Xilanase: impacto no crescimento e saúde intestinal de frangos de corte

INTRODUÇÃO

As aves modernas utilizadas para a produção de frangos são caracterizadas por uma taxa de conversão alimentar eficiente, devido principalmente ao melhoramento genético que vem sendo alcançado ao longo dos anos, permitindo que os animais ganhem peso rapidamente ao receberem alimentação adequada, atendendo às necessidades nutricionais das aves (Rostagno et al., 2011). Deste modo, o conhecimento da composição e do valor nutricional dos ingredientes utilizados na formulação de dietas são fatores fundamentais para a obtenção de maiores índices zootécnicos e, consequentemente, maiores ganhos econômicos.

Os principais ingredientes usados para formular dietas para aves são grãos de cereais como milho e soja (Stefanello et al., 2016; Hu et al., 2019), os quais são incluídos em quantidades adequadas na dieta para satisfazer as necessidades de energia e proteína de animais, levando-os à expressão de seu máximo potencial genético. Porém, o alto custo do milho e da soja no mercado atual, ocasionado principalmente pela alta demanda do mercado e fenômenos climáticos, tem levado os avicultores a incluírem ingredientes alternativos na dieta dos animais, como sorgo, trigo, cevada e/ou DDGS (coprodutos de destilaria), buscando a redução de custos, uma vez que, os alimentos podem representar até 80% dos custos totais de produção (Alqaisi et al. 2011).

O uso desses alimentos alternativos na dieta das aves é limitado, pois contêm alto teor de fibras e polissacarídeos não amiláceos (PNA's), os quais não são digeridos pelas aves, devido a que as enzimas produzidas pelos animais monogástricos não são eficientes para quebrar esses componentes, de forma que permanecem sem decomposição no trato digestivo, causando redução na eficiência alimentar, desempenho e saúde intestinal das aves (Moftakharzadeh et al., 2019; Hoeck et al., 2021).

Atualmente, o uso de enzimas exógenas, como a xilanase, tem se tornado um grande aliado de produtores e nutricionistas, pois degrada as longas cadeias de PNA’s, hidrolisando as ligações de moléculas de xilano (Bedford, 2000; Petry et al., 2021; Hoeck et al., 2021), auxiliando na redução dos efeitos antinutricionais dos PNA's, presentes não apenas em alimentos alternativos, mas também na soja e no milho. A redução da viscosidade intestinal é um dos principais efeitos observados com o uso da xilanase, pois melhora a digestibilidade dos nutrientes e o desempenho dos frangos de corte (Choct et al., 2004; Gao et al., 2008; Vandeplas et al., 2010; Valdivia et al., 2019).

Os produtos da hidrólise do arabinoxilano pela ação da enzima xilanase produzem subunidades de oligossacarídeos de cadeia curta, como os xilooligossacarídeos, que atuam como prebióticos estimulando o crescimento de bactérias benéficas no intestino, associados a melhorias no desempenho das aves, modulação de populações microbianas no sistema digestivo, aumentando a produção de ácidos graxos de cadeia curta (SCFA) no ceco e fortalecendo o sistema imunológico e a melhorando a saúde intestinal (Yang et al., 2008; Masey-O′Neill et al., 2014) .

O objetivo deste trabalho foi revisar os efeitos da inclusão da enzima Xilanase no crescimento e na saúde intestinal de aves.

Polissacarídeos não amiláceos (PNA's)

Os PNA’s são carboidratos complexos, exceto o amido, encontrados nos alimentos. Nos grãos de cereais, os PNA’s predominantes são os arabinoxilanos, seguidos por β-glucanos. O arabinoxilano é a principal hemicelulose formada por cadeias lineares de xilose ligadas por ligações β- (1-4), com vários ramos de unidades β-L-arabinofuranose, encontrado em maior proporção nos grãos de cereais como trigo, centeio e triticale. Já os β- os glucanos são os PNA’s mais abundantes na cevada e na aveia, formados por cadeias lineares de glicose ligadas por ligações β- (1-4) ou β- (1-3) (Collins et al., 2005).

Embora o milho e o farelo de soja sejam altamente digeríveis em frangos de corte, esses ingredientes contêm quantidades consideráveis de PNAs. O milho contém aproximadamente 8% dos PNA’s na matéria seca, com predomínio nos arabinoxilanos e na soja, os PNA’s passam a ser 22% da matéria seca (Tabela 1; Rostagno et al., 2017).

Os arabinoxilanos são classificados de acordo com sua solubilidade em água, em solúvel ou insolúvel. Os arabinoxilanos solúveis formam soluções viscosas devido à sua capacidade de absorver até dez vezes seu peso em água (Choct, 1997), essa característica aumenta a viscosidade da digesta no trato digestivo de aves, dificultando a motilidade intestinal, reduzindo a taxa de passagem e a ação de enzimas endógenas. Foi demonstrado que os PNA’s da dieta aumentam a secreção de mucina intestinal, glicoproteínas de alto peso molecular secretadas por células caliciformes no cólon e no intestino delgado (Tanabe et al., 2006; Raza et al., 2019), diminuindo a digestão e absorção de nutrientes através de seus efeito físico-químico no trato intestinal.

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Van der Klis e Voorst, (1993) também descreveram que a viscosidade da dieta pode afetar a fisiologia e morfologia do trato digestivo, bem como a microbiota do intestino de frangos de corte, uma vez que, o excesso de nutrientes, como proteína e amido, não digeridos no intestino e em condições anaeróbicas, favorecem o crescimento excessivo de bactérias patogênicas. Como consequência, os nutrientes da dieta não são digeridos adequadamente, reduzindo sua absorção, comprometendo a saúde intestinal e o desempenho animal (Choct & Annison, 1992; Choct et al., 1995; Choct et al. 1999).

Os efeitos antinutricionais causados pelos arabinoxilanos também estão relacionados à sua capacidade de encapsular ou aprisionar nutrientes como amido, proteínas, aminoácidos, cálcio, fósforo e zinco, nas células do endosperma, o que é conhecido como "efeito gaiola ou cage effect, já que atua como uma barreira física que limita a degradação desses nutrientes, reduzindo o valor de energia metabolizável aparente (EMA) dos alimentos (Slominski et al., 1993; Singh & Kim, 2021).

Xilanase e o desempenho dos frangos de corte

Os efeitos benéficos no desempenho de frangos de corte com a inclusão da enzima Xilanase em dietas contendo grãos de cereais, como trigo, cevada e centeio, por exemplo, têm sido amplamente descritos na literatura. Chiu-Fung et al. (2013) observaram melhora de 9,85 e 10,09% na taxa de conversão alimentar e no ganho de peso das aves, respectivamente, em aves de 15 a 42 dias suplementadas com a enzima Xilanase com atividade de 30.000 U/g. No entanto, Chiu-Fung et al. (2013) e Zhang et al. (2014) não observaram efeitos no consumo de ração, atribuindo a melhora na conversão alimentar à maior digestibilidade dos nutrientes observada em aves suplementadas com Xilanase, conforme afirmado por outros autores (Esmaeilipour et al., 2012; Wang et al., 2012; Wang et al., 2021).

Em um estudo comparativo realizado numa fazenda em West Java, Indonésia, em frangos de corte utilizando níveis da enzima Xilanase (1.500, 2.250, 3.600 e 6.000 U/g) e controle negativo (dieta basal, sem suplementação enzimática), observou-se redução na taxa de conversão alimentar de 5,5; 5,5; 3,4 e 7% com os níveis da enzima utilizada respectivamente (Gráfico 1). O mesmo estudo mostrou que o índice de eficiência produtiva de frangos obtido através da relação: (peso corporal final x taxa de sobrevivência) ÷ (período de alimentação X taxa de conversão alimentar) x 100, melhorou em torno de 11,5; 7,4; 6,5 e 10,3% com suplementação enzimática (1.500; 2.250; 3.600 e 6.000 U/g) (Gráfico 2).

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Gráfico 2. índice de eficiência produtiva de frangos de corte suplementados com a Enzima Xilanase. Informações obtidas por CJ Cheiljedang.

Um aumento de 9; 11 e 7% nos coeficientes de digestibilidade da proteína bruta, extrato etéreo e EMA, respectivamente com a suplementação com diferentes unidades da enzima Xilanase na dieta de frangos de corte foram descritos por Chiu-Fung et al. (2013) e descrito na tabela 2.

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Da mesma forma, Zhang et al. (2014) também observaram maior digestibilidade, principalmente em proteínas e amido por meio da suplementação de xilanase na dieta de frangos de corte. Por outro lado, Cowieson e Bedford (2009) relatam que a suplementação com Xilanase pode aumentar a digestibilidade ileal aparente de aminoácidos em 16 e 30%, em dietas à base de trigo e centeio. Em dietas à base de milho e soja, o uso de xilanase também demonstrou ter benefícios potenciais na melhoria da qualidade nutricional da dieta, na digestibilidade dos nutrientes e promovendo um desempenho mais uniforme dos frangos (Wyatt & Bedford, 1998; Cowieson & Bedford , 2010; Ward, 2021).

O mecanismo de ação da Xilanase é baseado na hidrólise dos arabinoxilanos, principal componente dos PNA’s presentes nos grãos dos cereais, responsável por afetar negativamente o desempenho dos frangos de corte, devido aos seus efeitos antinutricionais que limitam o uso de nutrientes (Hoeck et al. ., 2021). A hidrólise dos arabinoxilanos (solúveis e insolúveis) pela ação da enzima Xilanase leva à redução da viscosidade e melhora do chamado “efeito gaiola”, permitindo a liberação de nutrientes, deixando-os disponíveis para serem digeridos pelo animal (Bedford, 2000; Hoeck et al., 2021).

A partir da hidrólise de arabinoxilanos no intestino delgado, ocorre a liberação de xilooligossacarídeos ramificados (Collins et al., 2005), que atuam como prebióticos, estimulando seletivamente o crescimento de bactérias gram-positivas benéficas como Bifidobacterium e Lactobacillus, melhorando a saúde intestinal das aves (Masey-O′Neill et al., 2014).

Os efeitos da xilanase na digestão e no desempenho dos nutrientes também podem ser atribuídos às propriedades bioquímicas ideais da xilanase, que expressa sua atividade máxima em uma faixa de pH de 5 ~ 7 e temperatura ambiente de 40 - 43°C. Na avicultura, o principal local de digestão e absorção dos alimentos é o intestino delgado, onde são fornecidas as características ideais para a atividade da xilanase e, adicionalmente, ocorre a absorção dos nutrientes pelo animal (Ravindran, 2013). Como consequência, a diminuição de substratos não digeridos no intestino delgado pode contribuir para a redução de microrganismos fermentativos e microrganismos potencialmente patogênicos no íleo (Raza et al., 2019; Wang et al., 2021).

Xilanase e saúde intestinal em frangos de corte

O conceito de saúde intestinal é complexo e depende da interação de vários fatores como dieta, morfologia intestinal e microbiota, que permitem manter o bom funcionamento e equilíbrio do trato gastrointestinal (Raza et al., 2019). Um intestino saudável é essencial para aumentar a digestibilidade, garantir o bom desempenho zootécnico das aves e minimizar a excreção de nutrientes para o meio ambiente.

A morfologia intestinal é um dos indicadores mais importantes para avaliar a função de digestão e absorção do intestino delgado (Gomide Junior et al., 2004), pois é o principal local de absorção de nutrientes. Parâmetros como altura das vilosidades intestinais, profundidade das criptas e espessura da mucosa são facilmente modificados em resposta à dieta oferecida aos animais e às condições patológicas dos animais, alterando a superfície de absorção, o estado de saúde intestinal.

A utilização de ingredientes como trigo e cevada, que apresentam altas concentrações de PNA’s, para a formulação de rações para frangos de corte, pode ter um impacto negativo na saúde intestinal dos animais, afetando também as características morfológicas intestinais dos animais, assim como, o equilíbrio da microbiota intestinal. Yaghobfar e Kalantar (2017) afirmam que os PNA’s na dieta das aves causam redução na altura das vilosidades intestinais, associada a um menor potencial de absorção de nutrientes (Saki et al., 2011). Possivelmente, essa redução no tamanho das vilosidades intestinais se deva ao aumento da viscosidade da digesta devido à presença dos PNA’s. O ambiente viscoso pode inibir o contato efetivo entre as vilosidades e os nutrientes, enfraquecendo a estrutura e a funcionalidade do intestino (Spector, 1976).

A viscosidade da dieta também pode reduzir a mobilidade intestinal e diminuir a tensão de oxigênio, estimulando a colonização de certas bactérias patogênicas a nível intestinal (Hübener et al., 2002; Bedford, 2018). Além disso, a redução na contagem de bactérias lácticas e bifidobactérias no intestino das aves também foram descrita como um efeito negativo da presença de PNA’s na dieta das aves. Essas bactérias estão relacionadas a efeitos probióticos, capazes de modular o sistema imunológico inato do animal hospedeiro (Christensen et al., 2002).

Chiu-fung et al. (2013) observaram que a suplementação com Xilanase na dieta de frangos de corte aumenta a altura das vilosidades intestinais, e consequentemente, a superfície de absorção de nutrientes a nível intestinal (Tabela 3). Esse aumento das vilosidades intestinais foi mais evidente com o uso da enzima Xilanase não encapsulada de 30.000 U/g de ração. Da mesma forma, Hoeck et al. (2021) observaram que a adição da Enzima Xilanase à dieta de frangos de corte aumentou a altura das vilosidades duodenais em cerca de 18% para diferentes doses de Xilanase (30.000, 45.000 e 90.000 U/kg de ração). A altura das vilosidades do íleo também aumentou cerca de 20% com o uso de 90.000 U de xilanase por kg de ração. Esses efeitos na morfologia intestinal parecem estar relacionados à degradação dos arabinoxilanos pela ação da Enzima Xilanase e à solubilização dos PNA’s promovendo a redução da viscosidade da dieta, amenizando esses efeitos negativos a nível intestinal em frangos de corte (Lee et al. ., 2020).

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A hidrólise dos arabinoxilanos também libera xilooligossacarídeos, os quais são fermentados no intestino, estimulando seletivamente o crescimento de bactérias gram-positivas benéficas, como Bifidobacterium e Lactobacillus, favorecendo o aumento da fermentabilidade da fibra alimentar no ceco (Masey-O′Neill et al., 2014; Wang et al., 2021). O aumento da produção de AGCC (acetato, propionato e butirato) no ceco gera um impacto positivo na saúde intestinal de frangos de corte, não só pelo fornecimento de energia ao animal, mas porque desempenha um papel fundamental no desenvolvimento da microbiota no ceco, principalmente, sobre a população de lactobacilos (Van der Wielen et al., 2000).

Devido aos seus efeitos probióticos dos Lactobacillus em nível intestinal, o maior desenvolvimento dessas bactérias tem sido relacionado à exclusão competitiva de bactérias patogênicas como Salmonella e Campylobacter, microrganismos potencialmente patogênicos para aves (Roberts et al., 2015; Wealleans et al. ., 2017; Gao et al., 2017; Raza et al., 2019), além de maior altura de vilosidades da mucosa no íleo de frangos (Wang et al., 2021) e em galinhas poedeiras (Dai et al., 2020).

Conclusão

As dietas para frangos de cortes formuladas com alto teor de PNA’s aumentam a viscosidade intestinal, dificultando a digestibilidade dos nutrientes e causando efeitos deletérios na saúde e no desempenho das aves. Dessa forma, o uso de enzimas exógenas como a Xilanase auxiliam na digestão de uma ampla gama de fibras alimentares, incluindo os arabinoxilanos, contribuindo para a redução da viscosidade intestinal e a liberação de nutrientes, disponibilizando-os ao animal, melhorando parâmetros de desempenho e, influenciando positivamente a saúde intestinal.