เอนไซม์และการเลือกใช้ .......สำคัญแค่ไหน

โดย คุณศรัณยา  ดอนหงษ์ไพร 

นักวิชาการ บริษัท เอ ไอ พี จำกัด

                การย่อยและการดูดซึมอาหารของสัตว์เป็นขบวนการที่สำคัญในการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ทางเคมี และทางชีวเคมีของอาหารให้อยู่ในสภาพที่ร่างกายสามารถดูดซึมนำไปใช้ประโยชน์ต่อไป และชนิดของอาหารที่สัตว์ได้รับมีความแตกต่างกัน นับตั้งแต่ชนิดของวัตถุดิบอาหารสัตว์ องค์ประกอบทางเคมี คุณลักษณะทางฟิสิกส์และขนาดของวัตถุดิบ โดยทั่วไปอาหารประกอบด้วยสารอาหารสำคัญๆ ได้แก่ โปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรท ไวตามิน และแร่ธาตุ ซึ่งการนำอาหารไปใช้ประโยชน์ได้มากน้อยแค่ไหนขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพในการย่อย การดูดซึมอาหาร

                กระบวนการในการย่อยสามารถแบ่งได้เป็น 3 กระบวนการหลัก คือ

1.     กระบวนการทางกล (mechanical digestion) : การบดตัดชิ้นอาหารให้เล็กลงด้วยฟันและการหดบีบตัวของกล้ามเนื้อผนังทางเดินอาหาร

2.     กระบวนการทางเคมี (chemical digestion) : การย่อยอาหารให้มีขนาดเล็กลงด้วยการทำงานของเอนไซม์ ซึ่งจำเพาะต่อชนิดของอาหาร

3.     กระบวนการทางจุลินทรีย์ (microbial fermentation) : จุลินทรีย์ผลิตเอนไซม์ที่ร่างกายสัตว์ไม่สามารถผลิตมาใช้ในการย่อยอาหารบางชนิดได้ เช่น อาหารจำพวกเยื่อใย (cellulose, hemicellulose) แต่ในสัตว์กระเพาะเดี่ยว เช่นสุกรและสัตว์ปีก ปฏิกิริยาของจุลินทรีย์นี้จะเกิดในลำไส้ใหญ่ ดังนั้นการได้ประโยชน์จากขบวนการหมักของจุลินทรีย์ในสัตว์กระเพาะเดี่ยวจึงมีน้อยมาก เนื่องจากสารอาหารที่ได้จากการหมักไม่สามารถดูดซึมผ่านลำไส้ใหญ่เข้าไปในร่างกายได้

อย่างไรก็ตามอาหารที่ประกอบขึ้นมาเพื่อใช้เลี้ยงสัตว์กระเพาะเดี่ยวนั้นมีวัตถุดิบอาหารที่หลากหลายจึงทำให้ในอาหารมีองค์ประกอบของสารอาหารที่หลากหลายตามไปด้วย โดยเฉพาะองค์ประกอบของสารเยื่อใยจากวัตถุดิบอาหารจากพืช การใช้ประโยชน์จากสารเยื่อใยเหล่านี้หรือการทำให้สารเยื่อใยดังกล่าวเกิดผลเสียต่อขบวนการย่อยอาหารในภาพรวมได้น้อยที่สุดจึงเป็นความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพของอาหารในการเสริมสร้างสมรรถภาพการผลิตและเป็นการลดต้นทุนการผลิตสัตว์ในส่วนของอาหารและสุขภาพของสัตว์อีกด้วย

ส่วนลูกสัตว์ เช่นลูกสุกร ตั้งแต่แรกเกิดไปจนกระทั่งอายุ 5 สัปดาห์จะมีความเข้มข้นและการทำงานของน้ำย่อยในระบบทางเดินอาการแตกต่างจากสุกรที่โตเต็มที่แล้ว เช่น เปปซิน อัลฟ่าอะไมเลส มอสเทส และซูเครสจะต่ำ ขณะที่ปริมาณเอนไซม์แลคเทสในตอนแรกจะสูง และเริ่มลดลงเมื่อสัตว์เจริญเติบโตขึ้น  (ดูรูปที่ 1 ด้านล่าง)

ขบวนการย่อยอาหารของสัตว์กระเพาะเดี่ยวที่สำคัญๆ สามารถจำแนกออกเป็น 4 ส่วน ตามชนิดปริมาณของสารอาหารที่ปรากฏอยู่ในอาหารได้แก่ โปรตีน ไขมัน แป้งและเยื่อใย ทั้งนี้การย่อยของสารอาหารชนิดต่างๆ  นี้ต้องอาศัยการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เคมี และชีวเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทำงานของเอนไซม์ในกระบวนการทางเคมี

เอนไซม์ คือ โปรตีนกลุ่มหนึ่งที่มีหน้าที่พิเศษแตกต่างจากโปรตีน และ
มหชีวโมเลกุลทั่วไป และเอนไซม์มีความจำเพาะต่อสารที่ทำปฏิกิริยาซึ่งเรียกว่าซับสเตรท (substrate) และสามารถเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ไม่เปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์อื่น (ปราณี, 2547)

อาหารเยื่อใย

ในวัตถุดิบอาหารสัตว์ส่วนที่ทนต่อการย่อยของเอนไซม์ได้แก่ พวกเยื่อใยต่างๆ สารเยื่อใย (dietary fiber) ประกอบไปด้วยสารจำพวกโปลีแซคคาไรด์ (polysaccharides) และลิคนิน (lignin) ที่ระบบทางเดินอาหารไม่สามารถย่อยนำไปใช้ประโยชน์ได้ โดยทั่วไปสารเยื่อใยที่พบในอาหารจะมาจากส่วนของผนังเซลพืช (plant cell wall) เป็นส่วนใหญ่ สารเยื่อใยที่พบในปริมาณที่สุงในอาหารประกอบไปด้วย เซลลูโลส (cellulose) เฮมิเซลลูโลส (hemicellulose) เบต้า-กลูแคน (ß-glucan) และเป็คติน (pectins) ในขณะที่พวก ลิคนิน (lignin) และกัมส์ (gums) ถูกพบในปริมาณที่น้อย (เสกสม,2544) ซึ่งในสัตว์กระเพาะเดี่ยวไม่มีเอนไซม์ที่ย่อยโครงสร้างเหล่านี้ได้ ส่วนใหญ่จึงต้องอาศัยจุลินทรีย์ในลำไส้ใหญ่ ซึ่งทำได้อย่างจำกัด ผลจากการย่อยแป้งหรือเยื่อใยจากจุลินทรีย์จะได้ volatile fatty acid (acetate, butyrate และ propionate) ซึ่งไม่ใช่น้ำตาล  (ดูรูปที่ 2 ด้านล่าง)

 ตารางแสดงชนิดของเอนไซม์สารซับสเตรทและผลผลิตที่ได้จากการทำงานของเอนไซม์

ชนิดของเอนไซม์	ซับสเตรท	ผลผลิต
amylase	amylose	น้ำตาล maltose
lactase	lactose	น้ำตาล glucose และ galactose
cellulase	cellulose	volatile fatty acid
hemicellulase	hemicellulose	น้ำตาล xylose, mannose, galactose และ glucose
Beta-glucanase	Beta-glucan	น้ำตาล xylose, mannose arsbinose และ  ribose
Xylanase	Xylan	น้ำตาล xylose และ glucose
Phytase	Phytate	ฟอสฟอรัสอิสระ และแร่ธาตุสำคัญชนิดต่างๆ (Ca2+,Zn2+,Mg2+,Fe2+ etc) ที่เกาะกับโครงสร้างของ phytate
Protease	Protein แบบโครงสร้างปฐมภูมิ	กรดอะมิโน
lipase	Triglycerides	glycerol และ fatty acid

ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์

(www.coolschool.ca/lor/bi12/unit7/u07l03.htm)

1.       ชนิดของสารที่เอนไซม์ไปควบคุมปฏิกิริยา

2.       ความเข้มข้นของสับสเตรทเปลี่ยนตามอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์

3.       ความเข้มข้นของเอนไซม์ เปลี่ยนตามอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์

4.     ความเป็นกรด-เบสของสารละลายส่วนมากเอนไซม์จะทำงานได้ดีในช่วง pH เป็นเบสเล็กน้อย แต่อย่างไรก็ตามเอนไซม์จะเร่งปฏิกิริยาให้เกิดเร็วในช่วง pH ใดก็ขึ้นอยู่กับชนิดของสับสเตรทนั้นๆ

5.     อุณหภูมิ อุณหภูมิที่ 37^°C เป็นอุณหภูมิที่เอนไซม์ส่วนใหญ่ทำงานได้ดี อุณหภูมิสูงเกินไปจะทำให้การทำงานของเอนไซม์เสื่อมไป เพราะเอนไซม์เป็นโปรตีนเมื่ออุณหภูมิเอนไซม์ถูกทำลาย

6.       สารยับยั้งปฏิกิริยาของเอนไซม์ สารบางชนิดเมื่อรวมตัวเอนไซม์จะทำให้ เอนไซม์ทำงานช้าลง หรือหยุดทำงานได้

7.     สารกระตุ้นเอนไซม์บางชนิดต้องการไอออนพวกอนินทรีย์เป็นตัวกระตุ้นจึงจะเกิดการทำงานและเกิดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเร่งได้ (ดูรูปที่ 3 ด้านล่าง)