133
TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 49, 2008
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC MỨC PROTEIN VÀ LOẠI ACID AMINE TRONG
KHẨU PHẦN ĐẾN PHÁT XẠ MÙI TỪ PHÂN LỢN
Lê Đình Phùng
Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế
TÓM TẮT
Mùi hình thành và phát xạ từ phân lợn có thể gây cảm giác khó chịu nghiêm trọng cho
cộng đồng dân cư sống quanh các trang trại chăn nuôi lợn và có thể gây nguy hại đến sức khỏe
của con người. Mùi được sinh ra từ quá trình chuyển hóa vi sinh vật protein và carbohydrate
lên men trong ruột già của lợn và chuyển hóa vi sinh vật các sản phm trao đổi chất trong phân
và nước tiểu. Xu thế nghiên cứu giảm thiểu phát xạ mùi tập trung vào ngăn ngừa tận gốc quá
trình sản sinh ra các hợp chất gây mùi. Xu thế này có thể giải quyết thông qua con đường dinh
dưỡng. Trong hai thí nghiệm đã được nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố (1) hàm lượng protein
(CP) trong khu phần và (2) loại acid amine đến nồng độ mùi và phát xạ mùi từ phân lợn. Nồng
độ mùi được đo bằng khứu giác kế theo tiêu chun Châu âu (European Committee for
Standardization - CEN standard 13725, 2003). Trong thí nghiệm thứ nhất giảm hàm lượng CP
trong khu phần từ 18 xuống 12% và bổ sung các acid amine thiết yếu giảm phát xạ mùi 77%,
từ 4,46 xuống 1,03 ouE/(s . m2). Trong thí nghiệm thứ 2, bổ sung acid amine tinh thể có chứa
lưu huỳnh ở mức 3 lần nhu cầu của lợn làm tăng phát xạ mùi 823%, từ 1,88 lên 15,48 ouE/(s .
m2). Từ hai thí nghiệm này có thể kết luận rằng tác động vào hàm lượng CP và loại acid amine
trong khu phần có thể hạn chế được nồng độ mùi và phát xạ mùi từ phân lợn và các hợp chất
có chứa S là loại hợp chất quan trọng nhất tạo nên nồng độ mùi và phát xạ mùi.
I. Đặt vấn đề
Mùi phát xạ từ các cơ sở chăn nuôi lợn là một mối quan tâm quan trọng của
công chúng, người sản xuất và các nhà hoạch định chính sách, đặc biệt là các nhà làm
công tác quy hoạch.
Mùi được tạo nên từ một hỗn hợp rất nhiều chất khác nhau. Schiffman và cs
(2001) đã phát hiện được 331 hợp chất mùi khác nhau từ chất thải của lợn. Thông
thường người ta phân chia các chất gây mùi ra làm bốn nhóm chính: (1) các hợp chất có
chứa S, (2) các hợp chất phenol và indol, (3) các hợp chất acid béo bay hơi (VFA), và
(4) ammonia và các amine bay hơi (Le và cs 2005, Mackie và cs 1998). Các hợp chất
134
mùi chủ yếu được tạo ra do quá trình chuyển hóa vi sinh vật các thành phần thức ăn
trong ruột già của lợn và chuyển hóa vi sinh vật các hợp chất trong phân. Khái niệm
chất thải ở đây có nghĩa là hỗn hợp giữa phân và nước tiểu. Trong nước tiểu các tiền
chất chính là các sản phNm trao đổi chất của các chất dinh dưỡng dư thừa sau khi được
hấp thu tại ruột non và khử độc tại gan. Ngoài ra trong nước tiểu còn các hợp chất xuất
phát từ ruột già, chúng được hấp thu qua ruột già sau đó khử độc tại gan và đào thải ra
ngoài theo nước tiểu. Các tiền chất mùi trong phân bao gồm các thành phần thức ăn
không được tiêu hóa và các sản phNm nội sinh.
Theo Le và cs ( 2005) các hợp chất có chứa S và các hợp chất indol và phenol
được xem là các hợp chất quan trọng nhất trong việc tạo nên nồng độ mùi và phát xạ
mùi. Tryptophan (Trp), Phenylalanine (Phe) và Tyrosine (Tyr) là các cơ chất cho các
hợp chất indol và phenol. Các acid amine (AA) chứa S: Methionine (Met) và Cystine
(Cys) là tiền chất cơ bản tổng hợp nên các hợp chất có chứa S như: methanethiol và
hydrogen sulfide (Mackie và cs 1998).
Mùi được đánh giá thông qua nồng độ mùi và cảm giác khó chịu của mùi
(hedonic). Từ nồng độ mùi, phát xạ mùi có thể được xác định. Có một số chuNn khác
nhau đề xác định nồng độ mùi nhưng chuNn Châu âu (European Committee for
Standardization - CEN standard 13725, 2003) là chuNn được phổ biến nhất hiện nay.
ChuNn này xác định nồng độ mùi bằng cách sử dụng một hệ thống khứu giác kế. Phát xạ
mùi chính là số đơn vị mùi phát xạ từ một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian.
Có rất nhiều tiền chất mùi khác nhau là sản phNm trung gian hoặc sản phNm trao
đổi chất cuối cùng của protein và AA. Do vậy, protein và AA có lẽ là thành phần thức ăn
quan trọng nhất cần thay đổi để giảm thiểu nồng độ mùi cũng như phát xạ mùi từ chăn
nuôi lợn. Xuất phát từ cơ sở khoa học đó chúng tôi tiến hành nghiên cứu “ảnh hưởng
của các mức protein và loại acid amine trong khu phần đến phát xạ mùi từ phân lợn”.
II. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Hai thí nghiệm được tiến hành để đánh giá tác động của yếu tố nghiên cứu đến
nồng độ mùi và phát xạ mùi từ phân lợn. Trong thí nghiệm thứ nhất, 3 mức CP được sử
dụng: 12, 15 và 18 % ở dạng cho ăn (giá trị phân tích 12,3, 14,2, và 18,0 %). Thí
nghiệm được tiến hành trên 18 lợn đực thiến F
1
(Đại Bạch x Landrace Hà Lan). Trọng
lượng bình quân ban đầu của lợn thí nghiệm là 36,5 ± 3,4 kg.
Trong thí nghiệm thứ 2 ảnh hưởng của việc bổ sung các loại acid amine được
nghiên cứu. Thí nghiệm này gồm có 3 nghiệm thức: 1) 15% CP khNu phần cơ bản và bổ
sung 3 lần nhu cầu AA có chứa S, (14,2 g Met + Cys / kg thức ăn ở dạng cho ăn); 2)
135
15% CP khNu phần cơ bản với hai lần nhu cầu Trp (2,9 g/kg thức ăn) và Phe + Tyr (20,4
g/kg thức ăn); và 3) khNu phần cơ bản 15% CP và bổ sung AA đủ theo nhu cầu của lợn
cho việc tích lũy protein cao nhất. Thí nghiệm được tiến hành trên 18 lợn đực thiến
giống F
2
Đại Bạch (Đại Bạch x Landrace Hà Lan). Trọng lượng bình quân của lợn trong
thí nghiệm thứ hai là 41,2 ± 0,8 kg.
Cả hai thí nghiệm được thiết kế theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn theo khối, với 3
nghiệm thức trong 6 khối (n = 18). Tất cả các thành phần dinh dưỡng khác ngoài thành
phần nghiên cứu như carbohydrate phi tinh bột, năng lượng, lipid, cân bằng điện tích...
được cân bằng giống nhau giữa các khNu phần. Yếu tố khối ở đây chính là trọng lượng
ban đầu của lợn.
Lợn được nuôi cá thể với mức cho ăn 2,8 lần nhu cầu năng lượng thuần duy trì
(NE: 293 kJ/kg trọng lượng trao đổi). Thức ăn được trộn với nước theo tỷ lệ 1/2,5 theo
trọng lượng trước khi cho ăn. Ngoài ra không bổ sung thêm nước uống cho lợn với mục
đích để có một lượng phân thải ra tương đồng nhau giữa các cá thể lợn. Lợn được nuôi
cá thể trong chuồng nuôi có diện tích 2,1 x 0,96 m. Phân của mỗi con lợn được tích tụ
riêng lẽ trong các hố phân phía dưới các chuồng nuôi. Thể tích của hố phân là 1,35 x
0,91 x 0,36m (dài x rộng x sâu). Trong suốt thời gian thí nghiệm, chuồng nuôi của lợn
được khống chế nhiệt độ là 21,0
o
C ± 0,84 và kèm theo là độ Nm là 50,0% ±5,32.
Lợn được nuôi thích nghi 2 tuần. Sau đó, các hố phân được rửa sạch và quá trình
thu mẫu bắt đầu. Vào tuần thứ 5 của quá trình thu mẫu, các mẫu không khí được thu
thập và phân tích nồng độ mùi bằng hệ thống khứu giác kế theo tiêu chuNn Châu Âu
(European Committee for Standardization - CEN standard 13725, 2003). Số liệu nồng
độ mùi và phát xạ mùi được trình bày dưới dạng trung bình nhân (geometric mean) và
ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm đến phát xạ mùi được phân tích phương sai theo kiểu
thiết kế ngẫu nhiên hoàn toàn theo khối bởi phần mềm GenStat statistical package, 7
th
(GenStat VSN International Ltd., 2004). Mô hình phân tích như sau:
y
ij
= µ + ρ
j
+ α
i
+ e
ij
Trong đó: y
ij
là biến phụ thuộc (nồng độ mùi và phát xạ mùi), µ: là trung bình
tổng thể, ρ
j
là ảnh hưởng của khối, j = 1-6, α
i
là ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm (khNu
phần) i = 1, 2, 3, e
ij
là sai số ngẫu nhiên.
III. Kết quả và thảo luận
3.1. Ảnh hưởng của các mức protein trong khu phần đến nồng độ mùi và
phát xạ mùi từ phân lợn
Ảnh hưởng của mức CP trong khNu phần đến nồng độ mùi và phát xạ mùi từ
136
phân lợn được trình bày ở bảng 1. Giảm hàm lượng CP trong khNu phần từ 18% xuống
12% giảm 77% trung bình nhân phát xạ mùi (P = 0,04), từ 4,46 xuống 1,03 ou
E
s
-1
m
-2
.
Thông thường khNu phần thức ăn cho lợn có mức CP cao hơn so với nhu cầu tích lũy
protein và duy trì, đặc biệt trong chăn nuôi lợn công nghiệp. Điều này dẫn đến dư thừa
protein, đây chính là nguồn tiền chất cho quá trình sản sinh ra các hợp chất mùi. Có 3 lý
do cho sự dư thừa protein trong khNu phần thức ăn. Thứ nhất, cơ cấu các AA không phù
hợp với nhu cầu của con vật, do vậy, hàm lượng CP trong khNu phần được phối hợp để
đáp ứng nhu cầu tối thiểu các AA thiết yếu. Điều này dẫn đến sự dư thừa các AA khác.
Thứ hai, thông thường các hỗn hợp thức ăn được sản xuất cho lợn có một khoảng trọng
lượng khác nhau, ví dụ hỗn hợp thức ăn cho lợn có trọng lượng từ 20-50 kg và hỗn hợp
thức ăn cho lợn có trọng lượng từ 50 đến 100 kg. Điều này có nghĩa là nếu hỗn hợp thức
ăn đáp ứng nhu cầu protein cho lợn có trọng lượng nhỏ sẽ dư thừa protein khi lợn có
trọng lượng lớn hơn ăn thức ăn này. Thứ ba, có một sự biến động lớn về tiêu hóa manh
tràng của AA giữa các loại thức ăn khác nhau. Dư thừa CP và AA sản sinh ra các tiền
chất gây mùi và tạo nên các hợp chất mùi trong phân như các hợp chất chứa S, indol,
phenol và VFA. Các hợp chất mùi này phát xạ ra môi trường gây nên hiện tượng mùi từ
chăn nuôi lợn. Do vậy, một trong những chiến lược quan trọng để giảm thiểu mùi từ
chăn nuôi lợn là giảm thiểu làm lượng CP trong khNu phần, từ đó giảm hàm lượng các
hợp chất gây mùi và giảm sự phát xạ mùi ra môi trường. Khi sử dụng khNu phần có hàm
lượng CP thấp và đồng thời bổ sung AA thiết yếu, thì ít AA bị de-amine hóa, điều đó có
nghĩa là ít nitrogen bị chuyển sang ure và ít các tiền chất mùi đào thải qua nước tiểu và
phân. Điều này có nghĩa là nồng độ mùi và phát xạ mùi bị hạn chế.
Bảng 1: Trung bình nhân phát xạ mùi từ phân của lợn được
ăn khu có hàm lượng protein khác nhau
Nghiệm thức Nồng độ mùi
(ou
E
m
3
)
Phát xạ mùi
(ou
E
/(s . m
2
)
Phát xạ mùi
(% so với mức 18% CP)
1)
18,0% CP 31.888 4,46 100
a
14,2% CP 13.226 1,85 41
ab
12,3% CP 7.259 1,03 23
b
1)
Các trung bình nhân trong cùng một cột nếu có ít nhất một chữ cái ở mũ giống nhau là
không sai khác nhau P > 0,05
3.2. Ảnh hưởng của loại AA rong khu phần đến phát xạ mùi từ phân lợn
Bổ sung AA ở dạng tinh thể có chứa S (Met và Cys) ba lần nhu cầu của lợn vào
khNu phần thức ăn làm tăng trung bình nhân phát xạ mùi từ phân lợn (P < 0,001) 823%
so với không bổ sung cao hơn nhu cầu của lợn (15,48 so với 1,88 ou
E
s
-1
m
-2
). Trong khi
137
đó, bổ sung vào khNu phần AA Trp, Tyr, và Phe ở dạng tinh thể hai lần nhu cầu của lợn
không làm tăng phát xạ mùi từ phân lợn (P >0,05) (bảng 2).
Con vật cũng như vi sinh vật sử dụng protein ở dạng AA. Phần lớn protein hay
AA được hấp thu ở ruột non của lợn và được sử dụng để kiến tạo cơ và tổng hợp các sản
phNm khác phục vụ cho cơ thể. Nếu các AA không được sử dụng, nó được chuyển hóa
sang mạch carbon, sulfate (trong trường hợp các AA có chứa S và urea). Lượng protein
không được tiêu hóa trong ruột non sẽ được chuyển xuống ruột già, ở đó nó được sử
dụng để cung cấp năng lượng hay cung cấp nitơ cho vi sinh vật. Trong ruột già của lợn
các hợp chất mùi được tạo ra từ protein và các sản phNm trao đổi protein. Các loại AA
khác nhau cung cấp các tiền chất khác nhau cho các hợp chất mùi. Từ việc nghiên cứu
tài liệu, chúng tôi phát hiện rằng các hợp chất có chứa S, các hợp chất indol và phenol
có thể được xem là các hợp chất gây mùi quan trọng nhất. Các hợp chất có chứa S được
sinh ra từ các AA có chứa S (Met và Cys) (Yoshimura và cs 2000) và các hợp chất indol
và phenol được tạo ra do lên men vi sinh vật các AA Trp, Phe và Tyr (Jensen và
Jørgensen, 1994).
Bảng 2: Trung bình nhân phát xạ mùi từ phân của lợn được
ăn khu phần bổ sung các loại acid amine khác nhau
Nghiệm thức Nồng độ mùi
(ou
E
m
3
)
Phát xạ mùi
(ou
E
/(s . m
2
)
Phát xạ mùi
(% so với đối
chứng)
1)
Đối chứng, 15% CP 13.224 1,88 100
a
+ bổ sung AA chứa S 111.302 15,48 823
b
+ Bổ sung AA: Tryp, Phe và Tyr 16.318 2,23 119
a
1)
Các trung bình nhân trong cùng một cột nếu có ít nhất một chử cái ở mũ giống nhau là
không sai khác nhau P > 0,05
Bổ sung các AA có chứa S vào khNu phần với mức 3 lần so với nhu cầu của lợn
làm tăng vượt bậc phát xạ mùi từ phân lợn. Điều này có nghĩa sự dư thừa các AA có
chứa S hay các sản phNm trao đổi chất của các AA đó đã cung cấp các tiền chất cho các
hợp chất mùi. Thông thường các AA tinh thể được hấp thu hết ở ruột non, do vậy, các
sản phNm trao đổi chất của các AA đã được hấp thu đào thải ra nước tiểu. Chính các hợp
chất này tạo nên các hợp chất mùi trong phân. Nếu ta chỉ cung cấp vừa đủ các AA Met
hay Cys vào khNu phần thì sẽ không có các sản phNm trao đổi chất của Met (epinephrine,
choline, beatine, spermidine, spermine, carnitine, melantonin, creatinine và lanthionine)
hay các sản phNm trao đổi chất của Cys (taurine, condriton, glutathionine and cyisine)