به شمار میروند.

افزدون بافرها به جیره میتواند با جلوگیری از افت شدید pH سبب تعدیل اسیدیته محیط شکمیه شود.

ضرورت استفاده از بافرها در جیره نشخوار کنندگان:

معمولاً یک گاو مقدار کافی یون بیکربنات سدیم بافر در بزاق خود تولید می کند تا سطح pH شکمبه خود را در حد مناسب حفظ کند اما جیره های پر انرژی دارای مواد خشبی کمی هستند که به مصرف گاوها در اوایل دوره شیردهی میرسد این مسئله میتواند سیستم بافری طبیعی بدن را بر هم زده و میزان اسید را در شکمبه افزایش دهد.

نشخوار کنندگان سیستم پیچیده ای برای تنظیم اسید و باز بدن دارند. اگر pH شکمیه بهینه نباشد مصرف ماده خشک کاهش مییابد و بروز اسیدوز میتواند سلامتی دام را به خطر انداخته و باعث کاهش تولید پروتئین میکروبی گردد بافرهای حقیقی که متشکل از یک اسید ضعیف و نمک آن میباشند.

این ترکیبات در مقابل تغییرات pH مقاومت میکنند. ترکیبات دیگری نیز وجود دارند که سبب افزایش pH مایع شکمبه ای میشوند و تحت عنوان ترکیبات آلکالایزر یا خنثی کننده شناخته می شوند. استفاده صحیح از بافرهای خوراکی ممکن است سازگاری به جیره را افزایش دهد.

تجمع زیاد اسید لاکتیک در شکمبه سبب می شود که pH شکمبه از حدود ۶/۸ به ۵/۵ یا حتی پایین تر افت نماید که حتی ممکن است سبب مرگ حیوان گردد. کاهش مقدار pH شکمبه به دلیل تغییراتی است که در غلظت اسیدهای چرب فرار در شکمبه ایجاد میشود.

در این شرایط غلظت استات به میزان ۴۰ تا ۵۰ درصد کاهش می یابد. به علاوه افت pH شکمبه موجب تغییر در جمعیت میکروبی شکمبه شده و سرعت عبور مواد غذایی از شکمبه و هضم ترکیبات فیبری را کاهش میدهد.

در نهایت اسید لاکتیک تولیدی در شکمبه تجمع پیدا کرده و با جذب به جریان خون سبب افزایش اسیدیته خون میشود به طوری که همین میزان سبب میشود باکتریهای تجزیه کننده نشاسته که مقاوم به شرایط اسیدی هستند افزایش یابند و در همین حال جمعیت باکتری های سلولیتیک کاهش مییابد.

در چنین حالتی فعالیت نسبی آمیلاز به سلولاز در شکمبه افزایش می یابد. در مطالعات مختلف چنین استنباط شده است که بازدهی رشد میکروارگانیسم های عمده شکمبه به طور قابل ملاحظه ای با تغییر PH شکمیه متغیر است.

بیکربنات سدیم

بیکرنات سدیم یک بافر معدنی است که بیشتر در صنعت گاو شیری استفاده می شود. این ماده یک باز ضعیف است که یونهای هیدروژن تولید شده توسط اسیدهای آلی شکمیه را بافر میکند.

بیکربنات سدیم جیره به عنوان یک بافر به همان شیوه بیکربنات سدیم اندوژنوس که در بزاق یافت میشود عمل میکند فعالیت بهینه این بافر در اسیدیته بین ۶/۲ تا ۶/۵ با مقدار pka ۶/۲۵ است. در تمامی مطالعات تیمار بیکربنات سدیم موجب افزایش pH شکمیه نشده است.

که این امر می تواند به دو علت باشد:(1) pH اولیه شکمبه کمتر از ۶ بوده که سبب میشود ظرفیت بافری بیکربنات سدیم کمتر شود (2) در جیره های که ۳۰ درصد ماده خشک از علوفه تأمین شده است، اثرات بافر جیره بر pH شکمیه و درصد چربی شیر کاهش یافته است .

کشف گردیده است که تغذیه ۲۰۰ گرم بیکربنات سدیم در روز اثرات محدودی بر میزان اسیدیته دستگاه گوارش شامل pH شکمبه دارد که نشان دهنده حلالیت بالا و دوره کوتاه اثر بخشی بیکربنات سدیم در شکمبه است. این یافته نشان میدهد استفاده از بافرها نمیتواند جایگزین فیبر مؤثر جیره شود.

این بافر به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است زیرا این محصول حدود ۴۰ سال است که در بازارهای جهانی وجود دارد. ۲۰ مطالعه با پاسخ هایی شامل افزایش تولید شیر و مقدار چربی شیر را بررسی کردند.

افزایش چربی شیر احتمالاً به علت کاهش در تولید اسیدهای چرب ترانسC18:1 از طریق بیوهیدروژناسیون شکمبه است .همچنین دریافتند که افزایش هضم فیبر نامحلول در شوینده اسید، در ۹ مورد از ۱۲ مطالعه بررسی شده در رابطه افزایش نرخ رفت مایع شکمبه عنوان شده است. سایر پاسخ ها شامل افزایش pH شکمیه به ویژه در جیره های حاوی کنسانتره بالا، افزایش تولید کل اسیدهای چرب فرار و افزایش نسبت استات به پروپیونات در برخی مطالعات گزارش شده است.

در مطالعه دیگری گزارش شده است که افزودن ۱۵۰ گرم بیکربنات سدیم در روز به جیره ی گاوهای شیری تأثیر مثبتی بر تولید شیر مصرف خوراک و درصد چربی شیر دارد. افزایش مصرف ماده خشک و تثبیت pH شکمیه توسط برخی از محققین نیز گزارش شده است .

همچنین گزارش کرده اند که افزایش pH شکمبه توسط بیکربنات سدیم در جلوگیری از آسیبهای اپیتلیوم شکمیه و کاهش حرکات دودی شکمیه در رابطه با اسیدوز تحت حاد شکمیه ای مؤثر است. افزودن بیکربنات سدیم در حیره های حاوی کنسانتره بالا منجر به کاهش درصد پروپیونات و افزایش درصد بوتیرات و استات شده است. بررسی نتایج ۳۰ مطالعه مختلف دریافتند که اثرات بیکربنات سدیم به نوع علوفه در جیره های کاملاً مخلوط (TMR) گاوهای شیری بستگی دارد.

تفاوت در پاسخ به بیکربنات سدیم تحت تأثیر منبع علوفه ی اصلی در جیره قرار میگیرد که تا حدی میتواند با مقدار فیبر این منبع در ارتباط باشد. در یک مطالعه برون تنی گزارش کردند که جیره حاوی بیکربنات سدیم سبب افزایش pH میشود. و زمانی که pH شکمبه بین ۵/۷ تا ۶/۸ قرار دارد افزودن بافر تأثیری نخواهد داشت.

افزودن هر واحد بیکربنات سدیم توانایی افزایش درصد چربی شیر را به میزان 4/0 درصد دارد همچنین افزودن این ترکیب به میزان یک درصد، pH شکمیه را 26/0 واحد و نسبت استات به پروپیونات 52/0 درصد افزایش میدهد. زمانی مقدار علوفه در جیره بیشتر از ۳۰ درصد است این پاسخ ها کم تر میشود.

سسکویی کربنات سدیم

این ترکیب مخلوطی از کربنات سدیم و بیکربنات سدیم است. pH محلول ۱ درصد آن برابر ۹/۹ است و قیمت آن از کربنات سدیم کمتر است. در مطالعات اخیر مشخص شده است که این ترکیب از ظرفیت بافری بالایی برخوردار است و سبب بهبود تخمیر در شرایط برون تنی گردیده است.

کربنات منیزیم

پژوهشی به منظور بررسی اثرات اکسید منیزیم و کربنات منیزیم در خنثی سازی اسید شکمیه در شرایط آزمایشگاهی انجام شد. نتایج نشان داد که ترکیبات خنثی کننده اسید.، pH شکمیه را افزایش دادند و افزایش اسیدیته مایع شکمیه توسط کربنات منیزیم بیشتر از اکسید منیزیم است. این در حالی بود که در همین تحقیق میزان کل اسید مصرفی توسط اکسید منیزیم حداقل دو برابر کربنات منیزیم گزارش شده بود.

اکسید منیزیم

اکسید منیزیم یکی دیگر از بافرهای معدنی است که به صورت تجاری مورد استفاده قرار می گیرد. اکسید منیزیم به دلیل عدم تعریف pka و عدم حلالیت نسبی آن در آب به عنوان عامل خنثی کننده آهسته رهش طبقه بندی می شود با این حال اثر بخشی اکسید منیزیم در افزایش pH شکمیه و درصد چربی شیر گزارش شده است.

پاسخ به اکسید منیزیم در جیره های حاوی سیلاژ ذرت و جیرهایی بر پایه مرتع برسی شده و عنوان گردیده که اکسید منیزیم به میزان 4/0- 8/0 درصد بر اساس ماده خشک سبب افزایش تولید شیر و چربی شیر میشود. ظرفیت مصرف اسید توسط اکسید منیزیم بین9/41- 49 میلی اکی والان در روز است که به طور قابل توجهی بالاتر از سایر بافرها و عوامل خنثی کننده مانند بیکربنات سدیم با 9/11 میلی اکی والان در روز است.

حلالیت این ترکیب در آب متغیر و وابسته به اندازه ذرات اکسید منیزیم تولید شده است. به نظر میرسد فرآوری ذرات به اندازه حداقل ۴۲۵میلی متر سبب افزایش اثر آن میشود. با افزودن5/0 درصد اکسید منیزیم و 5/1 درصد بیکربنات سدیم به جیره های حاوی علوفه کم، افزایش pH شکمیه را مشاهده شده است.

در همین مطالعه بافر سبب تأثیری منفی بر میزان اسیدهای چرب ترانس ۱:۱۸ در شیر شد. بعلاوه، درصد چربی شیر را افزایش داد. به طور معمول اکسید منیزیم به عنوان نمک منیزیم در جیره های گاوهای شیری با مقدار منیزیم بین ۵۱ تا ۵۹ درصد استفاده میشود این نمکها در جیره های گاوهای شیری به منظور قلیای کردن اکوسیستم شکمیه نگاری زمانی که مقدار علوفه در جیره کمتر از حد نرمال و زمانی که مکمل منیزیم مورد نیاز است گنجانده میشوند.

محققان دانشگاه ایالتی میشیگان (امری ۱۱۹۶۵ توماس، ۱۹۶۹) اثرات متابولیکی و جیره ای اکسید منیزیم( قلیایی کننده) و بیکربنات سدیم (بافر) را بر میزان چربی شیر در گاوهایی که با علوفه محدود شده در جیره تغذیه میشدند. بررسی کردند. آنها دریافتند که با تغذیه اکسید منیزیم غلظت چربی شیر، تولید شیر، pH شکمیه و درصد مولی استات، ایزو بوتیرات و ایزو والرات افزایش می یابد و برخی از این اثرات میتواند با افزودن بیکربنات سدیم افزایش یاید.

نویسندگان به این نتیجه رسیدند که اکسید منیزیم میتواند اثرات فراتری از قلیایی کنندگی داشته باشد و منیزیم به نوبه خود با افزایش جذب استات پلاسما و جذب تری گلیسریدها در غدد پستان غلظت چربی شیر را تحت تأثیر قرار دهد.

با مقایسه اثر اکسید منیزیم و بیکربنات سدیم بر گاوهای شیری زمانی که با جیره های اسیدونیک تغذیه شدند این موضوع اشکار گردید که اکسید منیزیم درصد چربی شیر را در مقایسه با بیکربنات سدیم افزایش میدهداما بیکرنات سدیم سبب افزایش مصرف ماده خشک و تولید شیر در این دام ها شد. مقدار بهینه ای از اکسید منیزیم که در جیره به همراه بیکربنات سدیم به عوان بافر میبایست به کار رود شامل دو بخش بیکربنات سدیم و یک بخش اکسید منیزیم.

 بنتونیت سدیم

یک ماده معدنی از دسته رسها یا شبه رسها و از کانی های متورم شونده تشکیل شده، که عموماً حاوی مونتموریلونیت و به مقدار کم بیدلیت است. این ترکیب منشاء اتشفشانی دارد که اولین بار در یکی از شهرهای جنوب فرانسه به نام مونتمور ریلون کشف شد که دارای منابع بسیار زیاد بنتونیت است .

دو شکل بنتونیت از نظر تجاری در دسترس است بنتونیت سدیم و بنتونیت کلسیم.

بنتونیت سدیم دارای سطح واکنشی بیشتر و مؤثرتری است و روش عملکرد آن الکترو استاتیکی است جارج و نانجیا، (۱۹۹۱) در این صورت سطح مسطح بنتونیت به طور منفی شارژ میشود و ذرات مثبت به سطح آن جذب می شوند. بنتونیت سدیم به عنوان عامل اتصالی درون ساز در تولید خوراکهای پلت و نیز برای افزایش ظرفیت بافری شکمیه استفاده میشود.

خصوصیات ویژه بنتونیت از قبیل آبگیری تورم و افزایش حجم با جذب آب ویسکوزیته ظرفیت بالای تبادل یونی و باند شدن با کاتیونهای مختلف آن را به ماده با ارزشی برای محدوده وسیعی از کاربردها در صنعت و سیستم های پرورشی و مزرعه ای تبدیل کرده است.

تجربه شده است که که بنتونیت سدیم بر متابولیسم نیتروژن کلسیم و فسفر در گوسفندان مؤثر بوده و با استفاده از ۲ درصد بنتونیت سدیم در جیره علوفه ای حاوی اوره بهره وری نیتروژن و فسفر بهبود می یابد.

همچنین دریافتند که وقتی تجمع آمونیاک در شکمیه بالا باشد بنتونیت آن را جذب خواهد کرد و زمانی که تجمع آمونیاک کاهش یابد بنتونیت مقدار زیادی از آن را آزاد خواهد کرد و به این ترتیب باعث افزایش راندمان آمونیاک در شکمبه میشود. این ترکیب برای جلوگیری از کاهش چربی شیر و تغییر خصوصیات پروفایل اسیدهای چرب فرار در شکمبه استفاده میشود.

بنتونیت سدیم در شکمیه ۵ تا ۲۰ برابر اندازه خود متورم میشود و غلظت مواد معدنی و آمونیاک در شکمیه را تغییر می دهد. بنتونیت سدیم برای افزایش بازده مصرف خوراک و اضافه وزن در گوساله ها نیز استفاده میشود

 فرآوری بنتونیت

پس از استخراج ابتدا بنتونیت را به قطعات کوچک تبدیل میکنند تا آب و مواد فرار آن از ۳۰ تا ۵۰ درصد به ۷ تا ۸ درصد کاهش یابد. در ادامه آن را با آسیاب میله ای یا چکشی خرد کرده، گاهی آن را در خشک کن چرخان نیز می ریزند در بیشتر موارد بنتونیت با دانه بندی ۷۵ میکرومتر در ۹۰ درصد ذرات داد و ستد می شود.

ولی انجام عملیات بیشتر بروی آن نیز امکان پذیر است. فرآوری بنتونیت با اسیدهای غیر آلی سبب حل مواد ناخالص شده و حاصل آن از هم باز شدن ورقه ها افزایش قطر منافذ باز و افزایش سطح مونت موریلونیت است. درجه این تغییرات به مونتموریلونیت نوع اسید، دما و مدت زمان تماس بستگی دارد.

پژوهشی به منظور مطالعه اثرات بنتونیت فرآوری شده و فرآوری نشده و کلینوپتیلولیت بر توان تولیدی و فراسنجه های هضم و تخمیر مواد خوراکی در گوساله های نر، انجام دادند. نتایج نشان داد استفاده از کلینوپتیلونیت،

بنتونیت فرآوری شده و بنتونیت طبیعی به ترتیب به میزان 37/6، 41/6و 63/6 سبب بهبود معنی دار ضریب تبدیل شدند. همچنین مصرف کلینوپتیلونیت، بنتونیت فرآوری شده و بنتونیت طبیعی سبب کاهش جمعیت تک یاخته ها در شکمیه شد. با آزمایشی که بر روی گوسفندان نژاد زندی انجام دادند گزارش کردند که بنتونیت سدیم مصرف ماده خشک را افزایش و باعث بهبود ضریب تبدیل غذایی در بره های پرواری نژاد زندی می شود.

سرعت رشد و راندمان مصرف خوراک در بره های تغذیه شده با جیره های حاوی مکملهای بنتونیتی افزایش می یابد به علاوه گزارش کردند که هنگامی که بنتونیت به عنوان یک مکمل حیره ای در خوراک حیوانات اهلی مورد استفاده قرار می گیرد. مصرف خوراک و میزان رشد بهبود می یابد. عنوان کرد که مونتموریلونیت در درمان اسهال برای انسان بکار برده میشود.

کربنات کلسیم

استفاده از کربنات کلسیم (سنگ آهک) در pH فیزیولوژیک شکمبه به دلیل حلالیت پایین با وجود پتانسیل بالای مصرف اسیدهای چرب محدودیت دارد دریافتند که سنگ آهک بیشترین تأثیر را بر ظرفیت بافری بینPH 5/4 تا 5دارد. با این حال، ممکن است pH را در روده تنظیم کند. افزایش pH مدفوع هنگام اضافه شدن 8/1 تا 5/2 درصد جیره در زمان استفاده از کربنات کلسیم مشاهده شده است.