آنزیم فیتاز در تغذیه طیور

فیتاز با تجزیه فیتات، عناصر حیاتی مانند فسفر، کلسیم، اسیدهای آمینه و انرژی را آزاد کرده و موجب افزایش قابل‌توجه قابلیت استفاده مواد مغذی در پرنده می‌شود. استفاده از این آنزیم علاوه بر کاهش هزینه خوراک، بهبود چشمگیری در عملکرد تولید، کیفیت گوشت و پوسته، سلامت اسکلتی، یکنواختی گله و کیفیت بستر ایجاد می‌کند. از این رو، فیتاز هم از نظر اقتصادی یک انتخاب هوشمندانه و هم از نظر زیست‌محیطی یک ضرورت برای صنعت طیور به شمار می‌رود.

 مقدمه

در صنعت طیور، یکی از چالش‌های اساسی تغذیه‌ای، وجود فسفر در قالب فیتات در مواد اولیه‌ای مانند ذرت، گندم و کنجاله سویا است. فیتات نه‌تنها برای پرنده غیرقابل‌هضم است، بلکه با کلسیم، پروتئین‌ها، اسیدهای آمینه و کربوهیدرات‌ها پیوند برقرار کرده و دسترسی آنها را کاهش می‌دهد؛ در نتیجه کارایی هضم، عملکرد رشد و بهره‌وری اقتصادی را محدود و دفع فسفر را افزایش می‌دهد. از آنجا که دستگاه گوارش طیور فاقد آنزیم فیتاز است، آزادسازی فسفر فیتاته تنها با استفاده از فیتازهای میکروبی برون‌زا امکان‌پذیر است.

ورود فیتاز به صنعت خوراک از دهه ۱۹۹۰ نقطه عطفی در فرمول‌نویسی جیره بوده و امروزه به‌عنوان یکی از مهم‌ترین آنزیم‌های خوراکی در کنار آنزیم‌های NSPase و پروتئازها نقش کلیدی در بهبود قابلیت هضم، کاهش هزینه خوراک، بهبود کیفیت لاشه و پوسته تخم‌مرغ، افزایش یکنواختی گله و کاهش آلودگی محیطی ایفا می‌کند. مطالعات متعدد نشان داده‌اند که فیتاز قادر است ۳۰ تا ۴۰ درصد فسفر فیتات را آزاد کرده و اثرات ضدتغذیه‌ای آن را برطرف کند.

رشد روزافزون صنعت طیور و افزایش تقاضای جهانی گوشت و تخم‌مرغ، بازار فیتاز را توسعه داده است و نهادهای بین‌المللی مانند FDA و EFSA نیز استانداردهای ایمنی و کارآیی آن را تنظیم می‌کنند. بنابراین، تولید یک فیتاز کارآمد مستلزم انتخاب صحیح منبع میکروبی، استفاده از روش اقتصادی تولید، شناخت دقیق ویژگی‌های آنزیم و رعایت مقررات بین‌المللی است؛ عواملی که همگی نقش فیتاز را به‌عنوان یکی از مؤثرترین ابزارهای تغذیه‌ای در صنعت طیور تثبیت کرده‌اند.

 

چرا فیتات برای طیور مشکل‌ساز است؟

فیتات (میواینوزیتول هگزافسفات) بیش از یک قرن و نیم پیش شناسایی شد و امروز به‌عنوان شکل اصلی ذخیره فسفر در تمامی دانه‌های گیاهی شناخته می‌شود. این ترکیب که معمولاً به‌صورت نمک‌های منیزیم و پتاسیم در خوراک دیده می‌شود، با وجود داشتن حدود ۲۸٪ فسفر، برای طیور غیرقابل‌جذب است؛ زیرا دستگاه گوارش آن‌ها فاقد فیتاز درون‌زای کافی برای هیدرولیز این مولکول است. در نتیجه، ۶۰ تا ۸۰ درصد فسفر گیاهی بدون استفاده دفع می‌شود؛ مسئله‌ای که هم هزینه تولید را افزایش می‌دهد و هم از منظر زیست‌محیطی چالش‌برانگیز است، زیرا ورود فسفر به منابع آبی موجب یوتریفیکاسیون (Eutrophication) و شکوفایی جلبکی می‌شود. این مشکل در کنار کاهش ذخایر جهانی سنگ فسفات که پیش‌بینی می‌شود حدود سال ۲۰۳۳ به نقطه اوج برسد اهمیت استفاده از جایگزین‌های کارآمد مانند فیتاز را دوچندان کرده است.

علاوه بر هدررفت فسفر، فیتات نقش یک ترکیب ضدتغذیه‌ای چندبعدی را ایفا می‌کند. این مولکول با مواد معدنی ضروری مانند کلسیم، روی، منیزیم و منگنز پیوند تشکیل داده و جذب آن‌ها را مختل می‌کند؛ موضوعی که مستقیماً بر سلامت استخوان، کیفیت پوسته تخم‌مرغ، رشد و عملکرد سیستم ایمنی اثرگذار است. فیتات همچنین با پروتئین‌ها و اسیدهای آمینه کمپلکس‌های نامحلول تشکیل داده و قابلیت‌هضم آن‌ها را کاهش می‌دهد؛ به‌طوری‌که تلفات نیتروژنی افزایش یافته و نیاز به پروتئین در جیره بیشتر می‌شود. از سوی دیگر، این ترکیب با نشاسته نیز برهم‌کنش داشته و هضم کربوهیدرات‌ها و انرژی قابل‌متابولیسم جیره را کاهش می‌دهد.

بنابراین، فیتات نه‌تنها موجبات کاهش ارزش تغذیه‌ای خوراک را فراهم می‌کند، بلکه با افزایش دفع نیتروژن و فسفر، آلودگی محیط زیست و بوی نامطبوع سالن‌های پرورش را نیز تشدید می‌کند. استفاده از فیتازهای میکروبی برون‌زا می‌تواند این مشکلات را برطرف کند؛ زیرا این آنزیم با شکستن ساختار فیتات، فسفر، مواد معدنی، پروتئین و انرژی را آزاد کرده و علاوه بر کاهش هزینه خوراک، بار زیست‌محیطی واحدهای پرورشی را نیز کم می‌کند. به‌عنوان نمونه، تنها ۱.۵ گرم در کیلوگرم فسفر قابل‌جایگزینی توسط فیتاز می‌تواند در مقیاس جهانی سالانه بیش از ۵۰۰ هزار تن صرفه‌جویی فسفات معدنی ایجاد کند.

 

اسید فیتیک (فیتات) و نقش ضد‌مغذی آن

اسید فیتیک یا فیتات، شکل اصلی ذخیره فسفر در دانه‌ها و غلات است و معمولاً بخش عمده‌ای از فسفر گیاهی  (حدود دو سوم کل فسفر دانه) را تشکیل می‌دهد. با وجود این ذخیره بالا، فسفر موجود در فیتات برای طیور به‌خوبی قابل‌استفاده نیست، زیرا دستگاه گوارش پرندگان تنها مقدار ناچیزی فیتاز درون‌زا دارد و این میزان برای هیدرولیز مؤثر فیتات کافی نیست. در نتیجه، بخش عمده فسفر موجود در خوراک دفع می‌شود که علاوه بر کاهش راندمان تغذیه‌ای، سبب آلودگی محیط زیست و یوتریفیکاسیون منابع آبی می‌گردد.

فیتات علاوه بر نقش آن در محدود کردن جذب فسفر، یک ترکیب ضد‌مغذی چندوجهی است که با مواد معدنی مهمی همچون کلسیم، منیزیم، منگنز و روی پیوند می‌دهد و جذب آن‌ها را کاهش می‌دهد؛ مسئله‌ای که می‌تواند سلامت استخوان، کیفیت پوسته تخم‌مرغ و عملکرد سیستم ایمنی را تحت تأثیر قرار دهد. این ترکیب همچنین با پروتئین‌ها و نشاسته تشکیل کمپلکس‌های نامحلول می‌دهد و قابلیت هضم اسیدهای آمینه و انرژی را کاهش می‌دهد. نتیجه این فرایند، افزایش تلفات مواد مغذی، کاهش کارایی خوراک و نیاز بیشتر به مکمل‌های گران‌قیمت پروتئینی و معدنی است.

متابولیسم فیتات و ضرورت هیدرولیز آن

هضم و جذب فیتات تنها زمانی امکان‌پذیر است که پیوندهای فسفری آن توسط آنزیم فیتاز شکسته شود. از آنجا که طیور فاقد فیتاز مؤثر در دستگاه گوارش هستند، تجزیه فیتات و آزادسازی فسفر، کلسیم و اینوزیتول تنها با استفاده از فیتاز برون‌زا امکان‌پذیر است. فیتازهای میکروبی با هیدرولیز مرحله‌ای فیتات، قابلیت جذب فسفر را افزایش داده و نیاز به استفاده از فسفر معدنی را کاهش می‌دهند. همچنین پژوهش‌ها نشان داده‌اند که فیتاز می‌تواند قابلیت دسترسی مواد معدنی، پروتئین، اسیدهای آمینه و حتی انرژی را نیز افزایش دهد و موجب بهبود عملکرد رشد، ضریب تبدیل غذایی و کیفیت لاشه گردد.

اگرچه برخی مواد خوراکی مانند محصولات تخمیری (مانند DDGS) یا غلات کم‌فیتات فسفر قابل‌جذب بیشتری دارند، اما این منابع به‌تنهایی پاسخگوی نیاز طیور نیستند. از این‌رو، افزودن فیتاز برون‌زا یکی از مؤثرترین و اقتصادی‌ترین راهکارهای کاهش اثرات ضدتغذیه‌ای فیتات و بهبود بهره‌وری تغذیه‌ای جیره‌های مبتنی بر ذرت، گندم و سویا محسوب می‌شود.

فیتاز چیست و چگونه عمل می‌کند؟

فیتاز یک آنزیم هیدرولیتیک تخصصی است که مسئول تجزیه میو–اینوزیتول هگزافسفات (فیتات) در خوراک‌های گیاهی است. این ترکیب که شکل اصلی ذخیره فسفر در غلات محسوب می‌شود، به دلیل نبود فیتاز درون‌زا در طیور، به‌طور طبیعی قابل‌هضم نیست و عمدتاً به‌صورت دست‌نخورده دفع می‌شود. نخستین‌بار فعالیت فیتاز بیش از صد سال پیش در سبوس برنج شناسایی شد؛ منبعی که به‌طور طبیعی غنی از فیتاز (۷۰ تا ۱۹۰ واحد در کیلوگرم) و فیتات است و حدود ۱۵.۸ گرم فسفر فیتات در هر کیلوگرم خود دارد.

در دهه‌های گذشته، تلاش‌ها برای تولید فیتاز خوراکی ابتدا بر کاهش اثرات فیتات بر جذب کلسیم متمرکز بود. فیتات با مواد معدنی( به‌ویژه کلسیم)کمپلکس‌های نامحلول تشکیل می‌دهد و این ویژگی، اساس پیشنهاد نلسون برای محاسبه نیاز کلسیم جوجه‌ها بر پایه میزان فسفر متصل به فیتات در جیره بود.

Ca (%) = 0.6+ [phytate – P(%)× 1.1]

تحقیقات اولیه نشان داد که دوزهای ۷۰۰ تا ۱۰۵۰ واحدی فیتاز قارچی می‌توانند حدود ۱ گرم فسفر معدنی را در جیره جایگزین کنند و دفع فسفر را تا ۲۶٪ کاهش دهند.

با پیشرفت تحقیقات، فیتازهای باکتریایی به‌عنوان نسل دوم وارد بازار شدند و به دلیل مزایایی مانند فعالیت بالاتر در pH اسیدی سنگدان، مقاومت بیشتر در برابر پپسین، و کارایی هیدرولیتیک بیشتر، به‌سرعت جایگزین فیتازهای قارچی شدند. این فیتازها قادرند فیتات (IP6) را تقریباً به‌طور کامل به مشتقات پایین‌تر IP5) تا  (IP1 تبدیل کنند؛ مشتقاتی که قدرت کیلیت‌کنندگی بسیار کمتری دارند (برای مثال IP3 تنها ۳٪ قدرت اتصال IP6 را دارد). تجزیه کامل فیتات علاوه بر آزادسازی فسفر معدنی، مقدار قابل توجهی اینوزیتول(تا حدود ۲.۷ گرم در کیلوگرم جیره) نیز آزاد می‌کند که در برخی دوره‌های پرورش می‌تواند عملکرد رشدی را بهبود دهد.

 

مکانیسم اثر فیتاز

عملکرد فیتاز به‌طور کلی در چند مرحله رخ می‌دهد:

1. هیدرولیز پیوندهای فسفری فیتات
   حذف فسفات‌ها از حلقه میو–اینوزیتول و تبدیل IP6 به مشتقات پایین‌تر.
2. آزادسازی فسفر قابل جذب
   افزایش زیست فراهمی فسفر و کاهش نیاز به فسفر معدنی در جیره.
3. آزادسازی مواد معدنی متصل
   کلسیم، روی، منگنز و منیزیم از کمپلکس‌های فیتات آزاد شده و قابلیت جذب آن‌ها افزایش می‌یابد.
4. کاهش اثرات ضدتغذیه‌ای فیتات
   فیتات از حالت ضدتغذیه‌ای خارج شده و دیگر مانع هضم پروتئین، اسیدهای آمینه و نشاسته نمی‌شود.
5. بهبود شرایط گوارشی
   کاهش چسبندگی محتویات روده، بهبود ویسکوزیته و افزایش کارایی آنزیم‌های درون‌زا.
6. افزایش استفاده از انرژی و اسیدهای آمینه
   پژوهش‌های متعدد نشان داده‌اند که فیتاز می‌تواند انرژی قابل‌متابولیسم و قابلیت هضم اسیدهای آمینه را نیز افزایش دهد.

 

محل فعالیت فیتاز در دستگاه گوارش:

فعالیت فیتاز میکروبی مکمل افزوده‌شده به جیره طیور عمدتاً به pH بخش‌های مختلف دستگاه گوارش و زمان ماندن خوراک در آن‌ها وابسته است. به همین دلیل، این آنزیم بیشترین اثر خود را در قسمت‌های ابتدایی دستگاه گوارش طیور (چینه‌دان، معده غده‌ای و سنگدان) نشان می‌دهد، زیرا این بخش‌ها دارای محیط اسیدی مناسب و زمان ماندگاری کافی برای عملکرد فیتاز هستند. در مقابل، با ورود خوراک به دوازدهه و بخش‌های بعدی روده باریک، افزایش pH سبب می‌شود فیتات با عناصر معدنی کمپلکس‌های نامحلولی تشکیل دهد که فعالیت بیشتر آنزیم را محدود می‌کند . همچنین بین فیتازهای قارچی و باکتریایی از نظر محل اثر تفاوت‌هایی مشاهده می‌شود؛ فیتازهای قارچی به‌دلیل داشتن pH بهینه بالاتر (حدود ۴٫۵–۵٫۵) عمدتاً در محیط اسیدی ملایم چینه‌دان فعال‌اند، در حالی که فیتازهای باکتریایی (مثلاً فیتازهای حاصل از Escherichia coli) با pH بهینه پایین‌تر (~۳) و مقاومت بیشتر در برابر آنزیم پپسین معده، می‌توانند در اسیدیته شدید سنگدان نیز به‌طور مؤثری عمل کنند.

 

انواع فیتاز

فیتازها بر اساس محل آغاز هیدرولیز مولکول فیتات به دو دسته ۳-فیتاز و ۶-فیتاز تقسیم می‌شوند؛ به‌طوری‌که نوع اول پیوند فسفات را از موقعیت C3 و نوع دوم از موقعیت C6 حلقه اینوزیتول جدا می‌کند. هر دو گروه در تغذیه طیور کاربرد دارند، اما فیتازهای نسل جدید باکتریایی به دلیل فعالیت قوی‌تر در pH اسیدی چینه‌دان و سنگدان، پایداری بیشتر در برابر پپسین و توانایی بالاتر در تجزیه کامل IP6، کارایی تغذیه‌ای به‌مراتب بیشتری نسبت به فیتازهای قارچی نشان می‌دهند.

 

منابع و ویژگی‌های فیتاز

فیتازها آنزیم‌هایی با منشأ میکروبی، گیاهی یا حیوانی هستند، اما در کاربردهای صنعتی و تغذیه‌ای، سویه‌های قارچی و باکتریایی مهم‌ترین و کارآمدترین منابع تولید این آنزیم محسوب می‌شوند. قارچ‌هایی مانند Aspergillus niger و Aspergillus ficuum و نیز باکتری‌هایی نظیر Escherichia coli و Citrobacter braakii از رایج‌ترین تولیدکنندگان فیتاز خوراکی به شمار می‌روند. برخی قارچ‌های چوب‌زی مانند Peniphora lycii نیز توانایی سنتز فیتاز را دارند و در پژوهش‌های تخصصی مورد توجه قرار گرفته‌اند. تفاوت در منشأ تولید موجب ایجاد اختلاف در ویژگی‌های کلیدی فیتازها می‌شود؛ خصوصیات مهمی مانند پایداری حرارتی، مقاومت در برابر pH اسیدی سنگدان، مقاومت نسبت به پروتئولیز و کارایی هیدرولیتیک، که همگی تأثیر مستقیم بر آزادسازی فسفر و اثربخشی تغذیه‌ای آنزیم دارند. کارایی فیتاز در آزادسازی فسفر بسته به منبع آن متفاوت است.

برای تولید فیتاز خوراکی مناسب، سویه های میکروبی معمولاً از منابع طبیعی مختلف مانند خاک‌های کشاورزی، ضایعات گیاهی، سبوس غلات، محیط‌های مرغداری، مواد تخمیری بومی و ریزوسفِر گیاهان جمع‌آوری و در محیط‌های تخصصی غربالگری می‌شوند.

 

منابع میکروبی مطلوب برای تولید فیتاز خوراکی

طیور و سایر حیوانات تک‌معده‌ای فاقد فعالیت مؤثر فیتاز درون‌زا هستند؛ بنابراین، فیتازهای میکروبی برون‌زا بهترین گزینه برای هیدرولیز فیتات در جیره محسوب می‌شوند.  سویه های قارچی و باکتریایی کارآمد از منابع طبیعی متعددی جداسازی شده‌اند، از جمله:

• خاک کمپوست، خاک سطحی مزارع ذرت، گندم، برنج و ماش
• سبوس گندم و برنج، تفاله مرکبات و سایر ضایعات کشاورزی
• محیط‌های مرغداری، چوب‌های تجزیه‌شده و خاک‌های ریزوسفری، هالوسفری و اندوفیتی
• غذاهای تخمیری بومی مانند پنیر لور ترکیه، کالاری هند، کالی (آب برنج تخمیری) و کودیتی
• جوانه خشک‌شده Woodfordia fruticosa به‌عنوان منبع جداسازی مخمر Pichia anomalai

وجود سویه‌های پروبیوتیک تولیدکننده فیتاز در برخی محصولات لبنی تخمیری اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا اغلب این سویه‌ها توسط سازمان FDA در گروه GRAS (ایمن برای استفاده غذایی) طبقه‌بندی شده‌اند و قابلیت استفاده مستقیم در خوراک دام را دارند. اگرچه جلبک‌ها به دلیل نقششان در چرخه فیتات محیطی مورد توجه هستند، جلبک‌های بومی منبع مناسبی برای فیتاز نیستند؛ هرچند ریزجلبک‌های تراریخته اخیراً در مسیر تولید فیتازهای نوترکیب بررسی شده‌اند.

پری بیوتیک، پروبیوتیک، سین بیوتیک، پارابیوتیک و پست بیوتیک در طیور و عملکردهای آن ها

 

جداسازی، شناسایی و تولید فیتاز

فرآیند شناسایی سویه‌های تولیدکننده فیتاز شامل مراحل غربالگری کیفی و کمی است. در غربالگری کیفی، ایجاد هاله شفاف روی محیط PSM نشان‌دهنده فعالیت فیتاز است؛ اما برای حذف نتایج مثبت کاذب ناشی از تولید اسید، روش رنگ‌آمیزی دو مرحله‌ای با کلرید کبالت و معرف مولیبدات–وانادات به‌کار می‌رود تا تنها فسفات آزادشده از هیدرولیز فیتات شناسایی شود. غربالگری کمی نیز با اندازه‌گیری واقعی فعالیت آنزیمی در محیط مایع انجام می‌شود و ترکیب این دو روش امکان انتخاب دقیق‌ترین جدایه‌ها را فراهم می‌کند.

برای شناسایی مولکولی، توالی‌یابی ژن 16S rRNA بهترین روش برای باکتری‌ها و توالی‌یابی ناحیه ITS (ITS1-5.8S-ITS2) دقیق‌ترین ابزار شناسایی قارچ‌هاست. این روش‌ها نسبت به بررسی‌های مورفولوژیک، دقت بالاتری در تعیین گونه و سویه دارند.

 

تولید و خالص‌سازی فیتاز

فیتازهای قارچی بیشتر از طریق تخمیر حالت جامد (SSF) و فیتازهای باکتریایی عمدتاً از طریق تخمیر غوطه‌ور (SmF) تولید می‌شوند.

• SSF به‌دلیل نیاز کم به آب، استفاده اقتصادی از ضایعات کشاورزی و بازیابی آسان آنزیم، برای قارچ‌ها ایده‌آل است.
• SmF برای باکتری‌ها کارآمدتر بوده و امکان مقیاس‌پذیری صنعتی بالایی دارد.

سبوس گندم، سبوس برنج، تفاله مرکبات و سایر ضایعات کشاورزی، سوبستراهای متداول تولید فیتاز هستند. سبوس گندم به‌واسطه غنای مواد معدنی، ویتامین‌ها، فیبر و اسید فیتیک، یکی از بهترین بسترهاست و بسیاری از سویه‌ها در این بستر حداکثر تولید فیتاز را نشان داده‌اند.

پس از تولید، فیتاز خام با روش رسوب‌دهی سولفات آمونیوم و سپس نمک‌زدایی، خالص‌سازی جزئی می‌شود. این فرایند ساده، اقتصادی و مناسب کشورهایی با محدودیت زیرساختی است و قادر است فیتاز نیمه‌خالص با کیفیت مناسب برای استفاده در خوراک دام تولید کند. استفاده از فیتاز نیمه‌خالص‌شده قارچی نیز در مطالعات مختلف، بهبود چشمگیر استفاده از فسفر و کاهش دفع فسفر را نشان داده است.

 

نقش فیتاز در بهبود قابلیت هضم و بهره‌وری مواد مغذی در طیور

فیتاز یکی از برجسته‌ترین آنزیم‌های خوراکی در تغذیه طیور است که با هیدرولیز فیتات، محدودیت دسترسی به فسفر را برطرف کرده و کارایی تغذیه‌ای جیره را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. در جیره‌های معمولی جوجه‌های گوشتی، حدود ۲.۸ گرم فسفر فیتات در هر کیلوگرم وجود دارد، اما به‌دلیل نبود فیتاز درون‌زا، بخش عمده آن غیرقابل‌جذب باقی می‌ماند. افزودن فیتاز این مشکل را حل می‌کند.

 میزان آزادسازی فسفر به منبع آنزیمی بستگی دارد. فیتازهای قارچی معمولاً حدود ۴۶٪ فیتات را تجزیه کرده و نزدیک به ۱.۲۹ گرم فسفر قابل‌جذب آزاد می‌کنند، در حالی‌که فیتازهای باکتریایی با توانایی تجزیه کامل IP6 و بخش بزرگی از IP5 و IP4، آزادسازی فسفر و اینوزیتول را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهند و حتی تا ۸۳٪ افزایش اینوزیتول نیز گزارش شده است. همین کارایی بالا موجب شده است که در تحقیقات جدید، کاهش یا حتی حذف کامل فسفر معدنی به‌عنوان یک راهکار اقتصادی و عملی مورد توجه قرار گیرد.

علاوه بر آزادسازی فسفر، فیتاز از طریق کاهش اثرات ضدتغذیه‌ای فیتات، قابلیت هضم طیف گسترده‌ای از مواد مغذی را نیز افزایش می‌دهد. این آنزیم با بهبود هضم ماده خشک (DM)، افزایش هضم فیبر خام (CF) و چربی (EE) و ارتقای چشمگیر قابلیت هضم پروتئین خام (CP) و اسیدهای آمینه ضروری، نقش مهمی در بهینه‌سازی ارزش تغذیه‌ای خوراک ایفا می‌کند. همچنین فیتاز با افزایش انرژی متابولیسمی ظاهری (AME) و بهبود احتباس نیتروژن، اثربخشی استفاده از پروتئین و انرژی را بالا می‌برد. از سوی دیگر، با کاهش اثر مهاری فیتات بر فعالیت آنزیم‌های گوارشی مانند آمیلاز، پروتئاز و لیپاز، به بهبود عملکرد دستگاه گوارش و افزایش کارایی هضم کمک می‌کند.

سلامت دستگاه گوارش حیوانات

اثرات فیتاز بر هضم و کارایی رشد

فیتاز با شکستن ساختار فیتات، فسفر، کلسیم و سایر مواد معدنی متصل‌شده را آزاد می‌کند و این فرآیند به‌طور مستقیم وابسته به دوز مصرفی آن است؛ یعنی هرچه سطح فیتاز بیشتر باشد، مقدار تجزیه فیتات و مواد مغذی آزادشده نیز افزایش می‌یابد. این آنزیم با کاهش اثرات ضدتغذیه‌ای فیتات، موجب بهبود هضم مواد معدنی، افزایش یکپارچگی بافت روده و ارتقای عملکرد دستگاه گوارش می‌شود. در نتیجه، پرنده با مصرف انرژی کمتر و استفاده مؤثرتر از خوراک، رشد بهتر و ضریب تبدیل بهینه‌تری را تجربه می‌کند. مطالعات متعدد نشان می‌دهند که استفاده از سطوح بالاتر فیتاز اغلب بهبود معنی‌داری در افزایش وزن، کارایی خوراک و سلامت گوارشی به‌دنبال دارد.

 

بهبود هضم و استفاده از فسفر

فیتاز یکی از مؤثرترین ابزارهای تغذیه‌ای برای افزایش زیست‌فراهمی فسفر در طیور محسوب می‌شود. جیره‌های استاندارد جوجه‌های گوشتی معمولاً حاوی حدود ۲.۸ گرم فسفر فیتات در هر کیلوگرم هستند، اما در نبودِ فیتاز درون‌زا، این فسفر به‌صورت غیرقابل‌دسترس باقی می‌ماند. مطالعات کلاسیک (Simons & Versteegh) و پژوهش‌های جدید نشان می‌دهند که فیتاز قادر است ۳۰ تا ۴۰٪ فسفر فیتات را آزاد کند؛ میزانی که در عمل منجر به جایگزینی بخش عمده فسفر معدنی، کاهش هزینه‌های جیره و کاهش چشمگیر دفع فسفر به محیط می‌شود.

 

اثر فیتاز بر آزادسازی فسفر و کلسیم

هیدرولیز فیتات توسط فیتاز باعث آزادسازی فسفر و کلسیم در بخش ابتدایی روده (ایلئوم کلسیم را تا ۳۲.۲٪  و فسفر را تا ۲۸٪) می‌شود. این افزایش دسترسی، نقش مهمی در استخوان‌سازی، متابولیسم معدنی و عملکرد رشدی پرنده دارد. از سوی دیگر، انتقال کمتر فسفر به نواحی انتهایی دستگاه گوارش، فعالیت میکروبی آن بخش را محدود می‌کند؛ زیرا بسیاری از باکتری‌های روده بزرگ برای تکثیر به فسفر نیاز دارند. این تغییر محل هیدرولیز، نشان می‌دهد که فیتاز نه‌تنها یک عامل تغذیه‌ای، بلکه یک تنظیم‌کننده مهم اکولوژی روده نیز هست.

فیتاز همچنین با آزاد کردن کلسیم از پیوندهای فیتات و جلوگیری از تشکیل صابون‌های نامحلول، هضم چربی‌ها را بهبود می‌بخشد. از طرفی، آزادسازی یون کلسیم می‌تواند فعالیت آنزیم‌های گوارشی مانند آلفا-آمیلاز را افزایش دهد و در نتیجه هضم نشاسته و بهره‌وری انرژی جیره را ارتقا دهد.

تأثیر فیتاز بر مصرف و دفع فسفر

ارزیابی اثربخشی فیتاز معمولاً از طریق شاخص‌هایی مانند عملکرد رشد، کیفیت و خاکستر استخوان، سطح فسفر پلاسما و فعالیت آنزیم آلکالین فسفاتاز انجام می‌شود. نتایج گسترده پژوهشی نشان می‌دهد که فیتاز نقش بسیار مهمی در افزایش مصرف فسفر، کاهش دفع آن و بهبود تعادل مواد معدنی دارد:

۱. میزان فسفر آزادشده

مقدار فسفر آزادشده به نوع فیتاز، دوز مصرفی و ترکیب جیره بستگی دارد:

• ۲۵۰ تا ۱۰۰۰ واحد فیتاز → آزادسازی فسفر بین ۳۱ تا ۵۸٪
• در جیره‌های ذرت–سویا → ۳۰ تا ۷۲٪ افزایش در دسترسی فسفر
• در کنجاله کلزا → نیاز به دوزهای بالاتر فیتاز برای تجزیه مؤثر فیتات

۲. کاهش دفع فسفر

مکمل‌سازی خوراک با فیتاز می‌تواند دفع فسفر را ۴۲ تا ۵۱ درصد کاهش دهد. این کاهش نقش حیاتی در جلوگیری از آلودگی منابع آب، کاهش یوتریفیکاسیون و ارتقای پایداری محیط‌زیست دارد.

۳. تأثیر بر نسبت کلسیم به فسفر

• فیتاز با آزادسازی هم‌زمان کلسیم و فسفر از کمپلکس‌های فیتاتی، نسبت Ca:P را تنظیم می‌کند. این تنظیم برای:
  • استحکام استخوان
  • کیفیت پوسته تخم‌مرغ
  • عملکرد متابولیک و هورمونی
  اهمیت ویژه‌ای دارد.

۴. دوز مؤثر فیتاز

افزایش دوز فیتاز(مثلاً از ۵۰۰ به ۱۰۰۰ واحد در هر کیلوگرم جیره) می‌تواند معادل ۴۰٪ فسفر زیستی قابل‌استفاده (NPP) را  افزایش دهد. این مسئله امکان کاهش قابل‌توجه استفاده از منابع گران‌قیمت فسفر معدنی را فراهم می‌کند.

 

اثرات اضافی غیر فسفری فیتاز (Extra-phosphoric Effects)

مفهوم «اثرات اضافی فیتاز» نخستین‌بار توسط راویندران مطرح شد و به اثرات مثبت فیتاز فراتر از آزادسازی فسفر اشاره دارد. شواهد متعدد نشان می‌دهد که فیتاز با کاهش اثرات ضدتغذیه‌ای فیتات و جلوگیری از تشکیل کمپلکس‌های فیتات(پروتئین یا فیتات) مینرال، بهبود چشمگیری در قابلیت هضم سایر مواد مغذی ایجاد می‌کند. این اثرات که زمانی محل تردید بودند، اکنون در پژوهش‌های معتبر کاملاً اثبات شده‌اند

 

افزایش هضم پروتئین و اسیدهای آمینه

بهبود هضم و جذب اسیدهای آمینه یکی از مهم‌ترین اثرات غیرمستقیم فیتاز است؛ زیرا رشد پرندگان بیشتر از آن‌که به هضم پروتئین وابسته باشد، به سرعت و کارایی جذب اسیدهای آمینه در روده کوچک بستگی دارد. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که افزودن ۵۰۰ واحد فیتاز در هر کیلوگرم خوراک، قابلیت هضم ظاهری اسیدهای آمینه را در ژژنوم ابتدایی تا ۵۰٪، در ژژنوم انتهایی حدود ۲۰٪ و در ایلئوم ۷ تا ۹٪ افزایش می‌دهد. این افزایش قابل توجه نشان می‌دهد که فیتاز فراتر از تجزیه فیتات، موجب ارتقای واقعی جذب اسیدهای آمینه می‌شود.

 

مکانیسم‌های اثر فیتاز بر هضم اسیدهای آمینه

۱. جلوگیری از تشکیل کمپلکس پروتئین–فیتات

فیتات (IP6) مولکولی با بار منفی قوی است که در pH پایین سنگدان (۲.۵–۳) با پروتئین‌های دارای بار مثبت ترکیب شده و کمپلکس‌های نامحلول پروتئین–فیتات تشکیل می‌دهد. این کمپلکس‌ها:

• حلالیت پروتئین را کاهش می‌دهند،
• فعالیت پپسین را مختل می‌کنند،
• و هضم پروتئین را در مراحل اولیه گوارش محدود می‌سازند.

از آنجا که پروتئین‌های غلات (گندم) نقطه ایزوالکتریک (نقطه خنثی بار الکتریکی پروتئین) بالاتری نسبت به کنجاله سویا دارند، کمپلکس‌های قوی‌تری تشکیل می‌دهند و به همین دلیل فیتاز در جیره‌های گندمی اثر بیشتری بر افزایش هضم اسیدهای آمینه دارد.

 

۲. بهبود سیستم‌های جذب وابسته به سدیم

جذب بخش عمده‌ای از اسیدهای آمینه و گلوکز، وابسته به ناقل‌های سدیم–وابسته و پمپ Na⁺/K⁺-ATPase است. فیتات این پمپ را مهار کرده و منجر به افزایش ترشحات سدیم درون‌زا می‌شود. فیتاز با تجزیه فیتات:

• تلفات سدیم را کاهش می‌دهد،
• عملکرد پمپ Na⁺/K⁺-ATPase را بازیابی می‌کند،
• و جذب اسیدهای آمینه و گلوکز را افزایش می‌دهد.

مطالعات نشان داده‌اند که هرچه هضم سدیم افزایش یابد، هضم اسیدهای آمینه نیز به‌طور مستقیم بهبود می‌یابد.

۳. افزایش جذب پپتیدها از طریق PepT-1

بخش قابل‌توجهی از اسیدهای آمینه جیره نه به‌صورت آزاد، بلکه در قالب دی‌پپتیدها و تری‌پپتیدها جذب می‌شوند و این فرآیند عمدتاً توسط ناقل PepT-1 انجام می‌گیرد. عملکرد این ناقل به فعالیت مبدل سدیم–هیدروژن (NHE) و حفظ pH مناسب در بخش میانی روده (حدود ۵.۲ تا ۶.۲) وابسته است. افزایش مصرف منابع معدنی قلیایی مانند سنگ‌آهک و دی‌کلسیم‌فسفات(DCP) ،  pH روده را بالا می‌برد و می‌تواند قابلیت هضم اسیدهای آمینه را تا ۸ درصد کاهش دهد. فیتاز با کاهش نیاز جیره به این مواد معدنی، باعث تعدیل pH روده و نزدیک شدن آن به محدوده بهینه فعالیت PepT-1 می‌شود؛ در نتیجه، جذب پپتیدها و کارایی استفاده از اسیدهای آمینه به طور محسوسی بهبود می‌یابد.

 

کاهش ترشحات درون‌زا و نقش فیتاز در بهبود هضم واقعی اسیدهای آمینه

فیتات با تحریک مخاط روده، موجب افزایش ترشح موسین و اسید سیالیک می‌شود؛ ترکیباتی که اگرچه برای حفاظت مخاط ضروری‌اند، اما تولید بیش‌ازحد آن‌ها باعث تلفات قابل‌توجه پروتئین و اسیدهای آمینه ارزشمند (به‌ویژه ترئونین، سرین و پرولین) می‌گردد. این ترشحات هضم نمی‌شوند و به‌صورت دست‌نخورده دفع می‌شوند و می‌توانند جریان اسیدهای آمینه درون‌زا را تا حدود ۴۳ درصد افزایش دهند؛ موضوعی که قابلیت هضم ظاهری را کمتر از مقدار واقعی نشان می‌دهد. فیتاز با هیدرولیز فیتات در بخش‌های بالایی دستگاه گوارش، از این تحریک مخاطی جلوگیری کرده و تولید موسین را کاهش می‌دهد. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که فیتازهای باکتریایی—به دلیل فعالیت مؤثر در pH پایین و توانایی تجزیه سریع IP6—می‌توانند این تلفات درون‌زا را تا ۳۰ درصد کاهش دهند، در حالی‌که فیتازهای قارچی اثر محدودتری دارند. نتیجه این فرآیند، کاهش اتلاف اسیدهای آمینه، افزایش جذب واقعی آنها و بهبود بازده پروتئینی جیره است؛ اثری که بخش مهمی از «مزایای فوق‌فسفری» فیتاز را تشکیل می‌دهد.

 

اثر فیتات بر فعالیت پپسین و پیامدهای آن

کمپلکس‌های نامحلول پروتئین–فیتات علاوه بر مقاومت در برابر شکسته شدن، می‌توانند فعالیت پپسین را نیز در pH اسیدی پیش‌معده و سنگدان (۲–۳) مهار کنند. پپسین مهم‌ترین آنزیم هضم پروتئین در مراحل اولیه گوارش است و اختلال در عملکرد آن موجب هضم ناقص پروتئین می‌شود. مهار پپسین یک واکنش جبرانی را فعال می‌کند که طی آن پرنده مقدار بیشتری اسید معده و پپسین ترشح می‌کند؛ فرایندی که با تحریک شدید مخاط همراه بوده و تولید موسین و بی‌کربنات را افزایش می‌دهد. افزایش این ترشحات، هزینه متابولیکی پرنده را بالا می‌برد و کارایی استفاده از خوراک را کاهش می‌دهد.

فیتاز با کاهش تشکیل کمپلکس‌های پروتئین–فیتات، این چرخه معیوب را قطع می‌کند و اجازه می‌دهد پپسین نقش طبیعی خود را ایفا کرده و هضم اولیه پروتئین به‌طور مؤثرتری انجام شود.

تفاوت پایداری اثر فیتاز بر انرژی و پروتئین

برخلاف اثرات نسبتاً پایدار فیتاز بر هضم پروتئین و اسیدهای آمینه، اثر آن بر AME متغیرتر است. در برخی پژوهش‌ها استفاده از فیتاز باکتریایی در جیره‌های مبتنی بر ذرت، AME را حدود ۰.۵۸ مگاژول معادل ۱۳۸ کیلوکالری افزایش داده است، اما در جیره‌های سورگوم یا گندم بهبود قابل توجهی مشاهده نشده است. مرور مقالات مختلف نشان می‌دهد که به‌طور میانگین فیتاز می‌تواند ۰.۳۶ مگاژول (حدود ۸۶ کیلوکالری) انرژی قابل‌متابولیسم را افزایش دهد.

 

مکانیسم‌های اثر فیتاز بر انرژی

بهبود AME در اثر عملکردهای مستقیم و غیرمستقیم فیتاز ایجاد می‌شود:

۱. بهبود محدود هضم نشاسته

چند مطالعه نشان داده‌اند که فیتاز در ژژنوم ابتدایی می‌تواند هضم نشاسته را ۵ تا ۱۸ درصد افزایش دهد، اما در کل دستگاه گوارش این اثر پایدار نیست. علت این موضوع آن است که نشاسته ذرت یا گندم به‌صورت طبیعی هضم‌پذیری بالایی دارد و فضا برای بهبود زیاد نیست.

 

۲. نقش کلیدی جذب گلوکز

تحقیقات جدید نشان می‌دهند که بخش مهمی از اثر انرژی فیتاز ناشی از افزایش جذب گلوکز است، نه افزایش هضم نشاسته. فیتاز با:

• کاهش فیتات و آزادسازی سدیم،
• بهبود عملکرد ناقل SGLT1 (هم‌انتقال‌دهنده‌های گلوکز وابسته به سدیم) وابسته به سدیم،
• حفظ گرادیان سدیمی مناسب برای انتقال فعال گلوکز،

در نهایت باعث افزایش ورود گلوکز به خون می‌شود و این افزایش، خود را در AME نشان می‌دهد.

 

۳. بهبود هضم چربی از طریق کاهش صابون‌های کلسیمی

فیتات با کلسیم کمپلکس‌های نامحلول تشکیل می‌دهد که می‌توانند با اسیدهای چرب پیوند خورده و جذب چربی را محدود کنند. فیتاز با کاهش این کمپلکس‌ها، در برخی موارد هضم چربی و انرژی چربی را نیز افزایش می‌دهد.

 

نقش فیتاز در جلوگیری از کمپلکس‌های سه‌تایی پروتئین–فیتات–کلسیم

یکی از مکانیسم‌های مهم کاهش هضم پروتئین در طیور، تشکیل کمپلکس‌های نامحلول پروتئین–فیتات–کلسیم است. این ساختارهای سه‌تایی، چه در pH پایین سنگدان (که پروتئین بار مثبت دارد و به فیتات متصل می‌شود) و چه در pH بالاتر روده (که فیتات با واسطه یون‌های کلسیم میان چندین پروتئین پل ایجاد می‌کند)، به‌صورت تجمعات پایدار شکل گرفته و نفوذ آنزیم‌های گوارشی—به‌ویژه پپسین—را محدود می‌سازند. افزایش کلسیم جیره از طریق سنگ‌آهک یا DCP نیز این فرآیند را تشدید می‌کند. فیتاز با هیدرولیز سریع فیتات در ابتدای دستگاه گوارش، مانع تشکیل این کمپلکس‌ها می‌شود؛ به این ترتیب فیتات پیش از اتصال به پروتئین تجزیه شده، پروتئین‌ها آزاد و در دسترس پپسین باقی می‌مانند و از ایجاد تجمعات نامحلول جلوگیری می‌شود. نتیجه این فرآیند، افزایش چشمگیر فعالیت آنزیم‌های گوارشی و ارتقای کارایی مرحله اولیه هضم پروتئین است.

 

نقش فیتاز در تکمیل تجزیه فیتات، فعال‌سازی iALP و بهبود سلامت روده

تجزیه کامل فیتات تنها با فیتاز پایان نمی‌یابد؛ محصول نهایی واکنش فیتاز، مولکول IP1 است که برای تبدیل آن به اینوزیتول آزاد نیاز به آنزیم “فسفاتاز قلیایی روده  (iALP)” دارد. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که مصرف فیتاز در سطوح بالا موجب افزایش فعالیت iALP در ژژنوم می‌شود؛ آنزیمی که علاوه بر تکمیل روند آزادسازی فسفر، نقش کلیدی در دفسفریله کردن توکسین‌های باکتریایی مانند LPS و تقویت سد دفاعی روده دارد. این افزایش فعالیت iALP، همراه با تجزیه زودهنگام فیتات، باعث کاهش نیاز به ترشح جبرانی HCl و پپسین، کاهش تحریک مخاطی و کاهش ترشح موسین و بی‌کربنات می‌شود؛ در نتیجه pH سنگدان تعدیل شده، بار متابولیکی کاهش می‌یابد و سلامت بافتی روده بهبود پیدا می‌کند. این فرایندها در نهایت موجب افزایش ارتفاع پرزهای روده، بهبود ظرفیت جذب، کاهش التهاب، جلوگیری از عبور باکتری‌ها به جریان خون، و ارتقای عملکرد سیستم ایمنی ذاتی می‌شود. بنابراین، فیتاز(به‌ویژه در دوزهای بالا یا «سوپردوز») تنها آنزیمی برای آزادسازی فسفر نیست، بلکه یک عامل مؤثر در بهبود سلامت روده، تقویت سیستم ایمنی و افزایش بهره‌وری تغذیه‌ای کل پرنده است.

 

اثر فیتاز بر میکروبیوتای روده

فیتاز علاوه بر آزادسازی فسفر، بر جمعیت و ساختار میکروبیوتای روده اثر می‌گذارد. یکی از دلایل این تغییرات، کاهش اثر ضد‌مغذی فیتات و کاهش محدودیت در مواد مغذی موجود برای باکتری‌ها است. زمانی که فیتاز فیتات را تجزیه می‌کند، فسفر آزادشده در اختیار میکروب‌ها قرار می‌گیرد و این موضوع تعادل میکروبی را تغییر می‌دهد. برخی پژوهش‌ها نشان داده‌اند که بیشترین تغییرات میکروبی مربوط به افزایش در دسترس بودن فسفر است، نه صرفاً افزایش هضم پروتئین. بنابراین، فیتاز با تعدیل شرایط تغذیه‌ای در روده، نوع و تعداد باکتری‌ها را به شکل قابل‌توجهی تحت تأثیر قرار می‌دهد و این موضوع می‌تواند بهبود سلامت و عملکرد روده را در پی داشته باشد.

 

افزایش انرژی قابل متابولیسم (AME) و نقش فیتاز

افزودن فیتاز به جیره طیور می‌تواند در بسیاری از موارد انرژی قابل متابولیسم (AME) را بین ۴۰ تا ۱۲۰ کیلوکالری در کیلوگرم افزایش دهد و همین موضوع از منظر اقتصادی اهمیت زیادی دارد. با این‌حال، تأثیر فیتاز بر AME همیشه یکسان نیست و مطالعات نتایج متفاوتی گزارش کرده‌اند؛ امری که به نوع فیتاز (قارچی یا باکتریایی)، ترکیب جیره (ذرت، گندم، سورگوم، کنجاله سویا)، سن پرنده و شرایط گوارشی بستگی دارد.

 

پیامدهای نهایی آنزیم فیتاز بر عملکرد

با حذف موانع هضمی ایجادشده توسط فیتات، فیتاز منجر به:

✔ افزایش هضم و جذب پروتئین
✔ بهبود ضریب تبدیل غذایی
✔ کاهش استرس متابولیک
✔ بهبود سلامت عمومی روده

می‌شود. این مکانیسم، «ستون اصلی اثر پروتئینی فیتاز» محسوب می‌شود و دلیل اصلی موفقیت این آنزیم در بهبود عملکرد رشد، کارایی خوراک و سلامت گوارشی طیور است.

 

ماتریکس انرژی و مواد مغذی فیتاز

مقادیر ماتریس فیتاز به میزان مواد مغذی آزادشده توسط این آنزیم اشاره دارد؛ مقادیری که امکان کاهش افزودن مواد گران‌قیمت مانند فسفر معدنی، کلسیم، سدیم، اسیدهای آمینه و حتی انرژی را در جیره فراهم می‌کنند. این رویکرد یکی از مؤثرترین ابزارها در فرمولاسیون اقتصادی جیره‌های طیور است، زیرا بدون افت عملکرد پرنده، هزینه خوراک را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.

۱. ماتریس فسفر، کلسیم و سدیم

بیشتر تولیدکنندگان فیتاز، ماتریس پیشنهادی برای فسفر، کلسیم و سدیم ارائه می‌دهند. افزایش دوز فیتاز، ماتریس قابل استفاده را نیز افزایش می‌دهد. برای نمونه، گزارش شده است که در سطوح ۵۰۰، ۱۰۰۰ و ۱۵۰۰ واحد فیتاز/kg خوراک، امکان جایگزینی به‌ترتیب حدود  ۱.۵، ۱.۹۵ و ۲.۲۵ گرم فسفر و ۱.۶۵، ۲.۱۵ و ۲.۴۵ گرم کلسیم در هر کیلوگرم جیره وجود دارد. این کاهش مواد معدنی بدون تأثیر منفی بر رشد، وضعیت استخوان، خاکستر استخوان یا عملکرد تولیدی، به‌طور کامل توسط فعالیت فیتاز جبران می‌شود.

۲. ماتریس کامل (Full Matrix): انرژی، پروتئین و اسیدهای آمینه

در سال‌های اخیر فیتاز نه‌تنها به‌عنوان منبع جایگزینی فسفر، بلکه به‌عنوان آنزیمی با «اثرات فوق‌فسفری» شناخته شده است. در ماتریس‌های توسعه‌یافته‌تر، مقادیر قابل جایگزینی برای:

• انرژی قابل‌متابولیسم (AME)
• پروتئین خام
• اسیدهای آمینه ضروری

نیز ارائه می‌شود. مطالعات نشان داده‌اند که استفاده از ماتریس کامل، نه تنها عملکرد جوجه‌های گوشتی را حفظ می‌کند، بلکه اغلب باعث بهبود افزایش وزن و ضریب تبدیل خوراک نیز می‌شود؛ زیرا کاهش اثرات ضدتغذیه‌ای فیتات، دسترسی به انرژی و آمینواسیدها را بهبود می‌بخشد.

 

۳. اهمیت اقتصادی ماتریس فیتاز

اعمال ماتریس فیتاز، صرفه‌جویی اقتصادی قابل توجهی ایجاد می‌کند. برآوردها نشان می‌دهد که اجرای ماتریس کامل می‌تواند:

• در هر تن خوراک حدود ۴۴ دلار آمریکا (≈ ۶۵ دلار استرالیا) صرفه‌جویی کند.
• اگر این صرفه‌جویی بر ۳۵۱ میلیون تن خوراک جهانی جوجه گوشتی اعمال شود، معادل حدود ۱۵.۵ میلیارد دلار در سال خواهد بود.

هرچند این محاسبات جنبه پیش‌بینی دارند، اما اهمیت اقتصادی فیتاز در صنعت جهانی طیور را به‌خوبی نشان می‌دهند.

 

۴. ضرورت اعتبارسنجی ماتریس

برای استفاده موفق از ماتریس فیتاز، چند اصل باید رعایت شود:

1. تأیید آزمایشی: ماتریس باید از طریق آزمایش‌های قابلیت هضم و کارایی رشد، اعتبارسنجی شود.
2. همخوانی با عملکرد واقعی: کاهش مواد مغذی جبرانی نباید عملکرد پرندگان را تضعیف کند.
3. تعیین دوز صحیح: دوز کم فیتاز ماتریس را ناکارآمد و دوز بیش‌ازحد موجب اعمال ماتریس غیرمنطقی می‌شود.
4. هماهنگی با سایر آنزیم‌ها: استفاده هم‌زمان با آنزیم‌هایی مانند گزیلاناز و پروتئاز می‌تواند ماتریس کامل‌تری ایجاد کند.

 

چالش‌های کاربرد ماتریس آنزیمی در فرمولاسیون

• ماتریس باید در فرمولاسیون واقعی به‌گونه‌ای اعمال شود که جایگزینی مواد گران‌قیمت (سویا، چربی، فسفات) ممکن باشد.
• محدودیت‌هایی مانند:
  • حداقل چربی،
  • کمبود فسفات معدنی،
  • حضور افزودنی‌های زئوتکنیکی متعدد (پروبیوتیک‌ها، پری‌بیوتیک‌ها، اسیدهای آلی، فایتوژنیک‌ها و توکسین بایندرها )،
    می‌تواند باعث شود ماتریس فقط به‌طور ناقص یا غیرمنتظره اعمال شود.
• فرضیات نادرست مانند خطی بودن پاسخ دوز آنزیم یا برابری انرژی آزادشده آنزیم با انرژی چربی نیز می‌تواند باعث خطای فرمولاسیونی شود.

 

نقش فیتاز بر قابلیت هضم سدیم

نخستین بار گزارش شد که فیتاز در طیور دارای یک اثر (صرفه‌جویی سدیم) است. این اثر به این معناست که فیتات موجود در جیره باعث افزایش دفع سدیم درون‌زا در طول دستگاه گوارش می‌شود، اما فیتاز با تجزیه فیتات این تلفات را کاهش می‌دهد. مطالعات نشان داده‌اند که فیتاز و فیتات اثرات متضادی بر بازجذب سدیم دارند: فیتات دفع سدیم را افزایش می‌دهد، در حالی که فیتاز، با شکستن فیتات، این روند را معکوس می‌کند.

در یکی از تحقیقات، استفاده از یک فیتاز باکتریایی (۱۰۰۰ واحد در کیلوگرم) توانست قابلیت هضم ظاهری سدیم را حدود ۶۶ درصد بهبود دهد. این اثر حتی در سطح ۵۰۰ واحد فیتاز نیز مشاهده شد، جایی که هضم سدیم در ایلئوم بیش از ۹۲ درصد افزایش یافت. بهبود هضم سدیم با افزایش هضم اسیدهای آمینه نیز همراه بود، به‌طوری که میانگین قابلیت هضم ۱۷ اسید آمینه حدود ۵.۳ درصد افزایش پیدا کرد.

در مجموعه‌ای از مطالعات دیگر، فیتاز توانست ضریب هضم سدیم را در تمام بخش‌های روده کوچک بهبود دهد؛ از جمله:

• ۳۰٪ افزایش در ژژنوم ابتدایی
• ۳۰٪ افزایش در ژژنوم انتهایی
• ۴۳٪ افزایش در ایلئوم ابتدایی
• ۲۶٪ افزایش در ایلئوم انتهایی

این نتایج نشان می‌دهد که در پرندگانی که جیره بدون فیتاز مصرف می‌کنند، بخش زیادی از سدیم ترشح‌شده در روده کوچک بازجذب نمی‌شود و در نتیجه ضریب هضم سدیم به‌شدت منفی ثبت می‌شود. این موضوع با تحقیقات قبلی سازگار است که نشان دادند ترشح سدیم در بخش قدامی روده بسیار بیشتر از توان جذب آن است و بیشتر جذب واقعی سدیم در روده بزرگ اتفاق می‌افتد.

از آنجا که سدیم به‌صورت بی‌کربنات سدیم (NaHCO₃) توسط پانکراس ترشح می‌شود تا اسید معده (HCl) را خنثی کند، افزایش ترشحات اسید در اثر حضور فیتات، مقدار بیشتری از سدیم را به دام می‌اندازد. فیتاز با کاهش نیاز به این ترشحات، در عمل باعث حفظ سدیم می‌شود. بنابراین، «اثر صرفه‌جویی سدیم» فیتاز یک پدیده تثبیت‌شده است که پیامدهای تغذیه‌ای مهمی دارد، از جمله بهبود هضم اسیدهای آمینه، کاهش اتلاف مواد معدنی، و بهبود عملکرد کلی خوراک.

 

تفاوت گونه‌ها  در پاسخ به فیتاز

پاسخ طیور مختلف به فیتاز یکسان نیست و تفاوت‌های فیزیولوژیک و تغذیه‌ای میان گونه‌ها نقش مهمی در میزان آزادسازی فسفر و سایر مواد مغذی دارند. مطالعات نشان می‌دهد که آزادسازی فسفر توسط فیتاز در مرغ‌های تخم‌گذار بیشتر از جوجه‌های گوشتی است و فیتات سویا بدون استفاده از فیتاز نیز در مرغ‌های تخم‌گذار با کارایی بیشتری هیدرولیز می‌شود. این تفاوت احتمالاً به دلیل اختلاف در زمان ماندگاری خوراک، تعادل میکروبی روده و نیازهای متابولیکی متفاوت است؛ به‌ویژه اینکه مرغ‌های تخم‌گذار برای تولید پوسته تخم‌مرغ و حفظ سلامت اسکلتی به فسفر بیشتری نیاز دارند و بنابراین، پاسخ قوی‌تری به فیتاز نشان می‌دهند.

 

نقش فیتاز در بهبود عملکرد جوجه‌های گوشتی

در جوجه‌های گوشتی، فیتاز یکی از مؤثرترین آنزیم‌ها در بهبود رشد و راندمان است. آثار ثابت‌شده آن شامل:

• افزایش رشد و وزن‌گیری
• بهبود ضریب تبدیل خوراک (FCR)
• تقویت کیفیت استخوان
• کاهش نیاز به فسفر معدنی
• کاهش رطوبت و بهبود کیفیت بستر
• بهبود سلامت و عملکرد دستگاه گوارش

براساس مطالعات انجام شده فیتاز در جیره‌های مبتنی بر ذرت–سویا، گندم، جو و حتی جیره‌های کم‌هزینه، عملکرد جوجه‌های گوشتی را به‌طور چشمگیری بهبود داده است.

 

فیتاز در مرغ‌های تخم‌گذار

فیتاز در تغذیه مرغ‌های تخم‌گذار نقش مهمی در بهبود کیفیت پوسته، کارایی تولید و وضعیت مواد معدنی دارد. با تجزیه فیتات و آزادسازی کلسیم و فسفر متصل، این آنزیم موجب افزایش ضخامت و مقاومت پوسته،  افزایش تولید روزانه تخم مرغ،کاهش درصد شکست تخم‌مرغ و بهبود وزن مخصوص پوسته می‌شود. مطالعات متعدد نشان می‌دهند که فیتاز با افزایش جذب مواد معدنی، استحکام پوسته و پایداری شیف تولید را به‌طور قابل توجهی تقویت می‌کند.

 

اثر فیتاز بر مصرف خوراک و راندمان تغذیه

فیتاز می‌تواند مصرف خوراک و ضریب تبدیل خوراک را بهبود دهد. در جیره‌های کم فسفر، افزایش مصرف خوراک و بازیابی بازده تغذیه‌ای به سطح جیره‌های کامل دیده شده است. برخی مطالعات افزایش مصرف را گزارش کرده‌اند و برخی دیگر بهبود FCR را بدون افزایش مصرف نشان داده‌اند. این اختلاف‌ها بیشتر به سطح فسفر جیره و تعامل فیتاز با آنزیم‌های دیگر مربوط است.

 

فیتاز در پولت‌ها و مرغ مادر

در مرحله پولت‌پروری، شکل‌گیری اسکلت و رسیدن به وزن و ساختار بدنی مطلوب، اساس موفقیت دوره تولید است. فیتاز با افزایش زیست‌فراهمی فسفر و کلسیم، نقش مهمی در بهبود استخوان‌سازی و رشد هماهنگ پولت‌ها دارد. آزادسازی مؤثر فسفر فیتات نه‌تنها سبب تقویت معدنی‌ شدن استخوان‌ها، به‌ویژه استخوان لگن، می‌شود بلکه یکنواختی رشد، استحکام اسکلتی و آماده‌سازی بهتر بدن برای ورود به دوره تولید را تضمین می‌کند. این مزایا در مرغ‌های مادر نیز اهمیت دوچندان دارد، زیرا کیفیت استخوان لگن و ذخایر معدنی مستقیماً بر تولید تخم‌مرغ، باروری و سلامت طی دوره طولانی تولید اثر می‌گذارد. بنابراین، استفاده از فیتاز در جیره پولت‌ها و مرغ مادر، یک راهکار کلیدی برای ایجاد بنیان اسکلتی قوی و عملکرد بهتر در دوره تخم‌گذاری است.

 

فیتاز و اثرات زیست‌محیطی

فیتاز علاوه بر نقش تغذیه‌ای و اقتصادی، یک ابزار مؤثر برای کاهش اثرات منفی زیست‌محیطی پرورش طیور است. با تجزیه فیتات و آزادسازی فسفر قابل جذب، نیاز به فسفر معدنی کاهش می‌یابد و در نتیجه، مقدار فسفر دفع‌شده در بستر به‌طور قابل توجهی کم می‌شود. کاهش دفع فسفر، خطر آلودگی منابع آب، یوتریفیکاسیون و رشد بیش‌ازحد جلبک‌ها را محدود می‌کند. بهبود استفاده از پروتئین نیز می‌تواند انتشار آمونیاک را کاهش دهد و به این ترتیب کیفیت بستر و هوای سالن را بهبود بخشد. کاهش بو، گازها و رطوبت بستر از دیگر اثرات غیرمستقیم فیتاز است که در کنار افزایش کارایی گوارش، سلامت عمومی و بهره‌وری گله را ارتقا می‌دهد.

در مجموع، فیتاز یک افزودنی تغذیه‌ای با ارزش دوگانه است، هم عملکرد و سلامت پرنده را بهبود می‌دهد و هم اثرات زیست‌محیطی صنعت طیور را به شکل معناداری کاهش می‌دهد.

 

عوامل مؤثر بر کارایی فیتاز

کارایی فیتاز تحت‌تأثیر مجموعه‌ای از عوامل تغذیه‌ای، فیزیولوژیک و تکنولوژیک قرار دارد. بر اساس تحلیل پژوهش‌ها و داده‌های ارائه‌شده، مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده در عملکرد فیتاز عبارت‌اند از:

1. سطح کلسیم و نسبت Ca:P جیره

کلسیم یکی از مهم‌ترین عوامل محدودکننده فعالیت فیتاز است. غلظت بالای کلسیم می‌تواند با فیتات و فسفات‌های آزادشده کمپلکس تشکیل دهد و دسترسی فیتاز به فیتات را کاهش دهد. بنابراین، نسبت کلسیم به فسفر (Ca/P) باید به‌دقت مدیریت شود، زیرا افزایش بیش از حد کلسیم موجب کاهش اثر فیتاز، کاهش دسترسی فسفر، کاهش فعالیت پپسین و افزایش pH سنگدان می‌شود.

   

 ۲. نوع مواد اولیه و محتوای فیتات

ترکیب مواد اولیه جیره نقش اساسی در میزان اثربخشی فیتاز دارد، زیرا منابع گیاهی از نظر مقدار و ساختار فیتات تفاوت‌های قابل‌توجهی نشان می‌دهند. غلاتی مانند گندم دارای محتوای فیتات بالاتری بوده و به دلیل ساختار پروتئینی خاص و نقطه ایزوالکتریک بالاتر پروتئین‌های آن، معمولاً پاسخ بیشتری به فیتاز نشان می‌دهند. در مقابل، کنجاله سویا سطح متوسطی از فیتات دارد و میزان هیدرولیز آن در حضور فیتاز کمتر تحت‌تأثیر ترکیبات جیره‌ای قرار می‌گیرد. ذرت اگرچه فیتات کمتری دارد، اما ساختار فیتات آن پایدارتر است و همین ویژگی موجب می‌شود پاسخ جیره‌های مبتنی بر ذرت به فیتاز نسبتاً کمتر باشد.

افزون بر مقدار فیتات، وجود پلی‌ساکاریدهای غیرنشاسته‌ای (NSP) در غلات نیز می‌تواند بر کارایی فیتاز اثر بگذارد. این ترکیبات می‌توانند با تغییر ویسکوزیته روده، دسترسی آنزیم به سوبسترا و زمان ماندگاری خوراک در دستگاه گوارش، عملکرد فیتاز را تغییر دهند. به همین دلیل، جیره‌های غلاتی—به‌ویژه گندم و جو—نه‌تنها به فیتاز، بلکه به آنزیم‌های NSPase نیز پاسخ بهتری نشان می‌دهند.

 

۳. نقش سن پرنده در کارایی فیتاز

سن پرنده یکی از عوامل کلیدی تعیین‌کننده در میزان پاسخ به فیتاز است. پرندگان جوان معمولاً بیشترین بهره را از مکمل‌سازی فیتاز می‌برند، زیرا سیستم گوارشی آن‌ها هنوز به‌طور کامل بالغ نشده و ظرفیت تولید آنزیم‌های گوارشی درون‌زا در سطوح پایین‌تری قرار دارد. در این سنین، نیاز به فسفر، انرژی و اسیدهای آمینه به‌طور نسبی بالاتر است و بنابراین هر عاملی که قابلیت هضم و جذب مواد مغذی را افزایش دهد، اثرگذاری بیشتری خواهد داشت.

به همین دلیل، استفاده از فیتاز در مراحل اولیه رشد جوجه‌ها معمولاً بیشترین بازده زیستی و اقتصادی را دارد. از سوی دیگر، باید توجه داشت که اثرات کامل فیتاز—به‌ویژه زمانی که همراه با آنزیم‌های تجزیه‌کننده NSP مانند زایلاناز استفاده شود—ممکن است در آزمایش‌های کوتاه‌مدت ۲ تا ۴ هفته‌ای به‌طور کامل مشاهده نشود. زیرا برخی اثرات آنزیم‌ها، به‌ویژه در تعامل با بلوغ دستگاه گوارش و تغییرات میکروبی، در دوره‌های رشد طولانی‌تر ظاهر می‌شود.

به‌طور کلی، پاسخ بیشتر جوجه‌های جوان به فیتاز نه‌تنها نتیجه نیاز بالاتر آن‌ها به فسفر و پروتئین است، بلکه ناشی از توان پایین‌تر دستگاه گوارش آن‌ها در غلبه بر ترکیبات ضدتغذیه‌ای مانند فیتات نیز می‌باشد.

 

4.pH دستگاه گوارش و نقش آن در کارایی فیتاز

pH دستگاه گوارش یکی از تعیین‌کننده‌ترین عوامل در کارایی فیتاز است، زیرا فعالیت هیدرولیتیک این آنزیم وابستگی مستقیم به شرایط اسیدی محیط دارد. فیتازهای مختلف دامنه فعالیت متفاوتی دارند؛ فیتازهای قارچی مانند Aspergillus spp. معمولاً حساس‌تر بوده و در pHهای پایین فعالیت محدودتری نشان می‌دهند، در حالی‌که فیتازهای باکتریایی(به‌ویژه آن‌هایی که از E. coli مشتق شده‌اند) در محدوده اسیدی pH 2.5  تا 4.5 عملکرد بسیار بهتری دارند.

این ویژگی از نظر فیزیولوژیک اهمیت زیادی دارد، زیرا مراحل بحرانی هیدرولیز فیتات (IP6) باید در چینه‌دان و سنگدان که pH حدود 2 تا 3 دارد انجام شود؛ نقطه‌ای که در آن فیتات بار منفی قوی داشته و تمایل زیادی به تشکیل کمپلکس‌های ضدتغذیه‌ای با پروتئین و کلسیم دارد. هرچه تجزیه فیتات در این بخش‌ها سریع‌تر انجام شود، هم قابلیت جذب فسفر و مواد مغذی بیشتر می‌شود و هم از تشکیل کمپلکس‌های نامحلول جلوگیری می‌گردد.

فیتازهای نسل جدید یا سوپر–فیتازها با داشتن دامنه عملکرد گسترده‌تر و پایداری بیشتر به تغییرات pH، توانایی هیدرولیز سریع‌تر فیتات را در محیط اسیدی نشان می‌دهند و در نتیجه اثربخشی بالاتری در تجزیه IP6 و IP5 دارند. این افزایش کارایی در نهایت موجب بهبود جذب مواد معدنی، کاهش تلفات پروتئین و بهبود کلی راندمان خوراک می‌شود.

 

۵. نوع فیتاز و ساختار آنزیمی

منشأ و ساختار مولکولی فیتاز تعیین‌کننده کیفیت، سرعت و میزان هیدرولیز فیتات در دستگاه گوارش طیور است. فیتازها بسته به محل اولین حمله آنزیمی بر حلقه میو-اینوزیتول، به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند: ۳-فیتاز که هیدرولیز را از موقعیت C3 آغاز می‌کند، و ۶-فیتاز که واکنش را در موقعیت C6 شروع می‌نماید. این تفاوت ساختاری، الگوی تجزیه فیتات، سرعت آزادسازی فسفر و میزان تولید اینوزیتول را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

نسل جدید «سوپر–فیتازها» که عمدتاً از منابع باکتریایی مهندسی‌شده تولید می‌شوند، کارایی بسیار بالاتری نسبت به فیتازهای سنتی دارند. این آنزیم‌ها دارای پایداری حرارتی بیشتر، فعالیت قوی‌تر در pH اسیدی سنگدان، مقاومت بالا در برابر پپسین و توان هیدرولیز سریع‌تر IP6 به فرم‌های پایین‌تر (IP1–IP5) هستند. چنین ویژگی‌هایی باعث شده است که فیتازهای نسل جدید در شرایط واقعی دستگاه گوارش عملکرد قابل‌توجهی داشته باشند و در فرمولاسیون‌های کم‌فسفر نقش کلیدی ایفا کنند.

برای آنکه یک فیتاز به‌عنوان گزینه مناسب در خوراک طیور انتخاب شود، باید چند ویژگی ضروری را دارا باشد:
• فعالیت آنزیمی در محدوده pH اسیدی چینه‌دان و سنگدان
• مقاومت در برابر پپسین و عدم دناتوره شدن سریع
• توانایی فعالیت مؤثر در روده باریک تا pH حدود 6.5
• پایداری حرارتی در فرآیند پلت‌سازی (۸۰–۸۵°C به مدت ۱–۲ دقیقه)

6. عوامل تغذیه‌ای مؤثر بر کارایی فیتاز

ترکیب جیره یکی از مهم‌ترین تعیین‌کننده‌های بازده فیتاز است و می‌تواند فعالیت آنزیم را به‌صورت مثبت یا منفی تحت تأثیر قرار دهد. از میان این عوامل، سطح کلسیم جیره بیشترین نقش را دارد؛ زیرا کلسیم با فیتات کمپلکس‌های نامحلول تشکیل می‌دهد و در نتیجه، دسترسی فیتاز به سوبسترای اصلی کاهش می‌یابد. به همین دلیل، افزایش بیش از حد کلسیم یا عدم مدیریت صحیح نسبت Ca:P می‌تواند کارایی فیتاز را به‌طور محسوسی محدود کند.

سطوح سدیم و ویتامین D نیز با اثرگذاری بر جذب مواد معدنی و تعادل الکترولیتی، نقش تعدیل‌کننده بر عملکرد فیتاز دارند. از سوی دیگر، نوع غلات مصرفی در جیره اهمیت زیادی دارد؛ غلاتی مانند گندم و چاودار که مقادیر بالاتری از NSP دارند، پاسخ بیشتری به آنزیم‌های NSPase نشان می‌دهند و این تعامل می‌تواند اثر فیتاز را در برخی موارد تقویت یا تضعیف کند.

به‌علاوه، هم‌زمانی مصرف فیتاز با سایر آنزیم‌های خوراکی مانند زایلاناز، بتاگلوکاناز و پروتئاز ممکن است اثرات هم‌افزایی قابل توجهی ایجاد کند؛ مانند افزایش دسترسی به مواد مغذی و بهبود سلامت روده. با این حال، در برخی موارد نیز این ترکیبات می‌توانند اثر یکدیگر را خنثی یا حتی مهار کنند که این موضوع وابسته به نوع آنزیم، دوز مصرفی، ترکیب جیره و هدف تغذیه‌ای است.

 

عوامل حیوانی و مدیریتی مؤثر بر کارایی فیتاز

وضعیت سلامت نیز تأثیر مستقیم بر عملکرد فیتاز دارد. التهاب روده، بیماری‌های گوارشی و اختلالات میکروفلور می‌توانند دسترسی آنزیم به فیتات را کاهش داده و بازده فیتاز را محدود کنند. همچنین کیفیت بستر و استرس‌های محیطی (مانند گرما، رطوبت بالا یا تراکم زیاد) موجب کاهش مصرف خوراک و اختلال در فرآیندهای هضمی می‌شوند و به‌طور غیرمستقیم اثربخشی فیتاز را کاهش می‌دهند.

از نظر مدیریتی، شکل خوراک نقش بسیار مهمی دارد. جیره‌های پلت‌شده معمولاً به دلیل یکنواختی بیشتر، کاهش نِرمی خوراک و بهبود سرعت عبور، زمینه مناسب‌تری برای عملکرد فیتاز فراهم می‌کنند و نسبت به خوراک آردی پاسخ بهتری ایجاد می‌نمایند. همچنین برنامه نوری و رفتار تغذیه‌ای پرنده می‌تواند بر الگوی مصرف خوراک و در نتیجه بر فرصت تماس فیتاز با فیتات تأثیر بگذارد.

دوز پیشنهادی فیتاز

دوز مصرف بسته به نوع فیتاز، منبع تولید و شرایط جیره متفاوت است، اما معمولاً:

• ۳۰۰ تا ۵۰۰ FTU/kg برای افزایش دسترسی فسفر
• ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ FTU/kg برای اثرات فرافسفری
• ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ FTU/kg برای جیره‌های کاهش‌یافته (Low-P Diets)

کارخانه‌های خوراک صنعتی اغلب از دوزهای ۵۰۰ تا ۱۲۰۰ استفاده می‌کنند.

برای تعیین دوز بهینه آنزیم‌ها، به‌ویژه فیتاز، باید مجموعه‌ای از عوامل تغذیه‌ای و آنزیمی در نظر گرفته شود. ابتدا انتخاب فیتاز مناسب با دوز صحیح اهمیت دارد و سپس باید دوز آنزیم‌های تجزیه‌کننده NSP به‌گونه‌ای تنظیم شود که با اهداف تولید (KPI) هماهنگ باشد. عملکرد فیتاز تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار می‌گیرد که مهم‌ترین آن محدوده مناسب pH برای فعالیت آن در بخش‌های بالایی دستگاه گوارش است؛ زیرا حذف سریع اثرات ضد‌مغذی فیتات ضروری است.

سطح واقعی فیتات جیره (تحلیل‌شده یا محاسبه‌شده) پایه اصلی برای تعیین دوز فیتاز و مقدار ماتریس آنزیمی محسوب می‌شود. علاوه بر این، عواملی مانند مقدار کل آرابینوکسیلان (TAX)، نسبت بخش‌های محلول و نامحلول آن، میزان پروتئین هضم‌نشده، و تعادل کلسیم و فسفر نیز باید در محاسبات لحاظ شود. نتایج نهایی باید با استراتژی تغذیه‌ای واحد تولید مطابقت داده شود.

تجربه عملی نشان می‌دهد که استفاده کامل و صحیح از ماتریس آنزیمی، همراه با جیره‌های کم‌پروتئین و استفاده از مواد جایگزین، یکی از مؤثرترین راهکارها برای کاهش هزینه خوراک و افزایش بهره‌وری آنزیم‌ها است.

 

مزایای اقتصادی فیتاز برای کارخانه‌های خوراک

فیتاز از نظر اقتصادی یکی از سودآورترین افزودنی‌های خوراک دام و طیور محسوب می‌شود و نقش آن در کاهش هزینه تولید به‌ویژه در کارخانه‌های خوراک کاملاً استراتژیک است. با تجزیه فیتات و آزادسازی فسفر، کلسیم، اسیدهای آمینه و انرژی، فیتاز امکان استفاده از جیره‌های کم‌فسفر و کم‌هزینه را فراهم می‌کند و نیاز به منابع معدنی گران‌قیمتی مانند دی‌کلسیم فسفات (DCP) و مونوکلسیم فسفات (MCP) را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. این کاهش مستقیم در مصرف فسفر معدنی، از مهم‌ترین مزایای اقتصادی فیتاز در فرمولاسیون صنعتی خوراک است.

افزایش هضم‌پذیری مواد مغذی و کاهش اثرات ضدتغذیه‌ای فیتات نیز باعث می‌شود که کارخانه‌ها بتوانند از مواد اولیه ارزان‌تر با کارایی واقعی بالاتر استفاده کنند، بدون اینکه عملکرد تولیدی در گله کاهش یابد. در نتیجه، هزینه نهایی هر تن خوراک کاهش یافته و محصول نهایی یکنواخت‌تر، باکیفیت‌تر و رقابتی‌تر خواهد بود.

در واقع، کارخانه‌های خوراک مدرن امروزی دیگر بدون استفاده از فیتاز قادر به تولید جیره‌های اقتصادی و سودآور نیستند؛ زیرا این آنزیم یکی از ابزارهای اصلی برای کاهش هزینه‌ها، افزایش بهره‌وری مواد اولیه و بهبود ثبات کیفیت محصول نهایی است.

 

معیارهای کلیدی سنجش عملکرد فیتاز به‌عنوان افزودنی خوراک طیور

فیتاز مناسب خوراک باید در بازه pH دستگاه گوارش فوقانی طیور (چینه‌دان، پیش‌معده، سنگدان) فعال و پایدار باشد. اغلب فیتازهای میکروبی بررسی‌شده، pH بهینه‌ای حدود 3/5 تا ۵/۵ دارند و در بازه نسبتاً وسیعی (تقریباً pH ۲ تا ۷) حداقل نیمی از فعالیت خود را حفظ می‌کنند؛ یعنی می‌توانند در شرایط واقعی دستگاه گوارش مرغ عملکرد خوبی داشته باشند. از نظر دما نیز بیشتر این فیتازها در محدوده ۳۷ تا ۶۰–۷۰ درجه سانتی‌گراد بیشترین فعالیت را نشان می‌دهند و بسیاری از آن‌ها تا حد قابل قبول در برابر دمای بالای فرآیند پلت کردن (۶۵–۹۰ درجه برای چند ده ثانیه) پایدار می‌مانند، بنابراین در طول فرآوری خوراک از بین نمی‌روند.

یون‌های فلزی مختلف می‌توانند فعالیت فیتاز را تحریک یا مهار کنند؛ در برخی سویه‌ها یون‌هایی مثل Ca²⁺، Mg²⁺، Mn²⁺ یا Fe³⁺ فعالیت را بالا می‌برند و برخی یون‌ها مثل Cu²⁺، Zn²⁺ یا Cd²⁺ ممکن است مهارکننده باشند. از طرف دیگر، فیتازهای مناسب خوراک معمولاً تمایل (KM) نسبتاً بالایی به سدیم فیتات و در عین حال نوعی اختصاصیت نسبتاً گسترده برای سوبستراهای فسفری دارند، یعنی می‌توانند به‌طور مؤثر فیتات خوراک را هیدرولیز کنند. یک شرط مهم دیگر مقاومت در برابر پروتئازهای گوارشی مثل پپسین و تریپسین است؛ فیتازهای خوب بعد از چند ساعت تماس با این آنزیم‌ها هنوز بخش عمده‌ای از فعالیت خود را حفظ می‌کنند.

در نهایت، چون فیتاز باید تولید، بسته‌بندی، ذخیره و سپس در کارخانه خوراک استفاده شود، پایداری در طول نگهداری هم مهم است. نتایج نشان می‌دهد بسیاری از فیتازهای میکروبی در دمای یخچال یا انجماد برای ماه‌ها پایدار می‌مانند، هرچند برخی سویه‌ها در دمای اتاق سریع‌تر فعالیت خود را از دست می‌دهند. مجموع این ارزیابی‌ها (pH، دما، یون‌های فلزی، تمایل به فیتات، مقاومت در برابر پروتئاز و پایداری در ذخیره‌سازی) تعیین می‌کند کدام فیتاز واقعاً برای استفاده تجاری در خوراک طیور «قابل‌اعتماد و کارآمد» است.

 

اشکال تجاری فیتاز

• فیتاز پودری
• فیتاز گرانوله
• فیتاز مقاوم به حرارت (Thermostable)
• فیتاز مایع برای اسپری پس از پلت

فیتازهای مقاوم به حرارت برای خوراک پلت‌شده بسیار اهمیت دارند.

 

اندازه بازار فیتاز خوراک طیور

افزایش سالانه تقاضا برای گوشت و تخم‌مرغ باعث شده است صنعت طیور، به‌عنوان بزرگ‌ترین و سریع‌ترین بخش در تولیدات کشاورزی جهان، به‌طور مستمر در حال رشد باشد. در این شرایط، فیتاز به‌عنوان یکی از مهم‌ترین افزودنی‌های خوراک طیور، نقش کلیدی در کاهش هزینه‌های خوراک و کم کردن آلودگی‌های زیست‌محیطی ناشی از فسفر ایفا می‌کند؛ به همین دلیل تقاضای جهانی برای این آنزیم روندی افزایشی دارد.

بر اساس گزارش Global Market Insight (2022)، ارزش بازار جهانی فیتاز خوراک طیور در سال 2021 حدود 210 میلیون دلار برآورد شده است و انتظار می‌رود طی دوره 2022 تا 2030 با نرخ رشد مرکب سالانه ۶ درصد افزایش یابد. در بین بخش‌های مختلف صنعت خوراک دام (طیور، خوک، گاو، آبزی‌پروری و سایر حیوانات)، بخش طیور بزرگ‌ترین سهم بازار فیتاز را به خود اختصاص می‌دهد و پیش‌بینی می‌شود همچنان پیشتاز باقی بماند.

از نظر شکل محصول، فیتاز پودری یا گرانولی بیشترین سهم بازار را داراست و بیش از ۶۰ درصد مصرف جهانی را پوشش می‌دهد. با این حال، فیتاز مایع نیز با نرخ رشد سالانه ۶.۵ درصد در حال گسترش است، زیرا افزودن آن پس از فرایند پلت، مانع تخریب حرارتی آنزیم می‌شود و راندمان بالاتری را تضمین می‌کند.

چشم‌انداز منطقه‌ای

بازار جهانی فیتاز معمولاً به چند منطقه اصلی تقسیم می‌شود: آمریکای شمالی، اروپا، آسیا-اقیانوسیه، آمریکای لاتین و خاورمیانه و آفریقا. کشورهای آسیا-اقیانوسیه به دلیل رشد سریع اقتصادی، افزایش درآمد خانوار و افزایش مصرف پروتئین حیوانی، بیشترین افزایش تقاضا را برای افزودنی‌های خوراکی از جمله فیتاز نشان می‌دهند. همچنین رشد صنعت مرغداری در چین، هند، مالزی، تایلند و اندونزی نقش مهمی در توسعه این بازار دارد.

با این وجود، قیمت بالای فیتاز – که ناشی از فرایندهای بیوتکنولوژیک پیچیده و هزینه بالای R&D است – می‌تواند توسعه بازار را در برخی کشورهای درحال‌توسعه محدود کند.

از نظر سهم منطقه‌ای، گزارش‌های مختلف تحلیل‌های متفاوتی ارائه می‌دهند:

• Business Research Insights (2023) پیش‌بینی می‌کند که آمریکای شمالی تا سال 2030 رهبر بازار جهانی فیتاز باشد.
• در مقابل، Global Market Insight انتظار دارد اروپا تا سال 2030 پیشتاز بازار باشد و ارزشی حدود 390 میلیون دلار را تجربه کند.

دستورالعمل‌های نظارتی برای استفاده از فیتاز میکروبی در جیره طیور

به دلیل تنوع روش‌های آزمایش فعالیت آنزیم، هنوز یک دستورالعمل نظارتی واحد و جهانی برای ارزیابی و کاربرد فیتاز در خوراک دام وجود ندارد. با این حال، فیتاز در بسیاری از نظام‌های قانونی تحت عنوان افزودنی خوراکی دامی با عملکرد «بهبوددهنده هضم» طبقه‌بندی می‌شود و مقررات مشخصی برای تأیید ایمنی و اثربخشی آن وضع شده است.

در اتحادیه اروپا (EU)، فیتاز بر اساس آیین‌نامه (EC) شماره 1831/2003 در گروه افزودنی‌های تقویت‌کننده هضم مجاز است. همچنین استاندارد EN ISO 30024 روشی رسمی برای اندازه‌گیری فعالیت فیتاز ارائه می‌دهد و برای پایش دسته‌ای از محصولات فیتازی موجود در بازار مناسب است. با این حال، این استاندارد برای تعیین فعالیت فیتازهای جدید با کد 4a16 کافی نیست و نمی‌تواند جایگزین ارزیابی تخصصی این دسته از آنزیم‌ها شود. بسیاری از محصولات فیتاز موجود، پس از بررسی EFSA مطابق با این مقررات، تأییدیه رسمی دریافت کرده‌اند.

در ایالات متحده آمریکا، نظارت بر فیتاز تحت مسئولیت مرکز دامپزشکی سازمان غذا و دارو (FDA-CVM) قرار دارد. این مرکز فعالیت‌هایی همچون بررسی مواد اولیه خوراک، تأیید افزودنی‌های خوراکی ایمن، رسیدگی به پرونده‌های GRAS، بررسی ادعاهای ثبت‌شده، و ارزشیابی فرآورده‌های بیوتکنولوژیک مرتبط را بر عهده دارد. فیتازهای متعدد نیز در قالب فهرست محصولات (عموماً ایمن (GRAS)) برای خوراک طیور ثبت شده‌اند.

به‌طور کلی، تمامی مراجع نظارتی بر سه اصل کلیدی در تأیید فیتاز تأکید دارند:

1. عدم اثر منفی بر سلامت حیوان,
2. عدم خطر برای سلامت انسان,
3. عدم آسیب به محیط زیست,

و تنها محصولاتی که این الزامات را برآورده کنند، اجازه ورود به بازار خوراک دام را دریافت می‌کنند.

منابع:

Khattak, F. M., et al. “Enzymes in poultry nutrition.” J. Anim. Pl. Sci 16.1-2 (2006): 1-7.

Abd El-Hack, Mohamed E., et al. “The uses of microbial phytase as a feed additive in poultry nutrition-a review.” Annals of Animal Science 18.3 (2018): 639

Abbasi, Farzana, et al. “Low digestibility of phytate phosphorus, their impacts on the environment, and phytase opportunity in the poultry industry.” Environmental Science and Pollution Research 26.10 (2019): 9469-9479.

Selle, Peter H., et al. “The contribution of phytate-degrading enzymes to chicken-meat production.” Animals 13.4 (2023): 603

Urgessa, Olyad Erba, et al. “Review on desirable microbial phytases as a poultry feed additive: their sources, production, enzymatic evaluation, market size, and regulation.” International journal of microbiology 2024.1 (2024): 9400374