تیم علمی _ تحقیقاتی شرکت لعل حیات وسام

دکتر فخرالدین عابد، دکتر تیمور لطیفی، مهندس ضیاالدین عابد، خانم دکتر محمدپور و خانم جهاندار

چکیده:

استفاده از آنزیم ­های صنعتی در تغذیه طیور، موجب بهبود قابلیت هضم اجزای خوراک می شود و امکان استفاده از اقلام بیشتر را برای متخصصین تغذیه طیور فرآهم می­ کند. آنزیم­ هایی مانند فیتاز، زایلاناز، پروتئاز و گلوکاناز رایج ترین آنزیم­ ها در این زمینه هستند. عدم بهینه­ سازی قابلیت هضم مواد خوراکی موجب زیان­ های اقتصادی پرورش دهندگان و افزایش آلودگی محیط زیست می­ شود. هر چند مزیت­ های متعددی در مورد استفاده از آنزیم ­های مختلف در پرورش طیور به اثبات رسیده است، اما نکات مبهم زیادی برای مصرف کنندگان این دسته از افزودنی­ ها وجود دارد. از جمله این نکات مبهم، کاربرد اصطلاحی به نام ماتریکس ولیو [۱] (یا ارزش تغذیه­ ای) آنزیم­ هاست.

متأسفانه مفهوم استفاده از ماتریکس ولیو برای افزودنی ­ها جهت توجیه هزینه آنها، بیش از آن که به عنوان یک مفهوم علمی مطرح باشد، کاربرد تجاری یافته است، چرا که چگونگی تعیین ماتریکس ولیو، اعتبار آن، و نحوه به کارگیری آن (برای مثال تطابق سوبسترا و آنزیم به کارگرفته شده) مباحث پیچیده علمی است و کمتر مورد توجه قرار گرفته است.

مقـدمه :

اقلام خوراکی مورد استفاده در تغذیه طیور به دلایل مختلفی قابلیت هضم کاملی ندارند و همواره مقادیری از مواد مغذی به صورت فضولات دفع می­ شوند [۱]. در صنعت، ممکن است پرنده با چالش­ های متعددی از جمله بیماری و استرس مواجهه شود که منجر به دفع مقادیر قابل توجه مواد مغذی از طریق دستگاه گوارش می­ شود [۲]. استفاده از آنزیم­ های مختلف در جیره یکی از راهکارهای کاهش این مشکل می­ باشد. مهم ترین آنزیم ­هایی که در صنعت تولید خوراک مورد استفاده قرار می­ گیرند شامل: فیتازها و آنزیم ­های تجزیه کننده پلی­ ساکاریدهای غیر نشاسته­ ای (NSPآزها) هستند که روی قابلیت هضم مواد مغذی مؤثرند. معمولاً مقدار استفاده از این آنزیم­ ها ناچیز ولی تأثیر آنها بر قابلیت هضم قابل توجه است، به طوری که استفاده از مقادیر درست این دسته از آنزیم ­ها می ­تواند حدود ۱۰۰ کیلوکالری میزان انرژی متابولیسم را در پرنده افزایش دهد [۳, ۴]. بنابراین استفاده از آنزیم ها می­تواند مقدار استفاده از روغن جیره (که قیمت بالاتری دارد) را حدود ۲% کاهش دهد و امکان جایگزین شدن همین مقدار روغن را با ذرت (که قیمت پایین­ تری دارد) فراهم نماید.

متخصصین تغذیه به این نوع از اثرات در فرموله کردن جیره اصطلاحاً ((ماتریکس ولیو)) می­ گویند. در صورتی که نوع و مقدار مناسب آنزیم در جیره مورد استفاده قرار بگیرد و مقدار علمی و منطقی ماتریکس ولیو برای آن در نظر گرفته شود، هزینه جیره بدون تاثیر منفی بر عملکرد پرنده کاهش خواهد یافت و منجر به مزیت اقتصادی خواهد شد، اما اگر نوع و مقدار مناسب آنزیم مد نظر قرار نگیرد و یا مقدار ماتریکس ولیوی غیرمنطقی برای آن لحاظ شود، عملکرد پرنده از طرق مختلف تحت تأثیر قرار گرفته و نه تنها مزیت اقتصادی حاصل نخواهد شد بلکه موجب کاهش کیفیت و کمیت تولید، افزایش بیماری و تلفات در گله می­ شود. ماتریکس ­ها بر اساس آزمایشات قابلیت هضم، کیفیت لاشه، رشد و در نهایت عملکرد پرنده تعیین می­ شوند [۴].

[۱] Matrix Value

شکل۱- لزوم استفاده از آنزیم­های متعدد در جیره های تجاری طیور

آنزیم های صنعتی تغذیه طیور

اصول تعیین ماتریکس ولیو قابل اعتماد:

درشرایط واقعی حد مجاز استفاده از ماتریکس ولیو مقادیری است که عملکرد حیوان به خطر نیفتد. این بدان معنی است که مصرف کننده نهایی تمایل بیشتر به سرعت رشد بالا، ضریب تبدیل خوراک پایین، بالا بودن کیفیت لاشه تولیدی و میزان بهینه انرژی قابل متابولیسم مصرف شده برای هرکیلو افزایش وزن پرنده دارد. درصورتی که این شاخص­ ها برای پرورش دهندگان طیور حفظ نشود استفاده از ماتریکس زیر سوال خواهد بود [۴].

آنزیم ­های مورد استفاده در خوراک یا به صورت مستقیم با بهبود قابلیت هضم مواد مغذی و یا به صورت غیرمستقیم با تخریب ساختار ترکیبات ضدتغذیه ­ای موجب کاهش اثرات نامطلوب آنها می­ شوند و یا از هردو طریق به افزایش قابلیت هضم خوراک کمک می­ کنند. جهت تخمین قابلیت هضم خوراک از روش تفاضل مواد مغذی موجود در فضولات از مواد مغذی موجود در خوراک استفاده می­ شود. بدین منظور مواد هضمی در ناحیه ایلئوم یا مدفوع مورد سنجش قرار می­ گیرد، اما باید در نظر داشت که این شاخص، نسبت به عملکرد (رشد و ضریب تبدیل خوراک) یک شاخص جانبی و درجه دوم محسوب می­ شود.

این نتایج بایستی با آزمایشات عملکرد طیور همخوانی داشته و مورد تایید قرار گیرند. برخی نکات دیگر نیز در مورد نتایج قابلیت هضم باید مورد توجه قرار گیرند، به عنوان مثال استفاده از نمونه­ های ایلئومی از یک نقطه، نمی ­تواند بیانگر کل مواد هضمی باشد و یا استفاده از فضولات در یک مرحله نمی­ تواند نتیجه همگنی از ارزیابی قابلیت هضم دهد. نمونه برداری ایلئومی برای مواد معدنی که دارای اتلاف ادراری هم هستند باید بیشتر مورد توجه قرار گیرد. اگر آنزیم فیتاز در یک دوز کافی مورد استفاده قرار گیرد، فسفر جذب شده در ایلئوم بیشتر از ماتریکس مورد انتظار فیتاز می­ باشد و فسفر اضافی از طریق ادرار دفع می­ شود که به طور مؤثری متابولیسم ظاهری فسفر را کاهش خواهد داد. درچنین شرایطی اثر فیتاز به دلیل تأثیر بیش از حد انتظار، نادیده گرفته خواهد شد. در نمونه برداری­ های ایلئوم نیز در پرندگان مسن­تر که سکوم آنها توسعه بیشتری یافته است این اثر تکامل سکومی حذف می­ شود.

مصرف آنزیم­ های فیتاز و NSPآز نه تنها قابلیت هضم را تحت تاثیر قرار می­دهند بلکه بر روی مصرف خوراک نیز موثرند [۴]. پرورش دهندگان طیور، به نتایج نهایی عملکرد (میزان تولید گوشت، تولید تخم مرغ یا ضریب تبدیل خوراک) توجه داشته و مواردی مانند قابلیت هضم دارای اهمیت برجسته نیست. زمانی که مصرف خوراک و قابلیت هضم هر دو در راستای هم افزایش یابند پرورش دهندگان شاهد افزایش سطح تولید (گوشت و تخم مرغ) خواهند بود، اما اگر یک ترکیب آنزیمی، قابلیت هضم را افزایش دهد ولی مصرف خوراک را با شدت بیشتری سرکوب نماید، به طور واضح میزان انرژی دریافتی پرنده کاهش یافته و بنابراین عملکرد کاهش می­ یابد. نمونه برداری برای سنجش قابلیت هضم و اندازه گیری مصرف خوراک باید در یک فاصله زمانی مناسب صورت گیرد تا داده­ های قابلیت هضم معتبر باشد.

سطح استفاده از آنزیم­ ها نیز می ­تواند بر روی عملکرد پرنده مؤثر باشد. به عنوان مثال استفاده از دوزهای بالای فیتاز (سوپردوزینگ) موجب آزادسازی اینوزیتول می­ شود. اینوزیتول مسئول فعالیت­ های متابولیک متعددی است که موجب افزایش راندمان استفاده ازمواد مغذی می ­شود. بنابراین استفاده از فیتاز منجر به افزایش قابلیت هضم اسیدهای آمینه شده که برخی از آزمایش ­ها در این زمینه مؤید آن است.

تعیین ماتریکس ولیو برای آنزیم­ ها زمانی قابلیت بحث خواهد داشت که داده­ های عملکرد پرنده و قابلیت هضم خوراک با هم ترکیب شوند[۴]. برای طراحی آزمایشات عملکردی نیز باید در نظر داشت که به طورکلی بایستی آزمایشات به طور نسبی ساده و قابل تفسیر باشند. آزمایش باید شامل جیره رایج در صنعت، همراه با کاهش یک سری مواد مغذی (مانند فسفر یا انرژی) با رسم منحنی برای کاهش تدریجی مواد مغذی انجام شود. آنزیم بایستی با یک دوز یا بیشتر درجیره­ هایی با غلظت پایین یک ماده مغذی مورد نظر، برای تعیین ماتریکس مورد استفاده قرار گیرد و با مقایسه عملکرد تعداد کافی پرنده­ ها ارزیابی صورت گیرد. این موارد مخصوصاً درمورد تعیین ماتریکس آنزیم­ های فیتاز برای مقدار در نظرگرفته شده فسفر اهمیت ویژه دارد. برای مثال یک جیره غذایی پایه برای شاهد منفی (حاوی ۰/۲۵ %  فسفر قابل دسترسی) بعلاوه یک فیتاز (برای مثال FTU500) با یک جیره شاهد مثبت (به عنوان مثال ۰/۵ % فسفر قابل دسترس) مقایسه می­ شود و تفاوت عملکرد این دو گروه به عنوان ماتریکس فیتاز در نظر گرفته می­شود که این تفاوت می­تواند به دلیل مقدار فسفر بین جیره­ ها باشد و نه الزاماً تاثیر فیتاز مورد آزمایش.

داده­ های به دست آمده از این نوع داده ­ها تعیین مقدار صحیح ماتریکس ولیو راحمایت نمی ­نمایند زیرا در شرایط آزمایش حداقل فسفر مورد نیاز پرنده برای عملکردهای مورد نظر تعیین نشده است. برای مثال اگر سطح فسفر گروه کنترل مثبت به جای ۰/۵ %  فسفر ۰/۴ %  فسفر درنظر گرفته شود ماتریکس فیتاز ۰/۱۵ %  فسفر قابل دسترس محاسبه می­ شود. از طرف دیگر اگر جیره کنترل با ۰/۴ % فسفر هنوز دارای کمبود برای فسفر مورد نیاز باشد، ماتریکس فیتاز ممکن است بیشتر از حتی ۲۵۰ واحد فیتاز بوده باشد. سرانجام تفاوت ۰/۵ % سطح فسفر ممکن است تنها با مقدار ۲۵۰ واحد فیتاز جبران شود و نیاز به مقدار بالاتر فیتاز (که به صورت رایج ۵۰۰ واحد است) نباشد. نتیجه اینکه در انجام آزمایشات عملکردی تنها یک گروه کنترل مثبت و یک گروه کنترل منفی و یک دوز از فیتاز برای تخمین ماتریکس فیتاز کافی نیست و چنین داده­ های به دست آمده از این گونه آزمایشات فاقد اعتبار عملی می­باشد.

تعیین ماتریکس آنزیم­ های NSPآز از فیتاز نیز پیچیده ­تر می ­باشد. باتوجه به ملاحظات مذکور، بدیهی است که آزمایشات با چندین ماده مغذی (مثل سدیم،کلسیم، فسفر، انرژی و اسیدآمینه) که از جیره کنترل منفی نسبت به کنترل مثبت حذف شده است، نیاز به بازبینی جدی دارد. کمبود حقیقی هرکدام از مواد مغذی هرگز در منحنی کالیبراسیون چند ماده مغذی مشخص نخواهد شد. جبران نتیجه بهبود عملکرد تأییدی بر ماتریکس و اعتبار آن نخواهد بود. بنابراین برای هر ماده مغذی یک منحنی کالیبراسیون نیاز است. سن پرنده ­های مورد آزمایش برای تعیین ماتریکس نیز دارای اهمیت است.

درحقیقت بایستی مستندات مراحل مختلف سنی رشد برای ماتریکس­ های مختلف وجود داشته باشد اما ممکن است این مقدار حساسیت علمی در بخش تجاری منفعت اقتصادی نداشته باشد. عوامل زیادی بر راندمان زیستی آنزیم­ های خوراکی تأثیر می­ گذارند. به عنوان مثال یک آنزیم NSP آز درجیره بر پایه گندم یا چاودار در مقایسه با جیره بر پایه ذرت تأثیر بیشتری در انرژی متابولیسمی ظاهری دارد و یا تأثیر یک فیتاز درجیره هایی با کلسیم بالا تأثیر کمتری برای آزادسازی فسفر دارد و ماتریکس کمتری را ایجاد می­ کند. عوامل مؤثر دیگری نیز وجود دارند که عبارتند از ۱- سن    ۲- نژاد    ۳- بیماری   ۴- برنامه نوری   ۵- دسترسی به خوراک    ۶- تغذیه براساس روزهای سازگاری با جیره آزمایش   ۷ – خوراک به شکل پلت یا آردی      ۸- رطوبت و دمای محیط ۹- اقلام تشکیل دهنده جیره آزمایشی    ۱۰- غلظت مواد مغذی درجیره آزمایشی

اگرچه استفاده از ماتریکس موجب صرفه جویی در برخی از مواد و اقلام گران قیمت جیره مانند سویا، روغن و منابع فسفات معدنی می­ شود، اما متخصصین تغذیه باید برخی ملاحظات را در این روند مدنظر داشته باشند، که تعدادی از آنها در زیر لیست شده است:

۱- افزودن حداقل روغن درحیوانات جوان (حداقل ۱۰ کیلو روغن در تن خوراک برای بهبود خوشخوراکی جیره ­های آردی و یا حدود ۲۰ کیلو روغن در تن خوراک جیره­ های پلت  به منظور ممانعت از مشکلات تولید و افزایش آمپر پرس پلت)

۲- به کارگیری فسفر معدنی درجیره حیوانات مسن ­تر که به طورنسبی احتیاجات فسفر پایین­ تری دارند.

۳- نگرانی از استفاده از چندین ماتریکس ولیو افزودنی های متفاوت در جیره به منظور جایگزینی برای انرژی، پروتئین و اسیدآمینه.

نوع آنزیم و مقدار استفاده از آنها:

آنزیم­ ها برای تأثیرگذاری از همه قوانین کینتیک آنزیم در بیوشیمی تبعیت می­ نمایند. بدین مفهوم که استفاده از آنها در سطوح بسیار پایین فاقد تأثیر معنی ­دار خواهد بود. عدم تطابق آنزیم و سوبسترا نیز می ­تواند به عدم تأثیرگذاری مصرف آنزیم­ ها منجر شود. برای مثال استفاده از آنزیم بتاگلوکاناز در جیره ­های فاقد مواد حاوی بتاگلوکان بالا مانند جو، می­ تواند منجر به اتلاف هزینه خرید آنزیم بدون هرگونه تأثیر برجسته در شرایط زیستی باشد. کیفیت آنزیم­ ها (منشا آنزیم و تکنیک تولید) نیز در تأثیرگذاری آنها می ­تواند موثر باشد. برای مثال استفاده از آنزیم­ هایی که فاقد پایداری در اسیدیته های پایین هستند (شرایط ابتدایی مجرای گوارشی) یا به آنزیم ­های پروتئاز درون­زادی و حرارت فرآوری­ های حرارتی خوراک حساس می ­باشند، می­ تواند در تأثیرگذار بودن آنزیم نقش حیاتی داشته باشد.

عواقب استفاده از ماتریکس­ های نامعتبر:

آنزیم­ های تجاری مواد پروتئینی هستند و اغلب حساسیت­ های پروتئین­ ها به pH، دما و یا پروتئازها در مورد آنها نیز صدق می­ نماید. مجرای گوارشی طیور دارای اسیدیته­ های متنوع است که در دامنه ۲/۵ تا حدود ۷/۵ می­ باشد و با توجه به کوتاه بودن نسبی مجرای گوارشی در طیور، آنزیم ­های مهمی چون فیتاز باید در همان ابتدای مجرای گوارشی بتوانند تأثیر عمده خود را ایجاد نمایند [۵]. البته در مورد آنزیم­ های NSPآز این مورد کمی متفاوت است.

خطرات عمده استفاده از ماتریکس ولیو را می­ توان به دو دسته کلی خصوصیات کیفی آنزیم­ ها و دانش استفاده از آنها تقسیم نمود. انتخاب یک آنزیم در جیره به نکات مهمی از جمله کیفیت تولید، اعتماد به برند، تاریخ انقضای واقعی، شرایط نگهداری و در نهایت قیمت برای هر واحد فعالیت آنزیم وابسته است. از طرف دیگر متخصص جیره­ نویسی علاوه بر نکات مذکور برای انتخاب نوع آنزیم باید نسبت به شرایط فرمولاسیون و تولید جیره، تطابق آن با آنزیم انتخابی و سطح استفاده از آنزیم آگاهی داشته باشد. برای مثال حتی اگر بهترین آنزیم از نظر کیفیت انتخاب شود اما در سطحی نامطلوب مورد استفاده قرار گیرد و یا در جیره­ای استفاده شود که فاقد سوبسترای مناسب برای آن است، نباید انتظار تأثیری از استفاده آن داشت.

برخی از شرکت­ های تولید کننده­ ی آنزیم، برای ساده ­سازی در بخش بازرگانی، ماتریکس ­های ثابت برای استفاده در جیره ­نویسی ارائه می­ نمایند که از نظر علمی قابل توجیه نمی­ باشد. در صورتی که ماتریکس مورد ادعا (که در فرمولاسیون مورد محاسبه قرار گرفته) در شرایط زیستی اتفاق نیافتد، برخلاف تصور ظاهری که قیمت جیره ارزان­تر می­ شود، هزینه هر واحد تولید افزایش می­ یابد [۶]. مبالغه در میزان ماتریکس ولیوی آنزیم­ ها در بخش بازرگانی شرکت­ های فروشنده­ی آنزیم و یا توصیه­ ای کمتر از میزان بهینه و تأثیرگذار آن در جیره غیر معمول نبوده و همچنین به دلیل همسان نبودن واحدهای فعالیت اعلامی آنزیم­ ها (به غیر از فیتاز)، مقایسه تئوری آنزیم ­ها آسان نیست. اما با ارائه دادن نمونه­ های کور (بدون اعلام میزان استفاده آنزیم در میکس ­ها و دان­ های مختلف) به شرکت­ های سازنده آنزیم یا آزمایشگاه­ های معتبر می ­توان مقایسات مناسبی را انجام داد.

نتیجه گیری کلی

به طور کلی به کارگیری ماتریکس ولیو برای آنزیم­ های مورد استفاده در فرموله کردن جیره طیور متاسفانه بیش از جنبه علمی، جنبه تجاری دارد اما این مفهوم به معنی عدم تأثیر و یا عدم توجیه مصرف آنزیم­ در صنعت پرورش طیور نیست بلکه به مفهوم نیازمندی به افزایش توجه به تطابق نوع آنزیم با جیره و شرایط سنی پرنده، دوز مناسب و تأثیرگذار آنزیم و کیفیت آنزیم فارغ از هجمه­ های تبلیغاتی و بازرگانی می­ باشد.

شرکت لعل حیات وسام در نظر دارد، در آزمایشگاه­ های خود فعالیت­ های زیستی آنزیم ­های معتبر مشتری را سنجش نموده و آن را به اطلاع خوانندگان عزیز برساند.

آنزیم های صنعتی تغذیه طیور

رفرنس­ها

1. Khattak, F., et al., Enzymes in poultry nutrition. J. Anim. Pl. Sci, 2006. 16(1-2): p. 1-7.
2. Adedokun, S.A. and O.C. Olojede, Optimizing gastrointestinal integrity in poultry: the role of nutrients and feed additives. Frontiers in veterinary science, 2019. 5: p. 348.
3. Alagawany, M., S.S. Elnesr, and M. Farag, The role of exogenous enzymes in promoting growth and improving nutrient digestibility in poultry. Iranian journal of veterinary research, 2018. 19(3): p. 157.
4. Bedford, M. and A. Cowieson, Matrix values for exogenous enzymes and their application in the real world. Journal of Applied Poultry Research, 2020. 29(1): p. 15-22.
5. Dersjant‐Li, Y., et al., Phytase in non‐ruminant animal nutrition: a critical review on phytase activities in the gastrointestinal tract and influencing factors. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2015. 95(5): p. 878-896.
6. Wyatt, C.L., T. Parr, and M. Bedford. Mechanisms of action for supplemental NSP and phytase enzymes in poultry diets. in Carolina Poultry Nutrition Conference. 2008.