cacbonhydrat dinh dưỡng nuôi trồng thủy sản

 fructofuranisidase sucraseEnzim tiêu hóa carbohydrat của động vật thủy sản thì kém hơn so với động vật trên cạn, nên khả năng tiêu hoá carbohydrat của động vật thuỷ sản thì biến động v

CHƯƠNG VI

CARBOHYDRATE

1 GIỚi THIỆU

1.1 Tinh bột

1.2 Dextrin

1.3 Glycogen

1.4 Cellulose

1.5.Chitin và Chitosan

2 CHỨC NĂNG CỦA CARBOHYRATE TRONG THỨC ĂN CHO ĐỘNGVẬT

THỦY SẢN

3 SỰ TIÊU HÓA VÀ BIẾN DƯỠNG CARBOHYDRAT

3.1 Tiêu hóa carbohydrat ở ĐVTS

3.2 Hiệu quả sử dụng các nguồn carbohydrat của động vật thủy sản

4 NHU CẦU CARBOHYDRAT CỦA ĐVTS

4.1 Khả năng sử dụng tinh bột của động vật thủy sản

4.2 Khả năng kết dính của tinh bột

5 CHẤT XƠ TRONG THỨC ĂN THỦY SẢN

Carbohydrat được xem là nguồn nguyên liệu cung cấp năng lượng rẻ tiền nhất cho ĐVTS Sự tiêu hóa carbohydrat biến động rất lớn giữa các loài và phụ thuộc vào thành phần của carbohydrat trong nguyên liệu Năng lượng trao đổi (ME) carbohydrat của ĐVTS dao động lớn từ 0 kcal/g (cellulose) đến 3.8 kcalo/g (đường đơn) Carbohydrat chiếm tỉ lệ trên 75 % ở thực vật, trong khi ở động vật hiện diện với số lượng nhỏ và tồn tại chủ yếu dưới dạng glycogen

Carbohydrate (Glucid) chứa Carbon, Hydrogen và Oxygen Công thức tổng quát của (CH2O)n hay Cx(H2O)y Carbohydrat có nhiều trong thực vật Carbohydrate được chia làm hai nhóm chính: nhóm đường và nhóm không đường:

- - Nhóm đường bao gồm monosaccharide (đường đơn): như glucose, galactose, mannose, fructose và oligosaccharide (đường đa): Sucrose, lactose, maltose Nhóm này không phải là thành phần quan trọng trong thức ăn của động vật thủy sản

- - Nhóm không đường gồm homoglycan: tinh bột, dextrin, glycogen, cellulose và heteroglycans: pectin, hemicellulose trong đó tinh bột vai trò quan trọng trong thức ăn thủy sản

Dựa trên giá trị dinh dưỡng người ta chia carbohydrat thành 2 nhóm chính Đó là dẫn xuất không đạm (NFE: Nitrogen Free Extracts) và chất xơ thô (CF: Crude Fiber) NFE phần lớn là tinh bột và đường , chúng dễ tiêu hóa và hấp thu trong đường tiêu hoá của tôm cá Chất xơ thì khó tiêu hoá bởi vì cơ thể không có enzim thuỷ phân chúng

Tinh bột là một glucosan (glutan) có nhiều và là chất dự trữ trong thực vật Trong hạt có thể chiếm đến 70%, trong trái, khoai củ có thể đến 30% Tinh bột hiện diện trong tế bào thực vật dưới dạng các hạt tinh bột bao gồm amylose (20-30%) và amylopectin (70-80%)

- - Amylose: gồm chuỗi không phân nhánh (-1,4) các đơn vị glucose

- - Amylopectin: gồm chuỗi chính (a-1,4) và các nhánh ngang (a-1,6)

Là sản phẩm trung gian của sự thủy phân tinh bột và glycogen Thường được

sử dụng làm chất kết dính trong thức ăn thủy sản Trong nghiên cứu về khả năng sử dụng carbohydrat cho tôm cá, dextrin thường được sử dụng như nguồn cung cấp carbohydrat

Glycogen là dạng dự trữ carbohydrate trong gan và cơ của động vật thủy sản Cấu trúc là một polysaccharides có nhánh giống như tinh bột nhưng có trọng lượng phân tử lớn hơn., chuỗi có 5.000-25.000 đơn vị glucose

Là một glucosan, có cấu trúc theo kiểu liên kết 1-4 -glucose với khoảng 8.000 phân tử -glucose liên kết lại Cellulose có ở tất cả thực vật vì nó là chất chính yếu của vách tế bào thực vật Cellulose hiện diện nhiều trong cám gạo (>12%), một nguồn nguyên liệu quan trọng trong thức ăn cho động vật thủy sản

Chitin là polymer của các đơn vị N-acetyl glucosamine trong khi chitosan cấu tạo bởi các đơn vị glucosamine Chitin có mặt rất phổ biến ở động vật bậc thấp, đặc biệt có nhiều ở giáp xác, tảo Thành phần này thường có nhiều trong bột tôm, làm ảnh hưởng đến độ tiêu hóa thức ăn, đặc biệt là độ tiêu hóa protein của ĐVTS

2 CHỨC NĂNG CỦA CARBOHYRATE TRONG THỨC ĂN CHO

  Carbohydrat là nguồn năng lượng chủ yếu cho toàn bộ hoạt động sống cơ thể

1gr carbohydrat (oxy hóa) = 4,19 Kcal

  Trong khẩu phần thức ăn khi carbohydrat tăng lên thì sự phân giải lipid và protein trong cơ thể sẽ giảm đi, thì năng lượng chủ yếu do carbohydrat cung cấp Do đó carbohydrat được xem là nguồn chia sẻ việc cung cấp năng lượng cho protein và lipid

  Quá trình dự trữ năng lượng ở dạng glycogen và chuyển hóa thành lipid dự trữ trong cơ thể ĐVTS

  Carbohydrat là một trong những thành phần cấu tạo tổ chức cơ thể như glucoprotein có trong màng tế bào

  Trong công nghệ chế biến, carbohydrat là đóng vai trò là chất kết dính quan trọng

3 SỰ TIÊU HÓA VÀ BIẾN DƯỠNG CARBOHYDRAT

Trong thành phần của carbohydrat, tinh bột được xem như là nguồn nguyên liệu chính cung cấp năng lượng cho ĐVTS

@ Sự tiêu hóa tinh bột

Động vật thuỷ sản có hệ thống enzym để thủy phân tinh bột như sau:

 amylase

Thủy phân -1,4 của amylose

 -1,6 glucosidase

Thủy phân -1,6 của amylospectin

 glucosidase (maltase)

 glucosidase (lactase)

 fructofuranisidase (sucrase)

Enzim tiêu hóa carbohydrat của động vật thủy sản thì kém hơn so với động vật trên cạn, nên khả năng tiêu hoá carbohydrat của động vật thuỷ sản thì biến động và ít hiệu quả hơn so với động vật trên cạn, đặc biệt đối với các loại đường phức tạp Khả năng tiêu hóa carbohydrat thì thay đổi tùy theo loài, tính chất của nguyên liệu carbohydrat và một số yếu tố khác

- Khả năng tiêu hóa carbohydart của động vật thủy sản thấp hơn so với protein

và lipid Nguồn cung cấp năng lượng cho quá trình trao đổi chất của tôm cá là protein

và lipid thích hợp hơn là carbohydrat

- Wilder (1994) cho biết cá nước ngọt và cá vùng nước ấm có khả năng tiêu hóa tinh bột tốt hơn cá biển và cá vùng nước lạnh Sự khác nhau này có liên quan đến hoạt lực của enzyme amylase của loài Hoạt lực của enzym tiêu hóa carbohydrat của

cá chép cao hơn 80 lần so với cá đuôi vàng và 10-30 lần so với cá hồi Nhóm cá ăn thực vật có enzym tiêu hóa carbohydrat mạnh hơn so với cá ăn động vật

Bảng 6.1: Hoạt lực amylase của một số loài cá khi so sánh với amylase cá diếc

(Theo Nagayama và Saito, 1968)

Cá ăn thực vật hay

ăn tạp Hoạt lực * Cá ăn động vật Hoạt lực *

Cá diếc

Trắm cỏ

Rô phi

Chép

Mè trắng

100 88 44 35 31

Cá hồi Lươn biển

8 1

Khả năng tiêu hóa carbohydrate phụ thuộc rất nhiều vào trọng lượng phân tử và cấu tạo các nối của carbohydrate Các loại đường đơn dễ tiêu hóa hơn các loại đường

đa và nhóm không đường như tinh bột, dextrin Đường đơn có thể hấp thu trực tiếp qua thành ruột trong khi các nhóm khác phải qua quá trình tiêu hóa, đặc biệt là quá trình này xảy ra chậm ở ĐVTS Khi thủy phân các loại tinh bột dẫn đến làm gia tăng

độ tiêu hóa của tinh bột, vì vậy, việc nấu chín hay hồ tinh bột đều giúp cải thiện độ tiêu hóa thức ăn tinh bột

Bảng 6.2: Khả năng tiêu hoá các nguồn carbohydrat của cá

Loài Nguồn carbohydrat % trong thức ăn % Tiêu hóa

Tinh bột khoai tây nấu 20

60

69,2 26,1

Tinh bột nấu 11,5

25 50

72,8 60,9 55,1

25 50

83,1 78,3 66,5

Cá và hầu hết động vật thuỷ sản không có enzym thủy phân nối -1,4 nên việc tiêu hóa các cellulose hầu như không đáng kể Một số báo cáo cho rằng hệ vi khuẩn đường ruột của một số loài cá có khả năng thủy phân cellulose trong chất xơ Tuy nhiên cấu trúc ống tiêu hóa các loài cá trên cho thấy các vi khuẩn trên có nguồn gốc ngoại sinh

Chitin được xem là chất dinh dưỡng quan trọng của một số loài cá ăn động vật, đặc biệt ở giai đoạn cá bột và cá hương, nguồn cung cấp này từ thức ăn tự nhiên là Artemia và Dapnhia hay giáp xác khác Enzyme Endogenous chitinase có khả năng tiêu hóa chitin được tìm thấy, do đó có thể xem rằng chitin có thể được tiêu hóa ở một

số loài cá này Khả năng tiêu hóa chitin cũng được tìm thấy trên các loài giáp xác

Độ tiêu hóa carbohydrate phụ thuộc rất nhiều vào lượng thức ăn hàng ngày và

tỉ lệ cellulose trong thức ăn Cùng một lượng thức ăn, khi tăng lượng cho ăn hàng ngày, động vật thuỷ sản có khuynh hướng giảm độ tiêu hóa do khi tăng lượng thức

ăn, tốc độ thức ăn qua ống tiêu hóa nhanh và nhiều nên khả năng tiêu hóa thức ăn giảm

3.2 Hiệu quả sử dụng các nguồn carbohydrat của động vật thủy sản TOP

Hiệu quả sử dụng các nguồn carbohydrat khác nhau phụ thuộc vào mức độ và loài Đối với cá hồi cho thấy, độ tiêu hóa giảm dần theo thứ tự glucose, maltose, dextrin, tinh bột chín, tinh bột khoai tây Tốc độ tăng trưởng của cá giảm khi trọng lượng phân tử carbohydrat tăng Trái lại đối với cá nheo Mỹ, hiệu quả sử dụng thức

ăn tinh bột, dextrin cao hơn là đường đôi và đường đơn Kết quả này cũng được ghi nhận ở cá chép, trong 3 nguồn carbohydrat: glucose, tinh bột và dextrin thì tinh bột được sử dụng tốt nhất, sau đó đến dextrin và glucose sử dụng ít hiệu quả nhất Một

số loài cá không có sự khác nhau về khả năng tiêu hoá giữa các nguồn tinh bột khác nhau Đối với giáp xác, khả năng sử dụng đương đơn kém hơn đường đa Ở tôm sú khả năng sử dụng tinh bột hiệu quả hơn glucose (Shiau,1992) Kết quả này cũng được khẳng định bởi Alava (1987) khi sử dụng các nguồn carbohydrat từ: trehalose, succrose và glucose làm thức ăn cho tôm

Hiệu quả sử dụng carbohydrate không phải bao giờ cũng tỉ lệ thuận với độ tiêu hóa carbohydrate Động vật thủy sản có khả năng tiêu hóa tốt glucose nhưng khả năng sử dụng glucose rất kém do khả năng biến dưỡng của chúng có giới hạn Hiệu quả sử dụng carbohydrat của của ĐVTS kém được giải thích là do sự tích lũy cao và quá lâu của glucose trong máu Vấn đề này được dự đoán là kết quả của việc thiếu insulin cho quá trình trao đối chất bình thường của cá (tương tự như động vật hữu nhũ bị bệnh tiểu đường do thiếu insulin) Ngoài ra khi cá sử dụng một lượng carbohydrat cao thì dẫn đến hàm lượng glucose trong máu tăng, giảm sinh trưởng

Bảng 6.3 : Khả năng sử dụng các nguồn carbohydrat của tôm biển

Nguồn Carbohydrat % Carbohydrat Loài Kết quả

Glucose,tinh bột 0,20,30,40 P sitiferus Hiệu quả tốt nhất: tinh

bột Glucose,tinh bột 10, 40 P duorarum Hiệu quả tốt nhất: tinh

bột Glycogen, tinh bột,

dextrin, glucose,

sucrose

sucrose Hiệu quả sử dụng thức ăn: tinh bột

Tiêu hoá kém nhất: glucose

Glucose, tinh bột,

dextrin, tinh bột

khoai tây, sucrose,

maltose

đường đơn: glucose, galactose

Maltose, sucrose,

dextrin, bột khai mì,

bột bắp,

10,40 P monodon Tốt nhất: Sucrose

Glucose, dextrin, tinh

bột 20,25,30 P monodon Hiệu quả tốt nhất: tinhbột và dextrin

Việc giảm hàm lượng glucose trong máu còn tùy thuộc vào các thể tiếp nhận insulin (receptor) hiện diện trong các tế bào và mối tương quan với glucagon Các nghiên cứu gần đây cho thấy trên cá rô phi, sự thiếu thể tiếp thụ glucose-4 dẫn đến sự phản ứng chậm và không hiệu quả đối với insulin và các thực nghiệm cũng cho thấy khi tăng số lần cho ăn thì cá tăng khả năng sử dụng glucose Điều này có thể rút ra kết luận khả năng biến dưỡng glucose của cá chậm hơn động vật trên cạn, thêm một lượng lớn thức ăn chứa glucose sẽ dẫn đến sự gia tăng glucose trong máu cá đột ngột

và kéo dài Hiệu quả sử dụng dextrin, tinh bột ở tôm cá tốt hơn là glucose là do glucose không cần tiêu hóa mà được hấp thu nhanh qua thành ruột làm tăng nhanh hàm lượng này trong máu, động vật thủy sản không kịp điều chỉnh nên dẫn tới khả năng sử dụng kém, ảnh hưởng đến sinh trưởng và tỉ lệ sống Trong khi đó dextrin,

tinh bột còn phải trải qua quá trình tiêu hóa và hấp thu từ từ, nên ĐVTS có thể điều chỉnh hàm lượng đường trong máu và hiệu quả sử dụng tốt hơn

Một vài nghiên cứu trên cá còn cho thấy, khi nhịn đói hàm lượng glycogen trong gan, và glucose trong máu vẫn không thay đổi Trong khi đó lipid (mô tế bào) được sử dụng như là nguồn cung cấp năng lượng thông qua con đường glucogenesis (tổng hợp glucose từ các chất khác) Điều này cho thấy các loài tôm cá ưu tiên sử dụng nguồn glucose biến dưỡng khả năng sử dụng glucose biến dưỡng theo con đường glucogensis hơn là sự thủy phân từ glycogen dự trữ Tuy nhiên có một số loài

cá có khả năng sử dụng glycogen để làm năng lượng trước khi sử dụng lipid như ở cá

rô phi (O.mossambicus), thường những loài này có khả năng tiêu hóa và sử dụng

carbohydrat tốt

Avarado (1979) còn cho biết ở giáp xác khả năng hấp thu acid amin qua thành ruột bị giảm khi cho tôm ăn thức ăn có chứa glucose Hakazeno (1979) cho biết khi hàm lượng glucose là 10mM thì khả năng hấp thu L –lysine giảm từ 26.6 xuống 12.3% ở ruột giữa

Khả năng sử dụng carbohydrat của động vật thủy sản thì khác nhau, đặc biệt là giữa các loài, trong đó tính ăn là khâu quyết định đến khả năng sử dụng carbohydrat của động vật thủy sản Những loài ăn tạp, thực vật có khả năng sử dụng carbohydrat tốt hơn loài ăn động vật Ở cá biển trung bình khoảng 20% trong khi cá nước ngọt thì cao hơn

Có những loài tôm cá không có nhu cầu về carbohydrat là do chúng có khả năng tổng hợp carbohyrat thông qua con đường biến dưỡng glucose (gluconeogenesis) hoặc thỏa mãn về nhu cầu năng lượng sử dụng từ lipid và protein

Carbohydrates gồm rất nhiều thành phần khác nhau nhưng để sử dụng trong thức ăn thủy sản: tinh bột, dextrin và cellulose là ba thành phần sử dụng phổ biến trong thức ăn Việc sử dụng các loại đường đơn như glucose, sucrose không kinh tế

Mặc dù carbohydrat được xem như là chất dinh dưỡng không cần thiết, tuy nhiên việc bổ sung carbohydrat vào thức ăn cho ĐVTS với các mục đích như sau:

  Giảm giá thành: do carbohydrat là nguồn cung cấp năng lượng rẻ tiền

  Giảm việc sử dụng protein như là nguồn năng lượng (hoạt động thay thế protein của carbohydrat), từ đó protein cung cấp từ thức ăn được động vật thủy sản sử dụng cho sinh trưởng, hiệu quả sử dụng thức ăn tăng

  Tăng độ bền trong nước (chất kết dính trong thức ăn)

  Giảm mức độ nát, bụi của thức ăn (kết dính các thành phần với nhau)

Bảng 6.4: Sự biến động của FCR khi sử dụng thức ăn có mức protein và

carbohydrat khác nhau ở nheo Mỹ

Thức ăn Hàm lượng protein

(%)

Hàm lượng carbohydrat (%)

FCR

4.1 Khả năng sử dụng tinh bột của động vật thủy sản: TOP

Tinh bột của tất cả các thực vật có giá trị năng lượng thô khoảng 17.6kJ/gr cao hơn glucose (khoảng 15.9kJ/gr) nhưng năng lượng tiêu hóa thay đổi rất nhiều tùy theo giống loài, cách chế biến Do đó khi sử dụng tinh bột trong thức ăn thủy sản phải chú ý đến độ tiêu hoá tinh bột Do tinh bột là nguồn thức ăn cung cấp năng lượng rẻ tiền so với protein và lipid nên khuynh hướng các nhà sản xuất thức ăn sử dụng tối đa vào thành phần thức ăn cho cá, tôm Đối với cá rô phi, khả năng có thể sử dụng tinh bột trên 40%, cá tra trên 45% Thức ăn có chứa hàm lượng chất bột đường cao đến 40% vẫn cho kết quả tốt về tăng trưởng của tôm càng xanh, điều này dẫn đến nhu cầu protein của tôm càng xanh thấp hơn tôm biển do khả năng chia sẻ năng lượng của tinh bột Điều này cũng làm thức ăn tôm càng xanh rẻ hơn thức ăn tôm biển

Để tăng hiệu quả sử dụng tinh bột trong thức ăn thủy sản các biện pháp sau đây đã được chú ý:

  Tăng độ tiêu hóa thức ăn thủy sản bằng biện pháp nấu chín hay hồ hóa trong quá trình ép viên qua phương pháp ép đùn

  Tăng số lần cho ăn sẽ giúp cho ĐVTS sử dụng hiệu quả tinh bột lên

do khả năng biến dưỡng chậm của glucose nên việc chia nhỏ lượng thức ăn sẽ giúp cá chấp nhận lượng glucose từ từ thay vì tăng lên đột ngột sau bữa ăn

Bảng 6.5: Tỉ lệ % tinh bột sử dụng tối đa trong thức ăn cho một số loài tôm cá

Cá măng 35-45

Trong thức ăn thủy sản, tinh bột hồ hóa có tác dụng như một chất kết dính, sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp chế biến thức ăn Chất kết dính hồ tinh bột có tác dụng kết dính tốt như các chất kết dính khác

Chất xơ là thành phần phổ biến trong thức ăn thực vật Hiện nay, thức ăn chế biến thường sử dụng một lượng lớn nguồn nguyên liệu có nguồn gốc thực vật nên tỉ

lệ xơ trong thức ăn cao Chất xơ có thể chia làm 2 nhóm: nhóm tan trong nước và nhóm không tan trong nước Nhóm tan trong nước là gum và pepsin Trong thực tế các chất này thường được sử dụng làm chất kết dính trong thức ăn, nhiều nhất là carboxymethylcellulose (CMC) Thí nghiệm trên cá rô phi cho thấy việc tăng hàm lượng CMC trong thức ăn làm tăng hệ số thức ăn, giảm sinh trưởng, tuy nhiên hệ số tiêu hóa thức ăn thì không ảnh hưởng lớn Tuy nhiên ở cá tráp thì ngược lại sinh trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn tăng khi mức CMC tăng từ 0 lên 12%

Nhóm chất xơ không tan trong nước điển hình là cellulose Hàm lượng cellulose cao trong thức ăn sẽ làm giảm độ tiêu hóa thức ăn, ĐVTS sinh trưởng chậm Tuy nhiên ở tôm thẻ chân trắng thì không có sự ảnh hưởng này Sinh trưởng của tôm càng xanh không bị ảnh hưởng khi hàm lượng cellulose lên đến trên 30%

Bảng 6.6: Sinh trưởng và FCR của cá rô phi sử dụng thức ăn có mức carboxymethylcellulose (CMC) khác nhau (Shiau và ctv, 1988)

12 8.41 1.41 Thông thường đối với thức ăn cá có tỉ lệ chất xơ trong thức ăn được đề nghị không quá 10%, riêng đối với thức ăn tôm tỉ lệ này thường không quá 4% Một vài điểm cần lưu ý đối với chất xơ trong thức ăn:

  Chất xơ kích thích nhu động co bóp của ống tiêu hoá làm cho thức

ăn di chuyển dễ dàng để tống cặn bã, độc hại ra ngoài Chất xơ có tác dụng làm gia tăng tốc độ thức ăn đi qua đường tiêu hóa nên nó tác dụng làm tăng lượng thức ăn ĐVTS ăn vào

  Chất xơ trong thức ăn có tác dụng như chất pha loãng thức ăn và được sử dụng trong các thử nghiệm thức ăn để cân bằng năng lượng hay dưỡng chất của các công thức

  Hàm lượng chất xơ cao sẽ làm giảm hoạt động của một số Enzyme Đặc biệt là lignin liên kết với protein làm giảm khả năng tiêu hoá protein một cách có ý nghĩa

  Sự gia tăng chất xơ đến một mức sẽ làm giảm khả năng tiêu hóa thức ăn và người ta ghi nhận một tương quan ngược giữa hàm lượng chất xơ và năng lượng thức ăn Chất làm giảm tỉ lệ tiêu hoá thức ăn bằng cách ngăn giữ dưỡng chất bên trong các tế bào, thay vì chúng phải được tiếp xúc trực tiếp với các men tiêu hoá của đường ruột

  Khi chất xơ quá nhiều thì hàm lượng các dưỡng chất khác thấp, làm cho động vật phải ăn nhiều lên để đủ chất dinh dưỡng, điều này dẫn tới lượng phân thải ra nhiều (tăng COD trong ao nuôi)

  Chất xơ trong thức ăn sẽ làm giảm khả năng kết dính khi ép viên thức ăn