تكنولوجيا الإنزيمات المتطورة: تأثيرها على تغذية الدواجن التجارية
يُعد استخدام الإنزيمات الخارجية لتحسين القيمة الغذائية لأعلاف الدواجن مفهومًا جديدًا نسبيًا. تشهد هذه التكنولوجيا تطورًا سريعًا، مع تطوير إنزيمات وتركيبات إنزيمات وتطبيقات جديدة، على الرغم من أن وتيرة هذا التقدم تعتمد إلى حد كبير على القيود التنظيمية. يعتبر معظم الباحثين في مجال تغذية الدواجن أن إنزيم الفايتاز أحدث التطورات الرئيسية في استخدام الإنزيمات في صناعة الأعلاف.
ومع ذلك، تُجرى أبحاث مكثفة حول الجيل القادم من الإنزيمات، مع التركيز على جودة المواد الخام، والتنبؤ بالتفاعلات باستخدام نماذج المربعات الصغرى، وتحسين سلامة الغذاء، وتأثير عمر الطيور، وتأثير مختلف الآثار الجانبية وجرعة الإنزيم، وزيادة صافي الدخل، والحد من التلوث البيئي.
يهدف هذا الاستعراض إلى تلخيص أحدث الأبحاث في مجال إنزيمات أعلاف الدواجن، وتوقع التطبيقات المستقبلية للإنزيمات وتقنيات الإنزيمات الجديدة التي قد تكون قيّمة لصناعة الدواجن في السنوات القادمة.
الدواجن: الإنزيمات: التغذية: الهضم: الميكروفلورا: النمذجة
استُخدمت إندو-β-1,4-زيلاناز وبيتا-1,3,1,4-غلوكاناز تجاريًا في الأعلاف القائمة على القمح والشعير لحوالي 20 عامًا، وقد بلغ عائد الاستثمار فيها مستوىً كبيرًا، حيث تجاوزت نسبة اختراق هذه الإنزيمات في العديد من أسواق الحبوب اللزجة 90% (بيدفورد، 2000أ). علاوة على ذلك، دُرست آلية عمل هذه الإنزيمات على نطاق واسع، وأصبحت الآن مفهومة جيدًا نسبيًا (بيدفورد، 2000أ).
على الرغم من أن استخدام الإنزيمات لتحسين القيمة الغذائية للقمح والشعير أصبح ممارسة شائعة، إلا أن استخدامها في الأعلاف القائمة على الذرة ليس بنفس الانتشار. ويرجع ذلك على الأرجح إلى الاعتقاد السائد في صناعة الأعلاف بأن الذرة ذات قيمة غذائية عالية ومستقرة، وبالتالي فإن إضافة الإنزيمات لا يمكن أن تكون بنفس فائدة الأعلاف القائمة على الحبوب اللزجة.
مما لا شك فيه أن التحسن النموذجي في نسبة تحويل العلف (FCR) المتوقع تحقيقه باستخدام الإنزيمات الموجودة في الأنظمة الغذائية القائمة على القمح أو الشعير (وخاصةً الكربوهيدرات) أكبر، أو على الأقل أكثر استقرارًا، من التحسن المتوقع في الأنظمة الغذائية القائمة على الذرة. في مثل هذه الحالة، تُعدّ نماذج المربعات الصغرى قيّمة للغاية، إذ إنها قادرة على التنبؤ إلى حد كبير بالاستجابة المحتملة لمادة خام أو نظام غذائي معين لإضافة إنزيم خارجي (روزن، 2001).
من المرجح أن يعتمد اعتماد صناعة الأعلاف للإنزيمات الجديدة في المستقبل بشكل كبير على قدرة شركات إضافات الأعلاف على إثبات فعالية الإنزيمات بجرعات مختلفة بطريقة متوقعة ومتسقة، مما سيمنع إضافة الإنزيمات إلى الأنظمة الغذائية بشكل عشوائي ودون دعم علمي.
لذلك، ينبغي أن يتم تطوير أنظمة إنزيمات جديدة أو تطبيقات جديدة للإنزيمات الموجودة بالتوازي مع البحث في جودة مكونات الأعلاف.
الأبحاث الحالية
إنزيمات الأنظمة الغذائية المعتمدة على القمح والشعير
اقتُرح وجود آليتين رئيسيتين لعمل الزيلاناز وبيتا جلوكاناز في الأنظمة الغذائية المعتمدة على القمح أو الشعير:
- نظرية اللزوجة
- تأثير القفص (بيدفورد، ٢٠٠٢)
تشير نظرية اللزوجة إلى أن تحسين الأداء الناتج عن إضافة هذه الإنزيمات إلى علائق الدواجن لا يقتصر على القيمة الغذائية للسكريات المُطلقة فحسب؛ لذا، لا بد من وجود فائدة إضافية لهذه الإنزيمات لتحسين هضم العناصر الغذائية الأخرى.
تمتص الأرابينوكسيلانات القابلة للذوبان وبيتا جلوكان عالية الوزن الجزيئي الماء بقوة، ويمكن أن تُسبب زيادةً هندسيةً في لزوجة محتويات الجهاز الهضمي (بيدفورد وكلاسن، 1992؛ نيلسون وآخرون، 2000). ترتبط زيادة اللزوجة المعوية سلبًا بأداء الحيوان، وهضم العناصر الغذائية، والتغيرات السلبية في البكتيريا الدقيقة في الأمعاء البعيدة. لذلك، يُوفر خفض اللزوجة بمساعدة الإنزيمات الخارجية ميزة غذائية للحيوان (بيدفورد وكلاسن، 1992؛ فان دير كليس وآخرون، 1993؛ أديولا وبيدفورد، 2005؛ كويسون وآخرون، 2005؛ منغ وآخرون، 2005؛ سيو وآخرون، 2005).
إن الآثار السلبية للزوجة على أداء الحيوان شديدة لدرجة أنه تم اقتراح لزوجة مكونات العلف (مثل القمح والشعير) كمؤشر موثوق للقيمة الغذائية للمكون وفعالية البنتوسانازات الخارجية (بيدفورد وآخرون، 1991؛ بيدفورد وكلاسن، 1993).
علاوة على ذلك، تكون تأثيرات اللزوجة أكثر وضوحًا في الحيوانات الأصغر سنًا، وربما يعود ذلك إلى نضج الجهاز الهضمي لدى الحيوانات البالغة وقدرتها على التعامل مع السكريات المتعددة القابلة للذوبان (ياسار وفوربس، 1999، 2000).
يرتبط تأثير “القفص” بتأثيرات الكربوهيدرات على جدار الخلية، مما يقلل من قوة الجدار ويطلق العناصر الغذائية المحتبسة (بيدفورد، 2002). من المرجح أن تشارك كلتا الآليتين في الاستجابة لزيلاناز وبيتا جلوكاناز في علائق الدواجن، مما يؤدي إلى تغييرات إيجابية في الأداء، واحتباس العناصر الغذائية، وتقليل حدوث البراز اللزج والفرشة الرطبة، وتغييرات إيجابية في البكتيريا الدقيقة في الجهاز الهضمي السفلي (بيدفورد، 2000ب؛ غراهام وآخرون، 2003؛ تشوكت وآخرون، 2004؛ شكوري وكرمانشاهي، 2005).
حاليًا، تُركّز الأبحاث المتعلقة بالكربوهيدرات في الأنظمة الغذائية القائمة على القمح والشعير على دراسات أكثر تفصيلًا لآلية عملها، وتأثيراتها في أنواع أخرى غير دجاج التسمين، وتقييم أهمية مثبطات الإنزيم والنشويات المقاومة، بالإضافة إلى تأثيرات المعالجة مثل حجم الجسيمات، ودرجة حرارة التحضير، واستخدام الحبوب الكاملة.
ومن المجالات البحثية الناشئة والمثيرة للاهتمام حول الزيلاناز في الأنظمة الغذائية القائمة على القمح دور البنية الجزيئية للإنزيم في انجذابه للألياف القابلة للذوبان وغير القابلة للذوبان، وقابليته للتثبيط.
على سبيل المثال، أظهرت دراسة أجراها فونتس وآخرون (2004) أن الزيلاناز المحتوي على وحدة ربط للكربوهيدرات كان أكثر فعالية بنسبة 5% تقريبًا في الأنظمة الغذائية القائمة على القمح، وأكثر فعالية بنسبة 6% في الأنظمة الغذائية القائمة على الجاودار، مقارنةً بالإنزيم التجاري الذي يفتقر إلى هذه القدرة على ربط الركيزة، على التوالي.
خلص مؤلفو هذه الدراسة إلى أن قدرة الإنزيمات على الارتباط بالركائز عبر وحدات الارتباط تزيد من كفاءة الإنزيم في الجسم الحي، وخاصةً فيما يتعلق بتحلل الكربوهيدرات غير القابلة للذوبان.
تُعد هذه النتيجة مهمة لأن آلية العمل هذه، على ما يبدو، تسمح بتحلل أكبر لجدار الخلية، مما يؤدي إلى إطلاق العناصر الغذائية المُغلَّفة. وقد يكون هذا أكثر أهمية في الأنظمة الغذائية ذات التركيزات العالية من الكربوهيدرات غير القابلة للذوبان (مثل أنظمة النمو والإنهاء في الخنازير).
تُعدّ حساسية الإنزيمات الخارجية للمثبطات أيضًا موضع جدل علمي، حيث لم تُوضَّح الأهمية الحقيقية لتركيز مثبطات الزيلاناز في القمح بشكل كامل بعد. ومع ذلك، خلصت دراسات حديثة أجراها بونتي وآخرون (2004) إلى أن تركيز مثبطات الزيلاناز الموجودة في القمح يُعَدُّ عاملاً مُقيِّدًا لكفاءة الزيلاناز الخارجي.
إنجلبريشت وآخرون لاحظ (2000) أيضًا أن وجود مثبطات الزيلاناز يُقلل من كفاءة إنزيمات الزيلاناز الخارجية، ويرتبط ذلك بالخصائص الريولوجية للعجين. كما قد يكون الاختلاف في فعالية أنواع الزيلاناز المختلفة مرتبطًا باختلاف درجة تثبيطها.
علاوة على ذلك، يتفاوت تركيز مثبطات الزيلاناز في القمح تفاوتًا كبيرًا، ويعود هذا الاختلاف إلى الأصل الجيني، والظروف البيئية أثناء نمو النبات، بالإضافة إلى ظروف الحصاد والتخزين (Gebruers وآخرون، 2002؛ Bonnin وآخرون، 2005). يمكن أن تُسبب هذه العوامل تقلبات في الطاقة الأيضية الظاهرية (AME) للقمح، وكذلك في نطاق الاستجابات للإنزيمات الخارجية.
ومع ذلك، يعتقد بعض الباحثين أن معظم مثبطات الزيلاناز تستخدم آلية تثبيط تنافسية، وقد تتشبع بسرعة بالركيزة (زيلاناز خارجي) (ماكلوكلان وآخرون، 1999؛ جيبرويرز وآخرون، 2004)، وبالتالي من المرجح أن تبقى كمية كافية من الزيلاناز النشط لإحداث التأثيرات الفسيولوجية المطلوبة.
ومع ذلك، قد لا يكون هذا الافتراض صحيحًا دائمًا؛ فوفقًا لبونين وآخرون، 2005، يبلغ تركيز مثبط الزيلاناز في القمح حوالي 30 ملغم/غم، وهو ما يزيد بنسبة مولية حوالي 250 مرة عن كمية الزيلاناز المضافة. لذلك، فإن سبب عدم ملاحظة تثبيط الزيلاناز الكامل في الظروف التجارية ربما يرجع إلى عدم وجود اتصال مباشر بين الإنزيم والمثبط بسبب انخفاض نسبة الرطوبة في العلف، وليس إلى تشبع المثبط.
لا يزال من غير الواضح تمامًا ما إذا كانت مثبطات الزيلاناز تؤثر سلبًا على فعالية الإنزيم الخارجي في الجسم الحي، خاصةً عند تعريض العلف لدرجات حرارة عالية، لأن المثبطات عبارة عن بروتينات. ومع ذلك، هناك أدلة على أن هذه البروتينات مستقرة حراريًا إلى حد ما (Gebruers et al. 2004).
على أي حال، وبغض النظر عن التأثير الفعلي للمثبطات عمليًا، فإن وجود هذه المركبات في الحبوب يفرض تكلفة كبيرة على منتجي إنزيمات الأعلاف، حيث تؤثر التقلبات في استعادة نشاط الإنزيم في العلف سلبًا على تصور المستهلك لجودة المنتج وقوامه.
تشير الدراسات المذكورة أعلاه إلى أنه ينبغي اعتبار تقارب الركيزة ودرجة تثبيط الإنزيم عاملين رئيسيين في تطوير جيل جديد من إنزيمات تحلل الألياف للحيوانات أحادية المعدة.
في السنوات الأخيرة، نُشرت العديد من الأوراق البحثية التي تبحث في فعالية إنزيمات تحلل عديد السكاريد غير النشوي (NSP) في أنواع مختلفة من الدواجن غير اللاحم؛ ربما كان هذا البحث، جزئيًا، استجابةً لمتطلبات الهيئات التنظيمية في الاتحاد الأوروبي لتسجيل منتجات الإنزيمات. يُلخص الجدول 1 بعض التجارب الحديثة.
أثبت أديولا وبيدفورد (2005) مؤخرًا إمكانية تحسين القيمة الغذائية للوجبات الغذائية القائمة على القمح للبط بإضافة إنزيم زيلاناز خارجي. في هذه الدراسة، تحسّنت نسبة اكتساب الوزن ونسبة تحويل العلف (FCR) بنحو 12% عند إضافة زيلاناز إلى نظام غذائي قائم على القمح عالي اللزوجة. مع ذلك، لم يكن للزيلاناز أي تأثير على النظام الغذائي منخفض اللزوجة، مما يشير إلى أن لزوجة النظام الغذائي تلعب دورًا مهمًا في القيمة الغذائية للقمح للبط.
مختبر (–O–)، علف مُحبب؛ (–D–)، علف مُحبب مع زيلاناز؛ (V)، علف مُحبب مُسبقًا؛ (S)، علف مُحبب مُسبقًا مع زيلاناز. القيم هي قيم متوسطة، وأخطاؤها المعيارية مُوضحة بأعمدة رأسية. أ، ب. القيم المتوسطة ذات الأحرف المختلفة تختلف اختلافًا كبيرًا إحصائيًا (P < 0.05).
الشكل 2. اللزوجة الغذائية (cPs) للأنظمة الغذائية النهائية بعد الهضم المختبري. علف مُحبب، علف مُحبب مع زيلاناز، علف مُحبب مسبقًا؛ علف مُحبب مسبقًا مع زيلاناز. القيم المعروضة هي متوسطات، وأخطاؤها المعيارية مُشار إليها بأعمدة رأسية. أ، ب، ج، د، هـ، و: المتوسطات ذات الأحرف المختلفة تختلف إحصائيًا بشكل كبير (P < 0.05).
ومع ذلك، فقد تم الإبلاغ أيضًا عن نتائج متضاربة؛ على سبيل المثال، في الأنظمة الغذائية القائمة على القمح والجاودار والتريتيكالي (Timmler and Rodehutscord, 2001)، لم يُلاحظ أي تأثير كبير للزيلاناز على مؤشرات الأداء، على الرغم من انخفاض اللزوجة المعوية بإضافة الإنزيم.
أظهر مثلوثي وآخرون (2003أ) مؤخرًا أن إضافة مكملات إنزيمية إلى الأنظمة الغذائية القائمة على القمح والشعير للديك الرومي النامي يمكن أن تُحسّن الأداء أيضًا. وجد الباحثون أن معدل التحويل الغذائي (FCR) قد تحسن بنسبة 2.5-5%، اعتمادًا على كمية القمح والشعير المستخدمة في النظام الغذائي، وأن لزوجة النظام الغذائي انخفضت بشكل ملحوظ مع إضافة الإنزيمات.
تجدر الإشارة إلى أن معظم التأثيرات المفيدة للإنزيمات في علائق الديك الرومي قد لوحظت في أعمار أصغر (أقل من 10 أسابيع)، ويصعب إثبات تأثير ذي دلالة إحصائية للإنزيمات في الديوك الرومية الأكبر سنًا.
تستفيد الدجاجات البياضة أيضًا من الإنزيمات الخارجية؛ فكما أوضح لازارو وآخرون (2003)، فإن إضافة الإنزيمات إلى الأنظمة الغذائية القائمة على القمح والشعير والجاودار أدت إلى زيادات كبيرة في إنتاج البيض (2.1%) وكفاءة التغذية (2.5%). وخلصوا إلى أن هذا التحسن في الأداء يعود إلى انخفاض لزوجة النظام الغذائي بإضافة زيلاناز وجلوكاناز.
وتدعم هذه البيانات دراسات مثلوثي وآخرون. (2003b) الذي أظهر أن أداء الدجاج البياض قد تحسن بإضافة زيلاناز وجلوكاناز إلى الأعلاف القائمة على القمح والشعير وأن لزوجة الغذاء قد انخفضت. ووجد الباحثون أيضًا أن التحسن النسبي المرتبط بإضافة الإنزيمات كان أكبر في الأعلاف القائمة على الحبوب اللزجة مثل القمح والشعير والجاودار والتريتيكالي منه في الأعلاف القائمة على الذرة. إن استخدام زيلاناز وجلوكاناز في الأعلاف القائمة على القمح والشعير والجاودار والتريتيكالي للدواجن فعال بشكل واضح في تحسين معايير الأداء المختلفة. ومع ذلك، يمكن الاستنتاج أن هذه التأثيرات ليست متسقة دائمًا وربما تعتمد على جودة مكونات العلف (أي الطاقة الأيضية الظاهرة الكامنة في الحبوب أو بشكل أدق نسبة تحويل العلف الكامنة في الحبوب) وعمر الطائر وطبيعة المجتمع الميكروبي المعوي وبيئة إيواء الحيوان أو المعالجة الفيزيائية للنظام الغذائي.
أظهرت دراسة حديثة تأثير المعالجة الحرارية عالية الحرارة على علائق دجاج التسمين القائمة على القمح (Cowieson et al., 2005). في هذه الدراسة، كان تحسن الأداء المرتبط بإضافة زيلاناز أكثر وضوحًا في العلائق المعالجة عند درجة حرارة 90 درجة مئوية مقارنةً بالعلائق المعالجة عند درجة حرارة 80 درجة مئوية. أظهر التوصيف الكيميائي للعلائق أن المعالجة الحرارية زادت من اللزوجة وتركيز الأرابينوكسيلان الذائب في العليقة (الشكلان 1 و2). علاوة على ذلك، أدت إضافة زيلاناز خارجي إلى خفض كل من اللزوجة ودرجة بلمرة الكربوهيدرات القائمة على الأرابينوكسيلان.
وقد لوحظت تفاعلات مماثلة سابقًا؛ حيث تبلغ درجة الحرارة المثلى لمعالجة علائق دجاج التسمين القائمة على القمح حوالي 85 درجة مئوية، مع وجود آثار سلبية لدرجات الحرارة المرتفعة (Silversides and Bedford, 1999).
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت بيانات حديثة أجراها سكوت (2005) أن تأثيرات مماثلة لوحظت في القمح الكندي، حيث زاد التكوير من لزوجة محتويات القناة الهضمية بنسبة 17% تقريبًا، إلا أن هذه النسبة انخفضت بشكل ملحوظ بإضافة الإنزيمات. بالإضافة إلى التغيرات في خصائص النظام الغذائي المرتبطة بالمعالجة الحرارية، يجب أيضًا مراعاة ثبات نواتج الإنزيمات للحرارة. ولأن الإنزيمات بروتينات، فإنها تتعرض لتشويه طفيف (اعتمادًا على بنيتها الثلاثية والرباعية) عند تعرضها لظروف معالجة الأعلاف التي تتضمن تطبيق الحرارة على مصفوفة النظام الغذائي (مثل التكييف والتكوير).
قد تتمتع الإنزيمات التي أصبحت أكثر استقرارًا حراريًا من خلال عمليات التطور المستهدفة أو تقنية الطلاء بميزة على الإنزيمات الأقل استقرارًا، حيث تكون عوائدها بعد المعالجة أعلى عادةً. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن درجة الحرارة المثلى للإنزيمات التي تتمتع بثبات حراري يصل إلى 85-90 درجة مئوية غالبًا ما تكون أعلى بكثير من درجة حرارة الجسم الداخلية للدواجن (حوالي 40 درجة مئوية)، وبالتالي، قد يكون أداء الإنزيمات المتطورة بثبات حراري داخلي عالٍ أقل جودة عند درجات الحرارة المنخفضة.
تشير هذه البيانات إلى ضرورة اعتبار درجة حرارة التكييف عاملاً مهمًا لتحقيق استجابة أكثر تجانسًا للزيلاناز الخارجي.
أوصت العديد من الأبحاث الحديثة باستخدام الحبوب الكاملة في تغذية الدواجن لتحسين الأداء، وصحة الجهاز الهضمي، وتقليل الإصابة بالأمراض (Svihus et al., 2004; Bjerrum et al., 2005). وقد عرضت بيانات تُظهر أن تغذية دجاج التسمين بالقمح الكامل قللت بشكل كبير من عدد بكتيريا Clostridium perfringens في الجزء البعيد من الجهاز الهضمي، وخلصت إلى أن القانصة عضو مهم لمنع استعمار البكتيريا غير المرغوب فيها في الأمعاء الدقيقة. أُفيدَ بملاحظة تغييرات إيجابية في ميكروبات أمعاء الدجاج بعد إضافة الحبوب الكاملة إلى النظام الغذائي (أباجالاتي وآخرون، 1998، 2001) (الشكل 3). حظي التفاعل بين إنزيم الزيلاناز وتناول الحبوب الكاملة باهتمام أقل، إلا أن الأبحاث التي تناولت هذه المسألة خلصت إلى أن تأثير إنزيم الزيلاناز مستقل إلى حد كبير عن وجود الحبوب الكاملة في النظام الغذائي (وورت وآخرون، 2004، وإنجبيرج وآخرون، 2004، وجونز وتايلور، 2001).
(الأعور) لدى دجاج التسمين. حُلّلت البكتيريا المعوية باستخدام تحليل نسبة الجوانين والسيتوزين (G+C) في ثلاث دجاجات مكررة من مزرعتين تُغذّيان فقط على علف تجاري قياسي (أ)، ومزرعتين تُغذّيان على هذا العلف التجاري مُضافًا إليه القمح الكامل (ب). تستند متوسطات قيم وفرة البكتيريا إلى نسبة الجوانين والسيتوزين، وتُوضّح الأعمدة الرأسية أخطاءها المعيارية. وُصفت تقنية تحليل نسبة الجوانين والسيتوزين والطريقة الإحصائية بالتفصيل في مكان آخر (أباجالاتي وآخرون، 1998، 2001).
إنزيمات الذرة
حظي استخدام الإنزيمات الخارجية في الأنظمة الغذائية القائمة على الذرة باهتمام كبير في الدراسات الحديثة. ويُعزى ذلك إلى الحجم الكبير لسوق أعلاف الذرة العالمية، وإدراك أن الذرة علف متغير، وانخفاض انتشار منتجات الإنزيمات نسبيًا في هذا القطاع من الأعلاف، مما حفّز برامج بحثية مدعومة تجاريًا. لخّصت دراسةٌ آثارَ مُكمّلات الإنزيمات في الأنظمة الغذائية القائمة على الذرة، واقترحت بعض آليات عمل الإنزيمات المختلفة (كاويسون، ٢٠٠٥). لذلك، لن تُكرّر هذه الدراسة. هناك دراسةٌ أخرى أجراها سامرز، ٢٠٠١، شاملة، تُلخّص العوامل المهمة في الذرة التي تُحدّد قيمتها الغذائية للدواجن، وتأثيرات الإنزيمات الخارجية. يُرجى من القارئ الرجوع إلى هذه المصادر لمزيدٍ من المعلومات المُفصّلة.
إنزيمات لوجبات البروتين النباتي
تُعدّ الأبحاث المتعلقة بالمكملات الإنزيمية لأعلاف البروتين النباتي المستخدمة في علائق الدواجن شائكة بعض الشيء، نظرًا لمحدودية المعلومات المتعلقة بالركائز. على سبيل المثال، يُعدّ تركيب الكربوهيدرات في دقيق فول الصويا، ودقيق البذور الزيتية، ودقيق الترمس، ودقيق الفاصولياء الحقلية معقدًا نسبيًا مقارنةً بالحبوب، التي تعتمد كربوهيدراتها بشكل رئيسي على النشا (باخ كنودسن، 1997؛ تشوكت، 1997؛ ليسكي وكون، 1999؛ غراهام وآخرون، 2002). علاوة على ذلك، قد يكون للكربوهيدرات نفسها في وجبات البروتين النباتي خصائص مضادة للتغذية (كاويسون وأكاموفيتش، 2003). ومع ذلك، نُشرت العديد من الدراسات في هذا المجال، والتي أظهرت استجابات متباينة لمجموعة واسعة من الإنزيمات (الجدول 2).
أظهرت دراسة حديثة أجراها فاهجين وآخرون (2005) أن أكثر الإنزيمات فعالية في وجبة فول الصويا هي 1,4-β-أرابينوغالاكتاناز، ولكنها أفادت بأنه عند دمج هذا الإنزيم مع غالاكتوماناناز، لوحظت تأثيرات تآزرية في إطلاق السكريات. ومع ذلك، لم تُحسّن هذه التأثيرات التآزرية في المختبر أداء دجاج التسمين في الجسم الحي بشكل ثابت. في الواقع، أدى دمج غالاكتاناز وماناناز إلى انخفاض في زيادة وزن الجسم بنسبة 22% مقارنةً بالدجاج الذي تغذى على نظام غذائي عادي. وخلص الباحثون إلى أن التأثيرات المخيبة للآمال للإنزيم على أداء الدواجن قد تُعزى إلى إطلاق الأوليغومرات التي تزيد من الضغط الأسموزي المعوي. وقد سُجلت نتائج مماثلة لاستخدام مزيج من بولي غالاكتوروناز وميثيل إستراز البكتين في هضم وجبة الترمس في المختبر (علي وآخرون، 2005).
في هذه الدراسة، أعطى مزيج البكتيناز أعلى معدل تحلل مائي لعديدات سكاريد الترمس. ومع ذلك، خلص الباحثون إلى أنه على الرغم من فعالية مزيج البكتيناز في تحلل عديدات سكاريد الترمس، إلا أنه يجب تحديد الجرعات الصحيحة قبل اختبار هذه الإنزيمات في الجسم الحي، لأن الإفراط في استخدام ميثيل إستراز البكتين قد يكون له آثار سلبية على أداء الدواجن.
أفاد دوغلاس وآخرون (2000) بتأثير مكملات الإنزيمات (زيلاناز، أميليز، وبروتياز) على أداء دجاج التسمين الذي تغذى على نظام غذائي يحتوي على اثنتي عشرة عينة مختلفة من دقيق فول الصويا. في هذه الدراسة، وُجد أن تأثير الإنزيم يعتمد على نوع دفعة دقيق فول الصويا، والذي قد يكون راجعًا إلى محتوى الطاقة المهضومة الكامنة في الدقيق. ومع ذلك، بما أن المؤلفين لم يُبلغوا عن نشاط مثبط التربسين أو تركيز الليكتين في كل عينة من الوجبة، فقد يُعزى بعض التباين في استجابة الإنزيم إلى تغيرات في نشاط مثبط التربسين، أو الليكتينات، أو درجة تلف الأحماض الأمينية أثناء المعالجة.
نشر كلارك ووايزمان (2005) مؤخرًا بيانات تُشير إلى أن تركيز مثبط التربسين في دقيق فول الصويا يلعب دورًا بالغ الأهمية في تحديد قيمته الغذائية. من الممكن أن يُقلل مُكون البروتياز في تركيبة الإنزيم في دراسة دوغلاس وآخرون (2000) من الآثار السلبية لمثبطات التربسين في دقيق فول الصويا، ويُحسّن الطاقة القابلة للهضم، ويمنع الخسائر الداخلية.
تدعم هذه الفرضية بيانات نشرها هو وآخرون (1993)، الذين أظهروا أن البروتياز الخارجي يُمكن أن يُفسد بنجاح المواد البروتينية المضادة للتغذية في دقيق فول الصويا في المختبر، مما قد يُحسّن قيمته الغذائية للدواجن (الشكل 4).
وجد غازي وآخرون (2002) أيضًا أن إنزيم البروتياز نجح في تحسين القيمة الغذائية لوجبة فول الصويا المخصصة للدواجن، وخلصوا إلى أن التحلل المائي للبروتينات المستضدية في الوجبة، أو تحسين قابلية هضم البروتينات التالفة حراريًا، قد يكون مسؤولًا عن تحسين الأداء.
يشير هذا إلى أن إنزيم البروتياز قد يكون أحد الإنزيمات المرشحة لتحسين القيمة الغذائية لوجبة فول الصويا (وربما وجبات بروتينية أخرى) من خلال استهداف العوامل البروتينية المضادة للتغذية، والبروتينات المستضدية، والبروتينات التالفة أثناء المعالجة. أفاد كوشر وآخرون (2002) أن إضافة الإنزيم إلى نظام غذائي قائم على الذرة ووجبة فول الصويا قد زاد من الطاقة الأيضية للنظام الغذائي بنسبة 1.6% (قيمة P < 0.05). وخلص الباحثون إلى أن الآثار المفيدة للإنزيم على قابلية هضم الكربوهيدرات قد حسّنت الطاقة الأيضية الظاهرة للوجبة. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه لم يُلاحظ أي تحسن ملحوظ في الأداء (زيادة الوزن أو معدل تحويل العلف) في هذه الدراسة.
قد يكون من المفيد أيضًا إضافة إنزيمات إلى الأنظمة الغذائية التي تحتوي على وجبات بروتينية أخرى. على سبيل المثال، أظهرت دراسة أجراها كوفيزون وآخرون (2003) أن القيمة الغذائية للأنظمة الغذائية التي تحتوي على وجبة الحمص قد تحسنت بإضافة مزيج من الإنزيمات، بما في ذلك زيلاناز، وأميلاز، وسيلولاز، مع تحقيق بعض الآثار المفيدة من خلال تقليل إفراز المخاط الداخلي.
ومن المجالات التي لم تحظَ باهتمام كبير حتى الآن، ولكن من المرجح أن تحظى باهتمام كبير في السنوات القادمة، استخدام الحبوب المجففة مع المحاليل (DDGS) في تغذية الحيوانات أحادية المعدة، وتحسين القيمة الغذائية لـ DDGS باستخدام إنزيمات خارجية مناسبة. يتميز DDGS بمحتوى غذائي جيد نسبيًا، على الرغم من احتوائه على نسبة عالية من الألياف، مما قد يحد من استخدامه في علائق الدواجن (الجدول 3؛ Spiehs وآخرون، 2002؛ Blia وآخرون، 2004؛ Lumpkins وآخرون، 2004). يبلغ محتوى الفوسفور في علف DDGS حوالي 0.9% (Spiehs وآخرون، 2002)، وهو قابل للامتصاص بدرجة عالية من قبل الدواجن مقارنةً بالأعلاف الأخرى (54-100%؛ Martinez وآخرون، 2004؛ Lumpkins وBatal، 2005). تشير هذه القابلية العالية للامتصاص إلى أن مكملات الفيتاز قد لا تكون ضرورية لـ DDGS. ومع ذلك، فإن التقلبات الكبيرة في توافر الفوسفور في DDGS غير مقبولة لدى خبراء التغذية، وبالتالي يمكن أن يكون الفيتاز أداة مفيدة للحد من هذه التقلبات.
نظرًا لمحتوى DDGS العالي من الألياف والتغيرات في قيمته الغذائية (Cromwell وآخرون، 1993)، هناك إمكانية لتحسين القيمة الغذائية باستخدام إنزيمات تحلل NSP، وخاصةً الإنزيمات ذات الألفة العالية للألياف غير القابلة للذوبان. كذلك، قد تكون الأحماض الأمينية في DDGS منخفضة الامتصاص بسبب تلفها أثناء التجفيف، وهو ما قد يكون شديدًا بشكل خاص بالنسبة لليسين (Goodson and Fontaine 2004؛ Lumpkins and Batall 2005).
لذلك، يمكن أيضًا تحسين القيمة الغذائية لـ DDGS بإضافة إنزيمات بروتياز خارجية إلى النظام الغذائي أو إنزيمات قادرة على تحليل مركبات الجلوكوزامين. على حد علم المؤلفين، لم تُنشر أي مقالات في مجلات محكمة حول إضافة الإنزيمات إلى الأنظمة الغذائية التي تحتوي على DDGS للدواجن؛ وهذا المجال يتطلب مزيدًا من الاهتمام والبحث.
فيتاز
يُعد إنزيم الفيتاز فريدًا نسبيًا كإنزيم في أعلاف الحيوانات، إذ يُستخدم في كلٍّ من الأنظمة الغذائية القائمة على القمح والشعير والذرة، لذا فإن السوق المحتملة للفيتاز واسعة جدًا. لهذا السبب، أُجريت العديد من الأبحاث حول فعالية وآلية عمل أنواع مختلفة من الفيتاز في الأنظمة الغذائية للحيوانات أحادية المعدة. ويمكن الاستنتاج أن الفيتاز فعال في تحسين الاحتفاظ بالفوسفور الغذائي (P) (سيمونز وآخرون، 1990)، وقد يُحسّن أيضًا الاحتفاظ بالأحماض الأمينية الغذائية والطاقة (سيل وآخرون، 2005).
يتعلق أحد مجالات البحث الحديثة حول آلية عمل الفيتاز بتأثيرات الفيتات والفيتاز على الإفرازات الداخلية، وما إذا كانت بعض الآثار المفيدة للفيتاز ناتجة عن تغيرات إيجابية في الإفرازات الداخلية وإنتاج الموكوسين. أظهرت دراسات حديثة أنه في غياب العلف، يمكن للفيتات (كمحلول مائي من سداسي فوسفات الإينوزيتول) أن يزيد إفراز المعادن والأحماض الأمينية والكربوهيدرات المخاطية (الشكل 5) لدى دجاج التسمين بعمر ستة أسابيع، ويمكن للفيتاز أن يقلل جزئيًا من هذه الآثار الضارة (كاويسون وآخرون، 2004). وتدعم هذه النتائج أيضًا دراسة أونيانغو وآخرون (2004)، الذين أظهروا أن وجود حمض الفيتيك يزيد من إفراز المخاط الداخلي في أمعاء البط والدجاج اللاحم. وقد يرتبط جزء من الآثار المفيدة للفيتاز في الأنظمة الغذائية للحيوانات بتقليل الآثار الضارة للفيتات، وكذلك بإطلاق العناصر الغذائية من العلف. عند فحص تأثير الفايتاز على معاملات هضم الأحماض الأمينية، تكون هذه التأثيرات متغيرة وتعتمد على نوع الأحماض الأمينية (Selle et al.، 2000؛ Adeola & Sands 2003؛ Cowieson et al.، 2006)، بحيث يتم تحسين هضم الأحماض الأمينية مثل الثريونين والسيستين والأرجينين والسرين بواسطة الفايتاز أكثر من، على سبيل المثال، الميثيونين (Biehl & Baker 1997؛ Kornegay et al.، 1999؛ Namkung & Leeson et al.، 1999، Zhang et al.، 1999).
الشكل 5. تأثير إنزيم الفايتاز وحمض الفيتيك (إينوزيتول هيكسافوسفات؛ IP6) على إفراز حمض السياليك في دجاج التسمين بعمر ستة أسابيع. القيم هي متوسطات حسابية، والأخطاء المعيارية موضحة بأعمدة رأسية. كان متوسط القيمة مختلفًا بشكل ملحوظ عن المجموعة الضابطة (P < 0.05) (مقتبس من (Cowieson et al., 2004).
من المهم ملاحظة أن الأحماض الأمينية التي أظهرت معاملات هضمها أكبر تحسن مع إضافة الفيتاز هي تلك الموجودة في أعلى تركيزات في الإنزيمات الداخلية والميوسينات (Forstner & Forstner, 1994).
نشر واتسون وآخرون (2005) مؤخرًا بيانات تُظهر أن إضافة الفيتاز إلى الأنظمة الغذائية الكاملة غذائيًا يمكن أن تؤدي إلى زيادة إضافية في الأداء. كما لاحظ كويسون وآخرون (2006b,c) تأثيرات مماثلة مع الجمع بين إنزيمات الكربوهيدرات والفيتاز في الأنظمة الغذائية الكاملة. تشير هذه النتائج إلى أن متطلبات الفوسفور لدى دجاج التسمين إما أكبر مما كان يُعتقد سابقًا، أو أن الفيتاز يمكن أن يُحسّن القيمة الغذائية الصافية للأغذية عن طريق تقليل متطلبات الصيانة وبالتالي زيادة الأداء.
تتعلق دراسة أخرى مثيرة للاهتمام في هذا المجال بالاستقرار البروتيني لـ فيتاز. نشر أونيانغو وآخرون (2005) بيانات تُظهر أن إنزيمات الفايتاز المختلفة (من بينيوفورا وإيشيريشيا) تختلف في مقاومتها للتحلل المائي في الجهاز الهضمي. ويُعد هذا الأمر مهمًا لأن الموقع الرئيسي لتحلل الفيتات في الجهاز الهضمي هو المرحلة المعدية (حيث يكون الفيتات أكثر قابلية للذوبان)، وبالتالي فإن فقدان نشاط الإنزيم يمكن أن يؤثر بشكل كبير على توافره الحيوي. وتُعدّ مسألة استقرار الإنزيم في الجهاز الهضمي مهمة ليس فقط للفيتاز، بل أيضًا لأنظمة الإنزيمات الأخرى والمضافات الغذائية، مثل الزيوت العطرية التي يُزعم أنها نشطة في الجزء البعيد من الجهاز الهضمي، حيث يجب أن تبقى على قيد الحياة أولًا في الجزء الأولي منه (مثل التحلل البروتيني، أو الاستحلاب والهضم بواسطة الليبازات الداخلية).
ومن الواضح أنه بما أن للفيتاز الخارجي تأثيرًا كبيرًا على تخزين العناصر الغذائية الخارجية والإفرازات الداخلية، فمن الضروري أن يكون النظام الغذائي الذي… صُممت إضافة إنزيم الفايتاز بشكل استراتيجي لاستيعاب هذه التغيرات في بيئة الأمعاء وقابلية هضم العناصر الغذائية.
تشير الأدلة التجريبية إلى أن تناول الماء وإخراجه يزدادان عند استخدام الفايتاز، والذي قد يكون مرتبطًا بتغيرات في الضغط الأسموزي في الجهاز الهضمي؛ وقد يكون ذلك بسبب الأيونات المُطلقة أو تغيرات في إفراز الصوديوم والبوتاسيوم (كاويسون وآخرون، ٢٠٠٤).
ينبغي أن تركز الأبحاث المستقبلية حول الفايتاز على توضيح آثاره على الإفرازات الداخلية، ودوران البروتين، بالإضافة إلى تأثير التوازن الحمضي القاعدي والجهد الأسموزي على كفاءة الفايتاز وأداء الطيور.
الإنزيمات والإفرازات الداخلية
أثناء عملية الهضم، تنتقل العناصر الغذائية من تجويف الأمعاء (الفراغ الداخلي) إلى الجسم. وفي الوقت نفسه، تنتقل أيضًا مركبات من الأنسجة المرتبطة بالأمعاء إلى التجويف. تشمل هذه المركبات بشكل رئيسي المخاط، والإنزيمات الداخلية، والصفراء، والشوارد، والبيكربونات، والخلايا المتساقطة، ومركبات نيتروجينية أخرى مثل حمض اليوريك (فولر وريدز، 1998). على الرغم من أن هذه الإفرازات الداخلية ضرورية لكفاءة الهضم، إلا أنها تأتي بتكلفة غذائية على الحيوان، خاصةً عند الإفراط في إنتاجها، على سبيل المثال عند وجود مثبطات التربسين في النظام الغذائي (كلارك ووايزمان، 2005). ومع ذلك، فإن هذه التكلفة الغذائية أكثر أهمية من حيث توازن الطاقة من متطلبات الأحماض الأمينية، حيث يتم الاحتفاظ بحوالي 90% من النيتروجين الذي يفرزه الحيوان (كراويليتزكي وآخرون، 1990، 1994). لذلك، يمكن الاستنتاج أن التكلفة الحقيقية للإفرازات الداخلية ربما تكون أكبر بالنسبة للطاقة الصافية للنظام الغذائي من تأثيرها على متطلبات الأحماض الأمينية.
الأنظمة الغذائية والأطعمة القادرة على تحفيز زيادة الإفرازات الداخلية مكلفة غذائيًا للحيوانات. على سبيل المثال، ثبت أن الفيتات (Cowieson et al. 2004) والعفص (Mansoori & Acamovic, 1998) والسكريات المتعددة غير النشوية (NSP) (Larsen et al. 1993; Angkanaporn et al. 1994; Cowieson & Acamovic, 2003) تزيد من الإفرازات الداخلية وتُضعف الأداء في دجاج التسمين. ويؤدي هذا الدليل إلى استنتاج واضح مفاده أن الإنزيمات الخارجية التي تُحلل هذه المركبات المضادة للتغذية التي تُحفز الإفرازات الداخلية قد تُمارس (جزئيًا على الأقل) آثارها عن طريق تقليل إفراز هذه المركبات الداخلية.
وينبغي للأبحاث المستقبلية في هذا المجال أن تركز على تأثيرات الإنزيمات الخارجية على الاحتياجات الغذائية، حيث أن هذا المجال لا يزال غير معروف إلى حد كبير.
الإنزيمات، الكفاءة المناعية، والنباتات الميكروبية
يرتفع تركيز الكائنات الدقيقة في الأمعاء الدقيقة اللفائفية والأعور لدى الدجاج بشكل كبير، حيث قد يصل إلى 109 و1011 لكل غرام من الأمعاء الغليظة، على التوالي (أباجالاتي وبيدفورد، 1998). هذه الأعداد مرتفعة للغاية، ويمكن أن يؤثر هذا التركيز من الكائنات الحية النشطة أيضيًا بشكل كبير على قدرة العائل على مكافحة الأمراض واستقلاب العناصر الغذائية. يعتمد المجتمع البكتيري بشكل كبير على النظام الغذائي كمصدر للاستقلاب (واغنر وتوماس، 1977؛ سافوري، 1992). وبالتالي، فإن التغييرات في تركيبة النظام الغذائي أو كثافة العناصر الغذائية يمكن أن يكون لها آثار كبيرة على مجموعات ميكروبات الأمعاء (جيبسون وآخرون، 1996؛ هيلمان، 1999؛ ريد وهيلمان، 1999؛ هوبود وآخرون، 2002)، مما قد يؤثر بدوره على قدرة الحيوان على هضم وامتصاص العناصر الغذائية.
بهذه الطريقة، يمكن للإنزيمات الخارجية أن تُغيّر بشكل غير مباشر أعداد الميكروبات في الجهاز الهضمي من خلال التأثير على ركائز الكربون التي تستخدمها البكتيريا (تشوكت وآخرون، 1999؛ بيدفورد، 2000ب؛ كويسون وآخرون، 2000). ونظرًا لأن البكتيريا العابرة والمقيمة في الأمعاء تعتمد على ما يتناوله الطائر من عناصر غذائية في أيضها ونموها (سافوري، 1992؛ لان وآخرون، 2005)، فإن نوع المادة في النظام الغذائي يمكن أن يكون له تأثير كبير على أعداد الميكروبات في الجهاز الهضمي (واغنر وتوماس، 1977).
تساعد عوامل أخرى، مثل درجة حموضة الجهاز الهضمي، ومعدل نقل العلف، وحجم جزيئات العلف، وطحن القوانص، ووجود إنزيمات خارجية وداخلية، وارتفاع ضغط الأكسجين، والمركبات المضادة للميكروبات الداخلية مثل أملاح الصفراء، على الحد من تكاثر الميكروبات في الأمعاء الدقيقة (بيدفورد، 2000ب).
يجب أن تسمح الأمعاء السليمة بمرور العناصر الغذائية بين تجويفها ومجرى الدم، مع منع دخول مسببات الأمراض في الوقت نفسه. تنشط في الأمعاء عدة آليات دفاعية، يمكن تقسيمها إلى فئتين: غير مناعية ومناعية.
من أمثلة آليات الدفاع غير المناعية الحموضة، وإفرازات الصفراء، والإنزيمات المحللة للبروتين التي يمكنها تحلل جدران الخلايا البكتيرية. يمكن تقليل التصاق الميكروبات بظهارة (بطانة) الجزء العلوي من الأمعاء الدقيقة من خلال الحركة الميكانيكية للتمعج (انقباضات تشبه الموجات في الأمعاء). يحمي المخاط، الذي تفرزه أيضًا الخلايا الكأسية، سطح ظهارة الأمعاء، وفي الوقت نفسه يُكوّن مصفوفة لزجة يمكنها حبس المستضدات الغريبة (فورستنر وفورستنر، 1994؛ كينغ، 1998).
(فرنانديز وآخرون، 2000) أُفيد بأن إضافة إنزيم زيلاناز إلى علائق الدواجن يؤثر على تخليق المخاط (المادة المخاطية). ولم يتضح تمامًا تأثير الإنزيمات على تخليق المخاط، إلا أن زيلاناز قد يزيد من إفراز المخاط بواسطة الخلايا الكأسية عن طريق تقليل لزوجة محتويات الأمعاء. وتشير البيانات أيضًا إلى أن زيلاناز يُعدّل مجموعات N-أسيتيل الجلوكوزامين في مخاط الخلايا الكأسية في أجزاء مختلفة من القناة المعوية للدواجن.
أُفيد بأن خصائص الكربوهيدرات في المخاط المعوي تُثبط التصاق البكتيريا المسببة للأمراض، مثل السالمونيلا التيفية الفأرية واليرسينيا المعوية القولونية (إنسجرابر وآخرون، 1992). وقد ثبت أن إضافة خليط إنزيمي يحتوي على زيلاناز، وأميلاز، وسيلولاز إلى علائق تحتوي على دقيق الحمص يُقلل من إفراز المخاط الداخلي (كاويسون وآخرون، 2003).
إن وظيفة الإنزيمات في تكوين فلورا ميكروبية معوية طبيعية (وهي فلورا لا تسبب أمراضًا سريرية أو دون سريرية، وتنمو بشكل مُتحكم فيه، وتُوفر الطاقة للمُضيف من خلال إنتاج نواتج أيضية) قد تُعزز مناعة المُضيف. وقد يرتبط هذا التعزيز بتحفيز آليات الدفاع المناعي المخاطي والجهازي، ربما عن طريق تقليل تركيز المركبات المُسببة للترسب (المواد المُفسدة).
أفاد كيتونين وراوتونين (2005) بأن استخدام الإنزيمات الخارجية يزيد من امتصاص الخلايا المناعية المعوية للعناصر الغذائية، ويُساهم في تحسين المناعة. ولاحظ هذان الباحثان زيادة في تركيز IgA في محتويات الأمعاء عند إضافة مزيج من الزيلاناز والأميليز والبروتياز إلى نظام الدواجن الغذائي.
وأفاد نفس الباحثين (كيتونين وآخرون، 2005) مؤخرًا بأن دمج هذه الإنزيمات مع البيتايين يُساهم في نضج المناعة، بحيث زادت خلايا CD4+ في أنسجة الأمعاء الدقيقة، وارتفعت مستويات IgA في محتويات الأمعاء.
فنغ وآخرون. أفاد (2004) أيضًا أن الاستجابات المناعية، مثل نشاط الخلايا القاتلة الطبيعية ومستويات الأجسام المضادة في المصل، قد تعززت بإضافة إنزيمات خارجية إلى النظام الغذائي.
يعتمد مدى قدرتنا على التلاعب بآليات الدفاع المناعي من خلال استخدام الإنزيمات الخارجية على فهمنا للآليات الخلوية والجزيئية للتوازن الدقيق بين ميكروبات الأمعاء الطبيعية، والمكونات المناعية المخاطية، وتأثيرات أنواع مختلفة من الإنزيمات على هذه العمليات.
القدرة على التنبؤ
جودة المكونات
يرتبط تأثير الإنزيمات الخارجية ارتباطًا وثيقًا بركائزها، وما يترتب على ذلك من تأثير على القيمة الغذائية الجوهرية للغذاء المُضاف إليه. لذلك، تُعد معرفة جودة المواد الخام أمرًا أساسيًا لاستخدام الإنزيمات على أكمل وجه وبكفاءة ثابتة وقابلة للقياس. جودة المواد الخام، على الرغم من شيوعها، ليس من السهل تعريفها. بشكل عام، تعتمد الجودة الغذائية للغذاء على تركيز العناصر الغذائية فيه وقابليتها للهضم، وتخفيفها بمركبات غير غذائية (مثل السليلوز)، وتعزيزها بمركبات ذات قيمة غذائية سلبية (مثل مثبطات التربسين). عند إضافة الإنزيمات إلى هذه المصفوفة الغذائية، يُمكن اعتبارها إما عاملًا في زيادة قابلية هضم العناصر الغذائية أو المخففات، أو عاملًا في تقليل الآثار الضارة المضادة للتغذية.
من المنطقي افتراض أنه بما أن الإنزيمات قد ثبت أنها تقلل من التقلبات، على سبيل المثال، في القيمة الغذائية لمادة خام، فإن التحسن في القيمة الغذائية سيكون أكبر في المواد الخام ذات الطاقة الأيضية المنخفضة مقارنةً بالمواد الخام ذات الطاقة الأيضية الأعلى بطبيعتها. في الواقع، تم إثبات ذلك لكل من دقيق القمح وفول الصويا (دوغلاس وآخرون، 2000؛ سكوت، 2005). بحث دوغلاس وآخرون (2000) في تأثير إضافة إنزيمات خارجية إلى أنظمة غذائية قائمة على الذرة وفول الصويا باستخدام 12 دفعة مختلفة من دقيق فول الصويا. ووجدوا أن تأثير الإنزيم كان مستقلاً عن بعض المتغيرات المقاسة، مثل ذوبان البروتين أو محتوى البروتين أو الطاقة الكلية للمادة الخام، ولكنه كان أكثر اعتمادًا على محتوى الطاقة الأساسية المهضومة. وبالمثل، أفاد سكوت (2005) أن عينات القمح ذات نسب التحويل الغذائي الداخلية العالية (FCR) استجابت بشكل جيد للإنزيمات المضافة. مع تحسّن المعرفة بجودة المواد العلفية وتوافر الركيزة، قد يصبح تطوير الجيل التالي من إنزيمات الأعلاف أسهل.
توجد عدة طرق لتقييم القيمة الغذائية للعلف، بما في ذلك الدراسات الوظيفية، ودراسات الأيض، والتجارب المعملية في المختبر. ومع ذلك، ليس من العملي ولا الأخلاقي استخدام أعداد كبيرة من الحيوانات لتقييم القيمة الغذائية لجميع الأعلاف قبل صياغة علائق الدواجن. لذلك، يُنصح بوجود نماذج إحصائية قادرة على تقييم القيمة الغذائية لفئة معينة من الحبوب أو البقوليات واستجابتها للإنزيمات الخارجية من خلال التجارب المعملية في المختبر. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام التحليل الشامل لبيانات الأداء والأيض المرتبطة بمعايير المختبر (روزن 2002أ، ب).
النمذجة الحيوانية
إن استخدام النماذج الحيوانية للتنبؤ بالقيمة الغذائية للعلف أو الاستجابة لمضافات الأعلاف ليس مفهومًا جديدًا، ولكنه أصبح أكثر تطورًا في السنوات الأخيرة، لا سيما مع إدخال الشبكات العصبية والمنطق الضبابي في نمذجة نمو الحيوانات. وقد أُنشئت قواعد بيانات ضخمة جدًا باستخدام البيانات المنشورة لتوفير نماذج جبرية مثالية للاستجابات لمجموعة متنوعة من إضافات الأعلاف، بدءًا من النحاس (Cu) ووصولًا إلى مُعززات النمو المضادة للميكروبات والإنزيمات الخارجية (روزن، 2001). ويمكن أن تكون هذه النماذج مفيدة جدًا لصناعة الأعلاف، إذ تُبرز متغيرات مهمة مرتبطة بالاستجابة لمضافات الأعلاف، والتي لا تظهر عند فحص نتائج تجربة أو تجربتين فقط.
ومع ذلك، فإن النماذج المبنية فقط على البيانات المنشورة تميل حتمًا نحو النتائج الإيجابية، حيث نادرًا ما تُنشر الاستجابات السلبية أو الثابتة للمضافات. كما أن التباين الكامن في النماذج القائمة على البيانات المنشورة يجعل من المستحيل استخدام قواعد بيانات أصغر حجمًا لتحقيق النتائج المرجوة. في الواقع، يشير روزن (2002أ، ب) إلى أن تطوير نموذج عملي يتطلب ما لا يقل عن 100 تجربة، وهو عدد يرتبط ارتباطًا مباشرًا بتباين قاعدة البيانات. أما بالنسبة لقواعد البيانات المُطورة في ظل ظروف أكثر تحكمًا وتباينًا أقل، فقد يكون عدد التجارب المطلوبة أقل بكثير. ومع ذلك، إذا كان تباين المدخلات منخفضًا جدًا، فإن قوة قاعدة البيانات تضعف، نظرًا لعدم وجود بيانات كافية لاستخراج متغيرات مهمة بناءً على البيئة والصيانة، وما إلى ذلك.
وبالتالي، قد يكون هناك توازن بين التباين العالي، الذي يتسبب في إغفال تأثيرات حقيقية مهمة، ونموذج مُتحكم فيه للغاية ويُحتمل أن يبدو مصطنعًا. يمكن الاستنتاج أن استخدام نماذج المربعات الصغرى المستندة إلى بيانات أداء الحيوانات يُعد أداة فعّالة للتنبؤ باستجابة الحيوانات لمُضافات الأعلاف في ظل ظروف غذائية محددة.
ومن المرجح أن يُصاحب تطوير مُضافات أعلاف جديدة، بما في ذلك إنزيمات جديدة، في المستقبل نماذج قادرة على التنبؤ بحجم الاستجابة واستمراريتها. ينطبق هذا بشكل خاص عند استخدام توليفات من إضافات الأعلاف، حيث قد تكون الاستجابات ثانوية، أو إضافية، أو تآزرية. لذلك، إذا طُوّرت إنزيمات علفية جديدة أو إضافات أخرى دون الاستعانة بالنمذجة الإحصائية، فستكون التوصيات بالجرعات المثلى في أحسن الأحوال مجرد تخمينات مدروسة.
التطورات المستقبلية
من الصعب التنبؤ بالخطوة الكبيرة القادمة في أبحاث إنزيمات الأعلاف. ومع ذلك، هناك بعض الثغرات المعرفية الواضحة التي قد تؤدي إلى اكتشافات ذات آثار مهمة. يُعد تأثير الإنزيمات على الاحتياجات الغذائية وقيم الطاقة الصافية والأحماض الأمينية مجالًا غير مستكشف إلى حد كبير. على سبيل المثال، هل للبروتيازات الخارجية تأثير وقائي على إنتاج البروتياز الداخلي (الداخلي) من خلال آلية التغذية الراجعة الهرمونية؟ إذا كان الأمر كذلك، فقد تُقلل الإنزيمات التكميلية من احتياجات الطيور من الطاقة والأحماض الأمينية. وينطبق هذا الاحتمال أيضًا على إنزيمات أخرى مثل الأميليز والمالتاز والإيزومالتاز والليباز. لا يوجد سبب يدفع الحيوان إلى الاستمرار في إنتاج إنزيماته الخاصة إذا كان إنتاجها أكثر تكلفة من عمليات التخمير التجارية، أو إذا تعرض لعوامل بيئية زائدة في ظل ظروف مرهقة أو خاصة (مثل أمراض حديثي الولادة، وأمراض الأمعاء، وما إلى ذلك).
هناك مجال آخر لا يزال مجهولاً إلى حد كبير، وهو استخدام الإنزيمات كمضادات حيوية مباشرة لتفكيك عديدات السكاريد الرابطة أو جدران خلايا البكتيريا، وتأثير الإنزيمات على القدرة المناعية للعائل.
يُعد توفير ركائز للبكتيريا “النافعة” بواسطة الإنزيمات المستهدفة، وتأثيرها المحتمل على الحالة المناعية، مجالاً واعداً للغاية للأبحاث المستقبلية. وأخيرًا، لا يزال تأثير عمر الطائر على توصيات جرعات الإنزيمات غير مفهوم جيداً. من المرجح أن تختلف احتياجات الحيوانات الأصغر سناً من الإنزيمات عن الحيوانات الأكبر سناً، مما يؤدي إلى تغير نوع الإنزيمات والجرعة المثلى مع التقدم في السن. على الرغم من وجود العديد من السبل الجديدة لاستكشافها في هذا المجال، إلا أن صناعة إنزيمات الأعلاف تواجه أيضاً تحديات كبيرة. تشمل هذه التحديات متطلبات تنظيمية متزايدة الصرامة داخل الاتحاد الأوروبي وخارجه، وقيوداً مستقبلية محتملة على مقبولية استخدام الكائنات المعدلة وراثياً لإنتاج الإنزيمات. علاوة على ذلك، مع تطوير إنزيمات أكثر “نشاطًا حيويًا” وتركيزًا، من الضروري أن يضمن منتجو هذه المنتجات الحفاظ على تجانس الإنزيمات في العلف عند مستوى مقبول، حتى عند استخدام تركيزات منخفضة من المواد المضافة. ورغم هذه التحديات، من المرجح أن يستمر استخدام الإنزيمات الخارجية لتحقيق الأهداف الغذائية في صناعة الدواجن في المستقبل المنظور.
الخلاصة
تُعدّ الإنزيمات الخارجية فعّالة في تحسين القيمة الغذائية لأعلاف الدواجن، وبالتالي تحسين أداء الحيوانات. ومع ذلك، فإن تأثيرها على القيمة الغذائية الصافية، والنباتات الميكروبية، وإمكانية السلامة، ومدى تأثير جودة الركيزة وتنوعها على التوافر الحيوي للإنزيمات غير مفهوم تمامًا. من خلال تزويد صانعي القرار بمنتجات فعّالة واقتصادية، وتزويدهم بالمعرفة اللازمة لتعظيم عائد الاستثمار، بدلًا من مجرد اقتراح الجرعة المطلوبة بناءً على أقل تكلفة للطن من العلف، ستكتسب شركات إنزيمات الأعلاف ميزة استراتيجية في بيئة تنافسية متزايدة.
