Seleniumgist

Via een nieuwe analyse op elementair Selenium (Se⁰) in 13 verschillende seleniumgisten is gebleken dat deze ‘organische seleniumbronnen’ veel minder organisch selenium bevatten dan voorheen werd verondersteld.

Onderstaand artikel is gepubliceerd in All About Feed, Volume 30, nr. 2.

De doeltreffendheid van organische bronnen van selenium (Se) en van seleniumgisten (Se-gisten). Wordt al jaren in verband gebracht met het gehalte aan selenomethionine (SeMet). De evaluatie van het Se-gehalte en de Se-vorm is daarom van cruciaal belang in verband met de biologische werkzaamheid. Daarom geldt voor Se-gisten de wettelijke vereiste dat minimaal 97-99% van het totaal Se organisch Se is en dat minimaal 63% van het totaal Se uit SeMet bestaat.

Meten van (an-)organische vorm

Door recente verbeteringen op het gebied van de analyse kan nu een extra anorganische vorm van Se worden gemeten die voorheen niet werd gekarakteriseerd in producten. Het is namelijk elementair Se (Se⁰). Bij Se-gisten kan zo beter onderscheid worden gemaakt tussen anorganisch en organisch selenium. Voor een nauwkeurige evaluatie van de variabele samenstelling van Se-gisten zou daarom nu ook Se⁰ moeten worden gemeten. Dit kan tevens resulteren in nieuwe inzichten over de categorisering van deze Se-vormen en hun bijdrage aan de voeding.

Sleutelrol voor selenium

Selenium is een essentieel spoorelement in diervoeding, vooral vanwege zijn sleutelrol in de antioxiderende afweer, immuniteit en ontstekingsremmende processen. Aangezien wereldwijd de meeste voederbestanddelen een tekort aan Se hebben, wordt supplementering met selenium in de praktijk standaard toegepast. Se wordt verwerkt in premixen voor veevoeder in anorganische vormen (hoofdzakelijk natriumseleniet), waarvan bekend is dat deze een zeer lage biologische werkzaamheid hebben. Zo ook in organische vormen zoals geïnactiveerde Se-gisten of zuiver chemisch gesynthetiseerde vormen (SeMet, hydroxy-selenomethionine: OH-SeMet). Hiervan weten we dat deze een hogere biologische werkzaamheid hebben.

SeMet-gehalte verschilt per leverancier en productiebatch

Het is bekend dat het SeMet-gehalte van Se-gisten sterk varieert afhankelijk van de leverancier en per productiebatch (Fagan et al. 2015). Het productieproces voor Se-gisten bestaat uit het toedienen van anorganisch Se aan een groeiende gist, voornamelijk Saccharomyces cerevisiae.  Hierdoor kan de gist enig SeMet synthetiseren en deze niet-specifiek in gisteiwitten kan inbouwen. Het is bekend dat de technologie voor het produceren van Se-gisten behoorlijk complex is en dat de efficiëntie van de SeMet-synthese en het inbouwen van deze verbinding in de gist afhankelijk is van vele factoren. Denk hierbij aan bv. de fermentatieomstandigheden, de giststam, het protocol voor Se-toevoeging, het basismedium, de energiebronnen (melasse), de pH, de temperatuur, de schudsnelheid, de beluchting, de hoeveelheid entmateriaal, de incubatietijd en de concentratie anorganisch Se, wat een zeer giftige stof is.

Het beheren van al deze factoren is moeilijk te standaardiseren, wat de grote variabiliteit in de efficiëntie van het proces verklaart. Deze variabiliteit leidt tot grote verschillen in het gehalte aan SeMet, de belangrijkste factor voor de biologische werkzaamheid van Se in vee (De Marco et al. 2021). De Se-samenstelling van 13 monsters van verse, commercieel verkrijgbare Se-gisten uit verschillende batches (CNCM I-3060, CNCM I-3399, NCYC R397, NCYC R645 en NCYC R646) is onlangs onderzocht met behulp van nieuwe, geavanceerde analysemethoden. De betreffende Se-gisten zijn toegelaten als voedingssupplementen, met een productspecificatie die voldoet aan de eis dat het totaal Se voor minimaal 97% uit organisch Se bestaat en voor minimaal 63% uit SeMet.

Het selenomethioninegehalte van Se-gistproducten vertoont nog steeds grote variaties

De grote variabiliteit van het aandeel SeMet in Se-gisten is al enige tijd bekend. In diverse collegiaal getoetste onderzoeken en toelatingsadviezen zijn verschillende variatiemarges gemeld (van 50 tot 75%; Surai et al. 2018). Deze nieuwe evaluatie van recent verkregen producten bevestigt de bovengenoemde variabiliteit van het SeMet-gehalte, hoewel de totale Se-concentraties van de onderzochte Se-gisten perfect overeenkwamen met de aanduidingen op het etiket. Het percentage SeMet bleek te variëren van 19% tot 72%, terwijl de specificaties van de Se-gisten een minimum van 63% aangaven. Bij 8 van de 13 geteste Se-gisten was het SeMet-gehalte minder dan 63% van het totaal Se en kwam dit niet overeen met de productspecificaties. In slechts 5 gevallen lag het SeMet-gehalte boven dit minimum. Verschillende hierboven genoemde factoren verklaren deze variabiliteit.

Bevatten Se-gistproducten selenocysteïne?

Se is een niet-essentieel element voor gisten. In tegenstelling tot andere hogere organismen hebben gisten namelijk geen genen die coderen voor selenoproteïnen, de biologisch functionele Se-verbindingen die het aminozuur selenocysteïne (SeCys) bevatten. Onlangs is gebleken dat een deel van het in Se-gisten aanwezige SeMet ook niet-specifiek de transsulfuratieroute kan doorlopen, wat resulteert in de niet-specifieke integratie van SeCys in gisteiwitten. Als dergelijke SeCys echter aan dieren wordt gevoerd, kan het niet op dezelfde manier worden opgeslagen als SeMet of rechtstreeks worden gebruikt voor de synthese van selenoproteïnen, vanwege het verplichte in situ-synthesemechanisme van selenoproteïnen. Er is zelfs aangetoond dat de biologische werkzaamheid van SeCys in voeding voor dieren vergelijkbaar is met die van natriumseleniet (De Marco et al. 2021). Verder wordt over het algemeen een aandeel SeCys in Se-gistproducten van tussen 10 en 22% gemeld. Uit deze nieuwe metingen blijkt echter dat slechts 1,2 tot 6,6% SeCys aanwezig is.

Commerciële Se-gistproducten bevatten nog vele andere organische Se-verbindingen

Volgens de specificaties van de momenteel in de handel verkrijgbare Se-gisten bestaan deze voor 97-99% uit organisch Se, hoofdzakelijk SeMet (63%). De resterende organische Se-verbindingen worden gewoonlijk gecategoriseerd als variabele hoeveelheden SeCys, in water oplosbare seleniummetabolieten en onbekende Se-vormen. Veel van deze overige organische Se-verbindingen zijn gerapporteerd en gekarakteriseerd, in verschillende Se-gisten. Naar nu wordt aangenomen, zijn er meer dan 100 kwantitatief gekarakteriseerde Se-vormen die in Se-gisten aanwezig kunnen zijn. Ondanks de beschikbaarheid van geavanceerde analysetechnieken is men er echter nog niet in geslaagd een massabalans van de geïdentificeerde organische Se-verbindingen en het veronderstelde totaal aan organisch Se op te stellen. Daarom moeten deze overige Se-verbindingen nader worden gekwantificeerd en gekarakteriseerd.

Geavanceerde analysetechnieken laten een hoger gehalte aan anorganisch Se in Se-gist zien
dan oorspronkelijk werd gedacht

Kwantificering van klassieke anorganische Se-vormen in Se-gisten

Algemeen wordt aangenomen dat Se-gistproducten slechts restconcentraties anorganisch Se bevatten in de vorm van seleniet (Se-IV) of selenaat (Se-VI). Dit wordt door de huidige studie met 13 monsters van Se-gisten bevestigd. Tot nu toe werd alleen gekeken naar het totaal Se, het SeMet-gehalte en het aandeel anorganisch Se (Se-IV en Se-VI) in Se-gisten. Door het beschikbaar komen van geavanceerde nieuwe analysemethoden zijn onlangs vragen gerezen over dit aandeel anorganisch Se.

Elementair Se, een nieuw gedetecteerde anorganische Se-vorm in Se-gisten, verklaart een deel van de “onbekende Se-vormen”

In Se-gisten is voor organisch Se altijd het verschil genomen tussen totaal Se en anorganisch Se. Hierbij is voor anorganisch Se, zoals eerder vermeld, uitsluitend uitgegaan van Se-IV en Se-VI. Dankzij verbeterde analysemethoden is echter onlangs de detectie en nauwkeurige kwantificering van elementair Se (Se⁰) in Se-gisten gerapporteerd.  Dit nieuw geïdentificeerde Se⁰ vertegenwoordigt een aanvullende anorganische vorm van Se. Vacchina et al. (2021) hebben onlangs een nauwkeurige methode ontwikkeld voor het kwantificeren van Se⁰ in Se-gisten. De auteurs stelden vast dat het aandeel Se⁰ in 7 Se-gisten gemiddeld 10-15% van het totaal Se bedroeg en soms zelfs wel 40% kon zijn.  Met behulp van dezelfde methode werd onlangs Se⁰ gemeten in 13 monsters van Se-gisten. Daarbij bleek dat het aandeel Se⁰ varieerde van 3,6% tot 51,8% (tabel 1).

Complex fermentatiemengsel SE-gisten

Op basis van de som van de anorganische Se-vormen (Se-IV, Se-VI en Se⁰), lag het aandeel organisch Se in alle producten ver beneden de gespecificeerde 97% (figuur 2). Gezien het complexe fermentatiemengsel dat bij het productieproces van Se-gisten wordt gebruikt, en het feit dat natriumseleniet (de bron van Se bij de productie van Se-gisten) door verschillende reductiemiddelen kan worden gereduceerd tot Se⁰, is het neerslaan van Se in de vorm van Se⁰ een reactie die zeer waarschijnlijk zal optreden. De Se⁰-concentratie kan nu dus worden gemeten met behulp van de nieuwste geavanceerde analysetechnieken en door de fabrikanten van Se-gisten worden vermeld om de transparantie over de aanwezige Se-vormen in dergelijke producten te vergroten.

Zuivere vormen SE

Daarnaast is aangetoond dat zuiver organische Se-bronnen, waaronder SeMet, Zn-SeMet en OH-SeMet, geen detecteerbaar Se⁰ bevatten_. Deze zuivere vormen leveren Se uitsluitend als SeMet, wat een belangrijke rol speelt in de opbouw van Se-reserves in het lichaam. Deze Se-reserves kunnen helpen om de impact van stressomstandigheden  te verlichten, het aanpassingsvermogen van dieren te verbeteren en hun gezondheid op peil te houden. Dit draagt bij aan hun productiviteit en voortplantingsvermogen.

Conclusie

Door de recente verbeteringen van analysemethoden is een steeds nauwkeurigere, betrouwbaardere en uitgebreidere bepaling van de samenstelling van Se-gisten mogelijk. Uit deze analyses blijkt de aanwezigheid van anorganisch Se^0. Dat vormt een verklaring voor een groot deel van de voorheen onbekende Se-vormen. Deze bevindingen tonen aan dat het aandeel organisch Se in Se-gistproducten die in diervoeding worden gebruikt veel lager is dan 97% van het totaal Se. Het aandeel anorganisch Se in Se-gistproducten moet dus worden herzien. Ook moet er een volledige karakterisering van organische Se-vormen worden uitgevoerd. Op grond van deze bevindingen kunnen vraagtekens worden gezet bij de karakterisering van Se-gisten als een volledig organische vorm van Se. De eindgebruikers en industrie hebben daardoor nu de mogelijkheid een meer weloverwogen besluit te nemen over hoeveel er  zal worden geïnvesteerd.