افزایش کارایی هضم فیبر در نشخوارکنندگان: فناوری ها و استراتژی ها
فیبر یک ماده مغذی مهم در جیره غذایی نشخوارکنندگان است که عمدتاً از علوفه هایی مانند مرتع، سیلو، یونجه یا محصولات جانبی کشاورزی تامین می شود.
فیبر دو نقش اساسی در تغذیه ایفا می کند. در مرحله اول، ظرفیت فیزیکی را فراهم می کند و باعث افزایش بزاق حیوانات می شود، که برای عملکرد مناسب شکمبه و سلامت کلی حیوانات حیاتی است.
نقش دوم و بسیار مهم، توانایی آن در تجزیه شدن در شکمبه توسط میکروارگانیسم ها، تولید اسیدهای چرب فرار که منبع انرژی اولیه برای نشخوارکنندگان است.
با این حال، ظرفیت تجزیه فیبر در بین مواد مغذی مختلف در جیره غذایی به طور قابل توجهی متفاوت است، به طوری که یکی از عوامل مؤثر اصلی سازماندهی و ترکیب این اجزا فیبر است. برای درک بهتر ظرفیت تخریب الیاف، درک ساختار و نقش فیبر در گیاهان ضروری است.
فیبر که به عنوان دیواره سلولی نیز شناخته می شود، یک ساختار پیچیده و ضروری برای گیاهان است. این مسئول پشتیبانی ساختاری، یکپارچگی، انعطاف پذیری و محافظت در برابر عوامل بیماری زا و استرس است و به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می کند. فیبر عمدتاً از سه ترکیب تشکیل شده است: سلولز، همی سلولز و لیگنین.
در حالی که سلولز و همی سلولز می توانند در شکمبه تجزیه شوند، همانطور که قبلا ذکر شد، اسیدهای چرب فرار تولید می کنند، لیگنین به عنوان یک مانع عمل می کند و از تخریب سایر ترکیبات جلوگیری می کند.
این به این دلیل اتفاق می‌افتد که برای اینکه یک ماده مغذی در شکمبه تجزیه شود، نیاز به سنتز آنزیم‌های خاصی دارد. با این حال، سنتز آنزیم هایی که لیگنین را در شکمبه تجزیه می کنند نسبتاً ناچیز است. تحقیقات زیادی نشان داده است که افزایش تجزیه فیبر موجب:
1- افزایش بهره وری
2- افزایش سود
3-کاهش اثرات زیست محیطی در زنجیره تامین لبنیات و گوشت گاو
در نتیجه، فن‌آوری‌ها و استراتژی‌های مختلف به طور گسترده مورد مطالعه و توسعه قرار گرفته‌اند تا تجزیه فیبر را افزایش دهند.
این فناوری ها و استراتژی ها شامل فرایند مکانیکی، بهبود ژنتیکی، فرایند شیمیایی و آنزیمی است.
فرآیندهای مکانیکی
فرآیند مکانیکی تأثیر مثبتی بر تخریب فیبر دارد و آن را کارآمدتر می کند. اندازه ذرات نقش مهمی در تحریک جویدن و ترشح بزاق دارد. بنابراین کاهش اندازه ذرات باید متوسط باشد. برعکس، ذرات بلندتر می‌توانند مصرف را به دلیل سرعت عبور کندتر و افزایش احساس سیری کاهش دهند.
افزایش هضم ناشی از کاهش اندازه ذرات با افزایش سطح تماس همراه است که منجر به سرعت تجزیه شکمبه و در نتیجه تشدید مصرف خوراک حیوانات می شود. در میان روش‌های مختلف فرآوری، خرد کردن، آسیاب کردن و پلت کردن محبوب‌ترین هستند.
مصرف هیبریدها
راهکار دوم برای افزایش هضم فیبر استفاده از هیبریدهایی با غلظت لیگنین کاهش یافته در مقایسه با گیاهان معمولی است. نمونه شناخته شده این فناوری هیبریدهای BMR هستند. BMR مخفف Brown-Midrib است که به مشخصه میانی قهوه ای هیبرید اشاره دارد.
این نام از ویژگی هیبرید گرفته شده است، زیرا این ژن وجود رنگ قهوه ای را در رگبرگ های مرکزی برگ ها ایجاد می کند. Ferraretto و Shaver در یک مطالعه متاآنالیز افزایش قابلیت هضم فیبر، مصرف ماده خشک و تولید شیر را در گاوهایی که با سیلاژ ذرت BMR تغذیه می‌کردند در مقایسه با سیلوی ذرت معمولی گزارش کردند.
مانند ذرت، تحقیقات همچنین نشان داده است که سورگوم BMR در مقایسه با سورگوم معمولی هضم فیبر، مصرف خوراک و تولید شیر را افزایش می دهد. علاوه بر ذرت و سورگوم، فن آوری های بهبود نیز برای افزایش هضم یونجه استفاده شده است.
فرآیند های شیمیایی
فرآیند های شیمیایی نشان دهنده راهکار دیگر برای افزایش هضم فیبر می باشد. این فرآیند ها شامل استفاده از موادی مانند آمونیاک، هیدروکسید سدیم و هیدروکسید کلسیم است.
هدف از این فرآیندها شکستن پیوند بین همی سلولز و لیگنین و جلوگیری از کریستاله شدن سلولز است، در نتیجه دسترسی به کربوهیدرات های فیبری همی سلولز و سلولز افزایش می یابد.
افزایش دسترسی به این کربوهیدرات‌ها، باکتری‌های شکمبه را قادر می‌سازد تا دسترسی بیشتری به این بخش‌ها داشته باشند، در نتیجه تجزیه آنها را افزایش می‌دهد.
علیرغم خطرات احتمالی، فرآیندهای شیمیایی در بهبود هضم فیبر بسیار کارآمد هستند، به ویژه برای مواد با قابلیت هضم پایین، مانند باقیمانده های کشاورزی و صنعتی. این امر به استفاده از این باقیمانده ها برای جایگزینی مواد رایج و کاهش هزینه های تولید کمک می کند.
فرآیند های آنزیمی
به طور مشابه، آنزیم‌های فیبرولیتیک نتایج امیدوارکننده‌ای را در افزایش هضم فیبر، افزایش مصرف خوراک و بهبود تولید حیوانی هنگام استفاده برای بهبود مواد تشکیل دهنده در تغذیه نشخوارکنندگان نشان داده‌اند. اثرات آنزیم های فیبرولیتیک را می توان به سه قسمت تقسیم کرد: قبل از هضم، شکمبه و بعد از شکمبه.
1- اثر قبل از مصرف شامل بهبود ترکیب ماده قبل از ارائه آن به حیوان است که شامل کاهش سلولز و همی سلولز است که به کربوهیدرات های قابل دسترس تر برای میکروارگانیسم ها هیدرولیز می شوند.
2- با توجه به اثر شکمبه‌ای، کربوهیدرات‌های حاصل از هیدرولیز سلولز و همی سلولز با سرعت بیشتری توسط باکتری‌های شکمبه تخمیر می‌شوند که منجر به تجزیه بیشتر شکمبه و افزایش مصرف حیوانات به دلیل سرعت عبور سریع می‌شود.
3-اثر پس از شکمبه مربوط به کاهش ویسکوزیته در روده است که می تواند بر جذب سایر مواد مغذی تأثیر منفی بگذارد. به عنوان مثال، انواع خاصی از همی سلولز یک جنبه چسبناک دارند. اگر همی سلولز دست نخورده به روده کوچک برسد، ممکن است با ایجاد یک سد مانع استفاده از جیره غذایی شود.
استفاده از آنزیم هایی که همی سلولز را قبل از ارائه آن به حیوان تجزیه می کنند، می تواند به جلوگیری از این وضعیت کمک کند.
تحقیقات برای توسعه فناوری ها و استراتژی های جدید مرتبط با آنزیم ها ادامه دارد. آنزیم هایی است که قادر به هیدرولیز لیگنین هستند. انواع خاصی از قارچ ها، مانند قارچ پوسیدگی سفید، آنزیم های متعددی را سنتز می کنند که لیگنین را هیدرولیز می کنند.
مطالعات اخیر انجام شده در دانشگاه ایالتی مارینگا، تحت راهنمایی پروفسور دکتر لوسیا زئولا، با همکاری پروفسور دکتر پائولا پینترو، نشان داد که آنزیم های سنتز شده توسط قارچ پوسیدگی سفید غلظت لیگنین، سلولز و همی سلولز را در سیلاژ ذرت کاهش می دهد. همچنین هضم فیبر در شرایط آزمایشگاهی مواد تیمار شده را افزایش می دهد.
نتایج مشابهی در بزهای شیرده مشاهده شد که از بقایای کشت قارچ به عنوان منبع آنزیمی برای بهبود سیلو ذرت در طول سیلو کردن استفاده شد (Agustinho et al., 2021).
