Báo cáo nghiên cứu khoa học " 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 " doc

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 Nô

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

0

C 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

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

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

Mức CP trong khẩu phần Chỉ tiêu

(12,49)e

Carbon disulphide, mg

kg-1

-1

pH 7,10 (0,34)c 7,52 (0,17)d 7,83 (0,27)d

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-m4-ethyl 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

1 Hansen, C.F., Grisenes indflydelse pa lugtemissionen 2005, Landsudvalget

for svin, danske slagterier p 10

2 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

3 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

4 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

5 GenStat VSN International Ltd., Genstat user's guide 7th version 2004:

VSN International, Wilkinson House, Jordan Hill Road, Oxford, UK

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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