1.4.1. Giới thiệu chung về sắc tố
Carotenoid là sắc tố hữu cơ được tìm thấy ở thực vật và các loài vi sinh vật khác có thể tiến hành tự quang hợp được như tảo, một số loài nấm và vi khuẩn. Các sắc tố này đóng hai vai trò là (1) hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời trong quá trình quang hợp, (2) bảo vệ tế bào cây trồng khỏi bị thối rữa. Hiện nay người ta đã tìm được 750 loại carotenoid. Do sự có mặt hay không có của phân tử oxy, carotenoid được chia thành 2 nhóm là caroten (beta carotene, lycopen hay alpha caroten) và xanthophyll (astaxanthin, lutein và zeaxanthin) Carotenoid không phải là tên riêng của một chất nào mà là tên của một nhóm các hợp chất hữu cơ có công thức cấu tạo tương tự nhau và tác
dụng bảo vệ cơ thể động thực vật cũng tương tự nhau. Carotenoid được biết đến sớm nhất và có vai trò lớn trong đời sống là beta - caroten hay còn gọi là tiền vitamin A. Trong những năm gần đây, người ta mới biết thêm về vai trò của các carotenoid khác như astaxanthin, lycopene, lutein và zeaxathin. đó là những sắc tố quan trọng nhất có tác dụng đến sức khỏe con người và động vật. Chúng có hoạt tính gấp 10 lần so với beta caroten. Nó có tác động tốt đến não và hệ thần kinh trung ương và có tác động rất tốt trong quá trình miễn dịch của cơ thể, làm giảm 1000 lần tác động của tia cực tím so với beta caroten. Carotenoid là sắc tố tự nhiên tạo ra màu vàng, da cam, đỏ của rất nhiều các loại quả (gấc, chanh, đào, mơ, cam, nho ), rau (cà rốt, cà chua), nấm và hoa. Chúng cũng có mặt trong các sản phẩm động vật như trứng, tôm hùm, cá. Ngày nay, các hợp chất carotenoid rất được quan tâm nghiên cứu. Carotenoid là chất màu tự nhiên, chúng được tìm thấy trong lục lạp của thực vật bậc cao, mặc dù trong mô quang hợp những màu sắc này được che đậy bởi chất diệp lục. Những chất này được tìm thấy trong tảo, vi khuẩn, nấm và nấm men. Người ta ước tính rằng thiên nhiên sản xuất hằng năm khoảng 100 triệu tấn carotenoid.
1.4.2. Sắc tố trong thức ăn chăn nuôi
Sắc tố trong thực vật bao gồm 4 nhóm (chlorophyll, carotenoid, flavonoid và betalain). Trong thức ăn chăn nuôi chỉ đề cập đến một trong bốn nhóm nói trên, đó là carotenoid. Khi nói đến hàm lượng sắc tố trong thức ăn, có nghĩa là nói đến carotenoid trong tổng số. Nó gồm 2 nhóm đó là xanthophyll và caroten. Xanthophyll còn có tên gọi là oxy - carotenoid. Nó cũng có 2 nhóm là carotenoid không màu và có màu. Carotenoid không màu có 2 đại diện chính là cryptoxanthin và violaxanthin, còn carotenoid có màu thì có 2 nhóm nhỏ, nhóm thứ nhất là xanthophyll với đại diện là lutein và zeaxanthin, còn nhóm thứ 2 có các đại diện như apoester, canthaxanthin, citranaxanthin, capxanthin (capsorubin), astaxanthin. Chính vì vậy, khi nói đến hàm lượng xanthophyll trong thức ăn, có nghĩa là nói đến xanthophyll
tổng số, chứ không phải là một sắc tố cụ thể nào đó trong nhóm này. Caroten có các đại diện là anpha (α), beta (β), zeta (z), gama (γ) carotene, lycopen và phytofluen. Vì vậy, khi nói tới hàm lượng caroten trong thức ăn, có nghĩa là nói đến caroten tổng số trong thức ăn (không phải là một sắc tố cụ thể trong nhóm này).
Để khẩu phần thông thường có chứa một lượng sắc tố đáp ứng yêu cầu của vật nuôi, người ta phải lựa chọn các nguyên liệu thức ăn giàu sắc tố để đưa vào khẩu phần hoặc bổ sung sắc tố tổng hợp. Sau đây là một số nguyên liệu thức ăn giàu sắc tố.
+ Ngô : Thức ăn thường chiếm tỷ lệ lớn trong khẩu phần (40 - 60%) và lại khá giàu sắc tố là ngô, hàm lượng carotenoid của ngô hạt khoảng 15 - 25mg/kg VCK, còn gluten trong ngô khoảng 130 - 300mg/kg VCK. Hàm lượng này đáp ứng khoảng 40 - 60% sắc tố theo yêu cầu của gia cầm nuôi thịt và đẻ trứng. Thí nghiệm trên gà đẻ trứng cho thấy nếu chỉ sử dụng ngô là nguồn cung cấp sắc tố chính trong khẩu phần thì độ đậm màu lòng đỏ đạt 5 - 7 điểm theo thang điểm màu của Roche.
+ Bột lá thực vật: Một số loại nguyên liệu thức ăn có chứa hàm lượng sắc tố rất cao và dễ sản xuất đó là bột lá xanh từ các cây họ đậu (keo giậu, alfalfa, stylo ), từ lá sắn và hoa cúc vạn thọ hàm lượng caroten của các loại bột lá nằm trong khoảng 200 - 1000 mg VCK. Do mỗi loại bột lá có một điểm hạn chế riêng, như chứa độc tố (mimosin, HCN) chất kháng dinh dưỡng, mùi hắc, vị đắng, tỷ lệ xơ cao nên không thể phối hợp các loại bột lá này vào trong khẩu phần với tỷ lệ lớn, thường là dưới 10% đối với gia cầm, 20% đối với lợn, nhưng chỉ cần tỷ lệ đó kết hợp với ngô, lúa mỳ đã hoàn toàn thỏa mãn nhu cầu sắc tố của vật nuôi. Hàm lượng sắc tố trong bột lá xanh phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, như loài, giống cây, giai đoạn thu cắt, đặc biệt là phương pháp chế biến. BLS được chế biến bằng phương pháp băm nhỏ, sấy ở 650c thì trong 1kg VCK có 510 mg caroten [9]. Oxycarotenoid
là chất liên kết với chất béo, do đó rất nhạy cảm với quá trình lưu trữ. Ví dụ cỏ alfalfa: Ngay sau khi sấy khô, hàm lượng xanthophyll là xấp xỉ 440mg/kg. Sau hai tháng lưu trữ, sắc tố mất đi đến 30%. Đối với các nguyên liệu như cám ngô, cỏ alfalfa và cỏ hòa thảo thì có thể mất tới 50% khi thời hạn lưu trữ đến 12 tháng. Bột lá sắn sau 3 tháng bảo quản hàm lượng carotenoid chỉ còn 51.7% so với ban đầu [9]. Những tổn thất này được tính đến khi xây dựng công thức thức ăn chăn nuôi, đặc biệt là về khi phối hợp thức ăn cho gà thịt và gà sinh sản.
+ Tảo, nấm: Tảo và nấm cũng là nguồn thức ăn cung cấp sắc tố cho vật nuôi. Đây là phương pháp bổ sung sắc tố cho cá có hiệu quả cao và tạo môi trường khép kín. Người ta còn tách chiết oxycarotenoid từ thực vật, tảo và nấm để bổ sung cho gia cầm. Tuy nhiên phương pháp này không phải nước nào cũng thực hiện được và so với bột lá xanh thì nó kém ưu điểm hơn do giá thành cao và không cung cấp được chất dinh dưỡng khác ngoài sắc tố như bột lá xanh.
+ Sắc tố tổng hợp: Khi không có đủ nguồn cung cấp sắc tố từ bột lá thực vật, tảo, nấm để bổ sung vào thức ăn chăn nuôi thì người ta bổ sung sắc tố tổng hợp vào thức ăn. Các carotenoid tổng hợp thường được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi là beta - carotenol (vàng), anthaxanthin (đỏ). So với bổ sung sắc tố từ bột thực vật, tảo, nấm thì bổ sung sắc tố tổng hợp kém ưu điểm hơn bởi hai lý do sau: (1) giá thành cao làm tăng giá thành thức ăn và sản phẩm, (2) có thể không đạt được yêu cầu về màu sắc và chất lượng sản phẩm như mong muốn, (3) không cung cấp được các chất dinh dưỡng khác cho vật nuôi (protein, lipit). Mặc dù sắc tố tổng hợp được chứng minh là không độc hại đối với vật nuôi và con người nhưng một số nước vẫn không cho phép sử dụng sắc tố tổng hợp trong chăn nuôi. Các nước này chỉ sử dụng nguyên liệu thức ăn giàu sắc tố (ngô) và sắc tố từ bột thực vật, tảo và nấm.
1.4.3 Vai trò của sắc tố đối với vật nuôi
Carotenoid có vai trò quan trọng đối với vật nuôi, đặc biệt đối với gia cầm thì nó có ảnh hưởng rất lớn. Làm cho gia cầm phát triển nhanh hơn, tăng chất lượng thịt cũng như sản lượng và chất lượng trứng.
* Vai trò của sắc tố đối với gia cầm nuôi lấy trứng:
Động vật hoàn toàn không có khả năng tự tổng hợp carotenoid nên bắt buộc phải được cung cấp từ thức ăn [28]. Đối với khẩu phần ăn thông thường thì nguồn carotenoid sử dụng để tạo màu da và lòng đỏ trứng gia cầm là xanthophyll hay oxycarotenoid của ngô, gluten ngô và bột lá thực vật [27]. Khi cho gia cầm ăn thức ăn giàu xanthophyll thì có thể tìm thấy xanthophyll ở trong máu. Cơ, Gan, chất béo, da, lông của chúng [24]. Ở gà đẻ, xanthophyll tích trữ ở cơ, da sẽ được huy động mạnh mẽ vào buồng trứng khi thành thục và một phần được chuyển vào lòng đỏ [24]; [25]. Sau khi thu nhận được sắc tố có từ thức ăn thì gà đẻ có thể huy động từ 20 - 60% tổng lượng sắc tố thu nhận vào lòng đỏ [22]. Do đó màu sắc tự nhiên của lòng đỏ chính là màu sắc của xanthophyll. Ngày nay, các oxycarotenoid được phân lập từ thực vật, tảo và nấm được sử dụng nhiều trong khẩu phần ăn của gia cầm và được đánh giá là rất tốt [33], còn có các loại sắc tố tổng hợp thì ít được sử dụng và thậm chí còn bị cấm ở một số nước. Khi sử dụng ngô đến 50% khẩu phần thì sắc tố có trong ngô có thể cho màu sắc lòng đỏ đạt từ 5.6 - 7 điểm và tương đương với lòng đỏ ở mức bình thường theo thang điểm màu của Roche [27]. Nhưng yêu cầu của các nước châu Mỹ thì màu sắc lòng đỏ phải đạt thang điểm từ 7 – 10, còn châu Âu và châu Á là 10 - 14 theo thang điểm của Roche. Như vậy, nếu chỉ sử dụng khẩu phần tự nhiên để cung cấp sắc tố cho lòng đỏ thì sẽ không đáp ứng được nhu cầu nêu trên, ngoài ra oxycarotenoid còn dễ bị biến tính do tác động của các nhân tố gây oxy hóa như ánh sang, nhiệt độ hay quá trình đề hydrat và điều kiện bảo quản nên việc thiếu hụt sắc tố trong thức ăn và trong sản phẩm chăn nuôi là khó tránh khỏi. Sắc tố không chỉ phụ thuộc vào tổng số
được hấp thụ vào trong cơ thể. Thức ăn có hàm lượng các sắc tố đỏ thấp nếu được thêm vào các sắc tố màu vàng với hàm lượng cao kết quả làm màu sắc lòng đỏ đậm hơn, khi bổ sung vào khẩu phần cơ sở canthaxanthin làm cho lòng đỏ trứng có màu sắc vàng nhạt thành màu đỏ tươi. Vì vậy, để đạt được màu sắc mong muốn của lòng đỏ, việc bổ sung sắc tố màu vàng và canthaxanthin trong khẩu phần phải dựa vào tính toán tỷ lệ ban đầu của xanthophyll tự nhiên sẵn có trong thức ăn. Nguyên liệu trong thức ăn chẳng hạn như ngô và bột cỏ alfalfa có chứa một lượng đáng kể xanthophyll vàng, ví dụ như lutein và zeaxanthin, Xanthophyll đỏ (Capsanthin, capsorubin) chỉ được tìm thấy trong ớt (Capsicum annuum, ớt) nhưng hiệu quả của sắc tố này chỉ bằng một nửa đến 3 phần tư của canthaxanthin. Sau khi cho gà đẻ ăn thức ăn có chứa 2 - 6 mg canthaxanthin/kg thức ăn, màu lòng đỏ đạt đỉnh điểm ở ngày thứ 10 và hàm lượng canthaxanthin trong lòng đỏ trứng được đo giữa ngày 19 và 25 là như nhau, điều đó phản ánh mối quan hệ ổn định giữa canthaxanthin trong thức ăn và lòng đỏ trứng. Để trứng tươi đạt điểm 14 hàm lượng canthaxanthin cao nhất được tìm thấy trong trứng tương ứng là 0.35mg/quả hay 5.9mg/kg trứng. Vì vậy, cần phải tính toán hàm lượng sắc tố trong thức ăn để đáp ứng được sự tích tụ sắc tố với hàm lượng nêu trên trong lòng đỏ trứng. Nói chung, mức bổ sung carotenoid tổng hợp trong thức ăn chăn nuôi có thể thay đổi từ 0 - 8 mg/kg thức ăn cho cả bột màu vàng và đỏ, tổng cả hai loại là từ 10 - 15mg/kg khẩu phần. Astaxanthin tự nhiên cũng được các nhà sản xuất thức ăn cho gà sử dụng để làm tăng sắc tố lòng đỏ. Ngoài ra nó còn có nhiều lợi ích khác như; giảm tỷ lệ chết của gà, tăng khả năng sinh sản và cải thiện tình trạng sức khỏe. Ngoài sản xuất trứng tăng lên thì các bệnh nhiễm trùng do Salmonella lại giảm đang kể.
* Vai trò của sắc tố với gia cầm nuôi thịt:
Hầu hết các nước Châu Âu, các carotenoid không được sử dụng để làm tăng sắc tố da ở gia cầm vỗ béo. Tuy nhiên, ở một số vùng người tiêu dùng quan tâm đến màu thịt gia cầm có sắc tố màu vàng. Do đó các thức ăn giàu
carotenoid tự nhiên như ngô và cúc vạn thọ, cũng như canthaxanthin được sử dụng trong khẩu phần ăn. Đối với một số nước châu Á và châu Mỹ la tinh, người ta cũng quan tâm tới vấn đề về màu sắc trứng gia cầm và màu sắc da gà. Tuy nhiên, mức độ thị hiếu của người tiêu dùng về màu sắc ít được công bố trên các tài liệu nghiên cứu.
Đối với gà thịt, sắc chất apocarotenoic acid ethyl ester là một carophyll có màu vàng khi bổ sung có tác dụng tăng màu sắc của da gà [27]. Khi các carotenoid tích lũy đầy đủ thì hương vị của thịt tăng, do đó làm tăng chất lượng của thịt gà, cải thiện độ vàng da ngực và thành phần axit béo của thịt [26]. Nhưng trong chăn nuôi gà công nghiệp, gà bị nuôi nhốt và được ăn thức ăn hỗn hợp không đủ lượng sắc chất nên đã làm giảm màu sắc da và thịt gà, làm mất đi hương vị thơm ngon của thịt gà [27]; [31].
Để thịt của gà có màu vàng tươi, thì nồng độ của sắc tố trong thức ăn phải cao hơn so với nồng độ sắc tố trong thức ăn của gà mái đẻ. Đó là bởi vì tỷ lệ lắng đọng sắc tố trong da và mỡ dưới da gà thịt thấp hơn so với lòng đỏ trứng. Màu tốt nhất sử dụng cho gà thịt là màu vàng. Vì thế sắc tố được sử dụng là lutein (màu vàng) và zeaxanthin (màu da cam), xanthophylls.
Đối với màu lông của chim: trong thực vật là các loại tảo, carotenoid thực vật là một phần của quá trình quang hợp cùng với chất diệp lục. Một số động vật có thể ăn một số carotenoid khác nhau nhưng ban đầu phải nhận được carotenoid từ khẩu phần ăn của chúng.
Để giải quyết vấn đề thiếu hụt sắc chất trong thức ăn và cải thiện độ vàng của lòng đỏ trứng, da, thịt, đồng thời làm tăng hương vị thịt của gia cầm, người ta đã bổ sung sắc chất tổng hợp hoặc bột thực vật giàu sắc chất vào thức ăn. Sắc chất tổng hợp tuy cải thiện được màu của lòng đỏ trứng và da gà nhưng không cải thiện được hương vị thịt, bên cạnh đó một số sắc chất tổng hợp còn ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người. Vì vậy, người ta hướng tới việc sản xuất bột lá thực vật giàu sắc chất hoặc chiết xuất sắc chất từ thực vật,
nấm bổ sung vào thức ăn của gia cầm. Các loại bột lá cây thức ăn xanh thường được sản xuất là bột hoa cúc, bột lá keo giậu, bột cỏ alfalfa, bột cỏ stylo, bột cỏ medicago, bột cỏ mục túc, bột lá sắn.…Ở Việt Nam, sắn là một cây trồng có tiềm năng cho việc sản xuất bột lá thực vật. Diện tích trồng sắn hàng năm ở nước ta vào khoảng gần 600.000 ha, chỉ riêng tận thu ngọn, lá khi thu củ sắn cũng có thể sản xuất được gần 5 triệu tấn bột lá. Việc trồng sắn thu lá cũng có nhiều hứa hẹn, có thể thu được khoảng 30 tấn lá tươi và sản xuất được trên dưới 8 tấn bột lá/ha/năm. Lá sắn dễ phơi khô, bột lá sắn giàu carotenoid, xanthophyll và protein. Vì vậy, nó không chỉ là nguồn bổ sung sắc chất mà còn là nguồn cung cấp protein cho gia súc và gia cầm.
1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Chăn nuôi gia cầm bằng thức ăn hỗn hợp ở nước ta hiện nay ngày càng phát triển cả về số lượng và chất lượng. Cùng với việc gia nhập tổ chức Thương mại thế giới WTO, ngành chăn nuôi đứng trước cơ hội và thách thức mới. Điều đó đòi hỏi ngành chăn nuôi gia cầm phát triển theo hướng công nghiệp hóa và hiện đại hóa, tăng nhanh cả về quy mô, sản lượng, hiệu quả kinh tế. Chính vì vậy trong những năm gần đây có nhiều nhà khoa học nghiên cứu chế biến và sử dụng bột lá trong chăn nuôi.