Биоуголь из агроотходов может стать альтернативой антибиотикам в животноводстве

Новое исследование показало, что биоуголь, получаемый из сельскохозяйственных отходов, таких как скорлупа каштанов и обрезки виноградной лозы, может повысить эффективность доставки полезных соединений в кормах для животных, выступая перспективной альтернативой антибиотикам в животноводстве.

Работа, опубликованная в журнале Biochar, посвящена изучению способности биоугля выступать носителем лизоцима — природного антимикробного фермента, широко представленного, в частности, в яичном белке. Ученые разработали простой и экологически безопасный способ закрепления лизоцима на частицах биоугля и протестировали систему в условиях, имитирующих пищеварительный тракт молодняка свиней.

По словам авторов исследования, основной задачей было создание устойчивой системы доставки, способной защищать чувствительные биоактивные молекулы в кислой среде желудка и обеспечивать их высвобождение в кишечнике, где они наиболее эффективны. Биоуголь, благодаря своей пористой структуре, особенностям поверхностной химии и высокой стабильности, оказался подходящим материалом для этих целей.

Рост устойчивости к противомикробным препаратам остается глобальной проблемой, во многом обусловленной избыточным применением антибиотиков как в медицине, так и в сельском хозяйстве. В животноводстве, особенно в стрессовые периоды, такие как отъем, животные подвержены заболеваниям и часто требуют антибиотикотерапии. Функциональные кормовые добавки, включая лизоцим, рассматриваются как альтернатива, однако их эффективность ограничена из-за разрушения в кислой среде желудка.

Для решения этой проблемы исследователи протестировали два типа биоугля, полученного из агробиомассы: из скорлупы каштанов и из остатков виноградной лозы. Оба материала продемонстрировали способность эффективно связывать лизоцим с использованием мягкого водного процесса.

Результаты показали, что биоуголь способен удерживать значительные количества фермента, сохраняя его стабильность. При этом эксперименты по высвобождению продемонстрировали выраженную pH-зависимость: в кислой среде, аналогичной желудочной, выделялось минимальное количество лизоцима, тогда как при нейтральном pH, соответствующем кишечнику, высвобождение существенно увеличивалось.

Таким образом, биоуголь защищает фермент на этапе прохождения через желудок и обеспечивает его адресную доставку в кишечник, где он может оказывать положительное влияние на здоровье животных.

Дополнительные исследования с применением методов визуализации и спектроскопии подтвердили равномерное распределение молекул лизоцима по поверхности биоугля, что, вероятно, способствует его стабильности и контролируемому высвобождению.

Помимо функциональных преимуществ, технология подчеркивает ценность переработки сельскохозяйственных отходов: материалы, которые обычно утилизируются или сжигаются, могут быть превращены в высокомаржинальные продукты, способствующие развитию устойчивого сельского хозяйства. Использование биоугля также может обеспечивать дополнительные экологические эффекты, включая снижение выбросов и повышение эффективности управления питательными веществами.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что системы доставки на основе биоугля способны снизить зависимость от антибиотиков, одновременно повышая здоровье и продуктивность животных. Несмотря на то что исследование сосредоточено на животноводстве, авторы отмечают потенциал применения подобных решений и в других сферах, включая питание человека и фармацевтику.

По мнению исследователей, данная работа открывает новые направления использования биоугля, объединяя переработку отходов и современные подходы к созданию функциональных материалов, что позволяет разрабатывать эффективные и экологически устойчивые решения.