De que forma a xilanase contribui para melhorar a saúde dos suínos?

Essas alterações na disponibilidade de nutrientes e no ambiente alteram a microbiota intestinal e a composição da microbiota do intestino grosso, que por sua vez melhora a saúde dos suínos.

Funcionalidade nutricional do complexo xilanolítico obtida de Aspergillus japonicus var. aculeatus UFMS 48.136 em dietas para suínos

1. Introdução

As dietas dos suínos podem conter polissacarídeos não amiláceos (PNA’s), que devido ao tipo de ligação glicosídica não podem ser digeridos pelos suínos. Mesmo o milho e o farelo de soja que são considerados alimentos de boa qualidade para os suínos, contém 6,83 e 16,46% de PNA´s totais, respectivamente (1).

Além de conter nutrientes indisponíveis aos animais, os PNA’s podem prejudicar a absorção de nutrientes devido ao aumento da viscosidade da digesta (2), reduzindo a taxa de difusão das partículas e diminuindo o contato enzima-substrato (3). Desse modo, várias enzimas têm sido elaboradas por meio de microrganismos com o objetivo de proporcionar a degradação dos PNA’s. Esses microrganismos transportam nutrientes através da membrana plasmática, secretando exoenzimas, as quais hidrolisam macromoléculas presentes nos substratos (4). Os fungos filamentosos são exemplos de microrganismos utilizados na produção de enzimas. Estes são de fácil manuseio, a condição de cultivo é facilmente controlada, ocupam pouco espaço e crescem onde há fonte de carbono (4, 5).

Tem-se evidenciado diversos benefícios com a utilização de enzimas como a xilanase nas dietas dos suínos. A xilanase atua sobre os PNA´s (6), hidrolisa a estrutura das arabinoxilanas (7), expondo o amido e outros nutrientes armazenadas as enzimas endógenas e a fermentação microbiana (8, 9).

A xilanase diminui a quantidade de substratos não digeridos durante a digestão ileal, reduzindo a viscosidade da digesta e possibilitando o contato substrato/enzima, alterando a composição do substrato acessível a microbiota do intestino grosso (9). A utilização da xilanase pode melhorar a acessibilidade as proteínas (indiretamente) (9), altera a microbiota no intestino grosso (10), aumenta a motilidade no trato gastrintestinal e reduz o volume das fezes (11). Além de melhorar a microecologia intestinal (12), a xilanase melhora a barreira física intestinal, as funções das barreiras imunológicas em leitões (13) e o pH da digesta (14).

Dessa forma, a suplementação de xilanase pode ser considerada como alternativa viável para aumentar a digestibilidade (15), a disponibilidade de nutrientes (16), o valor nutricional (17) e o valor de energia metabolizável das dietas (18). Também podem melhorar o desempenho dos animais (17, 19, 20). Portanto, realizou-se este estudo com o objetivo de avaliar a funcionalidade nutricional do complexo xilanolítico produzido a partir dofungos da linhagem Aspergillus japonicus var. aculeatus UFMS 48.136, oriundo do bioma Cerrado/Pantanal sul mato-grossense em comparação à xilanase comercial, em dietas de suínos.

2. Material e métodos

O experimento foi realizado na Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS). Todos os procedimentos e práticas no uso dos animais estão de acordo com os princípios éticos de experimentação animal e foram aprovados pelo Comitê de Ética do Uso de Animais da UFMS, sob protocolo número 1124/2020. Foram utilizados 16 suínos, machos castrados, com mesmo padrão genético, com peso inicial de 64,23±10,5kg, alojados individualmente.

As enzimas utilizadas neste estudo foram xilanases produzidas a partir do fungo Aspergillus japonicus UFMS 48.136 isolado de solos na região de Mato Grosso do Sul e identificado (21), mantidas na micoteca da UFMS/Campo Grande/MS e xilanase comercial (Natugrain). Para a obtenção das xilanases de A. japonicus utilizou-se o meio líquido SR, segundo metodologia com farelo de trigo como fonte indutora da enzima (22). Após o crescimento em condição de 30ºC por 96 horas, o meio foi filtrado para obtenção do complexo xilanolítico.

Os animais foram distribuídos em delineamento experimental de blocos ao acaso, com quatro dietas (dieta controle: formulada de acordo com as recomendações nutricionais da fase; dieta controle negativo: formulada com redução de 100 Kcal/kg de energia metabolizável; dieta controle negativo + xilanase Cerrado/Pantanal UFMS e dieta controle negativo + xilanase comercial e quatro repetições, sendo cada unidade experimental constituída por um animal. Na formação dos blocos, levou-se em consideração o peso inicial dos animais.

As dietas experimentais (Tabela 1) foram preparadas a base de milho e farelo de soja, suplementadas com vitaminas, aminoácidos e minerais, sendo formuladas de acordo com recomendaões (1). A xilanase comercial (Natugrain) e a complexo xilanolítico Cerrado/Pantanal UFMS foram incluídas nas dietas na mesma proporção de 100 g t^-1, seguindo a recomendação do fabricante da enzima comercial para conter mínimo de 10.000UX/g de produto dieta. As enzimas foram adicionadas em substituição ao material inerte (caulim). As rações e a água foram fornecidas à vontade aos animais. O ensaio de digestibilidade teve duração de oito dias, sendo quatro dias de adaptação a dieta e quatro dias de coletas de fezes.

Tabela 1 Composição centesimal e nutricional das dietas experimentais

Foi adotada a metodologia de análise por indicador de indigestibilidade e coleta parcial das fezes. Utilizou-se o dióxido de titânio como indicador de indigestibilidade, usado como indicador pelas fórmulas:

Fator de indigestibilidade (FI) nas fezes: FI = [TiO₂] na dieta/[TiO₂] amostra (fezes), em que: [TiO₂] concentração de dióxido de titânio.

Coeficiente de metabolizabilidade (CM): CM = (% do nutriente na dieta) - (% do nutriente nas fezes x FI)/ (% do nutriente na dieta).

As amostras de fezes foram coletadas diariamente às 8h00min e 15h00min, foram pesadas, acondicionadas em sacos plásticos identificados e armazenados em freezer. Ao término do experimento, as fezes foram descongeladas, reunidas por repetição e homogeneizadas, retirando-se uma alíquota de 700 g, que foi mantida em estufa de ventilação forçada por 72 horas a 55ºC, para secagem. Posteriormente, essas amostras foram pesadas, moídas e acondicionadas para as análises.

As determinações da matéria seca (MS), matéria orgânica (MO), extrato etéreo (EE), proteína bruta (PB), fibra bruta (FB), fibra em detergente neutro (FDN) e fibra em detergente ácido (FDA) das dietas e das fezes foram realizadas de acordo com metodologia (23). A energia bruta (EB) das dietas e fezes foram determinadas por meio da bomba calorimétrica.

A partir das concentrações de EB das dietas e fezes foram determinados os valores de energia digestível (ED). Os valores de energia metabolizável (EM) foram estimados considerando a retenção proteica de 50% (24), sendo a EM=ED- energia perdida na urina (EU), em que EU=proteína digestível (PD, g N da dieta)*(10-50% de retenção), considerando perda de 9,17 Kcal/g de N na urina (25). Os coeficientes de digestibilidade dos nutrientes foram calculados conforme a literatura (26).

Durante o período experimental, a temperatura e a umidade relativa do galpão foram monitoradas diariamente, por meio de termômetros de bulbo seco e úmido e de globo negro. Os valores registrados foram convertidos no índice de temperatura de globo e umidade (ITGU), para caracterizar o ambiente térmico em que os animais foram mantidos. As temperaturas máximas e mínimas foram de 31,7±1,25°C e 24±1,0°C, respectivamente. A temperatura do ar registrada no interior do galpão foi 28,9±1,0ºC, a umidade relativa foi 90,9±5,4%, a temperatura de globo negro foi 28,8±1,4ºC e o ITGU de 79,9±1,54.

Os dados obtidos foram submetidos a análise de variância pelo o procedimento GLM. As diferenças entre médias das dietas foram comparadas pelo Teste de Contrastes Ortogonais. Os contrastes testados foram: 1) dieta controle versus controle negativo; 2) dieta controle versus dietas contendo xilanases; 3) dieta controle negativo versus dietas contendo xilanases; 4) dieta controle negativo versus Xilanase Cerrado/Pantanal; 5) dieta controle negativo versus Xilanase comercial e 6) dieta Xilanase Cerrado/Pantanal versus Xilanase comercial. As análises foram realizadas por intermédio do programa estatístico SAS, em nível de 5% de significância.

3. Resultados

Constatou-se maiores (P< 0,05) valores de ED, EM e maiores (P< 0,05) digestibilidade da MO e do EE da dieta controle em relação à dieta controle negativo (Tabela 2). A digestibilidade da MS, PB, FDN e FDA foram similares (P> 0,05) entre as dietas controle e controle negativo. A suplementação das xilanases proporcionou maiores (P< 0,05) valores de digestibilidade da MS, PB, FDN e FDA em relação a dieta controle. Contudo, a dieta controle apresentou maior (P< 0,05) digestibilidade do EE em relação as dietas contendo xilanases. Não houve diferença (P> 0,05) entre os valores de ED, EM e a digestibilidade da MO entre a dieta controle e as dietas contendo xilanase.

A suplementação das xilanases nas dietas proporcionou maiores (P< 0,05) valores de ED, EM e maiores (P< 0,05) digestibilidade da MS, MO, PB, EE, FDN e FDA em relação à dieta controle negativo. Não foram constatadas diferenças (P> 0,05) dos valores de ED, EM e das digestibilidade da MS, MO, PB, EE, FDN e FDA entre as dietas controle negativo e a dieta contendo a Xilanase comercial.

A suplementação da Xilanase comercial proporcionou maior (P< 0,05) valor de EM em relação a dieta controle. Não foi constatado diferenças (P> 0,05) dos valores de ED e das digestibilidade das MS, MO, PB, EE, FDN e FDA em relação da dieta controle negativo e dieta Xilanase comercial. Não foram constatadas diferenças (P> 0,05) dos valores de ED, EM e das digestibilidades da MS, MO, PB, EE, FDN e FDA entre as dietas contendo a xilanase Cerrado/ Pantanal e a xilanase comercial.

Verificou-se maior (P< 0,05) valor de coeficiente de digestibilidade de EE da dieta controle em relação à dieta controle negativo (Tabela 3). Contudo, o coeficiente de digestibilidade e metabolizabilidade de EB e os coeficientes de digestibilidade da MS, MO, PB, FDN, FDA foram similares (P> 0,05) entre as dietas controle e controle negativo.

Tabela 2 Digestibilidade das dietas contendo xilanase Cerrado/Pantanal e xilanase comercial para suínos em crescimento

A suplementação das xilanases possibilitou maiores (P< 0,05) coeficientes de digestibilidade e metabolizabilidade de EB e os coeficientes de digestibilidade da MS, PB, FDN, FDA em relação a dieta controle. No entanto, a dieta controle apresentou maior (P< 0,05) coeficiente de digestibilidade do EE em relação às dietas contendo xilanases. Não houve diferença (P> 0,05) do coeficiente de MO entre a dieta controle e às dietas contendo xilanases.

Tabela 3 Coeficiente de digestibilidade dos nutrientes de dietas contendo xilanase Cerrado/ Pantanal e xilanase comercial para suínos em crescimento

A suplementação das xilanases nas dietas proporcionou maiores (P< 0,05) coeficientes de digestibilidade da EB, MS, MO, PB, EE, FDN, FDA e metabolizabilidade da EB em relação à dieta controle negativo. Não foram constatadas diferenças significativas (P> 0,05) coeficiente de digestibilidade da EB, MS, MO, PB, EE, FDN, FDA e metabolizabilidade da EB entre as dietas controle negativo e dieta Xilanase Cerrado/Pantanal.

Constatou-se maior (P< 0,05) valor de coeficiente metabolizabilidade da EB entre a dieta controle e a dieta Xilanase comercial. Contudo, não se verificou efeito (P> 0,05) nos coeficientes de EB, MS, MO, PB, EE, FDN e FDA entre a dieta controle negativo em relação a dieta Xilanase comercial. Não foram constatadas diferenças (P> 0,05) coeficiente de digestibilidade da EB, MS, MO, PB, EE, FDN, FDA e metabolizabilidade da EB entre as dietas contendo a xilanase Cerrado/Pantanal e xilanase comercial.

4. Discussão

De acordo com os resultados obtidos, podemos evidenciar que a dieta controle apresentou valores de 95 e 52 Kcal de ED e EM, respectivamente, superiores em relação a dieta controle negativo (Tabela 2). Embora a diferença dos valores de energia esteja abaixo daquela definida inicialmente na metodologia do estudo como sendo de 100 Kcal, não foi constatada diferença entre os coeficientes de digestibilidade dos componentes das dietas, exceto para o EE. A diferença do coeficiente de digestibilidade do EE pode ser explicada pela diferença de concentração de óleo de soja entre as dietas.

Quando analisamos as dietas suplementadas com as xilanases, podemos constatar que a xilanase Cerrado/Pantanal proporcionou aumentos de 99 e 115 Kcal nos valores de ED e EM, respectivamente, em relação à dieta controle negativo. De modo similar, a xilanase comercial proporcionou aumentos de 82 e 70 Kcal nos valores de ED e EM, respectivamente, em relação à dieta controle negativo.

O resultado do presente estudo é consistente com a literatura (14), indicando aumento na digestibilidade de energia em dietas contendo farelo de soja e trigo com a inclusão de xilanase para leitões recém-desmamados e com os estudos de (27), que encontraram melhor digestibilidade de energia bruta em leitões alimentados com dietas à base de milho com a inclusão de xilanase.

Segundo (28), suínos alimentados com dietas contendo milho, grãos de destilaria de milho com solúveis, farelo de gérmen de milho e farelo de soja com adição de xilanase obtiveram 4,5% maior digestibilidade da EB quando comparados a suínos alimentados com dieta controle. De acordo (18), em estudo com leitoas utilizou-se dietas ricas em fibra com a suplementação de xilanase obtiveram 2,2% de melhora na digestibilidade de EB.

Podemos observar ainda, que a suplementação das xilanases as dietas proporcionou valores e coeficientes de digestibilidade significativamente superiores para todos os componentes nutricionais avaliados. Esse fato justifica os melhores resultados observados para os valores energéticos das dietas suplementadas com as enzimas e comprova a eficácia das enzimas em estudo.

Em geral, as fibras na dieta estão relacionadas a diminuição da digestibilidade das frações que produzem energia. Por sua vez, a xilanase pode proporcionar a melhora observada no coeficiente de digestibilidade das dietas por hidrolisar parte das fibras. Essa resposta foi observada no presente estudo, uma vez que, as xilanases aumentaram a digestibilidade do FDN e do FDA. Os aumentos médios dos coeficientes de digestibilidade do FDN e do FDA, proporcionadas pela suplementação das xilanases, observadas foram de 8,3 e 23,7%, respectivamente. Este resultado é corroborado com os obtidos na literatura (14), em estudo conduzido com leitões recém-desmamados ocorreu um aumento da digestibilidade de FDN de 31% para dieta contendo farelo de soja e trigo. Também dietas contendo elevados teores de PNA’s promovem o aumento da viscosidade do quimo (29), o que diminui a atividade endógena enzimática sobre a dieta e diminui consideravelmente a digestibilidade dos nutrientes (30).

As xilanases hidrolisam as arabinoxilanas e reduzem as formações de polímeros de arabinose, reduzindo as barreiras físicas entre o substrato e enzimas (31), aumento do tempo de trânsito intestinal e do pH (32), o que possibilita o aumento da digestibilidade dos nutrientes (12, 33) enzimas digestivas produzidas pelo organismo (29). Essas alterações na disponibilidade de nutrientes e no ambiente alteram a microbiota intestinal (10) e a composição da microbiota do intestino grosso (34), que por sua vez melhora a saúde dos suínos.

A xilanase também pode contribuir com a melhora da digestibilidade da PB e da digestibilidade ileal de aminoácidos (35). O mecanismo de ação da enzima sobre a digestibildade dos aminoácidos está relacionado sobre a eficiência da xilanase em relação ao substrato, possibilitando assim a atividade das enzimas endógenas sobre o substrato (31). Essa resposta foi observada no presente estudo, em que as xilanases proporcionaram aumento médio do coeficiente de digestibilidade da PB de 3%.

Resposta observada por (36), em que a inclusão da xilanase nas dietas para marrãs contendo baixo teor e alto teor de fibra tendeu a aumentar a digestibilidade de PB. Esse efeito também foi confirmado pelo estudo meta-analítico de (37), que verificaram a partir de uma análise de 21 artigos que a xilanase aumentou a digestibilidade ileal dos aminoácidos essencias e não essenciais entre 2 a 3%. Essa reposta pode variar conforme a ação da xilanase em relação a quantidade de PNA´s na dieta.

Dessa forma, pode-se inferir que a inclusão das xilanases foram efetivas em promover aumento da digestibilidade da energia das dietas e suprir a redução da concentração de energia. Também é possível inferir que a xilanase Cerrado/Pantanal possui mesma eficiência sobre a digestibilidade dos nutrientes da fração energética das dietas em relação a xilanase comercial.

5. Conclusão

A inclusão da xilanase produzida a partir de A. japonicus var. aculeatus var. aculeatus UFMS 48.136 se mostrou efetiva para aumentar a digestibilidade das dietas a base de milho e farelo de soja e suprir a redução de 100 Kcal de energia metabolizável por kg de dieta. Comprovou-se a funcionalidade nutricional da xilanase Cerrado/Pantanal em dietas para suínos.

Declaração de conflito de interesses

Os autores declaram não haver conflitos de interesses.

Contribuições do autor

Conceitualização: C. Kiefer, G. C. Giannesi e F. F. Zanoelo. Curadoria de dados: C. Kiefer, K. M. R. S. Nascimento, G. C. Giannesi, F. F. Zanoelo, A. Corassa e E. R. M. Garcia. Análises: C. Kiefer, K. M. R. S. Nascimento, G. C. Giannesi, F. F. Zanoelo, A. Corassa e E. R. M. Garcia. Aquisição de financiamento: C. Kiefer. Investigação: F. A. Oliveira, C. Kiefer e G. C. Giannesi. Metodologia: C. Kiefer, G. C. Giannesi e F. F. Zanoelo. Administração do projeto: C. Kiefer. Supervisão: C. Kiefer. Escrita original: F. A. Oliveira. Escrita – revisão e edição: C. Kiefer, K. M. R. S. Nascimento, G. C. Giannesi, F. F. Zanoelo, A. Corassa, E. R. M. Garcia, U. S. Silveira e T. M. B. Santos.

Agradecimentos

Os autores agradecem a Fundação de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciência e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul (FUNDECT), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS) e Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES; financiamento Código 001) pelo financiamento na execução do projeto de pesquisa

PUBLICADO ORIGINALMENTE EM Ciência Animal Brasileira | Brazilian Animal Science, v.25, 77576P, 2024, 08 de julho, 2024.

ACESSO DISPONÍVEL EM: https://revistas.ufg.br/vet/article/view/77576