Các cân nhắc trong thiết kế thí nghiệm để so sánh đậu nành trong ứng dụng nuôi trồng thủy sản

Thứ Tư, 10 Tháng Tám 2022

Tác giả: Ts. Min Xue

Viện nghiên cứu Thức ăn chăn nuôi

Học viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc (CAAS)

Được viết trên cơ sở hợp tác với Hội đồng Xuất khẩu Đậu nành Hoa Kỳ (USSEC)

© 2021 Hội đồng Xuất khẩu Đậu nành Hoa Kỳ

(Tài liệu này có thể được sao chép nếu tác giả và USSEC cho phép. Trong khi Hội đồng Xuất khẩu Đậu nành Hoa Kỳ không đảm bảo tính chính xác của thông tin được trình bày hoặc các dự báo hoặc báo cáo của Nhân viên hoặc Nhà thầu của USSEC, chúng tôi đã cẩn trọng trong việc lựa chọn Nhân viên hoặc Nhà thầu để đại diện cho tổ chức của chúng tôi và đóng vai trò là chuyên gia về một chủ đề nhất định. Chúng tôi tin rằng họ có kiến thức và tài liệu cũng như ý kiến của họ sẽ cung cấp cho người đọc thông tin chi tiết và hiểu biết có giá trị về các vấn đề chính liên quan đến ngành nuôi trồng thủy sản toàn cầu và ngành công nghiệp đậu nành và nông nghiệp Hoa Kỳ. Chúng tôi rất mong nhận được các câu hỏi khác và luôn khuyến khích người đọc tìm kiếm một loạt các ý kiến trước khi đưa ra bất kỳ quyết định hoạt động hoặc tài chính nào dựa trên thông tin đã trình bày. Theo đó, USSEC sẽ không chịu bất kỳ trách nhiệm pháp lý nào ngầm hiểu hay rõ ràng xuất phát từ thông tin có trong bài báo này hoặc các tài liệu đã được tác giả đưa vào có thể thuộc bản quyền riêng có hoặc không có sự cho phép rõ ràng của chủ sở hữu bản quyền ban đầu.)

Giới thiệu

So với dinh dưỡng của con người, lịch sử nghiên cứu về cá và động vật có vỏ mới được thực hiện gần đây. Nhìn chung, việc nghiên cứu về cá và động vật có vỏ đã bắt đầu cách đây 70 năm với bài báo đầu tiên được xuất bản bởi Giáo sư John Halver vào năm 1950. Trong hầu hết các hệ thống nuôi trồng thủy sản thâm canh, thức ăn chiếm khoảng 60% tổng chi phí sản xuất và do đó đóng vai trò thiết yếu quyết định sự thành công của các doanh nghiệp nuôi trồng thủy sản. Bột cá (FM) có tầm quan trọng lớn nhất và là một trong những nguồn protein đắt tiền nhất trong công thức chế độ ăn ăn nuôi trồng thủy sản. Do nguồn cung thường cố định khối lượng, ngành công nghiệp kỳ vọng rằng bột cá (FM) sẽ tiếp tục điều chỉnh mức giá cao trong tương lai. Tìm nguồn protein thay thế đã trở thành một yêu cầu tất yếu để sản xuất thức ăn chăn nuôi thân thiện với môi trường và phát triển ngành nuôi trồng thủy sản bền vững hơn nữa (FAO, 2020). Protein thực vật từ ngũ cốc và các loại đậu là một nguồn thay thế bột cá dinh dưỡng và kinh tế trong thức ăn thủy sản, có hàm lượng protein cao (Liang và cộng sự, 2017; 2019) nhưng có thể kém ngon miệng hơn và có chứa các yếu tố kháng dinh dưỡng bền nhiệt (ANF). Trước khi sử dụng tối ưu protein thực vật, bao gồm SBM trong các công thức thức ăn cho cá thương mại, chúng tôi ít nhất cần phải xem xét năm khía cạnh: khả năng tiêu hóa, cấu hình axit amin lý tưởng, lượng thức ăn ăn vào, quá trình sơ chế và các chức năng dinh dưỡng đối với sức khỏe vật nuôi được thảo luận trong các phần sau.

Hàm lượng Lys và SAA của các nguồn protein đã chọn so với yêu cầu của cá.

Cân nhắc các phương pháp để đánh giá protein đậu nành

Khả năng tiêu hóa

Các chất dinh dưỡng có thể tiêu hóa và chuyển hóa được của các nguyên liệu là cơ sở để xây dựng công thức thức ăn chăn nuôi chính xác. Tuy nhiên, so với chăn nuôi trên cạn thì thông tin này đối với động vật thủy sản vẫn chưa có sẵn hoặc không đầy đủ trong nhiều trường hợp. Ngay cả đối với cùng một loài thủy sản, chúng ta có thể mong đợi tỷ lệ lỗi 15-20% (NRC, 2011) về giá trị khả năng tiêu hóa chất dinh dưỡng cho một loại thức ăn chăn nuôi nhất định từ các tài liệu nghiên cứu khác nhau. Liên quan đến các thí nghiệm về khả năng tiêu hóa, các cân nhắc phương pháp liên quan cần được đưa vào nhưng không giới hạn ở:

1) Nguồn gốc thành phần rõ ràng với phương pháp chế biến và điều kiện bảo quản xác định, thông tin xuất xứ và chắc chắn KHÔNG PHA TRỘN.

2) Hệ thống thu gom phân thích ứng với bộ thu gom phân hoặc hệ thống xi phông cụ thể, chỉ chấp nhận các mẫu phân được thu thập vào thời điểm cao điểm để tránh ước tính quá mức về khả năng tiêu hóa (Dong và cộng sự, 2012). Một số loài như cá chẽm Châu Á (Lates calcarifer) phải sử dụng phương pháp tách phân để lấy mẫu hợp lệ do tính chất phân tán của phân mặc dù điều này vẫn có thể đánh giá thấp kết quả.

3) Các chất chỉ điểm bên trong và phương pháp xác định được chấp nhận tốt. Cromic oxit (Cr2O3) là chất chỉ điểm bên trong thường được sử dụng để xác định độ tiêu hóa. Ngoài ra, một số oxit đất hiếm: Y₂O₃, Yb₂O₃, La₂O₃, Sm₂O₃, Nd₂O₃, Gd₂O₃, và Ti₂O₃ có thể là các dấu hiệu tốt không gây xáo trộn về sinh lý và màu sắc cho động vật (Xue và Cui, 2001). Phòng thí nghiệm của chúng tôi đã so sánh độ ổn định và độ tin cậy bằng cách sử dụng ba phương pháp để xác định rằng hai chất chỉ điểm (Cr₂O₃ và Y₂O₃) hoạt động tốt khi được đưa vào khẩu phần ăn và trong quá trình thu hồi từ phân cá. Kết quả chỉ ra rằng những chất chỉ điểm này ổn định hơn nhiều với độ biến thiên thấp hơn với ICP-OES so với phương pháp phân tích Đo màu phân hủy axit (AC) trong các mẫu này.

4) Một cách tiếp cận đúng về mặt toán học. Phương trình toán học sớm nhất về khả năng tiêu hóa được xây dựng bởi Giáo sư Young Cho (1973). Hiện nay người ta thường sử dụng một phương trình đơn giản hóa (được nêu chi tiết trong Yêu cầu dinh dưỡng của Cá và Tôm – NRC 2011).

Trong đó D_ref là phần trăm chất dinh dưỡng hoặc tổng năng lượng J/g của khẩu phần tham chiếu và D_ingredient là phần trăm chất dinh dưỡng hoặc tổng năng lượng J/g của thành phần. Các giá trị 0,7 (70%) và 0,3 (30%) được sử dụng cho các mức của khẩu phần ăn tham chiếu và thành phần trong chế độ ăn thử nghiệm hỗn hợp.

Cấu trúc axit amin lý tưởng (AA)

Cá thường yêu cầu 5% lysine (Lys) và 2-3% AA chứa lưu huỳnh của protein thô. FM có nhiều Lys và axit amin lưu huỳnh (SAA) nhưng hầu hết các protein thực vật đều thiếu axit amin thiết yếu (EAA). Cụ thể khi chỉ xem xét methionine (Met) mà không xét SAA dựa trên mức độ tiêu hóa hầu hết tất cả các protein thực vật đều thiếu Met (Kaushik & Seiliez, 2010). Biểu đồ hiệu ứng xô nổi tiếng trên lý thuyết cân bằng AA (Hình 1) giúp minh họa điều này. Các thành phần nguồn protein thực vật, chẳng hạn như đậu nành đã được chứng minh thành công ở một mức độ nhất định trong việc thay thế bột cá trong các loại thức ăn nuôi trồng thủy sản khác nhau, chẳng hạn như cá hồi, cá chẽm và tôm với các Axit amin thiết yếu cân bằng. Khi bột cá được thay thế bằng protein thực vật, Met sẽ bị thiếu.

Có hai phương án để cân bằng lượng Met thiếu hụt. Một là bổ sung Met trong chế độ ăn và phương án thứ hai là tăng lượng protein. Rõ ràng, phương pháp đầu tiên có thể hiệu quả hơn. Có một số nguồn methionine trên thị trường với nhiều giá trị khả dụng sinh học tương đối khác nhau (RBV). Hai mô hình được sử dụng rộng rãi cho các nghiên cứu RBV. Đầu tiên là mô hình tuyến tính. Lấy ví dụ so sánh DL-Met và Met-Met. Di-peptide Met-Met có RBV cao hơn nhiều so với DL-Met, cao hơn khoảng 1,5 lần (Yin và cộng sự, 2017). Mô hình phi tuyến tính như mô hình hàm mũ cũng thường được sử dụng. Met hydroxy analog [MHA] (muối 2-hydroxy-4-methylthiobutanamide) có thể là 75-80% RBV của DL-Met trên cơ sở cân bằng đối với động vật (NRC, 2011). Trong phòng thí nghiệm CAAS, chúng tôi cũng phát hiện ra rằng bột cá (FM) có thể được thay thế hoàn toàn bằng tinh chất protein đậu nành (SPC) bằng cách tăng tần suất cho ăn ở cá rô phi sông Nin (GIFT) theo cấu hình Axit amin lý tưởng (Zhao và cộng sự, 2010) nhưng chỉ 50% trong số bột cá có thể được thay thế trong khẩu phần ăn của cá chẽm đốm và cá tầm Amur (Liang và cộng sự, 2017; Wei và cộng sự, 2019, 2020) do các yêu cầu EAA khác nhau của các loài khác nhau.

Quy định về lượng thức ăn ăn vào

Lượng thức ăn ăn vào trước tiên nên xem xét thiết kế thức ăn chăn nuôi. Bột cá (FM) thường được coi là loại thức ăn rất ngon miệng đối với cá nhưng các protein thay thế có chi phí thấp hơn từ thực vật hoặc động vật kém ngon miệng hơn có thể ảnh hưởng đến hành vi hấp thụ thức ăn của cá. Trong thập kỷ qua, chúng tôi đã thực hiện một số nghiên cứu về lượng thức ăn quy định với một loài cá ăn thịt, Cá chẽm đốm (Lateolabrax maculatus) theo các kích thước cơ thể khác nhau. Nhìn chung, tốc độ tăng trưởng cụ thể (SGR) của cá chẽm đốm cho thấy xu hướng tương tự như lượng thức ăn ăn vào, hiệu suất cao hơn có thể được quan sát khi lượng thức ăn ăn vào cao hơn (Hu và cộng sự, 2013; Liang và cộng sự, 2017, 2019).

Trong một nghiên cứu trước đó, các biểu hiện tăng trưởng kéo dài 16 tuần đã được quan sát. Kết quả cho thấy khi mức protein thực vật (SPC) tăng lên, SGR giảm trong tám tuần đầu tiên. Tuy nhiên, trong giai đoạn tám tuần tiếp theo, sự thích nghi rõ ràng và lượng tiêu thụ cao hơn đã được thể hiện ở nhóm protein thực vật. Sau đó, thông qua việc giảm sử dụng bột cá trong thức ăn thương mại, khả năng thích nghi với thức ăn protein thực vật của cá vược đốm ngày càng tăng, điều này có thể liên quan đến hệ thống phun sương như sự thoái hóa thụ thể vị umami T1Rs (thụ thể vị giác kết hợp với protein G) (dữ liệu chưa được công bố). Hệ thống hút nước của cá cho thấy sự thay đổi thích nghi lớn đối với protein thực vật cho thấy T1R của cá ăn thịt tham gia vào cảm nhận, tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng, có ý nghĩa lớn đối với việc sử dụng hiệu quả các protein thực vật và có thể là một gen đánh dấu sinh học để lựa chọn dòng kháng protein thực vật.

Nguồn và Xử lý

Các giống di truyền và điều kiện chế biến của các thành phần kháng dinh dưỡng không bền nhiệt của đậu nành là mối quan tâm hàng đầu khi đánh giá chất lượng dầu đậu nành trong thức ăn chăn nuôi. Có sự khác biệt lớn về chất lượng SBM giữa các lô khác nhau. Chúng ta có thể nhìn thấy màu sắc khác nhau của các mẫu này bằng mắt thường và phản ứng khác nhau của người nuôi cá về chất lượng thức ăn. Có một số bài báo báo cáo kết quả cho ăn rất khác nhau khi sử dụng các SBM làm từ đậu nành từ hai nguồn gốc này. Tuy nhiên, các báo cáo này không so sánh kết quả về sự tăng trưởng và sức khỏe của cá khi đậu nành có nguồn gốc khác nhau này được chế biến thành SBM sử dụng đậu được chế biến trên cùng một thiết bị với các điều kiện được kiểm soát. Phòng thí nghiệm của chúng tôi đã tiến hành một cuộc thử nghiệm về tác dụng của việc sử dụng Bột đậu nành Hoa Kỳ và Bột đậu nành Brazil (được chế biến trong cùng điều kiện sử dụng cùng một dây chuyền chế biến ở Thanh Đảo, Trung Quốc) trong thức ăn cho cá rô phi sông Nin (GIFT strain). Chỉ số phân phối protein (PDI) và chỉ số hòa tan nitơ (NSI) trong đậu nành Brazil thấp hơn nhiều có thể liên quan đến sự hư hỏng trước khi gia nhiệt do làm khô trước khi ép dầu (Batal và cộng sự, 2000).

Đậu Hoa Kỳ phần lớn được làm khô bằng không khí trong khi đậu Brazil được làm khô bằng nhiệt bằng khí tự nhiên. Chúng tôi cũng tìm thấy các đặc tính hóa lý khác nhau giữa bột cá và protein đậu nành. Một số thành phần thực vật, chẳng hạn như SBM và/hoặc SPC có tiềm năng mở rộng cao hơn so với bột cá trong quá trình ép đùn để sản xuất thức ăn viên nổi. Tiềm năng mở rộng từ các thành phần thực vật đó có thể cải thiện độ cứng của viên thức ăn chăn nuôi, khả năng hấp thụ dầu và giảm rò rỉ dầu. Độ cứng của viên cao hơn có thể có lợi cho chỉ số độ bền của viên, tuy nhiên, nó có thể kéo dài thời gian phân hủy và trì hoãn thời gian tiêu hóa thức ăn trong ruột, điều này có thể làm giảm sự thèm ăn của cá (Kraugerud và cộng sự, 2011; Zhang và cộng sự, 2019).

Bột đậu nành được sản xuất từ đậu Hoa Kỳ và đậu Brazil thông qua cùng một dây chuyền chế biến

Dinh dưỡng và mối quan hệ với sức khỏe hệ thống gan và đường ruột

Tình trạng thể chất của gan và hệ thống đường ruột là một trong những mối quan tâm hàng đầu đối với sức khỏe động vật thủy sản. Khi bột cá được thay thế bằng bột đậu nành với một lượng lớn, một số triệu chứng được báo cáo, chẳng hạn như viêm ruột và/hoặc tổn thương gan là những vấn đề thường thấy. Một nghiên cứu dinh dưỡng cá tầm Amur chỉ ra những tổn thương khác biệt của van ruột, chuyển hóa năng lượng kém và khả năng phát triển kém trong các tế bào ruột dẫn đến tỉ lệ tử vong cao khi khẩu phần thay thế hoàn toàn bột cá bằng đạm thực vật (Wei và cộng sự, 2020).

Trong các nghiên cứu gần đây được công bố trên Tạp chí Dinh dưỡng đã báo cáo rằng Cetobacterium có thể là vi khuẩn quan trọng nhất hỗ trợ tạo ra sự cân bằng môi trường trong ruột. Trong các nghiên cứu gần đây của chúng tôi vào năm ngoái, chúng tôi nhận thấy rằng bột đậu nành Brazil đã làm tăng tần suất viêm ruột nghiêm trọng và ở những con cá này, vi khuẩn prebiotic Cetobacterium giảm 62,55% và vi khuẩn có khả năng gây bệnh Aurantimicrobium tăng 35,83%. Xác định các cơ chế điều chỉnh của rối loạn chuyển hóa dinh dưỡng và thực hiện các can thiệp dinh dưỡng hợp lý là những cách không thể tránh khỏi để giải quyết tối ưu việc sử dụng hiệu quả các protein thực vật.