Archiwum

Ronny Mombaerts i Barbara Gaethofs, Nutrex NV Krzysztof Jankowiak, Nutrimix Polska

Trzoda chlewna oraz drób mają trudności z trawieniem NSP (polisacharydów nieskrobiowych) znajdujących się w zbożach. Enzymy mają zdolność rozcinania tych długołańcuchowych struktur na krótsze kawałki. Idealnym enzymem nadającym się do tego zadania wydaje się być ksylanaza.

Arabinoksylany złożony problem

Dodawanie enzymów do mieszanek paszowych jest szeroko rozpowszechnionym działaniem w przemyśle paszowym. Ich zastosowanie w paszy przeważnie związane jest z potrzebą hydrolizy frakcji polisacharydów nieskrobiowych zbóż. NSP u zwierząt monogastrycznych nie mogą być trawione przy użyciu enzymów pochodzenia endogennego i mogą mieć efekt antyżywieniowy. Efekt ten związany jest z polimerowym charakterem NSP i może być skutecznie wyeliminowany przez rozcięcie ich na mniejsze fragmenty. Arabinoksylany (AX) stanowią większą część NSP surowców paszowych. Ich struktura może być bardzo zróżnicowana od prostego pojedynczego łańcucha ksylanowego aż do skomplikowanej struktury zbudowanej z wielu łańcuchów bocznych (arabinoza, kwas glukuronowy, grupy acetylowe, kwas fenolowy). Różnorodna budowa arabinoksylanów ma bardzo duży wpływ na ich właściwości funkcjonalne takie jak rozpuszczalność, zdolność do wchodzenia w reakcje z innymi związkami chemicznymi, oraz podatność na działanie enzymów. Arabinoksylany (AX) możemy podzielić na rozpuszczalne w wodzie (WE-AX) oraz nierozpuszczalne w wodzie (WU-AX) (Tabela 1). Obydwie frakcje przyczyniają się do wystąpienia efektu antyżywieniowego, AX rozpuszczalne w wodzie odpowiedzialne są za wzrost lepkości treści jelit, podczas gdy AX nierozpuszczalne w wodzie szczelnie otaczają wysokostrawne składniki pokarmowe czyniąc je niedostępnymi dla procesów trawienia (Wykres 1). Sumaryczny efekt antyżywieniowy wywołany przez arabinoksylany zależy zatem, nie tylko od ich poziomu w paszy, ale w dużej mierze również od wzajemnych proporcji rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych AX (WE-AX/WU-AX).

Działanie hydrolityczne enzymu

Rozłożenie AX przez ksylanazę poprzedzone jest etapem przyłączenia arabinoksylanu do ściśle określonego miejsca w strukturze enzymu. Istnieje duża różnorodność budowy zarówno miejsc wiązania substratu, jak i arabinoksylanów. Fakt ten tłumaczy różnice w efektywności działania różnych preparatów ksylanazowych oraz konieczność ponownego przygotowania dawki enzymu w przypadku zmiany składu surowcowego paszy.
Duża różnorodność AX mogłaby sugerować, konieczność zastosowania wielu enzymów np. endo1,4-β-ksylanazy, β-ksylozydazy oraz α-arabinofuranozydazy w celu rozbicia AX na cukry proste. W rzeczywistości do zoptymalizowania wykorzystania paszy przez zwierzęta nie jest wymagane zastosowanie tak bogatego koktajlu enzymatycznego. Aby osiągnąć cel wystarczy zastosowanie endoksylanazy, która zmniejszy rozmiary cząsteczek AX oraz zniweluje ich efekt antyżywieniowy. Ponadto hydroliza arabinoksylanów do pentoz (cukrów pięciowęglowych) jest działaniem niepożądanym, gdyż zwiększa poziom wilgotności odchodów. Działanie ksylanazy na obie frakcje arabinoksylanów (WE-AX i WU-AX) w zbożach przedstawione zostało na wykresie 1. Arabinoksylany nierozpuszczalne w wodzie rozkładane są na mniejsze fragmenty, które mogą być rozpuszczalne w wodzie (rozpuszczalne AX: S-AX), lub nie (nie rozpuszczalne AX: NS-AX).

Arabinoksylany rozpuszczalne w wodzie oraz S-AX cięte są na fragmenty o mniejszej masie cząsteczkowej. W zależności od źródła pochodzenia ksylanaza charakteryzuje się różnym działaniem na określone substraty. Enzymy NSP stosowane w przemyśle paszowym selekcjonowane były przez wiele lat pod względem efektywności działania na WE-AX, gdyż sądzono, że każde działanie na frakcję WU-AX ma negatywny wpływ na wydajność produkcyjną.

Courtin i Delcur 2001 zbadali selektywną aktywność endoksylanazy bakteryjnej (B-X pochodzenie: Bacillus subtilis) oraz grzybowej (F-X pochodzenie: Aspergillus aculeatus) w stosunku do arabinoksylanów rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych w wodzie. Naukowcy stwierdzili, że oba typy ksylanazy działają w równym stopniu na WE-AX, jednocześnie zaobserwowali znaczną różnicę w działaniu na frakcję WU-AX. Ksylanaza pochodzenia bakteryjnego już przy niskiej koncentracji była w stanie rozpuścić 30 razy więcej WU-AX niż ksylanaza pochodzenia grzybowego (Wykres 2). W ośrodku CTL w Gent (Belgia) przeprowadzono badania mające na celu oszacowanie wzrostu lepkości wywołanej powstawaniem S-AX w zawiesinie pszenicznej. Na podstawie wykonanych doświadczeń Rosier (2001) stwierdził, że zastosowanie endoksylanazy bakteryjnej nigdy nie wywołuje wzrostu lepkości a ponadto w większości przypadków prowadzi do jej obniżenia w porównaniu do innych preparatów endoksylanazowych pochodzenia grzybowego dostępnych na rynku (Wykres 3). Zjawisko to możemy wytłumaczyć faktem, że powstające pod wpływem działania endoksylanazy bakteryjnej S-AX są zbyt małe, aby mogły mieć wpływ na lepkość zawiesiny pszenicznej. Ponadto same S-AX są szybko degradowane do jeszcze mniejszych fragmentów (Wykres 1).

Niedocenione znaczenie frakcji arabinoksylanów nierozpuszczalnych w wodzie

Aby oszacować różnice działania enzymów paszowych dokonano porównania wpływu różnych preparatów ksylanazowych na organizm zwierzęcy. W doświadczeniu wykorzystano pasze z różnymi udziałami WE-AX oraz WU-AX, które uzyskano przez zastosowanie różnych ilości pszenicy oraz kukurydzy (Wykresy 4-7). Ksylanaza bakteryjna poprawiła znacząco efekty produkcyjne niezależnie od składu diety. Korzyści z zastosowania ksylanazy bakteryjnej na kukurydzę są wyjątkowe, gdyż dotychczas wpływ enzymów NSP na dawki pokarmowe z dużym udziałem tego surowca był znikomy (Summers 2001). Porównanie różnych preparatów ksylanazowych dostępnych na rynku dodatków wskazuje, że najlepsze efekty daje zastosowanie ksylanazy bakteryjnej. Okazuje się więc, że znaczenie frakcji nierozpuszczalnej arabinoksylanów jest dużo większe niż dotychczas sądzono. W tym aspekcie różnice działania endoksylanazy bakteryjnej oraz grzybowej są oczywiste. Ponadto, arabinoksylany nierozpuszczalne (5,1% w kukurydzy, 6,3% w pszenicy) postrzegane były dotąd, jako niemające prawdziwego działania antyżywieniowego, tworzą one fizyczną barierę dla enzymów trawiennych takich jak amylaza, proteaza (Choct, 2001). Dlatego też hydroliza frakcji WU-AX poprawia dostęp enzymów trawiennych do substratów i w efekcie końcowym zwiększa ilość dostępnej energii metabolicznej diety.

Wnioski

Na całość arabinoksylanów składają się dwie frakcje rozpuszczalna i nierozpuszczalna w wodzie. Frakcja rozpuszczalna jest celem działania większości preparatów ksylanazowych dostępnych na rynku jednak badania wskazują, że równie ważna, (jeśli nie ważniejsza) dla strawności paszy jest frakcja nierozpuszczalna w wodzie. Ksylanaza działająca na obie frakcje arabinoksylanów stwarza możliwość zwiększenia poziomu EM większości surowców, dzięki czemu może być zastosowana w żywieniu zwierząt niewrażliwych na podwyższoną lepkość treści jelita takich jak trzoda i indyki.

Literatura:
Choct, M. (1997). Feed non starch polysaccharides: chemical structures and nutritional significance. Feed Milling International, June: 13-26.
Choct, M. (2001). Enzyme supplementation of poultry diets based on viscous cereals. In: Enzymes in farm animal nutrition. Bedford, M. R., Partridge, G. G. (eds.). CAB International, Oxon, United Kingdom. 145-160.
Courtin, C. M., Delcour, J. A. (2001). Relative activity of endoxylanases towards water-extractable and water-unextractable arabinoxylan. Journal of cereal science, 33: 301-312.
Rosier, S. (1999-2000). Invloed van xylanasepreparaten op de viscositeit van tarwevariëteiten. Thesis, CTL, Gent, Belgium.
Summers, J. D. (2001). Maize: factors affecting its digestibility and variability in its feeding value. In: Enzymes in farm animal nutrition. Bedford, M. R., Partridge, G. G. (eds.). CAB International, Oxon, United Kingdom. 109-124.