Acid hữu cơ trong nuôi trồng thủy sản

Một số tác dụng  của acid hữu cơ và muối của acid hữu cơ trong nuôi trồng thủy sản. Acid hữu cơ và muối của chúng được sử dụng như là chất phụ gia trong thức ăn dùng cho động vật thủy sản đã được quan tâm nghiên cứu, nhất là khi có những lo ngại về vấn đề chuyển các vi khuẩn gây bệnh sang người từ những vi khuẩn kháng kháng sinh do sử dụng các chất kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi ở liều thấp.

Các nghiên cứu có liên quan đến acid hữu cơ và động vật thủy sản hiện nay chủ yếu tập trung vào khả năng tăng cường hấp thu phospho và các khoáng chất khác . Ngoài ra, chúng còn có các tác dụng khác như: Ức chế sự phát triển của các vi sinh vật gây hại (nấm mốc, nấm men, vi khuẩn gây bệnh) tồn tại trong môi trường sống, trong thức ăn và trong cơ thể của động vật thủy sản; Cải thiện tốc độ tăng trưởng, gia tăng thành tích vật nuôi, cải thiện hệ số chuyển hóa thức ăn.

Tác dụng lên vi khuẩn gây bệnh và hệ vi khuẩn đường ruột của vật chủ

Acid hóa bột cá, nguyên liệu làm thức ăn và thức ăn có thể giúp khống chế sự phát triển của vi khuẩn trong điều kiện bảo quản. Acid hữu cơ và sự phối trộn trong chế biến thức ăn có thể đem lại lợi ích như một chất điều chỉnh môi trường đường ruột (Gut Environment Modifier - GEM). Trong nguyên liệu thức ăn hoặc trong ruột, những acid hữu cơ như acid formic, benzoic và furamic ức chế sự phát triển của vi khuẩn.

Những phân tử của acid hữu cơ thâm nhập vào vách tế bào vi khuẩn (đặc biệt là vi khuẩn gram âm), phân ly trong tế bào chất và làm rối loạn những chức năng của tế bào. Do đó, khi được dùng với liều lượng thích hợp, hỗn hợp các muối của các acid này đem lại sự an toàn, hiệu nghiệm và chi phí thấp trong việc kiểm soát bệnh đường ruột do vi khuẩn gram âm, thúc đẩy hệ vi khuẩn đường ruột của vật chủ phát triển.

Tác dụng kích thích tăng trưởng

Cho đến nay, người ta đã chứng minh được việc thêm các chất kháng sinh vào thức ăn dùng trong nuôi trồng thủy sản đã cải thiện tăng trưởng và hệ số chuyển hóa thức ăn của vật nuôi. Tuy nhiên, gần đây đã có sự gia tăng nhận thức của người tiêu dùng và những người nuôi trồng thủy sản về nuôi trồng thủy sản bền vững và có trách nhiệm, cũng như có quá nhiều tranh luận về các sản phẩm xuất xứ từ các quốc gia Đông Nam Á. Ngoài ra, EU đã cấm sử dụng tất cả kháng sinh trong thức ăn động vật vì việc sử dụng các kháng sinh ở nồng độ thấp trong thức ăn chăn nuôi sẽ có khả năng chuyển những gen kháng kháng sinh sang các vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật 

Chính vì vậy, các acid hữu cơ và muối của chúng đã được quan tâm sử dụng như là những phụ gia trong thức ăn chăn nuôi (được gọi là non-antibiotics) nhằm thay thế các chất kháng sinh.

Trong dinh dưỡng động vật, các chất acid hữu cơ và muối của chúng dùng để cải thiện thành tích vật nuôi thông qua các đường khác nhau: thức ăn, trong đường dạ dày - ruột và do đó ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của động vật.

Bảng 1. Tác dụng của acid hữu cơ và muối trong dinh dưỡng động vật.

Phạm vi	Dạng tác dụng	Tác dụng
Thức ăn	H+	Giảm pH Giảm khả năng liên kết acid Giảm sự phát triển của vi khuẩn
	H+ và ion (-)	Kháng khuẩn
Đường ruột	H+	Giảm pH trong dạ dày, tá tràng Tăng hoạt lực của pepsin
	Ion (-)	Tác nhân tạo phức hợp với các cation (Ca2+, Mg2+, Fe2+, Cu2+, Zn2+)

Trong thức ăn: ngay cả trong điều kiện môi trường có vệ sinh tốt, thức ăn thủy sản cũng có thể bị ảnh hưởng do một lượng nhỏ nấm mốc, nấm men và vi khuẩn. Trong điều kiện thích hợp, các vi sinh vật này phát triển nhanh chóng, đặc biệt ở độ ẩm cao (> 14%). Những chất bảo quản làm giảm sự phát triển của vi sinh vật và do đó làm giảm nguy cơ đưa vào tôm, cá những vi sinh vật gây bệnh.

Ngoài ra, acid còn khử những liên kết trong các nguyên liệu thức ăn và do đó cải thiện thành tích vật nuôi. Hàm lượng protein cao trong thức ăn đảm bảo tốc độ tăng trưởng tốt cho những con non nhưng cũng sinh ra hệ đệm trong thức ăn cao và làm giảm acid HCl trong dạ dày, dẫn đến sự hoạt hóa pepsin và tiết enzym dịch tụy vì vậy cũng giảm, làm cho tiêu hóa dưỡng chất bị hạn chế. Các acid hữu cơ được đưa vào sẽ làm giảm hệ đệm của thức ăn và do đó giúp cải thiện tiêu hóa thức ăn.

Trong đường tiêu hóa: cơ chế hoạt động của các acid hữu cơ trong đường tiêu hóa hoạt động theo 2 cách: (1) làm giảm pH trong dạ dày, đặc biệt ở ruột non, (2) phân ly trong tế bào vi khuẩn và sự tích lũy các anion muối ức chế sự phát triển của những vi khuẩn gram âm.

Như đã đề cập ở trên, pH không thích hợp ở dạ dày sẽ ức chế hoạt động của pepsin và làm cho sự tiêu hóa protein bị hạn chế. Hoạt động phân giải protein đòi hỏi pH < 4. Cũng như vậy, hoạt động tiết ra enzym dịch tụy cũng bị hạn chế khi pH cao và do đó làm giảm khả năng tiêu hóa chung ở những động vật độc vị (monogastric).

Bổ sung acid hữu cơ vào thức ăn có thể dẫn đến pH thấp ở tá tràng, cải thiện việc giữ lại nitơ và làm tăng độ tiêu hóa các chất dinh dưỡng.

Các vi khuẩn như Salmonella, E. coli bị ức chế hoạt động khi pH < 5, các acid hữu cơ xâm nhập qua màng tế bào vi khuẩn, phân ly trong tế bào chất làm thay đổi hoạt động của các enzym và trao đổi chất của tế bào, do đó ức chế sự phát triển của các vi sinh vật gây bệnh. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh có sự suy giảm số lượng vi khuẩn trong dạ dày và tá tràng, trong khi chủng vi khuẩn có lợi là Lactobacillus dường như chịu được môi trường có tính acid và thậm chí còn phát triển thêm về số lượng.

Trong trao đổi chất: các acid hữu cơ và muối của chúng cũng được xem là nguồn cung cấp năng lượng trong thức ăn của vật nuôi.

Bảng 2. Năng lượng thô của các acid hữu cơ và muối của chúng trong thức ăn dùng trong nuôi trồng thủy sản.

Acid hữu cơ/muối	Độ hòa tan trong nước	Năng lượng thô (kcal/kg)
Formic acid	Rất tốt	1.385
Acetic acid	Rất tốt	3.535
Propionic acid	Rất tốt	4.968
Lactic acid	Tốt	3.607
Citric acid	Tốt	2.460
Calcium formate	Thấp	931
Sodium formate	Rất tốt	931
Calcium propionate	Tốt	3.965
Calcium lactate	Thấp	2.436

Nguồn: Freitag, 2006; trích bởi Christian Lückstädt, 2006a.

Mặc dù đã có nhiều báo cáo về tác dụng các acid hữu cơ nhưng những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã cho thấy tác dụng của thức ăn có bổ sung các acid hữu cơ và muối của chúng còn phụ thuộc vào loài thủy sản và/hoặc phụ thuộc vào loại acid được nghiên cứu. Đặc biệt cần có nghiên cứu sâu hơn về cơ chế kháng khuẩn của các acid hữu cơ, và không loại trừ các vi khuẩn gây hại sẽ dần dần chịu được môi trường có pH thấp, từ đó phát sinh ra những chủng vi khuẩn gây hại có độc lực cao hơn so với các chủng vi khuẩn được biết hiện nay.