ENZYME PROTEASE - SẴN SÀNG CHO GIAI ĐOẠN HẬU KHÁNG SINH TRÊN TOÀN CẦU
Tác giả: Howard Simmins
(Ecovet) Enzyme thường được phân loại theo những cơ chất mà chúng có thể phân cắt - do đó, enzyme protease sẽ có khả năng phân giải các protein. Đối với việc gia tăng sử dụng các nguyên liệu thay thế và nỗ lực không dùng các chất kháng sinh trên toàn cầu, thì enzyme protease được xem là một lựa chọn thú vị.
Protease là một loại phụ gia rất đặt biệt, enzyme này sẽ giúp cho môi trường, sức khỏe và dinh dưỡng trong chăn nuôi lợn trở nên tốt hơn, giúp lấp đầy khoảng trống miễn dịch do giảm sử dụng kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi. Chỉ đến bây giờ giá trị đầy đủ của protease mới được sáng tỏ, ngành công nghiệp ngày càng nhận ra việc sử dụng enzyme này mang lại nhiều lợi ích - điều này cũng giống như sự phát triển của thị trường enzyme phytase.
Tại sao protease lại có thể hỗ trợ cho môi trường, sức khoẻ và dinh dưỡng? Chúng có liên quan chặt chẽ với nhau thông qua phương thức hoạt động của protease. Những lợi ích về dinh dưỡng dựa trên sự hiểu biết vững vàng của ngành cả về các loại axit amin tiêu hóa được, nhu cầu của động vật và sự khả dụng của các nguyên liệu thức ăn. Công thức chuẩn xác đối với protease là kết hợp với các axit amin tổng hợp qua đó giúp tối ưu hóa được năng lượng khẩu phần, năng suất, lượng dinh dưỡng dư thừa và chất thải ra môi trường, đồng thời còn giúp kiểm soát được chi phí thức ăn. Những lợi ích về sức khỏe có liên quan đến khả năng giảm mức protein trong khẩu phần, và từ đó làm giảm mức protein không tiêu hóa được ở phần ruột sau, xem thêm Hình 1.
Hình 1. Protease mang lại nhiều lợi ích như giúp giảm các chi phí,hỗ trợ lợn phát triển tốt hơn và khỏe mạnh hơn
Protein dư thừa là chất nền lên men có thể tạo ra các chất phân hủy như phenol, amin, amoniac và indol làm tăng độ pH, đây đều là những kết quả không mong muốn. Tương tự như vậy, các yếu tố kháng dưỡng (ANF), chẳng hạn như các chất ức chế trypsin, có thể tạo điều kiện để thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn C. perfringens. Nồng độ amoniac cao hơn trong các trại nuôi có thể khiến động vật có nguy cơ mắc bệnh về đường hô hấp. Không có rủi ro nào trong số này là mới. Sử dụng enzyme protease cho phép cải thiện hiệu quả hơn việc quản lý dinh dưỡng, từ đó giúp giảm thiểu các rủi ro trên và đặc biệt là các rủi ro trong "môi trường hậu kháng sinh".
CHO ĂN chuẩn xác (đúng và đủ)
Việc cho ăn chuẩn xác ngày càng trở nên quan trọng. Điều này đòi hỏi chúng ta có kiến thức chính xác về một số yếu tố liên quan đến nhau như bên dưới đây:
. giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu thức ăn;
. nhu cầu dinh dưỡng của lợn;
. việc xây dựng các chế độ ăn uống phù hợp với các hạn chế của môi trường; và
. điều chỉnh dần dần các chất dinh dưỡng khác trong khẩu phần để phù hợp với nhu cầu thay đổi của lợn.
Cách tiếp cận toàn diện này đã được ước tính làm giảm lượng thức ăn cần thiết đến hơn 4,6% và thêm vào đó, còn giảm bớt sự bài tiết nitơ và phốt pho đến hơn 38%. Giáo sư Gerald Shurson tại trường Đại học Minnesota, đã phát biểu tại Hiệp hội Hiệu quả Dinh dưỡng vào năm 2012, rằng thức ăn chiếm 65-70% tổng chi phí sản xuất và năng lượng chiếm 86% chi phí trong khẩu phần ăn của lợn. Cần kiểm soát lượng protein dư thừa trong thức ăn và kiểm soát việc bổ sung năng lượng dư thừa, vì các chất này nếu không được tận dụng thì động vật sẽ bài tiết ra môi trường.
Sử dụng các chất phụ gia để tận dụng thức ăn chăn nuôi hiệu quả
Cần tiếp tục gia tăng dài hạn của các nguyên liệu thay thế, nói chung là phụ phẩm hoặc các sản phẩm phụ, để hạn chế chi phí thức ăn. Việc sử dụng những nguyên liệu thay thế này mang lại nhiều rủi ro và làm biến động công thức thức ăn, và do đó có thể có một số kết quả không mong muốn, chẳng hạn như sản xuất kém hiệu quả hơn và gây ô nhiễm môi trường nhiều hơn. Để giải quyết vấn đề này, các chất phụ gia đang được sử dụng ngày càng nhiều nhằm hướng tới việc sử dụng thức ăn chăn nuôi hiệu quả hơn.
Về các nguồn protein - đã bao gồm các nguồn protein được tạo ra bằng việc sử dụng các axit amin tổng hợp trong nhiều thập kỷ. Mặc dù các nguồn này cực kỳ có giá trị đối với các axit amin giới hạn chủ chốt, nhưng sẽ rất phi lý để có thể cân bằng hoàn toàn tất cả các axit amin thiết yếu bằng việc bổ sung các axit amin tổng hợp. Do đó, vai trò của protease ngày càng trở nên quan trọng trong việc cải thiện sự khả dụng của nhiều loại axit amin thiết yếu khác từ nguyên liệu.
Thêm một lợi ích khác của protease là giúp giảm bớt những tác động tiêu cực của các yếu tố kháng dưỡng (ANF) đến năng suất, chẳng hạn như giảm bớt các chất ức chế trypsin. Từ đó, mang lại một kết quả khác là, ví dụ, việc sản xuất mucin ở ruột có thể sẽ bị giảm bớt giúp các axit amin được hấp thụ và tận dụng để tạo ra protein có lợi cho việc tăng nạc hoặc tăng sản lượng sữa, mà không phí phạm để tạo ra protein mucin ruột không cần thiết. Việc sản xuất mucin cũng cần dùng năng lượng, nhưng nếu năng lượng không dùng cho việc này thì nó sẽ hỗ trợ cho quá trình tạo nên protein. Do đó, năng lượng cần được tận dụng hiệu quả hơn, nếu làm đúng thì kết quả sẽ mang lại giá trị gấp đôi.
Protease và chất lượng nguyên liệu thức ăn
Mức độ protein không tiêu hóa được càng lớn - khi được đo bằng mức độ tiêu hóa của các axit amin, thì các nguyên liệu thức ăn sẽ càng có nhiều biến động.
Sự biến động về tỷ lệ tiêu hóa của các axit amin là phổ biến và bình thường ở tất cả các nguyên, mặc dù mức độ của nó sẽ khác nhau giữa các loại nguyên liệu. Bảng 1 sau đây sẽ thể hiện hàm lượng và hệ số biến thiên (CV) của methionine và lysine tiêu hóa từ các nguyên liệu thường hay được sử dụng – cho thấy phạm vi biến thiên này có thể rộng và chúng ta không thể phớt lờ được.
Bảng 1. Hàm lượng và hệ số biến thiên (CV) của methionine và lysine tiêu hóa.
|
|
Hàm lượng của
lysine tiêu hoá
(%)
|
Hệ số CV của
lysine tiêu hoá
(%)
|
Hàm lượng của methinonine tiêu hoá (%)
|
Hệ số CV của methinonine tiêu hoá (%)
|
|
Lúa mì
|
0.25
|
9
|
0.16
|
15
|
|
Lúa mạch
|
0.32
|
13
|
0.15
|
8
|
|
Ngô
|
0.19
|
10
|
0.15
|
18
|
|
Khô dầu đậu nành
|
2.44
|
10
|
0.55
|
11
|
|
Phụ phẩm cho gia cầm
|
2.22
|
34
|
0.77
|
27
|
Các cơ sở dữ liệu có thể hiển thị sự biến thiên dưới dạng +/- một độ lệch chuẩn (SD). Cần lưu ý rằng một SD chỉ chiếm 68% sự biến thiên của các mẫu nguyên liệu thức ăn, giả định sự phân phối chuẩn xung quanh giá trị trung bình. Trong bảng bên dưới đây sẽ cho chúng ta thấy thêm một ví dụ về phạm vi biến thiên axit amin trong các mẫu nguyên liệu ngô (xem Bảng 2).
Bảng 2. Thành phần protein thô và axit amin của ngô.
|
|
x
|
n
|
SD
|
CV
|
-1 SD
|
|
Protein thô
|
8.24
|
163
|
0.93
|
11.3
|
7.31
|
|
Arginine
|
0.37
|
127
|
0.05
|
13.5
|
0.32
|
|
Isoleucine
|
0.28
|
128
|
0.06
|
21.4
|
0.22
|
|
Lysine
|
0.25
|
132
|
0.04
|
16
|
0.21
|
|
Methionine
|
0.18
|
130
|
0.03
|
16.7
|
0.15
|
|
Threonine
|
0.28
|
129
|
0.04
|
14.3
|
0.24
|
|
Tryptophan
|
0.06
|
111
|
0.01
|
16.7
|
0.05
|
Bảng trên đã chỉ ra rằng lysine có hàm lượng tiềm năng từ khoảng 0,21% đến 0,24% trong 68% mẫu (+/- một SD). Một cách khác để trình bày dữ liệu là lysine có nồng độ axit amin dưới 0,21% và trên 0,29% trong 32% mẫu, nồng độ thực tế là không xác định. Đây là mức độ không thể chấp nhận được vì nó không đảm bảo được đối với việc cho ăn chuẩn xác.
Một điều đáng chú y nữa là sự cải thiện của năng lượng tiêu hóa, với phạm vi năng lượng dao động từ 77 kcal đến 130 kcal đối với khẩu phần ngô / đậu nành và lúa mì / khẩu phần đậu nành tương thích cho gà thịt; tuỳ thuộc vào từng nghiên cứu của từng cá nhân và tùy thuộc vào phương pháp đo năng lượng mà kết quả chuẩn xác mang lại sẽ khác nhau. Lại một lần nữa, bằng chứng cho thấy độ chuẩn xác trong công thức với các axit amin sẽ giúp giảm nhu cầu năng lượng.
Protease và nhu cầu dinh dưỡng của lợn
Protease sẽ làm giảm tỷ lệ các axit amin không tiêu hóa được trong các nguyên liệu thức ăn, từ đó giúp gia tăng các axit amin tiêu hóa tương ứng. Nói chung, các axit amin càng khó tiêu hóa thì sẽ càng gia tăng mức độ tiêu hoá khi được bổ sung thêm protease. khả năng tiêu hóa càng tăng khi bổ sung protease. Nghiên cứu đã cho thấy những cải thiện về Tỷ lệ Tiêu hóa Hồi tràng Chuẩn hóa (SID) khi bổ sung protease cho tất cả các nguyên liệu thức ăn.
Hình 2 bên dưới cho thấy tỷ lệ tiêu hoá đã cải thiện khoảng 10% sau bổ sung protease ngoại sinh khi tỷ lệ tiêu hóa tổng thể trong khẩu phần đối chứng là dưới 70%. Các tác giả đã chỉ ra rằng, đối khẩu phần có tỷ lệ tiêu hoá 90% thì phản ứng trung bình từ protease khoảng 2%.
Hình 2. Sự tương quan giữa tỷ lệ tiêu hóa của các axit amin vốn có trong khẩu phần đối chứng (%)
và sự thay đổi sau khi bổ sung protease ngoại sinh (%) so với khẩu phần đối chứng.
Nguồn: Cowieson và Roos, 2014
Chú thích: Đường bậc hai liền mạch chỉ ra mẫu hình phù hợp nhất. Các đường chấm có khoảng tin cậy 95%.
Một nghiên cứu thực hiện năm 2013 được tiến hành bởi Tiến sĩ Luis Romero, và một nhóm các nhà nghiên cứu cũng đã cho ra kết quả tương tự. Cuộc nghiên cứu có bổ sung protease cùng với cả phytase và xylanase, nhưng đáng chú ý là, khi chỉ bổ sung phytase và xylanase (mà không có protease) thì tỷ lệ tiêu hoá các axit amin chỉ gia tăng ở mức tối thiểu. Phương thức hoạt động của protease khác với các enzym đơn khác và nó là một chất phụ gia tiềm năng.
Protease cũng giúp làm giảm tác động của các yếu tố kháng dưỡng (ANF) có trong protein, từ đó giúp cải thiện tỷ lệ tiêu hóa của các axit amin. Sự cải thiện SID khi sử dụng protease có thể liên quan đến mức độ ANF, chẳng hạn như chất ức chế trypsin. Một nghiên cứu của Novus đã chỉ ra rằng, khi phổ hoạt động của protease đối với cơ chất ức chế trypsin càng lớn thì mức độ cải thiện% SID càng lớn. Một nghiên cứu bổ sung protease trong ống nghiệm trước đây đã chứng minh được mức độ thủy phân cao hơn của các protein gây dị ứng, glycinin và β-conglycinin trong khô dầu đậu nành.
Protease và sức khỏe
Protease giúp giảm mức độ protein không tiêu hóa được, và đồng thời cũng thiết lập các điều kiện cho đường ruột khỏe mạnh hơn, giảm bài tiết nitơ và khẩu phần cần ít protein hơn, tất cả các chức năng trên đều mang lại tiềm năng giúp cải thiện năng suất, giảm chi phí thức ăn và chi phí chăn nuôi. Chức năng này chỉ có ở protease, đó là lý do tại sao nó được gọi là “axit amin tiếp theo”.
Những tác động về dinh dưỡng gián tiếp của protease - được mô tả ở trên – giúp mang lại thêm một số lợi ích cho sức khỏe. Tiềm năng giảm các protein thối rữa ở phần ruột sau sẽ giúp giảm bớt nguy cơ tạo ra một loạt các chất chuyển hóa có hại, chẳng hạn như skatole và hydro sulphide. Tiến sĩ Herman Peek, vào năm 2009 cùng một nhóm các nhà nghiên cứu Hà Lan cũng đã lưu ý rằng việc bổ sung protease còn giúp gia tăng đáng kể độ dày của lớp niêm mạc ruột của gà thịt làm tăng khả năng đối phó với bệnh cầu trùng.
Protease làm tăng sức bền của ruột
Chỉ mới năm ngoái, một nhóm các nhà nghiên cứu do Tiến sĩ Aaron Cowieson dẫn đầu, đã quan sát thấy rằng việc bổ sung protease giúp làm tăng sức bền của ruột, chiều cao nhung mao và độ sâu gốc nhung mao, đồng thời làm giảm độ dày biểu mô và số lượng tế bào hình cốc. Những thay đổi hình thái này là dấu hiệu cho thấy tính toàn vẹn và khả năng phục hồi của đường ruột được nâng cao, đây là gợi ý về những tác dụng có lợi của protease ngoài việc tăng khả năng tiêu hóa axit amin.
Sự hiện diện của protease đã được chứng minh là có thể giúp tăng cường số lượng khuẩn Lactobacilli và giảm mức độ vi khuẩn E. coli trong ruột kết trong cả khẩu phần ăn có hàm lượng protein cao và thấp. Tuy không có ý nghĩa thống kê, nhưng protease đã cho thấy sự cải thiện hơn nữa trong chế độ ăn ít protein.
Protease và môi trường
Chế độ ăn ít protein giúp giảm nguy cơ mắc bệnh. Từ lâu, nghiên cứu đã chỉ ra rằng chế độ ăn ít protein sẽ tạo ra phân có hàm lượng amoniac, hydro sunfua thấp hơn và ít mùi hơn. Khi khuẩn Pasteurella multocida hiện diện càng nhiều, thì nồng độ amoniac càng cao, sẽ dẫn đến dễ mắc các bệnh viêm phổi hơn và làm giảm năng suất. Việc bổ sung protease cho phép chế độ ăn ít protein hơn đạt được năng suất tối ưu, và từ đó hỗ trợ môi trường tốt hơn và giảm nguy cơ mắc phải các bệnh hô hấp.
Những lợi ích về sức khỏe mà protease mang lại.
Việc cung cấp các giá trị axit amin và năng lượng là minh chứng quan trọng chứng minh được những lợi ích về kinh tế khi bổ sung protease vào thức ăn chăn nuôi thương mại cho lợn và gia cầm. Nếu chỉ tính đếu tỷ lệ tiêu hóa mà bỏ qua các lợi ích khác thi chúng ta đã đánh giá thấp lợi ích đầy đủ mà protease. Ví dụ, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng protease giúp cải thiện sức khỏe đường ruột cũng như làm giảm nhu cầu năng lượng và axit amin. Những lợi ích khi bổ sung protease đối với đường tiêu hoá đã cho thấy các chỉ số năng suất đạt hiệu quả tốt hơn. Và quan trọng là, những tác động này sẽ gián tiếp làm thay đổi và nâng cao các giá trị ma trận axit amin trong công thức thức ăn.
Không đáng ngạc nhiên khi vẫn chưa tìm ra bộ dữ liệu chính xác để chỉ ra cách thức mà 2 yếu tố này được xây dựng để tạo ra các giá trị axit amin tiêu hóa được cho từng nguyên liệu thức ăn. Tuy nhiên, giá trị của protease được nhận thấy ở sự kết hợp giữa việc cải thiện được các điều kiện tiêu hoá và khả năng tiêu hóa protein.
SỬ DỤNG Protease trong thức ăn chăn nuôi lợn – Một tương lai tươi sáng đang chờ đón
Nghiên cứu đã chỉ ra các mức độ dinh dưỡng trong khẩu phần có ảnh hưởng đến sự phản ứng của protease, các phản ứng tốt nhất của protease dường như sẽ xảy ra khi khẩu phần có chứa hàm lượng protein không tiêu hoá được và lượng đậu nành cao hơn. Điều này không có nghĩa là protease sẽ không hoạt động hiệu quả trên nguyên liệu thức ăn có chứa các protein khác, nhưng hiệu quả của nó có thể sẽ bị hạn chế, chẳng hạn như đối với hàm lượng phytate và chất xơ. Do đó, phản ứng của protease có thể sẽ cho kết quả tối ưu khi được kết hợp cùng với phytase và xylanase.
Chúng ta đang tìm hiểu về protease giống như cách mà chúng ta đã từng tìm hiểu về phytase. Tương lai của protease trong thức ăn chăn nuôi lợn sẽ rất tươi sáng, và đến một ngày nào đó, protease sẽ trở thành một loại phụ gia không thể thiếu giống như như phytase ngày nay.
Biên dịch: Ecovet Team