Đề tài Khoa học dùng enzyme để tăng hiệu quả sử dụng và giảm giá thành thức ăn chăn nuôi

VŨ DUY GIẢNG – Dùng enzyme để tăng hiệu quả sử dụng ... 1 DÙNG ENZYME ĐỂ TĂNG HIỆU QUẢ SỬ DỤNG VÀ GIẢM GIÁ THÀNH THỨC ĂN CHĂN NUÔI Vũ Duy Giảng* Trường Đại Học Nông nghiệp I - Hà Nội *Tác giả liên hệ: Vũ Duy Giảng – Khoa chăn nuôi – Đại học Nông nghiệp I Hà Nội Tel: 0913.572.869; Email: vdgiang2001@yahoo.com ABSTRACT Using feed enzymes for improving the FCR and reducing the feed cost Hemicell is a preparation containing β-mannase and some other enzymes such as xylanase, α-glucosidase, cellulase, amylase. β-mannase and other enzymes of Hemicell cut off NSP fiber substances of vegetation cell wall and create conditions for the endogenous enzymes contacting with the nutrients of cytoplasm and analyse them. β-mannase also splits mannan to MOS, hence the viscosity of intestin juice is lowered and the nutrient absorption is increased. Using Hemicell resulted in improving diet energy utilization efficiency and animal growth, preventing diarrhea, limiting of wet feces and lowering animal production cost. Key words: Hemicell, enzymes, beta-mannanase, MOS, efficiency of diet energy utilization ĐẶT VẤN ĐỀ Nguồn thức ăn cung cấp năng lượng cho lợn và gia cầm chủ yếu là ngũ cốc và phụ phẩm của ngũ cốc. Ngoài protein, lipid, chất dinh dưỡng cung cấp năng lượng chủ yếu của ngũ cốc và phụ phầm là carbohydrate. Tổng carbohydrate thực vật bao gồm: polysaccharide không phải tinh bột (non starch polysacharide: NSP), lingin và tinh bột. Nhóm NSP bao gồm cellulose, non-cellulosic polymers và pectic polysaccharides. Cellulose là một polymer cấu tạo bởi các đơn vị đường glucose, nối với nhau bởi dây nối β- 1,4 glucoside. Non-cellulosic polymers bao gồm các chất: arabinoxylans, β- glucans, mannans, galactans, xyloglucans. Pectic polysaccharides bao gồm các chất: polygalacturonic acids, arabinans, galactans, arabinogalactans (sơ đồ 1). Sơ đồ 1: Các chất thuộc nhóm NSP Nguồn: Ian Partridge, DSM 2004 VIỆN CHĂN NUÔI - Tạp chí Khoa học Công nghệ Chăn nuôi - Số 16-Tháng 2-2009 2 Theo tính chất hòa tan trong nước, nhóm NSP lại được chia thành hai nhóm là NSP hòa tan và NSP không hòa tan. NSP tan có khả năng giữ nước cao gấp đôi nhóm NSP không tan (1g NSP tan giữ 13,5g trong khi NSP không tan chỉ giữ được 6,15 g nước). NSP tan làm tăng độ nhớt trong ruột, cản trở tế bào vách ruột hấp thu các chất dinh dưỡng, còn NSP không tan có trong vách tế bào thực vật, ngăn trở các enzyme nội sinh tiếp cận với các chất dinh dưỡng như protein, tinh bột và lipid có trong bào chất, từ đó cũng ngăn trở sự tiêu hóa, hấp thu các chất dinh dưỡng này. Các enzyme do động vật tiết ra từ bộ máy tiêu hóa (enzyme nội sinh) không có khả năng phân giải được các chất thuộc nhóm NSP. Chỉ có enzyme của vi khuẩn sống trong ống tiêu hóa hoặc các enzyme ngoại sinh mới có khả năng phân giải được chúng. Các enzyme ngoại sinh là các enzyme sản xuất bằng con đuờng công nghệ sinh học dưới dạng các chế phẩm có hoạt lực enzyme cao, chịu nhiệt, thích ứng với pH rộng và bền khi bảo quản trong điều kiện sản xuất. Ngày nay nhiều chế phẩm enzyme thức ăn đã được sử dụng rộng rãi trong ngành thức ăn công nghiệp như Natuphos (cung cấp phytase), Allzyme SSF (cung cấp phytase, amylase, protease, celluase, beta-glucanase, pectinase, xylanase), Nutrizim (cung cấp protease, pectinase, xylanase, beta-glucanase), Finase (cung cấp phytase, beta-glucanase, cellulase, xylanase), Econase (cung cấp xylanase), Ronozyme (cung cấp β-glucanase, xylanase, amylase), Hemicell (cung cấp beta-mananase, beta-glucanase, xylanase, alpha-glucosidase, cellulase, amylase) v.v.. Trong các chế phẩm này, Hemicell đang được các nhà sản xuất thức ăn công nghiệp và người chăn nuôi quan tâm. Cơ chế hoạt động của Hemicell® Hemicell® là sản phẩm lên men của vi khuẩn Bacillus lentus, hoạt chất chính là beta- mananase, ngoài ra còn có beta-glucanase, xylanase, alpha-glucosidase, cellulase, amylase. Chế phẩm Hemicell® có hai dạng, dạng bột và dạng hạt với hoạt tính enzyme tương ứng là 140 triệu đơn vị và 360 triệu đơn vị enzyme/kg. Beta-mananase là enzyme phân giải beta- mannan, một polysaccharide có đơn vị cấu tạo là đường D-mannose và D-galactose gắn kết với nhau bằng dây nối beta 1,4 glucosid, tỷ lệ D-galactose/D-mannose là 2/3 (Wikipedia.com). Beta-mannan có mặt trong ngô, mì, mạch, cám gạo, cám mì, đặc biệt có nhiều trong các loại khô dầu như khô cọ (30-35%), khô dừa (25-30%), bột đậu guar (12-17%), khô dầu vừng, vỏ đậu nành; trong khô đỗ tương, khô lạc, khô hướng dương, khô cải có ít và chiếm tỷ lệ từ 1,6 đến 0,49% (Bảng 1). Bảng 1: Hàm lượng beta- mannana trong nguyên liệu thức ăn Nguyên liệu β-mannan % Nguyên liệu β-mannan % Khô cọ Khô dừa Bột guar* Vỏ đậu nành Khô vừng (mè) Khô đậu nành (44%CP) Khô đậu nành (48%CP) Khô hướng dương (33%CP) Khô lạc 30-35 25-30 12-17 6-10 2,8-3,5 1,5-1,6 1,2-1,3 0,57 0,51 Khô cải Khô đậu lupine Khô bông Lúa mạch Cám gạo Lúa mì Ngô Lúa miến Cám mì 0,49 0,42 0,36 0,49 0,32 0,10 0,09 0,09 0,07 Bột guar: bột làm từ đậu guar (Cyamopsis tetragonoloba), một cây đậu hàng năm trồng phổ biến ở Ấn độ và Pakistan Nguồn: N.A. Dierick (1989), Arch.Anima.Nutri, 3, 241-261 VŨ DUY GIẢNG – Dùng enzyme để tăng hiệu quả sử dụng ... 3 Beta-mannan có trong vách tế bào cản trở sự tiếp cận của các enzyme nội sinh đối với các chất dinh dưỡng nằm trong bào chất của thức ăn, từ đó làm giảm sự tiêu hóa thức ăn. Beta- mannan cùng với các chất thuộc nhóm NSP lại có độ nhớt cao (vì hút nước mạnh), khi bám vào lông nhung thì cũng cản trở sự hấp thu các chất dinh dưỡng qua niêm mạc ruột. Bảng 1: Hàm lượng beta- mannana trong nguyên liệu thức ăn Nguyên liệu β-mannan % Nguyên liệu Β-mannan % Khô cọ Khô dừa Bột guar* Vỏ đậu nành Khô vừng (mè) Khô đậu nành (44%CP) Khô đậu nành (48%CP) Khô hướng dương (33%CP) Khô lạc 30-35 25-30 12-17 6-10 2,8-3,5 1,5-1,6 1,2-1,3 0,57 0,51 Khô cải Khô đậu lupine Khô bông Lúa mạch Cám gạo Lúa mì Ngô Lúa miến Cám mì 0,49 0,42 0,36 0,49 0,32 0,10 0,09 0,09 0,07 Nguồn: N.A. Dierick (1989), Arch.Anima.Nutri, 3, 241-261 Bột guar: bột làm từ đậu guar (Cyamopsis tetragonoloba), một cây đậu hàng năm trồng phổ biến ở Ấn độ và Pakistan Một nghiên cứu đánh giá sự hấp thu glucose và nước của ruột tịt của lợn đã thấy ruột tịt có thể hấp thu 74,2% glucose và 42,7% nước nếu đưa vào ruột tịt một dung dịch glucose (có nồng độ là 20g/lit), tuy nhiên nếu đưa vào ruột tịt dung dịch glucose cùng với β-mannan (nồng độ glucose là 20g/lit và β-mannan là 6,7g/lít) thì glucose và nước chỉ hấp thu được 41,2 và 8,3% lần lượt. Ray và cs. (1982) nghiên cứu trên 488 gà thịt 14 ngày tuổi đã thấy khẩu phần ăn chứa 2% chất keo của đậu guar (rất giầu β-mannan ) tăng trọng và tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) của gà đã giảm 27 và 32% lần lượt so với khẩu phần không có chất keo của đậu guar. Trong bối cảnh giá nguyên liệu thức ăn cao, để giảm giá thức ăn hỗn hợp, người làm công thức phải lựa chọn nguyên liệu rẻ tiền như khô cọ, khô dừa, vỏ đậu nành.., các nguyên liệu này lại giầu β-mannan và một số chất thuộc nhóm NSP như arabinoxylan, β-glucan, galactan…. Để tăng tỷ lệ tiêu hóa, hấp thu các chất dinh dưỡng trong các loại thức ăn, phải tìm cách loại bỏ những yếu tố kháng dinh dưỡng này. Sơ đồ 2: β-mannase phá vỡ vách tế bào giúp enzyme nội sinh tiếp cận và tiêu hóa chất dinh dưỡng Nguồn: ChemGen, Bayer Việtnam (2006) VIỆN CHĂN NUÔI - Tạp chí Khoa học Công nghệ Chăn nuôi - Số 16-Tháng 2-2009 4 Biện pháp loại bỏ những yếu tố cản trở sự tiêu hóa, hấp thu có trong nguyên liệu thức ăn, dễ áp dụng trong công nghiệp TACN là sử dụng enzyme thức ăn. Chế phẩm Hemicell® chứa enzyme beta-manannase khi đưa vào hỗn hợp thức ăn chứa những nguyên liệu giầu beta- mannan, có tác dụng phân cắt mạch beta-1,4 glucosid của polymer mannan, làm cho chúng ngắn lại, từ đó giảm độ nhớt của dịch ruột, tạo điều kiện cho niêm mạc ruột hấp thu các chất dinh dưỡng được dễ dàng hơn (sơ đồ 2). Beta-mannan bị phân cắt cho ra những phân đoạn có số lượng đường manose ít hơn, đó là những manose oligosaccharide (MOS) (sơ đồ 3). MOS lúc này giữ vai trò là các prebiotic, có tác dụng loại bỏ vi khuẩn bệnh bám dính vào thượng bì ruột và kích thích hệ miễn dịch ruột hoạt động, từ đó giúp tăng cường sức khỏe của ruột, hạn chế rối loạn tiêu hóa. Cơ chế tăng cường hệ miễn dịch ruột của MOS là: MOS hoạt hóa tế bào thực bào làm sản sinh cytokin, cytokin tác động vào tế bào B để hình thành và hoạt hóa tương bào (plasma cells), tương bào sẽ sản sinh kháng thể để tiêu diệt vi khuẩn; cytokin cũng kích hoạt tế bào độc (cytotoxic cells) để tiết độc tố tiêu diệt vi khuẩn. Sơ đồ 3: Beta-manannase của Hemicell chia nhỏ polymer beta-mannan thành những phân đoạn MOS (Mannose Oligossacharide) Nguồn: ChemGen, Bayer Vietnam (2006) Các enzyme trong chế phẩm Hemicell® cũng giúp phân cắt cellulose và các chất xơ khác của vách tế bào, tạo điều kiện cho enzyme nội sinh của ống tiêu hóa như amylase, protease, lipase tiếp cận và phân giải các chất dinh dưỡng của thức ăn như tinh bột, protein và lipid thành những phân tử nhỏ để hấp thu. Nhờ vậy giá trị năng lượng của thức ăn tăng lên (tăng lên khoảng 100-150 Kcal ME/kg), tỷ lệ tiêu hóa amino acid tăng 1,5 - 2,3%. Như vậy, Hemicell® có tác dụng tăng tỷ lệ tiêu hóa, hấp thu thức ăn, tăng giá trị năng lượng thức ăn, tăng sức khỏe ruột, hạn chế tiêu chảy, giảm hiện tượng phân nhão, từ đó làm tăng năng suất và hiệu quả chăn nuôi. Các thí nghiệm chăn nuôi đánh giá tác dụng của Hemicell® Các thí nghiệm trên lợn con sau cai sữa thực hiện ở Hàn quốc, Trung quốc, Thái lan, Hoa kỳ từ năm 1997 đến năm 2006 cho biết khẩu phần ăn được bổ sung Hemicell® đã giúp tăng trọng của lợn tăng 5,3%, tiêu tốn thức ăn/kg tăng trọng giảm 4,7% (Chem Gen, 2006). VŨ DUY GIẢNG – Dùng enzyme để tăng hiệu quả sử dụng ... 5 Các thí nghiệm bổ sung Hemicell® cho lợn con sau cai sữa thực hiện ở Việt Nam cũng cho kết quả tương đương, tăng trọng tăng 4%, FCR giảm 3,6%, tỷ lệ tiêu chảy giảm 40%. Khô đỗ tương tuy có hàm lượng β-mannan thấp (1,2 -1,6%), nhưng thường được dùng với tỷ lệ cao trong công thức và chính β-mannan trong khô đỗ tương đã làm giảm sự hấp thu các chất dinh dưỡng, giảm hiệu quả sử dụng năng lượng và protein khẩu phần, tăng tỷ lệ tiêu chảy, dẫn đến giảm năng suất chăn nuôi. Với những công thức thức ăn chứa nhiều khô đỗ tương nếu được bổ sung Hemicell® thì các enzyme của chế phẩm sẽ phân giải beta-mannan và các chất xơ khác, giúp cải thiện tăng trưởng, hiệu suất sử dụng thức ăn và giảm tiêu chảy (Bảng 2). Bảng 2: Hiệu quả của Hemicell® đối với khẩu phần giầu khô đỗ tương cho lợn cai sữa Tỷ lệ chuyển đổi TA (FCR) Tăng trọng (g/ngày) Điều trị bệnh (số lần trích thuốc) Khô đỗ tương (47,5% CP) trong công thức Đối chứng Bổ sung Hemicell Đối chứng Bổ sung Hemicell Đối chứng Bổ sung Hemicell Pha 1 9,75% Pha 2 21,6% Pha 3 24,8% 0,996 1,116a 1,441a 1,017 1,128b 1,364b 179,3 326,9 313,2a 188,9 331,0 333,7b 3,21a 2,23 0,67a 1,88b 1,58 0,23b Nguồn: ChemGen, Bayer Việtnam (2006) Một thí nghiệm của Petty và cs. ở trường Đại học bang Oklahoma (2002) làm trên 117 lợn sau cai sữa với 3 khẩu phần là khẩu phần đối chứng (mật độ là 3297 kcal ME/kg ), khẩu phần bổ sung beta-mannase (mật độ ME tương đương khẩu phần đối chứng) và khẩu phần bổ sung dầu đỗ tương (mật mật độ ME cao hơn hai khẩu phần kia 100 kcal ME/kg), thời gian thí nghiệm là 21 ngày. Kết quả thí nghiệm ghi ở Bảng 3. Bảng 3: Beta-mannase làm tăng hiệu quả sử dụng ME trong khẩu phần lợn sau cai sữa 21-42 ngày Chỉ tiêu Đối chứng Bổ sung dầu đỗ tương Bổ sung β-mannase SE ME, Kcal/kg Thể trọng đầu thí nghiệm, kg Thể trọng cuối thí nghiệm, kg Tăng trọng g/ngày Thức ăn thu nhận g/ngày Tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) 3.297 13,63 24,77 543 955 1,761b 3.396 13,66 24,99 553 941 1,701a 3.295 13,54 25,00 558 938 1,681a 0.07 0,22 9,7 12,3 0,02 Nguồn: dẫn theo Frank L. Jin & Hung-Yu Hsiao, ChemGen Group, (2002) Những số liệu của Bảng 3 cho thấy, với khẩu phần được bổ sung beta-mananase dù mật độ ME thấp hơn của khẩu phần bổ sung dầu đỗ tương 100 Kcal/kg vẫn cho tăng trọng hàng ngày và FCR tương đương nhau. Thí nghiệm thực hiện trên gà Leghorn đẻ trứng thương phẩm với khẩu phần có mật độ ME thấp (2830 Kcal/kg) được bổ sung Hemicell® cũng cho thấy tỷ lệ đẻ không thua kém khẩu phần có mật độ ME cao (2950 Kcal/kg) không bổ sung Hemicell® (71,65 và 72,14% ở khẩu phần mất độ ME thấp và cao, lần lượt), trong khi đó với khẩu phần mật độ ME thấp không bổ sung Hemicell® thì làm giảm tỷ lệ đẻ (69,44%). Khối lượng trứng, VIỆN CHĂN NUÔI - Tạp chí Khoa học Công nghệ Chăn nuôi - Số 16-Tháng 2-2009 6 sinh khối trứng (g trứng/gà/ngày), khối lượng riêng của trứng, tỷ lệ chết của gà, thể trọng gà thì không khác nhau giữa các khẩu phần (G.Wo và cs., 2005). Thí nghiệm trên gà broiler 0-45 ngày tuổi với khẩu phần mật độ ME cao không bổ sung Hemicell ®và khẩu phần mật độ ME thấp (thấp hơn 143 Kcal ME/kg) có bổ sung và không bổ sung Hemicell®, đã thấy thể trọng 45 ngày và FCR của gà ăn khẩu phần "ME thấp có Hemicell®" tương đương với gà ăn khẩu phần "ME cao không Hemicell®". Với khẩu phần "ME thấp không Hemicell®" thì thể trọng gà thấp hơn 3,4% và FCR cao hơn 3,4% so với khẩu phần mật độ "ME thấp có Hemicell®". Như vậy bổ sung Hemicell® đã làm tăng hiệu quả sử dụng ME tới khoảng 150 Kcal/kg. Bổ sung Hemicell® cho gà bị nhiễm cầu trùng (E. acervulina) và Clostridia thì làm giảm tỷ lệ chết (giảm gần 60% so với gà không bổ sung Hemicell®) (Bảng 4). Bảng 4: Hiệu quả của Hemicell® trên gà thịt bị nhiễm cầu trùng Gây nhiễm - + + - Kháng sinh Hemicell Tăng trọng g/ngày FCR Tỷ lệ chết % + - 540 1,45 0 - - 429 1,70 8,75 - + 490 1,54 3,75 + - 522 1,45 1,25 Nguồn: ChemGen, Bayer Việtnam (2006) Bổ sung Hemicell® còn có tác dụng hạn chế sự biến động vể thể trọng, hệ số biến dị (Cv) về thể trọng của đàn gà thịt chỉ trong phạm vi 10%, khẩu phần nếu không bổ sung Hemicell®, CV nằm trong phạm vi 11-13%. Những thí nghiệm của Hoa kỳ làm trên 5350 lợn thịt từ 18 đến 113kg cũng cho biết lợn được bổ sung Hemicell® tỷ lệ lợn chết và tỷ lệ loại thải chỉ nằm trong phạm vi 2,55% và 2,6%, lần lượt; trong khi lợn không bổ sung Hemicell®, các tỷ lệ này là 3,34 và 6,44%, lần lưọt (Funderburke, dẫn theo tài liệu "Hemicell, hơn cả mong đợi từ một enzyme tiêu hóa", Bayer Vietnam). Một đàn gia súc, gia cầm xuất bán với số lượng hàng trăm đến hàng nghìn con, khỏe mạnh, có độ đồng đều cao, không những đem lại lợi nhuận cao mà còn đem lại thương hiệu tốt cho nhà sản xuất. Như vậy, đối với mỗi kilô thức ăn hỗn hợp cho lợn sau cai sữa, nếu phải bỏ ra 70 đồng để bổ sung Hemicell® vào thức ăn (tính theo giá 320 ngàn đồng/kg Hemicell® và bổ sung vào thức ăn theo tỷ lệ 200g/tấn) thì sẽ thu được 300 đồng do tăng hiệu quả sử dụng ME khẩu phần lên 100 Kcal (tính theo giá thức ăn hỗn hợp cho lợn sau cai sữa có 3300 Kcal ME/kg là 11.000 đồng/kg). Đối với gà mái đẻ hay gà thịt, lợi ích tính ra tiền cũng tương tự như ở lợn. KẾT LUẬN Enzyme β-manannase và các enzyme khác trong chế phẩm Hemicell® có tác dụng phá vỡ chất xơ thuộc nhóm NSP của vách tế bào thực vật, giúp các enzyme nội sinh có cơ hội tiếp xúc và phân giải các chất dinh dưỡng như tinh bột, protein, chất béo trong bào chất; β-manannase cũng có tác dụng phân cắt mạch beta-glucozit của mannan cho ra các phân đoạn MOS (mannose oligosaccharide), giảm độ nhớt của dịch ruột, tăng khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng. MOS còn có tác dụng như một prebiotic, nó tranh giành vị trí bám dính của vi khuẩn VŨ DUY GIẢNG – Dùng enzyme để tăng hiệu quả sử dụng ... 7 bệnh trên vách ruột và loại bỏ những vi khuẩn bệnh ra khỏi ruột, nó cũng kích hoạt hệ miễn dịch của ruột, làm cho ruột khỏe. Như vậy, sử dụng Hemicell® có tác dụng tăng hiệu quả sử dụng năng lượng thức ăn, ngăn ngừa rối loạn tiêu hóa, tăng được độ đều bầy,tăng năng suất sản phẩm chăn nuôi, hạn chế phân ướt và ô nhiễm môi trường, từ đó giảm được chi phí chăn nuôi. Chi 1đồng cho Hemicell® thì đem lại 3-5 đồng do tăng hiệu quả sử dụng năng lượng khẩu phần, chưa tính đến những lợi ích như giảm chi phí thuốc để trị tiêu chảy và chi phí xử lý ô nhiễm môi trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO ChemGen (2006). Summary of Hemicell studies in pigs, Bayer Vietnam Daskiran M., R.G. Teeter, D. Fodge, H.Y. Hsiao, (2004). An evaluation of endoβ-D mannanase (Hemicell) effects on broiler perfomance and energy use in diets varying in β-mannan contents. 2004 Poultry Science 83. pp.662-668 Dierick N.A, (1989). Arch.Anima.Nutri, 3. pp. 241-261 Frank L. Jin, Hung Yu Hssiao, ChemGen Group, (2002). β-mannanase, more than just a digestive enzyme for corn/soy diets Funderburrke, (2006). Hemicell, hơn cả mong đợi từ một enzyme tiêu hóa, Bayer Vietnam Ian Partridge, (2004). Enzymes in Swine Nutrition, DSM Nutrition Products Petty L.A., S.D. Carter, B.W. Senne, J.A. Shriver, (2002). Effects of β-mannanase addition to corn-soybean meal diets on growth performance, carcass traits and nutrient digestibility of weanling and growing-finishing pigs. J. Anim. Sci. 2002, 80. pp.1012-1019 Ray, S; M.H Pubols và J.McGinis (1982). The effect of a purified guar degrading enzyme on chick growth. Poult. Sci. 61. pp.488-494 Wikipedia,the free encyclopedia: Carbohydrate (file:///D:/My%20Documents/CARBOHYDRATE/Carbohydrate%20- %20Wikipedia,%20the%20free%20encyclopedia.htm) Wu G., M.M. Bryant, R.A. Voitle, D.A Roland, (2005). Effect of β- Mannanase in Corn-Soy Diets on Comercial Leghorns in Second-Cycle Hens, Poultry Sci., 84. pp. 894-897./.