Krmné enzymy ve výživĕ drůbeže

J. BROŽ
Animal Nutrition and Health R & D, Roche Vitamins Ltd, Basel
Veterinářství 2002;52:111-113

SOUHRN
Brož J. Krmné enzymy ve výživĕ drůbeže. Veterinářství 2002;52:111-113.
Cílem tohoto přehledu je stručně objasnit základní principy používání enzymů jako nové kategorie krmných přísad ve výživě drůbeže. Nedávné experimentální poznatky potvrzují, že enzymy štěpící neškrobové polysacharidy nejen výrazně zlepšují nutriční hodnotu některých obilovin, ale mohou též příznivě ovlivnit složení střevní mikroflóry u brojlerových kuřat. Dále je diskutována aplikace mikrobiální fytázy ke zvýšení využitelnosti fytinového fosforu v krmivech rostlinného původu, která představuje důležitý prostředek ke snížení znečištování životního prostředí.

SUMMARY
Brož J. Orally administered enzymes in the nutrition of poultry. Veterinářství 2002;52:111-113.
Scientific background of the use of enzymes as a new group of feed additives in poultry nutrition is briefly explained. Recent experimental findings have confirmed that enzymes degrading non-starch polysaccharides not only improve the nutritive value of some cereals, but may also have favourable effects on the composition of intestinal microbial flora in broiler chickens. Enhancing effects of oral administration of microbial phytase on bioavailability of phytate phosphorus from plant feeds, which can significantly contribute to a reduction of environmental pollution, are discussed

Až do počátku devadesátých let byly enzymy jako krmná aditiva prakticky využívány ve výživě hospodářských zvířat jen v omezené míře. Hlavním důvodem byl nepříznivý poměr mezi jejich cenou a skutečným přínosem v praxi. Dalším důvodem omezené aplikace byl též nedostatečný stav znalostí v této oblasti, týkající se jak enzymů samotných a jejich účinnosti, tak především výskytu a analytického stanovení specifických substrátů v krmivech. Nicméně díky pokrokům v biotechologii, které přinesly nižší produkční náklady, je nyní možné krmné enzymy hospodárně využívat.
V členských státech EU byla v minulých letech zavedena nová kategorie krmných aditiv – krmné enzymy. V současné době se ve výživě drůbeže používají dvě hlavní skupiny enzymových produktů: enzymy štěpící neškrobové polysacharidy a mikrobiální fytázy. Pokrok, kterého bylo v této oblasti v nedávné době dosaženo, je vynikajícím příkladem úspěšného praktického využití poznatků aplikovaného výzkumu.

Enzymy štěpící neškrobové polysacharidy
V současné době je již všeobecně akceptován poznatek, že nutriční hodnota některých obilovin, konkrétně ječmene, ovsa, tritikale, žita a pšenice, je negativně ovlivněna přítomností určitých neškrobových polysacharidů v buněčné stěně endospermu. Vzhledem k nepřítomnosti příslušných enzymů v trávicím traktu jsou tyto polysacharidy pro drůbež v podstatě nestravitelné. Významnou vlastností těchto neškrobových polysacharidů, k němž řadíme např. β-D-glukany se smíšenými vazbami či arabinoxylany, je jejich částečná rozpustnost ve vodě, která vede k tvorbě viskózních gelových roztoků. Tento jev způsobuje výrazné zvýšení viskozity střevního obsahu, což může narušit optimální působení trávicích enzymů, omezit pasáž střevního obsahu a vstřebávání živin a vést k vylučování lepivého trusu. V důsledku toho může dojít ke značnému snížení stravitelnosti živin a využitelnosti energie v krmné směsi. Obsah metabolizovatelné energie (ME) pro drůbež se u různých obilovin významně liší, a to především v závislosti na druhu a koncentraci zmíněných polysacharidů.
Choct a Annison¹ studovali vztahy mezi metabolizovatelností energie různých druhů obilovin u rostoucích kuřat a příslušným obsahem neškrobových polysacharidů a potvrdili vysoce průkaznou negativní korelaci mezi těmito faktory. Jejich konkrétní obsah navíc závisí na celé řadě faktorů, jako např. na odrůdě, zeměpisném původu, klimatických podmínkách či době skladování.
Za účelem zvýšení nutriční hodnoty shora uvedených obilovin s nižším obsahem ME a jiných krmiv byly v minulých letech vyvinuty specifické enzymové přípravky, které jsou schopny hydrolyzovat příslušné neškrobové polysacharidy. Dále bylo rovněž potvrzeno, že hlavními enzymatickými aktivitami potřebnými k dosažení požadovaného účinku, jsou endo-1,3 : 1,4-beta-glukanáza a endo-1,4-beta-xylanáza. V poslední době je již k dispozici rozsáhlá škála enzymatických přípravků, schopných štěpení neškrobových polysacharidů. Lze je v zásadě rozdělit do čtyř následujících skupin:
- Enzymové komplexy pocházející z jediného kmene mikroorganismů (např. Trichoderma longibrachiatum, T. viride, Aspergillus niger, Humicola insolens atd.).
- Směsi enzymů obsahující dva nebo více produktů fermentace.
- Monokomponentní enzymy pocházející z geneticky modifikovaných organismů.
- Kombinace enzymatických komplexů a monokomponentních enzymů (pocházejících z geneticky modifikovaných organismů).
Značného pokroku se podařilo dosáhnout také v problematice analytického stanovení a chemické charakterizace neškrobových polysacharidů, což umožnilo vývoj přípravků s vyšší specifickou účinností a také lepší porozumění mechanismům jejich účinku. Nyní je již zcela zřejmé, že značné zvýšení obsahu metabolizovatelné energie v cereálních krmných směsích pro drůbež, v důsledku aplikace těchto enzymů, je hlavně způsobeno zvýšením stravitelnosti živin (tuku, škrobu) a nikoli tím, že samotné neškrobové polysacharidy by byly rozštěpeny natolik, aby se z nich staly významné zdroje energie.^2,3 Po přidání krmných enzymů štěpících neškrobové polysacharidy do vhodných krmných směsí pro drůbež je zpravidla možné pozorovat následující pozitivní účinky:
- Zvýšení metabolizovatelné energie.
- Zvýšení stravitelnosti živin (např. tuku, N-látek).
- Zlepšení konverze krmiva (o 2 - 5 %).
- Zlepšení přírůstků (o 2 - 3 %).
- Snížení viskozity střevního obsahu.
- Modifikace složení střevní mikroflóry.
- Snížení výskytu lepivého trusu.
- Zlepšení kvality podestýlky.
K výraznému zlepšení metabolizovatelnosti energie krmné směsi v důsledku přídavku těchto enzymů dochází zřejmě z různých důvodů. Část z nově dostupné ME může pocházet přímo ze sacharidů, uvolněných částečnou nebo úplnou hydrolýzou neškrobových polysacharidů (např. D-glukóza, D-xylóza, L-arabinóza). Zdá se však, že ještě důležitější je v této souvislosti schopnost přidaných enzymů omezit nebo dokonce zcela eliminovat antinutriční působení neškrobových polysacharidů z obilovin, což dále působí příznivě na celkovou stravitelnost živin krmné směsi.
Při dalším studiu mechanismu antinutričního působení neškrobových polysacharidů v krmných směsích pro brojlery zaznamenali Choct et al.⁴, zvýšenou fermentaci v tenkém střevě kuřat, která obdržela v krmné směsi větší množství neškrobových polysacharidů. Tento stav bylo možno eliminovat aplikací krmných enzymů. Byla proto vyslovena hypotéza, že přítomnost zvýšeného množství rozpustných neškrobových polysacharidů v krmné směsi vyvolává pomnožení nežádoucí střevní mikroflóry. Výsledky některých nedávno publikovaných studií skutečně naznačují, že přídavek enzymů může mít pozitivní vliv na střevní mikroflóru. Vahjen et al.⁵ popsali pokus s přídavkem xylanázy, ve kterém pozorovali významně nižší počet kolonie tvořících jednotek při vyšetření celkového množství enterobakterií a Gram pozitivních koků ve vzorcích z lumina střev brojlerů až do stáří tří týdnů. Na základě těchto výsledků byl učiněn závěr, že snížení viskozity střevního obsahu, kterého bylo dosaženo přídavkem enzymu, zpomalilo množení těchto bakterií u kuřat. Francesch et al.⁶ prokázali, že počty Clostridium perfringens zjištěné v jejunu brojlerů byly ovlivněny jak druhem obiloviny zastoupené v krmné směsi, tak přídavkem krmných enzymů. Tyto počty byly vyšší u brojlerů, jimž byl zkrmován ječmen nebo žito, přičemž pomocí přídavku enzymu je bylo možné opět snížit. V této souvislosti jsou krmné enzymy štěpící neškrobové polysacharidy též považovány za účinný prostředek k omezení negativních dopadů možného budoucího zákazu používání antimikrobiálních stimulátorů růstu.⁷

Mikrobiální fytázy
Používání mikrobiálních fytáz v krmných směsích pro drůbež představuje další významný mezník, umožňující zlepšené využití fytátového fosforu z rostlinných krmiv a významné snížení ekologické zátěže. V krmivech rostlinného původu je větší část celkového fosforu (60 – 80 %) přítomna ve formě fytátů. Ve fytátové formě je fosfor pro monogastrická zvířata, zejména pro drůbež, prakticky nedostupný. Za účelem kompenzace nedostatečného přívodu dostupného fosforu z komponentů rostlinného původu jsou běžně do krmných směsí přidávány různé anorganické fosfáty (např. dikalcium fosfát). Kyselina fytová (chemickým názvem myoinositol-1,2,3,4,5,6-hexakis-dihydrogenfosfát) je zásobní sloučeninou fosforu v rostlinách. Molekula kyseliny fytové má poměrně vysoký obsah fosforu (28,2 %) a jejích šest zbytků kyseliny fosforečné vykazuje různou míru afinity k různým kationtům. V případě minerálních a stopových prvků, jako jsou Ca, Mg, Fe a Zn, dochází často k vazbě nebo tvorbě komplexů s kyselinou fytovou. Tyto soli jsou potom označovány jako fytáty.
Je zřejmé, že k tomu, aby mohl být zužitkován v organismu drůbeže, musí fosfor vázaný ve fytátech projít hydrolýzou produkující fosfor v anorganické formě. Enzym fytáza je specifický typ fosfatázy, která katalyzuje postupné odbourávání anorganického hydrogenfosforečnanu z fytátu. O fytázách je známo, že se hojně vyskytují v mikroorganismech a v rostlinách, a to jednak ve formě 3-fytázy (EC 3.1.3.8), která uvolňuje nejprve fosfátovou skupinu na atomu C3, anebo 6-fytázy (EC 3.1.3.26), u níž dochází k tomuto uvolňování nejprve na atomu C6, přičemž toto je jediná fytázová aktivita vyskytující se v rostlinách. Praktický význam této přírodní (nativní) fytázové aktivity je však jen omezený, protože při teplotách nad 60 °C, běžně používaných při granulování krmných směsí, je většina fytázové aktivity buď rovnou zničena, anebo alespoň výrazně zredukována.
Díky nedávným pokrokům v biotechnologii, zvláště pak využitím genetického inženýrství, se mikrobiální fytáza stala dostupnou pro praktické používání za přiměřenou cenu. V zemích EU bylo již schváleno několik fytázových přípravků jako krmná aditiva. Některé produkty obsahují 3-fytázu, pocházející z různých druhů plísně Aspergillus, přičemž se k její průmyslové výrobě využívají geneticky modifikované produkční kmeny rodu Aspergillus nebo Trichoderma. V minulém roce byl schválen produkt obsahující 6-fytázu, pocházející z plísně Peniophora lycii, přičemž k produkci je využíván geneticky modifikovaný kmen Aspergillus oryzae.
Účinnost přídavku fytázy u brojlerových kuřat, nosnic a krůt byla v literatuře dostatečně dokumentována. Hlavní učinky fytázy, přidané do krmných směsí pro drůbež, lze shrnout následovně:
- zlepšení dostupnosti a využitelnosti fytátového fosforu,
- zlepšení dostupnosti vápníku, zinku a aminokyselin,
- zlepšení parametrů užitkovosti,
- snížení vylučování fosforu trusem,
- omezení znečišťování životního prostředí fosforem.
Při používání mikrobiální fytázy v krmných směsích pro drůbež v praxi je nutné upravit jejich složení, a to zejména s ohledem na obsah celkového fosforu a fosforu nefytátového původu. Obě tyto hodnoty je potřeba příslušným způsobem snížit. Výrazně vyšší využití fosforu z rostlinných složek krmných směsí díky přídavku fytázy, v kombinaci s možným snížením celkového obsahu fosforu ve směsích, vede ke sníženému vylučování fosforu o 30 až 50 % (v porovnání s kontrolními skupinami krmenými směsmi obsahujícími anorganické fosfáty). Používání mikrobiální fytázy tak představuje významné opatření ke snížení obsahu fosforu v exkrementech drůbeže.

Literatura:
1. Choct M., Annison G. Anti-nutritive activity of wheat pentosans in broiler diets. British Poultry Science 1990;31:811-821.
2. Brož J. Modes of action of supplemental hemicellulase enzymes in poultry. Kraftfutter/Feeed Magazine 1993;(5):198-202.
3. Annison G. Feed enzymes – The science, future developments and practical aspects in feed formulation. In: Proc. 10th European Symposium on Poultry Nutrition, Antalya (Turkey). WPSA, 1995:193-201.
4. Choct M., Hughes R.J., Wang J., Bedford M.R., Morgan A.J., Annison G. Increased small intestinal fermentation is partly responsible for the anti-nutritive activity of non-starch polysaccharides in chickens. British Poultry Science 1996;37:609-621.
5. Vahjen W., Gläser K., Schäfer K., Simon O. Influence of xylanase-supplemented feed on the development of selected bacterial groups in the intestinal tract of broiler chicks. Journal of Agricultural Science 1998;130:489-500.
6. Francesch M., Perez-Moya S., Badiola I., Brufau J. Effects of cereal and feed enzyme on digesta viscosity and bacterial counts in broiler chickens. In: Proc. 12th European Symposium on Poultry Nutrition, Veldhoven (The Netherlands).WPSA, 1999:242-245.
7. Bedford M. Removal of antibiotic growth promoters from poultry diets: implications and strategies to minimise subsequent problems. World´s Poultry Science Journal 2000;56:347-365.
8. Bach Knudsen K. E. Carbohydrate and lignin contents of plant materials used in animal feeding. Animal Feed Science and Technology 1997;67:319-338.
9. Eeckhout W., De Paepe M. Total phosphorus, phytate-phosphorus and phytase activity in plant feedstuffs. Animal Feed Science and Technology 1994;47:19-29.

Adresa autora:
Doc. MVDr. Ing. Jiří Brož, CSc.
Animal Nutrition and Health R & D
Roche Vitamins Ltd
CH-4070 Basel
E-mail: jiri.broz@roche.com