[Chăn nuôi Việt Nam] – Trong dinh dưỡng động vật, nhiều nguồn kẽm chelate đã được quảng cáo là có sinh khả dụng vượt trội so với các nguồn kẽm sulfates truyền thống. Tuy nhiên, điều quan trọng cần nhấn mạnh là EFSA – Ủy ban An toàn Thực phẩm châu Âu vẫn chưa kết luận dứt khoát về vấn đề này. Cho đến nay, các đánh giá khoa học của EFSA vẫn tồn nghi những tuyên bố cho rằng kẽm chelate có sinh khả dụng cao hơn các kẽm sulfates thông thường.

Các dưỡng chất như carbohydrate, chất béo, protein, kể cả khoáng và vitamin chủ yếu được hấp thụ trong ruột. Trước khi đến ruột, hỗn dịch tiêu hóa phải đi qua môi trường axit: dạ dày. Môi trường dạ dày đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa ở các loài động vật, tạo điều kiện thuận lợi cho kích hoạt enzyme và tiêu hóa sơ khởi protein và lipid.

Khoáng vi lượng và môi trường axit trong dạ dày

Khi thức ăn đi vào hệ tiêu hóa, pepsinogen và hydrochloric acid sẽ được tiết ra phân rã thức ăn và thúc đẩy tiêu hóa. Ở các loài heo, gia cầm và động vật nhai lại, pH hỗn dịch tiêu hóa tại dạ dày thường từ 2,0-5,0 (Hình 1). Môi trường axit hỗ trợ quá trình hòa tan khoáng chất để hấp thụ trong đường ruột (Broom và cs., 2021). Trên thị trường, chúng ta có thể tìm thấy các dạng khoáng sulfates, oxit, clorua, chelate, và nhiều loại khác. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào các khoáng mang điện tích dương (cation).

Bất kể dạng nào, bước đầu tiên của quá trình hấp thụ khoáng vi lượng là tiếp xúc với môi trường axit dạ dày, nơi dịch dạ dày và độ pH thấp thúc đẩy sự hòa tan các khoáng vi lượng. Trong giai đoạn này, tính chất lý hóa của nguồn khoáng vi lượng đóng vai trò quan trọng: hạt lớn, không tan hoàn toàn trong axit nhẹ, như oxit khoáng chất lượng thấp không được phân ly hoàn toàn và do đó có sinh khả dụng rất kém (Cardoso và cs., 2021).

Trong dạ dày, hầu hết các khoáng vi lượng phân ly khỏi các phối tử (ligands) mà chúng liên kết, cho phép các ion khoáng tự do đi vào ruột non. Tuy nhiên, nếu không được hấp thụ, sự tăng pH sẽ làm các ion khoáng tạo phức chelate mới (Vacchina và cs., 2010). Hơn nữa, khả năng phân ly thành ion tự do của kẽm (Zn) và các ion khoáng khác phụ thuộc rất nhiều vào các tương tác hóa học trong ruột non. Mức độ phân ly càng cao trong lòng ruột non thì càng làm tăng khả năng tạo phức chelat của axit phytic với các cation.

Do đó, trong điều kiện hoạt tính phytate cao và phytase thấp, các nguồn khoáng vi lượng ít tan trong nước có thể ít nhạy cảm hơn với phytate. Quá trình hòa tan và phân ly do axit gây ra làm nền cho các ion khoáng được tiếp tục hấp thụ ở ruột non, đảm bảo việc sử dụng hiệu quả các khoáng vi lượng. Sau đó, ở ruột non, các chất vận chuyển đặc hiệu hỗ trợ quá trình hấp thụ các ion khoáng vào tế bào ruột, được vận chuyển bởi các legand (phối tử) hóa học của chúng. Các chất vận chuyển này nhận biết và tạo điều kiện cho sự hấp thụ các khoáng vi lượng khác nhau (Richards và cs., 2010).

Hiện nay, một số khoáng vi lượng được sản xuất ở dạng chelate hóa để cải thiện sinh khả dụng và giảm thiểu tương tác đối kháng với phytase, canxi hoặc các dưỡng chất tiêu hóa khác. Quá trình này giúp khoáng chelate kháng lại sự phân hủy trong điều kiện axit dạ dày, từ đó duy trì sự cân bằng khoáng chất. Một số người ủng hộ khẳng định rằng, các khoáng chelate này sử dụng các tuyến vận chuyển chủ động được hỗ trợ bởi các chất vận chuyển axit amin và peptide qua tế bào ruột, do đó tối ưu hóa sự hấp thụ khoáng chất và sự lắng đọng trong mô.

Tuy nhiên, theo ý kiến gần đây của EFSA, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự tích trữ Zn trong mô động vật từ các phức chất của glycine, chất tương tự hydroxyl của methionine hoặc hydrat axit amin không cho thấy sự khác biệt đáng kể so với Zn sulfates hoặc Zn hữu cơ. Ngoài ra, các nghiên cứu trước đây sử dụng phương pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ đã chỉ ra sự khác nhau giữa tỷ lệ đồng vị Zinc/Carbon và Zinc/Sulphur từ Zn-methionine tại hàng rào ruột và bên trong tế bào ruột (Beutler và cs., 1998; Hill và cs., 1987).

Những nghiên cứu này cũng cho thấy sự khác biệt của động học hấp thụ theo thời gian của các ion Zn được đánh dấu so với các ion C và S trong tế bào ruột, cho thấy các con đường hấp thụ khác nhau của Zn và methionine. Những phát hiện tương tự đã được quan sát thấy với các nguồn chelate khác. Thêm vào đó, các nghiên cứu áp dụng quang phổ cấu trúc hấp thụ tia X đã xác định được dạng Zn giống hệt nhau trong các tế bào ruột của cừu và gà thịt được cho ăn Zn vô cơ hoặc hữu cơ, tương ứng, cung cấp thêm bằng chứng cho thấy các con đường đi vào cơ thể của Zn không khác nhau giữa các nguồn Zn trong thức ăn (Sui và cs., 2011 và Liu và cs., 2014).

Nghiên cứu gần đây trên heo và gia cầm đã chỉ ra rằng, các chất tạo chelate đơn thuần làm giảm đáng kể sự đối kháng của phytate với Zn từ Zn sulfates. Điều này cho thấy rằng sự vượt trội (đôi khi ghi nhận được) của các khoáng chelate trong điều kiện hàm lượng phytate cao chủ yếu là do sự thay đổi tương tác hóa học bên trong lòng ruột chứ không phải do các cơ chế vận chuyển phân tử (Windisch và cs., 2002 và Boerboom, 2021). Trong điều kiện bán tổng hợp, được biểu thị bằng sự vắng mặt của axit phytic trong khẩu phần ăn, sự vượt trội của Zn tạo phức so với Zn sulfates giảm đi, dẫn đến tỷ lệ hấp thụ thực tế thấp hơn do khả năng hòa tan của các khoáng chelate trong ruột non.

Độ ổn định của khoáng chelate dưới các điều kiện PH khác nhau

Hình 1. pH tại các vị trí khác nhau trong cơ quan tiêu hóa của heo, gà và thú nhai lạ

Độ ổn định của các khoáng chelate có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi độ pH. Mô phỏng trên máy tính (in silico) (Hình 2) thể hiện mô hình hoạt động của phức chất đồng-glycinate trong nước ở các mức độ pH khác nhau. Ban đầu, trước khi tương tác với nước, đồng (Cu) liên kết hoàn toàn với glycine trong một dạng phức ổn định.

Tuy nhiên, khi pH giảm xuống 3, khoảng 80% Cu trở thành ion tự do (Cu2+), cho thấy độ ổn định của phức chất giảm. Ngược lại, ở pH cao, cả dạng phức chất và dạng kết tủa đều chiếm 50% lượng Cu và không có ion tự do nào, thể hiện tính phản ứng kém hơn của phức. Hình cũng cho thấy, ở pH 5,25, chỉ có 70% phức chất khả dụng, làm nổi bật tỷ lệ giảm của nó khi pH giảm.

Điều này nhấn mạnh sự phân ly bán phần của các khoáng chelate trong điều kiện axit dạ dày và khả năng tái tạo khoáng chelate hoặc hình thành các phức với các phân tử hữu cơ khác có trong môi trường pH cao hơn của ruột non.

Dựa trên mô phỏng máy tính (in silico) các quan sát của chúng tôi tương đồng với các phát hiện được báo cáo bởi Byrne và cs. (2021) về Cu proteinate và Vacchina và cs. (2010) về khoáng glycinate. Ví dụ, Vacchina và cs. (2010) đã phát hiện sự gia tăng dạng glycine-không-khoáng ở mức pH axit (dưới pH 5), với dạng Fe-Gly có vẻ ổn định hơn trong quá trình axit hóa so với các khoáng glycinate khác (Cu, Zn, Mn).

Các biểu đồ cũng chỉ ra sự phân ly đáng kể của các khoáng glycinate này ở độ pH dưới 4 đến 5. Khi khoáng glycinate xuất hiện trong đường ruột, chúng sẽ phân ly trong điều kiện pH axit, sau đó sẽ tái chelate hóa khi gặp điều kiện pH kiềm, dẫn đến có hơn 100% lượng khoáng vi lượng ban đầu được thêm vào dưới dạng khoáng glycinate có trong thức ăn. Tương tự, Byrne và cộng sự (2021) đã chỉ ra rằng, khoáng proteinate bị phân ly ngay khi độ pH giảm xuống dưới 6,5 với chưa đến 50% Cu-proteinate ở dạng chelate ở pH < 3,5.

Hình 2. Mô phỏng trên máy tính (In silico) tỷ lệ các dạng hóa học của Cu so với độ pH của dung dịch. Phần mềm Visual Minteq được sử dụng để xác định các dạng hóa học của Cu có trong dung dịch ở 25°C chứa 4,2 mM Cu-Glycinate và 0,1M NaNO3 ở pH từ 3 – 8 (các tác giả)

Điểm mấu chốt là khoáng chelate, giống như các nguồn khoáng vi lượng khác, trải qua quá trình phân ly ở pH thấp và tái chelate hóa ở pH cao. Khi có các ion tự do, sẽ có khả năng tái chelate hóa hoặc tạo ra một phức chất khác với các phân tử hữu cơ trong môi trường pH cao hơn của ruột non.

EFSA đánh giá sinh khả dụng của khoáng vi lượng CHELATE hóa

Ngoài các yếu tố về độ ổn định pH, sinh khả dụng của khoáng chelate đã thu hút sự chú ý do tiềm năng ảnh hưởng đến dinh dưỡng và hiệu suất tổng thể của động vật. EFSA đang tích cực nghiên cứu các bằng chứng khoa học về việc sử dụng khoáng chelate trong cả thực phẩm và TĂCN. Nghiên cứu này đề cập đến các khía cạnh như an toàn, sinh khả dụng và các tác động tiềm tàng lên sức khỏe và ý nghĩa dinh dưỡng của các khoáng chất này trên người lẫn động vật.

Bảng 1. Các Zn chelate và tóm tắt các ý kiến của EFSA về hiệu quả và khả dụng sinh học của chúng

Khi xem xét cơ chế hấp thụ các khoáng chelate, có một giả thuyết cho rằng chúng được hấp thụ bởi các chất vận chuyển axit amin hoặc peptit. Lấy Zn làm ví dụ, chất ZIP4 (Zrt/ Irt-like Protein 4) đóng vai trò là cơ chế chính để vận chuyển chủ động kẽm từ lòng ruột đến tế bào ruột.

Tuy nhiên, hoạt động của ZIP4 có xu hướng bị điều chỉnh giảm nếu có đủ hoặc dư thừa Zn để ngăn ngừa sự hấp thụ Zn quá mức, nhờ đó duy trì cân bằng nội môi Zn. Khi dư thừa các ion Zn tự do trong bào tương của tế bào ruột, ZnT1 (Zinc transporter 1, protein vận chuyển Zn) được kích hoạt như một phản ứng để duy trì cân bằng Zn. Sự kích hoạt này được điều chỉnh bởi MTF1 (Metal transcription factor 1, một loại protein đặc biệt). ZnT1 hoạt động bằng cách vận chuyển Zn qua màng đáy của tế bào ruột, hướng nó vào hệ tuần hoàn và ngăn ngừa sự tích tụ Zn bên trong tế bào (Goff, 2018 và Windisch, 2002). Nếu Zn chelate thực sự được hấp thụ hoàn toàn, nó sẽ tiềm ẩn nguy cơ gây độc. Nếu một chất tạo chelate (chelator hay chelating agent) mạnh đến mức ngay cả các chất vận chuyển khoáng ở niêm mạc ruột đỉnh (bản thân những chất này cũng là những chất tạo chelate mạnh) cũng không thể tách khoáng của nó thì sẽ không phân ly trong tế bào chất của tế bào ruột, dẫn đến sự tích tụ không kiểm soát.

Tuy nhiên, tất cả các dữ liệu hiện có cho thấy, Zn kể cả ở dạng chelate hay dạng vô cơ đều tuân theo cơ chế điều hòa cân bằng nội môi, điều này khẳng định mạnh mẽ rằng cả hai đều cung cấp Zn dạng ion cho cơ chế phân tử tương ứng.

Trong ngành dinh dưỡng động vật, nhiều nguồn Zn chelate đã được quảng cáo là có sinh khả dụng vượt trội so với các Zn sulfates. Tuy nhiên, điều quan trọng cần nhấn mạnh là EFSA vẫn chưa đưa ra kết luận dứt khoát về vấn đề này. Cho đến nay, các đánh giá khoa học của EFSA luôn đặt ra nghi vấn những tuyên bố về sinh khả dụng cao hơn của các nguồn Zn chelate so với sulfates tiêu chuẩn (Bảng 1). Một chất tạo chelate tối ưu cần có sự ổn định có thể cân bằng giữa tiêu hóa hiệu quả nguyên liệu thức ăn và sự hấp thụ hiệu quả của động vật.

Kết luận

Mặc dù các chất tạo chelate nhằm mục đích cải thiện khả năng hấp thụ, nhưng động vật đóng vai trò then chốt trong việc điều chỉnh giảm sự hoạt động của các tuyến vận chuyển, đặc biệt khi nhu cầu khoáng vi lượng đã được đáp ứng đủ. Bất kể nguồn gốc nào, tất cả các dạng khoáng vi lượng đều không ổn định ở pH thấp, kể cả khoáng chelate vì ít nhất một số loại khoáng chelate sẽ phân ly một phần và sau đó tái chelate hóa khi gặp môi trường có pH cao hơn.

Hơn nữa, trong điều kiện hiện đại với chế độ ăn bổ sung phytase, các nghiên cứu về sinh khả dụng được thực hiện trong những thập niên qua mà không có phytase cần được đánh giá lại. Trong số các dạng khoáng vi lượng, cần xem xét các nguồn có đặc tính động học hòa tan chậm dọc theo các phần của ống tiêu hóa có tính axit, vì chúng có thể ảnh hưởng đến sinh khả dụng của khoáng vi lượng. Hơn nữa, để đảm bảo xác định chính xác khả năng hấp thụ khoáng vi lượng, chúng được nghiên cứu tốt nhất trong điều kiện thiếu hụt cận lâm sàng, là kiểu hình suy dinh dưỡng Zn phổ biến nhất.

Nguồn: Animine

Biên dịch: Linh Tống

Đôi nét về tác giả

Dr. Yron Joseph Y. Manaig

Chuyên gia dinh dưỡng động vật đến từ Philippines/Tây Ban Nha, thạc sĩ về dinh dưỡng động vật từ Đại học Philippines Los Baños. Ông đã nhận bằng Tiến sĩ liên kết châu Âu về Dinh dưỡng động vật phân tử (MSCA-ITN) từ Đại học Autònoma de Barcelona (Tây Ban Nha) và Đại học degli Studi di Milano (Ý). Tiến sĩ Manaig chuyên về dinh dưỡng heo, đánh giá và công thức nguyên liệu TĂCN và OMICS. Ông gia nhập ANIMINE vào năm 2023 và đã làm việc với nhóm nghiên cứu và phát triển đến nay.

Marion Taris Marion

Kỹ sư phân tích dự án tại Animine Precision Minerals. Cô là một nhà khoa học chuyên về phân tích hóa học. Cô đã nghiên cứu hóa học và vật lý trước khi chuyên sâu về phân tích hóa học. Cô tốt nghiệp Đại học Pau (Pháp). Từ năm 2017-2021, cô đã làm việc về phát triển các chiến lược mới để phân tích các enzyme được cố định trên điện cực cho Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS). Marion gia nhập Animine vào năm 2023 và đã làm việc với nhóm nghiên cứu và phát triển đến nay.