Introducción
El despliegue del uso de encimas exógenas para la nutrición animal ha sido históricamente motivado por un desempeño equivalente a una reducción de los costos de la dieta. Por su alto costo el fosfato inorgánico o la grasa agregada han sido desplazados por las encimas para una formulación menos costosa donde la expectativa del nutricionista es que ante una aparente reducción de la energía digestible o fósforo, esta se remplazara por los efectos de la encima en su sustrato y la matriz nutricional circundante. Mientras estas situaciones son comunes y en muchos casos representan el enfoque primario de tanto del formulador como del productor cada vez es más evidente que el uso de las encimas en la alimentación aporta con una amplia gama de efectos beneficiosos que no son fácilmente cuantificados como una reducción del costo en los programas de formulación. Los ejemplos incluyen mejoramiento en la calidad de la cama, uniformidad en el peso corporal, reducción de la mortalidad y morbilidad, mejoramiento de la resistencia a enfermedades y una posición sustentable frente al medioambiente. Estas influencias están a menudo presentes pero pueden variar en visibilidad e importancia dependiendo de la severidad del problema en la granja y las prioridades del productor. Es el propósito de este artículo resumir algunos de estos llamados efectos “secundarios” de las encimas nutricionales y sugerir las formas en que estos efectos pueden tomar una posición más significativa en la ecuación evaluación de las encimas. Como no es posible hacer una revisión completa de todos los aspectos de los efectos de las encimas en áreas que no están directamente relacionadas con el costo nutricional, nos enfocaremos aquí en la interacción entre encimas y la salud entérica. Sin embargo, en interés de una mayor claridad, se mencionaran tópicos alternativos y serán brevemente discutidos.
Encimas y resistencia entérica
La suplementaciones de dietas para avicultura con encimas exógenas tiene una serie de consecuencias en las características de la ingesta, el balance y la fuente de nutrientes en la dieta y por supuesto en la percepción de la dieta en el animal. En general, estos efectos pueden ser divididos en cuatro áreas diferentes: Salud digestiva, salud fisiológica, salud microbiológica y salud inmunológica. Cada una de estas áreas será descrita brevemente más abajo.
Salud Digestiva
El último objetivo del tracto intestinal es la separación rápida y completa de importantes compuestos nutricionales, de aquellos compuestos sin consecuencia nutricional (o adversa), y la posterior disponibilidad de estos nutrientes importantes para ser transferidos a sitios de metabolismo secundario. Nutrientes como aminoácidos, algunos minerales, glucosa, ácidos grasos y otros similares son eficientemente extraídos de la matriz nutricional por una serie de pasos complementarios que involucran la secreción de jugos digestivos y transportadores activos y pasivos. Aunque la digestión de almidones, amino ácidos, ácidos grasos y minerales es eficiente, el proceso rara vez da como resultado un 100 % de digestibilidad y los valores reales de digestibilidad entre el 80-95%son más comunes (Adeola&Cowieson, 2011). La brecha entre la digestibilidad máxima y la digestibilidad real representa una ineficiencia del intestino que, aunque no es considerada normalmente como una enfermedad puede ser considerada una consecuencia de una capacidad digestiva y unaabsorción inadecuada o en general una inmadurez a nivel intestinal Croom et al. (1999) plantea la posibilidad de que la capacidad de absorción ntestinal puede ser un paso limitante para el rendimiento en avicultura, particularmente en broilers pesados, aunque estos efectos puede deberse a deficiencias introducidas en el polluelo. Por ejemplo, en un pavo de 2 semanas el intestino constituye, alrededor de 70-80 mg/g de peso vivo mientras que en un pavo de 16 semanas solo 20mg/g de peso vivo (Fig. 1; Croom et al., 1999).
Fig. 1. Efecto de la edad en el peso relativo del intestino en crías de pavo aleatorias (RBC2) o de crecimiento rápido (F Line) (Croom et al., 1999).
Estos datos que también se reflejan en pollos broilers, sugieren que el intestino es de desproporcionada importancia en los pollitos broilers y un desarrollo temprano exitoso es extremadamente importante para asegurar que el ave esta adecuadamente apoyado en fases de crecimientos posteriores. De hecho, Lilja (1980; 1983) sugiere que un desarrollo exitoso (especialmente en aves con la capacidad de una alta tasa de crecimiento) en etapas tardías de crecimiento es primordial un desarrollo intestinal adecuado en el pollito recién nacido, una conclusión que es apoyada por Pinchasov et al. (1985). Así, aunque Krogdhal&Sell (1989; Fig. 2) y Uni et al. (1998) muestran claramente que la función intestinal en el pollito recién nacido no está completamente madura hasta al menos el día 14 después de la eclosión el grado de desarrollo intestinal inadecuado puede no llegar a ser evidente hasta que el intestino se enfrente a demandas desproporcionadas por el enorme peso de los broilers desde el día 35 hasta el sacrificio. En este sentido, el desarrollo del esqueleto y el intestino tiene consecuencias similares en donde el desarrollo temprano es pivotante pero las consecuencias de no haberse desarrollado adecuadamente puede no llegar a ser evidente hasta varias semanas después de la eclosión.
Fig. 2. Desarrollo con edad (d) de encimas digestivas en tejido pancreático o intestinal en pavitos (expresado en porcentajes con valores de 8 semanas). FromKrogdhal&Sell (1989).
Por lo tanto, aunque la actividad de la encima por si misma (Fig.2) aumenta con la edad en términos de actividad por gramo de tejido pancreático o intestinal, la cantidad absoluta de encima digestiva por unidad de peso del cuerpo puede no hacerlo. Por ejemplo Krogdahl&Sell (1989) muestran que el peso relativo del páncreas aumenta de alrededor de 0.1 % al 0.5 % desde d1 - 10 y disminuye de cerca del 0.15 % para el d56 (Fig.3), los resultados están en concordancia con las observaciones de Croom et al, (1999)
Fig. 3. Desarrollo del peso relativo del pancreas en pavitos en relación porcentual al peso vivo (Krodghal&Sell, 1989).
La relevancia de estos cambios en el desarrollo intestinal relacionadas con el peso ganado por el uso de encimas exógenas como agentes aumentativos puede ser contraria a la creencia de que si bien el pollito recién nacido posee claramente una capacidad limitada para producir encimas endógenas el tracto intestinal representa una proporción más importante de su masa corporal que un pollo broiler a término. Sin embargo, es más apropiado para encimas suplementarias como la lipasa, amilasa y proteasa en broilers pesados donde el intestino y el tejido pancreático que ha disminuido proporcionalmente de acuerdo al peso metabólico del ave. Croom et al., (1999) y Krogdahl&Sell (1989), muestran que aunque la actividad proteolítica intestinal por unidad de tejido intestinal en el día 8 es alrededor del 40 % frente al día 56, en relación porcentual con el peso del animal hay aproximadamente 4 veces más tejido intestinal en un pollo joven comparado con uno más viejo. Estos resultados sugieren que la masa intestinal y la actividad enzimática puede ser más limitante en aves desde el día 35 frente a pollos jóvenes, o al menos, el que los pollos jóvenes requieren las encimas exógenasúnicamente a fin de mejorar una función intestinal deficiente puede no ser completamente correcto. Esto también puede explicar por quéhay reportescontradictorios acerca del efecto de la edad en la digestibilidad de nutrientes en broilers (Wallis &Balnave, 1984; Ten Doeschate et al., 1993; Huang et al., 2005) aunque esto puede asociarse con la naturaleza de la dieta.
Salud Fisiológica
La salud intestinal es a menudo discutida como un sinónimo de estabilidad microbiana y la falta de infección intestinal. Sin embargo, un punto central importante de la salud intestinal es una morfologíamacroscópica apropiada. Ejemplo: El largo y la capacidad individual de los segmentos intestinales y la fisiología en general de las vellosidades intestinales, borde en cepillo y la integridad de la capa protectora de mucina. Las encimas suplementarias pueden directa o indirectamente influenciar estas características intestinales. Por ejemplo, Cowieson et al. (2004) mostro que la ingestión de fitasa reduce la perdida de ácido sialico(un componente de las mucoproteínas) del intestino que ha sido aumentado por el consumo de ácidofitico. La razón por la cual el ácidofitico aumenta y la fitasa disminuye, la secreción y perdida de mucina del intestino no está clara pero puede estar relacionada con la hipersecreción de pepsina y HCl en la fase gástrica como respuesta a los complejos insolubles de ácido fitico-proteina (Cowieson et al., 2009). Interesantemente, efectos similares han sido recientemente implicados para la proteasa exógena donde los efectos beneficiosos de la proteasa sobre la digestibilidad a nivel iliacal de los amino ácidos fue significativamente correlacionada con la composición del de aminoácidos de la mucina intestinal (Fig. 4; Cowieson&Roos, 2014).
Fig. 5:Correlación entre el perfil de aminoácidos de la mucina intestinal y la aparente mejoría en la digestibilidad iliaca de amino ácidos con un mono componenteexógeno de proteasa (Cowieson&Roos, 2014).
Por lo tanto, existe cierta evidencia que mientras el objetivo primario de la adición de encimas exógenas es aumentar la digestibilidad de nutrientes económicamente relevantes, hay una serie de efectos en el flujo de los nutrientes endógenos.
Además de la fitasa y la proteasa, la adición de xylanasa influencia la producción intestinal de mucina y también la composición de los polímeros de mucina. Fernandez et al (2000) observo que la adición de xylanasa a una dieta para pollos broiler en base a trigo daba como resultado un aumento en sulfatos en la mucina alrededor de las células caliciformes de la cripta y una disminución de los carboxilatos en la mucina en la superficie intestinal. Angkanaporn et al. (1994) mostró que la adición de 15-35g/Kg de pentosan de trigo a una dieta para pollos broiler reduce la digestibilidad de los aminoácidos y aumenta la perdida endógena de aminoácidos. Instructivamente la ingesta de pentosan de trigo da como resultado un incremento en la perdida de Glu, Asp, Ser, Leu y Thr en una magnitud considerablemente más alta que para los demásaminoácidos, y por otra parte, la metionina no se ve afectada. Este patrón de respuesta es similar al perfil de aminoácidos de la mucina y la pepsina lo que sugiere que algunos de los efectos beneficiosos de la xylasa en la digestibilidad de aminoácidosestá asociada con una reducción en el flujo proteico endógeno. El trabajo de Fernandez et al. (2000) introduce un segundo estrato de complejidad en que a además de que puede haber grandes cambios en el flujo de proteína endógena puede ver cambios en la composición de la mucoproteína en sí misma, quizás en respuesta a un microclima alterado en el borde en cepillo o cambios en la micro flora. No menos aparente es que la xylanasa, fitasa y proteasa tienen influencia tanto en la digestibilidad de los nutrientes ingeridos como en la secreción o perdida de los nutrientes endógenos.
Una precisa división del valor de las encimas en la alimentación animal entre beneficios derivados exógenamente y aquellos de origen endógeno es importante para asegurar la adición de valores en la liberación de nutrientes (o matriz).
Fig. 6. Efecto de la adicion de 15g/Kg de pentosan de trigo a una dieta basada en almidon de maíz-caseina en la perdida de los aminoacidosendogenos en el intestino de Broilers (adaptada de Angkanaporn et al., 1994).
Entonces, proteínas altamente solubles antigénicas y anti nutricionales como arabinoxulan, fitata y otras, tiene la capacidad de incrementar el flujo de aminoácidosendógenos a través de un aumento en la secreción de mucina y otras encimas endógenas, las encimas exógenas que hidrolizan estos substratos pueden aliviar parcialmente estos problemas. Mientras que esto es interesante desde un punto de vista mecánico, también sugiere que las encimas exógenaspueden tener agentes efectivos en el mantenimiento de la salud intestinal al promover una mucina mucho más estable.
Salud Microbiológica
Los efectos interactivos de las encimas exógenas y de la flora intestinal han sido revisados recientemente (Bedford &Cowieson, 2012) y por eso no va a ser repetido en detalle aquí. Bastara con decir que hay tres potenciales mecanismos por los que las encimas pueden influenciar la composición y la magnitud de la flora intestinal: Manejo del flujo del sustrato hacia el intestino posterior, generación de oligosacáridos fermentables y directamente lisis.
Uno de los efectos más dramáticos de las encimas exógenas en avicultura es la dinámica de recuperación de nutrientes desde el intestino. La adición de carbohidrasas, proteasas y fitasa a la dieta de un broiler, generalmente mueve el sitio de digestión de los nutrientes focalizados a secciones más proximales, incrementando la tasa de digestión y haciéndola más completa (Bedford &Cowieson, 2012) Sin embargo un efecto colateral no intencional de esto es que la micro flora en el ciego y en el intestino grueso recibe menos sustrato fermentable para su metabolismo y esto reduce la proliferación de la micro flora por si misma, lo cual es generalmente visto como un resultado positivo para el huésped. Recientemente, la atención se ha dirigido a los llamados efectos de “inanición” de las encimas sobre las bacterias en el intestino posterior (que es a menudo un efecto masivo no necesariamente desproporcionadamente ventajoso para especies beneficiosas de bacterias) para genera oligosacáridos prebióticos in situ a través de la hidrólisis de polisacáridos solubles. Courtin et al. (2008) demostraron que la adición de xilo-oligomeros de dietas basadas tanto en trigo-maíz y maíz eran equivalentes a la adición de xilanasa y daba como resultado mejoras en el desarrollo de los pollos broiler. Estos efectos fueron correlacionados con cambios en la flora microbiana a favor de las bífidobacterias. Singh et al. (2012) recientemente indicó que la adición de xilanasa de dietas basadas en trigomaíz y maíz dio como resultado un aumento en la concentración del péptido YY(PYY) en el suero de los pollos broiler. Como PYY es una de las hormonas responsables del vaciamiento gástrico es posible que la xilanasa influencie la tasa de paso del alimento, o en particular el tiempo de permanencia de la fase gástrica de la digestión, posiblemente a través del mecanismo de freno del íleon. El mecanismo de freno del íleon es un sistema de control que detecta el aumento de la fermentación en el intestino posterior por medio de la producción de VFA por parte de la micro flora y estimulación de los enterocitos. Cuando se agrega xilanasa a las dietas avícolas ellas generan xylooligomeros que son más bien fermentados en el intestino posterior,en lugar de ser una fuente de polímeros, estimulando los efectos del freno del íleon y PYY.
Cowieson&Massey-O’Neil (2013) confirmaron estos efectos mostrando una temperatura elevada en aproximadamente 1.5 ºC a nivel del ciego en aves alimentadas con xilanasa, resultados que implicaban una disminución de la actividad fermentativa. Por lo tanto, la alteración del flujo del sustrato en el intestino posterior puede originar una mayor remoción de nutrientes desde el intestino por el huésped y un cambio en el sustrato fermentable para las bacterias residentes en el intestino posterior. Los efectos de la xilanasa en la micro flora intestinal pueden ser profundos, tomar varias semanas llegar a un nivel estable y pueden ser centrales en los efectos observados en su función como en la digestibilidad de los nutrientes. Finalmente las encimas pueden tener efectos anti microbianos directos e hidrolizar las paredes celulares de las bacterias o reducir la integridad del glicocaliz. El ejemplo más obvio de que las encimas anti microbianas son lisozimas, una categoría de encimas que pueden hidrolizar el peptidoglicol de las paredes celulares de las bacterias, contribuyendo a la muerte celular. Esta es un área emergente y no será cubierta en este estudio.
Salud Inmunológica
La última área donde las encimas exógenas pueden influenciar la salud del intestino es como un órgano inmune en la función alterada. Klasing (1998) sugiere que las características de la dieta pueden tener una profunda influencia en la capacidad de las aves de enfrentar agentes infecciosos y que esta capacidad está determinada por la resiliencia y la resistencia del huésped. La resistencia está definida como la habilidad del animal para repeler agentes infecciosos, por ejemplo, una capa de mucina que funcione bien o la integridad de la piel. La resiliencia por otro lado está asociada con la habilidad del animal de mantener su productividad durante un desafío infeccioso y este último aspecto de salud inmunológica depende de la provisión adecuada de nutrientes al animal y el reconocimiento de probables cambios en los requerimientos nutricionales mientras se monta una respuesta inmune. Klasing (1998) también notó la adecuación del sistema inmune en estadios tardíos de crecimiento de los pollos broilers son algo contingentes en el establecimiento rápido en la primera semana de vida.
Particularmente, una provisión adecuada de ácido linoleico, vitamina A, hierro, selenio y vitaminas B durante unas pocas primeras semanas después del nacimiento son claves para establecer un sistema inmune saludable en el pollito en crecimiento.
Adicionalmente, una evaluación cuantitativa de células inmunológicas en ratas, humanos y pollos sugiere que alrededor del 3 - 4% del peso corporal se explica por los tejidos involucrados en el sistema inmune (Klasing, 1998). Más aun la rápida tasa de rotación de estos tejidos produce una demanda de requerimientos desproporcionados de aminoácidos, vitaminas, minerales, grasa y energía, especialmente durante un desafío inmunológico.
Claramente el sistema inmune es una parte crítica de la fisiología animal. Sin embargo, el compartir los nutrientes de la reproducción o la ganancia de musculo con el sistema inmune u otros es perjudicial para la productividad y la rentabilidad. Por lo tanto el manejo de la suplementación de nutrientes debe ser enfocado a promover la salud inmunológica mientras nos aseguramos que en lo posible, esa prioridad está dada con enfoque productivo. Dos de los nutrientes más investigados en la función inmune son el hierro y el zinc (Kehl-Fie &Skaar, 2010). Ambos, hierro y zinc son nutrientes esenciales para el animal y los patógenos invasorespor lo que la sustracción de estos por el huésped causa la supresión del metabolismo del patógeno y las contramedidas tomadasporel patógenopara asegurar susuministro esuna lucha comúnobservadaen la literatura. Es interesante notar que la biodisponibilidad y la solubilidad del hierro y el zinc es severamente dañada por el fitato, aumentando el flujo de hierro y zinc al intestino posterior de ambas fuentes endógena y exógena (Sebastian et al., 1996; Lonnerdal, 2000; Abebe et al., 2007). Por lo tanto, el uso de fitasa( y posiblemente carbohidrasa) puede ayudar al huésped con el control del suministro de estos minerales a la población microbiana en la porción distal del intestino.
Como se menciona arriba el perfil de aminoácidos de proteínas endógenas como la mucina y las encimas digestivas son conocidos. Además, el perfil de aminoácidos en la fase aguda y de otras proteínas inmunológicas también lo son (Klasing, comunicación personal; Fig. 7). Por lo tanto, un desafío (patológico o medioambiental) que aumenta la necesidad de medidas de protección como una fase aguda de proteínas o mucina, tendrá una influencia parcialmente calculable en los requerimientos de aminoácidos y la proporción ideal entre los aminoácidos puede cambiar.
Fig. 7: Perfil de los principales aminoácidos de varios fases agudas de proteínas en aves. (APP).
Encimas y uniformidad
Las diferencias es la mayor fuente de frustración para los profesionales productores de alimento incluyendo aquellos involucrados en las áreas de investigación y técnica, producción, manejo, suministro, financiera, etc. Las diferencias en la calidad del producto en operaciones avícolas integradas puede originar problemas con las reproductoras, la genética, manejo de incubadoras, composición del alimento, clima y manejo del medioambiente, agua, enfermedades y bioseguridad, procesamiento, transporte y otros. Una de las fuentes primarias de las diferencias en el crecimiento del ave está asociada a la calidad y homogeneidad del alimento ofrecido. La diferencias en la composición del alimento puede originar problemas en la matriz nutricional, la falta de atención a la calidad del alimento o el cambio en su composición, procesamiento del alimento. Ejemplo: Las condiciones hidrotermales o la calidad del pellet y cuestiones de compatibilidad en las provisión de nutrientes y la edad del ave. Las encimas exogenas tienen un rango de influencia que contribuye a una reducción de las diferencias en peso del animal y digestibilidad de los nutrientes que será brevemente resumida aquí.
Digestibilidad
La digestibilidad de energía, almidón, grasa, aminoácidos y fosforo tienen una influencia mayoritaria en el costo y composición del alimento terminado. Como la digestibilidad tiene un techo máximo de un 100% un aumento de la digestibilidad de los nutrientes asociados con el efecto de una encima podrá, por definición reducir la diferencia en la calidad nutricional de la dieta Cowieson& Bedford (2009) yCowieson&Roos (2014)mostraron que para fitasa, xilanasa y proteasa, el mejoramiento de la digestibilidad en los nutrientes enfocados es mayor cuando la digestibilidad inherente de estos es baja. Por ejemplo, Cowieson& Bedford (2009) encontraron que la xilanasa mejora la digestibilidad de aminoácidos en el Íleon sobre un 5 % cuando la digestibilidad inherente de los aminoácidos de la dieta era de un 75%, pero alrededor de solo un 2 % cuando la digestibilidad inherente era de un 85 % (Fig.8). Mientras que esta relación quiere decir que las encimas serán generalmente más efectivas en ingredientes/dietas de una relativa baja digestibilidad, es también evidente que una encima reducirá la variación cruzada de una población de dietas/ingredientes. Este probablementees uno de los mecanismospor los quelas encimasreducen lavariaciónen la ganancia depeso corporalen pollos de engorde.
Fig. 8: Efecto de la xilanasa exógena en la digestibilidad de los aminoácidos del Íleon ct of en broilers y porcinos (deCowieson& Bedford, 2009)
Conclusiones
Entre los micro ingredientes zootécnicos, las encimas exógenas son sin lugar a duda unas de las investigadas y exitosas muestras y pueden traer efectos beneficiosos substanciales en la rentabilidad de la empresa avícola. Sin embargo, aunque un ahorro de los costos entre $5-15/tonne de alimento terminado es común con una combinación de fitasa, carbohidrasa y proteasa existen efectos secundarios que son igualmente ventajosos. Estos efectos incluyen una reducción en la huella medioambiental, mejoramiento de la uniformidad en la digestibilidad y desarrollo, mejora de la resiliencia y mejoramiento de la partición de nutrientes para ganancia de musculo. En el futuro probablemente se le dará más atención al efecto de las encimas en estos beneficios de “segundo nivel” así como un espacio en la dieta más allá de un escaso ahorro de $20/tonne.
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