CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. SƠ LƯỢC VỀ TANIN Tanin là các hợp chất thực vật thứ cấp polyphenolic, nó đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật trong quá trình lên men, phân giải protein, sản sinh khí mêtan và giảm thiểu mầm bệnh lây truyền qua thực phẩm. Tanin là một nhóm các hợp chất hóa học được sản xuất từ một số nhóm cây lá rộng, chúng có thể liên kết với protein. Nồng độ tanin cao hơn thường thấy trong cây lá rộng ở vùng khí hậu ấm áp (Jennifer và cs., 2013) Thực vật có chứa các hợp chất thứ cấp khác nhau để bảo vệ không cho nấm, vi khuẩn, động vật ăn cỏ, côn trùng và động vật có xương sống tấn công.
Các lớp hợp chất được biết để hoạt động theo cách này bao gồm saponin và tanin (Makkar và cs., 1995; Pell và cs., 2001), phổ biến trong nhiều loại cây thức ăn gia súc vùng nhiệt đới. Tanin là hợp chất oligomeric với nhiều đơn vị cấu trúc có các nhóm phenolic tự do. Tanin thường hòa tan trong nước (Haslam, 1982) ngoại trừ một số có cấu trúc cao phân tử. Chúng cũng có khả năng liên kết với protein và hình thành phức hợp tanin-protein hòa tan và không hòa tan.
Dựa trên cấu trúc và tính chất hóa học của chúng (Athanasiadou và cs., 2000), tanin thường được chia thành hai nhóm, tanin thủy phân (hydrolyzable tanins - HT) và tanin cô đặc (proanthocyanidin hay Condensed Tanins - CT). Cấu trúc hóa học của tanin Như đã đề cập ở trên, tanin là các hợp chất oligomeric, polyphenolic, thường có khối lượng phân tử cao và tích lũy trong nhiều loại thực vật như là sản phẩm tự nhiên của quá trình chuyển hóa thực vật thứ cấp (Caygill và Mueller-Harvey, 1999). Qua đó cho thấy tanin có sự đa dạng về cấu trúc giữa các loài thực vật khác nhau nhưng một đặc điểm mà hầu hết các loại tanin đều có là khả năng kết tủa protein. Tanin có thể được chia theo cấu trúc hóa học 6 thành hai nhóm quan trọng: tanin thủy phân (tanin thủy phân) và tanin cô đặc (CT).
Tanin thủy phân là polyesters của đường (chủ yếu là glucose) và axit gallic hoặc ellagic (Hình 1.1) và thường được coi là bất lợi cho dinh dưỡng động vật (Serrano và cs. Tanin cô đặc là các polyme của flavan-3-ols (Hình 1. Chúng tạo thành anthocyanidin đầy màu sắc khi phân tách oxy hóa (đun nóng khi có axit) và do đó còn được gọi là proanthocyanidin. Mỗi polymer CT có thể bao gồm nhiều tiểu đơn vị flavan-3-ol trong đó phổ biến nhất là catechin và epicatechin hoặc gallocatechin và epigallocatechin tạo thành procyanidin hoặc prodelphinidin.1: Cấu trúc tanin thủy phân có Hình 1.2: Cấu trúc tanin cô đặc n+2 flavan 3-ol subunits Pentagalloylglucose 1.
Tanin thủy phân (Hydrolyzable Tanins) Tanin thủy phân là các phân tử carbohydrate thường là có dạng D- glucose nằm trung tâm của lõi. Các nhóm hydroxyl của nhóm carbohydrate là một phần hoặc tổng este tổng số trong các nhóm phenolic tương tự như axit gallic (gallotanins) hoặc axit ellagic (ellagitanins). Thông thường trong thực vật có hàm lượng tanin thủy phân (Mueller-Harvey, 2001). Các loại tanin dạng này thường thấy ở các cây họ sồi (Quercus spp.) keo, bạch đàn, chồi và ngọn lá các loại cây (Waghorn và McNabb, 2003).
Chồi của những lá non có 7 ở khắp nơi chiếm khoảng 200 g/kg vật chất khô (DM) và một số loài có thể chứa trên 500g tanin thủy phân/kg DM (Reed, 1995; Lowry và cs. Tanin thủy phân mang mối tiềm ẩn độc tố cho gia súc, nhưng phần lớn gia súc nhai lại có thể tự điều chỉnh được nồng độ tanin dạng này (Waghorn và McNabb, 2003). Gia súc nhai lại có thể tự điều chỉnh độc tố từ tanin bằng cách giảm bài tiết nước tiểu khi tiêu hóa chúng vì thế cho phép chúng tiêu thụ khẩu phần ăn (Lowry và cs. Mặc dù gia súc nhai lại có khả năng điều chỉnh như trên nhưng khi lượng tanin thủy phân vượt quá mức cho phép trong khẩu phần có thể gây các tổn thương cho gan và thận thậm chí gây chết (Waghorn và McNabb, 2003).
Hiện tượng gia súc chết thường xuất hiện trong khoảng thời gian 5-10 ngày khi thu nhận khẩu phần; cho đến nay, hợp chất độc tố vẫn chưa được biết. Thông tin đáng quan tâm về tiêu hóa, hấp thu và ảnh hưởng của tanin thủy phân đến trao đổi chất còn thiếu. Tanin cô đặc (Condensed Tanins) Sự hiện diện của tanin cô đặc trong các loài cỏ có ý nghĩa trong thực hành nuôi dưỡng đó là bảo vệ (chống) protein thực vật tiêu hóa dạ cỏ theo đó tăng lượng protein hấp thu ở ruột non theo đó nâng cao khả năng sản xuất (Piluzza và cs. Tanin cô đặc được phân phối dưới nhiều dạng nhưng chủ yếu dưới dạng oligomers hoặc polymers là các hợp chất phenol tồn tại dưới dạng tự nhiên có các cầu nối carbon (C) khác nhau nên không thể dễ dàng tách phân tử bằng thủy phân (Waghorn và McNabb, 2003) (Reed, 1995).
Chúng được gọi là tanin cô đặc do có cấu trúc hóa học ngưng tụ. Chúng cũng được gọi là proanthocyanidin (PA), có nguồn gốc từ phản ứng oxy hóa xúc tác axit tạo ra anthocyanidin đỏ thông qua đun nóng PA trong dung dịch rượu axit (Haslam, 1982). Tanin cô đặc có thể chứa ít nhất hai hoặc lớn hơn 50 đơn vị hợp chất phenol. Do sự 8 thay đổi các đơn vị hợp chất phenol để cho một số nhóm thay thế vào các vị trí này tạo ra các liên kết xen kẽ nên các polyme tanin cô đặc (ngưng tụ) có cấu trúc phức tạp.
Tanin cô đặc có thể hoặc không thể hòa tan trong dung môi hữu cơ, tùy thuộc vào cấu trúc hóa học và mức độ trùng hợp của chúng. Thức ăn thô chứa tanin có lợi ích khác nhau tùy thuộc vào loài cây đối với gia súc nhai lại. Ví dụ, cây hoa sen đã chứng minh là có lợi trong việc ngăn ngừa chướng hơi (Beddows, 1 56). Các tanin cô đặc khác đã có hiệu quả trong việc cải thiện mức độ tăng trọng (Waghorn và cs.
Ở cừu, chúng đã được chứng minh là làm tăng protein sữa (Wang và cs., 1996), cải thiện tỷ lệ đẻ (Min và cs., 1999), và giảm nhiễm trùng đường tiêu hóa (Niezen và cs., 1995) và sản sinh mêtan (Waghorn và cs. Đặc điểm sinh học của Tanin Tanin được biết đến về mặt chức năng nhờ khả năng liên kết với protein tạo cơ sở cho nhiều tác dụng sinh học của tanin (Hagerman và Butler, 1991). Chúng có thể gây bất lợi cho nhiều vi sinh vật và nấm (Bernays và cs., 1989) có thể đây là một trong những lý do chính trong sự tiến hóa của chúng (Swain, 1979; Bernays và cs., 1989; Ayres và cs., 1997; Aerts và cs. Tanin đã được chứng minh là có tác động đến hoạt động của vi sinh vật gây ảnh hưởng đến quá trình lên men, phân giải protein, sản xuất mêtan và có khả năng giảm thiểu mầm bệnh truyền qua thực phẩm.
Sự tích tụ mạnh mẽ hàm lượng tanin xảy ra trong lớp biểu bì của lá và thân ở nhiều loại cây cỏ thân thảo, thân mộc và cỏ với các nồng độ khác nhau bao gồm Onobtychis Abbeylifolia (sainfoin), Lotus (L.) corniculatus (birdsfoot trefoil), Hedysarum coronarium (sulla) và Lespedeza cuneata (sericea lespedeza) (Jones và cs., 1977; Terrill và cs. Thực vật lá rộng thích nghi với khí hậu ấm áp thường có nồng độ tanin cao hơn so với thực vật vùng khác (MacAdam và 9 cs. Các nhóm hợp chất được biết đến là saponin và tanin (Makkar và cs., 1995; Pell và cs., 2001), chúng phổ biến trong nhiều loại cây thức ăn cho gia súc ở nhiệt đới. Điều thú vị cho thấy rằng, thực vật có lượng tanin cao hơn tạo ra ít lá hơn so với những cây có tanin thấp (Coley, 1986).
ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN TANIN TRONG KHẨU PHẦN ĂN ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN VÀ KHẢ NĂNG SẢN XUẤT CỦA GIA SÚC NHAI LẠI Tanin có thể có lợi hoặc bất lợi cho động vật nhai lại, tùy thuộc vào mức độ ăn vào, cấu trúc hợp chất và khối lượng phân tử và sinh lý của từng loài gia súc nhai lại (Hagerman và cs. Lượng thức ăn ăn vào Gần đây, hầu hết các nhà nghiên cứu cho rằng tanin trong khẩu phần làm giảm lượng thức ăn ăn vào. Khi gia súc ăn các loài thực vật có hàm lượng tanin cô đặc (Condensed Tanins - CT) cao với mức >50 g/kg vật chất khô, đã làm giảm đáng kể lượng thức ăn ăn vào, trong khi đó mức ăn vào 50 g /kg vật chất khô thì dường như không ảnh hưởng đến chỉ tiêu này (Barry và Duncan, 1984; Barry và Manley, 1984; Waghorn và cs. Tác dụng của tanin thủy phân (Hydrolyzable Tanins - HT) cũng đã được nhiều báo cáo đề cập tới mức độ biến động về lượng thức ăn ăn vào, chủ yếu phụ thuộc vào lượng tiêu thụ.
McSweeney và cs. Tuy nhiên, việc giảm lượng ăn vào đã xảy ra khi những con cừu này ăn khẩu phần bổ sung lá cây Clidemia hirta, một loại cây bụi có hàm lượng HT cao (>50 g/kg vật chất khô). Frutos và cs. 10 Có ba cơ chế chính được đưa ra để giải thích những tác động tiêu cực của nồng độ tanin cao đối với lượng thức ăn ăn vào đó là: (i) giảm tính ngon miệng của thức ăn; (ii) làm chậm quá trình tiêu hóa và (iii) gia tăng các phản ứng có điều kiện.
Giảm khả năng ngon miệng thông qua phản ứng giữa tanin và mucoprotein nước bọt, hoặc qua phản ứng trực tiếp với cơ quan cảm nhận vị giác, gây ra cảm giác làm se da (McLeod, 1974). Các phức hợp tanin-proline giàu protein được hình thành, không giống như các phức hợp protein-tanin khác, chúng ổn định trên tất cả các độ pH khác nhau của đường tiêu hóa. Có thể trong suốt quá trình tiến hóa, động vật ăn cỏ đã phát triển các cơ chế thích nghi khác nhau để tiêu thụ thực vật giàu tanin (Leinmüller và cs., 1991; Hagerman và cs., 1992; Narjisse và cs. Động vật liên tục tiết ra protein giàu proline, trong khi cừu chỉ tiết ra khi ăn thực vật giàu tanin (Austin và cs.
Tuy nhiên, ở bò không có sự gia tăng sản sinh các protein như vậy khi ăn thức ăn chứa tanin, mặc dù các protein khác có ái lực cao với các polyphenol này được tìm thấy trong nước bọt của chúng (Makkar và Becker, 1998). Đối với cơ chế thứ hai, theo Narjisse và cs., (1995) khi truyền tanin trực tiếp vào dạ cỏ để xác định xem các yếu tố độc lập với tính ngon miệng có chịu trách nhiệm trong việc giảm lượng thức ăn ăn vào hay không.
