Istina i mit o zeolitu

Prof. dr. sc. Marcela Šperanda
Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku, Fakultet agrobiotehničkih znanosti Osijek;
marcela.speranda@fazos.hr

▲

Sažetak

Prirodni zeolit klinoptilolit je vulkanski mineral, nastao u srazu između vulkanske tekuće lave, gustog pepela i vode. Glavni sastojci su aluminijev i silicijev dioksid, povezani kisikom u rešetkastu strukturu s mikroporama. Upravo kemijska građa i fizikalna svojstva, prostorni raspored atoma, daju ovom materijalu jedinstvene sposobnosti i široku primjenu. Koristi se kao dodatak hrani čime se povećavaju proizvodni rezultati. Djelovanje zeolita vezano je za probavni sustav, ali na taj način utječe na opće biokemijske procese u organizmu, pa posljedično i na druge organske sustave (dišni sustav, obrambeni sustav, vime). Mnoštvo istraživanja potvrđuje da dodatak zeolita u obroku krava poboljšava stanje u buragu, optimizira probavne procese, tako posredno povećava količinu mlijeka, smanjuje broj somatskih stanica, optimizira koncentraciju kalcija u krvi, smanjuje pojavnost ketoze i mastitisa, povećava apsorpciju imunoglobulina. Ima povoljan učinak na zdravlje teladi, junica i krava.

▲

Uvod

Materijal zeolit otkriven je u 18. stoljeću kada je švedski kemičar Baron Axel Fredrik Cronstedt primijetio da se na površini određenih minerala, prilikom zagrijavanja, pojavljuje vlaga. Od toga je nastalo i ime: zeo – ključati, lithos – kamen. Otkriće je vodilo u istraživanja kemijskih, fizikalnih i mineraloških svojstava zeolita i osnivanju mineralogije, grane geologije.

▲

Postoje li prirodni i sintetični zeoliti?

Prirodni zeolit klinoptilolit je vulkanski mineral, nastao u srazu između vulkanske tekuće lave, gustog pepela i vode. Glavni sastojci su aluminijev i silicijev dioksid, povezani kisikom u rešetkastu strukturu s mikroporama. Otvorena rešetkasta struktura uključuje molekule vode i katione koji neutraliziraju višak negativnog naboja aluminijskog tetraedra. Upravo kemijska građa i fizikalna svojstva, prostorni raspored atoma, daju ovom materijalu jedinstvene sposobnosti i široku primjenu. U svojoj rešetki imaju katione kalcija, magnezija, natrija, koje na staničnoj razini lako zamijene mjesta s jače pozitivno nabijenim česticama teških metala, toksina i drugih organskih spojeva. Svaka AlO4 tetraedarska mreža podržava neto negativni naboj koji je uravnotežen kationom, obično iz I-A ili II-A skupine (Ca, Mg, Na, K, Fe). Ovi ioni nisu dio zeolitske mreže i mogu se mijenjati drugim kationima kao npr. teškim metalima (Hg, Pb, Cd) ili amonijevim ionima.
Prisutnošću ovih metalnih iona u strukturi zeolita postiže se ravnoteža između pozitivnog električnog naboja metalnih iona i negativnog naboja zeolitske mreže. Danas je poznato 67 prirodnih minerala zeolita koje je prihvatila i razvrstala Komisija za prirodne zeolite u okviru Međunarodnog udruženja i dala im jedinstvenu oznaku od tri slova.

Sintetizirani zeoliti uključuju kristalinične alumosilikate stvorene termalnim postupkom. Obično su mikronizirani, obrađeni stabiliziranom sintetičkom sirovinom i visoke su čistoće. S obzirom da su uvjeti nastanka kontrolirani, proizvod je točno znane strukture i površinskih karakteristika kao adsorbenta. Koriste se za statičko i dinamičko sušenje, ionsku izmjenu i selektivno odvajanje plinova i tekućina.
Dok se prirodni zeoliti formiraju kao kristali u šupljinama bazaltnih stijena ili kao vulkanska sedra u različitim geološkim formacijama pri niskim temperaturama, sintetični zeoliti se proizvode hidrotermalnom sintezom u laboratorisjkim uvjetima. Tijekom hidrotermalne sinteze, uz prisutnost određenih kemijskih tvari (»template« ili tvar koja određuje strukturu uz prisutnost gradivnih blokova koji daju tercijarnu strukturu), konačni kristal zeolita izgleda u obliku polihedrona s osnovom Si-O-Al.

Postoji atlas zeolita u kojemu je opisano 176 jedinstvenih oblika zeolita. Samo je 67 prirodnih, od kojih 6 zeolita nalazimo u većim količinama deponiranih u svijetu: analcit (ANA), habazit (CHA), klinoptilolit (HEU), erionit (ERI), mordenit (MOR) i filipsite(PHI). Ferierit (FER) se pojavljuje u nekoliko velikih nalaza. Svaki od navedenih može se i sintetizirati, ali samo se mordenit i ferierit sintetiziraju u većim količinama. Klinoptilolit sedimentnog podrijetla odobren je europskom regulativom kao dodatak hrani za sve životinjske vrste (EU 651/2013).

▲

Djelovanje klinoptilolita

Jedinstvena alumosilikatna rešetka klioptilolita zadržava vodu i tako ju čini dostupnom, bilo da je u tlu (pa ga koristi biljka) ili se radi o površini rane ili je u organizmu. Djeluje poput spužve. Zahvaljujući glavnim svojstvima: adsorpcije, molekularnog prosijavanja i kationske izmjene, zeoliti se koriste u mnogim područjima. U poljoprivredi učinkoviti su fertilizatori jer omogućavaju bolje zadržavanje dušika i sporije njegovo otpuštanje te stoga racionalno iskorištavanje. U akvakulturi koriste se jer snažno uklanjaju amonijak, teške metale iz jezera, mora i transportnih bazena, a daju se i kao dodatak hrani za ribe kao promotor rasta.
Uz dodatak mikronutrijenata, zeoliti mogu povećati hranjivost i učinkovitost iskorištenja vode u sušnim područjima, zahvaljujući spospobnosti vezanja vode. Svojstvena građa zeolita omogućava vezanje toksina, mikotoksina, alkaloida, čime je olakšano njihovo uklanjanje iz organizma. Na taj način spriječava se negativni biološki učinak toksina na životinjama. Prirodni je proizvod, ne ostavlja rezidue u mlijeku i mesu, pa stoga njegova primjena nema karencu. Ekološki je ddodatak, pogodan za upotrebu u ekološkoj proizvodnji mlijeka i mesa.

▲

Djelovanje aktiviranog klinoptilolita u krava i teladi

Visoki kapacitet izmjene kationa (CEC-eng. cation exchange capacity) dobra je karakteristika zeolita klinoptilolita. Što je bolja mikronizacija, veća je aktivacija i kapacitet izmjene je veći. Vrijednost CEC-a je od velike važnosti u stočarskoj proizvodnji, posebice u mliječnoj proizvodnji. Dobro je poznato da na pH buraga utječe količina vlakana u hrani kao i duljina sječke. Dulja vlakna stimuliraju žvakanje, što potiče proizvodnju sline. Slina je egzistencijalno važna zbog puferiranja buraga i smanjivanja kiselosti buraga. Kemijska svojstva hrane također mogu utjecati na kiselost buraga. Izraz »kapacitet kationske izmjene« (CEC) odnosi se na sposobnost privlačenja i vezanja vodikovih iona. Visoke koncentracije slobodnih vodikovih iona u buragu uzrokuju visoku kiselost buraga. Vodikovi ioni imaju pozitivan naboj. Biljne stanice općenito imaju mnogo negativnih naboja na svojoj površini i vezat će vodikove ione. Ako su ioni kemijski vezani za biljku, a ne slobodni, burag će postati manje kiseo. Neke biljne stanice imaju više negativnih naboja od drugih biljnih stanica. To svojstvo ima i prirodni mikronizirani zeolit klinoptilolit (u rangu alfa alfa, sojine sačme) i može vezati slobodne vodikove ione, stoga stabilizira pH buraga. Druga prednost visokog CEC-a u obrađenom klinoptilolitu je povećavanje brzine kojom mikroorganizmi buraga probavljaju hranu. Minerali s dva pozitivna naboja, kao što je magnezij, zapravo će se vezati s negativno nabijenom biljnom stanicom i negativno nabijenim mikroorganizmom. Ova povezanost omogućuje mikroorganizmima da budu blizu oslobađanja topivih hranjivih tvari iz biljne stanice i odmah ih pokupe. Tako mikroorganizmi brže rastu i povećava se brzina probave biljne hrane. Time posredno povećava probavu u buragu.

Krave imaju veliku potrebu za kalcijem tijekom cijelog razdoblja laktacije. Metabolizam kalcija snažno reguliraju paratireoidne žlijezde, jer u nedostatku kalcija u hrani, parathormon odmah povećava bubrežne mehanizme reapsorpcije kalcija kako bi se smanjio gubitak kalcija u mokraći, te će potaknuti procese za poboljšanje crijevne apsorpcije kalcija i resorpcije kalcija iz kosti. Zbog jake ionske izmjene, Ca iz klinoptolilota odmah je dostupan, prema dosadašnjim rezultatima, ovisno o koncentraciji u TMR-u.

Aktivacija homeostatskih mehanizama kalcija dodatkom aktiviranog klinoptilolita prije teljenja povezana je s povećanjem dijetalne kationsko anionske razlike (DCAD). Potvrđeno je da dodatak obrađenog klinoptilolita u TMR povećava koncentraciju Ca u krvi i stoga može ublažiti negativnu ravnotežu Ca, posljedično smanjiti učestalost subkliničke hipokalcemije tijekom periporođajnog razdoblja.

▲

Rezultati znanstvenih istraživanja

U nastavku donosim najvažnija djelovanja zeolita klinoptilolita u govedarskoj proizvodnji, temeljem dostupne literature:

• 1. Dodatkom zeolita značajno se smanjuje pojavnost ketoze u mliječnih krava, a nema negativni utjecaj na koncentraciju Cu, Zn i Fe u krvi krava (Katsoulos i sur.,2006.).
• 2. Povoljno utječe na pH buraga, povećava koncentraciju octene kiseline, a smanjuje količinu propionske kiseline (Karatzia i sur. 2011.).
• 3. Dodatak je značajno povećao koncentraciju kalcija u plazmi krava na dan teljenja, a tjedan dana prije telenja povećana je količina vitamin D. (Thilsing-Hansen i sur. 2002.).
• 4. U novorođene teladi čiji je kolostrum obogaćen zeolitom bilo je manje proljeva i dnevni prirast je bio veći (Zarcula i sur., 2010.).
• 5. Krave cijepljene protiv E. coli, a koje su dobivale zeolit, imale su povećani titar protutijela u serumu i kolostrumu, a isto i njihova telad (Karatzia, 2010.).
• 6. Junice hranjene uz dodatak zeolita imale su značajno nižu koncentraciju ketonskih tijela, a višu koncentraciju glukoze; imale su bolje reproduktivne pokazatelje i povećanu proizvodnju mlijeka (Karatzia i sur., 2013.).
• 7. Krave kojima je dodavan zeolit u hranu imale su značajno nižu pojavnost puerperalne pareze, dok koncentracija Ca, Mg, Na nije bila promijenjena pa se pokazalo kao učinkovito i ekonomično sredstvo u prevenciji pareze (Katsoulos i sur., 2005.c).
• 8. Postoje dokazi da dodatak zeolita u hrani teladi u količini od 1 g/kg tj. mase zajedno s kolostrumom i 2 g/kg tj. mase zajedno s mlijekom tijekom prvih 10 dana podiže titar protutijela za bakteriju E. coli i smanjuje učestalost proljeva od enteropatogenih sojeva E. coli, a povećava i apsorpciju imunoglobulina u crijevu. Smatra se da je to moguće zbog jačanja obrambene funkcije stanica, a i produžava se vrijeme prolaženja imunoglobulina kroz stanice crijeva.
  Istovremeno, zeolit veže štetne razgradne proizvode probave kolostralnih proteina (kao što je amonijak; Pourliotis i sur., 2012.). Za praktičnu primjenu može se napraviti 20%-tna suspenzija klinoptilolita u vodi za piće kako bi se povećala količina IgG u serumu.
• 9. Dodatkom klinoptilolita u hrani popravlja se kondicija krava, smanjuje NEB, popravlja plodnost, a pojavnost i jačina mastitisa se smanjuju (Valpotić i sur., 2017.).
• 10. Krave koje su hranjene uz dodatak klinoptilolita imale su 1,96 puta manji rizik od mastitisa (Đuričić i sur., 2020.).
• 11. Povoljan utjeca klinoptilolita može se protumačiti njegovim protubakterijskom, detoksicirajućem, antioksidativnom i imunostimulirajućem djelovanjem (Đuričić i sur., 2017.).

▲

Zaključak

Jedinstvena fizikalno-kemijska svojstva zeolita klinoptilolita odgovorna su za ionsku izmjenu i adorpcijske sposobnosti, pa stoga i za terapijsko djelovanje u životinja. Prirodni minerali, osobito silicij i aluminij stvaraju rešetke u koje se mogu smjestiti anorganske i organske polarne molekule i metalni ioni. Postupkom mikronizacije i aktivacije taj je učinak dodatno povećan. Stoga ga se može i treba koristiti kao dodatak obroku za sve kategorije goveda jer učinkovito dekontaminira hranu, veže mikotoksine, pomaže osigurati kvalitetu mlijeka, smanjuje broj somatskih stanica u mlijeku. Pridonosi boljim uvjetima u predželucu i crijevima i osiguran je rad mikroorganizama.

Literatura [… prikaži]