Enzyme thường được phân loại bởi những cơ chất mà chúng có thể phân chia – do đó, protease có khả năng phá vỡ các protein. Trong một thế giới mà việc sử dụng các nguyên liệu thay thế ngày càng tăng, và luôn nỗ lực để giảm tác hại đến hệ sinh thái, protease là một lựa chọn thú vị.

Protease là một phụ gia thức ăn rất hiện đại hỗ trợ tốt hơn các vấn đề về dinh dưỡng, sức khoẻ và điều kiện môi trường trong chăn nuôi, giúp lấp đầy khoảng trống do giảm sử dụng kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi. Chỉ bây giờ, giá trị của nó mới được thể hiện đầy đủ, và giống như sự tiến triển của thị trường phytase, ngành công nghiệp ngày càng nhận ra rằng có một enzyme mang lại nhiều lợi ích.

Tại sao lại là dinh dưỡng, sức khoẻ và môi trường? Chúng liên quan mật thiết qua cơ chế hoạt động của protease. Lợi ích dinh dưỡng được dựa vững chắc trong sự hiểu biết tốt của ngành về các axit amin tiêu hóa, cả về nhu cầu của động vật và tính sẵn có từ thức ăn. Xây dựng công thức chi tiết với protease, kết hợp với các axit amin tổng hợp, tối ưu hóa năng lượng, hiệu suất, chất dinh dưỡng dư thừa và chất thải môi trường, và kiểm soát chi phí thức ăn. Lợi ích sức khoẻ có liên quan đến khả năng giảm lượng protein trong thức ăn và do đó làm giảm lượng protein không tiêu hóa ở ruột sau.

Protein dư thừa là chất lên men có thể bị phân hủy ra các sản phẩm như phenol, amine, ammonia và indoles, do đó làm tăng độ pH, tất cả đều là kết quả không mong muốn. Tương tự như vậy, các yếu tố kháng dưỡng (ANFs), như chất ức chế trypsin, có thể tạo ra các điều kiện để thúc đẩy sự phát triển của C. perfringens. Nồng độ ammonia cao trong các chuồng động vật có thể gây cho động vật nguy cơ mắc bệnh hô hấp. Không có rủi ro nào là mới. Protease cho phép cải tiến hiệu quả hơn nữa trong quản lý dinh dưỡng, do đó giảm rủi ro và đặc biệt là trong “môi trường hậu kháng sinh”.

Cho ăn chính xác

Cho ăn chính xác ngày càng trở thành một khát vọng quan trọng. Nó đòi hỏi kiến thức chính xác của một số yếu tố liên quan: • giá trị dinh dưỡng của thức ăn; • nhu cầu dinh dưỡng của lợn.

Việc xây dựng khẩu phần phù hợp với những hạn chế về môi trường; và • điều chỉnh dần dần các chất dinh dưỡng của các khẩu phần khác để phù hợp với yêu cầu thay đổi của lợn. Phương pháp tiếp cận toàn diện này được ước tính làm giảm lượng thức ăn trên 4,6% và giảm thải nitơ và phốt pho hơn 38%. Giáo sư Gerald Shurson, Đại học Minnesota, tuyên bố tại hội nghị Hiệu quả Dinh dưỡng Consortium  vào năm 2012, thức ăn chiếm 65-70% tổng chi phí sản xuất và năng lượng chiếm 86% chi phí trong khẩu phần ăn lợn. Việc kiểm soát dư lượng protein trong thức ăn cũng kiểm soát năng lượng dư thừa thường được sử dụng để thải ra nitơ dư thừa. Sử dụng phụ gia để hỗ trợ việc sử dụng thức ăn hiệu quả Để giảm chi phí thức ăn, ngưởi ta ngày càng sử dụng nhiều nguyên liệu thức ăn thay thế, thông thường là các sản phẩm phụ hoặc các sản phẩm thứ cấp. Các thành phần này sẽ tạo ra nhiều nguy cơ và biến đổi hơn trong quá trình xây dựng công thức thức ăn và hậu quả là có thể có một số kết quả không mong muốn như chăn nuôi kém hiệu quả hơn và ô nhiễm môi trường nhiều hơn. Để giải quyết vấn đề này, chất phụ gia đang được sử dụng ngày càng nhiều để hướng tới việc sử dụng thức ăn hiệu quả hơn. Về nguồn protein, bao gồm cả việc sử dụng axit amin tổng hợp trong nhiều thập kỷ. Mặc dù rất có giá trị đối với các axit amin thiết yếu chính, việc cân bằng tất cả các axit amin thiết yếu hoàn toàn không thực tế qua việc bổ sung các axit amin tổng hợp. Vai trò của protease, do đó, ngày càng trở nên quan trọng trong việc cải thiện sự sẵn có của nhiều axit amin thiết yếu từ nguyên liệu thức ăn. Một lợi ích khác của protease là giảm các tác động tiêu cực của các yếu tố kháng dưỡng (ANFs), như chất ức chế trypsin, giúp tăng hiệu quả chăn nuôi. Do đó, kết quả tiếp theo là, ruột giảm tiết mucin, các axit amin được sử dụng để tạo ra protein hữu ích như tăng nạc hoặc sản xuất sữa và không bị lãng phí do sản xuất protein mucin đường ruột. Việc tiết Mucin cũng sử dụng năng lượng mà lẽ ra sẽ được sử dụng cho quá trình tổng hợp protein. Do đó, năng lượng được sử dụng hiệu quả hơn, làm cho kết quả này có giá trị gấp đôi.

Protease và chất lượng nguyên liệu thức ăn

Mức protein không tiêu hoá càng lớn, được đo bằng mức độ tiêu hóa của các axit amin, sự biến thiên của một loại nguyên liệu thức ăn cụ thể sẽ càng cao. Sự biến đổi trong tiêu hóa axit amin là phổ biến và bình thường trong tất cả các loại nguyên liệu thức ăn, mặc dù mức độ của nó sẽ khác nhau giữa các nguyên liệu. Cả hàm lượng phần trăm và hệ số biến dị của lysine và methionine tiêu hóa từ các nguyên liệu thức ăn thông thường dụng được trình bày trong Bảng 1, cho thấy phạm vi có thể rộng và không thể bỏ qua. Bảng 1 – Hàm lượng phần trăm và hệ số biến dị (CV) của lysine và methionine tiêu hóa.

Cơ sở dữ liệu có thể hiển thị biến đổi như +/- một độ lệch chuẩn (SD). Cần lưu ý rằng một SD chỉ chiếm 68% biến thể của các mẫu thức ăn, giả sử sự phân bố bình thường quanh trung bình. Một ví dụ là phạm vi biến đổi axit amin trong các mẫu ngô (Bảng 2).

Bảng 2: Protein thô và thành phần acid amin của ngô.

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 làm giảm tỷ lệ axit amin không tiêu hóa trong thức ăn, dẫn đến sự gia tăng tương ứng các axit amin tiêu hóa. Nói chung, mức axit amin không tiêu hóa trong thức ăn càng cao, sự cải thiện tiêu hóa càng nhiều khi protease được bổ sung vào. Các nghiên cứu của Novus đã cho thấy protease cải thiện chỉ tiêu tiêu hóa hồi tràng tiêu chuẩn (SID)% trong mọi thức ăn được đánh giá (trao đổi cá nhân). Một phân tích tổng hợp như thể hiện trong hình 2 cho thấy rằng sự cải thiện tỷ lệ tiêu hóa axit amin là khoảng 10% khi tổng thể tiêu hóa trong khẩu phần đối chứng ít hơn 70%. Khi tỷ lệ tiêu hóa tổng thể của khẩu phần đối chứng được cải thiện, cơ hội hưởng lợi từ protease giảm đi. Với tỷ lệ tiêu hoá 90%, các tác giả cho thấy cải thiện trung bình từ protease khoảng 2%. Hình 2 – Sự tương quan giữa khả năng tiêu hóa amino acid có sẵn trong khẩu phần đối chứng (%) và ảnh hưởng của protease ngoại sinh (% thay đổi so với khẩu phần đối chứng). Đường bậc hai thể hiện mô hình phù hợp nhất. Đường chấm là khoảng tin cậy 95%.

Một kết quả tương tự đã được Tiến sĩ Luis Romero, DuPont và một nhóm các nhà nghiên cứu tiến hành vào năm 2013. Protease được bổ sung trong sự có mặt của phytase và xylanase, nhưng đáng chú ý là sự gia tăng khả năng tiêu hóa amino acid với sự có mặt của phytase và xylanase không có protease là tối thiểu. Phương thức hoạt động của protease khác với các enzyme chính khác và có tiềm năng trở thành chất phụ gia. Trong việc giảm các ảnh hưởng của ANFs trong protein, protease giúp cải thiện tiêu hóa axit amin. Sự cải thiện SID khi sử dụng protease có thể liên quan đến mức ANF, chẳng hạn như một chất ức chế trypsin. Nghiên cứu của Novus cho thấy hàm lượng cơ chất ức chế trypsin càng lớn thì hiệu quả cải thiện SID% của protease càng cao (trao đổi cá nhân). Trước đây, trong thí nghiệm in vitro khi bổ sung protease đã cho thấy tỷ lệ thủy phân các protein gây dị ứng glycinin và β-conglycinin, từ bột đậu nành cao hơn.

Protease và sức khoẻ

Qua việc giảm các mức protein không tiêu hoá, protease cũng tạo ra các điều kiện cho một đường ruột khỏe mạnh, giảm bài tiết nitơ và khẩu phần protein thấp hơn, tất cả đều có khả năng cải thiện hiệu năng và giảm chi phí thức ăn và sản xuất. Chức năng này là duy nhất cho protease, đó là lý do tại sao nó được gọi là amino acid kế tiếp. Tác động dinh dưỡng gián tiếp của protease, được mô tả ở trên, mang lại một số lợi ích về sức khoẻ. Việc giảm protein thấm ở ruột sau làm giảm nguy cơ tạo ra một loạt các chất chuyển hóa có hại như skatole và hydrogen sulphide. Nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Herman Peek, Dịch vụ Y tế Thú y, Hà Lan đã ghi nhận trong năm 2009 việc bổ sung protease đã làm tăng đáng kể độ dày của lớp niêm mạc dính trong đường tiêu hóa (GIT) của gà broiler và tăng khả năng đối phó với nguy cơ nhiễm cầu trùng coccidiosis.

Protease làm tăng sức căng của ruột

Chỉ một năm trước, một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Tiến sĩ Aaron Cowieson, DSM đã quan sát thấy rằng protease bổ sung làm tăng cường sức căng của ruột, độ cao của villus và độ sâu crypt, giảm độ dày biểu mô và số lượng tế bào biểu mô trong niêm mạc dạ dày. Những thay đổi hình thái này cho thấy tính toàn vẹn và khả năng phục hồi của ruột và gợi ý về những tác động có lợi của protease mở rộng ngoài sự tận dụng acid amin tăng lên. Sự hiện diện của protease đã được chứng minh là làm tăng số lượng lactobacilli và làm giảm mức E. coli trong đại tràng trong cả khẩu phần protein cao và thấp. Mặc dù không có ý nghĩa thống kê, một cải tiến khác đã được quan sát thấy trong khẩu phần protein thấp.

Protease và môi trường

Chế độ ăn ít protein làm giảm rủi ro bệnh tật. Nghiên cứu từ lâu đã chỉ ra rằng chế độ ăn ít protein sẽ sản sinh phân với hàm lượng ammonia, hydrogen sulphide và mùi thấp hơn nhiều. Với sự có mặt của Pasteurella multocida, nồng độ ammonia cao sẽ dẫn đến viêm phổi nhiều hơn và làm giảm hoạt động. Việc sử dụng protease cho phép tự tin hơn trong việc đạt được hiệu quả nhất quán từ chế độ ăn protein thấp hơn, và do đó hỗ trợ môi trường tốt hơn và giảm nguy cơ mắc bệnh hô hấp.

Lợi ích sức khoẻ của protease có bị đánh giá thấp không?

Việc cung cấp các giá trị axit amin và năng lượng rất quan trọng để đưa ra luận điểm kinh tế về việc đưa protease vào thức ăn thương phẩm cho lợn và gia cầm. Các nghiên cứu thuần túy về khả năng tiêu hóa thường chưa đánh giá lợi ích đầy đủ mà protease mang lại. Cải thiện sức khoẻ ruột, chẳng hạn, cũng làm giảm yêu cầu về axit amin và năng lượng. Lợi ích với đường tiêu hóa được thể hiện tốt hơn qua các số liệu năng suất. Điều quan trọng là các tác động này gián tiếp làm thay đổi và tăng cường các giá trị ma trận axit amin trong công thức thức ăn. Không có gì đáng ngạc nhiên, chưa có số liệu cụ thể nào cho thấy hai yếu tố này cải thiện các giá trị axit amin tiêu hóa cho mỗi loại nguyên liệu thức ăn như thế nào. Tuy nhiên, rõ ràng là giá trị của protease được chứng minh trong sự kết hợp của việc cải thiện đường tiêu hóa GIT và khả năng tiêu hóa protein.

Tương lai của protease trong thức ăn cho lợn thật sáng sủa

Các nghiên cứu cho thấy nồng độ chất dinh dưỡng trong khẩu phần ăn ảnh hưởng đến đáp ứng với protease và phản ứng tốt nhất xuất hiện khi có lượng protein khó tiêu và đậu nành trong chế độ ăn uống. Điều này không có nghĩa là protease không hiệu quả với protein từ các nguyên liệu thức ăn khác, tuy nhiên có nhưngx yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của nó như phytate và chất xơ. Do đó, đáp ứng của protease có thể nhất quán hơn với sự hiện diện của phytase và xylanase. Chúng ta đang học về protease, cũng giống như chúng ta đã biết về phytase. Tương lai của protease trong thức ăn cho lợn là tươi sáng và một ngày không xa nó sẽ trở nên không thể thiếu như phytase hiện nay.

Biên dịch: Ecovet Team (theo PigProgress)

 Nguồn tin: Ecovet