axit trong bổ sung kim loại và amino axit cho cơ thể sống
Trên thế giới việc bổ sung kim loại và amino axit cho cơ thể sống đã và đang được nghiên cứu theo xu hướng kết hợp kim loại với các amino axit để tăng khả năng tiêu hóa và hấp thu. Các sản phẩm amino axit chelat với các kim loại thiết yếu cho cơ thể sống được nghiên cứu tổng hợp lần đầu tiên ở Mỹ cho thức ăn chăn nuôi công nghiệp. Về cơ bản, có ba loại chất chelat được coi là thiết yếu trong hệ thống sinh học [49].
Nhóm đầu tiên bao gồm các chất chelat vận chuyển và lưu giữ các ion kim loại. Trong những chất này, kim loại không có chức năng vốn có của chính nó, nó không làm thay đổi tính chất của phối tử. Phối tử sẽ cho phép kim loại được hấp thu, vận chuyển trong máu và chuyển qua màng tế bào để đưa ion kim loại vào vị trí cần thiết. Một trong những chất chelat đó là transferrin, nó là chất hấp thu ion sắt vào máu và vận chuyển chúng đến khắp cơ thể. Tất cả các amino axit là tác nhân liên kết kim loại đặc biệt hiệu quả, và có thể là quan trọng hàng đầu trong việc vận chuyển khoáng từ ruột vào các tế bào niêm mạc cũng như để lưu giữ các thành phần khoáng trong cơ thể của động vật.
Nhóm thứ hai của các chất chelat thiết yếu với sinh lý. Nhiều chất chelat tồn tại trong cơ thể trong các dạng cho phép ion kim loại thực hiện chức năng chuyển hóa của nó. Phức
chelat sắt trong hemoglobin và phức chelat coban trong vitamin B8 đến B12 là những ví dụ
cho các chất nhóm này. Nếu không có Fe, phân tử hemoglobin không thể vận chuyển oxi. Mặt khác, nếu Fe không ở dạng chelat, hemoglobin không có hiệu quả liên kết và giải phóng oxi để sử dụng cho trao đổi chất. Các kim loại được chelat hóa vào các hệ thống enzym và chức năng như là một phần của một emzym chứa kim loại là những ví dụ khác cho những chất chelat trao đổi chất thiết yếu.
Nhóm thứ ba của các chất chelat thiết yếu bao gồm các chất chelat ảnh hưởng đến việc sử dụng của các cation thiết yếu. Nhiều enzym có thể bị ngừng hoạt động hoặc bị ức chế khi hình thành một hợp chất chelat với kim loại sai trong enzym. Nên lưu ý sự đa dạng của các cation cần thiết cho các chức năng xúc tác của các enzym. Nếu không có chúng các enzym sẽ ngừng hoạt động.
21
Cũng trong tài liệu [49], các tác giả đã đưa ra kết quả so sánh khả năng hấp thu và chuyển hóa qua đường ruột của kim loại dạng phức chelat với amino axit và dạng muối vô cơ. Trong một loạt các thí nghiệm, các kim loại dưới các dạng hóa học khác nhau được tiếp xúc với niêm mạc ruột trong cùng một thời gian cụ thể. Các hình thức hấp thu khác nhau với cùng một kim loại được so sánh trong ống nghiệm. Trong loạt thí nghiệm đặc biệt này, tất cả các yếu tố có khả năng gây cản trở thường được tìm thấy trong đường ruột đã được loại bỏ, do đó sự hấp thu là tối ưu. Từ hình 1.5 đến hình 1.7 là kết quả của hình thức hấp thu khác nhau đối với các dạng hóa học khác nhau của cùng một kim loại. Những số liệu này cho thấy sự hấp thu các khoáng chất thiết yếu tăng lên từ các phức của amino axit. Sự
hấp thu Fe từ phức của amino axit tăng lên 1,7 lần so với FeCO3, 3,8 lần so với FeSO4 và
4,9 lần so với FeO. Phức của Zn với amino axit được ruột hấp thu tăng hơn 2,2 lần so với
ZnCO3, hơn 2,3 lần so với ZnSO4, và nhiều hơn 2,9 lần so với ZnO. Đối với Cu, sự hấp thu
từ phức Cu gấp 4,1 lần so với từ CuO, hơn 2,7 lần so với từ CuCO3 và hơn 2,8 lần so với
từ CuSO4. Mn trong phức chất amino axit được ruột hấp thu tốt hơn 1,2 lần so với từ
MnCO3, hơn 2,6 lần so với từ MnSO4, và gấp 4,1 lần so với từ MnO. Rõ ràng là sự hấp
thu kim loại phụ thuộc vào dạng hóa học tồn tại của nó.
Để giải thích các kết quả trên, các thí nghiệm trong cơ thể đã được thực hiện. Kết quả đã chứng minh rằng, sau khi ăn các muối kim loại thường bị ion hóa trong dạ dày tạo ra các ion kim loại tự do. Các cation vào trong ruột, nơi chúng được liên kết với protein vận chuyển được hấp thu vào các màng của các tế bào niêm mạc. Các ion kim loại trong phức amino axit vòng càng là trơ về mặt hóa học do liên kết ion và phối trí với phối tử amino axit, nó không bị ảnh hưởng bởi các anion tạo kết tủa khác nhau như với các ion kim loại
tự do. Tại điểm hấp thu đặc biệt , liên kết phối trí của phối tử và ion kim loa ̣i bi ̣ đứt dưới
ảnh hưởng của pH và hỗ trợ của sự tiếp nhâ ̣n kim loa ̣i . Sau đó, các kim loại được đưa đến vị trí sử dụng và dự trữ trong các mô và cơ . Chất béo và chất xơ không ảnh hưởng tới sự hấp thu của phức amino axit vòng càng do hằng số bền cao. Và cuối cùng, sự hấp thu của phức amino axit vòng càng không cần sự có mặt của vitamin để hấp thu như một số ion kim loại ở dạng muối vô cơ.
Cũng trong tài liệu này, tác giả đã đưa ra kết quả so sánh sự vận chuyển kim loại dạng muối vô cơ và dạng phức amino axit từ niêm mạc đến thanh mạc của động vật. Kết quả cho thấy dạng phức amino axit vận chuyển Zn lớn gấp 3 lần muối vô cơ (hình 1.8).
22
Hình 1.5 Hấp thu Fe của đường ruột từ các nguồn khác nhau
Hình 1.6Hấp thu Zn của đường ruột từ các nguồn khác nhau
Hình 1.7Hấp thu Cu của đường ruột từ các nguồn khác nhau
Hình 1.8Sự vận chuyển Zn từ niêm mạc đến thanh mạc của Zn dạng phức chất và
dạng muối vô cơ
Các tác giả [33] chỉ ra rằng ở người khỏe mạnh chỉ có khoảng 4% của một số dạng sắt chẳng hạn như sunphat, gluconat, fumarat và xitrat được hấp thu, và ít hơn một nửa trong số đó lượng hấp thu là thực sự chuyển hóa. Phần còn lại được bài tiết ra chất thải. Hơn 28 yếu tố bên trong và bên ngoài đã được xác định là sẽ ảnh hưởng đến sinh khả dụng của kim loại. Một trong những yếu tố bên ngoài quan trọng nhất làm tăng cường khả dụng sinh học của kim loại là chelat hóa kim loại. Sự chelat hóa phải được thực hiện trong một môi trường nước. Các phối tử phải được liên kết với kim loại khoáng chất bởi ít nhất hai vị trí trên phối tử để tạo thành một vòng lớn với các nguyên tố kim loại.
Các tác giả [33] cũng cho biết một số phối tử như vitamin C, axit xitric và gluconat tạo vòng càng quá yếu. Những phức chất này sẽ bị phá hủy trong dạ dày, chúng không có giá trị dinh dưỡng và trên thực tế chỉ có tác dụng như muối vô cơ. Một số phối tử như axit picolinic và EDTA tạo vòng càng mạnh nhưng không được chuyển hóa bởi cơ thể. Nếu chúng phân giải khoáng chất kim loại vào cơ thể chúng phải cô lập các khoáng chất thiết
23
yếu khác từ các mô dịch cơ thể và bài tiết chúng ra ngoài. Các amino axit từ protein là các phối tử duy nhất cung cấp một chelat dinh dưỡng thực tế. Tuy nhiên, với một phối tử thuộc protein phải tạo chelat đúng cách mới tạo được hợp chất chelat có giá trị dinh dưỡng cao. Trong việc hình thành một khoáng chất chelat thích hợp, khoáng chất và amino axit phải trong dung dịch và phản ứng hóa học phải xảy ra. Trộn các khoáng chất với protein hoặc khô trộn chúng với protein không hòa tan sẽ không tạo thành chelat.
Một hợp chất chelat chức năng dinh dưỡng phải đủ bền để chống lại sự phá hủy trong hệ thống đường tiêu hóa và có thể cho phép khoáng chất của nó được phân giải để sử dụng bên trong cơ thể. Hơn nữa, một phức amino axit chelat phải có trọng lượng phân tử đủ nhỏ dưới 800 ĐVC để cho phép hấp thu nguyên vẹn qua thành ruột.
Khả dụng sinh học (bioavailability) của một chất là đại lượng chỉ tốc độ và mức độ hấp thu được chất từ một chế phẩm vào tuần hoàn chung một cách nguyên vẹn và đưa đến nơi tác dụng, từ đó tiếp tục chuyển hóa và thải hồi. Một người với sự thiếu hụt khoáng chất sẽ có một xu hướng hấp thu và sử dụng khoáng chất bổ sung nhiều hơn so với những người không thiếu. Vì vậy, sinh khả dụng là xác định tốt nhất trong đối tượng bình thường. Hình 1.9 cho thấy sự duy trì Zn của Zn-amino axit lớn hơn gấp hai lần so với muối vô cơ. Do đó, đã chứng minh rằng sinh khả dụng của amino axit vòng càng là lớn hơn.
Hình 1.9Biểu đồ tỉ lệ duy trì kẽm trong cơ thể từ các nguồn khác nhau
Hình 1.10Biểu đồ so sánh sự hấp thu kim loại dạng muối và dạng phức với amino axit
Dung nạp. Một số dạng của khoáng đã được biết đến là nguyên nhân gây ra kích thích tiêu hóa. Một số nguồn Mg (hidroxit, xitrat, sunphat) là chất tẩy nổi tiếng (gây ra phá hủy ruột). Muối Fe(III) và liều cao Fe có thể gây táo bón hoặc rối loạn tiêu hóa. Muối Zn liều cao có thể gây kích ứng màng. Amino axit chelat thì không, trong nghiên cứu bệnh lý và mô bệnh học không có kích thích dạ dày hoặc màng ruột với amino axit chelat. Trong nhiều thí nghiệm ở người, amino axit chelat đã được chứng minh là được dung nạp tốt hơn so với các khoáng chất từ nguồn gốc khác.
24
Tài liệu [33] cũng đưa ra nhiều kết quả so sánh khả năng hấp thu kim loại từ amino axit chelat và từ muối vô cơ. Trên hình 1.10, kim loại có nguồn gốc từ amino axit chelat hấp thu luôn cao hơn so với từ muối vô cơ. Để khẳng định hiệu quả vượt trội của việc bổ sung kim loại bằng phức chất chelat, các tác giả đã nghiên cứu nồng độ kim loại trong máu từ các nguồn khác nhau. Hình 1.11 cho thấy nồng độ Cr trong máu từ amino axit chelat
theo thời gian cao hơn so với từ CrCl3 hay Cr picolinat.
Hình 1.11 Nồng độ Cr trong máu theo thời gian từ các nguồn khác nhau
Hình 1.12 Biểu đồ so sánh khả năng hấp thu Cu trong cơ thể từ các nguồn khác nhau
Trên hình 1.12 và hình 1.13 cho thấy, kim loại trong phức chất chelat với amino axit được hấp thu tốt nhất. Tỉ lệ hấp thu của nó cao vượt trội so với các muối vô cơ như muối clorua hay muối sunphat.
Hình 1.13Biểu đồ so sánh khả năng hấp thu Mn trong cơ thể từ các nguồn khác nhau
Hình 1.14 Biểu đồ so sánh sự trao đổi chất của Mn trong mô động vật từ phức amino
axit và từ muối clorua
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, sử dụng khoáng chất dạng phức không những hấp thu tốt mà còn vận chuyển và trao đổi chất nhanh hơn so với muối vô cơ. Hình 1.14 biểu diễn kết qủa so sánh tốc độ trao đổi chất của Mn trong các mô động vật ở xương, phổi, tim,
não… từ nguồn phức Mn và MnCl2.
Tài liệu [46] cho biết, nếu bổ sung Zn cho lợn con ở dạng ZnO thì phải dùng liều 2000-3000 ppm, nhưng nếu bổ sung ở dạng Zn-methionin thì chỉ cần 250 ppm đã có thể làm cho lợn con cai sữa sớm tăng trọng và chuyển hoá thức ăn cao, tỉ lệ lợn con bị tiêu
25
chảy thấp và đặc biệt tỷ tệ tử vong của lợn trong giai đoạn 0 đến 21 ngày thấp hơn nhiều so với lợn được bổ sung ZnO (4% so với 16%). Bổ sung Zn-methionin có thể thay thế kháng sinh. Một thí nghiệm tiến hành trên 60 lợn nái tiết sữa để đánh giá tác dụng của 40 ppm Zn dưới dạng Zn-methionin đã thấy hàm lượng Zn trong máu lợn con tăng lên 2 lần, tốc độ sinh trưởng tăng 8%, tỷ lệ tiêu chảy lợn con giảm 5%, hao hụt thể trọng lợn mẹ giảm 8,8% và thời gian trở lại động dục của lợn mẹ rút ngắn lại 8% so với đối chứng.
Những thí nghiệm bổ sung Cu-lysin [40] so với muối CuSO4 cũng cho thấy liều Cu
trong Cu-lysin chỉ cần 100 mg đã có tác dụng kích thích sinh trưởng mạnh hơn liều Cu 250
mg trong CuSO4. Giảm lượng Cu bổ sung cho lợn sẽ giảm lượng Cu thải ra ở phân, điều
này có ý nghĩa đối với việc giảm ô nhiễm môi trường. Việc dùng Fe-methionin cũng làm giảm được liều Fe bổ sung trong khẩu phần, đặc biệt hơn Fe-methionin còn có thể thay thế được dextran Fe. Những thí nghiệm so sánh tác dụng của dextran Fe và Fe-methionin trên lợn con 0 đến 21 ngày đã thấy tăng trọng của lợn không thua kém nhau (200 so với 190g/ngày) và hàm lượng hemoglobin của cả hai lô nằm trong giới hạn sinh lý bình thường (10,51-11,96 so với 9,16-11,72 g/dl). Dùng Fe-methionin thay thế dextran Fe trong việc bổ sung Fe cho lợn con còn giảm được chi phí tiêm cũng như giảm được những rủi ro do tiêm. Phức chất chelat của kim loại chuyển tiếp với các amino axit thiết yếu cũng có tác dụng tốt với năng suất của lợn thịt cũng như chất lượng thân thịt (tăng trọng hàng ngày có
thể cao hơn 5% và diện tích cơ thăn cũng được cải thiện (54,7-55,5 mm2) so với khoáng ở
dạng muối sunphat. Đối với lợn nái chửa và tiết sữa, phức chất vòng càng bổ sung vào khẩu phần có tác dụng tăng khả năng tiết sữa 8,8% (126 kg thức ăn so với 115,8 kg thức ăn), thời gian động dục trở lại rút ngắn 10% (4,44 ngày so với 4,94 ngày), lợn con sinh trưởng nhanh hơn, khối lượng cai sữa lớn hơn (5,91 kg so với 5,76 kg).
Nhóm nghiên cứu D.W.Kellogg và cộng sự [62] đã nghiên cứu ứng dụng và hiệu quả của phức chất methionin đối với bò sữa. Các tác giả đã tóm tắt 12 thử nghiệm (13 so sánh) đánh giá tác động của phức chất Zn-methionin trên hiệu suất, chất lượng sữa và sức khỏe con mẹ. Trong 5 thử nghiệm, Zn-methionin cung cấp giữa 180 và 200 mg Zn/ngày, trong 7 thử nghiệm còn lại (8 so sánh) Zn- methionin cung cấp 360-400 mg Zn. Trong tất cả các thí nghiệm bò đối chứng được cung cấp Zn từ các nguồn vô cơ. Bò ăn Zn - methionin sản xuất nhiều sữa hơn, chất lượng sữa và sức khỏe bò mẹ tốt hơn so với bò ăn muối Zn vô cơ. Số lượng tế bào soma (SCC; 1000/ml) đã giảm 294-196 (P<0,01) ở bò nhận Zn - methionin (giảm 33,3% trong SCC).
26
Ngoài ra, các công trình [32, 58, 74, 81, 88] cũng nghiên cứu vai trò và ứng dụng của