Phytase là gì?

Myo–inositol (1,2,3,4,5,6) hexakisphosphate phosphohydrolase hay còn gọi là enzyme phytase, giúp xúc tác quá trình thủy phân phytate thành myo-inositol và phốt-phát tự do. Trong số nhiều loại enzyme, phytase được biết đến là loại enzyme được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trong ngành thức ăn chăn nuôi. Hiện nay phytase được coi là một enzyme thiết yếu đối với thức ăn chăn nuôi. Về cơ bản, một đơn vị hoạt động của phytase được định nghĩa là lượng enzyme cần thiết để giải phóng 1 μmol phốt-phát vô cơ mỗi phút từ muối natri phytate ở 37°C, pH 5,5, được biểu thị là U (FTU).

Trong thực vật, phốt pho được dự trữ dưới dạng phytate, chứa 6 phân tử phốt phát liên kết quanh vòng myo-inositol và bị phân hủy thông qua quá trình khử phốt pho bởi enzyme phytase. Khoảng 65-90% tổng hàm lượng phốt pho trong thực vật ở dạng phytate (Reddy và cộng sự., 1982). Tuy nhiên, khả năng tiêu hóa phytate là một thách thức đối với lợn và gia cầm vì hoạt động rất thấp của enzyme phytase nội sinh (Pointillart và cộng sự., 1987).

Phytate tạo phức với các ion khoáng mang điện tích dương như Ca, Mg, K, Mn hoặc Zn tạo ra phức chất khoáng-phytate, khó hoàn tan. Do đó, phytate làm giảm sinh khả dụng các ion khoáng (Plimmer, 1913; Selle và cộng sự, 2009; Joshi-Saha và Reddy, 2015). Thêm vào đó, phytate có thể liên kết với các chất dinh dưỡng khác, cụ thể như protein, tinh bột và lipid, làm giảm khả năng tiêu hóa của chúng (Thompson và Yoon, 1984; Ravindran và cộng sự., 2000; Newkirk và Classen, 2001).

Enzyme phytase thủy phân phytate thông qua quá trình khử phốt pho giải phóng các ion khoáng qua đó làm tăng tỷ lệ hấp thụ các khoáng chất, đặc biệt là phốt pho. Enzyme phytase cũng giúp tối ưu hóa sử dụng các chất dinh dưỡng như protein (axit amin) tinh bột và lipid. Ngoài ra, enzyme phytase giúp cải thiện môi trường nhờ việc giảm bài tiết phốt pho ra ngoài môi trường thông qua việc tăng tỷ lệ tiêu hóa phốt pho. Do đó, với enzyme phytase,các nhà dinh dưỡng lên được những khẩu phần ăn không những tối ưu được nguồn dinh dưỡng trong nguyên liệu mà còn đem lại hiệu quả kinh tế cao.

Enzyme phytase đã trở thành một thành phần nguyên liệu cơ bản trong khẩu phần ăn của lợn và gia cầm do chi phí nguồn phốt pho vô cơ ngày càng cao. Enzyme phytase thủy phân phytate giải phòng phốt pho. Điều này cho phép giảm việc sử dụng nguồn phốt pho vô cơ đắt tiền (Selle và Ravindran, 2008).

Emzyme phytase liều cao “Super-dosing”

Enzyme phytase liều cao “Super-dosing” có nghĩa là bổ sung hàm lượng enzyme phytase trong khẩu phần ăn với tỷ lệ cao hơn mức cần thiết để đáp ứng yêu cầu của phốt-pho khả dụng cũng như tăng cường hiệu suất  đối với vật nuôi (Kies và cộng sự., 2006; Cowieson và cộng sự., 2011).

Với liều enzyme phytase thông thường (500 FTU/kg thức ăn), myo-inositol phosphate ester 6 (IP6) sẽ từng bước được chuyển hóa thành IP4 và / hoặc IP3. Tuy nhiên, IP3 và IP4 vẫn có khả năng ức chế hoạt động của pepsin (enzyme tiêu hóa protein) mặc dù ở mức độ thấp hơn IP5-6 (Hình 2). Theo báo cáo của Cowieson và cộng sự., 2011 thì khả năng hòa tan của IP3 và IP4 vẫn còn thấp (8% và 31% trong ruột non, 0% và 6% ở ruột già, theo thứ tự) và có thể dễ dàng tạo phức với kẽm và các khoáng chất khác. Enzyme phytase liều cao (1500 FTU trên kg thức ăn) sẽ giúp loại bỏ IP4 và IP3 (Yu và cộng sự., 2012) do đó cải thiện hàm lượng khoáng khả dụng.

Nelson và cộng sự (1971) lần đầu tiên báo cáo về việc bổ sung enzyme phytase  liều cao trong khẩu phần ăn của gà cho thấy hàm lượng phốt pho đã tăng với liều phytase từ 950 FTU tới 7,600 FTU trên kg thức ăn.

Một số nghiên cứu khác cũng đã đưa ra liều khuyến nghị của phytase cho gia cầm là 500 FTU trên kg thức ăn (Selle và Ravindran, 2007; Cowieson và cộng sự., 2009; Pirgozliev và cộng sự., 2012; Lalpanmawia và cộng sự., 2014). Tuy nhiên gần đây đã có nhiều nghiên cứu đưa ra đề xuất để điều chỉnh liều lượng theo nhu cầu cụ thể. Shirley và Edwards (2003) đã quan sát thấy việc giảm hàm lượng phốt-pho phytate (phương trình bậc hai và tuyến tính) với việc tăng liều enzyme phytase lên đến 12,000 FTU trên kg thức ăn dựa trên ngô là chính cho gà thịt.

Theo một số nhận định cho thấy, có thể có ba cơ chế nguyên tắc đã thu hút được sự quan tâm tới việc sử dụng phytase liều cao: 1) tăng hàm lượng phốt-phát được giải phóng hoặc tăng giải phóng tỷ lệ P/Ca, 2) giảm hàm lượng phytate, được coi như yếu tố kháng dinh dưỡng đồng thời tăng cường sự phân hủy các ester cao khó hòa tan như IP3-6 xuống các ester thấp dễ hòa tan hơn IP1-2, 3) tăng giải phóng myo-inositol với tác dụng giống như vitamin/lipotropic (kích thích cơ thể sử dụng mỡ) (Cowieson và cộng sự., 2011).

Việc sử dụng phytase liều cao (> 1,000 FTU trên kg thức ăn) giúp tăng cường khả năng cung cấp chất dinh dưỡng khả dụng sẵn có từ thức ăn (Cowieson và cộng sự., 2006), tăng giải phóng phốt-phát từ phytate và do đó tăng tỷ lệ canxi trên phốt pho khả dụng đồng thời giúp giảm hàm lượng phytate trong hệ tiêu hóa (Cowieson và cộng sự., 2011). Liều phytase tiêu chuẩn có thể nhắm vào việc chuyển hóa từ IP6 thành các este thấp hơn như IP4 và hoặc IP3 (khả năng hòa tan vẫn tương đối thấp). Tuy nhiên với khái niệm enzyme phytase liều cao có thể giúp giải phóng phốt pho hiệu quả hơn từ IP6 đến IP1 (khả năng hòa tan cao) ở phần trên của ống tiêu hóa như dạ dày và tá tràng (đoạn đầu của ruột non) đối với lợn hoặc diều, dạ dày tuyến và mề trên gia cầm với pH thấp hơn (Hình 3 ).

Trong các nghiên cứu đánh giá về hiệu quả của việc sử dụng enzyme phytase liều cao đã cho thấy nhu cầu phốt pho của vật nuôi được đáp ứng với 500 đến 750 FTU phytase trên kg thức ăn. Do đó, các cải thiện trên hiệu suất với phytase trên 750 FTU trên kg thức ăn có thể có liên quan đến các cơ chế riêng biệt so với việc đáp ứng các yêu cầu phốt pho (Cowieson và cộng sự., 2011). Điều này cho thấy việc đề xuất cải thiện hiệu suất từ ​​enzyme phytase liều cao là kết quả của các chất dinh dưỡng khác ngoài phốt pho, vì nhu cầu phốt pho được đáp ứng ở mức độ phytase dưới mức độ cải thiện hiệu suất tối đa.

Trong bài đánh giá tổng quan, Kornegay (2001) đã kết luận rằng hiệu quả tối đa của việc bổ sung enzyme phytase lên hiệu suất chăn nuôi được ước tính là từ 500 đến 1,500 FTU trên kg thức ăn. Số lượng các bài báo được công bố về phytase liều cao đang tăng lên (hình 4-số liệu thống kê từ PubMed). Do đó, việc sử dụng phytase liều cao sẽ giúp tiết kiệm chi phí thức ăn bằng cách giảm bổ sung canxi phốt-phát đồng thời cũng cải thiện hiệu quả của các chất dinh dưỡng sẵn có trong nguyên liệu đã được biết đến rộng rãi.

Gần đây đã có rất nhiều nghiên cứu cho thấy việc bổ sung phytase liều cao trong khẩu phần hạn chế phốt pho vẫn cho thấy hiệu quả tăng trọng tốt hơn (Bảng 1). Do đó, những cải thiện về hiệu suất chăn nuôi với việc bổ sung phytase liều cao có thể liên quan đến việc tăng dị hóa phytate giải phóng khoáng sẵn có trong nguyên liệu đặc biệt là phốt pho, tăng khảng năng cung cấp dinh dưỡng khả dụng, và tăng hiệu suất sử dụng myo-inositol sẵn có trong nguyên liệu thức ăn cho sự phát triển của vật nuôi.

Tầm quan trọng của inositol

Myo-inositol (Inositol) là một loại đường dạng vòng có công thức gần giống với glucose, tham gia vào nhiều quá trình sinh lý: (1) có đặc tính và chức năng trao đổi chất tương tự insulin, (2) kích thích sự chuyển dịch GLUT4 (chất vận chuyển glucose nhạy cảm với insulin chính ở động vật có vú) sang màng plasma. Điều này cho thấy rằng nó có thể điều chỉnh sự vận chuyển glucose, gluconeogenesis và sự lắng đọng protein ở động vật có vú (Dang et al., 2010; Yamashita et al., 2013).

Myo-inositol có cấu trúc cơ bản với họ phosphoinositide của lipit, nằm ở các màng trong cơ thể. Phosphoinositide được sử dụng như một nguồn dẫn xuất thấp hơn của các inositol có liên quan đến việc truyền tín hiệu thứ cấp trong tế bào của canxi và insulin (Fisher và cộng sự, 2002; Raboy, 2003; Croze và Soulage, 2013).

Huber và cộng sự.(2017) chỉ ra ràng có mối tương quan tích cực đã được tìm thấy giữa khẩu phần ăn có bổ sung myo-inositol với nồng độ serotonin và dopamine trong huyết thanh trên gà thịt 21 ngày tuổi. Serotonin là chất dẫn truyền thần kinh liên quan đến sự điều tiết giấc ngủ, hành vi và tính thèm ăn (Peter và cộng sự., 2007; Le Floc’h và Seve, 2007). Nồng độ serotonin và dopamine cao giúp giảm hiện tượng cắn mổ lông (van Hierden và công sự., 2002; 2004) và sự hung hăng (Dennis).Thêm vào đó, Cowieson và cộng sự. (2013)cũng đã báo cáo việc bổ sung myo-inositol theo đường uống đã giúp cải thiện hiệu suất của gà thịt.

Do đó, enzyme phytase liều cao có thể dẫn đến tăng khả năng sử dụng các dẫn xuất thấp hơn của myo-inositol, giúp giảm thiểu nhu cầu tổng hợp chúng và tiết kiệm năng lượng được sử dụng trong quá trình tổng hợp, vật nuôi có thể sử dụng nguồn năng lượng này cho sự tăng trưởng. Phytase liều cao giúp tăng cường cung cấp dinh dưỡng khả dụng như đã đề cập trước đây, có thể những cải thiện nhỏ được quan sát thấy ở lợn choai đến xuất chuồng là do các cơ chế riêng biệt như giải phóng myo-inositol (Holloway et al., 2016).

Kết luận

Enzyme phytase liều cao “super-dosing” giúp tăng khả năng tiêu hóa thức ăn, hiệu quả sử dụng năng lượng, tăng giải phóng myo-inositol, tăng sinh khả dụng  khoáng, tăng hệ số tiêu hóa axit amin tiêu hóa. Khi hiệu quả sử dụng enzyme phytase liều cao trở nên rõ ràng hơn thì tầm quan trọng của việc lựa chọn các sản phẩm enzyme phytase chất lượng cao cần được quan tâm nhằm tối ưu hiệu quả chăn nuôi. CJ Youtell sẽ cung cấp các sản phẩm enzyme chất lượng cao và giải pháp kỹ thuật hỗ trợ khách, giúp nhà chăn nuôi tối ưu hóa hiệu suất chăn nuôi.

Tài liệu tham khảo

Babatunde, O. O., Cowieson, A. J., Wilson, J. W., & Adeola, O. (2019). Influence of age and duration of feeding low-phosphorus diet on phytase efficacy in broiler chickens during the starter phase. Poultry science, 98(6), 2588-2597.

Beaulieu, A. D., Bedford, M. R., & Patience, J. F. (2007). Supplementing corn or corn-barley diets with an E. coli derived phytase decreases total and soluble P output by weanling and growing pigs. Canadian journal of animal science, 87(3), 353-364.

Broomhead, J. N., Lessard, P. A., Raab, R. M., & Lanahan, M. B. (2019). Effects of feeding corn-expressed phytase on the live performance, bone characteristics, and phosphorus digestibility of nursery pigs. Journal of animal science, 97(3), 1254-1261.

Croze, M. L., & Soulage, C. O. (2013). Potential role and therapeutic interests of myo-inositol in metabolic diseases. Biochimie, 95(10), 1811-1827.

Cowieson, A. J., Acamovic, T., & Bedford, M. R. (2006). Phytic acid and phytase: implications for protein utilization by poultry. Poultry Science, 85(5), 878-885.

Cowieson, A. J., Bedford, M. R., Selle, P. H., & Ravindran, V. (2009). Phytate and microbial phytase: implications for endogenous nitrogen losses and nutrient availability. World’s poultry science journal, 65(3), 401-418.

Cowieson, A. J., Wilcock, P., & Bedford, M. R. (2011). Super-dosing effects of phytase in poultry and other monogastrics. World’s Poultry Science Journal, 67(2), 225-236.

Fisher, S. K., Novak, J. E., & Agranoff, B. W. (2002). Inositol and higher inositol phosphates in neural tissues: homeostasis, metabolism and functional significance. Journal of neurochemistry, 82(4), 736-754.

Gourley, K. M., Woodworth, J. C., DeRouchey, J. M., Dritz, S. S., Tokach, M. D., & Goodband, R. D. (2018). Effect of high doses of Natuphos E 5,000 G phytase on growth performance of nursery pigs. Journal of animal science, 96(2), 570-578.

Holloway, C. L., Boyd, R. D., Walk, C. L., & Patience, J. F. (2016). 238 Impact of super-dosing phytase in diets fed to 40 kg, 60 kg and 80 kg pigs on phytate catabolism. Journal of Animal Science, 94(suppl_2), 112-113.

Joshi-Saha, A., & Reddy, K. S. (2015). Repeat length variation in the 5ʹUTR of myo-inositol monophosphatase gene is related to phytic acid content and contributes to drought tolerance in chickpea (Cicer arietinum L.). Journal of experimental botany, 66(19), 5683-5690.

….