ความสำคัญของเอนไซม์ต่อสุขภาพทางเดินอาหารของสัตว์

             เรียบเรียงโดย: วริยา โกสุม CJ BIO APAC, Thailand

             บทความโดย: Preeti Mohanty CJ BIO APAC, India

บทนำ

สุขภาพทางเดินอาหารเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในการผลิตสัตว์ปีก การเพิ่มขึ้นของประชากรโลกอย่างรวดเร็วทำให้ความต้องการโปรตีนจากสัตว์เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ไก่เนื้อมีการผลิตเพิ่มขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้บริโภค ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดปัญหาสุขภาพระบบทางเดินอาหารโดยไม่ได้ตั้งใจและทำให้ไก่เนื้อด้อยประสิทธิภาพลง การใช้เอนไซม์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพเป็นแนวคิดที่ได้รับการยอมรับเป็นอย่างดีในโภชนาการสัตว์ปีกสมัยใหม่ และทฤษฎีนี้ยังคงสร้างข้อเท็จจริงใหม่ๆด้วยการศึกษาที่กำลังดำเนินอยู่ เอนไซม์สำหรับสัตว์มีหน้าที่สำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้อาหารสัตว์ และส่งผลต่อการเจริญเติบโต เพิ่มความยืดหยุ่นในการใช้วัตถุดิบอาหารสัตว์ทางเลือกเพิ่มมากขึ้น โดยเลือกใช้เอนไซม์ที่เฉพาะเจาะจง ทำให้สัตว์สามารถดึงโภชนะจากอาหารสัตว์ออกมาใช้ได้มากขึ้น นอกจากนี้ สัตว์ปีกยังขาดเอนไซม์ที่ช่วยในการย่อยเยื่อใย เช่น เซลลูโลส อะราบิโนไซแลน และไฟเตส อาหารสัตว์ที่ย่อยได้ไม่ดีจะนำไปสู่ปัญหาการย่อยสารอาหารออกมา ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการเจริญเติบโตในที่สุด และมีต้นทุนสูงขึ้นสำหรับผู้ผลิต และยังส่งผลกระทบเชิงลบต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย ทั้งนี้การเสริมเอนไซม์ช่วยให้การใช้ประโยชน์ได้ของโภชนะดีขึ้น ซึ่งส่งผลต่อสุขภาพของทางเดินอาหารและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

ระบบทางเดินอาหารถือเป็นที่อยู่อาศัยธรรมชาติของจุลินทรีย์ขนาดใหญ่ ไม่เพียงแต่ลำไส้เท่านั้น แต่ยังควบคุมการทำงานของจุลินทรีย์เจ้าถิ่นด้วย (Oakley et al., 2016) ดังนั้น ระบบทางเดินอาหารและส่วนประกอบที่สำคัญต่างๆจึงขึ้นอยู่กับการทำงานสำหรับการพัฒนาทางสรีรวิทยาที่เหมาะสมของจุลินทรีย์เจ้าถิ่น

สุขภาพทางเดินอาหารทำหน้าที่ทางสรีรวิทยาและเพื่อรักษาสภาวะสมดุลและความสามารถในการต้านทานการติดเชื้อและความเครียด (Kogut et al., 2017) คำนิยามนี้อธิบายองค์ประกอบพื้นฐานของสุขภาพทางเดินอาหาร เช่น การย่อยและการดูดซึมอาหารที่มีประสิทธิภาพ จำนวนจุลินทรีย์ในลำไส้ที่คงที่ โครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์เยื่อผนังลำไส้ (gut barrier) และการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งทั้งหมดนี้มีบทบาทสำคัญในสรีรวิทยาของระบบทางเดินอาหาร ผลผลิตและความเป็นอยู่ที่ดีของสัตว์ ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา หัวข้อนี้ได้รับความสนใจเป็นอย่างมากในการผลิตสัตว์ปีก เนื่องจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นในด้านเศรษฐกิจ สวัสดิภาพสัตว์ ความปลอดภัยของอาหาร การลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และการห้ามหรือหลีกเลี่ยงการใช้ยาปฏิชีวนะในการเร่งการเจริญเติบโต (AGPs) (Morgan, 2017) เอนไซม์มีความสามารถในการลดความแปรปรวนในวัตถุดิบและเพิ่มความสามารถในการย่อยของอาหารสัตว์ให้การดูดซึมและลดความหนืดของการย่อยอาหาร อย่างไรก็ตามการผลิตเอนไซม์มีเทคโนโลยีที่ทันสมัยและมีศักยภาพมากขึ้น ทั้งนี้เอนไซม์มีความจำเพาะเจาะจงกับซับสเตรต และยังเป็นส่วนเติมเต็มเอนไซม์ในระบบทางเดินอาหารของสัตว์อีกด้วย ในบทความนี้ จะกล่าวถึงบทบาทของการเสริมเอนไซม์จากภายนอก โดยเฉพาะ เอนไซม์ไซลาเนส  และเอนไซม์ไฟเตสต่อสุขภาพทางเดินอาหารในสัตว์ปีก

ปัจจัยที่ทำให้เกิดความบกพร่องของสุขภาพทางเดินอาหาร

ลักษณะทั่วไปที่ส่งผลต่อสุขภาพทางเดินอาหารของไก่เนื้อ ได้แก่ ความเครียด การติดเชื้อจากภายนอก อาหารและน้ำ เป็นต้น เร็ว ๆ นี้ ด้วยความก้าวหน้าของการศึกษาการเสริมเอนไซม์จากภายนอกต่อสุขภาพทางเดินอาหารของไก่ต่อกรดไฟติกและโพลีแซคคาไรด์ที่ไม่ใช่แป้ง (NSPs)

กรดไฟติกเป็นสารต้านอนุมูลอิสระตามธรรมชาติที่พบได้ในรูปของเกลือและมีอยู่ในธัญพืช ผัก ถั่ว และน้ำมันธรรมชาติ (Silva and Bracarense, 2016) กรดไฟติกในรูปเกลือที่ไม่ละลายน้ำจะจับกับแร่ธาตุ รวมทั้งฟอสฟอรัส แคลเซียม สังกะสี แมกนีเซียม และทองแดง กรดไฟติกจะเพิ่มการขับเมือก (MUC) และการสูญเสียสารอาหารภายใน ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพของทางเดินอาหาร (Onyango et al., 2009) กรดไฟติกยังสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่มีโปรตีนและสารอาหารอื่นๆ (Yu et al., 2012) นอกจากนี้ Selle et.a.l (2555) กล่าวว่า ค่า pH ที่เป็นกรด จะเกิดสารประกอบเชิงซ้อนของโปรตีน-ไฟเตท ซึ่งไฟเตทสามารถจับกับกลุ่ม α-NH2 และสายโซ่ต่างๆของกรดอะมิโนพื้นฐาน อาร์จินีน (Arg) ฮิสทิดีน (His) และไลซีน (Lys) โพลีแซคคาไรด์ที่ไม่ใช่แป้งรวมแป้งที่ทนต่อการย่อยและลิกนิน เรียกว่า อาหารเยื่อใย พบในพืชโดยเฉพาะผนังเซลล์เอนโดสเปิร์มของเมล็ดพืชหลายชนิด (Lovegrove et al., 2017) NSPs สามารถแบ่งออกเป็นส่วนที่ละลายน้ำและไม่ละลายน้ำ

NSP ที่ละลายน้ำ เมื่อมีปริมาณมากจะเพิ่มความหนืดในระบบทางเดินอาหารโดยมีลักษณะเป็นเจลหนืดซึ่งลดการย่อยได้ของเอนไซม์ในระบบทางเดินอาหาร (Raza et al., 2019) ความหนืดที่เพิ่มขึ้นนี้ยังทำให้ชั้นเมือกในลำไส้หนาขึ้น (Hedemann et al., 2009) ขัดขวางการย่อยและการดูดซึมสารอาหารในระบบทางเดินอาหาร มีการประเมินว่าพลังงานที่ไม่ถูกย่อย 400-450 กิโลแคลอรีต่ออาหาร 1 กิโลกรัม เนื่องมาจากปริมาณ NSP ที่มีอยู่ในอาหารข้าวโพดและถั่วเหลือง (Cowieson, 2010) ในทางกลับกัน NSP ที่ไม่ละลายน้ำในผนังเซลล์ที่จับกับแป้ง โปรตีน และสารอาหารอื่นๆ ภายในเรียกว่า “Cage Effect” จะขัดขวางการเข้าถึงของเอนไซม์ในระบบทางเดินอาหารในการย่อยสารอาหาร (Bedford and Partridge, 2010)

การเสริมเอนไซม์ต่อสุขภาพทางเดินอาหาร

เอนไซม์กลุ่มคาร์โบไฮเดรต

สิ่งขัดขวางสำคัญในระบบสำไส้ คือ ชั้นเยื่อเมือก (Mucous layer) และTight junction (TJ) ของเยื่อบุลำไส้ ดังแสดงในรูป 1b สัณฐานวิทยาของลำไส้ (ความสูงของวิลไล (villus height) ความลึกของคริปท์ (Crypt depth) และการผลัดเปลี่ยนของเยื่อบุ (epithelial turnover rate)) การเปลี่ยนแปลงในการตอบสนองต่อสารภายนอก เช่น การมีหรือไม่มีอาหารและสภาวะทางพยาธิสภาพ (Gomide Junior et al., 2004) ความลึกของคริปท์ที่มาก บ่งชี้ว่า มีการผลัดเปลี่ยนของเนื้อเยื่อเร็วขึ้นเนื่องจากเซลล์ธรรมชาติมีลักษณะหลายเซลล์และอยู่ในสิ่งมีชีวิต (Stem cell) และพิจารณาถึงวิลไล

(Awad et al., 2009) เยื่อบุ/เมือกในลำไส้ คือ ไกลโคโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงซึ่งหลั่งออกมาจาก goblet cell ในไก่พบว่า mucin-2 แสดงออกในเซลล์เนื้อผิว (goblet cell) ของลำไส้ใหญ่และลำไส้เล็ก (Smirnov et al., 2005) NSP ช่วยเพิ่มการหลั่งของเยื่อเมือก (Tanabe et al., 2006) ดังแสดงในรูป 1c. ผลจากอาหารที่มีเยื่อใยสูง ทำให้สารอาหารไม่ถูกย่อยและดูดซึมมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงจำนวนจุลินทรีย์ในลำไส้ (Bird et al., 2007; Choct et al., 1999; Mathlouthi et al., 2002) ทั้งนี้ Langhout (2000) กล่าวว่า อาหารที่มี NSP ลดปริมาณแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ แต่เพิ่มจำนวนแบคทีเรียก่อโทษในลำไส้ การเสริมเอนไซม์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการย่อยอาหารในลำไส้เล็กและลดปริมาณซับสเตรทพวกแป้งที่เกิดจากการหมักเน่าเสียในลำไส้ใหญ่ นอกจากนี้ เอนไซม์ยังช่วยลดความหนืดในทางเดินอาหาร (Pluske et al., 1997) ดังแสดงในรูป 1d. การเสริมเอนไซม์ไซลาเนสและกลูคาเนสในข้าวบาร์เลย์ ข้าวสาลี ข้าวโอ๊ต และข้าวไรย์ ช่วยเพิ่มความเข้มข้นของปริมาณบิวทีเรท และ อะซิเตท อย่างมีนัยสำคัญ การสลายและการละลายของ NSP โดยเอนไซม์ จะเพิ่มสารตั้งต้นที่มีอยู่ (โอลิโกแซ็กคาไรด์หรือโมโนแซ็กคาไรด์) สำหรับการหมักของจุลินทรีย์ในซีกัม (Cadogan & Choct, 2015) และส่งผลให้ลดการผลิต VFA/SCFA ใน ileum การเพิ่มการหมักในซีกัมส่งผลให้ไซโลโอลิโกแซ็กคาไรด์ (XOS) มีการผลิต VFA/SCFA และพลังงาน จากสารตั้งต้นที่ไม่ถูกย่อยได้มากขึ้น ทำให้เกิดจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ เช่น กรดแลคติก ในทางเดินอาหาร (Jia et al., 2009)

       Figure 1. Effect of exogenous enzyme supplementation on gut health in poultry (Raza et al., 2019)

ไซลาเนสเป็นเอนไซม์ย่อยสลายพอลิแซ็กคาไรด์ที่ไม่ใช่แป้ง (NSP) ซึ่งจะตัด β-xylosidic glycosidic linakges ภายในสายไซแลน เป็นไซโลโอลิโกแซ็กคาไรด์ (xylo-oligosaccharides, XOS) (Jompengmuengbout et al., 2009) และอะราบิโนไซแลนโอลิโกแซคคาไรด์ (arabinoxylan-oligosaccharides, AXOS) ซึ่ง 1) เป็นแหล่งพลังงาน โปรไบโอติก (แบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ เช่น Lactococcus, Lactobacillus and Bifidobacterium) มีประสิทธิภาพการใช้ XOS สูงกว่า แบคทีเรียที่ก่อโทษอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Bifidobacterium 2) กรดไขมันสายสั้น (SCFAs) ส่วนใหญ่ผลิตโดยจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์ 3) SCFAs สามารถปรับปรุงค่า pH ในลำไส้และนำไปสู่สภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ซึ่งชอบสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำหรับเซลล์เยื่อบุลำไส้ ดังนั้นจึงสามารถใช้ XOS ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และยังเพิ่มศักยภาพการทำงานของเอนไซม์ย่อยอาหารภายในร่างกาย และลดซับสเตรทที่ย่อยไม่ได้สำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ และส่งผลให้ความหนืดของการย่อยอาหารลดลง ทำให้จำนวนประชากรจุลินทรีย์ในทางเดินอาหารส่วนบนลดลง มีการสูญเสียกรดอะมิโนภายในร่างกายลดลง เนื่องจากปรับเปลี่ยนการหลั่งเอนไซม์อะไมเลสของตับอ่อนและการหลั่งเมือก (Cowieson and Bedford, 2009) ผลพรีไบโอติกของ XOS ยังรวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของลำไส้ใหญ่ เปลี่ยนแปลงปริมาณและอัตราส่วนของ SCFAs และด้วยเหตุนี้จึงให้พลังงานมากขึ้น เพิ่มการดูดซึมแร่ธาตุ กระตุ้นภูมิคุ้มกัน และเพิ่มความยาววิลไลใน ileal (Kiarie et al. 2014) นอกจากนี้ งานวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าการเสริมไซลาเนสสามารถเพิ่มภูมิคุ้มกันของไก่เนื้อได้ (Gao et al., 2007) ลดผลเสียของการติดเชื้อ Salmonella Typhimurium (Vandeplas et al., 2009; Amerah et al., 2012) หรือบรรเทา การเสื่อมสภาพของเยื่อเมือกในลำไส้ของไก่เนื้อที่ถูกให้เชื้อ Clostridium perfringens (Liu et al., 2012)

กากถั่วเหลือง (SBM) เป็นแหล่งโปรตีนจากพืช ที่มีปริมาณ NSP ที่ละลายน้ำได้ 3% และ NSP ที่ไม่ละลายน้ำ 16% (Irish and Balnave, 1993) ประกอบด้วย แมนแนน (mannans) และกาแลคโตแมนแนน (galactomannans) เป็นส่วนใหญ่ (Slominski, 2011) β-mannan หรือที่เรียกว่า beta-galactomannan (βGAL) เป็นโพลีแซคคาไรด์ที่มีหน่วยของ mannose ที่มีกาแลคโตสและ/หรือกลูโคส (Hsiao et al., 2006) แม้ว่า βGAL ของกากถั่วเหลือง จะมีความเข้มข้นค่อนข้างต่ำ แต่ก็เป็นข้อกังวลสำหรับนักโภชนาการ เนื่องจากมีคุณสมบัติต่อต้านโภชนะ (Arsenault et al., 2017)
ß-mannan มีโครงสร้างโมเลกุลคล้ายกับจุลินทรีย์ก่อโรคบางชนิด ซึ่งอาจกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ ซึ่ง Acemannan (ß-1,4-acetylated mannan) กระตุ้นแมคโครฟาจโดยการเพิ่มระดับการสังเคราะห์ไนตริกออกไซด์ของการถอดรหัส โดย Ramamoorthy et al. (1996). Karaca et al. (1995) รายงานว่า ไนตริกออกไซด์ ทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งการเติบโตของเซลล์มะเร็งในการกำจัดไวรัส และความเป็นพิษต่อเซลล์เนื้องอก (Karupiah et al., 1993) โครงสร้างที่ซับซ้อนของ ß-mannan อาจนำไปสู่การสูญเสียการใช้พลังงานจากอาหาร ทั้งนี้การเสริม ß-mannanase ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานในอาหารข้าวโพด-ถั่วเหลืองในไก่เนื้อ (Li et al., 2010) เช่นเดียวกับไก่ไข่ (Wu et al., 2005; Saeed et al., 2019)

เอนไซม์ไฟเตส

กรดไฟติกรบกวนกระบวนการย่อยอาหาร ส่งผลให้แป้งและโปรตีนจำนวนมากหลงเหลือเข้าสู่ลำไส้ใหญ่ กระตุ้นแบคทีเรียที่เน่าเสียง่าย และก่อปัญหาสุขภาพของทางเดินอาหาร เนื่องจากสถานการณ์ปัจจุบันราคาอาหารสัตว์มีความผันผวน จึงมีการใช้วัตถุดิบที่มีความหลากหลายในอาหารสัตว์ปีก ดังนั้นอาหารจึงมีคุณภาพผันแปรมากขึ้น ปริมาณซับเสตรทที่ย่อยไม่ได้จึงเกิดขึ้น ซึ่งมีผลกระทบโดยตรงต่อจุลินทรีย์ในลำไส้และประชากรของแบคทีเรียที่ไม่มีประโยชน์ในระบบทางเดินอาหาร

การใช้ไฟเตสที่ผลิตจากจุลินทรีย์เพื่อปลดปล่อยไฟเตทหรือกรดไฟติก ถูกใช้แพร่หลายในอาหารสัตว์ปีก ช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและการเสริมฟอสฟอรัสอนินทรีย์ในอาหารที่มีราคาแพง อย่างไรก็ตาม การใช้เอนไซม์ไฟเตส ซึ่งช่วยให้จุลินทรีย์ในลำไส้มีความสมดุลและช่วยปรับปรุงสุขภาพของลำไส้ (Morgan et al., 2017) เอนไซม์ไฟเตสเพิ่มการย่อยโปรตีนและลด endogenous losses ในระบบทางเดินอาหารส่วนท้าย (hindgut) Dahiya et al. (2007) and Drew et al. (2004) โปรตีนตั้งต้นที่ย่อยไม่ได้ เป็นปัจจัยที่เกิดภาวะเสียสมดุลของจุลินทรีย์ในลำไส้ (dysbacteriosis) โดยเฉพาะโรคลำไส้อักเสบแบบเนื้อตาย (Necrotic enteritic) ซึ่งบ่งชี้ว่าไฟเตสอาจช่วยบรรเทาความรุนแรงของโรคลำไส้อักเสบแบบเนื้อตาย (Lumpkins et al.,2009) นอกจากนี้ไฟเตสช่วยลดเมือกในลำไส้ของไก่เนื้อ เช่น Clostridium มีการเจริญบนเยื่อเมือก ความเข้มข้นของเยื่อเมือกที่ลดลงอาจส่งผลให้ C. perfringens ลดลง และ Ptak et al. (2015) กล่าวว่าการเสริมไฟเตสเพิ่มจำนวนแบคทีเรียโดยรวมในลำไส้ ได้แก่ Lactobacillus spp., Enterococcus spp. SCFA, DL-lactate และ acetic acid เป็นต้น

บทสรุป

สารต้านโภชนะทำให้ประสิทธิภาพการย่อยอาหารลดลง เช่น ปริมาณแป้งและ/หรือโปรตีนที่ไม่ถูกย่อยในปริมาณมากเข้าสู่ลำไส้ใหญ่ กระตุ้นการทำงานของแบคทีเรียที่เน่าเสียง่าย ทำให้สัตว์เกิดความผิดปกติในลำไส้ ดังที่เห็นได้ชัดจากการศึกษา การเสริมเอนไซม์จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการย่อยอาหารในลำไส้เล็ก และจำกัดการไหลผ่านของซับสเตรทในลำไส้ส่วนท้าย ดังนั้นการช่วยลดความผิดปกติของจุลินทรีย์ในระบบทางเดินอาหารที่อาจเกิดขึ้นได้ โดยการเสริมเอนไซม์ชนิดต่างๆต่อสุขภาพของลำไส้ และประสิทธิภาพการเจริญเติบโต

เอกสารอ้างอิง

Preeti Mohant. (2022). Significance of enzymes as gut health solution. CJ BIO Monthly Bulletin, 2022(44), 15-21.