کاربرد آنزیم در تغذیه طیور

کاربرد آنزیم در تغذیه طیور

ترجمه کننده:  خانم دکتر پریچهر مومنی P.momeni@rooyandarou.com

گندم منبع عمده انرژی برای خوراک طیور در بسیاری از نقاط مختلف جهان مانند اروپا، کانادا، استرالیا و نیوزیلند می باشد. هر چند ترکیبات فیزیکی و شیمیایی بسیار متغیر گندم، آن را به یکی از متغیرترین دانه های غلات تبدیل کرده است. به طور تجاری گندم می تواند 70 درصد انرژی متابولیسمی و 35 درصد پروتئین مورد نیاز طیور را فراهم سازد (Choct et al., 1999). بنابراین انتظار میرود با تغییر در کیفیت گندم تاثیر عمده ای روی عملکرد جوجه ها به وجود آید  (Gutierrez del Alamo et al., 2008).

خصوصیات فیزیکی گندم معیار مهمی است که می تواند بر عملکرد جوجه های گوشتی اثر بگذارد. (Rose et al., 2001; Peron et al., 2006; Carre et al., 2007) اما در پژوهش ها کمتر مورد توجه قرار گرفته است به عنوان مثال در فرآوری خوراک و ارزش غذایی سخت یا نرم بودن دانه گندم ارزش بسیاری دارد. (Amerah et al., 2007).

ساختمان فیزیکی گندم

هسته گندم بالغ به سه واحد اساسی تقسیم می شود، 13 درصد لایه سبوس، 2 درصد جنین و 85 درصد اندوسپرم (شکل 1) لایه سبوس حاوی مقدار زیادی پریکارپ NSP و لایه آلوئورون می باشد که از مقادیر مساوی روغن، مواد معدنی و پروتئین تشکیل شده است (Ravindran and Amerah, 2009)

اندوسپرم از دانه های (گرانول های) نشاسته تشکیل شده است که توسط ماتریکس پروتئینی احاطه شده است. از آنجا که بخش عمده هسته گندم از اندوسپرم است، کیفیت فیزیکی این بخش از اهمیت بسیاری برخوردار است. سختی اندوسپرم یکی از مهمترین ویژگی های دانه گندم است که اندازه ذرات و مصرف نهایی آرد گندم را تعیین می کند. سختی یا نرمی نسبی دانه بعنوان مقاومت نسبی دانه در برابر تغییر شکل یا شکسته شدن به هنگام اعمال نیروی خارجی، تعریف می شود.(Turnbull and Rahman, 2002)

سختی اندوسپرم همچنین توسط دیگر فاکتورها مانند شرایط محیطی (Stenvert and Kingswood, 1977; Dobraszczyk et al., 2002)  مقدار پروتئین (Cornell and Hoveling, 1998; Turnbull et al., 2002)  کیفیت و کمیت پنتوزان ها و مقدار رطوبت (Turnbull and Rahman, 2002) تحت تاثیر قرار میگیرد. اندازه گیری های دیگر کیفیت فیزیکی گندم شامل، وزن صد دانه، وزن بوشل می باشد. با این حال تحقیقات نشان میدهد که رابطه بسیار ضعیفی بین این ویژگی ها و عملکرد جوجه های گوشتی وجود دارد.

یکی دیگر از اندازه گیری های کیفیت گندم عدد افت Hagberg یا (HFN) می باشد. در این اندازه گیری آرد گندم با آب مخلوط می شود و به وسیله حرارت ژلاتینه می شود (HFN به منظور اندازه گیری یک آنزیم خاص-آلفا آمیلاز- می باشد. این آنزیم به مولکول های نشاسته حمله می کند و آنها را به قند تبدیل می کند و پس از آن گاز تولید می کند که موجب جابجایی هوا و ساختار خوب نان می شود. سطح آلفا آمیلاز باید کم باشد تا میزان انقباض نشاسته و چسبندگی خمیر را محدود کند. عدد افت Hagberg بالا نشانه ای از فعالیت پایین α-آمیلاز و در نتیجه پروتئین خوب برای پخت نان است).

ترکیب شیمیایی گندم

ترکیب شیمیایی انواع گندم سال به سال با توجه به منطقه، محل رشد، استفاده از کود، شرایط رطوبت و دیگر عوامل زراعی متفاوت می باشد (Ravindran and Amerah, 2009). با این حال عوامل طبیعی که در گندم باعث این تغییرات شیمیایی می شود، هنوز کاملا مشخص نشده است (Svihus and Gullord, 2002) خلاصه ای از تغییرات شیمیایی گندم از انتشارات انتخاب شده در جدول 1 نشان داده شده است.

برای مثال Svihus and Gullord (2002) 16 نمونه از گندم های نروژی را با یکدیگر مقایسه کرد تغییرات در مقدار نشاسته بین 614 و 712 گرم / کیلوگرم، پروتئین بین 109 و 154 گرم/کیلوگرم، چربی بین 22 و 34 گرم/کیلوگرم، فیبر خام بین 20 و 26 گرم/کیلوگرم و قند بین 16 و 55 گرم/کیلوگرم بود.

ارزش AME گندم بستگی به مقدار نشاسته، پروتئین، چربی و گوارش پذیری (قابلیت هضم) آنها دارد (McCracken and Quintin,2000; Svihus and Gullord, 2002; Wiseman, 2006; Carre et al., 2007) نشاسته فراوانترین کربوهیدارت در گندم و اصلی ترین منبع تولید انرژی می باشد. مقدار نشاسته از 60 تا 75 درصد متغیر است و رابطه معکوسی با مقدار پروتئین گندم دارد .(Pirgozliev et al., 2003; Ravindran and Amerah, 2009) با این حال گوارش پذیری (قابلیت هضم) نشاسته گندم ممکن است با توجه به ساختار نشاسته، نسبت آمیلوز به آمیلو پکتین و اثر متقابل دیگر ترکیبات اندوسپرم و شرایط فرایند متغیر باشد (Svihus et al., 2005).

سطح پروتئین در گندم در مقایسه با ذرت بالاتر است و غلظت آمینواسیدهای گندم به طور خطی با افزایش سطوح پروتئین گندم افزایش می یابد. با این حال سطح پروتئین گندم و مقدار دامنه تغییرات گندم های تجاری از 8 تا 16 درصد بسته به واریته و شرایط رشد متغیر است  (Lasztity, 1999)

(Ravindran et al. (2005 گزارش کرد که لایزین و ترئونین اسیدهای آمینه ضروری با حداقل گوارش پذیری (قابلیت هضم) در جیره های بر پایه گندم هستند و هنگامی که جوجه ها با این جیره ها تغذیه میشوند بیشترین کمبود لایزین و ترئونین را نشان میدهند.

(Svihus and Gullord (2002 گزارش کرد رابطه منفی بین مقدار پروتئین و مقادیر AME وجود دارد که ممکن است موجب اثر بازدارندگی پروتئین ماتریکس روی فراهمی نشاسته در اندوسپرم یا مقدار پایین تر نشاسته در این واریته های گندم باشد.

کاملا ثابت شده است که ساختمان و سطح NSP در گندم بسیار متغیر است (Knudsen, 1997; Pirgozliev et al., 2003;Smeets et al., 2014) با این حال مهمترین ترکیب NSP* (پلی ساکاریدهای غیر نشاسته ای) در گندم آرابینوزایلان است (جدول 1). NSP محلول و نامحلول در آب موجود در گندم دارای خواص متفاوتی می باشند که اثرات مختلفی را در گوارش طیور ایجاد می کنند. بیشتر آرابینوزایلان ها در گندم نامحلول در آب هستند زیرا آنها توسط پیوند متقاطع شبیه استر قلیایی ناپایدار به دیواره سلولی متصل شده اند(Choct, 1997).

اثر منفی NSP روی مصرف مواد مغذی و عملکرد پرندگان کاملا ثابت شده است (Choct, 2006) دو مکانیسم عمده برای توضیح اثرات ضد تغذیه ای NSP پیشنهاد شده است (Bedford and Schulze, 1998) اولین مکانیسم به ارتباط بین کپسوله شدن نشاسته و پروتئین به وسیله دیواره سلولی در سلولهای اندوسپرم گندم مرتبط است. دومین مکانیسم با طبیعت ویسکوز مواد هضمی که توسط NSP های محلول در آب ایجاد میشود، در ارتباط است. مقدار زیاد NSP محلول در آب به عنوان افزایش دهنده ویسکوزیته مواد هضمی و کاهش دهنده گوارش پذیری (قابلیت هضم) مواد مغذی و عملکرد شناخته شده است (Choct and Annison, 1992; Choct et al., 1995)

آنزیم های داخلی در گندم بخشی از ترکیب شیمیایی است که در تحقیقات توجه کمی به آن شده است. آنزیم های داخلی در هسته (مغز) گندم هنگامی که جوانه زنی شروع می شود مسئول آزاد کردن انرژی برای رشد و توسعه جنین می باشد (Stevens et al., 1988). زایلاناز موجود در گندم (Bonnin et al., 1998; Cleemput et al., 1995) دارای عملکرد اصلی تخریب دیواره های آلوئورون و سلولهای اندوسپرم در طی مرحله جوانه زنی است که نشاسته و پروتئین های ذخیره ای را در دسترس آمیلاز و پروتئاز مشتق از آلوئورون قرار می دهد (Mares and Stone, 1973a,b) فعالیت ظاهری زایلاناز در گندم به طور جزیی وابسته به زمینه ژنتیکی است (Dornez et al., 2006).

آنزیم های اندوژن در برابر گرما ناپایدار هستند (Silversides and Bedford, 1999; Scott et al., 2003; Slominski et al., 2007) که ممکن است موجب کاهش اهمیت آنها در جیره جوجه های گوشتی شود زیرا بیشتر جیره هایی که به جوجه ها خورانده می شوند به شکل پلت می باشند (Amerah et al., 2007).

گندم حاوی مهار کننده های داخلی زایلاناز برای تنظیم هیدرولیز آرابینوزایلان هسته و مهار آنزیم های خارجی تولید شده به وسیله میکروارگانیسم ها می باشند (Simpson et al., 2003)

کیفیت گندم و مکمل آنزیم

کاربرد آنزیم اندو 1و4 بتا زایلاناز در جیره های بر پایه گندم در طیور به خوبی پذیرفته شده است. زایلاناز، با تجزیه آرابینوزایلان موجود در دیواره سلولی، نشاسته کپسوله و دیگر مواد مغذی را از درون دیواره سلولی را آزاد می کند، همزمان بخش محلول در آب موجب کاهش ویسکوزیته مواد هضمی می شود. اثرات خالص شامل بهبود در عملکرد و گوارش پذیری (قابلیت هضم) مواد مغذی، کاهش میزان بروز چسبندگی و تغییر میکروفلورای قسمت دیستال دستگاه گوارش می باشد (Cowieson et al., 2006)

تغییر عملکرد نیمچه های گوشتی به علت تغییر در ساختار فیزیکی و شیمیایی گندم توسط مکمل زایلاناز پیشنهاد شده است (Bedford, 2000) با این حال پاسخ نیمچه های گوشتی به مکمل زایلاناز همیشگی نیست و تفاوت بین ارقام گندم هنوز وجود دارد (Gutierrez delAlamo et al., 2008) عواملی که ممکن است موجب تغییر در واکنش شوند عبارتند از نوع زایلاناز، کیفیت گندم، نژاد و سن پرندگان (Bedford, 1997). برخی مطالعات نشان داده اند که تغییر در واکنش به مکمل آنزیمی ممکن است مربوط به میکروفلورای انتهای روده بزرگ باشد  (Choct et al., 1996; Choct et al., 2006). دیگر فاکتورهای پیشنهادی برای توضیح تفاوتهای فردی بین پرندگان در یک گروه تیماری مشابه عموای روده بزرگ باشد که تغییر در واکنش ممکن است به علت ار میگیرد  شامل ریتم روزانه، الگوهای مصرف آب و خروجی ترشحات سروزی پانکراتیک می باشد (Bedford and Schulze, 1998)

تغیییرات زیاد در سطح آرابینوزایلان گندم موجب اثر بر روی ارزش غذایی گندم و در نتیجه عملکرد پرنده می شود (Annison, 1991; Choct et al., 1995, 1999) انتظار میرود سطح بالای NSP واکنش بالای زایلاناز را در پی داشته باشد (Bedford and Schulze, 1998; Bedford,1997, 2000, 2006). با این حال مطالعات اخیر نشان داده است که نسبت آرابینوز به زایلوز می تواند واکنش زایلاناز را پیش بینی کند که نسبت بالای آرابینوز به زایلوز حساسیت کمتر زایلاناز برای تخریب را نشان می دهد (Smeets et al., 2014).. مطالعات بررسی اثر مهار کننده زایلاناز درون ریز در گندم روی عملکرد و گوارش پذیری (قابلیت هضم) مواد مغذی محدود است. واریته های (انواع) گندم با بیشترین مهار کنندگی یافت شده در اندوسپرم، اثر مهار کنندگی متفاوتی با یکدیگر دارند  (Rouauand Surget, 1998; Bonnin et al., 2005)

Verhoeven et al. (2005 پیشنهاد داد که مهار کننده موجود در گندم 250 بار بیشتر از زایلاناز افزودنی می باشد اما عدم برخورد بین این دو ترکیب اثر مهار کننده ها را در پرندگان بهبود می بخشد. برعکس پیشنهاد شده است که مهار کننده های زایلاناز می تواند واکنش پرندگان را نسبت به زایلاناز خارجی تنظیم نماید (Ponte et al., 2004). قابل توجه است توانایی مقاومت زایلاناز در برابر مهار کننده، یکی از معیارها در توسعه تولید زایلاناز تجاری می باشد.

(Amerah et al. (2009 اثر متقابل بین گندم سخت و مکمل زایلاناز را برای افزایش وزن، خوراک دریافتی، نسبت خوراک به وزن و انرژی متابولیسمی ظاهری تصحیح شده برای ازت را گزارش کرد (جدول 2)

مکمل آنزیمی در جیره های بر پایه گندم نرم وزن را افزایش داد اما در جیره هایی که بر پایه گندم سخت بودند اثری نداشت. مکمل آنزیمی خوراک دریافتی را در جیره های بر پایه گندم نرم افزایش داد اما کاهش خوراک دریافتی در جیره های بر پایه گندم سخت را مشاهده کرد. بهبود در نسبت خوراک به وزن و AMEn در جیره های بر پایه گندم سخت مشاهده شد در حالیکه در جیره های بر پایه گندم نرم آنزیم اثری نداشت. پیشنهاد شده است که با توجه به وزن نسبی بالای مواد هضمی سنگدان اثر مفید مکمل زایلاناز در جیره های بر پایه گندم سخت به علت فعالیت بیشتر سنگدان در خرد کردن و مخلوط کردن خوراک باشد. در پرندگان مقدار زیاد ذرات ریز مواد هضمی پروکسیمال روده در جیره های بر پایه گندم سخت این تئوری را پشتیبانی میکند که در جیره های بر پایه گندم سخت عملکرد سنگدان بهبود می یابد. یک احتمال دیگر آن است که دیواره سلولی ذرات درشت جیره های بر پایه گندم سخت کمتر آسیب دیده که این امر کارایی بهتر آنزیم های تخریب کننده دیواره سلولی برای ذرات درشت یا جیره های با گندم کامل را توضیح می دهد. به طور شگفت انگیزی با تغذیه گندم کامل، با افزایش ویسکوزیته مواد هضمی همزمان بهبود در نسبت خوراک به وزن نیز مشاهده شد (Engberg et al., 2004; Wu et al., 2004). این نتایج پیشنهاد می کند که کاهش در ویسکوزیته مواد هضمی تنها مکانیسم مرتبط با مکمل آنزیم نیست.

فرم فیزیکی جیره (مش، پلت و دانه کامل)، دیگر مواد اولیه جیره و روشهای فرآوری ممکن است روی کارایی آنزیم های خارجی در جیره طیور موثر باشد (Amerah et al., 2011). اثرات مفید گندم کامل با افزودن مکمل زایلاناز افزایش می یابد (Wu and Ravindran, 2004) این اثر افزایشی مربوط به فعالیت زیاد سنگدان بزرگتر پرندگان تغذیه شده با دانه کامل می باشد که منجر به افزایش مخلوط شدن مواد با مکمل آنزیم در سنگدان می شود.

(Amerah et al. (2008 گزارش داد اثر متقابل معنی دار اندازه ذرات دان * زایلاناز برای نسبت خوراک به وزن با زایلاناز، بهبود در نسبت خوراک به وزن تنها در جیره با اندازه ذرات درشت دان مشاهده شد.

در نتیجه، سختی مهمترین کیفیت فیزیکی گندم است که هم روی عملکرد جوجه های گوشتی و هم واکنش به آنزیم های خارجی موثر است. اثر سختی گندم ممکن است مربوط به توزیع اندازه ذرات گندم خرد شده باشد که احتمالا روی زمان ماندگاری مواد هضمی در دستگاه گوارش (به ویژه سنگدان) و زمان قرار گرفتن در معرض آنزیم های خارجی اثر می گذارد. از طرف دیگر رابطه منفی بین سختی گندم و گوارش پذیری (قابلیت هضم) نشاسته در جیره های پلت گزارش شده است. برای ویژگی های شیمیایی، سطح و ساختار NSP معیار مهمی در تعیین کیفیت تغذیه گندم و واکنش آنزیم می باشد. مطالعات بیشتری برای درک بهتر اثر کیفیت های فیزیکی گندم و اینکه چگونه آنها روی واکنش آنزیم های خوراکی موثر هستند، نیاز است.

پیشنهاد شرکت داروسازی رویان دارو

NSP های محلول در آب زمانی که از روده عبور میکنند آب را به خود جذب نموده و محیط فوق العاده چسبناکی را ایجاد می کنند. این افزایش در چسبندگی انتقال فیزیکی سایر مواد مغذی در مایع گوارش یافته به غشا روده را کاهش داده که این امر هضم را به میزان موثری کاهش می دهد. این مایع گوارشی چسبناک همچنین امکان تماس بین سوبسترا و آنزیم های درون زادی و مواد افزایش دهنده هضم نظیر نمک های صفروای را کاهش میدهد. افزایش چسبندگی مایع گوارشی در فضولات پرنده قابل مشاهده است، به طوری که فضولات غلیظ تر و سفت تر شده و سریعا منجر به مشکلات رطوبت بستر می شود. بنابراین اثر اصلی NSP کاهش قابلیت دسترسی انرژی برای پرنده می باشد و یک ارتباط مستقیم بین NSP و AMEn وجود دارد. استفاده تجاری از آنزیم های NSP در جیره های غذایی طیور در اواخر دهه 1980 و اوایل 1990 به علت توانایی آنها در اصلاح  بستر مرطوب و مشکلات ناشی از انرژی متابولیمسی ظاهری (AME) قابل تغییر مرتبط با استفاده از سطوح بالای گندم و جو شروع شد.

ویسکوزیته بسیار وسیع در جیره هایی که مقدار زیادی از جو، چاودار یا گندم را دارند، کاربرد آنزیم های NSP را به یک قانون تبدیل کرده است. استفاده از آنزیم با وجود مشاهدات بسیاری از انواع گندم ادامه یافت در حالی که سالهای متمادی ویسکوزیته به عنوان یک چالش جدی نبود از این رو واکنش به مکمل اندو-زایلاناز نمی تواند فقط منحصر به اصلاح ویسکوزیته باشد. در حقیقت مدتها قبل سه نوع زایلاناز مختلف در جیره های بر پایه گندم با یکدیگر مقایسه شدند، برخی از آنها ویسکوزیته را کاهش داده و برخی دیگر اثری روی ویسکوزیته نداشتند اما نکته قابل توجه این است که همه آنها عملکرد را بهبود داده بودند(Choct et al.,2004)

Choct و همکاران در سال 2004 پیشنهاد کردند که واکنش آنزیم نمی تواند به تنهایی مربوط به کاهش ویسکوزیته باشد و می بایست مربوط به مکانیسم های جایگزینی باشد که کشف نشده اند. این پیشنهاد دوره جدیدی از تحقیقات علمی و تجاری را با هدف بررسی استفاده از آنزیم های NSP در دانه های غیر ویسکوز بخصوص ذرت را باز کرد. امروزه با توجه به بررسی جهانی اخیر نرخ نفوذ آنزیم های   در جیره های طیور بیش از 70 درصد گزارش شده است، که پذیرش عمومی این نوع آنزیم در صنعت غذایی بدون توجه به نوع غلات را نشان میدهد AFTAB and BEDFORD 2018.

مکمل زایلاناز برای جیره های طیور گوشتی یک روش معمول برای از بین بردن اثرات نامطلوب NSP و به حداقل رساندن تغییرات در انرژی متابولیسمی ظاهری (AME) و عملکرد طیور تغذیه شده با  جیره های بر پایه گندم می باشد (Bedford, 1996;Hughes and Choct, 1999).

با این حال واکنش متغیر به مکمل آنزیمی هنگام افزودن به جیره های بر پایه گندم وجود دارد (Gutierrez del Alamo et al., 2008), که ممکن است بخشی از آن مربوط به توضیح ماهیت متنوع و پیچیده بخش کربوهیدرات ها و نیز ارتباط بین مواد مغذی و ساختار دیواره سلولی باشد (Kim et al., 2005). همچنین ساختار فیزیکی گندم ممکن است بخشی از پاسخ های متغیر به مکمل آنزیمی باشد.

(Carre et al., 2007; Amerah et al., 2009) عوامل دیگری که ممکن است موجب تفاوت در پاسخ به مکمل آنزیمی باشد شامل فرایند خوراک، خواص مولکولی زایلاناز، نژاد و سن پرنده (Bedford, 1997; Amerah et al., 2011)

با توجه به وجود NSP های موجود در گندم و اثرات مضر آن ها و مشاهده بهبود عملکرد حتی در جیره های بر پایه دانه های غیر ویسکوز بخصوص ذرت، شرکت رویان دارو برای جیره های حاوی گندم آنزیم زیمپکس 006 | ZYMPEX 006 محصول شرکت ایمپکستراکو بلژیک، با بسته بندی کیسه های 25 کیلوگرمی، حاوی XIAU/g 10000 اندو 1 و 4بتا زایلاناز را را پیشنهاد می کند. آنزیم زیمپکس 006 | ZYMPEX 006 موجب تجزیه پلی ساکارید های غیر نشاسته ای (NSP) و از بین رفتن اثرات نامطلوب آن ها (چسبندگی مقعد، خیسی بستر) و در نتیجه بهبود عملکرد جوجه ها خواهد شد. مقدار مصرف این آنزیم 500 گرم در یک تن جیره می باشد.

زیمپکس 006 | ZYMPEX 006