Ảnh hưởng của các mức protein trong khẩu phần đến hàm lượng các hợp chất chứa lưu huỳnh, indole, phenol và axít béo bay hơi trong phân lợn sinh trưởng

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 46, 2008 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC MỨC PROTEIN TRONG KHẨU PHẦN ĐẾN HÀM LƯỢNG CÁC HỢP CHẤT CHỨA LƯU HUỲNH, INDOLE, PHENOL VÀ AXÍT BÉO BAY HƠI TRONG PHÂN LỢN SINH TRƯỞNG Lê Đình Phùng Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế TÓM TẮT Thí nghiệm này nhằm mục đích nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein thô (CP) khác nhau trong khẩu phần đến hàm lượng các hợp chất chứa lưu huỳnh (S), indole, phenol và acid béo bay hơi (VFA) trong phân của lợn sinh trưởng. Thí nghiệm được tiến hành trên 18 con lợn với trọng lượng ban đầu khoảng 36,5 kg. Thí nghiệm tuân theo kiểu thiết kế ngẫu nhiên hoàn toàn theo khối với 3 mức protein thô trong thức ăn: 12%, 15% và 18% trong 6 khối. Lợn được nuôi cá thể trong chuồng nuôi có hố phân riêng biệt phía dưới mỗi ô chuồng. Sau 5 tuần thí nghiệm, các mẫu phân được thu trực tiếp từ hố phân sau đó được được phân tích các chỉ tiêu: các hợp chất chứa S, indole, phenol và các VFA. Giảm hàm lượng CP trong khẩu phần làm giảm hàm lượng các chất: methyl sulphide, carbon disulphide, ethanethiol, phenol, 4-ethyl phenol, indole và 3-methyl indole (P < 0,05) và có khuynh hướng làm giảm hàm lượng VFA mạch nhánh: iso-butyric và iso-pentanoic acid (P <0,1) trong phân lợn. Qua thí nghiệm này, có thể kết luận rằng giảm thiểu hàm lượng CP trong khẩu phần thức ăn chăn nuôi lợn là một giải pháp để giảm thiểu hàm lượng các chất có chứa S, indole, phenol và VFA mạch nhánh trong phân, từ đó giảm tác động xấu của chăn nuôi lợn đến môi trường và sức khỏe cho con người cũng như con vật. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Giảm hàm lượng các hợp chất gây mùi từ chăn nuôi lợn là một mối quan tâm hàng đầu của công chúng, nhà sản xuất và nhà hoạch định chính sách do những tác động xấu của các hợp chất mùi đến môi trường và sức khỏe con người và vật nuôi. Mối quan tâm này càng được đặt ra khi chăn nuôi lợn ngày càng được thâm canh về quy mô chăn nuôi và mức độ đầu tư thức ăn, đặc biệt là các loại thức ăn có hàm lượng protein cao. Mùi là một hỗn hợp của rất nhiều hợp chất khác nhau. 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 indole, (3) các hợp chất acid béo bay hơi (VFA), và (4) ammonia và các amine bay hơi. Theo Hansen (2005) trong hệ thống chăn nuôi lợn, hợp chất gây mùi chủ yếu xuất phát từ phân trong hố phân. Khái niệm phân ở đây được định nghĩa là hỗn hợp giữa cứt và nước tiểu. Các hợp chất mùi được sinh ra do quá trình chuyển hóa vi sinh vật các thành phần thức ăn trong ruột già và sự chuyển hóa vi sinh vật các sản phẩm đào thải trong cứt và nước tiểu. Có rất nhiều tiền chất của các hợp chất gây mùi nêu trên là sản phẩm trung gian hoặc sản phẩm trao đổi chất cuối cùng của protein (Mackie và cs 1998, Le và cs 2005). Do vậy, protein có thể là thành phần chính trong khẩu phần thức ăn cần được thay đổi để giảm thiểu hàm lượng các tiền chất cũng như hàm lượng các chất gây mùi trong phân. Giảm hàm lượng protein thô trong khẩu phần bằng cách phối hợp khẩu phần có hàm lượng protein sát với nhu cầu của lợn và bổ sung amino acid thiết yếu để đảm bảo khả năng sản xuất bình thường. Chiến lược này có thể giảm thiểu tối đa protein dư thừa được chuyển hóa và hấp thu ở ruột non và giảm thiểu các protein không tiêu hóa hết di chuyển đến ruột già của lợn. Từ đó giảm thiểu các hợp chất gây mùi ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người và vật nuôi. Xuất phát từ giả thuyết đó chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Ảnh hưởng của các mức protein trong khẩu phần đến hàm lượng các hợp chất chứa lưu huỳnh, indole, phenol và axít béo bay hơi trong phân lợn sinh trưởng”. II. ĐỐI TƯỢNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ảnh hưởng của các mức CP trong khẩu phần đến hàm lượng các hợp chất chứa S, indole, phenol và VFA trong phân được nghiên cứu trên lợn sinh trưởng (trọng lượng bình quân 36,5 kg) thông qua một thí nghiệm thiết kế theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn theo khối (RCB) với 3 mức protein (CP) trong 6 khối (n=18). Ba mức protein khẩu phần được nghiên cứu là: 12, 15 and 18 % ở dạng cho ăn (mức CP phân tích là 12,3, 14,2, và 18,0 %). Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong các khẩu phần như tinh bột, xơ thô, lipid, năng lượng, polysaccharide phi tinh bột, cân bằng điện tích, được cân bằng ngoại trừ yếu tố nghiên cứu (mức CP trong khẩu phần) là khác nhau giữa các khẩu phần. Lợn được nuôi cá thể với mức cho ăn 2,8 lần nhu cầu năng lượng thuần duy trì (NE: 293 kJ/kg trọng 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. Phân của mỗi con lợn được tích tụ riêng lẽ trong các hố phân phía dưới các chuồng nuôi. Sau hai tuần nuôi thích nghi, phân được thu thập. Vào tuần thứ 5 của quá trình thu mẫu, phân trong mỗi hố phân được trộn đều và một mẫu phân khoảng 1 kg được thu và lưu giữ trong tủ lạnh -20 0C cho đến khi phân tích. Các mẫu phân được phân tích các chỉ tiêu như ni tơ (N) tổng số, ammonium N, pH, VFA (acetic, propionic, butyric, pentanoic, iso-butyric, iso-pentanoic, hexanoic and heptanoic acid), indole (indole and 3-methyl indole) và phenol (phenol, 4-ethyl phenol and cresols) và các hợp chất chứa S (carbon disulphide, methyl sulphide, methyl disulphide and ethanethiol). Các VFA được đo lường bằng máy sắc ký HPLC Packard 427 (Interscience, Breda, the Netherlands). Để xác định hàm lượng của các hợp chất indole, phenol và các hợp chất chứa S, 2,5 g phân được chiết xuất bởi 15 ml 50% methanol trong 2 tiếng đồng hồ. Mẫu sau đó được ly tâm và sau đó được phân tích bởi HPLC (Alltech, Deerfield, IL, USA). Ammonium N được xác định bằng quang phổ kế theo NEN 6472 (Derikx và cs 1994). Độ pH của phân được xác định bằng máy đo. pH (Radiometer, Copenhagen, Denmark). Ảnh hưởng của các mức CP trong khẩu phần đến hàm lượng các chất trong phân được phân tích bởi phân tích phương sai (ANOVA) cho một thiết kế thí nghiệm RCB. Mỗi mức protein được lặp lại 6 lần (6 con lợn/mỗi mức CP), mỗi lần lặp lại trong mỗi một khối của 6 khối. Khối bao gồm các mẫu thu trong một ngày và các con lợn có trọng lượng ban đầu giống nhau. Đơn vị thí nghiệm là mỗi một con lợn hay mỗi một hố phân. Mô hình phân tích ảnh hưởng của các mức protein đến các hợp chất mùi như sau: yij = µ + ρj + αi + eij Trong đó: yij: biến độc lập, µ: trung bình, ρj: ảnh hưởng của khối, j = 1-6, αi: ảnh hưởng của khẩu phần i = 1, 2, 3, eij: sai số ngẫu nhiên. Các số liệu được trình bày dưới dạng trung bình thực và độ lệch chuẩn. Trong khi đó, khi phân tích ANOVA các số liệu về hàm lượng của VFA, indole and phenol, hợp chất chứa S và N tổng số, ammonium N trong phân được chuyển sang dạng logarít do hàm lượng các chất này không phân bố chuẩn. Phần mềm GenStat statistical package, 7th (GenStat VSN International Ltd., 2004) được sử dụng cho các phép phân tích thống kê. III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Bảng 1 trình bày ảnh hưởng của các mức CP trong khẩu phần đến hàm lượng các chất chứa S, VFA, indole, phenol, N tổng số, ammonium N và pH. Giảm hàm lượng CP trong khẩu phần làm giảm hàm lượng N tổng số, methyl sulphide, carbon disulphide, ethanethiol, phenol, indole, 3-methyl indole, và 4-ethyl phenol trong phân lợn (P < 0,05), và pH của phân của lợn (P < 0,01). Giảm hàm lượng CP trong khẩu phần tạo nên khuynh hướng giảm hàm lượng ammonium N trong phân của lợn (P = 0,07). Bảng 1: Ảnh hưởng của các mức protein trong khẩu phần đến hàm lượng các chất có chứa S, indole, phenol và VFA trong phân Chỉ tiêu Mức CP trong khẩu phần 12%CP 15%CP 18%CP Phenol, mg kg-1 9,10 (2,5a)c 17,32 (6,97)d 32,73 (12,49)e Cresols, mg kg-1 38,18 (8,41) 39,58 (9,72) 41,42 (7,3) 4-ethyl phenol, mg kg-1 1,60 (0,60)c 5,84 (1,38)d 11,75 (1,58)e Indole, mg kg-1 5,96 (0,92)c 9,77 (3,8)d 10 (1,7)d 3-methyl indole, mg kg-1 5,30 (1,0)c 4,80 (0,9)c 8,74 (2,21)d Carbon disulphide, mg kg-1 3,33 (0,56)c 7,05 (0,71)d 9,06 (1,67)e Methyl sulphide, mg kg-1 1,35 (1,42)c 8,13 (2,17)d 6,48 (2,83)d Ethanethiol, mg kg-1 78,82 (19,1)c 81,9 (16,8)c 104,6 (14,5)d Tổng số VFAb, g kg-1 7,41 (3,73) 6,35 (1,89) 7,58 (2,14) Acetic acid, g kg-1 4,23 (1,94) 3,98 (0,99) 4,65 (1,12) Propionic acid, g kg-1 1,72 (0,95) 1,25 (0,5) 1,47 (0,5) Butyric acid, g kg-1 1,0 (0,82) 0,5 (0,32) 0,7 (0,4) Iso-butyric acid, g kg-1 0,13 (0,05) 0,20 (0,06) 0,25 (0,11) Iso-pentanoic acid, g kg-1 0,33 (0,08) 0,45 (0,14) 0,53 (0,18) N tổng số, g kg-1 5,78 (0,97)c 6,24 (1,09)cd 7,25 (0,73)d Ammonium, g kg-1 1,91 (0,48) 2,51 (0,5) 2,86 (0,65) pH 7,10 (0,34)c 7,52 (0,17)d 7,83 (0,27)d Vật chất khô, g kg-1 128,2 (24,09) 119,6 (16,95) 123,4 (10,09) a Độ lệch chuẩn ; b Tổng số VFA = acetic acid + propinoic acid + butyric acid + iso-butyric acid + iso-pentanoic acid ; c,d,e Các trung bình trong cùng hàng thiếu một chữ cái ở mũ giống nhau là khác nhau ở mức P < 0,05 Hàm lượng CP trong khẩu phần không ảnh hưởng đến hàm lượng cresol, và VFA tổng số và mỗi VFA trong phân lợn. Mặc dầu hàm lượng các VFA mạch nhánh trong phân lợn: iso-butyric và iso-pentanoic acid giảm khi hàm lượng CP trong thức ăn giảm, tuy nhiên sự sai khác đó chỉ ở mức P = 0,08 và P = 0,1, lần lượt cho iso-butyric và iso-pentanoic acid. Các hợp chất methyl disulphide, hexanoic, heptanoic và pentanoic acid không phát hiện được trong phân của lợn ăn các khẩu phần ăn khác nhau. Ngưỡng nồng độ có thể xác định của methyl disulphide và ba VFA nêu trên trong phân lần lượt là 0,5 mg/kg và 0,1 g/kg. Protein trong khẩu phần thức ăn là nguồn tiền chất cơ bản cho các hợp chất nùi khác nhau trong đường tiêu hóa và trong phân lợn (Le và cs 2005). Do vậy, giảm hàm lượng protein trong khẩu phần có thể làm giảm các tiền chất của các hợp chất mùi trong đường tiêu hóa và trong phân. Nghiên cứu này đã chứng minh được giả thuyết đó. Giảm hàm lượng mức CP trong khẩu phần thức ăn từ 18 xuống 12% đã làm giảm các hàm lượng các chất indole và phenol (phenol, indole, 3-methyl indole và 4-ethyl phenol) và các hợp chất chứa S (methyl sulphide, carbon disulphide, ethanethiol) trong phân của lợn. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Hobbs và cs (1996): hàm lượng của phenol, 4-ethyl phenol, indole và 3-methyl indole trong phân giảm khi hàm lượng CP trong khẩu phần giảm từ 20 xuống 13%. Nghiên cứu của Sutton và cs (1998) cũng cho thấy hàm lượng của các hợp chất S trong phân (carbon disulphide, dimethyl sulphide, dimethyl disulphide) giảm khi giảm CP trong khẩu phần từ 13% xuống 8%. Theo Canh và cs (1998) hàm lượng các polysaccharide phi tinh bột lên men (fermentable NSP) là thành phần quan trọng nhất trong khẩu phần quyết định đến hàm lượng VFA trong phân của lợn. Trong thí nghiệm này không có sự khác biệt về hàm lượng fermentable NSP giữa các khẩu phần, điều này giải thích sự giống nhau về hàm lượng VFA trong phân. Hàm lượng VFA trong phân chủ yếu là các VFA mạch ngắn như acetic, propionic and butyric acid. Ba VFA mạch ngắn này chiếm khoảng 91% tổng hàm lượng VFA trong phân. Kết quả này là phù hợp với kết quả nghiên cứu của Otto và cs (2003) và Le và cs (2005). Các VFA mạch nhánh chỉ được sản sinh ra từ cơ chất là protein và amino acid. Đây có thể là lý do giải thích cho hiện tượng tăng hàm lượng iso-butyrics và iso-pentanoic acid trong phân khi hàm lượng CP trong khẩu phần tăng từ 12% lên 18%, mặc dầu sự tăng này chưa thực sự đạt mức P = 0,05 mà chỉ ở mức P = 0,08 và P = 0,1, lần lượt cho iso-butyrics và iso-pentanoic acid. Giảm hàm lượng các hợp chất mùi phân làm giảm sự phát xạ các chất này ra môi trường, từ đó có thể hạn chế ảnh hưởng tiêu cực của chăn nuôi đến con người và môi trường, cũng như nâng cao hiệu quả kinh tế chăn nuôi lợn. IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Giảm hàm lượng CP trong khẩu phần thức ăn cho lợn từ 18% xuống 12% làm giảm hàm lượng methyl sulphide, carbon disulphide, ethanethiol, phenol, indole, 3-methyl indole, 4-ethyl phenol và N tổng số trong phân lợn và pH của phân của lợn. Hàm lượng của VFA mạch nhánh và ammonium trong phân có khuynh hướng giảm khi hàm lượng protein trong khẩu phần giảm. Tuy nhiên, hàm lượng VFA mạch thẳng và cresols trong phân không khác nhau giữa các khẩu phần có mức protein khác nhau. Qua thí nghiệm này, có thể kết luận rằng giảm thiểu hàm lượng CP trong khẩu phần thức ăn chăn nuôi lợn là một giải pháp để giảm thiểu hàm lượng các chất có chứa S, indole, phenol và VFA mạch nhánh trong phân, từ đó giảm tác động xấu của chăn nuôi lợn, đặc biệt là chăn nuôi lợn thâm canh đến môi trường và sức khỏe cho con người cũng như con vật. TÀI LIỆU THAM KHẢO Hansen, C.F., Grisenes indflydelse pa lugtemissionen. 2005, Landsudvalget for svin, danske slagterier. p. 10. 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. 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. Derikx, P.J.L., H.C. Willers, và P.J.W. Ten Have, Effect of pH on behaviour of volatile compounds in organic manures during dry-matter determination. Bioresource Technology. 49 (1994) 41-45. GenStat VSN International Ltd., Genstat user's guide. 7th version. 2004: VSN International, Wilkinson House, Jordan Hill Road, Oxford, UK. Hobbs, J.P., F.P. Brian, M.K. Roger, và P.A. Lee, Reduction of odorous compounds in fresh pig slurry by dietary control of crude protein. Journal of the Science of Food and Agriculture. 74 (1996) 508-514. Sutton, A.L., J.A. Patterson, O.L. Adeola, B.A. Richert, D.T. Kelly, A.J. Heber, K.B. Kephart, R. Mumma, và E. Bogus, Reducing sulfur-containing odours through diet manipulation, in Animal Production Systems and the Environment: An International Conference on Odor, Water Quality, Nutrient Management and Socioeconomic Issues. Iowa State University: Des Moines, Iowa. (1998) 125-130. Canh, T.T., A.L. Sutton, A.J.A. Aarnink, M.W.A. Verstegen, J.W. Schrama, và G.C.M. Bakker, Dietary carbohydrates alter faecal composition and pH and ammonia emission from slurry of growing pigs. Journal of Animal Science. 76(7) (1998) 1887-1895. Otto, E.R., M. Yokoyama, R.D. Von Bermuth, T. Van Kempen, và N.L. Trottier, Ammonia, volatile fatty acids, phenolics and odour offensiveness in manure from growing pigs fed diets reduced in protein concentration. Journal of Animal Science. 81 (2003) 1754-1763. Le, P.D., A.J.A. Aarnink, N.W.M. Ogink, và M.W.A. Verstegen, Effects of environmental factors on odor emission from pig manure. Transactions of the ASAE. 48(2) (2005) 757-765. EFFECTS OF DIETARY CRUDE PROTEIN LEVEL ON SULFUROUS, INDOLIC, PHENOLIC COMPOUNDS AND VOLATILE FATTY ACID CONCENTRATION IN PIG MANURE Le Dinh Phung College of Agriculture and Forestry, Hue University SUMMARY The main objective of this study was to determine the effects of dietary crude protein (CP) level on sulfurous, indolic, phenolic compounds and volatile fatty acids (VFA) concentration of pig manure. An experiment was conducted with growing pigs (n = 18) in a randomised complete-block design with three treatments in six blocks. Treatment groups were 12%, 15% and 18% CP diets. Faeces and urine of each pig were accumulated together in a separate manure pit under the slatted floor. In the 5th week of the collection period, manure samples were collected directly from each manure pit. Manure samples were analysed for VFA, and indolic, phenolic and sulphurous compounds, ammonium and total nitrogen concentrations. Reducing dietary CP from 18% to 12% decreased methyl sulphide, carbon disulphide, ethanethiol, phenol, 4-ethyl phenol, indole, 3-methyl indole and total nitrogen concentrations in the manure (P < 0,05). A reduction of dietary CP is an option to reduce odorous compounds from pig manure thus to reduce negative impacts of pig production on environment and human and animal health.