PHẢN ỨNG MAILLARD CÓ THỂ LÀ MỘT SÁT THỦ THẦM LẶNG ĐỐI VỚI CHẤT LƯỢNG THỨC ĂN CHĂN NUÔI


TG. Ioannis Mavromichalis 

(Acare) Phản ứng Maillard hầu như không được phát hiện hoặc dễ bị bỏ qua, nhưng nó góp phần rất lớn trong việc làm giảm chất lượng thức ăn, đặc biệt là những thức ăn đắt tiền có chứa các nguyên liệu nhạy cảm.

Phản ứng Maillard là một phần không thể thiếu trong sản xuất thức ăn chăn nuôi. Tác dụng phụ của phản ứng này có thể làm giảm tính khả dụng của các chất dinh dưỡng do xử lý nhiệt quá mức và bảo quản trong thời dài các nguyên liệu và thức ăn thành phẩm. Phản ứng Maillard là một phản ứng liên tục xảy ra ngay cả ở nhiệt độ phòng và ở độ ẩm rất thấp. Mặt khác, việc kiểm soát phản ứng “hóa nâu” không cần enzyme này không chỉ có thể ngăn ngừa thất thoát các chất dinh dưỡng mà còn có lợi trong việc nâng cao hương vị và độ ngon của các nguyên liệu đã qua chế biến. 

Phản ứng Maillard là gì? 

Phản ứng Maillard liên quan đến sự liên kết của các nhóm amino với nhóm carbonyl của các đường khử như glucose hoặc lactose. Đây là khám phá được báo cáo bởi Maillard vào năm 1912 và 1916, do đó đây cũng là tên của phản ứng này. Mặc dù sự thất thoát của các đường là lớn hơn và nhiều hơn so với thất thoát axit amin, nhưng đây là sự suy giảm chất lượng protein, cho nên đây là mối quan tâm lớn nhất của các nhà dinh dưỡng và nhà sản xuất. Các axit amin, và đặc biệt là các axit amin tổng hợp, rất đắt tiền. 

Độ hóa nâu thường bị nhầm lẫn với cường độ của phản ứng Maillard. Tuy nhiên sự thay đổi màu sắc và mức độ thất thoát các axit amin là các khía cạnh độc lập của phản ứng Maillard. Trong giai đoạn đầu của phản ứng Maillard, các sản phẩm của phản ứng vẫn không màu nhưng các axit amin thì đã trở nên không còn khả dụng. Do đó, sự thay đổi màu sắc không phải là một yếu tố chỉ thị tốt về sự hư hỏng chất lượng protein, vì sự hư hỏng protein xảy ra khá sớm.

Phản ứng Maillard có thể diễn ra ở nhiệt độ phòng, nhưng cường độ của nó tăng lên theo sự gia tăng của thời gian, nhiêt độ, độ ẩm (tối đa ở độ ẩm 40-70%), và độ kiềm (tăng tuyến tính từ pH 3 đến 8). Các sản phẩm ban đầu của phản ứng Maillard có đặc tính tự xúc tác làm tăng thêm tác động của quá trình xử l‎ý nhiệt và bảo quản. 

Lysine là axit amin dễ bị phản ứng Maillard nhất 

Trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao, bất kỳ hợp chất nào có nhóm amin tự do đều dễ bị phản ứng Maillard, bao gồm các axit amin tự do, các nhóm amin epsilon của lysin liên kết với protein, và các nhóm amin của vitamin như thiamin và folacin, và thậm chí là gossypol (một yếu tố kháng dưỡng). 

Lysine là axit amin nhạy cảm nhất đối với phản ứng Maillard trong các protein nguyên vẹn bởi vì nó có một nhóm amin ở đơn vị carbon epsilon, vị trí khả dụng để phản ứng với các đường khử. Lysine tự do thậm chí còn phản ứng mạnh hơn vì nó có hai nhóm amin. Các dẫn xuất phản ứng Maillard ban đầu của lysine gồm N-(1-deoxy-D-fructosyl) lysine và N-(1-deoxy-Dlactulose) lysine. 

Các phân tích đo lường trong phòng thí nghiệm về các hợp chất trên có thể được sử dụng để chỉ ra sự hiện diện của phản ứng Maillard. Các hợp chất này chỉ bị khử bởi hệ vi sinh đường ruột cho nên không khả dụng cho động vật có vú và gia cầm. Bởi vì sự phá hủy lysine thường nhiều hơn từ 5-15 lần so với sự phá hủy xảy ra đối với các axit amin khác (như methionine, cystine, tryptrophan), do đó những thay đổi về tính khả dụng của lysine cho thấy sự xuất hiện và cường độ của phản ứng Maillard. Đó là l‎ý do tại sao xét nghiệm lysine phản ứng dùng để phát hiện phản ứng Maillard. 

Lysine bị tác động như thế nào ? 

Lysine bị phá hủy theo 2 cách. Thứ nhất, lysine liên kết với các đường để tạo thành các sản phẩm ở giai đoạn đầu của phản ứng Maillard. Ở giai đoạn này, mặc dù lysine vẫn có thể được phát hiện trong các phản ứng hóa học, nhưng nó không còn khả dụng sinh học nữa. Đây là l‎ý do tại sao xét nghiệm lysine tổng số không phải là một yếu tố chỉ thị tốt về tác động của phản ứng Maillard đối với thức ăn chăn nuôi. Thứ hai, sự hình thành các sản phẩm ở giai đoạn sau của phản ứng Maillard như melanoids làm giảm hàm lượng lysine được phân tích hóa học (Zhang và Parsons, 1994 và 1996). Đây là giai đoạn màu nâu tăng lên, nhưng xét nghiệm đo lường lysine tổng số tại thời điểm này có thể không được sử dụng nhiều vì các sản phẩm đã bị “cháy “ rõ ràng. 

Các tác động bất lợi của phản ứng Maillard đối với sinh khả dụng của lysine đã được chứng minh rộng rãi trong hầu hết các nguyên liệu thức ăn như đậu Hà Lan, khô dầu đậu nành, đạm cá, casein, albumin trứng, khô dầu hạt cải, khô dầu đậu phộng và khô dầu hướng dương. Khả dụng sinh học của lysine, hay đúng hơn là sự biến đổi có thể quan sát được về sinh khả dụng của lysine, là vấn đề chính của việc sản xuất DDGS bắp vì nó liên quan đến việc xử lý nhiệt quá mức để làm khô phụ phẩm. Người ta đã nhiều lần chứng minh rằng xử lý nhiệt quá mức đối với các nguyên liệu giàu protein làm giảm sinh khả dụng của lysine, tùy thuộc vào mức nhiệt độ và thời gian sử dụng nhiệt. Trong một số trường hợp, chẳng hạn như bột hạt bông, tỷ lệ tiêu hóa của lysine có thể không bị ảnh hưởng bởi nhiệt mặc dù sinh khả dụng của lysine bị giảm nghiêm trọng, điều này khá khó hiểu nhưng nó là sự thật. Dường như có một tỷ lệ nghịch giữa nhiệt độ và thời gian, do đó, khi nhiệt độ giảm thì phải cần nhiều thời gian hơn để làm mất đi cùng một mức sinh khả dụng của lysine và ngược lại. 

Các vấn đề thực tế 

Các sản phẩm thường dùng cho khẩu phần khởi động của heo và bò, như các sản phẩm thay thế sữa, rất giàu thành phần từ sữa, và chúng chứa một lượng lớn lactose và lysine. Hơn nữa, hầu hết các khẩu phần phức tạp cho động vật non có thể chứa nhiều nguyên liệu khác cũng nhạy cảm không kém, như các sản phẩm từ máu, đạm đậu nành cô đặc, bột cá và gluten lúa mì dễ bị gặp vấn đề với phản ứng Maillard. 

Trong quá trình ép viên, thức ăn tiếp xúc với nhiệt độ và độ ẩm tương đối cao. Thông thường độ ẩm từ 2-6% được thêm vào hỗn hợp nghiền trong quá trình điều hòa ở nhiệt độ dao động từ  50 – 90 độ C từ vài giây đến 20 phút hoặc hơn. Nhiệt độ quá cao cũng có thể xuất hiện trong quá trình ép viên do ma sát với thành khuôn khi bột nghiền bị ép qua các lỗ khuôn. Các quá trình chế biến thức ăn khác như ép viên mở rộng, ép đùn, ép viên kép và ủ bột nghiền kéo dài cũng làm tăng nguy cơ phá hủy các chất dinh dưỡng bởi phản ứng Maillard. 

Việc bảo quản nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt ở dạng thức ăn thành phẩm hoặc dạng nguyên liệu thô trong thời gian dài cũng có thể bắt đầu một chu kỳ thứ 2 của phản ứng Maillard. Đây là điều cực kỳ quan trọng trong quản l‎ý thức ăn bởi vì các điều kiện nhiệt độ cao và độ ẩm tương đối thường được thấy trong hầu hết các cơ sở chăn nuôi cho động vật non là các điều kiện cực kỳ thuận lợi cho phản ứng Maillard. 

Dư thừa độ ẩm thức ăn ảnh hưởng rất nhiều đến mức độ của phản ứng Maillard trong quá trình bảo quản. Sữa bột có độ ẩm 10% được bảo quản trong 10 tuần ở 30 độ C làm mất 20% sinh khả dụng của lysine. Ngoài ra, thức ăn khởi động của heo tiếp xúc với môi trường cai sữa nóng cũng làm giảm sinh khả dụng của lysine khoảng 12%. Việc thức ăn tiếp xúc với các điều kiện môi trường bất lợi không chỉ xảy ra ở các cơ sở chăn nuôi, mà còn trong cả quá trình bảo quản trong các silo và các khu bảo quản chung trong những tháng mùa hè. 

Nghiên cứu trong tương lai 
 
Về mặt tích cực thì các sản phẩm của phản ứng Maillard góp phần tạo ra hương vị nấu chín mong muốn của thức ăn chăn nuôi và thực phẩm. Đây có thể là một yếu tố góp phần liên quan đến việc tăng lượng ăn vào thường thấy ở thức ăn viên. Có rất ít thông tin có ý nghĩa về khía cạnh này, vì vậy cần nghiên cứu thêm để tận dụng lợi thế của một quá trình tự nhiên không thể tránh khỏi trong sản xuất thức ăn. Chúng ta cũng đang thiếu một xét nghiệm đơn giản nhưng được tiêu chuẩn hóa để định lượng mức độ thiệt hại đối với chất lượng protein gây ra bởi phản ứng Maillard. 

Nguồn : FeedStrategy 
Biên dịch : Acare Team

kỹ thuật khác


Please upgrade IE 8+, Download here