Tavukların beslenmesinde “saflaştırılmış lignin” kullanımı

14 Mart 2019

Antimikrobiyal ve antioksidan özelliklere sahip olan lignin, kanatlı sindirim sistemine pozitif etkisiyle hayvan beslemede yerini almıştır.

Lignin bitki hücre duvarının üçte birini oluşturan doğal polifenolik polimerdir. Bu bileşik su kaybını önlemenin yanı sıra bitkiyi kimyasal ve biyolojik saldırılardan koruyarak yapısal bütünlük sağlar. Ayrıca, lignin-karbonhidrat kompleksleri antimikrobiyal, antiparazit, antiviral, antitümör, vitamin C ile sinerjizm ve immun hücrelere etkilerinden dolayı alternatif tıpta kullanılmaktadır.

Besin madde sindirimini olumsuz etkilemesi nedeniyle hayvan beslemede kullanılmayan lignin yem endüstrisinde pelet bağlayıcı (lignosülfonat) olarak değerlendirilmektedir. Günümüzde ise, kağıt endüstrisinden elde edilen saflaştırılmış ligninin phenylpropanoid monomer yapısından dolayı antimikrobiyal özelliklere sahip olduğu ileri sürülmektedir. Ayrıca, saflaştırılmış ligninin etlik piliçler de villus yüksekliği ile goblet hücre sayısını artırdığı ve prebiyotik benzeri özellik gösterdiği de bildirilmektedir. Bu bildiride, saflaştırılmış ligninin etlik piliçlerin beslenmesinde kullanım olanakları irdelenecektir.

Bitkilerin hücre duvarının esansiyel bileşenlerinden olan lignin, doğada selülozdan sonra en çok bulunan polifenolik polimerdir. Fosil olmayan organik karbonların %30’unu içerdiği bildirilen lignin birçok kimyasal ve biyofiziksel fonksiyonlara sahiptir.

Lignin selüloz, hemiselüloz ve pektin arasındaki boşlukları doldurarak hücre duvarına sertlik ve hidrofobik özellik kazandırır. Ancak, sindirim enzimlerine ve mikrobiyal fermantasyona dayanıklıdır. Lignoselülotik yapı içerisinde artan lignin miktarına bağlı olarak yemin sindirilebilirliği düşer. Bu nedenle hayvan beslemede kullanımı söz konusu değildir. Lignin yaygın olarak yem endüstrisinde pelet bağlayıcı (ligosülfonat) olarak değerlendirilmektedir. Son yıllarda, proteini bağlama-çöktürme özelliğinden yararlanılarak lignosülfonatların rumende protein parçalanabilirliğini azaltmak ve by-pass protein oranını arttırmak amacıyla kullanılabilirliği konusunda da çalışmalar yapılmaktadır.

Alternatif tıp
Günümüzde, selülozik bioetanol endüstrisindeki gelişmeler ve endüstriyel atıklara ilişkin yeni çevre düzenlemeleri ligninin yenilenebilir hammadde olarak kullanımını gündeme getirmiştir. Alternatif tıpta özellikle lignin-karbonhidrat komplekslerinin antimikrobiyal, antiparazit, antiviral, antitümör, vitamin C ile sinerjizm ve immun hücrelere etkileri konularında çalışmalar yapılmaktadır. Ayrıca, ligninin kozmetik ve farmasötik preparatlarda da güvenle kullanılabileceği bildirilmektedir.
Saflaştırılmış lignin, kağıt endüstrisinde selüloz üretimi sırasında elde edilir ve Kraft, lignosülfonat, soda-anthraquinone, organosolv ve Alcell ligninler olarak adlandırılır. Bu yan ürünlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri genetik orjin ve ekstraksiyon teknolojisine bağlı olarak değişmektedir.

Her yıl dünyada yaklaşık 1 000 000 ton lignosülfonat ve 100 000 tondan az Kraft lignin üretilir. Bu ürünlerin ticari olarak kullanım düzeyi % 2’dir. Lignin ve lignin ekstraktlarının antimikrobiyal, antifungal, antioksidan ve antikanserojen etkilerinin belirlendiği in vitro çalışmalar bulunmaktadır. Teminindeki kolaylık, toksik etkisinin düşük ve ucuz olmasından dolayı lignin fenollerin alternatifi olarak görülmektedir. Bu bağlamda, saflaştırılmış ligninin hayvan beslemede kullanımı gündeme gelmiştir. Bu bildiride, kağıt endüstrisi yan ürünü saflaştırılmış ligninin antimikrobiyal özelliği ve etlik piliç performansı üzerine etkileri irdelenecektir.

Saflaştırılmış ligninin antimikrobiyal etkisi
Lignin genellikle üç phenylpropan monomerinin (monolignol) polimerizasyonuyla oluşmuş amorf yapılı polifenolik bileşik olarak tanımlanmaktadır. Yapısındaki phenylpropan monomerleri ise p-coumaryl, p-coniferil ve sinapyl alkoldür. Bu monomerler L-phenylalanin den genellikle phenylpropanoid yoluyla oluşmaktadır. Phenylpropan monomerleri arasındaki bağlar ve moleküler kompozisyon farklılıkları önemlidir. Yumuşak ağaçlarda (softwood) ligninin %95’den fazla coniferil alkol içerdiği, sert ağaçlarda (hardwood) coniferil /sinapyl alkolün farklı oranlarda bulunduğu, tahıl samanlarında ve otlarda ise coumaryl alkolün belirleyici olduğu bildirilmektedir.

Hidrofobik yapılarından dolayı uçucu yağlar bakteriyal hücre membranlarındaki lipidlere karşı yüksek affinite gösterirler. Ayrıca, uçucu yağların antibakteriyal etkisi yapısındaki bileşenlerin ve fonksiyonel grupların lipofilik özellikleri ile ilişkilendirilmektedir. Kimyasal yapısı nedeniyle ligninin uçucu yağ bileşenlerine benzer antimikrobiyal etki mekanizmasına sahip olduğu tahmin edilmektedir. Nitekim, pek çok bitki uçucu yağında bulunan terpenoidler (carvacrol, carvone, thymol, terpinen-4-ol) ve phenylpropanoidler (cinnamaldehyde, eugenol, anethol) bitkilerin antimikrobial aktivite gösteren ikincil bileşenleri olarak tanımlanmaktadır.

Uçucu yağların, gram pozitif bakterilere gram negatif bakterilerden daha güçlü antibakteriyal aktivite gösterdikleri bildirilmektedir. Gram negatif bakteriler hücre duvarını çevreleyen bir dış tabakaya sahiptir ve bu şeffaf bariyer hidrofobik bileşiklerin işlevini engellemektedir. Ancak, Helander ve ark. (1998), thymol ve carvacrol gibi fenolik bileşiklerin gram negatif bakterilerin dış membranını bozarak büyümesini inhibe ettiğini bildirmektedir. Bu durum, düşük moleküler ağırlıktaki uçucu yağların gram negatif bakterilerin iç membranlarına penetre olabilmeleriyle ilişkilendirilmiştir.

Tarçın uçucu yağında % 75 düzeyinde bulunan cinnamaldehyde’in antimikrobiyal aktiviteye sahip olduğunu belirtilmektedir. Cinnamaldehyde’in antimikrobiyal etki mekanizması tam olarak açıklanamamıştır, muhtemelen yapısındaki karbonil grubunun reaktivesi ile ilişkili olduğu bildirilmektedir. Thymol ve carvacrol gibi diğer sekonder bitki metabolitlerinin tersine cinnamaldehyde’in membran stabilitesini etkilemediğini gözlemlemişlerdir. Cinnamaldehyde’in antimikrobiyal etkisinin periplazmadaki ya da hücrenin daha iç kısımlarındaki proteinlerle interaksiyonuyla ilişkili olduğunu ileri sürülmektedir.

Etlik Piliçlerin Beslenmesinde Doğal ve Saflaştırılmış Lignin Kullanımı
Yemin besin madde kompozisyonu, etlik piliçlerde büyüme performansını doğrudan etkiler. Genellikle erken kesim ağırlığına ulaşmak için sindirim derecesi yüksek ve ham selüloz düzeyi düşük yemler kullanılmaktadır. Yem ham selüloz düzeyi özellikle üst sindirim sistemi organlarının gelişimini etkilemektedir. Ham selülozun kimyasal kompozisyonu ve fiziksel özellikleri (partikül büyüklüğü, su tutma ve anyon değiştirme kapasiteleri) sindirim organları üzerine değişik şekilde etki göstermektedir. Suda çözünemeyen ham selüloz içeriği yüksek yemler parçalanmaya dayanıklıdır ve taşlıktaki sindirim süresi daha uzundur. Yulaf kabuğu gibi lignoselülotik yapıdaki yemler, taşlık gelişimini uyarmakta ve taşlık muskular tabakasının ağırlığını arttırmaktadır. Ayrıca, etlik civciv yemine ilave edilen selüloz kaynaklarının taşlık pH’sını önemli düzeyde azalttığı ve bu sonucun HCL konsantrasyonundaki artışla ilişkili olduğu bildirilmektedir. Etlik civciv yeminde % 3 düzeyinde yulaf kabuğu ve soya kabuğu kullanıldığında, besin maddelerinden yararlanmanın (kuru madde, nitrojen, ham yağ ve metabolik enerji) önemli düzeyde arttığı ve bu olumlu etkinin yulaf kabuğu ilavesinde daha belirgin olduğu belirtilmiştir. Bir başka çalışmada da etlik piliç yemlerine ilave edilen yulaf kabuğunun iliumda nişasta sindirilebilirliğini ve jejunumda amilaz ile safra asitleri salgısını artırdığı belirlenmiştir.

Etlik piliç üretiminde büyümeyi teşvik etmek amacıyla saflaştırılmış ligninin kullanılabilirliğine ilişkin sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Ricke ve ark. (1982) yeme % 4-8 veya % 5-10 düzeylerinde saflaştırılmış lignin (Indulin) ilave ettiklerinde, canlı ağırlık artışı ve yemden yararlanmanın iyileştiğini belirlemişlerdir. Ayrıca araştırıcılar, lignin ilavesinin kör ve kalın bağırsaklardaki uçucu yağ asitleri konsantrasyonlarını (asetat, propiyonat ve bütirat) azalttığını bildirmişlerdir.

Virjinamisin, mannanoligosakkarit ve iki farklı düzeyde (% 1.25 ve 2.5) saflaştırılmış lignin (Alcell) ilaveli yemlerle beslenen etlik piliçlerde canlı ağırlık, yem tüketimi ve yemden yararlanma bakımından önemli düzeylerde farklılıklar oluşmadığını belirlenmiştir. Saflaştırılmış ligninin villus yüksekliği ve goblet hücre sayısı üzerine etkisi ise kullanım düzeyine göre değişim göstermiştir. Mannanoligosakkarit ve düşük düzeyde saflaştırılmış lignin ilaveleri jejunumda villus yüksekliğini önemli düzeyde artırmıştır. Ayrıca, mannanoligosakkarit kullanılan grupta en yüksek goblet hücre sayısı belirlenmiştir. Düşük düzeyde saflaştırılmış lignin ilaveli grupta goblet hücre sayısında bir atış eğilimi gözlenmiş ancak saflaştırılmış lignin kullanılan gruplar arasında goblet hücre sayısı bakımından istatistiki olarak önemli farklılıklar oluşmamıştır. Hem düşük hem de yüksek düzeyde saflaştırılmış lignin ilavesi virjinamisin kullanılan gruba göre körbarsak Lactobacilli sayısını arttırmıştır. Bunun yanısıra, % 2.5 saflaştırılmış lignin ilavesi altlık E. coli populasyonunu önemli düzeyde azaltmıştır. Baurhoo ve ark. (2007b), E. coli bulaştırılan etlik piliçlerde de % 2.5 saflaştırılmış lignin kullanımının körbarsak E.coli populasyonunu önemli düzeyde azalttığını saptamışlardır. Önceki çalışmaya benzer şekilde, % 1.25 saflaştırılmış lignin ilavesi körbarsaktaki Laktobacilli ve Bifidobacteria sayılarını önemli düzeyde arttırmıştır. Araştırıcılar elde edilen bu sonuçlara göre, saflaştırılmış ligninin antibiyotik alternatifi doğal yem katkı maddeleri arasında gösterilen prebiyotik grubu ürünler içerisinde değerlendirilebileceğini ileri sürmüşlerdir.

Yu ve ark. (1998) tarafından kazlar ile yürütülen başka bir çalışmada yonca unu, arpa kepeği ve pirinç kabuğu veya saflaştırılmış selüloz, lignin ve pektin ilaveli yemler kullanılmıştır. Arpa kepeği ve saflaştırılmış lignin ilaveli yemlerin tüketildiği gruplarda, en yüksek günlük canlı ağırlık artışı ve yem tüketimi saptanmıştır. Bunun yanı sıra, saflaştırılmış lignin ilavesi yemden yararlanmayı da iyileştirmiştir. Ön mide, taşlık ve ince barsak oranları (g/100 g canlı ağırlık) bakımından gruplar arasında önemli bir farklılık gözlenmezken en düşük kör barsak ve kolon-rektum oranları sırasıyla pektin ve pirinç kepeği/lignin ilaveli gruplarda belirlenmiştir. Körbarsak içeriğindeki sellülaz aktivitesi saflaştırılmış lignin ilavesi ile artmıştır. Ayrıca, barsak mikroflorasında düşük düzeyde fermente edilebilen ligninin kör barsakta nişasta yapısında olmayan polisakkaritlerin fermentasyonunda azalmaya neden olmadığı bildirilmiştir.

Van der Aar ve ark. (1983), yemlere ilave edilen saflaştırılmış ligninin (Indulin) mineral metabolizmasını etkilediğini ve serum Zn düzeyinin yükseldiğini bildirmişlerdir. Araştırıcılar bu sonucun barsak mikroflorasındaki değişiklikten dolayı konak ile mikroorganizmalar arasındaki Zn rekabetinin azalması ile ilişkili olabileceğini belirtmişlerdir.

Sonuç olarak, lignin kanatlı kümes hayvanlarının beslenmesinde sindirim organlarının fizyolojik ve morfolojik gelişimi açısından önemlidir. Ayrıca, kağıt endüstri yan ürünü olan saflaştırılmış ligninin kimyasal yapısındaki değişimden dolayı antimikrobiyal ve antioksidan etkilere sahip olduğu ileri sürülmektedir. Özellikle insan sağlığını olumsuz etkileyen bazı patojen mikroorganizmaların gelişimini engellemesi, güvenilir gıda üretimine olanak sağlamaktadır. Hayvan beslemede yağ, değirmencilik, alkol vb endüstrilerin yan ürünleri uzun yıllardır kullanılmaktadır. Kağıt endüstrisi yan ürünü olan saflaştırılmış ligninin etlik piliçlerin beslenmesinde kullanımı ise oldukça yeni bir konudur. Bu nedenle, etlik piliçlerin büyüme performansı ile barsak mikroflorası ve morfolojisi üzerine etkilerinin incelendiği kapsamlı çalışmalara gereksinim duyulmaktadır.

• Paylaş