آنزیم‌های تجزیه کننده پلی ساکاریدهای غیرنشاسته‌ای (NSPases)

در دهه اخیر، تمرکز فزاینده‌ای بر روی بهینه‌سازی خوراک طیور برای بهبود سلامت و عملکرد پرندگان از طریق بهبود فرآیند هضم و جذب مواد مغذی شده است. ذرت، کنجاله سویا، غلات رایج‌ترین مواد انرژی‌زا و پروتئینی هستند که بخش عمده‌ای از جیره طیور را تشکیل می‌دهند. مشکلاتی مانند کمبود برخی از منابع گیاهی رایج مورد استفاده در جیره و نیاز به واردات این مواد، پرورش‌دهندگان طیور را ترغیب به استفاده از غلات جایگزین نظیر گندم و جو کرده است. ﻭﺟــﻮﺩ ﻛﺮﺑﻮﻫﻴﺪﺭﺍﺕﻫﺎﻱ ﺑﺴــﻴﺎﺭ ﭘﻴﭽﻴﺪﻩ ﺩﺭ ﺳــﺎﺧﺘﻤﺎﻥ ﺩﻳﻮﺍﺭﻩ ﺳــﻠﻮلی آن‌ها ﺗﺤﺖ ﻋﻨﻮﺍﻥ ﭘﻠﻲﺳــﺎﻛﺎﺭﻳﺪﻫﺎی ﻏﻴﺮ ﻧﺸﺎﺳــﺘﻪ‌ﺍی(NSP)، میﺗﻮﺍﻧﺪ ﻣﻨﺸﺎ ﺍﺛﺮﺍﺕ ﺿﺪ ﺗﻐﺬﻳﻪﺍی ﺩﺭ ﺯﻣﺎﻧﻲ ﻛﻪ ﺍﺯ ﺳﻄﻮﺡ ﺑﺎﻻی ﺁﻧﻬﺎ ﺩﺭ ﺟﻴﺮﻩ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ میﺷﻮﺩ، ﮔﺮﺩﺩ. ترکیبات NSP به دو گروه کلی پلی ساکارید‌های محلول و نامحلول، دسته‌بندی شده که عمدتاً در دیواره‌های سلولی گیاه قرار دارند (شکل 1). بتا گلوکان، سلولز، همی سلولز، پکتین، لیگنین و مقدار کمی اکستنسین (گلیکوپروتئین دیواره سلولی) از طریق پیوند‌های کووالانسی یا پیوند‌های ثانویه به یکدیگر متصل می‌شوند و مواد مغذی را در فضای قفس مانند ایجاد شده به دام می‌اندازند که یک مانع فیزیکی بین ماده و آنزیم‌های گوارشی اندوژن ایجاد می‌شود و از هضم آن‌ها جلوگیری و میزان مصرف خوراک را کاهش می‌دهد. به عبارتی ترکیبات NSP می‌توانند به اسید‌های صفراوی، چربی‌ها یا کلسترول متصل شده و باعث اختلال در جذب لیپید‌ها شوند که نتیجه آن کاهش ارزش انرژی متابولیسمی ظاهری خوراک و افت رشد است.
علاوه بر این یکی از مشکلات اصلی ناشی از ترکیبات NSP، افزایش ویسکوزیته محتویات دستگاه گوارشی است که باعث ﻛﺎﻫﺶ ﺳﺮﻋﺖ ﻋﺒﻮﺭ ﻏﺬﺍ ﻭ ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ کاهش جذب ﻣﻮﺍﺩ ﻣﻐﺬی میﮔﺮﺩﻧﺪ. ویسکوزیته بالا با اختلال در انتشار کارآمد مواد مغذی و ﺗﺮﻛﻴﺐ ﺁﻧﻬﺎ ﺑﺎ ﺁﻧﺰﻳﻢﻫﺎی ﮔﻮﺍﺭشی، باعث کاهش تجزیه و انتقال آن‌ها در سطح مخاط روده می‌شود. همچنین، برخی از ترکیبات NSP با افزایش زمان ماندگاری مواد هضمی در روده باعث کاهش فشار اکسیژن و افزایش رشد فلور بی هوازی روده شده که نهایتاً باعث افزایش تخمیر مواد مغذی و مهاجرت میکروارگانیسم‌ها به قسمت‌های ابتدای دستگاه گوارش می‌شوند.

میزان و درصد ترکیبات NSPها در ماده خشک انواع خوراک مانند ذرت، کنجاله سویا، گندم، جو و… متفاوت است. در نمودار روبرو مقایسه میزان NSPها در غلات نشان داده شده است. به طور مثال در غلات گندم و جو میزان آرابینوزایلان در هر دو مقدار بلایی دارد، اما میزان بتا گلوکان در جو بیش از گندم است. در ذرت، بیشترین درصد NSP شامل آرابینوزایلان و سپس سلولز است، در حالی که در کنجاله سویا، این مورد برعکس بوده و سلولز درصد بیشتری را نسبت به آرابینوزایلان به خود اختصاص داده است. همچنین، بیشترین میزان بتاگلوکان در جو دیده شده و ذرت فاقد ترکیبات گلوکان است.

شکل 2: میزان ترکیبات NSP (آرابینوزایلان، بتا گلوکان، سلولز و دیگر NSPها ) در دانه‌های غلات ذرت، کنجاله سویا، گندم، جو و سبوس برنج نشان داده شده است.

راه‌حل مناسب برای برطرف کردن چالش پلی ساکاریدهای غیرنشاسته‌ای چیست؟!

یکی از راهکار‌های مناسب برای کاهش اثرات ترکیبات NSP درخوراک تجزیه زیستی آن‌ها با استفاده از مکمل‌های حاوی آنزیم‌های موثر بر این ترکیبات می‌باشد.

حضور NSPها در خوراک دام و طیور موجب افزایش ویسکوزیته محتویات دستگاه گوارش شده و میزان هضم و جذب مواد مغذی خوراک را کاهش می‌دهد. همراه با کاهش جذب مواد مغذی توسط سلول‌های روده، این مواد مغذی در اختیار میکروبیوتای روده قرار گرفته و موجب تکثیر بیش از حد آن‌ها شده که خود موجب تحریک سیستم ایمنی می‌شود. استفاده از آنزیم‌های تجزیه‌کننده ترکیبات NSPدر جیره خوراک، باعث افزایش هضم مواد مغذی و کاهش اثرات منفی NSPها می‌شود. ترکیبات پلی ساکاریدی در حضور آنزیم‌ها به اولیگوساکارید و نهایتا مونوساکارید‌ها شکسته شده و در اختیار سلول‌های روده و سلول‌های میکروبیوتا قرار می‌گیرد و توسط این سلول‌ها مصرف می‌شود. در اثر فعالیت این باکتری‌ها، اسید‌های چرب کوتاه زنجیر (SCFAs) تولید شده که توسط سلول‌های روده‌ای جذب و نهایتا به انرژی تبدیل می‌شود. همچنین تولید اسید‌های آلی توسط باکتری‌های اسیدلاکتیکی در روده موجب تنظیم بهتر pH روده می‌گردد.

شکل 3: اثرات ضدتغذیه‌ای NSPها و اثرات مطلوب آنزیم های NSPase در جیره خوراک بر روی سلول های‌دستگاه گوارش را نشان می‌دهد.

چرا استفاده از مولتی آنزیم‌ها نسبت به استفاده از یک آنزیم ارجحیت دارد؟

استفاده از چند آنزیم با کارایی هیدرولیز ترکیبات NSPبطور همزمان امکان هیدرولیز قسمت بیشتری از دیواره سلولی گیاهان را فراهم کرده و عملکرد بهتری در استفاده حداکثری از اجزای جیره را به همراه دارد. زیرا هر کدام از آن‌ها با تجزیه زیستی یک بخش خاص باعث بهبود قابلیت هضم دستگاه گوارش می‌شوند.

اهمیت مصرف محصول افزودنی مولتی آنزیم NSPase در جیره طیور:

محصول مولتی آنزیم NSPase با دارا بودن آنزیم‌های زایلاناز، بتاگلوکاناز، سلولاز، بتا ماناناز و پکتیناز با تجزیه ترکیبات NSP دیواره سلولی گیاهان، موجب کاهش ویسکوزیته محتویات روده، آزادسازی مواد مغذی محبوس شده شامل نشاسته، پروتئین‌ها و چربی‌ها، بهبود قابلیت هضم و جذب مواد مغذی، بهبود ضریب تبدیل خوراک (FCR) و کاهش رطوبت بستر و کاهش هزینه‌های تغذیه می‌گردد.
به دلیل اینکه در اکثر غلات مشتقات زایلان و بتاگلوکان مشکلات گوارشی بیشتری را سبب می‌شوند استفاده همزمان از زایلاناز و بتاگلوکاناز به عنوان دو آنزیم اصلی در میان آنزیم‌های تجزیه‌کننده ترکیبات NSP کمک به شکستن این پلی ساکارید‌ها به ترکیبات الیگومری و مونومری می‌کنند.
سلولز یکی از فراوان‌ترین ترکیب گیاهان، به عنوان فیبر نامحلول شناخته می‌شود و قابلیت هضم کمی در حیوانات تک معده دارد. سلولاز با تجزیه سلولز به گلوکز و سلوبیوز همانند سایر آنزیم‌های NSP، علاوه بر کاهش ویسکوزیته کیموس خوراک باعث دسترسی بهتر آنزیم‌های گوارشی به محتویات خوراک شده و هضم را بهبود می‌دهد.
مانان‌ها به عنوان جز ثانویه همی سلولز‌ها به طور گسترده در ترکیبات خوراک گیاهی به همراه سلولز و زایلان وجود دارد. مشتقات مانان با جذب آب باعث افزایش ویسکوزیته وتجمع مواد ضد تغذیه‌ای در روده شده و شرایط را برای تکثیر باکتری‌ها فراهم و بر سلامت حیوانات تأثیر می‌گذارد. بتاماناناز نوعی آنزیم همی سلولازاست که مانان را به مانو الیگوساکارید‌ها تجزیه می‌کند. الیگوساکارید‌های مانان تولید شده نقش تنظیمی مهمی در دستگاه گوارش و تنظیم میکروبیوتای روده حیوانات دارند.
پکتین به عنوان یک ترکیب ضد تغذیه‌ای دیگر با افزایش ویسکوزیته خوراک در دستگاه گوارش منجر به کاهش بازده خوراک، افزایش مصرف خوراک، کاهش سرعت رشد، افزایش فضولات چسبنده و رشد بیش از حد گونه‌های باکتری‌های بیماری زای کلستریدیوم می‌شود. اخیراً، تحقیقات نشان داده است که پکتیناز‌ها با تجزیه پکتین در ترکیب با سایر آنزیم‌های هیدرولیز‌کننده ترکیبات NSP اثر مثبتی بر بهبود رشد حیوان دارند.
از دیدگاه سلامت طیور، NSPaseها با کاهش تخمیر نامطلوب در روده و تبدیل پلی ساکارید‌ها به الیگوساکارید‌ها ترکیباتی با خواص پری بیوتیکی تولید و باعث تنظیم میکروبیوتای روده، رشد باکتری‌های بیماری‌زا را محدود کرده و محیط مناسبی برای رشد باکتری‌های مفید ایجاد می‌کنند که این امر منجر به تقویت سیستم ایمنی، کاهش نیاز به آنتی‌بیوتیک‌ها و بهبود عملکرد کلی پرنده می‌شود.

مکانیسم عملکرد محصول مولتی آنزیم NSPase

این آنزیم‌ها از طریق دو سازوکار می‌توانند اثرگذار باشند:
• تخریب ساختار دیواره سلولی: آنزیم‌های تجزیه‌کننده دیواره سلولی با شکستن پیوندهای گلیکوزیدی در پلی‌ساکاریدها، سبب آزادسازی مواد مغذی محبوس شده مانند نشاسته، پروتئین‌ها و لیپیدها می‌شوند. این فرآیند، دسترسی آنزیم‌های گوارشی اندوژن به سوبستراها را افزایش می‌دهد و در نتیجه، قابلیت هضم و جذب مواد مغذی بهبود می‌یابد.
• کاهش ویسکوزیته : تجزیه پلی‌ساکاریدهای محلول منجر به کاهش ویسکوزیته محتوای دستگاه گوارش می‌شود. این امر باعث بهبود حرکت مواد گوارشی و افزایش تماس مواد مغذی با سطح جذبی روده می‌گردد، که در نهایت به جذب بهتر مواد مغذی و عملکرد مطلوبتر سیستم گوارشی منجر می‌شود.
باتوجه به عملکرد آنزیم های تجزیه کننده ترکیبات NSP ، استفاده از آنها در جیره طیور می تواند به بهبود ضریب تبدیل خوراک، افزایش انرژی متابولیسمی ظاهری، کاهش رطوبت بستر و تعدیل میکروبیوتای روده منجر شود. استفاده از این آنزیم‌ها نه تنها به هضم بهتر مواد مغذی کمک می‌کند، بلکه با کاهش ترکیبات ضدتغذیه‌ای، سلامت گوارش و عملکرد کلی پرنده را نیز بهبود می‌بخشد.

میزان مصرف پیشنهادی برای طیور (مرغ گوشتی، مرغ تخمگذار، مرغ مادر، بوقلمون، شتر مرغ، بلدرچین و…):
200 گرم در تن خوراک
شرایط نگهداری:
در جای خشک و خنک و با تهویه مناسب و به دور از نور خورشید نگهداری شود.

نتایج مطالعه پژوهشی عملکرد محصول مولتی آنزیم NSPase بر عملکرد و سلامت جوجه‌های گوشتی

طبق پژوهشی که توسط محققین در دانشگاه تربیت مدرس انجام شد، اثر محصول تجاری مولتی آنزیم NSPase بر عملکرد و سلامت جوجه‌های گوشتی طی مدت 42 روز مورد بررسی قرار گرفت. سه تیمار آزمایشی در این پژوهش عبارت بودند از:
1- جیره شاهد استاندارد با سطح انرژی استاندارد، 2- جیره با انرژی کاهش یافته (100 کیلوکالری در هر کیلوگرم کاهش سطح انرژی نسبت به جیره استاندارد)، 3- جیره با انرژی کاهش یافته همراه با مولتی آنزیم NSPase. نتایج حاکی از آن بود که مولتی آنزیم توانست با افزایش معنادار (p<0.05) وزن جوجه ها، کاهش ضریب تبدیل غذایی، و بالابردن ضریب کارایی تولید باعث بهبود عملکرد و رشد در جوجه‌ها شود. افزودن مولتی آنزیم به جیره کم کالری توانست ویسکوزیته محتویات روده را به صورت معناداری (p<0.05) کاهش دهد. از آنجایی که یکی از اثرات استفاده از مولتی آنزیم در جیره، اصلاح میکروفلور روده است مشاهده افزایش معناداری (p<0.05) جمعیت باکتری‌های اسیدلاکتیک در روده بر اثر مولتی آنزیم NSPase حاکی از اثر مثبت مولتی آنزیم NSPase بر سلامت روده بود. همچنین نتایج بررسی ریخت شناسی و هیستومرفومتری مخاط روده مشخص کننده افزایش معناداری (p<0.05) میزان ارتفاع پرز به عمق کریپت در روده در ناحیه ایلئوم بود. در ارتباط با کیفیت بستر نیز جیره‌ی حاوی مولتی آنزیم NSPase توانست با بالابردن میزان ماده خشک بستر (کاهش رطوبت بستر) معادل با گروه تغذیه شده از جیره با انرژی استاندارد، کیفیت بستر را بهبود بخشد.

به طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد استفاده از محصول مولتی آنزیم NSPase در خوراک جوجه‌های گوشتی نه تنها منجربه بهبود شاخصه‌های عملکرد و سلامت آن‌ها می‌شود بلکه شرایط را برای استفاده از جیره‌های با تراکم انرژی پایین‌تر (100 کیلوکالری) در جهت اقتصادی کردن جیره‌ها می‌تواند فراهم کند.