Rob ten Doeschate AB Vista Feed Ingredients Ltd., UK; Maciej Bochenek, Biochem Polska Sp. z o.o., Polska
Większość z nas, osób zajmujących się żywieniem zwierząt, jest przekonanych, że doskonale rozumiemy fitazy i fityniany. Z wszystkich dostępnych na rynku enzymów, można powiedzieć, że fitaza to produkt najprostszy: substratem jest pojedyncza, dobrze poznana molekuła (fitynian lub heksafosforan inozytolu (IP6) lub kwas fitynowy lub kwas sześciofosforowy mio-inozytolu), a oczekiwany efekt stosowania to uwolnienie fosforanów/fosforu (P) z fitynianów. Nawet procedura oceny enzymu opiera się na oczekiwanym efekcie: określa się uwolnienie P z fitynianów w dobrze zdefiniowanych warunkach laboratoryjnych. Jednakże, publikacja Mike Bedforda (Turkey Science and Production Conference, Chester, Marzec 2012) pokazała, że możliwości fitazy są znacznie większe niż proste zastosowanie mające na celu uwolnienie minerałów. Dużą zmianą w myśleniu jest zmniejszenie uwagi skierowanej na minerały, a zwiększenie na szybki rozkład fitynianów i korzyści z tego płynących. Oczywiście uwolnienie minerałów nadal będzie istotną, jednakże już nie jedyną, korzyścią związaną ze stosowaniem fitazy.
Uwalnianie minerałów przez fitazę
• • •
Większość ludzi zgodzi się ze stwierdzeniem, że stosowanie fitazy zwiększa dostępność fosforu oraz że wraz z jego uwalnianiem zmniejszają się straty wapnia i co za tym idzie te dwie wartości są brane pod uwagę jako matryca dla fitazy. Inne minerały, jak sód, nie są tak często uwzględniane, pomimo iż istnieją mocne dowody na to, że obecność fitazy może istotnie obniżyć endogenne straty tego pierwiastka (Cowieson i in., 2004) i jak stwierdził Ravindran i in. (2008) może być interesującym i korzystnym, aby wpisać sód na stałe do matrycy fitazy. Podstawą stosowania wartości matrycowych dla fitazy jest wprowadzanie do formułowanej receptury szeregu wirtualnych składników pokarmowych, które najczęściej wpływają na zmniejszenie poziomu dodanych składników mineralnych. Zwykle oczekujemy obniżenia poziomu dodanych fosforanów, jednakże zmiany są bardziej skomplikowane i zawierają chociażby redukcję dodanego tłuszczu, ze względu na oszczędność miejsca w recepturze (Doeschate, 2010).
Pomiędzy fitazami występują różnice w uwolnieniu składników pokarmowych w przeliczeniu na jednostkę fitazy, jak zostało to pokazane przez van der Klis i Star (2013). Te różnice wynikają z różnic w charakterystyce fitazy, wrażliwość na pH i pepsynę, powinowactwo do IP6 oraz zdolność do odcinania większej ilości reszt fosforanowych z poszczególnej cząstki fitynianu. Kombinacja tych cech daje różnice w odpowiedzi zwierząt. Typowym sposobem do określania zdolności fitazy do uwalniania fosforu jest podawanie w paszy bardzo niskiego poziomu fosforu przy prawidłowo zbilansowanych pozostałych składnikach pokarmowych a następnie poprzez podawanie różnych fitaz określenie ich odpowiedzi w postaci krzywej odpowiedzi na dawkę. W takich doświadczeniach przeprowadzanych na indykach (wewnętrzne dane AB Vista), udowodniono, że Quantum Blue pozwala na uwolnienie fosforu dostępnego (AvP) na poziomie 0,15%, gdzie inne produkty wykazywały się zdolnością do uwolnienia od 0,08% do 0,12% AvP przy porównaniu dawki standardowej produktów.
Antyżywieniowy efekt fitynianów
• • •
Koncepcja fitynianu, jako składnika antyżywieniowego, o szerszym działaniu niż negatywny wpływ na przyswajalność minerałów, został obecnie zaakceptowany w literaturze naukowej (np. Selle i Ravindran, 2007; Cowieson i in., 2011; Woyengo i Nyachoti, 2013). Danych odnośnie tego problem w kontekście żywienia indyków jest niezwykle mało. Dla przykładu Woyengo i Nyachoti (2013) w swojej rozprawie wielokrotnie wspominają o braku wiedzy na temat działania fitynianów na poszczególne parametry w przypadku żywienia indyków i w związku z tym istnieje potrzeba, aby wypełnić tę lukę w wiedzy. Wraz z rozwojem wiedzy na temat fitynianów, jako składników antyżywieniowych, więcej staje się zrozumiałe, niestety w większości bazując na gatunkach innych niż indyk.
Po pierwsze, udowodniono negatywny wpływ fitynianów na rozpuszczalność białek (Kies i in., 2006; Cowieson i in. 2011) i przez to ich strawność. Nawet, jeżeli właściwy mechanizm tego procesu jest nadal w kwestii dyskusji (Selle i in., 2012), wydaje się, że w tym parametrze jest spory potencjał do poprawy, jeżeli wpłyniemy na rozkład fitynianów. Istnieją również dane o negatywnym wpływie fitynianów na aktywność endogennych enzymów. Dla przykładu, Liu i in. (2008) pokazuje, że aktywność amylazy w błonie śluzowej jest mniejsza w przypadku diet o wysokiej zawartości fitynianów, a dodatek fitazy może podnieść aktywność amylazy, niezależnie od tego czy stosowano wysoki lub standardowy poziom fitynianów w paszy. Może to tłumaczyć wzrost strawności skrobi po dodaniu fitazy, co było obserwowane przez Sultana (2011). Ostatnio udowodniono (Yu i in., 2012), że fityniany wpływają na obniżenie aktywności pepsyny, nawet jeśli występują w niskich poziomach. Po drugie udowodniono, że nie tylko pełne pierścienie fitynowe (IP6), ale również mniejsze cząstki fosforanów inozytolu (aż do IP3) wpływają na aktywność pepsyny. Połączenie tej wiedzy z poprzednimi danymi o powinowactwie różnych form fosforanu inozytolu na minerały (Xu i in., 1992), można prowadzić do stwierdzenia, że rozpad fitynianów trzeba prowadzić tak długo jak się da, aby maksymalnie możliwie zredukować efekt antyżywieniowy, przy czym nie wystarczy tylko redukcja form IP6 do IP4 jak do tej pory sądzono.
Obecność fitynianów w paszy wpływa na powstawanie i wielkość strat endogennych jak to zostało stwierdzone przez Woyengo i Nyachoti (2013). Do traconych składników pokarmowych należą minerały, aminokwasy oraz poprzez powiązanie z nimi zwiększenie endogennych strat energii. Nie jest to bezpośredni wpływ na strawność tych składników, lecz raczej wpływ na ich wykorzystanie lub rzeczywiste zapotrzebowanie. Niemniej jednak, pokazuje to, że kombinacja ustalonego zapotrzebowania w obecności fitynianów i systemu szacowania pozornej strawności składników pokarmowych w poszczególnych surowcach, wymagają weryfikacji w odniesieniu do zmian poziomu fitynianów w paszy.
Poziom fitynianów w paszy ulega zmianom w zależności od stosowanych surowców. Surowce białkowe jak poekstrakcyjna śruta sojowa czy rzepakowa są bogatsze w fosfor fitynowy (odpowiednio 0,4% i 0,69%) w porównaniu do zbóż (kukurydza 0,18%; pszenica 0,23%; dane AB Vista, 2012). Skutkuje to tym, że w szczególności w pierwszych paszach dla indyków, a głównie w ich wersjach wegetariańskich, możemy się spodziewać wysokich poziomów fosforu fitynowego.
Użycie fitazy do redukcji efektu antyżywieniowego
• • •
Stosowanie fitazy w dawkach standardowych pozwala na częściową redukcję efektu antyżywieniowego fitynianów, co znajduje odzwierciedlenie w matrycy przypisanej fitazie, zawierającej w pierwszej kolejności fosfor i wapń a następnie również składniki pokarmowe takie jak sód czy strawne aminokwasy jak również energię. Jednakże udowodniono, że stosowanie wyższych poziomów fitazy może dać dodatkowe korzyści, których nie można tłumaczyć poprzez zwykłe uwolnienie składników pokarmowych. Przeprowadzono serie 6 doświadczeń na kurczętach brojlerach, gdzie każde opierało się na identycznych założeniach, a różniły się miejscem wykonywania. Pozwoliło to na opracowanie uśrednionych danych (wyk. 1) dotyczących tego samego czynnika doświadczalnego z uwzględnieniem zmian surowcowych i środowiskowych występujących na świecie. Doświadczanie pokazało, że dodatek fitazy w ilości 500 FTU/kg podany do kontroli negatywnej (NC, gdzie obniżono składniki pokarmowe zgodnie z matrycą produktu) wpłynął na uzyskanie wyniku równego kontroli pozytywnej (PC), dalszy wzrost dawki fitazy wpłynął na istotną poprawę parametrów produkcyjnych. Grupa z dodatkiem fosforanu 2-wapnia (DCP) pokazała, że nie był to efekt uwolnienia minerałów a raczej efekt dalszej redukcji fitynianów.
Istnieją dowody, że również w przypadku indyków możemy oczekiwać lepszych wyników produkcyjnych po zastosowaniu wyższej dawki fitazy. Dla przykładu Ledoux i in. (2005) stwierdził, że zastosowanie standardowej fitazy E. coli w dawce 10000 PPU/kg, podanej do grupy negatywnej, istotnie wpływa na poprawę parametrów produkcyjnych w porównaniu do grupy pozytywnej jak i kontroli negatywnej z dodatkiem fitazy w ilości 500 PPU/kg, przy czym dawka 500 PPU/kg dała wynik identyczny jak kontrola pozytywna. Również nowsze badania Bedforda (2012) pokazują w dwóch doświadczeniach na indykach, gdzie stosowano ulepszoną fitazę E. coli w dawkach 1000-2000 FTU/kg, wzrost parametrów produkcyjnych, w szczególności FCR.
Odkąd wymyślono tę koncepcję, pracowano nad fitazą nowej generacji, która wybitnie wpisałaby się w założenia tego programu. Aby uzyskać maksymalną korzyść z usuwania fitynianów, trzeba rozłożyć je na tyle szybko, aby nie były w stanie zadziałać antyżywieniowo. Oznacza to, że fitaza musi bardzo szybko przechodzić do roztworu, oraz musi mieć bardzo wysokie powinowactwo do fitynianów, aby rozkładać IP6 tak szybko jak to możliwe, oraz musi być odporna na warunki panujące w początkowych odcinkach przewodu pokarmowego. Walk i in. (2014) zmierzyła poziom IP6, IP5, IP4, IP3 oraz inozytolu w żołądku brojlerów podczas przeprowadzanie jednego z doświadczeń przedstawionych na wykresie 1. Pokazało to, że poziom IP6 oraz IP5 został w znacznym stopniu zredukowany już przy dawce 500 FTU/kg, oraz że wraz ze wzrostem dawki fitazy wzrasta poziom inozytolu bez zwiększania poziomu IP4 czy IP3. Wzrost poziomu inozytolu wskazuje, że stosowanie wysokich dawek fitazy powoduje kompletny rozkład fitynianów, z drugiej strony, jego obecność może tłumaczyć pozytywne efekty z koncepcji „superdosing” fitazy. Zyla i in. (2004) pokazali, że dodatek inozytolu w ilości 1kg/t może poprawić wyniki produkcyjne. W typowych dietach indyczych znajdujemy pomiędzy 2,5 a 3,0 kg/t fosforu fitynowego lub 8,8-10,6 kg/t fitynianów. Tak wiec uwolnienie 1kg/t inozytolu nie jest poziomem nierealnym.
W przypadku doświadczeń na indykach, pokazujących pozytywny wpływ superdosingu możemy znaleźć doświadczenie z Hiszpanii (Kühn i Francesch, 2012) gdzie wykazano, że dodatek fitazy w ilości 1000 FTU/kg dodany do kontroli negatywnej wpłynął na poprawę FCR w okresie 29-56 dni życia. Różnica wynosiła 4 punkty w porównaniu do kontroli pozytywnej i była istotna statystycznie. W przeciągu całego doświadczenia (0-86 dni), różnica była zachowana jednak bez dalszej istotności statystycznej.
W doświadczeniu komercyjnym w USA (York, dane prywatne 2012), pasza z dodatkiem 2000 FTU/kg poprawionej fitazy E. coli (Quantum Blue) była porównywana do paszy z dodatkiem fitazy Aspergillus w ilości 500 FTU/kg. Pasza była podawana indorom Nicholas od pierwszego do 141 dnia życia. W dniu uboju, średnia masa ptaków z dodatkiem fitazy 2000 FTU/kg była o 800g wyższa (19,24 kg w porównaniu do 18,44 kg). Różnica ta była zauważona już w dniu 107 (13,07 kg w porównaniu do 12,24 kg). W tym okresie oznaczono również FCR, który dla ptaków kontrolnych wynosił 3,37 natomiast dla ptaków, którym podawano fitazę w ilości 2000 FTU/kg FCR wynosił 3,50. Ze względu na komercyjny charakter obserwacji nie było możliwości weryfikacji statystycznej.
Inne doświadczenie (Wyatt, dane prywatne 2013) porównywało działanie standardowej fitazy E. coli w dawce 500 FTU/kg do udoskonalonej fitazy E. coli (Quantum Blue) w dawkach 500 FTU/kg oraz 2000 FTU/kg. Dla obydwu fitaz użyto matrycy jedynie z minerałami. Indyki Hybrid były utrzymywane w grupach po 82 ptaki (jedno powtórzenie), każda z diet testowych składała się z 8 powtórzeń. Ptaki ważono w 43 dniu podczas przemieszczania z odchowalni oraz na koniec tuczu, w 133 dniu. Ptaki żywione z dodatkiem standardowej fitazy E. coli były istotnie lżejsze (2592 g) w 43 dniu życia w porównaniu do ptaków żywionych ulepszoną fitazą E. coli (2833 g dla 500 FTU/kg oraz 2901 g dla 2000 FTU/kg). Również FCR był lepszy dla grup żywionych ulepszoną fitazą E. coli (1,59 dla 2000 FTU/kg i 1,60 dla 500 FTU/kg w porównaniu do 1,70 dla standardowej fitazy E. coli w dawce 500 FTU/kg). W dniu 133 nie było istotnych statystycznie różnic w masie ciała, jednakże FCR (skorygowany o śmiertelność i masę ciała) wykazywał tendencję do istotnej różnicy (P = 0,10) na korzyść 2000 FTU/kg (2,45) w porównaniu do grupy kontrolnej (2,52).
Te dwa doświadczenia pokazują, że na poziomie produkcji komercyjnej możliwe jest uzyskanie pozytywnej odpowiedzi ptaków na wysokie dawki ulepszonej fitazy E. coli, co potwierdza teoretyczny potencjał oraz doświadczenia naukowe przeprowadzane we wcześniejszym okresie.
Wnioski
• • •
Pomimo ciągle małej liczby bezpośrednich danych, wydaje się, że zniszczenie fitynianów, przez wysokie poziomy odpowiedniej fitazy, może przynieść wymierne korzyści ekonomiczne w produkcji indyków. Wymaga to dalszej pracy na poziomie komercyjnym, aby móc pokazać korzyści niezależnie od różnych systemów produkcji prowadzonych na całym świecie.