Sự oxi hóa-khử có gây ra vấn đề cho vật nuôi không?

Trong dinh dưỡng động vật, không có điều gì là ngẫu nhiên, đặc biệt đối với các vi khoáng. Chẳng hạn như đồng (Cu), so với những dưỡng chất thiết yếu khác, chỉ cần một liều lượng nhỏ từ 10 ppm đến 20 ppm là đủ trong khẩu phần của heo và gia cầm. Điều này đặt ra một nghi vấn quan trọng: nếu nhu cầu tự nhiên của đồng ở mức thấp như vậy, liệu có lý do sâu xa nào không? Và điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta tăng liều lượng mà không cân nhắc hậu quả?

Trong vài thập niên qua, các chuyên gia dinh dưỡng đã chứng minh việc tăng liều dược lý của đồng lên (150–250 ppm), đặc biệt ở heo cai sữa hoặc gà thịt giúp cải thiện năng suất rõ rệt. Sử dụng trong thời gian ngắn giúp cải thiện tăng trọng trung bình hằng ngày (ADG), hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) và sức khỏe đường ruột. Tuy nhiên, nếu sử dụng liên tục ở giai đoạn sau cai hoặc vỗ béo thì có thể gây phản tác dụng. Năng suất có thể giảm hoặc không cải thiện, nguy cơ ngộ độc tăng lên, có các dấu hiệu tích tụ ở gan và tổn thương tế bào.

Nghịch lý này đặt ra một câu hỏi rộng hơn: Liệu khả năng gây độc có phải là một rủi ro của chính thế oxi hóa-khử của khoáng vi lượng không?

Thế oxi hóa-khử là gì?

Trạng thái oxi hóa-khử (hay còn gọi là thế oxy hóa-khử) là khả năng của một chất nhận hoặc cho electron trong một phản ứng hóa học. Nó được đo bằng đơn vị volt (V) và phản ánh mức độ hoạt động truyền electron của nguyên tố đó. Trong cơ thể sinh học, đặc tính này rất quan trọng, nhiều enzyme phụ thuộc vào khoáng vi lượng để thực hiện các phản ứng trao đổi điện tử trong chuyển hóa và giải độc.

Mỗi khoáng chất có một đặc điểm thế oxi hóa-khử riêng, đặc biệt là những khoáng có khả năng chuyển đổi giữa các trạng thái ion. Những khoáng có thế oxi hóa-khử cao sẽ dễ nhận electron, do đó hoạt động mạnh hơn. Nếu tồn tại tự do trong tế bào, các khoáng chất này có thể phản ứng trực tiếp với DNA, protein, lipid và màng tế bào, cướp electron và làm thay đổi cấu trúc của các thành phần nội bào này. Quá trình oxy hóa thầm lặng này làm yếu đi tính toàn vẹn của tế bào cơ, làm biến tính protein và bắt đầu quá trình peroxy hóa lipid.

Hậu quả tuy không thể hiện trong quá trình nuôi, nhưng lại rõ ràng sau khi giết mổ: thịt có thể mất nước, khô hơn và rỉ nước nhiều hơn; chất béo bị oxy hóa gây mùi lạ, vị khét và sắc tố bị phá hủy làm thịt có màu xám nâu thay vì đỏ tươi như mong đợi. Trong trường hợp nghiêm trọng, điều này làm giảm độ mềm, độ mọng và thời gian sử dụng của thịt, những tổn thất chất lượng âm thầm bắt nguồn từ phản ứng oxy hóa không kiểm soát của đồng.

Bảng trên đây minh họa mức độ của thế oxy hóa-khử khác nhau giữa các khoáng phổ biến trong dinh dưỡng động vậ

Các khoáng có thế oxi hóa-khử cao (như đồng hóa trị 2 từ đồng sunfat hoặc đồng chloride) thường có hoạt tính sinh học mạnh và do đó chỉ cần với lượng nhỏ.

Trong khi đó, các khoáng như kẽm, mangan hoặc canxi, vốn không tham gia vào phản ứng oxi hóa-khử, mà đóng vai trò chủ yếu trong cấu trúc hoặc xúc tác và do đó cần được bổ sung ở liều cao hơn nhiều.

Mặc dù mối liên hệ này không tuyệt đối, nhưng nó đủ nhất quán để gợi ý rằng thế oxi hóa-khử ảnh hưởng đến cả hiệu lực sinh học, nhu cầu và nguy cơ độc tính.

Khoáng có thế oxi hóa-khử hoạt động đóng vai trò thiết yếu trong nhiều phản ứng sinh học, nhưng hoạt tính này cần được kiểm soát. Khi tồn tại ở dạng ion hòa tan mạnh hoặc ở liều cao, chúng có thể kích hoạt các phản ứng không mong muốn hoặc tích lũy trong mô. Đồng sunfat (CuSO₄), một nguồn cung cấp đồng phổ biến, cung cấp ion Cu²⁺ dễ hấp thu, nhưng cũng dễ gây tác dụng phụ nếu dùng lâu dài. Tương tự, TBCC (đồng chloride) tuy ít tan hơn nhưng cũng giải phóng Cu²⁺.

Do đó, các nghiên cứu gần đây đã khảo sát liệu các nguồn đồng thay thế có thế oxi hóa-khử thấp hơn, ví dụ như cung cấp Cu⁺ thay vì Cu²⁺, có thể giảm độc tính trong khi vẫn duy trì hiệu quả tăng trưởng không.

• Một số dạng đồng ổn định ở hóa trị 1 (như dicopper oxide) có thể mang lại:

  • Tốc độ giải phóng chậm hơn trong đường tiêu hóa

  • Ít tích lũy trong gan hơn

  • Giảm hoạt tính của các dấu hiệu sinh học stress (MDA, …)

  Những lợi ích này không ảnh hưởng xấu lên tăng trưởng, vì cơ chế có thể đến từ các yếu tố ngoài thế oxi hóa-khử, như tương tác với hệ vi sinh, điều hòa enzyme hoặc cải thiện hấp thu.

  
  

  Những tác động đối với dinh dưỡng là gì?

  Hiểu được thế oxi hóa-khử của khoáng chất giúp xây dựng các chiến lược bổ sung khoáng an toàn và hiệu quả hơn:

  1.     Đừng chỉ xem xét liều lượng, hãy quan tâm đến dạng khoáng. Cùng cung cấp một nguyên tố khoáng nhưng hai nguồn đồng khác nhau sẽ ảnh hưởng khác nhau lên cơ thể vật nuôi.

  2.     Sử dụng đồng liều cao trong ngắn hạn, nhưng khi sử dụng dài hạn thì nên chọn dạng khoáng có thế oxi hóa-khử thấp hơn và có đặc tính an toàn hơn cho vật nuôi.

  3.     Khoáng có thế oxi hóa-khử mạnh cần được cân bằng với hệ thống kháng oxy hóa của vật nuôi (ví dụ: vitamin E, selenium) để tránh stress oxy hóa.

  4.     Trong tương lai việc lập công thức trong tương lai cần cân nhắc chọn lựa vi khoáng có thế oxi hóa-khử phù hợp với vật nuôi. Ví dụ: dùng khoáng có thế oxi hóa-khử khi cần sự chuyển electron, và dạng trơ khi cần vai trò cấu trúc.

  
  

  

  
  

  Khái niệm thế oxi hóa-khử cung cấp một lăng kính hữu ích để hiểu tại sao một số khoáng chỉ cần liều rất nhỏ, và mỗi dạng và tính phản ứng  của chúng có lợi hay gây rủi ro như thế nào. Trường hợp của đồng cho thấy, nhu cầu tự nhiên chỉ 10 - 20 ppm không phải ngẫu nhiên, mà là kết quả của hàng triệu năm tiến hóa nhằm cân bằng giữa hiệu quả và an toàn.

  
  

  Nếu chúng ta quyết định vượt qua ngưỡng tự nhiên này, dù là vì năng suất hay sức khỏe, thì cần phải hết sức thận trọng. Tự nhiên không đặt ra giới hạn một cách tùy tiện, và việc phá vỡ chúng mà không hiểu rõ hậu quả tiềm tàng thì có thể làm tổn thương tế bào dẫn đến giảm năng suất và chất lượng thịt.

  
  

  Việc chọn nguồn khoáng không nên chỉ dựa trên giá cả nguyên liệu hay tiết kiệm chi phí thức ăn, mà cần xem xét đến hoạt tính sinh học, đặc biệt là thế oxi hóa-khử, và tác động của nó đến sinh lý vật nuôi và năng suất dài hạn.

  
  

  Bằng cách hiểu sâu hơn về cơ chế mà thế oxi hóa-khử ảnh hưởng đến sinh vật, chúng ta có thể quyết định chính xác và hợp lý hơn, vừa an toàn cho vật nuôi, vừa cải thiện hiệu quả và lợi nhuận chăn nuôi. Dùng đúng dạng, đúng liều lượng với thời gian hợp lý không những an toàn cho vật nuôi mà còn hỗ trợ hiệu quả của thức ăn và năng suất chăn nuôi.

  
  

  Trong bối cảnh mà năng suất và tính bền vững được đặt lên hàng đầu, sự chính xác trong bổ sung khoáng không chỉ là lý tưởng, mà là điều bắt buộc.

  David Serène

  Nutrispices Director