L’influence des minéraux sur la stabilité des composants des prémélanges et des aliments pour animaux
Il existe de nombreuses formes de complexes minéraux disponibles sur le marché pour l’alimentation des animaux ; et (malheureusement peut-être) ceux-ci ont été génériquement intitulés «oligo-éléments biologiques» (OÉO), en vertu du fait que les oligo-éléments en question sont complexes ou sinon, associés à des molécules biologiques.
La chimie de complexation ou chélation, comme elle est communément connue, a créé beaucoup de confusion dans l’industrie de l’alimentation animale. Des termes tels que les complexes métalliques d’aminoacides, les chélates métalliques d’aminoacide, les complexes métalliques de polysaccharides et les protéinates métalliques abondent, mais les définitions officielles restent vagues et inutiles.
(Traduction libre de Mylène Noël)
Généralement parlant, les chélates sont préparés par la réaction des sels minéraux inorganiques, par exemple, des mélanges préparés par voie enzymatique d’acides aminés et de petits peptides, dans des conditions contrôlées. Ces acides aminés et peptides ligands se lient au métal par plus d’un endroit pour s’assurer que l’atome de métal devienne une partie d’une structure cyclique biologiquement stable. Les acides aminés et les produits de digestion des protéines, tels que de petits peptides sont des ligands idéaux, car ils présentent au moins deux groupes fonctionnels permettant une liaison minérale stable.
Il y a de nombreuses affirmations différentes quant aux mérites et aux aptitudes relatives des acides aminés par rapport aux peptides dans la formation des chélates de minéraux, avec un plus grand nombre encore d’arguments existants en ce qui concerne la soi-disant biodisponibilité de ces produits.
Le rôle de la résistance de liaison sur la stabilité des OÉO
Lorsque vous essayez de comparer les chélates ou complexes sur la base de « qui est le meilleur dans cet ensemble de conditions », il faut vraiment tenir compte de nombreux facteurs différents. Cependant, il peut être utile de comparer les produits en terme de résistance de la liaison entre le minéral et le ligand en utilisant des constantes que l’on appelle stabilité.
Ces valeurs peuvent servir de guide utile pour comparer différents groupes de ligands tels que les acides aminés, les dipeptides et les tripeptides. En règle générale, plus la valeur de la constante de stabilité est grande, plus la liaison entre le minéral et le groupe de liaison est résistante.
La plupart des acides aminés et des peptides lient les ions métalliques, que ce soit l’azote, l’oxygène ou le soufre. Les acides aminés individuels présentent une gamme de stabilités lorsqu’ils sont complexés avec d’autres minéraux et ceux-ci peuvent être évalués dans une variété de bases de données. Il est raisonnable de s’attendre à ce que des peptides, qui ont un plus grand nombre d’atomes donneurs et donc la possibilité de former un certain nombre de cycles chélatés lors de la liaison à un ion métallique, aient une force de liaison supérieure à celle des acides aminés simples tels que la glycine.
Examinez les données contenues dans le tableau suivant qui compare une gamme de ligands lorsqu’ils sont complexés avec du cuivre dans les mêmes conditions physiologiques. Pour simplifier, les valeurs de stabilité (log des données) ont été transformées et comparées sur une base par rapport à celle de la glycine. Le poids moléculaire de chaque ligand est également indiqué.
Ce que cela montre est que la taille du groupe de liaison n’est pas un facteur le plus critique influant sur la force de liaison et, finalement, sur la stabilité d’un chélate. Des revendications de supériorité fondées sur la taille ont manifestement peu de mérite. Toutefois, augmenter le nombre d’acides aminés dans un ligand pourrait ne pas augmenter la stabilité du complexe métallique et donc, n’augmenterait pas nécessairement la proportion relative du minéral lié.
En fin de compte, non seulement le type d’acide aminé influe-t-il sur la stabilité d’un chélate donné, mais la position des acides aminés dans un peptide peut également influencer de manière significative la façon dont le ligand et le minéral interagissent.
Le remplacement de l’histidine dans un tripeptide Gly-Gly-Gly pour donner du Gly-Gly-His, par exemple, augmente la valeur de la stabilité et donc la proportion relative de minéraux liés (cuivre dans ce cas). De plus, en changeant la position de cette histidine dans la séquence tripeptidique (pour former du Gly-His-Gly, par exemple) peut entraîner une augmentation supplémentaire de la force de liaison et ainsi une augmentation de la proportion de minéraux liés.
En termes pratiques, de simples changements dans la configuration des acides aminés dans ce résultat tripeptidique donnent une plus grande proportion de minéraux liés par rapport à minéral libre et ligand. Essentiellement, la stabilité du chélate minéral peut être fortement influencée non seulement par le type d’acide aminé, mais également par la configuration des acides aminés dans une séquence peptidique.
Du point de vue de la production, il est important de noter que le degré et le type d’hydrolyse d’une source de protéines pour former des peptides à chaîne courte peuvent influer de façon très significative sur la séquence des acides aminés présents dans ces peptides. La production d’un hydrolysat de protéines «optimal» pour la chélation minérale peut être effectuée grâce à une sélection minutieuse des conditions d’hydrolyse. Cela garantit que le mélange final des peptides hydrolysés aura les propriétés nécessaires pour assurer la constance et la stabilité de liaison minérale dans des conditions de changement de pH.
En fin de compte, la force de liaison d’un OÉO est d’une importance primordiale pour sa biodisponibilité. Au cours du transit à travers le tractus gastro-intestinal (GI) et alors que le pH diminue ou s’acidifie, tous les OÉO sont soumis à des forces physiologiques qui peuvent conduire à la dissociation du complexe minéral et à la libération des ions minéraux. Il y a un certain nombre de conséquences négatives à cette dissociation des OÉO induite par le pH. Par exemple, l’ion minéral chargé peut réagir avec des composants végétaux chargés négativement tels que l’acide phytique qui peuvent être présents dans le tractus gastro-intestinal, ou pire encore, peuvent former des hydroxydes lorsqu’ils atteignent l’environnement plus alcalin dans l’intestin. Cela peut conduire au phénomène d’hydroxypolymérisation induit par le pH et entraîner des précipitations des minéraux et conduire ainsi à une réduction très significative de la biodisponibilité.
Essentiellement, des complexes ou des chélates avec une faible force de liaison n’amèneront pas le minéral sur les sites d’absorption de l’intestin et ils réduiront l’efficacité du produit de celui du sel inorganique correspondant. Nous devons maximiser la stabilité dépendante du pH des OÉO pour augmenter l’absorption des minéraux dans l’intestin. En gros, plus la stabilité d’un OÉO est grande, plus grande devrait être sa biodisponibilité.
De plus en plus, les effets agonistes et antagonistes des composants alimentaires pour animaux sont soumis à un examen, où le choix des composants gagne une importance croissante dans la formulation du régime alimentaire. La possibilité d’interactions négatives se produisant entre des composants individuels dans les prémélanges et aliments pour animaux est élevée et souvent négligée.
EFFET DES MINÉRAUX SUR L’ACTIVITÉ ENZYMATIQUE
Très peu d’informations sont disponibles sur la comparaison des antagonismes potentiels qui peuvent se produire entre les différentes sources de minéraux et d’enzymes dans les prémélanges ainsi que les répercussions que cela pourrait avoir en termes de perte d’efficacité enzymatique.
Une étude récente par des pairs s’est concentrée sur l’évaluation du potentiel en interaction in vitro entre les sources inorganiques et organiques des chélates de fer (Fe), de zinc (Zn) et de cuivre (Cu), avec trois préparations de phytase disponibles dans le commerce. L’étude a également examiné si le degré d’inhibition de l’enzyme était dépendant du type d’OÉO utilisé en tant que source minérale.
Les auteurs ont démontré qu’une relation très significative existait entre l’inhibition de la phytase de type oligo-élément ainsi que la source minérale et la concentration.
Les protéinates étaient systématiquement et nettement moins inhibiteurs que la majorité des autres sources minérales évaluées. Un exemple de cela est illustré dans la Figure 1 qui montre l’inhibition de la phytase par la Peniophora lycii de fer.
Dans l’ensemble, les différentes sources OÉO affichent des effets différentiels dans leur inhibition de l’activité de phytase exogène. Cet effet différentiel indique que tous les OÉO sont créés égaux. En outre, ils sont tous différents en termes de stabilités, la libération du minéral d’une manière dépendante du pH en fonction du pH dans le micro-environnement local. La formulation du prémélange et des aliments pour animaux a des conséquences énormes sur cette inhibition de l’activité enzymatique induite par le minéral et explique d’une certaine façon l’écart constaté dans la réponse à la supplémentation.
Il se pourrait bien que la tendance au super-dosage des activités de phytase dans les régimes alimentaires soit une conséquence non intentionnelle des interactions négatives des composants de prémélange.
Effet des minéraux sur la stabilité des vitamines
L’oxydation de la vitamine et la fonction antioxydante sont principalement causées par l’auto-oxydation des graisses (un phénomène qui peut s’autopropager), ou par des oligo-éléments à travers des réactions oxydantes de type Fenton.
Dans les prémélanges d’oligo-éléments, les réactions d’oxydoréduction sont la principale cause de l’instabilité de la vitamine. Le type d’oligo-élément va influencer sa réactivité ; le cuivre, le fer et le zinc étant les plus réactifs et ayant le plus grand potentiel de destruction de la vitamine. En revanche, la forme sous laquelle l’oligo-élément est présenté a un rôle encore plus important à jouer pour influencer la stabilité de la vitamine.
Une étude récente (Byrne, 2015) illustre bien ces effets. L’étude, qui a examiné la fonction de la vitamine E suivante après une inclusion à court terme dans des prémélanges minéraux contenant soit des oligo-éléments organiques, des sulfates inorganiques ou un mélange 50:50 de minéraux organiques et inorganiques, a démontré que les minéraux inorganiques ont inhibé rapidement le potentiel antioxydant de la vitamine E. Après une période de trois semaines, le pré-mélange minéral inorganique a perdu 25 % pour cent de l’activité de la vitamine E (figure 2). L’utilisation des minéraux organiques n’a pas provoqué une telle diminution spectaculaire et ce qui est intéressant, le mélange 50:50 de minéraux organiques et inorganiques a entraîné la perte de la fonction de la vitamine, mais pas dans la même mesure que son homologue entièrement inorganique.
Ces données démontrent l’importance de choisir soigneusement les composants de prémélange.
Des recherches supplémentaires ont évalué l’effet de la source et de la concentration du fer dans la réduction de l’efficacité des antioxydants alimentaires reconnus tels que le butylhydroxytoluène (BHT). (hydroxytoluène butylé). Cette étude (Santos, 2014) a comparé les sulfates inorganiques aux différentes sources minérales organiques (les glycinates, les chélates d’acides aminés, les complexes de polysaccharide et les protéinates). Les résultats ont établi que l’efficacité des antioxydants couramment utilisés a été compromise par l’utilisation d’oligo-éléments inorganiques. En outre, les données ont indiqué que, dans certains cas, des oligo-éléments organiques ont également une corrélation négative significative avec l’activité antioxydante. Essentiellement, les minéraux faiblement liés peuvent entraîner la libération des ions minéraux libres résultant en une production d’espèces réactives de l’oxygène, ce qui conduit à une plus grande oxydation et une réduction de l’efficacité des antioxydants des aliments pour animaux tels que le BHT.
Conclusions
Les oligo-éléments organiques ont beaucoup moins de potentiel de réactivité par rapport aux sources inorganiques ; mais différentes formes d’oligo-éléments organiques vont réagir différemment et provoquer une inhibition plus ou moins grande de l’activité enzymatique, de la stabilité de la vitamine et de la fonction antioxydante selon la source. En fin de compte, les formulateurs de régime devraient accorder une plus grande attention à leur choix de composants individuels pour réduire au minimum les coûts financiers liés à des interactions négatives qui pourraient monter à des centaines de millions de dollars.
Richard Murphy Ph.D.
Alltech Centre européen Bioscience
Irlande
Télécharger le document original en anglais ici:Influence of Minerals on the Stability of Premix Feed Components