1. MỞ ĐẦU

Mycotoxin, các hợp chất độc hại được sản sinh tự nhiên bởi các loài nấm mốc nhất định, là một mối đe dọa dai dẳng và ngày càng gia tăng đối với ngành chăn nuôi toàn cầu. Sự hiện diện của chúng trong các loại ngũ cốc và nguyên liệu thức ăn chăn nuôi khác có thể dẫn đến một loạt các ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe và năng suất của vật nuôi, bao gồm giảm tăng trưởng, suy giảm miễn dịch, tổn thương cơ quan và tăng khả năng mắc bệnh (Bryden, 2012). Thiệt hại kinh tế do mycotoxin gây ra là rất lớn, không chỉ do giảm năng suất vật nuôi mà còn do chi phí kiểm soát và quản lý. Do đó, việc phát triển và áp dụng các chiến lược khử độc mycotoxin hiệu quả là vô cùng quan trọng.

Hiện nay, có nhiều phương pháp khác nhau được nghiên cứu và ứng dụng để giảm thiểu sự ô nhiễm mycotoxin trong thức ăn chăn nuôi, bao gồm các biện pháp vật lý, hóa học và sinh học. Trong số các phương pháp sinh học, việc sử dụng enzyme để phân hủy mycotoxin thành các chất chuyển hóa ít độc hơn và việc sử dụng các vật liệu có khả năng hấp phụ độc tố để ngăn chặn sự hấp thu của chúng trong đường tiêu hóa của động vật là hai chiến lược nổi bật. Bài viết này nhằm mục đích cung cấp một bài đánh giá kỹ thuật, so sánh chi tiết hai phương pháp này, tập trung đặc biệt vào độ bền nhiệt của chúng trong quá trình chế biến thức ăn (ví dụ như ép viên) và tốc độ khử độc trong cơ thể vật nuôi – những yếu tố then chốt quyết định tính hiệu quả thực tế của chúng.

2. PHƯƠNG PHÁP KHỬ ĐỘC MYCOTOXIN BẰNG ENZYME

2.1. Cơ chế hoạt động

Phương pháp khử độc bằng enzyme dựa trên việc sử dụng các enzyme đặc hiệu có khả năng biến đổi cấu trúc hóa học của mycotoxin, chuyển chúng thành các dạng không độc hoặc ít độc hơn. Các enzyme này có thể có nguồn gốc từ vi khuẩn, nấm men hoặc các vi sinh vật khác (Haque et al., 2020). Ví dụ, fumonisin esterase có thể thủy phân fumonisin B1 (FB1) thành các hợp chất ít độc hơn; zearalenone hydrolase có thể phá vỡ vòng lactone của zearalenone (ZEN), và các enzyme oxyoreductase có thể biến đổi trichothecenes như deoxynivalenol (DON) (Schatzmayr & Streit, 2013). Quá trình chuyển đổi này thường là không thể đảo ngược, đảm bảo rằng mycotoxin không được tái hoạt động trong đường tiêu hóa.

2.2. Ưu điểm

• Tính đặc hiệu: Enzyme thường có tính đặc hiệu cao đối với một hoặc một nhóm mycotoxin cụ thể, giúp tránh các tương tác không mong muốn với các thành phần dinh dưỡng trong thức ăn (Karlovsky et al., 2016).
• Chuyển đổi không thể đảo ngược: Sản phẩm của quá trình phân hủy enzyme thường là các chất chuyển hóa ổn định và không độc, loại bỏ nguy cơ giải phóng lại độc tố.
• Hiệu quả tiềm năng cao: Với điều kiện tối ưu, enzyme có thể phân hủy hoàn toàn mycotoxin mục tiêu.

2.3. Nhược điểm

• Độ bền nhiệt trong quá trình ép viên thức ăn: Đây là một trong những thách thức lớn nhất đối với việc ứng dụng enzyme trong thức ăn chăn nuôi. Enzyme là protein, và hầu hết chúng nhạy cảm với nhiệt độ cao. Quá trình ép viên thức ăn thường diễn ra ở nhiệt độ từ 60°C đến trên 90°C, có thể làm biến tính và bất hoạt enzyme (Schatzmayr et al., 2006; EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed [FEEDAP], 2014). Mặc dù các kỹ thuật như vi nang hóa hoặc tìm kiếm các enzyme chịu nhiệt từ vi sinh vật ưa nhiệt đã được nghiên cứu để cải thiện độ ổn định, chi phí và hiệu quả vẫn là những yếu tố cần cân nhắc. Một số enzyme thương mại được báo cáo là có khả năng chịu được nhiệt độ ép viên nhất định, nhưng hiệu quả có thể giảm sút.
• Tốc độ khử độc trong hệ tiêu hóa: Mycotoxin bắt đầu được hấp thu vào máu ngay sau khi vật nuôi ăn phải thức ăn bị ô nhiễm. Quá trình phân hủy bằng enzyme đòi hỏi thời gian để enzyme tiếp xúc với mycotoxin và thực hiện phản ứng hóa học. Nếu tốc độ hấp thu mycotoxin nhanh hơn tốc độ phân hủy của enzyme trong điều kiện pH và môi trường của đường tiêu hóa, một lượng đáng kể mycotoxin vẫn có thể gây hại trước khi bị vô hiệu hóa (Freire & Sant'Ana, 2018). Tốc độ phản ứng của enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất (mycotoxin), pH, nhiệt độ và sự hiện diện của các yếu tố đồng xúc tác hoặc chất ức chế trong đường tiêu hóa.
• Phổ hoạt động hẹp: Nhiều enzyme chỉ có tác dụng với một loại mycotoxin hoặc một nhóm mycotoxin có cấu trúc tương tự. Do thức ăn thường bị ô nhiễm đồng thời bởi nhiều loại mycotoxin, việc sử dụng một loại enzyme đơn lẻ có thể không đủ (Karlovsky et al., 2016). Điều này đòi hỏi phải sử dụng hỗn hợp nhiều enzyme, làm tăng chi phí.
• Chi phí: Enzyme tinh khiết thường có chi phí sản xuất cao, điều này có thể ảnh hưởng đến tính kinh tế của việc sử dụng chúng trong thức ăn chăn nuôi.

3. PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHẤT HẤP PHỤ ĐỘC TỐ

3.1. Phân loại và cơ chế hoạt động

Chất hấp phụ mycotoxin là các chất có khả năng liên kết vật lý với mycotoxin trong đường tiêu hóa, do đó làm giảm sự hấp thu của chúng vào máu và thúc đẩy quá trình đào thải ra khỏi cơ thể qua phân. Các chất hấp phụ được chia thành hai nhóm chính: vô cơ và hữu cơ.

• Chất hấp phụ vô cơ: Bao gồm các loại đất sét (bentonite, montmorillonite, sepiolite, kaolin), zeolite và than hoạt tính. Cơ chế hấp phụ chủ yếu dựa trên tương tác tĩnh điện và sự hình thành liên kết hydro giữa bề mặt chất hấp phụ và phân tử mycotoxin (Huwig et al., 2001; Ringot et al., 2007).
• Chất hấp phụ hữu cơ: Chủ yếu là các thành phần từ thành tế bào nấm men (ví dụ: mannan-oligosaccharides (MOS) và β-glucans), vi khuẩn lactic, và các polyme sinh học khác. Chúng có thể liên kết với mycotoxin thông qua các tương tác kỵ nước và liên kết hydro (Jouany, 2007; Yiannikouris et al., 2006).

3.2. Ưu điểm

• Độ bền nhiệt: Hầu hết các chất hấp phụ vô cơ (đất sét, zeolite, than hoạt tính) rất ổn định ở nhiệt độ cao của quá trình ép viên thức ăn (Kabak et al., 2009). Các thành phần thành tế bào nấm men cũng cho thấy độ bền nhiệt tốt. Điều này đảm bảo hoạt tính của chúng không bị suy giảm trong quá trình sản xuất thức ăn.
• Tốc độ hấp phụ: Quá trình hấp phụ là một tương tác vật lý và thường diễn ra nhanh chóng khi chất hấp phụ tiếp xúc với mycotoxin trong môi trường lỏng của đường tiêu hóa (Avantaggiato et al., 2005). Sự hình thành phức hợp mycotoxin-chất hấp phụ nhanh chóng có thể ngăn chặn hiệu quả sự hấp thu mycotoxin qua thành ruột.
• Phổ hoạt động rộng (đối với một số loại): Than hoạt tính và một số loại đất sét có khả năng hấp phụ nhiều loại mycotoxin khác nhau, mặc dù hiệu quả có thể thay đổi (Diaz & Smith, 2005).
• Chi phí tương đối thấp: Nhiều chất hấp phụ, đặc biệt là các loại đất sét, có sẵn với chi phí thấp.

3.3. Nhược điểm

• Liên kết không đặc hiệu và nguy cơ hấp phụ chất dinh dưỡng: Một số chất hấp phụ, đặc biệt là than hoạt tính và một số loại đất sét với liều lượng cao, có thể liên kết không đặc hiệu với các vitamin, khoáng chất và các chất dinh dưỡng khác, làm giảm giá trị dinh dưỡng của thức ăn (Chestnut et al., 1992; EFSA FEEDAP Panel, 2017).
• Tính thuận nghịch của liên kết: Liên kết giữa mycotoxin và chất hấp phụ có thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi pH trong đường tiêu hóa. Có khả năng một phần mycotoxin bị giải phóng trở lại (desorption) ở các đoạn ruột khác nhau, làm giảm hiệu quả tổng thể (De Mil et al., 2015).
• Hiệu quả hấp phụ thay đổi: Hiệu quả hấp phụ phụ thuộc rất nhiều vào loại chất hấp phụ, cấu trúc và đặc tính hóa lý của mycotoxin, cũng như điều kiện môi trường trong đường tiêu hóa. Không phải tất cả các chất hấp phụ đều hiệu quả đối với tất cả các loại mycotoxin. Ví dụ, các mycotoxin phân cực như aflatoxin thường được hấp phụ tốt bởi đất sét, trong khi các mycotoxin ít phân cực hơn như zearalenone hoặc deoxynivalenol có thể cần các loại chất hấp phụ khác hoặc cho thấy hiệu quả hấp phụ thấp hơn (Kolosova & Stroka, 2011).
• Giới hạn hiệu quả đối với một số mycotoxin: Một số mycotoxin như trichothecenes (ví dụ DON) thường khó bị hấp phụ hiệu quả bởi các chất hấp phụ truyền thống do cấu trúc không phẳng và tính phân cực của chúng (Döll & Dänicke, 2011).

4. PHÂN TÍCH SO SÁNH HAI PHƯƠNG PHÁP

4.1. Độ bền nhiệt trong quá trình chế biến thức ăn

Đây là một điểm khác biệt rõ rệt giữa hai phương pháp. Chất hấp phụ, đặc biệt là các loại vô cơ như đất sét và zeolite, thể hiện độ bền nhiệt vượt trội trong điều kiện ép viên thức ăn thông thường (thường >80-90°C) mà không làm giảm đáng kể khả năng liên kết mycotoxin của chúng (Dänicke & Doll, 2010). Các thành phần hữu cơ như thành tế bào nấm men cũng tương đối ổn định.

Ngược lại, enzyme vốn là protein, thường nhạy cảm với nhiệt độ cao. Mặc dù có những tiến bộ trong việc phát triển các enzyme chịu nhiệt hoặc sử dụng các kỹ thuật bảo vệ như vi nang hóa, nguy cơ mất hoạt tính một phần hoặc toàn bộ trong quá trình ép viên vẫn là một mối lo ngại đáng kể (Vila-Donat et al., 2018). Nếu enzyme bị bất hoạt, hiệu quả khử độc sẽ bị vô hiệu hóa trước khi thức ăn đến được vật nuôi. Việc đảm bảo enzyme vẫn duy trì hoạt tính sau khi qua chế biến nhiệt đòi hỏi kiểm soát quy trình nghiêm ngặt và có thể làm tăng chi phí.

4.2. Tốc độ và hiệu quả khử độc trong cơ thể vật nuôi

Mycotoxin bắt đầu gây tác động độc hại gần như ngay lập tức sau khi được tiêu hóa và hấp thu vào hệ tuần hoàn. Do đó, tốc độ mà một tác nhân khử độc có thể vô hiệu hóa mycotoxin trong đường tiêu hóa là cực kỳ quan trọng.

Chất hấp phụ thường có lợi thế về tốc độ. Sự liên kết vật lý giữa chất hấp phụ và mycotoxin có thể xảy ra nhanh chóng khi chúng tiếp xúc trong dạ dày và ruột non, trước khi phần lớn mycotoxin được hấp thu (Avantaggiato et al., 2005). Điều này giúp giảm thiểu lượng mycotoxin đi vào máu. Tuy nhiên, hiệu quả phụ thuộc vào ái lực liên kết và sự ổn định của phức hợp hình thành trong các điều kiện pH khác nhau của đường tiêu hóa.

Enzyme, mặt khác, cần thời gian để thực hiện phản ứng sinh hóa chuyển đổi mycotoxin (có thể lên đến nhiều giờ). Tốc độ phản ứng enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố (nồng độ enzyme, nồng độ mycotoxin, pH, nhiệt độ). Trong môi trường động của đường tiêu hóa, nơi thức ăn di chuyển liên tục và pH thay đổi, enzyme có thể không có đủ thời gian hoặc điều kiện tối ưu để phân hủy hoàn toàn mycotoxin trước khi chúng được hấp thu (Freire & Sant'Ana, 2018). Như vậy, ngay cả khi enzyme có khả năng phân hủy hiệu quả một mycotoxin cụ thể trong điều kiện in vitro, tốc độ phản ứng chậm hơn in vivo so với tốc độ hấp thu của mycotoxin có thể hạn chế đáng kể giá trị thực tiễn của chúng, đặc biệt đối với các mycotoxin được hấp thu nhanh.

5. Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI

Việc lựa chọn giữa phương pháp sử dụng enzyme và chất hấp phụ, hoặc kết hợp cả hai, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại mycotoxin chính đang được quan tâm, mức độ ô nhiễm, quy trình sản xuất thức ăn (đặc biệt là nhiệt độ chế biến), chi phí và quy định của từng quốc gia.

Chất hấp phụ, nhờ độ bền nhiệt và tốc độ hoạt động nhanh, thường được coi là một giải pháp cơ bản và hiệu quả về chi phí cho nhiều loại mycotoxin, đặc biệt là aflatoxin. Tuy nhiên, những hạn chế về tính đặc hiệu và khả năng hấp phụ một số mycotoxin nhất định (ví dụ, trichothecenes) đòi hỏi các giải pháp bổ sung.

Enzyme mang lại lợi thế về tính đặc hiệu và khả năng chuyển đổi mycotoxin thành các dạng không độc hại vĩnh viễn. Nếu vấn đề về độ bền nhiệt và tốc độ phản ứng in vivo có thể được giải quyết một cách hiệu quả và kinh tế, enzyme sẽ là một công cụ rất mạnh mẽ. Các nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc khám phá các enzyme mới từ các nguồn vi sinh vật đa dạng, cải thiện độ bền nhiệt của enzyme thông qua kỹ thuật protein hoặc các phương pháp bảo vệ tiên tiến, và phát triển các hệ thống phân phối enzyme hiệu quả hơn trong đường tiêu hóa (Loi et al., 2017).

6. KẾT LUẬN

Cả hai phương pháp khử độc mycotoxin bằng enzyme và sử dụng chất hấp phụ đều có những ưu và nhược điểm riêng biệt. Chất hấp phụ thường vượt trội về độ bền nhiệt trong quá trình chế biến thức ăn và tốc độ hoạt động nhanh chóng trong đường tiêu hóa, khiến chúng trở thành một lựa chọn phổ biến và hiệu quả về mặt chi phí cho nhiều tình huống. Tuy nhiên, chúng có thể thiếu tính đặc hiệu và hiệu quả hạn chế đối với một số loại mycotoxin.

Enzyme cung cấp một cơ chế khử độc đặc hiệu và không thể đảo ngược, nhưng phải đối mặt với những thách thức đáng kể về độ bền nhiệt và tốc độ phản ứng in vivo đủ nhanh để cạnh tranh với sự hấp thu nhanh chóng của mycotoxin. Mặc dù có tiềm năng lớn, việc ứng dụng rộng rãi enzyme đòi hỏi những cải tiến hơn nữa về tính ổn định và hiệu quả trong điều kiện thực tế của ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi.

Sự hiểu biết thấu đáo về các đặc tính này là rất quan trọng để các nhà dinh dưỡng và nhà sản xuất thức ăn chăn nuôi có thể đưa ra quyết định sáng suốt, lựa chọn chiến lược quản lý mycotoxin phù hợp nhất nhằm bảo vệ sức khỏe vật nuôi và đảm bảo an toàn thực phẩm. Các nghiên cứu trong tương lai nên tiếp tục tập trung vào việc tối ưu hóa các phương pháp hiện có và phát triển các giải pháp kết hợp để đối phó hiệu quả hơn với mối đe dọa phức tạp từ mycotoxin.

7. TÀI LIỆU THAM KHẢO

•  Avantaggiato, G., Solfrizzo, M., & Visconti, A. (2005). Recent advances on the use of adsorbent materials for mycotoxin decontamination in feeds and food. Food Additives and Contaminants, 22(4), 379–392.
• Bryden, W. L. (2012). Mycotoxin contamination of the feed supply chain: Implications for animal productivity and feed security. Animal Feed Science and Technology, 173(1-2), 134–158.
• Chestnut, A. B., Anderson, P. D., Cochran, M. A., Fribourg, H. A., & Twinn, K. D. (1992). Effects of hydrated sodium calcium aluminosilicate on fescue toxicosis and mineral absorption. Journal of Animal Science, 70(9), 2838–2846.
• Dänicke, S., & Doll, S. (2010). Strategies for the detoxification of an important group of mycotoxins: Trichothecenes. In Mycotoxins in animal nutrition and health (pp. 289-331). Wageningen Academic Publishers.
• De Mil, T., Devreese, M., De Saeger, S., & Croubels, S. (2015). Influence of pH on the adsorption of T-2 toxin and deoxynivalenol by different mycotoxin Binders. Toxins, 7(6), 1966–1980.
• Diaz, D. E., & Smith, T. K. (2005). Mycotoxin sequestering agents: Practical tools for the poultry industry. In D. E. Diaz (Ed.), The mycotoxin blue book (pp. 323–339). Nottingham University Press.
• Döll, S., & Dänicke, S. (2011). The Fusarium toxins deoxynivalenol (DON) and zearalenone (ZON) in animal feeding. Preventive Veterinary Medicine, 102(2), 132–145.
• EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed (FEEDAP). (2014). Scientific Opinion on the safety and efficacy of FUMzyme® (fumonisin esterase) as a feed additive for pigs. EFSA Journal, 12(1), 3502.
• EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed (FEEDAP). (2017). Guidance on the characterisation of microorganisms used as feed additives or as production organisms. EFSA Journal, 15(6), e04792.
• Freire, L., & Sant'Ana, A. S. (2018). Methods for mycotoxin detoxification in foods: A review. Current Opinion in Food Science, 19, 39–47.
• Grenier, B., & Applegate, T. J. (2013). Modulation of intestinal functions following mycotoxin ingestion: Meta-analysis of published experiments in animals. Toxins, 5(2), 396–430.
• Haque, M. A., Wang, Y., Shen, Z., Li, X., Saleemi, M. K., & He, C. (2020). Mycotoxin contamination and control strategy in feed. Frontiers in Microbiology, 11, 1580.
• Huwig, A., Freimund, S., Käppeli, O., & Dutler, H. (2001). Mycotoxin detoxication of animal feed by different adsorbents. Toxicology Letters, 122(2), 179–188.
• Jouany, J. P. (2007). Methods for preventing, decontaminating and minimizing the toxicity of mycotoxins in feeds. Animal Feed Science and Technology, 137(3-4), 342–362.
• Kabak, B., Dobson, A. D., & Var, I. (2009). Strategies to prevent mycotoxin contamination of food and animal feed: A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 49(10), 852–879.
• Karlovsky, P., Suman, M., Berthiller, F., De Meester, J., Eisenbrand, G., Perrin, I., ... & Dussort, P. (2016). Impact of food processing and detoxification treatments on mycotoxin contamination. Archives of Toxicology, 90(8), 1847–1880.
• Kolosova, A., & Stroka, J. (2011). Evaluation of the effect of bentonite on the determination of aflatoxin B1 and ochratoxin A in compound pig feed by immunoaffinity column clean-up and HPLC-FLD. Food Additives & Contaminants: Part A, 28(6), 769–780.
• Loi, M., Fanelli, F., Liuzzi, V. C., Logrieco, A. F., & Mulè, G. (2017). Mycotoxin biotransformation by native and commercial enzymes: Present and future perspectives. Toxins, 9(6), 192.
• Ringot, D., Lerzy, B., Bonhoure, J. P., Auclair, E., Oriol, E., & Larondelle, Y. (2007). In vitro evaluation of the efficacy of different adsorbents to bind aflatoxin B1. Food and Chemical Toxicology, 45(7), 1320–1328.
• Schatzmayr, G., & Streit, E. (2013). Global occurrence of mycotoxins in the food and feed chain: facts and figures. World Mycotoxin Journal, 6(3), 213–222.
• Schatzmayr, G., Zehner, F., Täubel, M., Schatzmayr, D., Klimits, A., Loibner, A. P., & Binder, E. M. (2006). Microbiologicals for deactivating mycotoxins. Molecular Nutrition & Food Research, 50(6), 543–551.
• Vila-Donat, P., Marín, S., Sanchis, V., & Ramos, A. J. (2018). A review of the mycotoxin adsorbing agents, with an emphasis on their multi-binding capacity, for animal feed decontamination. Food and Chemical Toxicology, 114, 246–259.
• Yiannikouris, A., François, J., Poughon, L., Dussap, C. G., Jeminet, G., Bertin, G., & Jouany, J. P. (2006). Adsorption of zearalenone by β-D-glucans from Saccharomyces cerevisiae cell wall. Journal of Food Protection, 69(8), 2014–2020.