آنزیم های هضم کننده الیاف و نقش آنها در تغذیه نشخوارکنندگان
آنزیم ها در تغذیه نشخوارکنندگان

آنزیم های هضم کننده الیاف و نقش آنها در تغذیه نشخوارکنندگان

امروزه در جهان تقاضا برای محصولات دامی افزایش یافته است و این موضوع سبب ایجاد استراتژی هایی برای افزایش در تولید محصولات دامی گردیده است. استفاده از روشهای فرآوری بیولوژیکی آنزیمی برای مقابله با مشکلات مرتبط با خوراک به دلیل کم هزینه بودن و عدم آلودگی محیط زیست در مرکز توجه متخصصان تغذیه قرار گرفته است. آنزیم های تجاری مورد استفاده در تغذیه نشخوارکنندگان به وسیله ی میکروارگانیسم هایی نظیر برخی گونه های باکتریایی و قارچی تولید می شوند و می توانند به صورت مایع، جامد و کپسولهای محافظت شده مورد استفاده قرار بگیرند. از جمله آنزیم سلولاز که از سه مجموعه آنزیمی (اگزو گلو کاناز، اندو گلو کاناز و بتاگلوکوزیداز) تشکیل شده است و وظیفه هضم سلولز را بر عهده دارد. آنزیم های تجزیه کننده لیگنین، اکسیدازهایی نظیر لاکاز و منگنز پراکسیداز هستند. افزودن آنزیم های فیبرولیتیک به جیره گاوهای تازه زایمان کرده سبب افزایش تولید شیر به دلیل تأثیر مثبت بر روی مقدار مصرف خوراک، قابلیت هضم آنها، میزان تخمیر شکمبه ای و سنتز پروتئین میکروبی می شود و افزودن آنزیم های فیبرولیتیک در جیره گاوهای گوشتی در حال رشد سبب تحریک مصرف خوراک و تأثیرات مثبتی را در تخمیر شکمبه ای ایجاد می کند. همچنین افزودن آنزیم ها به جیره بره ها سبب افزایش وزن روزانه و قابلیت هضم مواد مغذی بدون تأثیر بر مصرف خوراک میشود.

 

مقدمه ای بر مقاله

امروزه در جهان تقاضا برای محصولات حیوانی افزایش یافته و این افزایش تقاضا سبب ایجاد استراتژی هایی برای افزایش در تولیدات دامی گردیده است.

امروزه بیشتر محدودیت ها در صنعت پرورش دام مربوط به هزینه بالای خوراک ها و کیفیت پایین آنها می باشد.

در طول سالها متخصصان تغذیه روشهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی متفاوتی را برای مقابله با مشکلات مربوط به خوراک حیوانات مزرعه ای ارائه کرده اند.

ظهور نگرانی ها در مورد ایمنی مواد غذایی مربوط به محصولات حیوانی، استفاده از روشهای فرآوری بیولوژیکی را در مرکز توجه قرار داده است.

روش های فرآوری بیولوژیکی، استفاده از آنزیم های خارج سلولی توجه بسیار زیادی را جلب کرده است و یک موضوع بزرگ قابل بحث در میان متخصصان تغذیه شده است ( McAllister et 1999 ,.al).

استفاده از آنزیم های خارج سلولی در جیره حیوانات تک معده ای یک روند جدیدی نیست ( ,Bedford 2000).

بیشتر بدانید: کمبود روی (زینک) در گوساله ها

ولی استفاده از همین آنزیم ها در جیره نشخوارکنندگان هنوز به طور گسترده جای خود را در صنعت تغذیه نشخوارکنندگان نگرفته است.

پیشینه استفاده از آنزیم های خارج سلولی در جیره نشخوارکنندگان به سال ۱۹۶۰ برمی گردد.

اما تناقضات در نتایج به دست آمده، دانش کمتر در مورد نحوه عملکرد آنزیم ها و هزینه بالای تولید آنزیم ها مانع توسعه بیشتر در این زمینه شده است.

با پیشرفتهای اخیر در بیوتکنولوژی، کاهش تولید هزینه آنزیم ها و محصولات بهتر آنزیم های تجاری، محققان را بر آن داشته که پتانسیل آنزیم های خارج سلولی را در افزایش مصرف خوراک در نشخوارکنندگان دوباره مورد بررسی قرار دهند.

امروزه چندین تحقیق، تأثیر مثبت استفاده از آنزیم های خارج سلولی به ویژه آنزیم های فیبرولیتیک در بهبود هضم و متعاقبا در افزایش کیفیت خوراک در نشخوارکنندگان را نشان میدهند ( Sujani 2015 ,and Seresinhe).

هدف از مطالعه حاضر مروری بر تأثیر استفاده از آنزیم های فیبرولیتیک بر قابلیت هضم علوفه و عملکرد و تولید حیوانات نشخوارکننده می باشد.

تولید آنزیم ها و روش تغذیه آنها

آنزیم های تجاری تغذیه نشخوارکنندگان به وسیله میکروارگانیسم ها تولید می شوند.

گونه هایی از باکتریها و قارچها مسئول تولید این نوع آنزیم ها هستند.

تخمیر در محیط کشت مایع و محیط کشت جامد، دو روش مهم برای فرآهم کردن این آنزیم ها هستند.

آنزیم های خارج سلولی به صورت مایع، جامد و همچنین به صورت کپسول های محافظت شده در دسترس می باشند.

امروزه مولتی آنزیم هایی نیز وجود دارند که استفاده از آنها بسیار کارآمد است.

آنزیم ها می توانند به صورت مخلوط با جیره کاملا مخلوط (TMR)، علوفه خشک، علوفه سیلو شده، کنسانتره و یا مستقیم به درون شکمبه تزریق شوند (۲۰۱۸ ,.Handique et al).

بیشتر بدانید: بررسی اثربخشی انواع واکسن های بیماری تب برفکی

استفاده از آنزیم به صورت مخلوط با TMR، سبب بهبود در ماده آلی قابل هضم میشود.

در حالی که، استفاده از آنزیم به صورت مخلوط با کنسانتره و تزریق مستقیم به درون شکمبه تأثیر مثبتی نمی تواند داشته باشد (۲۰۰۳ ,.Sutton et al).

افزودن آنزیم های فیبرولیتیک به کنسانتره، یک ماه قبل از مورد استفاده قرار گرفتن سبب افزایش هضم جیره و افزایش تولید شیر در گاوهای شیرده می گردد (۲۰۰۰ ,.Yang et al).

آنزیم ها در تغذیه نشخوارکنندگان
استفاده از آنزیم های خارج سلولی در جیره حیوانات تک معده ای یک روند جدیدی نیست

آنزیم سلولاز

سلولز فراوان ترین ترکیبی است که از هضم تخمیری علوفه در نشخوارکنندگان حاصل میشود.

از نظر شیمیایی سلولز از واحدهای -D  بتا گلوکوپیرانوزیدهایی تشکیل شده است که توسط باندهای- D بتا گلوکوزیل به یکدیگر متصل شده اند (۲۰۱۸ ,Ahmed and Bibi).

آنزیم سلولاز با شکستن پیوندهای ۱ , ۴ -بتا گلیکوزیدیک سبب تجزیه پلی ساکارید سلولز میشود.

آنزیم سلولاز مجموعه ای از سه آنزیم است که نقش مهمی را در هیدرولیز میکروفیبریل های سلولزی ایفا می کند.

این سه آنزیم عبارت اند از: اندو گلوکاناز، اگزو گلو کاناز و بتاگلوکوزیداز، هیدرولیز کامل سلولز توسط این سه آنزیم صورت می گیرد.

بدین صورت که اندو گلو کاناز ناحیه آمورف سلولز را مورد حمله قرار میدهد.

حمله تصادفی این آنزیم به پیوند داخلی نواحی آمورف و بی نظم سبب ایجاد پایانه های زنجیری جدید می شود که این پایانه های آنزیمی بعدا توسط آنزیم های دیگر به راحتی مورد حمله قرار می گیرند.

وظیفه آنزیم اگزو گلو کاناز تولید واحد گلوکز یا سلوبیوز با حمله به انتهای کاهشی یا غیر کاهشی زنجیره سلولزی است.

بیشتر بدانید: مروری اجمالی بر ابزارهای کاربردی جدید و فناور محور در دامپروری

در نهایت بتاگلوکوزیداز، سلوبیوز را از انتهای غیر کاهشی به فرم گلوکز تبدیل می کند.

این آنزیم در مقابل آمورف و کریستالین سلولز غیرفعال هست (۲۰۱۹ ,Jayasekara and Ratnayake). سلولاز پتانسیل بالایی جهت استفاده در صنعت خوراک دام دارد.

سلولاز می تواند با سیلاژهای کشاورزی و دانه های خوراکی ترکیب شده و سبب افزایش ارزش تغذیه ای خوراک و افزایش عملکرد حیوان شود.

سلولاز توسط تعدادی از میکروارگانیسم ها به ویژه قارچها ساخته می شود.

بعضی از باکتریها نیز فعالیت تجزیه سلولزی از خود نشان می دهند.

بسیاری از قارچ های قادر به تجزیه سلولز مقادیر زیادی سلولاز خارج سلولی تولید می کنند که در دپلیمرازیسیون سلولز بسیار مؤثر هستند (۲۰۰۸ ,.Kumar et al).

بخش قابل توجهی از سلولاز قارچی توسط قارچ هایی مانند، Aspergilus ornatusu ، Penicillium sp، Aspergillus terreusMS105 Aspergillus Niger و Aspergillus Rhizopusتولید می شود (۲۰۱۸ ,Ahmed and Bibi).

آنزیم های لیگنینولتیک

الیگنین یکی از پلیمرهای گیاهی است که در طبیعت به طور فراوان یافت می شود.

لیگنین از واحدهای فنیل پروپان تشکیل شده است که از طریق انواع مختلفی از اتصالات به یکدیگر پیوند یافته اند.

تجزیه زیستی لیگنین یک روند اکسیداسیون پیچیده است و مانند مرحله تشکیل لیگنین به صورت غیرمستقیم و تصادفی اتفاق می افتد.

ریزسازواره های تجزیه کننده لیگنین به اکتینومیست ها، بازیدیومیست ها و تعدادی از باکتریها تقسیم بندی می شوند.

قارچ های عامل پوسیدگی سفید (از گروه بازیدیومیستها) ریزسازواره های منحصر به فردی هستند که می توانند ترکیب های لیگنوسلولزی را به طور کامل تجزیه نمایند.

قارچ های عامل پوسیدگی سفید برای شکستن ترکیب های پیچیده ای نظیر لیگنین از سیستم آنزیمی خود بهره می گیرند که برای فعالیت به پراکسید هیدروژن نیازمندند.

بیشتر بدانید: فناوری واکسن های خوراکی مبتنی بر گیاهان تراریخته

این آنزیم ها به گروهی از پراکسیدازها تعلق دارند که شامل لیگنین پراکسیداز، منگنز پراکسیداز و فنیل پراکسیداز یا لاکاز هستند (۱۹۹۹ ,.Leonowicz et al).

لاکاز توسط انواع قارچ ها، گیاهان و برخی باکتریها تولید میشود.

باکتری هایی مانند آزوسپریلیوم لیپوفرم و باسیلوس سابتلیس قادر به تولید لاکاز هستند.

طیف وسیعی از قارچ ها نظیر دتروماسیتها، بازیدوماسیتها، ترامتس پوبسس و ترامتس چندرنگی دارای لاکاز هستند (صالحی زاده و همکاران، ۱۳۹۰).

آنزیم منگنز پراکسیداز، یکی از عمومی ترین پراکسیدازهای تجزیه کننده لیگنین است که توسط اکثر قارچ های تجزیه کننده چوب و نیز بسیاری از قارچ های تجزیه کننده کمپوست و قارچ های عامل پوسیدگی سفید از جمله قارچ خوراکی صدفی تولید میشود (پروندی و همکاران، ۱۳۹۴).

آنزیم ها در تغذیه نشخوارکنندگان
گونه هایی از باکتریها و قارچها مسئول تولید این نوع آنزیم ها هستند.

استفاده از آنزیم های خارج سلولی در تغذیه نشخوارکنندگان، گاوهای شیری

گاوهای شیرده توانایی استفاده از مواد مغذی قابل هضم علوفه و تبدیل آن به شیر را دارند.

نرخ و مقدار هضم علوفه در گاوهای شیری کمتر از کنسانتره است که این عامل مصرف خوراک و عملکرد حیوانات شیرده را محدود می سازد.

پس بهبود قابلیت هضم علوفه برای افزایش تولید شیر از اهمیت بسزایی برخوردار است.

آنزیم های فیبرولیتیک به عنوان افزودنی های خوراکی در تغذیه نشخوارکنندگان استفاده می شوند تا قابلیت هضم فیبر علوفه و عملکرد تولید شیر حیوان را افزایش دهند.

افزودن مستقیم آنزیم به خوراک سبب افزایش قابلیت هضم ماده خشک و الیاف نامحلول در شوینده خنثی (NDF) میشود (۲۰۰۰ ,.Yang et al).

استفاده از آنزیم های فیبرولیتیک هنوز به طور گسترده جای خود را در صنعت تولید شیر نگرفته است.

با این وجود به دلیل افزایش مداوم در هزینه های خوراکی، تجدید نظر در مورد استفاده مجدد از آنزیم ها به عنوان مواد افزودنی خوراکی در جیره های نشخوارکنندگان، به عنوان راهکاری برای بهبود بهره وری خوراک و کاهش هزینه های تولید شیر ضروری هست ( Refat 2018 ,.et al).

بیشتر بدانید: نقش پروبیوتیک های نوترکیب در درمان بیماری ها

افزودن ۴۰ گرم آنزیم در روز به ازای هر گاو به TMR گاوهای شیرده سبب افزایش سنتز نیتروژن میکروبی شکمبه، افزایش غلظت نیتروژن آمونیاکی و اسیدهای چرب کوتاه زنجیر می شود.

و در نهایت افزودن آنزیم به جیره گاوهای تازه زایمان کرده سبب افزایش تولید شیر به دلیل تأثیر مثبت بر روی مصرف مقدار مواد مغذی و قابلیت هضم آنها و میزان تخمیر شکمبه ای و سنتز پروتئین میکروبی می شود ( Gado 2009 ,.et al).

در آزمایش دیگری نشان داده شد که استفاده از آنزیم های فیبرولیتیک قارچ های Aspergillus niger و Trichoderma longibrachiatum سبب افزایش پروتئین کل سرم و غلظت گلوکز میشود.

در این آزمایش تیمار کردن جیره با آنزیم هیچ تأثیری بر میزان خوراک مصرفی نداشته و افزودن آنزیم به جیره گاوهای شیرده سبب افزایش مقدار و چربی شیر تولیدی شد (۲۰۱۵ El – Bordeny et al. )

استفاده از آنزیم های استخراج شده از گونه Trichoderma reesei در جیره گاوهای شیرده، به صورت خطی سبب افزایش در قابلیت هضم ماده خشک و متعاقبأ سبب افزایش قابلیت هضم برون تنی سیلاژ جو می شود.

تیمار کردن سیلاژ جو با سطح ۰ / ۷۵ میلی لیتر آنزیم FETR نسبت به کیلوگرم TMR سبب افزایش مقدار تولید شیر در گاوهای شیرده می گردد ( Refat.et al., 2018 ).

استفاده از آنزیم های خارج سلولی در تغذیه نشخوارکنندگان، گاوهای گوشتی

علوفه سهمی از جیره گاوهای گوشتی در حال رشد را تشکیل میدهد.

قابلیت هضم پایین علوفه در تغذیه نشخوارکنندگان، ممکن است تأمین انرژی و مواد مغذی را محدود کند.

روش های مختلفی مثل انتخاب هیبریدهای گیاهی، تیمارهای شیمیایی و استفاده از آنزیم های میکروبی خوراکی برای بهبود قابلیت هضم فیبر مورد استفاده قرار گرفته است.

هر چند که تأثیر آنزیم ها بستگی به فاکتورهای متعددی مانند: ترکیب جیره، مقدار آنزیم مصرفی و روش تغذیه آنها دارد.

مکانیسم های بالقوه اعمال شده ممکن است سبب بهبود حلالیت ترکیبات فیبری شود و باعث افزایش سطوح قابل دسترس برای اتصال میکروب های شکمبه ای گردند.

افزودن آنزیم های فیبرولیتیک در جیره گاوهای گوشتی درحال رشد سبب تحریک مصرف خوراک میشود و تأثیرات مثبتی را در تخمیر شکمبه ای ایجاد می کند (Kondratovich 2019 ,.et al).

افزودن آنزیم ۱ و ۴ بتا زایلاناز و ۱ ۱ و ۴ بتاگلوکاناز به جیره گوساله های گوشتی سبب افزایش قابل توجهی در متوسط افزایش وزن روزانه گوساله ها می شود. (Lourenco et al., 2020)

آنزیم ها در تغذیه نشخوارکنندگان
علوفه سهمی از جیره گاوهای گوشتی در حال رشد را تشکیل میدهد.

استفاده از آنزیم های خارج سلولی در تغذیه نشخوارکنندگان ، گوسفند و بز

افزودن ۱۰ گرم آنزیم ZADO در روز به ازای هر حیوان در جیره گوسفندان و بزها سبب افزایش در قابلیت هضم مواد مغذی میشود که این افزایش در بزها بیشتر از گوسفندان است.

بزها کمترین میزان دریافت کل ماده خشک را داشته اند که با افزایش قابلیت هضم و میانگین افزایش وزن روزانه بیشتری نسبت به گوسفندان همراه بوده است.

بازده خوراک، مصرف پروتئین قابل متابولیسم و انرژی خالص برای رشد در گوسفندان و بزهایی که جیره حاوی آنزیم را مصرف کرده بودند، بیشتر بوده و بیشترین بازده نیز در بزها میباشد (۲۰۱۱ ,.Salem et al).

بیشتر بدانید: تکنولوژی ترنس ژنیک و جلوگیری از باکتری استافیلوکوکوس در گاوهای شیری

کارهایی که توسط Daniel و همکاران در سال ۲۰۱۶ صورت گرفته بود نشان داد که افزایش وزن روزانه و کل بدن توسط آنزیم های خارج سلولی تحت تأثیر قرار می گیرند.

همچنین افزودن این آنزیم سبب افزایش قابلیت هضم ماده خشک، ماده آلی، الیاف نامحلول در شوینده اسیدی (ADF) و الیاف نامحلول در شوینده خنثی (NDF) می شود.

ولی بر روی قابلیت هضم پروتئین خام تأثیر خاصی ندارد.

در نهایت افزودن آنزیم ها به جیره بره ها سبب افزایش وزن روزانه و قابلیت هضم مواد مغذی بدون تأثیر بر مصرف مواد مغذی می شود.

نتیجه گیری کلی

امروزه بیشترین هزینه های یک دامپروری مربوط به خوراک هست.

استفاده از روش های فرآوری شیمیایی و بیولوژیکی به ما کمک می کند که بتوان ضمن کاهش در هزینه های مربوط به خوراک، کارآیی استفاده از خوراک را نیز افزایش داد.

استفاده از آنزیم های فیبرولیتیک خارج سلولی، در تغذیه نشخوارکنندگان، یک روش بیولوژیکی مناسب برای افزایش قابلیت هضم علوفه ها است.

بسیاری از پژوهش های صورت گرفته در این زمینه نشان داده اند که استفاده از آنزیم های فیبرولیتیک به صورت مخلوط با جیره سبب بهبود در عملکرد گاوهای شیرده، گاوهای گوشتی، گوسفند و بز شده است.


مریم ثاقبی / دانشجوی کارشناسی ارشد گرایش تغذیه نشخوارکنندگان،گروه علوم دامی،دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه
حامد خلیل وندی بهروزیار / استادیار گرایش تغذیه نشخوارکنندگان، گروه علوم دامی ، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه
نشریۀ علمی- ترویجی دامِستیک
منبع: دامیران
نویسندگان: مریم ثاقبی و حامد خلیل وندی بهروزیار
لینک کوتاه مقاله: daamiran.com/?p=6544
آنزیم های هضم کننده الیاف و نقش آنها در تغذیه نشخوارکنندگان

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دامیران