Báo cáo nghiên cứu khoa học " ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC MỨC PROTEIN VÀ LOẠI ACID AMINE TRONG KHẨU PHẦN ĐẾN PHÁT XẠ MÙI TỪ PHÂN LỢN " potx

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 phm 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 khu 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 chun Châu âu (European Committee for Standardization - CEN standard 13725, 2003). Trong thí nghiệm thứ nhất giảm hàm lượng CP trong khu 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 khu 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 x ạ từ các cơ sở chăn nuôi lợn là một mối quan tâm quan trọng của công chúng, ng ười 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 khu phần đến phát xạ mùi từ phân lợn”. II. V ật liệu và phương pháp nghiên cứu Hai thí nghi ệm được tiến hành để đánh giá tác động của yếu tố nghiên cứu đến n ồng 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 nghi ệm thứ 2 ảnh hưởng của việc bổ sung các loại acid amine được nghiên c ứu. 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 nghi ệm thứ hai là 41,2 ± 0,8 kg. C ả hai thí nghiệm được thiết kế theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn theo khối, với 3 nghi ệm 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. L ợn được nuôi cá thể với mức cho ăn 2,8 lần nhu cầu năng lượng thuần duy trì (NE: 293 kJ/kg tr ọng 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. L ợn 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 nh ư 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 t ổng thể, ρ j là ảnh hưởng của khối, j = 1-6, α i là ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm (khNu ph ần) 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 khu 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 khu có hàm lượng protein khác nhau Nghiệm thức N ồng độ mùi (ou E m 3 ) Phát x ạ mùi (ou E /(s . m 2 ) Phát xạ mùi (% so v ới 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 khu phần đến phát xạ mùi từ phân lợn B ổ 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 khu phần bổ sung các loại acid amine khác nhau Nghiệm thức N ồng độ mùi (ou E m 3 ) Phát x ạ mùi (ou E /(s . m 2 ) Phát x ạ mùi (% so v ới đối ch ứng) 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) 138 được tạo ra, ngoại trừ trong trường hợp bệnh lý. Sự dư thừa các AA có chứa S sẽ được chuyển hóa đến pyruvate (từ Cys), succinyl CoA (từ Met), và SO 4 2- . Trong điều kiện bình thường, ước tính sơ bộ về cân bằng S là 65% được giữ lại trong cơ thể. Trong số còn lại khoảng 55 - 60% là được đào thải qua phân và 40 - 45% là được đào thải qua nước tiểu. Khoảng 80% hợp chất S trong nước tiểu là ở dạng sulfat và một lượng nhỏ ở dạng các hợp chất khác như mercaptolactate, mercaptoacetate, N-acetylcysteine, thiosulfate, thiocyanate, taurine (Shurson và cs 1998). Bổ sung hai lần nhu cầu của lợn các AA Trp và Tyr + Phe không làm tăng phát xạ mùi từ phân lợn. Có thể lượng dư thừa các AA Trp, Tyr và Phe đã được chuyển hóa sang mạch các bon để cung cấp năng lượng và nitơ ở dạng ure được đào thải qua nước tiểu. Nếu điều này xảy ra thì sự dư thừa các AA này chỉ làm nâng cao phát xạ ammonia chứ không nâng cao phát xạ mùi, bởi vì ammonia không phải là hợp chất mùi quan trọng (Oldenburg, 1989). IV. K ết luận và đề nghị T ừ hai thí nghiệm ta có thể kết luận rằng phát xạ mùi từ phân lợn có thể giảm thiểu bằng con đường dinh dưỡng. Có thể giảm phát xạ mùi từ phân lợn bằng cách giảm hàm lượng protein thô trong khNu phần. Phát xạ mùi của lợn bị ảnh hưởng rất lớn bởi sự dư thừa các AA có chứa S. Do vậy, cần phối hợp khNu phần chỉ vừa đủ nhu cầu của con vật về các AA có chứa S. Cần có các nghiên cứu thêm về mối quan hệ giữa các hợp chất mùi và phát xạ mùi và tác động của dinh dưỡng đến mối quan hệ này. TÀI LI ỆU THAM KHẢO 1. European Committee for Standardization - CEN standard 13725, Air Quality - Determination of Odour concentration by Dynamic Olfactometry. European Committee for Standardization. 2003, Brussels, Belgium. 2. Schiffman, S.S., J.L. Bennett, và J.H. Raymer, Quantification of odors and odorants from swine operations in North Carolina. Agricultural and Forest Meteorology. 108(3) (2001) 213-240. 3. Le, P.D., A.J.A. Aarnink , N.W.M. Ogink, P.M. Becker, và M.W.A. Verstegen, Odour from animal production facilities: its relation to diet. Nutrition Research Reviews. 18(1) (2005) 3-30. 4. Mackie, R.I., P.G. Stroot, và V.H. Varel, Biochemical identification and biological origin of key odour components in livestock waste. Journal of Animal Science. 76(5) (1998) 1331-1342. 139 5. Le, P.D., A.J.A. Aarnink, A.W. Jongbloed, C.M.C. van der Peet-Schwering, M.W.A. Verstegen, và N.W.M. Ogink. Effects of amino acid supplementation on odour from pig manure. in 56th annual meeting of European Association of Animal Production. 2005. Uppsala, Sweden: Wageningen Acadmic publisher. 6. GenStat VSN International Ltd., Genstat user's guide. 7th version. 2004: VSN International, Wilkinson House, Jordan Hill Road, Oxford, UK. 7. Yoshimura, M., Y. Nakano, Y. Yamashita, T. Oho, T. Saito, và T. Koga, Formation of methyl mercaptan from L-Methionine by porphyromonas gingivalis. Infection and Immunity. 68(12) (2000) 6912-6916. 8. Jensen, B.B. và H. Jørgensen, Effect of dietary fibre on microbial activity and microbial gas production in various regions of the gastrointestinal tract of pigs. Applied and Environmental Microbiology. 60(6) (1994) 1897-1904. 9. Shurson, J., M. Whitney, và R. Nicolai, Nutritional manipulation of swine diets to reduce hydrogen sulfide emissions, , in Tthe 54 the Minnesota Nutrition Conference. 1998: Bloomington, Minesota, the US p. 1-18. 140 EFFECTS OF DIETARY CRUDE PROTEIN LEVEL AND AMINO ACID TYPE ON ODOR EMISSION FROM PIG MANURE Le Dinh Phung College of Agriculture and ForestryHue University SUMMARY The odor formed in and emitted from pig manure can create serious nuisance for people living in the vicinity of pig farms and has been related to health problems remarked by some authors. Odor mainly originates from microbial conversion of protein (CP) and fermentable carbohydrates in the large intestine of pigs and by microbial conversion of urinary and fecal compounds in the manure. There is an increasing interest in reducing the odor at the source by changing the diet. In two different experiments, dietary factors were investigated for their effects on the odor concentration and emission (measured by olfactometry) from growing pigs’ manure. In the first experiment, reducing dietary CP level from 18 to 12% and supplementing essential amino acids (AA) deceased odor emission by 77%, 4.46 to 1.03 ou E /(s . m 2 ). In the second experiment, supplementing crystaline sulfur-containing AA at a level of three times the animal requirement increased odor emission by 823%, 1.88 to 15.48 ou E /(s . m 2 ). From the two studies we conclude that altering the diets can considerably reduce the odor concentration and emission from pig manure and sulfurous compounds are the most important odorous compounds causing odor nuisance. . 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. đó chúng tôi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein và loại acid amine trong khu phần đến phát xạ mùi từ phân lợn . II. V ật liệu và phương pháp nghiên cứu Hai thí nghi ệm được. 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