TG: Sarah Mikesell
NGHE ĐỌC
(Ecovet) Xu hướng tăng nhiệt độ hồ hóa thức ăn chăn nuôi thương mại nhằm mục đích cải thiện chất lượng thức ăn viên, cũng như tăng cường vệ sinh thức ăn, liên tục tạo ra các các thách thức về nhiệt đối với các loại phụ gia thức ăn chăn nuôi khác nhau.
Đặc biệt, các enzyme rất dễ bị giảm/mất hoạt tính bởi nhiệt độ. Do đó, ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi tiếp tục nghiên cứu để khám phá các cách để duy trì mức độ hoạt tính của enzyme như mong muốn trong điều kiện sản xuất thức ăn chăn nuôi ngày càng khắc nghiệt hơn.
Enzyme có bản chất là protein và có xu hướng mất hoạt tính xúc tác ở nhiệt độ cao. Cấu trúc ba chiều của protein, được liên kết với nhau bằng nhiều loại liên kết hóa học khác nhau, rất quan trọng đối với hoạt tính xúc tác đó. Cấu trúc phức tạp này có thể bị phá hủy khi nhiệt độ tăng lên đến mức protein mở ra và không thể uốn lại, một quá trình thường được gọi là biến tính.
Quá trình biến tính của enzyme tương tự như luộc trứng: các protein trong trứng tiếp xúc với nhiệt trong quá trình nấu vẫn ở trạng thái lỏng (tức là trứng luộc chín mềm) cho đến khi nhiệt độ tăng đến một điểm nhất định tại đó các protein bị biến tính không thể đảo ngược lại, làm chúng kết tủa và không còn ở trạng thái lỏng nữa (tức là trứng luộc chín). Trong quá trình sản xuất thức ăn viên, thì “hồ hóa” là môi trường khó khăn nhất để enzyme tồn tại mà không bị biến tính.
Các công ty sản xuất enzyme đã và đang áp dụng ba cách tiếp cận sau để bảo vệ enzyme chống lại các điều kiện ép viên khắc nghiệt: (1) sử dụng vật liệu để bao bọc sản phẩm enzyme, (2) điều chỉnh gen của enzyme để làm cho nó ổn định nhiệt hơn, và (3) khám phá về bản chất của các enzyme chịu nhiệt tự nhiên có hoặc không có biến đổi gen.
Theo lí thuyết , lớp bao bọc hoặc phủ lớp bảo vệ enzyme phải bảo vệ được enzyme khỏi quá trình hồ hóa bằng hóa hơi nước, với nhiệt độ đạt 90 độ C hoặc cao hơn, cũng như từ quá trình ép viên thực tế. Tuy nhiên, việc giải phóng nhanh chóng enzyme khỏi lớp bao bọc trong đường tiêu hóa của động vật là điều cần thiết để đảm bảo hiệu quả tối ưu. Công nghệ bao bọc là công nghệ bảo vệ enzyme được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, nhưng là sự chấp nhận giữa tăng độ bền nhiệt và giảm sự giải phóng enzyme.
Sự điều chỉnh gen để cải thiện tính chịu nhiệt của enzyme thường đạt được thông qua những thay đổi đối với trình tự axit amin của enzyme. Những thay đổi này dẫn đến cấu trúc protein có khả năng chống lại tốt hơn đối với các tác động biến tính gây ra bởi nhiệt. Tương tự, các enzyme tự có khả năng chịu nhiệt đôi khi cũng được biến đổi gen để tăng cường hơn nữa tính chịu nhiệt tự nhiên của chúng.
Xác định các enzyme tự có sẵn khả năng chịu nhiệt là phương pháp đang được nghiên cứu hiện nay để sản xuất các enzym có các đặc tính phù hợp với ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi. Quá trình này thường liên quan đến việc sàng lọc các vi sinh vật được tìm thấy trong môi trường ấm nóng, chẳng hạn như suối nước nóng và các khe nứt dưới biển sâu, để tìm các enzyme cụ thể. Sau khi được xác định, gen thích hợp của enzyme có thể được chuyển sang sinh vật sản xuất để cho ra các enzyme như mong muốn cho mục đích thương mại. Hạn chế của phương pháp này là nhiệt độ hoạt động tối ưu của các loại enzyme này thường không phải ở nhiệt độ sinh lý.
Tính ổn định nhiệt, còn được gọi là khả năng chịu được nhiệt độ cao, là yếu tố quan trọng hơn đối với các enzyme phytase, vì bản chất chúng kém bền nhiệt hơn các enzyme khác. Phytases đã được chứng minh là bị mất hoạt tính đáng kể khi nhiệt độ hồ hóa vượt quá 70 độ C, trong khi enzyme cacbohydrase thường chỉ mất hoạt tính đáng kể nếu nhiệt độ hồ hóa vượt quá 80 độ C (Gill, 1997).
Phytase có hoạt tính thấp hơn mong muốn có thể có tác động tiêu cực rõ ràng đến hệ xương (xương yếu, què liệt) và độ cứng của vỏ trứng ở gia cầm. Vì lý do này, nhiều nhà sản xuất lo ngại về tính chịu nhiệt của loại enzyme đặc biệt này. Do đó, kiểm tra phytase trong thức ăn chăn nuôi đã trở thành thông lệ phổ biến trong các nhà sản xuất thức ăn chăn nuôi thương mại.
Tuy nhiên, các phương pháp xét nghiệm phytase trong thức ăn được sử dụng phổ biến nhất (ISO / FEFANA và AOAC) đã chỉ ra các vấn đề trong việc đo lường hoạt tính phytase của các sản phẩm phytase E. coli mới chịu nhiệt tự nhiên trong thức ăn viên, có thể do sự tương tác của enzyme với nguyên liệu thức ăn, xảy ra trong quá trình sản xuất thức ăn. Ngoài ra, rất khó để thực hiện một thí nghiệm về thức ăn mà có khả năng tính đến tất cả các điều kiện được sử dụng trong các quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi thương mại; có quá nhiều biến số cần tính đến trong quá trình này.
Không có hai nhà máy thức ăn chăn nuôi nào có các điều kiện sản xuất hoàn toàn giống nhau. Có nhiều thiết kế khác nhau của máy nghiền, máy hồ hóa, máy trộn và các tiêu chuẩn vận hành, điều này sẽ ảnh hưởng đến kết quả của xét nghiệm phytase trong thức ăn. Do đó, các nhà sản xuất thức ăn muốn kiểm tra từng loại enzyme trong nhà máy của họ để đảm bảo enzyme vẫn duy trì hoạt tính như mong muốn trong từng điều kiện nhà máy cụ thể. Tuy nhiên, trong trường hợp đối với các enzyme có sẵn tính chịu nhiệt, việc không xem xét các thách thức liên quan đến phương pháp phân tích enzyme trong thức ăn có thể dẫn đến việc giải thích sai kết quả xét nghiệm, chẳng hạn như gây ra hiểu lầm là hoạt tính enzym trong thức ăn sau khi ép viên thấp hơn mong đợi.
Bởi vì kết quả xét nghiệm enzyme trong thức ăn có thể không nhất thiết tương quan với hoạt tính sinh học thực tế và kết quả năng suất của động vật, nên cần phải phân biệt rõ ràng giữa chiết xuất enzym từ thức ăn và hoạt tính sinh học đối với động vật. Về bản chất, enzyme bền nhiệt sẽ tồn tại trong quá trình ép viên tốt hơn so với enzyme không bền nhiệt, nhưng điều này không nhất thiết có nghĩa là enzyme này dễ tách chiết từ mẫu thức ăn chăn nuôi. Silversides và Bedford (1999) đã phát biểu rằng việc đo hoạt tính của enzyme trong ống nghiệm sau khi ép viên có thể không phải là một chỉ số tốt như năng suất của động vật hoặc độ nhớt của ruột in-vivo (trong trường hợp của xylanase).
Để ủng hộ ý tưởng này, Manangi và cs ( 2013), đã quan sát thấy các sự khác biệt về hoạt tính phytase đo giữa các thức ăn bổ sung một loại
phytase chịu nhiệt tự nhiên dạng hạt và lỏng. Tuy nhiên kết quả phân tích in vitro tỷ lệ tro xương, cả dạng hạt và dạng lỏng của enzyme phytase đó không khác nhau ở các mức thử nghiệm (từ 125 đến 1000u/kg khẩu phần) (Hình 1).
Hình 1: Tỷ lệ tro xương (tibia) khi bổ sung các loại enzyme phytase
Sự kết hợp dữ liệu xét nghiệm enzyme trong thức ăn và năng suất của vật nuôi đã chứng minh rằng mặc dù hoạt tính phytase đo được trong thức ăn được bổ sung phytase chịu nhiệt tự nhiên dạng lỏng thấp hơn so với dạng hạt, nhưng cả hai dạng đều mang lại chức năng sinh học tương đương. Những dữ liệu này cho thấy enzyme có thể đã tương tác với các hạt thức ăn trong quá trình hồ hóa / tạo viên, dẫn đến khó chiết xuất enzyme bằng các phương pháp phân tích hiện có. Tuy nhiên, động vật vẫn nhận được đầy đủ giá trị của enzyme và duy trì mức năng suất mong muốn.
Các yếu tố lấy mẫu quan trọng để có kết quả xét nghiệm enzyme chính xác:
- Nên lấy nhiều mẫu thức ăn trong một lô thức ăn có chứa enzyme.
- Thu thập cả mẫu thức ăn dạng bột và dạng viên từ cùng một lô thức ăn.
- Các mẫu thức ăn viên được thu thập quá sớm hoặc quá muộn có thể dẫn đến kết quả không chính xác. Các mẫu nên được thu thập sau khi các viên thức ăn được làm nguội.
- Khi chạy thử nghiệm trong nhà máy thương mại nơi các enzyme đã được sử dụng, điều quan trọng là phải đảm bảo các sản phẩm enzyme hiện tại đã được loại bỏ khỏi quy trình trước khi tiến hành thử nghiệm. Không làm được điều này có thể làm sai lệch kết quả và dẫn đến kết quả tính chịu nhiệt của enzyme trở nên cao hơn thực tế.
- Chạy nhiều mẻ thức ăn để kiểm tra, để đảm bảo không có sự lẫn lộn của một sản phẩm enzym tương tự khác vào các mẫu thức ăn.
- Chỉ nên lấy mẫu từ mẻ thứ hai hoặc thứ ba khi máy sản xuất đạt đến nhiệt độ vận hành mong muốn.
- Điều cần thiết là các mẫu thức ăn chăn nuôi phải được kiểm tra bằng phương pháp chính xác và đã được chứng minh, do nhà cung cấp khuyến nghị, đặc biệt đối với các enzyme chịu nhiệt tự nhiên.
Tính chịu nhiệt của các enzym trong các điều kiện thực tế là yếu tố then chốt trong việc lựa chọn một sản phẩm cụ thể cho các nhà sản xuất thức ăn. Các enzyme chịu nhiệt tự nhiên, không bao bọc sẽ hoạt động khác nhau trong quá trình ép viên và do đó, kết quả xét nghiệm enzyme trong thức ăn có thể khác so với các sản phẩm enzyme được bao bọc truyền thống. Thay vì chỉ dựa vào kết quả từ thử nghiệm hoạt tính enzyme trong thức ăn, điều quan trọng cần nhớ là nên tìm kiếm các chỉ tiêu về hoạt tính của enzyme thông qua các yếu tố năng suất của vật nuôi.
Nguồn: The Poultry Site
Biên dịch: Ecovet Team