Protein cần thiết cho động vật như là nguồn dinh dưỡng khụng thể thay thế và đứng hàng đầu trong đời sống động vật. Nhờ protein cú sẵn trong thức ăn, gia sỳc mới cú thể tổng hợp được protein của cơ thể và cỏc sản phẩm, ngoài ra cũn tổng hợp ra cỏc chất xỳc tỏc sinh học, như enzyme và hocmon, cựng với cỏc hợp chất khỏc đúng vai trũ quan trọng trong cỏc quỏ trỡnh sinh lý. Núi đến protein trong quỏ trỡnh dinh dưỡng là phải nhắc đến axit amin, vỡ động vật khụng thể hấp thu trực tiếp protein, mà phải qua quỏ trỡnh tiờu húa, biến đổi protein của thức ăn thành cỏc hợp phần là cỏc axit amin từ cỏc axit amin cơ thể mới xõy dựng thành cỏc protein trong cỏc mụ và cỏc chất hoạt động sinh lý khỏc. Trong dinh dưỡng protein - axit amin người ta phải xỏc định được nhu cầu của động vật, quỏ trỡnh tiờu húa và mức độ tiờu húa của chất này, xõy dựng được định mức thức ăn sao cho phự hợp với nhu cầu dinh dưỡng, đảm bảo cho động vật nuụi cú năng suất cao (tăng trọng nhanh, cho nhiều sản phẩm, chi phớ thức ăn cho một/ đơn vị tăng khối lượng hoặc sản phẩm thấp).
Khi cõn bằng tối ưu cỏc axit amin hoặc cũn gọi là protein lý tưởng, tất cả cỏc axit amin đều đạt tới ngưỡng tới hạn như nhau. Do vậy, một việc hết sức quan trọng là phải biết được loại và tỷ lệ cỏc axit amin trong protein lý tưởng, coi đú như là mức chuẩn để cú thể xõy dựng cỏc khẩu phần ăn cũng như để so sỏnh chất lượng cỏc protein khỏc. Protein lý tưởng cung cấp chớnh xỏc số lượng axit amin theo nhu cầu của gia sỳc. Chỳng ta biết rằng protein của khẩu phần chỉ cú thể sử dụng cho tớch luỹ nitơ nếu như cỏc axit amin của nú được hấp thụ trước khi di chuyển đến phần cuối của hồi tràng. Cole và cs, 1979 [31]; 1980 [32], cho rằng với cỏc giống lợn khỏc nhau, cú tớnh biệt, khối lượng cơ thể, hoặc ở giai đoạn sinh trưởng khỏc nhau thỡ cú nhu cầu về số lượng protein khỏc nhau nhưng về mặt chất lượng (thành phần cỏc axit amin) của protein đú khụng khỏc nhau. Kết luận này dựa trờn một thực tế là chỳng ta khú cú thể phõn biệt được mẫu cấu trỳc của cỏc axit amin của protein tế bào thịt của cỏc loại lợn cú khối lượng khỏc nhau. Điều này cho thấy, nếu chỳng ta biết được kiểu mẫu của cỏc axit amin của cỏc loại lợn này thỡ cú thể ỏp dụng cho cỏc loại lợn khỏc, giống lợn khỏc.
Một vấn đề khỏc nữa là, protein của khẩu phần thiếu một hoặc nhiều axit amin thiết yếu thỡ quỏ trớnh tớch luỹ protein chỉ được cải thiện khi bổ sung thờm cỏc axit amin này. Cũn nếu protein khẩu phần thiếu cỏc axit amin khụng thiết yếu thỡ quỏ trỡnh tớch luỹ protein sẽ được cải thiện bởi việc được bổ sung bất kỳ axit amin nào. Do đú chỳng ta cú thể hiểu protein lý tưởng là loại protein sẽ khụng được cải thiện bằng việc bổ sung bất kỳ loại axit amin nào. Và chỉ bổ sung đồng thời tất cả cỏc loại axit amin thỡ quỏ trỡnh tớch luỹ protein mới được cải thiện.
Để đỏnh giỏ chất lượng protein khẩu phần người ta thường đỏnh giỏ trờn cỏc mặt như sau: protein thức ăn cú chất lượng tốt hơn khi lợn cú tốc độ sinh trưởng nhanh, hệ số chuyển hoỏ thức ăn thấp hơn, tớch luỹ nitơ, tỷ lệ tớch
luỹ thịt nạc, tỷ lệ nạc/mỡ cao hơn, quỏ trỡnh tổng hợp urờ thấp hơn, nồng độ urờ trong mỏu thấp hơn, tỷ lệ ụ xy hoỏ axit amin thấp hơn...
Cỏc phƣơng phỏp xỏc định protein lý tƣởng:
Hiện nay cú 4 phương phỏp xỏc định tỷ lệ cỏc axit amin của protein lý tưởng, đú là:
- Phương phỏp xỏc định tỷ lệ cỏc axit amin trong khẩu phần khi đem nuụi lợn cú năng suất cao nhất.
- Phương phỏp phõn tớch tỷ lệ cỏc axit amin của cơ thể lợn.
- Phương phỏp thay đổi tỷ lệ của cỏc axit amin của khẩu phần để cú được tớch luỹ nitơ cao nhất: Đối với phương phỏp này cú hai khả năng xảy ra, một là bổ sung thờm cỏc axit amin hoặc lấy bớt cỏc axit amin ra khỏi cấu trỳc cơ bản.
- Phương phỏp xỏc định khối lượng của từng axit amin cần cho quỏ trỡnh tớch luỹ protein.
*Phương phỏp xỏc định tỷ lệ cỏc axit amin của khẩu phần cú năng
xuất cao nhất khi bổ sung cho lợn: được nghiờn cứu khoảng 40 năm về trước.
Tuy nhiờn cỏc kết quả theo dừi cho thấy phương phỏp này khụng đỏp ứng được yờu cầu của mẫu tỷ lệ cỏc axit amin lý tưởng. Khi nghiờn cứu về protein của trứng, người ta thấy protein của trứng cho năng xuất cao nhất khi đem làm thức ăn cho động vật, nhưng vẫn chưa đạt mẫu tỷ lệ axit amin lý tưởng, lý do là giỏ trị sinh học của trứng được coi bằng 1 (Block và cs, 1944 [28]), tuy nhiờn khi thờm 10% cỏc axit amin khụng thiết yếu như glycine, axit glutamic chẳng hạn, thỡ giỏ trị sinh học của trứng vẫn bằng 1, do đú người ta cho rằng trong protein của trứng, khụng cú axit amin thiết yếu nào là tới hạn cả (Bender,1965. Trớch từ Wang at. All, 1989 [58]). Trong khi đú chỳng ta biết rằng, mẫu tỷ lệ cỏc axit
amin được coi là lý tưởng khi mà tất cả cỏc axit amin đều ở mức tới hạn tương đương nhau, và với mẫu tỷ lệ cỏc axit amin này mặc dự cú cỏc axit amin thiết yếu ở mức thấp nhất nhưng vẫn cho tớch luỹ nitơ cao nhất.
*Phương phỏp phõn tớch tỷ lệ cỏc axit amin của cơ thể:
Phương phỏp này dựa trờn quan sỏt cho rằng, mẫu tỷ lệ cỏc axit amin của protein được coi là cú chất lượng cao phải gần giống với mẫu tỷ lệ của axit amin của động vật ăn loại thức ăn đú. Thành phần axit amin của protein cơ thể được quy định bởi mó di truyền (DNA). Trong đú cú một mẫu tỷ lệ axit amin riờng biệt được sử dụng để tạo ra một protein đặc hiệu. Điều này dẫn đến thành phần của cỏc axit amin khỏc nhau giữa cỏc loài (Lehninger, 1982.
Trớch từ Wang at. All, 1989 [58]). Việc xỏc định protein lý tưởng theo phương
phỏp này gặp phải một trở ngại do sự khỏc nhau trong việc phõn bổ đến tế bào và quỏ trỡnh tổng hợp axit amin (đú là sự khỏc nhau về sự tổng hợp protein và phõn bổ đến cỏc tế bào khỏc nhau).
*Phương phỏp thay đổi tỷ lệ của cỏc axit amin của khẩu phần để cú
được mức tớch luỹ nitơ cao nhất:
Phương phỏp này dựa trờn hai vấn đề sau: Trong khuụn khổ của thớ nghiệm thỡ protein của khẩu phần là yếu tố duy nhất tỏc động đến tớch luỹ protein và khi protein khẩu phần là yếu tố duy nhất giới hạn quỏ trỡnh tớch luỹ protein cơ thể thỡ quỏ trỡnh tớch luỹ nitơ được xỏc định bởi nồng độ của cỏc axit amin giới hạn thứ nhất của protein này. Cú hai cỏch để ỏp dụng phương phỏp này mà cú chung một kết quả. Cỏch thứ nhất là bổ sung thờm cỏc axit amin cho đến khi khụng cú axit amin nào bị thiếu hụt trong protein đú. Cỏch thứ hai là lấy bớt đi cỏc axit amin thừa để tất cả cỏc axit amin ở cựng mức tới hạn như nhau. Khi đú tỷ lệ giữa cỏc axit amin đều giống nhau giữa hai phương phỏp. Đõy là phương phỏp cú tớnh logic cao nhất cú thể ỏp dụng khi xỏc định protein lý tưởng. Để giải thớch về vấn đề này, chỳng ta cú thể tham khảo một vớ dụ sau:
Nếu như bổ sung thờm 1 gam lysine vào trong khẩu phần ăn của lợn sinh trưởng làm cho sự sinh trưởng tăng 10%, nhưng khi chỳng ta bổ sung
thờm 2 gam lysine, khụng làm tăng thờm mức sinh trưởng của lợn nữa thỡ chỳng ta cú thể núi rằng lysine là axit amin giới hạn thứ nhất trong khẩu phần này và 1 gam lysine bổ sung thờm đủ làm cho lysine trở thành axit amin khụng giới hạn. Núi một cỏch khỏc khi ta bổ sung thờm 1gam lysine vào trong khẩu phần thỡ một hoặc nhiều axit amin khỏc sẽ trở thành giới hạn trong khẩu phần này.Trong vớ dụ này, thớ nghiệm sự thay đổi hàm lượng lysine trong khẩu phần và xỏc định tốc độ sinh trưởng của lợn được sử dụng để xỏc định số lượng lysine cần thiết để đạt được sinh trưởng tốt hơn.
Áp dụng phương phỏp này chỳng ta cú thể xỏc định được mức giới hạn của tất cả cỏc axit amin cũn lại. Tuy nhiờn khi ỏp dụng phương phỏp này người ta thường chỉ thử nghiệm trờn một hoặc hai axit amin tinh thể và thường xỏc định được số gam axit amin cần thiết trong khẩu phần để làm tăng khối lượng cơ thể trờn một đơn vị thức ăn sử dụng mà khụng xỏc định đầy đủ mẫu tỷ lệ của cỏc axit amin. Và khú khăn lớn nhất của phương phỏp này là khi mà ta bổ sung thờm một axit amin để nú trở thành khụng giới hạn thỡ chớnh việc làm này lại làm cho cỏc axit amin khỏc trở thành giới hạn. Để xỏc định mẫu tỷ lệ của cỏc axit amin với mức giới hạn tương đương nhau, cần thiết phải tiến hành đồng thời 10 axit amin thiết yếu. Về mặt lý thuyết, để xỏc định một điểm mà tại đú cú một hoặc nhiều axit amin khỏc cựng ở mức giới hạn, chỳng ta phải sử dụng 4 mức axit amin ăn vào khỏc nhau. Như vậy chỳng ta phải thử nghiệm ớt nhất 40 mức thớ nghiệm (4 x 10) để cú thể cú đủ thụng tin về sự giới hạn của cỏc axit amin trong khẩu phần trước khi tiến hành thử nghiệm trờn một loại khẩu phần ăn nào đú. Tuy nhiờn để giải quyết khú khăn này, Fuller và cs, 1978 [42] đó ỏp dụng thành cụng phương phỏp này trong việc nõng cao giỏ trị sinh học của protein của đại mạch từ 0,50 - 0,93.
Phương phỏp loại bỏ cỏc axit amin khụng giới hạn trong một tỷ lệ axit amin dựa trờn một nguyờn tắc cơ bản là tớch luỹ nitơ được xỏc định bởi lượng
ăn vào của axit amin giới hạn thứ nhất, vỡ thế việc loại bỏ cỏc axit amin giới hạn khỏc khụng ảnh hưởng đến tớch luỹ nitơ. Tuy nhiờn phương phỏp loại bỏ axit amin chỉ là logic hỡnh thức, thực chất khụng làm được điều này.
*Phương phỏp xỏc định khối lượng của từng axit amin cần cho quỏ
trỡnh tớch luỹ protein:
Bản chất của quỏ trỡnh này là tớch luỹ nitơ (Y) được xỏc định bởi lượng
tiờu thụ của axit amin giới hạn thứ nhất (X) thụng qua phương trỡnh hồi quy tuyến tớnh Y= a + bX. Ở đõy Y là lượng nitơ mất đi trong khẩu phần khụng cú axit amin đơn lẻ. Và X là lượng axit amin cần để cho cõn bằng nitơ bằng khụng và hàm thuận nghịch 1/b là sự thay đổi lượng axit amin ăn vào/ sự thay đổi của tớch luỹ nitơ. Đõy chớnh là lượng axit amin cần để tăng được một đơn vị của nitơ tớch luỹ. Khi ỏp dụng dụng phương phỏp này cho tất cả cỏc axit amin khỏc thỡ chỳng ta sẽ xỏc định được số lượng của mỗi axit amin cần để tăng được một đơn vị nitơ tớch luỹ. Người ta thường ỏp dụng phương phỏp này để xỏc định nhu cầu duy trỡ của cỏc axit amin cho lợn.
Trong protein lý tưởng, tỷ lệ axit amin dựa trờn mối quan hệ với lượng protein trong khẩu phần, ở đõy lysine được tớnh là 100%
Đối với lợn sinh trưởng tỷ lệ này như sau:
(theo ARC, 1981[25],Wang, Fuller, 1989 [58], Cole, 1992 [37], Chung, 1992 [38]) Lysine 100 Threonine 65 Methionine + Cystein 55 Tryptophan 19 Arginine 42 Isoleucine 50 Leucine 100 Histidine 33
Phenylalanine + Tyrosine 100
Valine 70
Trong đú cystine chiếm 50% nhu cầu của cỏc axit amin cú chứa lưu huỳnh và tyrosine cú chứa 50% nhu cầu axit amin cú chứa mạch vũng. Methionine và phenyllaline cú thể chuyển đổi thành cystine và tyrosine với 100% hoạt động. Việc chuyển đổi này theo tỷ lệ 1,25 methionine =1 cystine.
Arginine là axit amin thiết yếu chỉ với gia sỳc non khi đang cú cường độ sinh trưởng mạnh, cũn khi gia sỳc đó trưởng thành trong cơ thể cú thể tự tổng hợp đủ nhu cầu.
Tỷ lệ lý tưởng về cỏc axit amin kể trờn phự hợp với tất cả cỏc loại lợn sinh trưởng khụng tớnh đến di truyền, tớnh biệt và khối lượng.
* Mối quan hệ giữa protein và năng lượng trong dinh dưỡng lợn: Mọi quỏ trỡnh sinh học diễn ra trong cơ thể đều cần năng lượng, sinh trưởng khụng đơn thuần chỉ là sự tĩch lũy sinh khối dưới dạng cỏc hợp chất hữu cơ như: protein, lipit, gluxit và khoỏng… mà đú cũn là một quỏ trỡnh trong đú năng lượng được dự trữ dưới dạng năng lượng húa học trong chớnh cỏc hợp chất hữu cơ. Bởi vậy, việc xem xột một cỏch tỏch rời giữa năng lượng và protein, axit amin, khụng tớnh đến mối quan hệ giữa chỳng trong nghiờn cứu rất dễ dẫn đến những bế tắc trong việc ước đoỏn nhu cầu cũng như trong nuụi dưỡng gia sỳc.
Năng lượng trong thức ăn rất cần cho duy trỡ và sinh trưởng của lợn, nếu dư thừa sẽ tớch luỹ trong cơ thể dưới dạng mỡ. Protein được sử dụng để tớch luỹ thịt (nạc) và trao đổi protein. Việc xỏc định quan hệ tỷ lệ hợp lý giữa protein và năng lượng trong khẩu phần nhằm phỏt huy tối đa ảnh hưởng tớch cực của chỳng đến khả năng tớch lũy protein của lợn trong qua trỡnh sinh trưởng là vấn đề cốt lừi trong nuụi dưỡng gia sỳc. Tuy nhiờn, tỷ lệ protein hay axit amin đối với năng lượng hay trạng thỏi cõn bằng giữa năng lượng và protein để đạt được tốc độ tối đa của cỏc mụ nạc là rất khỏc nhau, phụ thuộc
vào giống, tớnh biệt, giai đoạn sinh trưởng, điều kiện mụi trường (Batterham, 1994 [27], Campbell và Taverner, 1988a [34]).
Những kết quả nghiờn cứu của Black, 1974 [26] trờn cừu, Campbell, 1985 [33] trờn lợn cho thấy, khi lượng nitơ tiếp nhận từ thức ăn thấp hơn so với nhu cầu, sự tớch lũy protein tăng một cỏch tuyến tớnh với sự tăng lượng nitơ ăn vào hàng ngày mà khụng phụ thuộc vào mức năng lượng tiếp thu được nhiều hay ớt. Điều đú cú nghĩa là nếu trong quỏ trỡnh sinh trưởng, lợn được nuụi dưỡng bằng khẩu phần quỏ nghốo protein và mặc dự được cho ăn tự do nhưng lượng protein ăn vào khụng đỏp ứng đủ nhu cầu thỡ sự tớch lũy protein trong cơ thể cũng khụng thể tăng lờn được dự cho mức năng lượng khẩu phần cú thay đổi như thế nào, kiểu đỏp ứng về sinh trưởng như vậy được gọi là pha phụ thuộc protein. Nhưng khi tăng dần lượng nitơ ăn vào do tăng hàm lượng protein trong khẩu phần trong điều kiện cho ăn tự do, sự tớch lũy protein tăng lờn nhưng chỉ đạt đến một giới hạn nhất định và khụng tăng thờm nữa. Trong điều kiện như vậy nếu tăng đồng thời năng lượng ăn vào thỡ tốc độ tớch lũy protein tiếp tục tăng lờn và sự tăng này khụng phụ thuộc vào lượng nitơ ăn vào hàng ngày, nếu dư thừa sẽ bị khử amin và nitơ sẽ đào thải qua nước tiểu. Kiểu đỏp ứng về sinh trưởng như vậy được gọi là pha phụ thuộc năng lượng. Khi xõy dựng khẩu phần ăn cho lợn chỳng ta phải thiết lập được cõn bằng giữa protein và năng lượng sao cho cú tớch luỹ protein tối đa và giảm đỏng kể tớch luỹ mỡ. Mối quan hệ giữa protein và năng lượng được Standing Committee of Agriculture (SCA, 1987 [54]) mụ tả và cho thấy mối quan hệ này bị ảnh hưởng bởi từng giai đoạn sinh trưởng, tớnh biệt, mụi trường, giống cỏ thể và hormone sinh trưởng, SCA cũng đề xuất mức lysine/ năng lượng trao đổi đối với lợn con từ sơ sinh đến 5 kg là 0,7 gam, 5- 20 kg là 0,67 gam và từ 50- 90 kg là 0,51 gam.
* Sự thiếu hụt và dư thừa axit amin ở lợn:
Theo kết quả nghiờn cứu của nhiều tỏc giả, khi khẩu phần ăn thiếu axit amin lợn cú một vài triệu chứng lõm sàng đặc trưng. Dấu hiệu rừ ràng nhất là lượng thức ăn ăn vào giảm, thể hiện thức ăn thừa nhiều, lợn chậm lớn, hiệu quả kinh tế thấp.
Lợn cũng cú thể chịu được lượng protein ăn vào cao mà ớt cú biểu hiện