chuong4 protein và acid amin trong thức ăn thủy sản

47 C R1 COO - NH 2 + H CHƯƠNG IV PROTEIN VÀ ACID AMIN TRONG THỨC ĂN THỦY SẢN IV.1. TỔNG QUÁT VỀ PROTEIN VÀ ACID AMIN Protein là thành phần quan trọng của thức ăn cả về đònh tính và đònh lượng. Do protein là vật liệu cần cho cơ thể phát triển, đồng thời cũng tham gia cấu tạo các thành phần enzyme, ảnh hưởng đến hoạt động sống của sinh vật. Ngoài ra, khác với các động vật trên cạn, protein thức ăn còn là nguồn cung cấp năng lượng hiệu quả cho các hoạt động sống của động vật thủy sản. Cần lưu ý protein là thành phần dưỡng chất trong thức ăn có giá cao nhất và tương đối khó thay thế nhất, so với các thành phần khác của thức ăn. Protein là hợp chất hữu cơ cấu tạo bởi các đơn vò acid amin, có trọng lượng phân tử rất lớn. Protein cấu tạo từ bốn nguyên tố hóa học C,H,O,N với tỉ lệ Carbon: 51-55%; Hydrogen: 6,5-7.3%; Oxygen: 21,5-23,5% và đặc biệt Nitrogen có tỉ lệ ít thay đổi khoảng 16%. Ngoài ra, còn một lượng nhỏ lưu huỳnh (0,5-2%) và Phosphorus (0,5-1,5%) trong cấu tạo của protein. Để đònh lượng protein trong thức ăn, thông thường Nitrogen tổng số được xác đònh bằng phương pháp Kjeldahl. Hàm lượng protein được suy tính bằng cách nhân hàm lượng Nitrogen tổng cộng với hệ số 6,25 (16% nitrogen trong protein) với giả sử tất cả nitrogen trong thức ăn đều cấu tạo nên protein. Do đó, giá trò đònh lượng protein trong thức ăn bằng phương pháp Kjeldahl chỉ có giá trò tương đối và được gọi tên là protein thô (crude protein). Thực ra, thức ăn còn chứa tỉ lệ nhỏ nitrogen như: urea, ammonia, TMO. Đó là đạm phi proteins (NPN: non protein nitrogen). Đối với thú độc vò và các loài thủy sản đạm phi protein không có giá trò dinh dưỡng. Giá trò ảnh hưởng của NPN trong thức ăn rất hạn chế, không thể so sánh với protein. Thuật ngữ đạm trong thức ăn không nói lên vai trò dinh dưỡng của chúng. Do đo,ù trong chương này và các chương khác, từ protein chỉ thành phần dinh dưỡng hữu ích trong thức ăn. Còn đạm thức ăn sẽ bao gồm protein và đạm phi protein. Acid amin (AA) được cấu tạo từ nhóm gốc amin (NH 2 ) và nhóm carboxyl (-COOH). AA được tạo thành từ sự thủy phân protein. Hầu hết AA trong thiên nhiên đều chứa một gốc amin gắn vào phân tử carbon Hình IV.1. Công thức một acid amin 48 kế cận nhóm carboxyl, tượng trưng bằng công thức: (hình IV.1) Gốc R thay đổi tùy theo loại AA. Gốc R đơn giản như hygrogen trong glycine, hay phức tạp hơn, như nhóm phenyl trong phenylalanine. Thành phần 20 AA chủ yếu được sắp xếp theo cấu trúc gốc R. Trong cơ thể sinh vật các AA thường hoặc ở dạng tự do hay liên kết trong các phân tử protein, dưới dạng các chuỗi polypeptide. Các AA tự do trong cơ thể sinh vật có ba nguồn gốc: (1) Được hấp thụ từ màng ruột sau khi các protein bò thủy phân trong ống tiêu hóa; (2) Sinh tổng hợp trong cơ thể sinh vật; (3) Sự thủy phân các protein cơ thể. Vai trò các AA tự do:  Sinh tổng hợp protein cơ thể và các thành phần khác có chứa nitrogen như acid nhân, amins, peptide và các hormon.  Cung cấp nguồn carbon cho quá trình biến dưỡng trung gian trong cơ thể sinh vật.  Oxy hóa để cung cấp năng lượng. Mặc dầu trên 100 AA được thủy phân từ vật liệu sinh học, chỉ có 25 AA được xem là thành phần chính của protein thức ăn. Trong đó, 20 AA phổ biến nhất trong cấu tạo protein sinh vật. Một AA hòa tan trong nước, có thể kết hợp với một AA khác bằng cách: mất đi một phân tử nước và tạo nên một Dipeptide nối với nhau bằng nối Peptide. Khi trên 10 AA nối với nhau, sẽ tạo thành Oligopeptide. Khi rất nhiều AA nối nhau sẽ tạo nên Polypeptide. Protein là cấu trúc của các chuỗi Polypeptide xếp nhau theo cấu trúc không gian ba chiều. Hình IV. 2. Cấu trúc một phân tử protein (Nguồn: Wikipedia, the free encyclopedia) IV.2. SỰ TIÊU HÓA PROTEIN THỨC ĂN Người ta tìm thấy Enzyme thủy phân protein thức ăn trong dạ dày, tụy tạng và lớp tuyến ở thành ruột của các loài cá, tôm. Những enzyme này được thành lập từ các tiền chất. Do đó, nguy cơ tự phân hủy các mô sản sinh ra các enzyme này không thể xảy ra. Enzyme proteinase phân cắt các chuỗi polypeptide của protein. Tùy thuộc vào vò trí nối peptides ở đầu hay ở giữa các phân tử, người ta chia ra 2 loại: Endopeptidase hay Exopeptidase. Endopeptidase thủy phân protein và các chuỗi polypeptides dài, thành các polypeptides ngắn hơn. Endopeptidase quan trọng trong hệ thống tiêu hóa của cá. Enzyme này gồm pepsin được tạo ra từ các zymogen Pepsinogen trong các màng 49 nhầy (mucosa) dạ dày. Pepsinogen chuyển thành pepsin khi pH thấp, do HCl tiết ra từ các tuyến tiết ở dạ dày. Một Endopeptidase khác là Trypsin được sản sinh từ zymogen Trypsinogen (chất tiết ra từ tụy tạng) và được biến thành Trypsin dưới tác dụng của enterokinase, hay được hoạt hóa bởi chính trypsin của nó. Chymotrypsin cũng thuộc nhóm này cùng với Cathepsin và Elastase. Exopeptidase thủy phân các polypeptide, tạo sản phẩm cuối cùng là các AA. Tùy enzyme, phân cắt protein ở đầu carboxyl hay đầu amin người ta phân biệt hai enzyme. Carboxypeptidase hay Aminopeptidase. Carboxypeptidase phân cắt nối peptide từ đầu carboxyl của chuỗi polypeptide, tuần tự từ AA này đến AA khác. Trong khi, Aminopeptidase phân cắt các AA tuần tự từ đầu amin của chuỗi polypeptides. Carboxypeptidase và Aminopeptidase được tiết ra từ các tế bào tiết, ở lớp mucosa trong thành ruột. Hai enzyme tiêu hóa này hoàn tất quá trình tiêu hóa protein. Những AA giải phóng (do sự thủy phân protein trong ống tiêu hóa) được hấp thụ qua thành ruột vào hệ thống mao mạch. Nơi đây, các AA có thể được sử dụng tổng hợp nên các protein mới hay được biến dưỡng tạo năng lượng. IV.2.1. Hoạt lực của enzyme thủy phân protein thức ăn Hoạt lực của các enzyme thủy phân ở cá và các loài động vật khác thay đổi do nhiều yếu tố: tuổi cá, giống loài, pH dạ dày, thành phần thức ăn, vận tốc thức ăn đi qua ống tiêu hóa và các yếu tố môi trường Chương này chỉ trình bày một số yếu tố chính. IV.2.1.1. Tuổi cá và thời gian phát sinh cá thể Đa số các loài cá sau khi nở, mô tiết trong ống tiêu hóa chưa phát triển đầy đủ và chức năng tiết enzyme chưa hoàn chỉnh. Do đó, hoạt động của các protease lúc này rất thấp so với cá trưởng thành. Thực nghiệm trên cá chép (cá không có dạ dày) cho thấy: 14 ngày sau khi cá bắt đầu ăn, hoạt lực protease tăng lên gấp 5 lần, so với khi cá ăn thức ăn bên ngoài (Bảng IV.1). Bảng IV.1. Hoạt lực enzyme thủy phân protein ở ruột cá chép Tuổi (ngày) Thời gian từ lúc bắt đầu cho ăn Trọng lượng (mg) Hoạt lực alkaline protease (g/g) 8 17 22 5 14 19 10,5 57,0 114,0 42 219 266 Đối với các loài cá có dạ dày như trê phi (Clarias gariepinus) khi cá bột bắt đầu ăn thức ăn bên ngoài, dạ dày vẫn chưa hoàn thiện. Ống tiêu hóa lúc này chỉ là một túi ống (chưa phân biệt giữa dạ dày và ruột. pH trong ống tiêu hóa vẫn chưa hạ thấp, nên tác dụng thủy phân của các pepsin chưa phát huy tác dụng. Trong khi đó, kỹ thuật mô hóa học cho thấy: tế bào tụy tạng bắt đầu tiết các zymogen ngay khi cá bắt đầu ăn. Như thế, dầu tụy tạng có hoàn thiện sớm, nhưng ở cá trê, phi dạ dày vẫn 50 chưa hoạt động hiệu quả, nên tác dụng tiêu hóa protein ở cá bột, giai đoạn này còn hạn chế. Để khắc phục sự hạn chế tiêu hóa protein này, cá bột trong ngày đầu ăn thức ăn, sử dụng enzyme tiêu hóa lấy từ thức ăn tự nhiên. Do đó, thức ăn nhân tạo dù có thành phần dinh dưỡng tối ưu về dưỡng chất vẫn không thể thay thế hoàn toàn thức ăn tự nhiên ti sống như Artemia, Moina, Rotifer trong ương nuôi ấu trùng các loài thủy sản. Ấu trùng dùng thức ăn nhân tạo có tỉ lệ sống và trọng lượng thấp hơn khi cho ăn thức ăn tươi sống. Tỉ lệ sống của cá bột tại thời điểm chuyển từ thức ăn tươi sống sang thức ăn nhân tạo, thay đổi tùy thuộc vào giống loài cá. Thông thường, những loài cá nước ngọt có thời gian chuyển tiếp từ 3 ngày đến 7 ngày. Cá biển có thời gian chuyển tiếp dài hơn 7-10 ngày. Cá biệt, có trường hợp đến 2 tuần lễ như cá bơn Đại Tây Dương (Pleuronectes platessa). Ấu trùng có kích thước càng nhỏ thì thời gian chuyển tiếp càng lâu hơn, do mức độ hoàn thiện của cơ quan tiêu hóa ban đầu, thấp hơn so với cá có kích thước lớn. Thí dụ trên cá basa (Pangasius bocourti), thức ăn nhân tạo có thể thay thế Artemia sau 3 ngày cho cá ăn Artemia (Hình IV.3). Khi đó dạ dày cá đã phát triển hoàn chỉnh như: van hạ vò phân cách giữa dạ dày và ruột đã thấy rõ, pH dạ dày cá hạ thấp xuống 3,3 sau khi cá ăn. 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 Art Số ngày ăn Artemia nauplii Trọng lượng 0 20 40 60 80 100 Tỉ lệ sống Trọng lượng Tỉ lệ sống Hình IV.3. Ảnh hưởng của thời gian cá basa ăn Artemia, trước khi chuyển sang thức ăn nhân tạo. Trọng lượng và tỉ lệ sống của cá bột sau 11 ngày nuôi bằng thức ăn Artemia và sau đó thay thế bằng thức ăn nhân tạo. (Hung L.T. và ctv., 2002) Dabrowski (1984, 1986) dựa vào sự phát sinh hệ thống tiêu hóa, đã chia loài cá ra 3 nhóm. Nhóm một: hoàn toàn không có dạ dày trong suốt quá trình phát triển cá thể, như các loài cá bộ Cypriniformes: cá chép, mè trắng, rô, hu Nhóm hai: gồm những loài dạ dày chưa phát triển ở giai đoạn phát triển ban đầu, dạ dày sẽ phát triển dần dần và hoàn thiện từ 3-10 ngày tùy loài. Cá trê (Clarias) và cá basa được xếp vào nhóm này. Nhóm thứ ba: gồm các loài cá hồi, có dạ dày phát triển ngay từ khi cá bắt đầu ăn thức ăn. 51 IV.2.1.2. Thành phần thức ăn và giống loài cá Hoạt lực thủy phân protein của các enzyme tiêu hóa lệ thuộc vào thành phần thức ăn của cá. Thức ăn nhiều protein và chứa ít cellulose, có tác dụng làm tăng hoạt tính enzyme Trypsin và Pepsin trong ống tiêu hóa cá hồi (Salmo gairdneri) và ngược lại. Thí nghiệm trên cá phi (O. niloticus): thức ăn chứa nhiều tinh bột, có tác dụng hạn chế hoạt tính của enzyme tiêu hóa trypsin và chymotrypsin. Hoạt tính enzyme tiêu hóa còn thay đổi theo trò số pH, như ở cá trê phi (Clarias gariepinus), pH tối ưu cho pepsin hoạt động là 3,0. Chymotrysin và Trysin lần lượt là 8,2 và 7,8. Các loài cá có tính ăn khác nhau, hoạt lực enzyme tiêu hóa khác nhau. Cá ăn động vật có hoạt lực enzyme tiêu hóa protein mạnh hơn cá ăn thực vật (Bảng IV.2). Bảng IV.2. So sánh hoạt lực protease amylase của cá chép, cá hồi và cá chình (100% là hoạt lực dùng làm nền để so sánh). Loài cá Trọng lượng cá (g) Protease (%) Amylase (%) Cyprinus carpio Salmo gairdneri Anguilla japonica 191 171 177 48 100 130 100 12 1 IV.2.2. Sự biến dưỡng protein Sau khi protein thức ăn được tiêu hóa, các acid amin (AA) tiếp tục được biến dưỡng, để giúp cơ thể tăng trưởng (như chức năng chủ yếu của protein) hoặc tạo năng lượng (là chức năng cũng không kém quan trọng trong động vật thủy sản). Giống như động vật trên cạn, lượng AA trong cơ thể động vật thủy sản không cố đònh, mà luôn cân bằng động giữa quá trình sinh tổng hợp và phân hủy protein, diễn ra liên tục trong cơ thể sinh vật. Sự biến dưỡng protein: từ AA thủy phân (trong thức ăn) đến kho AA tự do trong huyết tương, tới lượng protein trong cơ thể, hay qua quá trình oxy hóa tạo năng lượng hoặc sự tổng hợp các hợp chất chứa nitơ khác Tất cả được trình bày tổng quát trong hình IV.4. AA trong thức ăn Tiêu hóa Hấp thụ Tổng hợp Khokho Phân giải NH 2 Oxy hóa Ammonia CO 2 Kho AA tự do trong cơ thể Protein trong cơ thể Các thành phần chứa nitơ khác Các AA không thiết yếu Hình IV.4. Sơ đồ biến dưỡng protein trên các loài cá (Guillaume và ctv., 1999) 52 IV.2.2.1. Sinh tổng hợp protein và sự tích lũy protein cơ thể Protein thức ăn được thủy phân bởi các Endopeptidase và Exopeptidase, tạo ra các acid amin và được hấp thụ qua màng ruột vào hệ mạch máu. Các AA tự do có thể theo một trong hai con đường biến dưỡng: (1) sinh tổng hợp tạo các protein mới cho cơ thể như hormone, enzyme hay các mô mới để thay thế phần mô già cỗi; (2) sự dò dưỡng với việc khử gốc amin, tạo ra bộ khung carbon có thể được sử dụng cho quá trình tạo năng lượng hay lipid hóa. Biến dưỡng protein diễn ra ở nhiều cơ quan của cá. Gan và cơ là hai cơ quan quan trọng liên quan đến sự biến dưỡng protein. Ngoài ra, các cơ quan khác như: cơ đỏ, cơ trắng, mang cá, lớp mucosa ruột, cũng tham gia vào quá trình biến dưỡng này. Bằng phương pháp đo lưu lượng acid amin chảy qua các cơ quan này, tốc độ tổng hợp protein được tính cho từng cơ quan. Tốc độ này giảm dần theo thứ tự như sau: gan > mang cá > ống tiêu hóa > cơ đỏ > cơ trắng (Bảng IV.3). Bảng IV.3. Tốc độ tổng hợp protein (%/ngày) trong các cơ quan khác nhau khi cá cho ăn ở mức thấp nhất và cao nhất và hiệu suất tổng hợp protein Cơ quan Tốc độ tổng hợp protein Hiệu suất tổng hợp protein Gan Mang cá Ống tiêu hóa Dạ dày Cơ đỏ Cơ trắng 5,3 – 20,0 2,4 – 23,0 1,3 – 21,2 7,8 – 18,3 0,3 – 7,7 0,1 – 1,3 5 - 8 - - 70 (Guillaume và ctv., 1999) Gan và mang cá, mặc dầu có tốc độ tổng hợp protein cao hơn cơ, nhưng do khối lượng cơ rất lớn, so với hai cơ quan trên, nên hiệu suất tổng hợp protein của cơ vẫn chiếm ưu thế hơn. Ở loài cá, 50-70% protein được tổng hợp trong các cơ trắng, so với 20-40% trên các loài hữu nhũ. Nguồn acid amin được dùng cho sự tổng hợp hormone và enzyme, chủ yếu lấy từ nguồn acid amin thức ăn, hơn là từ nguồn protein tích lũy trong cơ thể. Do đó, cá lệ thuộc rất nhiều vào nguồn thức ăn, để đổi mới protein cơ thể. Cá cũng như các động vật trên cạn, sinh tổng hợp protein được điều khiển bởi insulin, hormone tăng trưởng và androgen. Sự gia tăng hàm lượng acid amin sau bữa ăn như tác nhân kích thích sự tiết insulin vào máu, giúp gia tăng sự tổng hợp protein và tích lũy protein ở cơ và các cơ quan của cá. IV.2.2.2. Sinh tổng hợp các hợp chất hữu cơ chứa nitơ không là protein (NPN) Acid amin có thể được dùng làm tiền chất để tạo ra một loạt hợp chất hữu cơ chứa nitơ trong cơ thể sinh vật (Bảng IV.4). Ở cá, sự sản sinh các chất NPN rất khó đònh lượng như sự sản sinh: các hormone, các baz purine, creatine Các nghiên cứu về quá trình tổng hợp NPN còn chưa được nghiên cứu nhiều trên cá. Tuy nhiên, sự 53 tổng hợp taurine và trimethylamine (hai chất tham gia vào quá trình điều chỉnh thẩm thấu trên các loài cá) đã được nghiên cứu nhiều. Bảng IV.4. Các sản phẩm NPN được hình thành từ các AA Acid amin Sản phẩm tạo thành Aspartic acid Alanine Arginine Glutamine Glycine Histidine Leucine Lysine Methionine/cysteine Phenylalanine/tyrosine Serine Tryptophan Pyrimidine Dopamine Creatine, spermine Purine, pyrimidine Creatine, purine, porphyrine Histamine Polyamine, spermine Carnitine Taurine, choline, creatine, polyamine, glutathion Catecholamine, hormone tuyến giáp Choline, ethanolamine, trimethylamine Serotonine, niacin IV.2.2.3. Oxy hóa các acid amin Động vật thủy sinh có quá trình dò dưỡng protein khác với động vật trên cạn. Chúng oxy hóa một lượng lớn AA để tạo năng lượng. Sản phẩm sau cùng của sự oxy hóa các AA là ammonia, thay vì urea hay uric acid như các động vật hữu nhũ và gia cầm trên cạn. Sự dò hóùa các AA bắt đầu bằng phản ứng khử amin, trong đó nitrogen cũng như lưu huỳnh và Iod được lấy đi. Trên cá có nhiều phương thức khử amin, nhưng con đường phổ biến nhất và thường diễn ra là phản ứng chuyển amin (Transamination) kết hợp với phản ứng khử amin bằng oxy hóa (Oxydative deamination).  Phương thức chuyển amin Hai phản ứng diễn ra hỗ tương nhau. Trong phương thức này phản ứng chuyển gốc amin với -ketoglutaric acid để tạo thành glutamate và -ketoacid. Phản ứng được xúc tác bởi các transaminase chuyên biệt cho từng loại acid amin. Bước kế tiếp là phản ứng khử amin oxy hóa glutamate, để tạo thành -ketoglutaric, với xúc tác là enzyme glutamate dehydronase. Phản ứng này thường đi đôi với chuỗi phản ứng NAD và NADH. Sơ đồ tóm tắt phương thức oxy hóa AA bằng phản ứng chuyển và khử amin như sau: transaminase Transamination AA + -ketoglutaric -keto acid + glutamate Oxytive Glutamate dehydrogenase desamination Glatamate + NAD + H 2 O -ketoglutaric + NADH + NH 3 Transdesamination AA + NAD + H 2 O -keto acid + NADH + NH 3 54 -ketoglutaric được tạo thành trong phản ứng oxydative desamination sẽ trở lại tham gia phản ứng chuyển amin. Như vậy phản ứng khử amin sẽ cho ra bộ khung carbon với -keto acid và ammonia. Hình IV.5. Sơ đồ khử amin bằng phản ứng Transamination của Glutamine (acid amin không thiết yếu) Phần lớn AA thuộc nhóm glucogenic như: Alanine, Glycine, Histidine sau khi khử amin còn lại, bộ khung carbon sẽ đi vào chu trình Tricarboxylic acid (TCA) để tạo năng lượng. Trong khi đó một số AA còn lại thuộc nhóm ketogenic như Leucine, Isoleucine sau khi khử amin sẽ tạo nên các chất biến dưỡng trung gian, gần với nhóm biến dưỡng acid béo, hơn là nhóm biến dưỡng carbohydrate như: acetate, acetoacetate, acetone. Sau cùng, acetyl- CoA được sử dụng để sinh tổng hợp các acid béo, hay vào chu trình TCA (citric acid) để tạo năng lượng. Sơ đồ chuyển hóa các AA vào chu trình TCA, được trình bày trong hình IV.6 kế bên. Sự khử amin diễn ra chủ yếu tại ba cơ quan như: gan, thận, và mang cá, và ở một số cơ quan khác, nhưng mức độ không đáng kể, bởi vì người ta đã ly trích được enzyme glutamate dehydrogenase ở nhiều cơ quan khác nhau. Hình IV.6. Sơ đồ biến dưỡng của protein, lipid và carbohydrate sản sinh năng lượng thức ăn. (De Silva & Anderson, 1995)  Khử amin bằng phản ứng oxy hóa Sản phẩm của sự oxy hóa các acid amin là các keto-acid. Các keto-acid này 55 vào chu trình Krebs để giải phóng năng lượng. Còn gốc NH 3 được cá thải bỏ qua mang, và nước tiểu. Cá có cơ chế thải bỏ rất hiệu quả các sản phẩm oxy hóa protein, nên không gây độc hại cho hoạt động sống. Trái lại, những động vật trên cạn có khó khăn trong việc loại bỏ sản phẩm oxy hóa protein, vì NH 3 tích lũy trong cơ thể, dẫn đến ngộ độc. CH 3 -CH-COOH + [O] > CH 3 -CH-COOH + NH 3 NH 2 0 Alanine Pyruvic acid IV.2.2.4. Bài tiết ammonia Ammonia là sản phẩm cuối cùng của quá trình dò dưỡng các acid amin. Chúng hiện diện dưới dạng phân tử NH 3 (un-ionized) rất độc cho cơ thể, nhưng trong điều kiện sinh lý bình thường, 99% ammonia hiện diện trong cơ thể dưới dạng ion, ít độc hơn NH 4 + . Hầu hết cá và động vật thủy sản đều bài tiết ammonia trực tiếp vào môi trường nước, nên chúng được xếp vào nhóm ammoniotelic (bài tiết ammonia). Các động vật trên cạn có cơ chế riêng, biến ammonia thành urea và uric acid. Nhóm động vật này được xếp vào nhóm ureotelic (bài tiết urea). Ở động vật hữu nhũ, ammonia sản sinh từ phản ứng khử amin, tiếp tục vào chu trình biến đổi urea hay Ornithine cycle (xem chi tiết chu trình này trong các giáo trình sinh hóa) để chuyển ammonia sang dạng urea không độc và thải loại qua nước tiểu. Chu trình Ornithine cần 3 đơn vò ATP, để chuyển đổi phân tử ammonia, như phản ứng sau: 2 Ammonia + Carbon dioxide + 3ATP > Urea + Nước + 3 ADP Cá và động vật thủy sinh cũng có cơ chế biến đổi ammonia thành urea, nhưng hoạt động ít hiệu quả hơn động vật trên cạn, vì chúng có khả năng thải loại trực tiếp. Chỉ riêng nhóm cá xương sụn và một số loài cá xương trong các hồ châu Phi, nơi môi trường sống rất kiềm, khả năng thải loại ammonia ra môi trường bò hạn chế. Do đó, cá bài tiết các dạng khác chứa nitrogen, thay vì ammonia. Mang cá là nơi thải loại đến 60-90% lượng ammonia cơ thể, kế đến là nước tiểu, phân và một phần nhỏ ammonia được thải qua lớp da. Ngoài ammonia, các hợp chất hữu cơ chứa nitrogen khác như: urea, uric acid, acid amin, trimethyl (TMA), trimethylamine oxide (TMAO), creatine và creatinine cũng được bài tiết chung với ammonia, nhưng chiếm tỉ lệ thấp hơn, chỉ khoảng 10-30%, tùy theo giống loài thủy sản. Ammonia được sản sinh chủ yếu tại gan (60-70%) và phần còn lại được tạo ra tại thận và cơ. Người ta ghi nhận ở cá hồi, sau bốn giờ được cho ăn, lượng ammonia tăng đáng kể, từ 8 lên 35 mgN/kg cá/giờ. Trong khi đó, lượng urea trong nước tiểu không thay đổi. Tỉ số giữa ammonia bài tiết và nitrogen trong thức ăn được ghi nhận tăng lên, khi lượng protein trong thức ăn tăng. Điều này cho thấy sự liên hệ trực tiếp giữa biến dưỡng protein trong thức ăn lấy vào và lượng ammonia bài tiết. Trong khi đó, sự bài tiết urea không quan hệ gì đến lượng protein ăn vào. 56 IV.3. NHU CẦU PROTEIN Trong dinh dưỡng học, câu hỏi luôn được đặt ra cho các nhà khoa học trả lời là: hàm lượng protein trong thức ăn cung cấp cho cá, tôm là bao nhiêu? Vì khi cho ăn thiếu, protein cá sẽ chậm tăng trưởng, các hoạt động sống khác như: sinh sản giảm và tỉ lệ chết sẽ tăng cao. Trái lại, cho ăn thức ăn chứa lượng protein quá cao sẽ rất lãng phí. Do đó, khái niệm nhu cầu protein được đặt ra và đã có rất nhiều tranh luận về nhu cầu protein. Sau đây là đònh nghóa về nhu cầu này, của hội đồng khoa học quốc gia Mỹ (NRC, 1993) “Nhu cầu protein là lượng protein tối thiểu có trong thức ăn, nhằm thỏa mãn yêu cầu các acid amin để đạt tăng trưởng tối đa”. Trong thực tiễn sản xuất, người ta thường nói nhu cầu protein của một loài cá là 35% protein. Điều đó, có nghóa trong 100g thức ăn chứa 35g protein. Khái niệm này cũng chưa đủ và khiếm diện, vì chỉ nói lên tính chất thức ăn mà không đề cập đến tính chất của con cá. Khi lượng thức ăn cho cá ăn khác nhau, thì lượng protein cá lấy vào sẽ khác nhau. Ví dụ, khi cho cá ăn tối đa, hay cho ăn giới hạn theo khẩu phần ăn hàng ngày 2% hay 5%, lượng protein cá lấy vào sẽ khác nhau. Vì những lý do trên, người ta đưa ra khái niệm: - Nhu cầu protein tương đối là mức % protein có trong thức ăn. - Nhu cầu protein tuyệt đối được đònh nghóa như lượng protein cá lấy vào từ thức ăn trên một đơn vò thể trọng cá (g protein trong thức ăn trên kg cá). Nhu cầu protein tương đối: thích hợp cho nhà sản xuất thức ăn trong việc phối trộn và pha chế thức ăn. Nhu cầu này thường được dùng phổ biến trong thực tiễn sản xuất. Tuy nhiên, đối với nhà nghiên cứu, khái niệm protein tương đối không nói lên được điều gì. Nhu cầu protein tương đối chính là lượng protein mà cá lấy vào, bằng tích số nhu cầu protein tuyệt đối với khẩu phần ăn hàng ngày. Ví dụ cá có nhu cầu tuyệt đối là 30% protein, với khẩu phần ăn hàng ngày 5%, như vậy nhu cầu cá tương đối protein là 15 g/kg/ngày. Ngoài nhu cầu tương đối và tuyệt đối, trong dinh dưỡng còn khái niệm nhu cầu protein cho duy trì và tăng trưởng. Do đó, khi nói nhu cầu protein của cá, thường người ta ám chỉ nhu cầu protein tương đối cho sự tăng trưởng, hoặc nếu chi tiết hơn là nhu cầu tuyệt đối protein cho tăng trưởng. Nhu cầu protein thường xác đònh trên các loài cá giống (10-40g). Rất ít khi xác đònh trên cá lớn, vì như thế, sẽ khó hơn lúc tiến hành đo đếm thí nghiệm. Đến nay, người ta đã xác đònh được nhu cầu protein của trên 30 giống loài cá, và 10 giống loài tôm. Các loài cá thường có nhu cầu protein rất cao so với gia súc và gia cầm. Thật vậy, nhu cầu protein của cá dao động trong 24-54% của thức ăn, trung bình là 30%. So với các loài gia súc, gia cầm, nhu cầu protein của cá hồi gần gấp 3 lần nhu cầu protein của heo và gà. Giải thích vì sao, nhu cầu protein của cá cao hơn các loài gia súc gia cầm, người ta ghi nhận: [...]... và protein có một tác động qua lại, ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và hiệu quả sử dụng protein Tác động hỗ tương giữa protein và năng lượng trên tăng trưởng, là do tác động chia sẻ nhu cầu protein của năng lượng thức ăn Tỉ lệ giữa năng lượng và protein thức ăn được sử dụng, để nói lên quan hệ này và được đònh nghóa: Tỉ lệ năng lượng /protein (E/P) = Năng lượng trong thức ăn (KJ hay Kcal) Protein thô trong. .. dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau, để làm giảm nhu cầu protein trong thức ăn Do khả năng sử dụng năng lượng trong thức ăn khác nhau tùy giống loài cá và tùy loại thức ăn, cần thận trọng trong việc sử dụng các nguồn năng lượng thức ăn khác nhau Nếu sử dụng hợp lý nguồn năng lượng thức ăn, sẽ tiết giảm rất nhiều protein Trường hợp ngược lại, sẽ lãng phí nguồn năng lượng trong thức ăn và thậm chí còn... trọng trong việc sử dụng các nguồn năng lượng thức ăn khác nhau Nếu sử dụng hợp lý nguồn năng lượng thức ăn, sẽ tiết giảm rất nhiều protein Trường hợp ngược lại, sẽ lãng phí nguồn năng lượng trong thức ăn và thậm chí còn ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ và sử dụng protein trong thức ăn Trong mối quan hệ giữa nhu cầu protein và mức năng lượng của thức ăn, mỗi loài cá đều có một tỉ lệ thích ứng giữa protein. .. trong thức ăn (mg) 63 Năng lượng có thể được dùng là năng lượng thô, và năng lượng tiêu hóa Tỉ lệ protein trên năng lượng thức ăn cũng được dùng, với ý nghóa thức ăn chứa một năng lượng chỉ để đảm bảo nhu cầu của cá Tỉ lệ protein/ năng lượng(P/E) = Protein trong thức ăn (mg hay g) Năng lượng trong thức ăn (KJ hay Kcal) Bảng IV.7 Tỉ lệ tối ưu P/E cho tăng trưởng của một số loài cá theo NRC (1993) và một... sung acid amin này ít được quan tâm so với các acid amin khác IV.6.3 Cân đối nhu cầu acid amin thiết yếu và acid amin không thiết yếu Nhiều trường hợp thức ăn có chứa protein cao nhưng chưa hẳn giúp cá tăng trưởng tốt hơn thức ăn chứa hàm lượng protein thấp Thực vậy, nếu chỉ xét hàm lượng protein thức ăn thì chưa đủ vì cấu trúc acid amin thiết yếu của protein thức ăn đó, có cân đối với nhu cầu của 10 acid. .. tạo năng lượng giảm đáng kể Trái lại, ở những loài cá ăn động vật, khả năng thay thể protein thức ăn bằng các nguồn năng lượng thức ăn (đặc biệt là tinh bột và lipid) bò hạn chế Riêng cá hồi, có khả năng dùng lipid thay thế protein tạo năng lượng, nên hàm lượng protein thức ăn của cá giảm còn 36% (thay vì 40-42% đạm) và lipid có thể cao đến 30% IV.4 TỐI ƯU TỈ LỆ PROTEIN VÀ NĂNG LƯÏNG TRONG THỨC ĂN Năng... nếu nguồn năng lượng là chất béo, nhu cầu protein chỉ còn 3035% (Ogino C và Takeuchi T., 1976) Như vậy, nhu cầu protein lệ thuộc rất nhiều vào mức năng lïng trong thức ăn Thực tiễn sản xuất, nhà chăn nuôi có khuynh hướng sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau, để làm giảm nhu cầu protein trong thức ăn Do khả năng sử dụng năng lượng trong thức ăn khác nhau tùy giống loài cá và tùy loại thức ăn, cần thận... Trong thức ăn, acid amin liên kết trong các chuỗi polypeptide hay một phần, ở dạng các acid amin tự do Một số cơ thể sinh vật có thể sinh tổng hợp được một số acid amin từ các thành phần khác của thức ăn Một số loài động vật không có khả năng sinh tổng hợp một số acid amin và phải lệ thuộc vào nguồn cung cấp thức ăn Đó là các acid amin thiết yếu Sự thiếu hụt các acid amin này làm con vật tăng trưởng... các acid amin thiết yếu Lấy thí dụ thức ăn chứa 25% đạm thiếu lysine như trên Chúng ta biết: bột cá có tỉ lệ lysine khá cao (4-5%), nên khi tăng tỉ lệ sử dụng bột cá trong thức ăn, sẽ làm tăng hàm lượng lysine trong thức ăn Ví dụ bột cá từ 2% trong thức ăn lên 5-7% 75  Sử dụng các acid amin thiết yếu tinh khiết Trong sản xuất, nhà dinh dưỡng thường cân đối nhu cầu các acid amin thiết yếu bằng các acid. .. diễn giải: cá tra tăng trọng 1kg khi cho ăn 1,5 kg thức ăn Cá sẽ tăng trọng 2,38 kg khi cho ăn 1 kg protein thức ăn Cá tăng trọng 0,54 kg protein khi cho ăn 1 kg protein hay hiệu suất biến đổi protein của bột phế phẩm gia cầm là 54,75% Chỉ tiêu NPU thường được dùng để đánh giá hiệu quả sử dụng protein trong thức ăn NPU có khuynh hướng giảm theo sự gia tăng hàm lượng protein thức ăn Thực nghiệm trên . R1 COO - NH 2 + H CHƯƠNG IV PROTEIN VÀ ACID AMIN TRONG THỨC ĂN THỦY SẢN IV.1. TỔNG QUÁT VỀ PROTEIN VÀ ACID AMIN Protein là thành phần quan trọng của thức ăn cả về đònh tính và đònh lượng. Do protein là vật. phí nguồn năng lượng trong thức ăn và thậm chí còn ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ và sử dụng protein trong thức ăn. Trong mối quan hệ giữa nhu cầu protein và mức năng lượng của thức ăn, mỗi loài. phí nguồn năng lượng trong thức ăn và thậm chí còn ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ và sử dụng protein trong thức ăn. Trong mối quan hệ giữa nhu cầu protein và mức năng lượng của thức ăn, mỗi loài