خلاصه
مواد معدنی کم‌مصرف از جمله نیازهای طبیعی جوجه‌های گوشتی و سایر حیوانات اهلی است که از طریق مکمل‌های معدنی به جیره آنها افزوده می‌شود. این عناصر در جیره جوجه‌های گوشتی، شامل 6 عنصر مس، سلنیم، آهن، ید، ‌منگنز و روی است که به صورت مواد معدنی (عمدتاً اکسیدها و سولفات‌ها) فراهم میشود. برای افزایش کارایی جذب این عناصر و کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی روش جدیدی بکار می‌رود: «بیوپلکس‌ها». بیوپلکس‌ها در واقع کیلات‌های مواد آلی (بخصوص پروتئین‌ها) و عنصر فلزی هستند که مدل و سرعت جذب بالایی در روده دارند و امکان کاهش سطح استاندارد این عناصر در جیره را فراهم می‌سازند و بدون اینکه اثری بر خصوصیات تولیدی مرغ‌ها داشته باشند، آلودگی‌های زیست محیطی ناشی از این عناصر را کاهش می‌دهند. بیوپلکس‌های روی و مس معروف‌ترین و رایج‌ترین این فراوره‌ها می‌باشند.

مواد معدنی کم‌مصرف
مواد معدنی کم‌مصرف نقش‌های مهمی در فرایندهای متابولیکی بدن دارند و اغلب در ساختمان کاتالیزورها،‌ آنزیم‌ها و هورمون‌ها نقش بازی می‌کنند و مصرف آنها از ارکان اصلی سلامت، رشد و باروری است. این مواد معدنی موجب رشد مناسب، توسعه استخوان‌ها و ‌پردرآوری پرندگان و رشد شاخ و پوست و مو در پستانداران شده و در ساختار و کارکرد آنزیم‌ها و هورمون‌ها نقش دارند. کمبود این مواد بر بسیاری از فرایندهای متابولیکی اثر می‌گذارد و علایم متفاوتی از قبیل کاهش رشد، کاهش اشتها، نقایص تولید مثلی، کاهش ایمنی، بیماری عمومی، ... تا کاهش کیفیت ماندگاری گوشت و دیگر فراورده‌های دامی را به همراه دارد. کمبود این عناصر به دلیل ناکافی بودن مقدار آن در جیره و یا وجود مواد آنتاگونیست در جیره است که جذب آنها را بهم میزند. نقش عنصر روی در باروری و کاهش بیماری‌های تولید مثلی گاو شیری و استفاده از منابع آلی این عنصر برای پیشگیری از بیماری‌ها به ویژه ورم پستان و لنگش گاوها از جمله اولین تحقیقات مرتبط به اشکال آلی عناصر کم‌مصرف بوده است. تحقیقات زیادی که در زمینه این گونه عناصر انجام گرفته است منتهای به عرضه انواع فراورده‌ها به بازار عرضه شده است.
از دهه 1950 تا کنون برخی مواد معدنی کم‌مصرف (مس، آهن، ‌ید، منگنز، مولیبدن، ‌سلنیم و روی) در جیره غذایی طیور مورد استفاده قرار می‌گیرد. ابتدا این عناصر از طریق ترکیبات معدنی (عمدتاً اکسیدها و سولفات‌ها) تأمین می‌گردید و به دلیل ارزان بودن آنها،‌ تأثیر چندانی در قیمت جیره نمی‌گذاشت. در دهه 1960، لاین‌های جدید و پرتولید مرغ و دیگر حیوانات مزرعی به بازار عرضه شد که نیازهای غذایی آنها به تمامی مواد مغذی و از جمله عناصر کم‌مصرف افزایش یافته بود. در دهه‌‌های آ‌خر قرن گذشته عناصر معدنی ریزمصرف به صورت قفل‌‌شده (کیلات) با مواد آلی (ارگانیک) و به نام «مواد معدنی ارگانیک»، «کیلات‌ها» و یا «بیوپلکس» به بازار عرضه گردید که از برخی جهات بهتر از منابع معدنی اولیه بود. در این مواد عنصر معدنی به یک سوبسترای آلی باند می‌گردد. در ایران روش رایج تأمین
عناصر معدنی کم‌مصرف جیره جوجه‌‌های گوشتی، مکمل‌های معدنی است که در کنار مکمل ویتامین در سطح اندکی وارد جیره می‌شود و منابع مورد استفاده برای تأمین آنها، ترکیبات معدنی است.

مفهوم بیوپلکس‌
عبارت مواد معدنی ارگانیک (آلی) که در بازار فراورده‌های دامی بکار می‌رود ظاهرا مقداری گمراه‌کننده است زیرا بر حسب تعریف، مواد معدنی، عناصر یا ترکیبات غیرآلی هستند که ساختمان آنها فاقد کربن است. بنابراین منظور از مواد معدنی ارگانیک، همان بیوپلکس‌ها است که نوعی کیلات می‌باشند. مواد معدنی آلی یا کیلات‌‌ها، ترکیبی از یک یون فلزی با یک یا چند مولکول آلی یا «لیگاند» (پروتئین، ‌اسیدآمینه، ترکیبات آمینی، پپتیدها، پلی‌ساکاریدها، مخمرها و ‌اسیدهای آ‌لی) هستند که در آن عنصر معدنی از طریق اتصالات یونی یا کووالانتی به مواد آلی متصل شده و عنصر معدنی در مرکز آن قرار گرفته باشد. در جریان تشکیل کیلات‌ها، ‌یون فلزی و ماده آلی به صورت الکترون‌دهنده و الکترو‌ن‌گیرنده متقابل عمل کرده و یک ساختار حلقوی نامنظم تشکیل می‌شود که در آن یون معدنی به یک یا چند منطقه الکترونگاتیو مولکول آلی متصل می‌گردد. مواد معدنی آلی را به دو دسته ‌طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌کنند.

1- «کمپلکس‌های طبیعی» مواد معدنی در جریان هضم، ‌جذب و متابولیسم طبیعی مواد تشکیل می‌شود. این کمپلس‌ها در سیستم‌های طبیعی سه نقش عمده بر عهده دارند:
الف- حمل و ذخیره یون‌های فلزی
ب- ضروری برای فعالیت‌های فیزیولوژیکی
ج- تعامل و تداخل با قابلیت استفاده یونهای فلزی در بدن
میدانیم که اسیدهای آمینه، اتیلن‌دی‌آمین‌تترا استیک اسید (EDTA) و دیگر لیگاندهای طبیعی یا مصنوعی در کانال گوارش با عناصر فلزی پیوند بر قرار کرده و از طریق حمل آنها، موجب افزایش جذب یونهای فلزی از مجرای روده و ورود آنها به سلول‌های مخاطی می‌شوند. «ترانسفرین» یک پروتئین طبیعی روده است که در جذب، ذخیره و انتقال عنصر آهن نقش دارد. علاوه بر این ممکن است کمپلکس‌های فلزی در سیستم‌های بیولوژیکی بطور طبیعی تشکیل شوند و نقش و فعالیت فیزیولوژیکی خاصی بر عهده گیرند. هموگلوبین و ویتامین B12 به ترتیب دارای عناصر آهن و کبالت در مرکز خود بوده و بدون آنها نقش متابولیکی این ترکیبات در معرض خطر حتمی قرار می‌گیرد.
2- «کمپلکس‌های مصنوعی» مواد معدنی برای افزایش کارایی جذب عناصر معدنی در روده ساخته می‌شوند. وقتی در زمینه اثربخشی کمپلکس‌های معدنی از نظر قابلیت جذب مواد معدنی صحبت می‌شود، ‌مفهوم ثابت پایداری (stability constant) و وزن مولکولی لیگاند باید در نظر گرفته شود. ثابت پایداری به معنی جاذبه شیمیایی میان یون فلزی و لیگاند است و باید به اندازه‌ای بالا باشد که ترکیب دست‌نخورده عنصر- لیگاند جذب شود و به اندازه‌ای پایین باشد که عنصر را در نقطه متابولیکی مصرف آن رها کند. بعلاوه جذب درسته و دست‌نخورده آنها مستلزم پایین بودن وزن مولکولی لیگاند است.

مکانیسم عمل بیوپلکس‌ها
ادعا می‌شود این مواد بهتر از مواد معدنی به شکل غیر‌آلی آن، هضم و جذب شده و در بدن مورد استفاده قرار می‌گیرد. در نتیجه می‌توان غلظت‌های کمتری از آن را در جیره غذایی مرغ‌ها بکار برد بدون اینکه اثر نامناسبی بر عملکرد تولید آنها داشته باشد و این درست در حالی است که مقدار دفع مدفوعی آنها کاهش می‌یابد و مزیت دیگر مصرف آنها شکل می‌گیرد که همانا آلودگی‌ کمتر زیست‌محیطی است.

علاوه بر این کیلات‌های معدنی در تغذیه حیوانات از نظر بهداشت، سلامت و رفاه آنها نسبت به منابع معدنی ارجحیت دارند. افزایش جذب عناصر کم‌مصرف از طریق بیوپلکس‌ها به 3 دلیل عمده است:
الف- حضور زنجیره پپتیدی در ساختمان بیوپلکس‌ها، ‌یک ساختار حلقوی به آنها می‌دهد که از ماده معدنی در برابر واکنش‌های شیمیایی ناخواسته جلوگیری به عمل می‌آورد.
ب- کیلات‌ها در مقطع روده مؤثرتر جذب می‌شوند. به عبارت بهتر جذب آنها به صورت کامل و همراه با اسیدهای آمینه است در حالی که عنصر معدنی را نیز به همراه دارند.
ج- بین عناصر معدنی در سطح سایت‌های جذب رقابت و تعامل کمتری ایجاد می‌شود و در نتیجه جذب هر یک از این عناصر افزایش می‌یابد.
فرض بر این است که عنصر معدنی موجود در ساختار هر دو نوع ترکیب معدنی و آلی در مجرای روده تجزیه و تفکیک شیمیایی شده و به شیوه فعال یا غیرفعالی توسط سلول‌های دیواره روده جذب می‌شود. بنابراین تفاوت قابلیت هضم مواد معدنی آلی و غیرآلی ارتباط مستقیم با سرعت تجزیه شیمیایی عنصر معدنی از سوبسترای آلی یا معدنی و به عبارت بهتر ارتباط مستقیم با قابلیت حل آنها دارد. هر چه قابلیت حل یک ترکیب معدنی در آب زیادتر باشد، راحت‌تر تجزیه شده و اجزاء آن راحت‌تر جذب می‌شود. در ادامه به شرایطی اشاره می‌شود که یک ماده معدنی خاص در حالی که هنوز به کاریر آلی خود چسبیده است، جذب بدن می‌شود.
در حال حاضر اطلاعات چندانی در زمینه مکانیسم‌های جذب عناصر معدنی (به ویژه عناصر کم‌مصرف) در روده نمی‌دانیم و اطلاعات موجود نیز در مورد موش است. دانش کنونی ما در زمینه جذب مس به صورت زیر توصیه شده است: «عنصری که از طریق یک فرایند تسهیل‌شده نامعین وارد سلول‌های اپیتلیومی روده کوچک می‌شود که انتقال‌دهنده‌های خاص این عنصر و یا انتقال‌دهندهای عناصر دو ظرفیتی سطح غشاء ممبرانی مرزهای مسواکی در آن دخالت دارند». ملاحظه می‌شود که تعریف فوق از نظم مکانیسم جذب این عنصر مبهم است. چنین تعریفی در مورد تمامی عناصر معدنی صدق می‌کند اگرچه پیشرفت‌هایی در زمینه درک مکانیسم جذب این عناصر در دست انجام است. قبل از طرح تفاوت بالقوه جذب مکمل‌های معدنی آلی و غیرآلی، مسیرهای بالقوه جذب مواد معدنی و شیوه تنظیم آنها بررسی شود.

مکانیسم های جذب عناصر در روده

مکانیسم جذب
مواد معدنی ممکن است به صورت غیرفعال و از طریق انتشار ساده و یا کانال‌های یونی جذب سلول شوند. هر دو این مکانیسم‌ها تابع شیب الکتروشیمیایی یا شیب غلظت مواد هستند. انتقال فعال از طریق مکانیسم‌های انتقالی ویژه یا غیرویژه انجام می‌شود که مستلزم وجود یک عنصر همراه (کوترانسپورت) به صورت یک یون است که بر خلاف شیب غلظت خود حرکت میکند و در آن آنزیم‌های Na/K ATPase دیواره‌های جانبی سلول‌های روده به صورت مستقیم یا غیرمستقیم دخالت دارند. یکی از روش‌های جذب عناصر معدنی از طریق روش پاراسلولی است که در نتیجه شل شدن دریچه‌های ارتباطی میان دو سلول مجاور روده‌ای (tight junctions) رخ می‌دهد.
انتقال غیرفعال تابع شیب غلظت یا شیب الکتروشیمیایی است و در نتیجه نقش تنظیمی اندکی در زمینه سرعت انتقال آنها دارد. البته حرکت مواد معدنی به خارج سلول از طریق غشاءهای پایه‌ای-جانبی (Basolateral) یا حبس شدن مواد معدنی در واکوئول‌های سلولی موجب کاهش غلظت عنصر معدنی در داخل سیتوپلاسم سلول می‌شود و در نتیجه شیب غلظت را به سمت داخل افزایش می‌دهد. انتقال فعال پیچیده‌تر است و در موقعیت‌های مختلفی تنظیم می‌شود که از جمله آنها می‌توان به استنساخ سلولی، برگردان سلولی و تصحیحات پس از این برگردان بر روی انتقال دهنده تولیدشده، حرکت انتقال‌دهنده به درون یا خارج از غشاءهای مرز مسواکی و تنظیم شیب غلظت عنصر کوترانسپورت اشاره کرد. جذب فعال و غیر فعال عناصر معدنی مستلزم وجود ناقل پروتئینی در سطح سلول است. انتقال پاراسلولی به طور کامل شناخته نشده است ولی به نظر میرسد تابع شیب یونی عنصر معدنی مورد نظر بوده و کارکرد غیراختصاصی داشته باشد. انتقال پاراسلولی زمانی مهم است که غلظت‌های معدنی مجرای روده‌ای در سطح نسبتاً بالایی قرار داشته باشد.
برای مثال عنصر مس می‌تواند از طریق غشاهای مرز مسواکی انتشار یابد. این روش انتقال (جذب) در سطوح بالای مس جیره روش غالب جذب این عنصر می‌باشد. به موازات کاهش غلظت یون مس در جیره غذایی، مکانیسم اشباع‌شدنی انتقال فعال مس دست به کار می‌شود. لازم به ذکر است که هم مس معدنی و هم مس آلی به محض اینکه در روده تجزیه شوند (که فرایند ساده و سریعی است)، از طریق هر یک از دو روش جذب غیرفعال و فعال به یکسان جذب بدن می‌شوند. بنابرین تا لحظه حاضر میدانیم که قابلیت جذب حقیقی منابع مختلف عنصر مس در منابع مختلف معدنی آن به دلیل اختلاف آنها در سرعت تجزیه و قابلیت حل ترکیب کیلات- معدنی است.
بافت روده بلافاصله بعد از بیهوشی پرنده، گرفته می‌شود و نواری از خارجی‌ترین لایه سروزی روده جدا شده و روی یک محفظه بافری مخصوص سوار می‌شود. قسمت مخاطی بافت در یک طرف و قسمت سروزی آن در طرف دیگر قرار می‌گیرد. هر دو طرف به تعادل اسمزی در می‌آید. آنگاه جریان برق با ولتاژ پایین از میان آن عبور داده می‌شود به طوری که اختلاف پتانسیل خارجی کاهش یافته و به صفر برسد. به این ترتیب میتوان در غیاب شیب اسمزی و الکتروشیمیایی، انتقال یون‌های عبوری را اندازه‌گیری کرد. برای بررسی قابلیت جذب انواع مختلف منابع مس (سولفات مس، بیوپلکس مس و کلرید مس)، ‌این آزمایش با استفاده از روده‌های جوجه‌ها با سن 3 هفته و نیز خوک‌ها به اجرا در آمد. وقتی بیوپلکس مس استفاده می‌شود،‌ در مقایسه با سولفات مس تغییر بیشتری در جریان برق مدار کوتاه (بیش از 5 برابر ) بوجود ‌آمد که مبین سرعت جذب بیشتر مس و حرکت بیشتری پپتید/ اسید آمینه و یا هر دو آنها بود.
بعلاوه اخیراً نشان داده شده است که علاوه بر این تفاوت‌ها، مس به صورت پروتئینات مس باندشده، ممکن است از طریق یک انتقال‌دهنده دی یا تری‌پپتیدی نیز جذب شود. این انتقال‌دهنده‌ها که در غشاءهای مرزهای مسواکی وجود دارند در همه گونه‌های حیوانات اهلی و از جمله انسان و جوندگان کوچک وجود دارد. این انتقال‌دهنده به صورت ویژه عمل نمیکند و مولکول‌‌های غیر از دی‌پپتیدها و تری‌پپتیدها همچون آنتی‌بیوتیک‌ها نیز از آن عبور می‌کنند.
در یک آزمایش، مس به دو صورت معدنی (سولفات مس) و غیر معدنی (لیزین- مس) در حضور روی و آهن مورد آزمایش قرار گرفت. جذب و دفع مس به صورت کیلات ارتباط خاصی با عنصر آهن نداشت ولی باعث افزایش سطح روی در کبد موش‌ها شد. این آزمایش نشان می‌دهد که کانال‌های جذب عناصر معدنی ارتباط‌های پیچیده‌ای دارند و شکل کیلات مس از جایگاه‌هایی در روده جذب می‌شود که اشکال معدنی در آن جذب نمی‌گردند.

اشکال واقعی
پروتئینات‌ها نوع خاصی از کیلات‌ها هستند که در آن‌ها ترکیب متغیری از پروتئین‌ها/پپتیدها/ اسیدهای آمینه به دست آمده از پروتئین هیدرولیزشده سویا با یک عنصر معدنی باند می‌شود. در پروتئینات‌ها، عنصر معدنی با درجات معینی از پایداری (جاذبه برای اسیدهای آمینه) به بخش پروتئینی کمپلکس متصل شده و لذا با درجات متفاوت و اغلب بالا و انتخابی جذب می‌شوند. پایه پپتید یا پروتئینی بیوپلکس‌ها ساختاری برای حداکثرسازی جذب عناصر معدنی است، اگرچه بعد از جذب مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی برای تأمین اسید آمینه مورد نیاز حیوان در نظر گرفته نمی‌شوند. «پروتئینات مس» که در بازار به نام «بیوپلکس مس» (Bioplex® Cu) عرضه شده است، یک بیوپلکس یا کیلات آلی مس است که بخش آلی آن از نوع پپتیدی است و در برابر سولفات مس (ترکیب معدنی) در تغذیه دام و طیور بکار می‌رود. البته اثرات ضدمیکروبی سطوح نسبتاً بالای مس به صورت مکمل‌های معدنی از قبیل سولفات مس بر روی میکروب‌های چینه‌دان و روده جوجه‌های گوشتی و حفظ و ابقای سلامت روده به این طریق تحت تأثیر قرار گرفته و کاهش می‌یابد. بنابراین باید در کنار مصرف منابع آلی مس باید یک استراتژی تغذیه‌ای خاص برای حفظ سلامت روده‌ها بکار رود.
کمپلکس‌های ساده‌تر اسید‌های آمینه و عناصر معدنی به صورت گلایسینات‌ها و متیونات‌ها نیز از جمله کیلات‌ها هستند که در آن ماده معدنی با یک اسید آمینه باند می‌شود. بسته به یک اسید آمینه خاص، فراورده به دست‌آمده خالص است و راحت‌تر روی پایداری مولکولی آن کار می‌کند. در تصویر شماره 2، ساختمان کیلات روی با اسیدهای آمینه گلایسین (بالا) و متیونین (پایین) ملاحظه می‌شود که به ترتیب تحت عناوین «گلایمت» و «بیومت» به بازار عرضه شده است.
مصرف یک بیوپلکس آلی مشتمل بر چهار عنصر کم‌مصرف مس، روی، منیزیم و آهن به جای شکل معدنی آن و در سطوح پایین‌تر (8، 17 و 33 درصد مقدار عناصر تأمین‌‌شده توسط ترکیبات معدنی) در مرغ تخمگذار به مدت 40 هفته نشان داده که مصرف بیوپلکس موجب بهبود استحکام استخوان ساق پا و کاهش دفع مدفوعی مواد معدنی شده و میتوان غلظت مصرف این عناصر را به میزان 12 برابر کاهش داد.

Boruta, A., E. Sweirczewska, K. Glebocka and L. Nollet. 2007. Trace organic minerals as a replacement of inorganic sources for layers Effect of productivity and mineral excretion. 16th European Symposium on Poultry Nutrition, Strasbourg , France, pp 491-494.
Hess, J.B., K.M. Downs, K.S. Macklin, R.A. Norton and S.F. Bilgili. 2008. Organic Trace Minerals for Broilers and Breeders. Poultry Science Department, Auburn University, AL, School of Agribusiness and Agrisciences, Middle Tennessee State University, Murfreesboro, TN.
Nollet, L., J. D. van der Klis, M. Lensing, and P. Spring. 2007. The effect of replacing inorganic with organic trace minerals in broiler diets on productive performance and mineral excretion. J. Appl. Poult. Res., 16:592–597.
Radcliffe, J. S., B. E. Aldridge and K. L. Saddoris. Understanding organic mineral uptake mechanisms: experiments with Bioplex® Cu. Purdue University, Courtesy of Alltech Inc.