แทนนินเข้มข้นและไมโคท็อกซินในข้าวฟ่างสีน้ำตาลจากลักษณะทางพันธุกรรม: ความท้าทายใหม่ที่ต้องเอาชนะในอุตสาหกรรมการผลิตสัตว์ปีก

เนื้อหาดูได้ที่: English (อังกฤษ) Indonesia (อินโดนีเซีย) Melayu (Malay) Tiếng Việt (เวียดนาม) Philipino (ฟิลิปปินส์)

การพัฒนาระบบการเลี้ยงสัตว์ปีกและสุกรในรูปแบบการผลิตเชิงพาณิชย์ได้รับการส่งเสริมจากการสร้างวงจรที่เกี่ยวข้องกับการผลิตอาหารสัตว์ที่มีความสมดุลและมีขนาดใหญ่

ในทางกลับกัน อาหารสัตว์ที่มีความสมดุลถูกออกแบบมาโดยใช้ข้าวโพดเป็นส่วนประกอบหลักเพื่อเป็นแหล่งพลังงาน ซึ่งมีข้อดีเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบกับธัญพืชชนิดอื่นๆ เช่น ไม่มีสารที่เป็นอันตรายต่อโภชนาการซึ่งพบในส่วนประกอบของมัน

อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา การใช้ธัญพืชอื่น ๆ ในสูตรอาหารสำหรับสัตว์ปีกและหมูได้เริ่มเพิ่มมากขึ้น

• โดยเฉพาะในภูมิภาคอเมริกาใต้ เช่น เวเนซุเอลา ข้าวฟ่าง ได้กลายเป็นหนึ่งในธัญพืชที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมอาหารเสริมสำหรับสัตว์ นอกจากข้าวโพด
•  ข้าวฟ่างที่นำมาใช้ในสูตรอาหารสัตว์ส่วนใหญ่มีปริมาณ แทนนินที่เข้มข้น (CT)  ซึ่งมีการเชื่อมโยงกับผลกระทบเชิงลบต่อกระบวนการย่อยอาหารและการเผาผลาญสารอาหารในสัตว์ที่ไม่ใช่สัตว์เคี้ยวเอื้อง

รายงานนี้จึงมุ่งเน้นไปที่แนวคิดที่เกี่ยวข้องกับพิษวิทยาของข้าวฟ่างสีน้ำตาลทางพันธุกรรม (GBS) โดยเฉพาะในแง่มุมที่เกี่ยวข้องกับพิษทั้งภายในและภายนอกของมัน

รูปที่ 1. เมล็ดข้าวฟ่างและเทสตา

พิษวิทยาของข้าวฟ่างสีน้ำตาลทางพันธุกรรม

คำจำกัดความ GBS จะได้รับจากการมีชั้นของเซลล์ที่เรียกว่า “เทสตา” (Rooney และ Miller, 1981; Rumbos, 1986) ซึ่งชั้นนี้มีอยู่และมีสีเข้มในระยะการก่อตัวของเมล็ดข้าวฟ่างในขั้นตอนแรก

• ในด้านโครงสร้างที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง พบว่า GBS ที่มีการพัฒนาเทสตาอย่างดีและมีสีเข้มจัดนั้น จะมีปริมาณโพลีฟีนอลรวมและสารที่เรียกว่า CT สูงกว่ากว่า GBS ที่มีการพัฒนาเทสน้อยหรือไม่มีเทสตาเลย  (Doherty et al., 1987; Ciccola, 1989)
• ข้อเท็จจริงนี้บ่งชี้ว่าเซลล์ที่ผลิตสารเหล่านี้ตั้งอยู่ในชั้นดังกล่าว ดังนั้นพันธุ์ที่ไม่มีเทสตา (ข้าวฟ่างสีขาวทางพันธุกรรม) จึงไม่มี CT และมีมูลค่าทางโภชนาการอยู่ที่ประมาณ 96-98% เมื่อเปรียบเทียบกับข้าวโพด (Sullivan, 1987)

พิษภายใน: สารประกอบโพลีฟีนอล

จากมุมมองทางเคมี สารประกอบโพลีฟีนอลสามารถจำแนกออกเป็น 3 กลุ่ม

กรดฟีนอลิกเป็นสารที่พบได้ในพันธุ์ข้าวฟ่างทุกชนิด และมีอยู่ในสารฟลาโวนอยด์ในปริมาณมาก ขณะที่แทนนิน ซึ่งเป็นสารที่มีความเข้มข้นสูง จะปรากฏเฉพาะในพันธุ์ข้าวฟ่างที่มีเมล็ดสีเข้ม (GBS) ซึ่งมีความสามารถในการต้านทานการโจมตีจากนกและการย่อยสลายโดยเอนไซม์ (Hahn et al., 1984)

แทนนิน

แทนนินเป็นสารประกอบโพลีฟีนอลิกที่มีโครงสร้างซับซ้อน และถือเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่มีอยู่มากมายและแพร่หลายทั่วทั้งพืชหลากหลายชนิด เช่น ต้นไม้ ผลไม้ และหญ้า

การพบแทนนินในธัญพืชถือเป็นเรื่องที่หายาก โดยในกรณีของข้าวฟ่าง จะพบแทนนินเฉพาะในพันธุ์ข้าวฟ่างสีน้ำตาลที่มีพื้นฐานทางพันธุกรรม (Mehansho et al., 1987a)

แทนนินที่สามารถย่อยได้

การวิจัยโดย Hahn et al. (1984) ทำให้สามารถแยกกลุ่มใหญ่สองกลุ่มได้

ตัวแทนหลักของมันคือกรดแทนนิก ซึ่งจะแตกตัวออกเป็นส่วนประกอบที่เป็นลักษณะเฉพาะ ได้แก่ น้ำตาลและกรดฟีนอลิก (กรดแกลลิกหรือกรดเอลลาจิก) เมื่อได้รับการบำบัดด้วยสารละลายกรดหรือด่าง หรือด้วยเอนไซม์ย่อยสลายเช่น ทานนาเอส

แทนนินเข้มข้น (Condensed Tannins)

แทนนินเข้มข้นเป็นพอลิเมอร์ฟีนอลิกที่มีมวลโมเลกุลสูง (500 ถึง 3000 ดัลตัน) สามารถละลายในน้ำ ซึ่งเกิดจากการควบแน่นของหน่วยฟลาแวน-3-ออลหรือหน่วยคาเทชิน และถูกเรียกว่าพโรแอนโธไซยานิน (Salunkhe et al., 1982)

• แทนนินเข้มข้นมีความสามารถในการตกตะกอนแอลคาลอยด์ เจลาติน และโปรตีนอื่นๆ โดยการสร้างคอมเพล็กซ์แทนนิน-โปรตีนที่มีความเสถียร ซึ่งจะนำไปสู่การทำงานของโปรตีนเป็นโมฆะและการตกตะกอนของโปรตีนในภายหลัง (Aw y Swanson, 1985)
• แทนนินประเภทนี้ได้รับการเชื่อมโยงทางวิทยาศาสตร์กับการเสื่อมสภาพของมูลค่าทางโภชนาการของข้าวโพดสายพันธุ์ GBS และการตอบสนองผลผลิตในการผลิตสัตว์ปีก (Hahn et al., 1984; Jaramillo, 1992)
  

รูปที่ 2. โครงสร้างของโพลีเมอร์โปรแอนโธไซยานิน (แทนนินบีบอัด) แหล่งที่มา: ปรับปรุงจาก Gupta และ Haslam (1979)

พิษภายนอก: เมตาบอไอโอติกของจุลินทรีย์

การมีอยู่ของเชื้อราที่เป็นมลพิษตามธรรมชาติในพืช โดยเฉพาะข้าวโพดสายพันธุ์ข้าวโพด ถือเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากนอกจากพิษภายในของเมล็ดที่เกิดจากการมีอยู่ของแทนนินเข้มข้นแล้ว ยังมีการรวมส่วนประกอบพิษใหม่อีกด้วย

• ส่วนประกอบพิษใหม่นี้มีลักษณะเป็นพิษภายนอก ซึ่งแสดงโดยการปนเปื้อนตามธรรมชาติของไมโคทอกซิน เมื่อเชื้อราดังกล่าวมีความสามารถทางพันธุกรรมในการผลิตสารเคมีเหล่านี้หนึ่งชนิดหรือมากกว่านั้น

เมื่อไมโคทอกซินถูกผลิตขึ้นในเมล็ดข้าวฟ่าง มันสามารถถูกนำไปใช้ในอาหารสัตว์ได้ ซึ่งจะนำไปสู่ความผิดปกติในร่างกายสัตว์ ส่งผลกระทบต่อสุขภาพโดยรวมและลดอัตราผลผลิตอย่างมีนัยสำคัญ

ในด้านการผลิตสัตว์ โดยเฉพาะในไก่และหมู ผลกระทบที่อาจเกิดจากการบริโภคข้าวฟ่างพันธุ์ที่มีระดับสารไซยาไนด์ (CT) สูงและมีการปนเปื้อนของไมโคทอกซินนั้นยังคงไม่เป็นที่เข้าใจอย่างชัดเจน เนื่องจากการวิจัยในข้าวฟ่างประเภทนี้ส่วนใหญ่ให้ความสนใจกับการศึกษาผลกระทบด้านการต่อต้านโภชนาการของสารแทนนินเป็นหลัก

พิษวิทยาในมุมของสาเหตุ ผล และการตอบสนอง

พิษวิทยาในมุมของสาเหตุ ผล และการตอบสนอง สามารถอธิบายได้ว่าเป็นกระบวนการที่ปัจจัยที่ก่อให้เกิดพิษมีอิทธิพลต่อระบบชีวภาพ ซึ่งส่งผลให้เกิดผลกระทบที่สามารถสังเกตเห็นหรือวัดผลได้อย่างชัดเจน (Jaramillo, 2005)

ภาพที่ 1. ไมโคไบโอต้าในข้าวฟ่าง. จานเพทรีในสื่อ DRBC และ MSA หลังจากการเพาะเชื้อเป็นเวลาแปดวัน.
แหล่งที่มา: Dr.Marta Jaramillo (1999 – 2018)

ในปัจจุบันทราบว่าใน GBS:

• ส่วนของ สาเหตุ แสดงถึงการมีอยู่ภายในของ CT และการมีอยู่ภายนอกของสารเมตาบอลิตที่ผลิตโดยไมโคไบโอต้าที่ปนเปื้อนในเมล็ดทั้งภายในและภายนอกในพื้นที่ปลูก และยังมีการปนเปื้อนของไมโคไบโอต้าในระหว่างการเก็บรักษาและขนส่ง
• ส่วนของผลกระทบแสดงถึงการสร้างผลกระทบที่เกิดจากส่วนของสาเหตุในอวัยวะและเนื้อเยื่อของระบบชีวภาพต่าง ๆ
• ส่วนของ การตอบสนอง เกี่ยวข้องกับการแสดงออกของลักษณะที่สัตว์แสดงออกเป็นผลจากส่วนของผลกระทบ; ซึ่งสามารถวัดได้ทางปริมาณ (Jaramillo, 2005)

แทนนินเข้มข้น
พิษทางการเผาผลาญ

การดูดซึมโดยตรงของแทนนิน (CT) ดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้ อาจจะเป็นเพราะอุปสรรคทางกายวิภาคที่พบเจอ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะขนาดใหญ่ของพอลิเมอร์แทนนิน ซึ่งไม่สามารถย่อยสลายเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายโดยเอนไซม์ในระบบทางเดินอาหาร

อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานบางประการที่ชี้ให้เห็นถึงพิษทางการเผาผลาญที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของแทนนินเข้มข้น และสารเคมีอื่น ๆ ที่พบในเมล็ดข้าวฟ่าง เช่น

• การศึกษาของ Sell และ Rogler (1983) ซึ่งพบว่ามีกิจกรรมของเอนไซม์ UDP-glucuronyltransferase เพิ่มขึ้นในนกที่บริโภคข้าวฟ่างที่มีแทนนินสูง เมื่อเปรียบเทียบกับนกที่ได้รับข้าวฟ่างที่มีแทนนินต่ำ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของแทนนินต่อระบบเผาผลาญในสัตว์

เอนไซม์นี้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการดีท็อกซ์ของสารประกอบฟีนอล ซึ่งเป็นสารที่อาจส่งผลต่อสุขภาพได้ ตามแนวคิดนี้ การเพิ่มขึ้นของกิจกรรมของเอนไซม์อาจหมายถึงการดูดซึมสาร CT ผ่านผนังลำไส้ที่เพิ่มมากขึ้น

• สมมติฐานนี้ได้รับการสนับสนุนจากการศึกษาเมื่อปี 1976 โดย Martin-Tanguy et al. ที่พบว่าแทนนินมีผลลดการใช้กรดอะมิโนในกระบวนการเผาผลาญในร่างกาย

ในอีกด้านหนึ่ง การศึกษาของ Jaramillo ในปี 1992 ได้แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงทั้งในด้านเนื้อเยื่อและเคมีภายในทางเดินอาหารของไก่เนื้อที่ได้รับอาหารที่มีข้าวฟ่างซึ่งมีแทนนินในระดับสูง

• ผลการศึกษาที่กล่าวถึงนี้อาจบ่งชี้ถึงการมีสารพิษที่อาจเกี่ยวข้องกับการกระทำของสารประกอบเหล่านี้ หรือสารประกอบโอลิโกเมอร์ฟลาโวนอยด์ที่ส่งผลต่อสุขภาพอย่างมีนัยสำคัญ

ไมโคไบโอตา เมตาบอไลท์

การศึกษาโดย Jaramillo และ Wyatt (2000ab, 2001ab, 2002ab, 2003ab, 2004ab) ถือเป็นการบุกเบิกในด้านการวิจัยเกี่ยวกับระบบทรีนอมินัลของพิษในข้าวฟ่าง โดยพวกเขาได้เน้นว่าปัจจัยในระบบทรีนอมินัลเหล่านี้สามารถถูกแทนที่ด้วย:

• เนื้อหาของแทนนินที่เข้มข้น (CTC)
• การปนเปื้อนของไมโคไบโอตา (MC)
• ศักยภาพพิษของไมโคไบโอตา (TPM)

การนำเสนอระบบทรีนอมินัลนี้เปิดโอกาสใหม่สำหรับการวิจัยที่น่าสนใจ

• ในการศึกษาหลายชิ้น Jaramillo และ Wyatt ได้ชี้ให้เห็นถึงผลลัพธ์ที่สำคัญซึ่งช่วยให้เราเข้าใจพิษของ GBS ภายใต้แนวคิดใหม่ที่รวมเอาระบบแทนนินที่เข้มข้นและ ไมโคไบโอตา เมตาบอไลท์ โดยเน้นถึงการพัฒนาในด้านนี้อย่างชัดเจน.
• ระบบพิษนี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติในสภาพแวดล้อมของทุ่งนา เนื่องจากการมีอยู่ของแทนนินในเมล็ดพืช และยังมีการปนเปื้อนทั้งภายในและภายนอกจากไมโคไบโอตาที่เกี่ยวข้องด้วย

สรุป

ในการศึกษาเกี่ยวกับพิษของ GBS แนวคิดใหม่ที่เกี่ยวข้องกับสามส่วนประกอบ: CTC – MC – TPM ช่วยให้สามารถประเมินความเป็นพิษของเมล็ดพืชได้อย่างครอบคลุมและแม่นยำมากขึ้น โดยพิจารณาจากเหตุการณ์การปนเปื้อนที่เกิดขึ้นทั้งในทุ่งนาและในระหว่างการเก็บรักษา รวมถึงผลกระทบต่อสัตว์ปีกและสุกรที่ทำให้เกิดการตอบสนองที่ไม่พึงประสงค์ต่อการทำงานของอวัยวะและระบบต่างๆ โดยสัตว์อายุน้อยจะได้รับผลกระทบมากที่สุด

การเข้าใจถึงพิษของมันจะช่วยให้เราสามารถปรับปรุงโภชนาการและการใช้การให้อาหารสัตว์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและสมเหตุสมผลมากขึ้น