Chuỗi peptide có hoạt tính sinh học

Ngành chăn nuôi heo đang phát triển theo hai hướng: Thỏa mãn nhu cầu của người tiêu dùng và tối ưu hóa kết quả sản xuất cho trang trại. Yêu cầu trong sản xuất phải bền vững, thân thiện với môi trường trên cơ sở đảm bảo welfare (phúc lợi động vật) tăng lên cùng với tính nghiêm khắc đối với các trang trại. Nhưng vấn đề này cản trở việc gia tăng số lượng gia súc trong một trang trại. Kết quả đem lại không những đảm bảo doanh thu cho trang trại mà còn phải sử dụng tối ưu các yếu tố sản xuất ngày càng trở nên quan trọng.

Đặc biệt, dưới góc độ kinh tế thuật ngữ “chăn nuôi có hiệu quả” phải bao gồm nhiều xác định, đánh giá và tối ưu khẩu phần thức ăn chăn nuôi. Các yếu tố dinh dưỡng thì được xem là đặc biệt quan trọng trong khía cạnh này, thức ăn tốt thì đáp ứng tốt hơn đối với năng suất so với các yếu tố khác. Hiện nay, việc nghiên cứu các thành phần có hoạt tính để đạt được tiềm năng di truyền là mối quan tâm hơn bao giờ hết.

Protein có vai trò quan trọng trong dinh dưỡng. Tuy nhiên, việc đánh giá các protein trong khẩu phần được phân cắt và hiệu ứng điều hòa của nó xảy ra trong cơ thể thì vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Các peptide có hoạt tính sinh học là thành phần tự nhiên của protein hiện diện trong thực phẩm và trong thức ăn với số lượng lớn. Chuỗi peptide có hoạt tính sinh học bao gồm từ 2 đến 20 loại axit amin và chúng được gắn kết với nhau bằng các liên kết peptide. Chúng bất hoạt trong phức hợp protein ở hầu hết các sản phẩm của động vật như sữa và trứng. Trạng thái bất hoạt ban đầu được phân giải và hoạt hóa trong quá trình phân giải protein hoặc bởi các enzyme của vi sinh trong đường ruột. Vì vậy, chúng sẽ đáp ứng được các chức năng điều hòa khác nhau trong cơ thể và kết quả được biết như là “các peptide chức năng “hoặc làm thực phẩm hoặc thức ăn chức năng”. Thành phần các axit amin rất quan trọng trong các peptide có hoạt tính sinh học này. Các đặc tính kháng khuẩn đã được mô tả và có ảnh hưởng tích cực lên hệ miễn dịch, hấp thu dinh dưỡng và chất khoáng.

Các phương pháp lên men bên ngoài nhằm làm giàu các chuỗi peptide có hoạt tính sinh học

Trứng gà và các sản phẩm của trứng được biết có hàm lượng protein và có giá trị sinh học cao, đặc biệt chúng có giá trị sinh lý và được xem như loại thức ăn đặc biệt. Tuy nhiên, khi xem xét chi tiết về các protein và các tiểu phần của trứng cho thấy chúng có nhiều tiềm năng về mặt sinh lý học và các đặc tính đặc biệt cần được quan tâm. Một khía cạnh khác nữa là có thể sử dụng chúng như một nguồn peptide có hoạt tính sinh học. Tương tự như đã xảy ra trong quá trình tiêu hóa ở ruột, quá trình lên men bên ngoài có thể được ứng dụng nhằm tạo ra các peptide có hoạt tính sinh học và gia tăng các ảnh hưởng về sinh lý, ví dụ trong trường hợp lòng trắng trứng. Với MiaPerform, Công ty Miavit đã phát triển sản phẩm mới thuộc lĩnh vực này trong năm qua, đây là peptide của lòng trắng trứng được lên men bên ngoài và rất giàu tiềm năng trong tiền trao đổi chất.

Chính xác những gì thực sự xảy ra trong quá trình lên men

Để làm rõ việc này chúng ta phải xem xét kỹ lưỡng cấu trúc của protein. Trong cấu trúc nguyên thủy, tất cả các protein được xây dựng nên từ axit amin. Những axit amin này gắn với nhau bằng liên kết peptide, chuỗi các axit amin khác nhau trong chuỗi peptide tạo nên cấu trúc bậc 2 của protein. Bằng cách này chúng ta hiểu được chuỗi sẽ xoắn vặn và gấp khúc lại bởi cầu nối hydrogen giữa các axit amin. Cấu trúc không gian của protein, cấu trúc bậc 3 có được là bởi lực Van Der Waals và cầu nối hydrogen sulfide giữa các axit amin. Thường có một vài chuỗi peptide liên kết với nhau để tạo nên phức hợp protein. Đây là cấu trúc bậc bốn (Hình 1). Giấu trong cấu trúc nguyên thủy của protein là các peptide có hoạt tính sinh học. Tuy nhiên, chúng bất hoạt về sinh lý ở dạng liên kết. Chúng có thể được hoạt hóa bởi quá trình len men và tạo các peptide từ các chuỗi polypeptide. Các trực khuẩn axit lactic có khả năng hoạt hóa các peptide từ lòng trắng trứng gà được giữ trong môi trường có nhiệt độ và giá trị pH ổn định. Ở đây, cấu trúc không gian của protein được cắt ra trước. Các tiểu phần có chức năng được tách khỏi phức hợp protein bằng cách tích tụ với nước ở 1 điểm nào đó trong chuỗi peptide và chuyển thành 1 dạng có hoạt tính. Sản phẩm sau đó được chuyển qua quá trình làm khô và công đoạn tiền xử lý nhằm biến sản phẩm rất mẫn cảm sang trạng thái an toàn về mặt nhiễm khuẩn.

Hình 1: Cấu trúc bậc 4 của protein

Trọng lượng phân tử thấp của protein trong MiaPerform

Quá trình lên men đã làm giảm một cách đáng kể trọng lượng phân tử. Sử dụng phương pháp điện di trên gel SDS-polyacrylamide các protein và các tiểu phần protein lớn hơn có thể được tách theo trọng lượng phân tử của nó, cùng với độ ẩm của gel sử dụng thì hoạt động của nó giống như bức ngăn hoặc màng lọc và giữ lại protein có trọng lượng lớn trong môi trường điện từ. Do vậy, làm giảm và làm ngắn lại đường đi trên gel lớn hơn so với các phân tử nhỏ. Sự di chuyển sau này càng rõ hơn hoặc trong trường hợp trọng lượng phân tử thấp, thì nó chạy ra ngoài về phía đáy của gel và không thể tìm thấy bằng kỹ thuật này. Sau khi nhuộm màu bằng thuốc nhuộm đặc biệt, dãy băng màu xanh có thể thấy được từng vị trí của protein nằm trên đó. Độ lớn nào đó có thể được định vị đối với chuẩn trọng lượng phân tử này.

Ở trên gel (hình 2), một bên là các mẫu protein được nhận diện bởi MiaPerform và bên kia là lòng trắng trứng đã được phân tích bằng kỹ thuật này. Trong trường hợp Miaperform có dãy protein, mà có thể thấy được dãy protein ít hơn 1 cách rõ rệt ở phần có trọng lượng phân tử ở phía trên. Độ bắt màu kém hơn ở dãy băng được tìm thấy phía dưới vị trí đánh dấu 6kDa. Cái đó có thể thấy rõ ràng số lượng protein thấp hơn so với protein trong bột trứng. Cả 2 kết quả đã chỉ ra rằng ảnh hưởng của quá trình phân giải protein về mặt cấu trúc của lòng trắng trứng trong quá trình lên men. Ở đây, tiểu phần protein nhỏ và các peptide đã xảy ra, trong số chúng có trọng lượng phân tử quá thấp, điều này quá khó để phát hiện bằng phương pháp này.

Peptide có hoạt tính sinh học trong thức ăn heo con

Hình 2: MiaPerform và lòng trắng trứng bình thường trong phép thử SDS-PAGE

Hàm lượng rất nhỏ MiaPerform đủ để cải thiện hoạt tính sinh học. Điều này đã được chứng minh trong một nghiên cứu ở trường đại học Bingen. Nghiên cứu ảnh hưởng về liều lượng được tiến hành cùng với việc xem xét kết quả hoạt tính của nó đối với khả năng sinh trưởng của heo cai sữa. Tổng số 200 con heo (giống Topig x Pietrain; đực/cái: 50/50), bình quân trọng lượng 7,5 kg (+ 0.5 SD) được phân vào 5 nghiệm thức khác nhau (Bảng 1). Việc phân bố đối với các nghiệm thức thử nghiệm đã được tiến hành trên cơ sở cân bằng về giới tính và trọng lượng. Mỗi ô chuồng 4 con, thu nhận thức ăn và hệ số chuyển hóa thức ăn được tính trong 10 nghiệm thức (chuồng). Trọng lượng hơi và tăng trọng hằng ngày được tính toán theo cá thể, mỗi heo trong thí nghiệm được đánh số tai. Mỗi chuồng được lắp đặt máng ăn tự động và núm uống tự do. Thức ăn viên được đưa mới vào mỗi ngày và thức ăn thừa được cân lại để xác định thức ăn thu nhận chính xác nhất. Thức ăn được chia thành 2 pha: pha đầu từ ngày 1 đến ngày 19 (7,5 – 12 kg trọng lượng sống) và pha sinh trưởng từ ngày 20 đến ngày 46 (12 – 28 kg trọng lượng sống).

Thành phần thức ăn được phối trộn trên cơ sở khuyến cáo của GfE – Hiệp hội Sinh lý Dinh dưỡng, nhằm tối ưu hóa nhu cầu dinh dưỡng cho heo con tăng trưởng. Bên cạnh đó, hàm lượng các vi khoáng và vitamin rất phổ biến trong thực tiễn, thành phần thức ăn căn bản dựa trên khô dầu nành, lúa mì, lúa miến, ngô, không bổ sung kháng sinh hoặc các chất kích thích tăng trưởng khác. MiaPerform được sử dụng với liều lượng được trình bày như trong bảng 2, trong nghiệm thức B,C, D và E nhằm đưa vào các peptide có hoạt tính sinh học có ảnh hưởng lớn nhất lên chỉ tiêu năng suất.

Bảng 1: Các nghiệm thức

Nghiệm thức	Khẩu phần
A	Đối chứng (Khẩu phần K, không bổ sung MiaPerform)
B	K + 0,1 % MiaPerform
C	K + 0,2 % MiaPerform
D	K + 1,0 % MiaPerform
E	K + 2,0 % MiaPerform

 

MiaPerform đã ảnh hưởng lên tăng trọng hằng ngày như 1 chỉ tiêu về năng suất sinh trưởng (hình 3). Điều này đặc biệt lưu ý ở nhóm C. Những ảnh hưởng quan trọng đến chỉ tiêu năng suất của nhóm này là chắc chắn trong cả 2 ở pha sinh trưởng (+5.4%) và trong suốt quà trình thử nghiệm (+6.8%). Các heo thí nghiệm ở nhóm C khi thêm vào 0.2% MiaPerform đã đạt trọng lượng cao nhất vào cuối thí nghiệm và tăng trọng hằng ngày cao nhất so với các nhóm khác. Trong thử nghiệm này, việc sử dụng với liều lượng cao nhất của sản phẩm đã không cho thấy hiệu quả cao hơn về các chỉ tiêu tăng trọng hằng ngày. Ví dụ, trọng lượng thu được hằng ngày với 1 hoặc 2% MiaPerform thì thấp hơn so với nhóm C.

Hình 3: Tăng trọng hàng ngày của các nhóm thử nghiệm

Hình 3: Hệ số chuyển hóa thức ăn của các nhóm thử nghiệm

Hệ số chuyển hóa thức ăn cũng giảm đáng kể qua việc bổ sung MiaPerform. Ảnh hưởng tuyến tính xảy ra trên cả 2 nghiệm thức B (0.1%) với liều thấp nhất và trong nghiệm thức E (2.0%) với liều lượng cao nhất. Do đó, kết quả này được so sánh với nhóm đối chứng trong nghiệm thức C hệ số chuyển hóa thức ăn giảm đến 10 điểm hoặc 7% trên toàn kỳ thí nghiệm.

Kết quả của thử nghiệm cho thấy tiềm năng lớn nhất mà các peptide có hoạt tính sinh học có trong khẩu phần của heo thử nghiệm. Nhóm hợp chất mới này đã giúp khai thác tiềm năng về di truyền một cách đầy đủ và cũng có thể hiện diện như 1 chất kích thích sinh trưởng nhằm thay thế các yếu tố kháng sinh. Việc sử dụng các peptide có hoạt tính sinh học có thể được quan tâm cho tất cả các trang trại để đáp ứng cả 2 nhu cầu về thị hiếu của xã hội và lợi tức của nhà chăn nuôi.

Công ty Miavit - Nhóm chất mới cải thiện năng suất sinh học)

MIAVIT GmbH, Essen (Oldb.), Đức; Technische Hochschule Bingen, Bingen am Rhein, Đức