Celulazele si hemicelulazele in biotehnologia furajelor

Celulazele si hemicelulazele in biotehnologia furajelor

Industria furajelor este un sector important in agricultura, cu o productie anuala > de 600 milioane tone de furaje, in valoare de > de 50 miliarde de dolari. Din totalul de furaje produse, majoritatea sunt pentru pui, porci si rumegatoae (pana la 90%), restul fiind nutrimentele pentru animale de companie si pescarii. Celulazele si hemicelulazele au o gama foarte larga de aplicatii in aceasta industrie, conform tabelului de mai jos.

Rolul celulazelor si hemicelulazelor in furajele pentru nerumegatoare

Hidrolazele sunt principala clasa de enzime utilizate in furajele pentru nerumegatoare. Utilizarea acestora se face pentru (1) a elimina factori anti-nutritionali (ANF) din cereale si vegetale; (2) a degrada anumite componente din cereale in vederea imbunatatirii valorii nutritionale a furajului; (3) a suplimenta aportul de enzime endogene din sistemul digestiv al animalelor (ex. Proteazele, amilazele si glucanazele). Aceste enzime sunt neadecvate perioadei post-intarcare, cum este cazul puilor si purceilor.

Tabel 3 Celulaze, hemicelulaze si pectinaze in biotehnologia furajelor

β-glucanazele si xilanazele s-au utilizat cu succes in dietele nerumegatoarelor pentru a hidroliza polizaharidele ne-amidonate (NSP) cum sunt β-glucanii si arabinoxilanii din orz. Prezenta unor concentratii ridicate de NSP in dieta bazata pe cereale duce la viteze conversii scazute la furaje, crestere mica in greutate a animalelor si fecale lipicoase ale animalelor tinere, in special a puisorilor. Adaugarea de β-glucanaze si xilanaze in timpul producerii furajelor a dus la degradarea NSP-ului si a imbunatatit considerabil digestia si absorbtia componentelor furajelor si cresterea in greutate de catre puisori si gainile ouatoare. Cel mai bun raport xilanaza/β-glucanaza a fost 6:1 pentru a obtine cresterea maxima in greutate la puii pentru gril cu o dieta continand 60% grau. Cateva din beneficiile adaugarii preparatului enzimatic comercial EconaseT in dieta puilor sunt: (1) o mai mare flexibilitate in formularea dietelor; (2) utilizarea unor materii prime ieftine; (3) crestere a valorii energetice a cerealelor; (4) digestibilitate, crestere si conversie a furajelor imbunatatita; (5) animale uniforme; (6) oua curate cu galbenuse mai colorate; (7) fecale uscate; (8) mai putine deseuri. Rezultate asemanatoare s-au obtinut si cu alte preparate enzimatice cu xilanaza si β-glucanaza. Datorita succeselor obtinute de aceste preparate enzimatice in dieta puilor, a fost promovata utilizarea lor si in dieta porcilor. Studiile initiale au aratat ca utilizarea β-glucanazelor a imbunatatit performantele porcilor alimentati cu orz. Prin folosirea la porci, s-a demonstrat ca adaugarea preparatelor enzimatice cu β-glucanaze la o dieta bazata pe paie de grau si orz a imbunatatit digestia amidonului, lipidelor si proteinelor in intestinul subtire (asa cum s-a observat la pui), dar a avut efect redus in digestia fibrelor. Aceste rezultate sugereaza ca porcii nu raspund la β-glucanaza in acelasi mod ca puii, probabil din cauza ca vascozitatea bolului digestiv in intestinul purceilor este relativ neafectata de fibre. Totusi, studii ulterioare cu preparate multi-enzimatice continand xilanaze si β-glucanaze arata potentiale beneficii in productia de porci. De altfel, suplimentarea dietei cu preparate multienzimatice pe baza de xilanaza, a redus costurile totale pentru furajarea porcilor si a facilitat utilizarea unor furaje ieftine. In ciuda acestor progrese, sunt necesare studii mai ample pentru a recomanda o combinatie corecta de enzime hidrolizitce pentru a fi incluse in o gama larga de diete pentru porci.

4.2. Rolul celulazelor si   hemicelulazelor in furajarea rumegatoarelor

In general, exista un interes sporit in utilizarea preparatelor enzimatice cu activitati ridicate ale celulazei si hemicelulazei pentru a imbunatati furajele, cantitatea de lapte si crestere in greutate a rumegatoarelor. Totusi, succesul utilizarii acestor enzime in dieta rumegatoarelor depinde de: (1) stabilitatea lor in furaje (in timpul si dupa procesarea acestora) si in rumen; (2) capacitatea componentelor enzimatice de a hidroliza polizaharidele din peretele celular al plantelor; (3) capacitatea animalelor de a utiliza eficient produsele de reactie. De aceea, preparatele enzimatice ar trebui caracterizate prin experimente in vitro si in vivo si ar trebui sa performeze activitati enzimatice esentiale pentru diferite aplicatii in vederea asigurarii succesului. Dieta furajera pentru rumegatoare, care contine celuloza, hemiceluloza, pectina si lignina este mai complexa decat cea bazata pe cereale pentru pui si porci. Preparatele enzimatice cu continuturi ridicate de celulaza, hemicelulaza si pectinaza au fost folosite pentru a imbunatati calitatile nutritive ale furajelor. Totusi, rezultatele adaugarii preparatelor enzimatice cu continut de celulaza, hemicelulaza si pectinaza la dieta rumegatoarelor sunt intrucatva inconsistente. Cateva studii au aratat imbunatatiri substantiale in digestibilitatea furajelor si performantele animalelor, in vreme ce altii au raportat efecte negative sau non-efecte. Recent, Beauchemin et al. (1995) au aratat ca adaugarea de preparate enzimatice comerciale cu continut de celulaza si xilanaza in dieta cu fan imbunatatesc cresterea in greutate in viu a bovinelor cu pana la 35%. La fel, s-a observat o crestere de 5-25% in productia de lapte cand s-au utilizat furaje tratate cu enzime fibrolitice comerciale in dieta vacilor pentru lapte. In contrast, alte studii n-au demonstrat crester nici in greutatea animalelor sau a cantitatii de lapte. Per ansamblu, succesul in imbunatatirea digestiei fibrelor si a performantelor rumegatoarelor este limitat. Acest fapt se poate datora fie prezentei cuticulei hidrofobice, ligninei si asocierii sale cu polizaharidele din peretele celular si naturii lignocelulozei, care previne utilizarea eficienta a fibrelor in rumen. De aceea, sunt necesare studii considerabile fundamentale si aplicate, impreuna cu utilizarea unor enizme imbuntatite pentru a creste digestia fibrelor de catre rumegatoare si astfel, performantele lor. S-au facut incercari pentru a clona genele celulazei si xilanazei pentru a produce animale transgenice, care sa secrete enzimele necesare in tractul gastrointestinal pentru a facilita eficienta digestiei furajelor . Un astfel de studiu ar avea un impact considerabil in intelegerea rolului celulazelor si enzimelor inrudite in digestia furajelor si performantele animalelor.