Piperin trong thức ăn của tôm thẻ chân trắng
Trong nuôi trồng thủy sản, piperine đã được sử dụng như một phương pháp điều trị để kiểm soát các bệnh trên động vật thủy sản
Piperin (1-piperoylpiperidine, 5–(3,4–methylenedioxyphenyl)-2,4–pentadienoylpiperidine, C17H19NO3) là một phytobiotic và một hợp chất alkaloid có nguồn gốc từ polyphenol được chiết xuất từ hạt tiêu đen (Piper nigrum) và hạt tiêu lốt (Piper longum).
Piperin được coi là một chất tăng cường tiêu hóa mạnh mẽ; do đó, việc bổ sung chế độ ăn uống của nó giúp tăng cường độ nhớt của đường viền ruột, chiều dài lông nhung, siêu cấu trúc tế bào ruột và cấu trúc enzyme trong ruột dẫn đến tăng khả năng hấp thu. Piperin cũng có liên quan đến các tác dụng điều trị khác nhau như đặc tính chống oxy hóa, chống viêm, chống loét và chống amip.
Trong nuôi trồng thủy sản, piperine đã được sử dụng như một phương pháp điều trị để kiểm soát các bệnh liên quan đến ký sinh trùng ở cá vàng (Carassius auratus). Piperin thúc đẩy sự tăng trưởng, khả năng miễn dịch và khả năng kháng bệnh của cá song mỡ (Epinephelus tauvina) và rohu (Labeo rohita).
Tuy nhiên, ảnh hưởng của piperine trong chế độ ăn đối với sức khỏe và hiệu suất tăng trưởng của tôm phần lớn vẫn chưa được xác định rõ ràng. Nghiên cứu mới đây của Jaebeom Shin và cs (2023) đã đánh giá tác động của việc bổ sung piperine vào khẩu phần đối với sự tăng trưởng, hiệu quả sử dụng thức ăn, khả năng tiêu hóa, khả năng miễn dịch bẩm sinh và khả năng đề kháng với V. parahaemolyticus của tôm thẻ chân trắng.
Sáu khẩu phần ăn thử nghiệm đã được chuẩn bị cùng với khẩu phần cơ bản (không có piperine) được xây dựng. Đối với 5 chế độ ăn còn lại, piperine dần dần được thêm vào chế độ ăn cơ bản để có được hàm lượng 0,25; 0,5; 1,0; 2,0 và 4,0 g/kg (P25, P50, P100, P200 và P400).
Tôm ở giai đoạn ấu trùng postlarvae được thu từ trang trại thương mại. Tôm được nuôi thích nghi bằng thức ăn thương mại (40% protein và 6% lipid, CJ Cheiljedang, Inch, Hàn Quốc) trong 20 ngày.
Sau đó, tôm có kích thước tương tự (0,40 ± 0,01 g) được chọn và phân bổ ngẫu nhiên vào 18 bể acrylic (215 L) với mật độ 25 con/bể. Thức ăn được cung cấp bốn lần (08:30, 12:00, 15:30 & 19:00 h) trên ngày. Tỷ lệ cho ăn được điều chỉnh ở mức 6–10% sinh khối của mỗi bể và kéo dài trong 53 ngày. Nhiệt độ nước trong tất cả các bể dao động trong khoảng từ 29 đến 30°C. Nồng độ oxy hòa tan, pH, độ mặn và amoniac lần lượt là 6,16–6,52 mg/L, 7,85–8,05, 32 ppt và 0,048 – 0,086 mg/L.
Các chỉ tiêu phân tích bao gồm: Tăng trưởng, hiệu quả sử dụng thức ăn, khả năng tiêu hóa, khả năng miễn dịch bẩm sinh và khả năng kháng bệnh chống lại V. parahaemolyticus.
Kết quả về hiệu suất tăng trưởng và sử dụng thức ăn
Khẩu phần chứa Piperin có trọng lượng cơ thể cuối cùng (FBW), mức tăng cân (WG) và tốc độ tăng trưởng đặc trưng (SGR) cao hơn đáng kể so với khẩu phần đối chứng (Bảng 1). Giá trị cao nhất được quan sát thấy ở nhóm P200. Các giá trị FBW, WG và SGR thể hiện xu hướng tuyến tính và bậc hai đáng kể của piperine. Phân tích hồi quy bậc hai về mức tăng cân so với mức piperine trong khẩu phần ăn cho thấy mức piperine tối ưu là 2,2 g/kg khẩu phần ăn (Hình 1). Tôm được cho ăn chế độ ăn P50, P100 và P200 có tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) thấp hơn đáng kể so với nhóm đối chứng. Tỷ lệ hiệu quả protein (PER) cao hơn đáng kể ở tôm được cho ăn chế độ ăn P100 và P200 so với nhóm đối chứng. Kết quả PER thể hiện một xu hướng tuyến tính đáng kể. Biểu hiện gen IGF-BP cao hơn đáng kể ở tôm được xử lý bằng piperine, với mức biểu hiện cao nhất được quan sát thấy ở nhóm chế độ ăn P50 và P400. Tỷ lệ sống của tôm không bị ảnh hưởng đáng kể bởi các nghiệm thức.
Bảng 1. Hiệu suất tăng trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn của tôm trong thí nghiệm (trọng lượng cơ thể trung bình ban đầu, 0,40 ± 0,01 g) cho ăn sáu khẩu phần thử nghiệm trong 53 ngày. Các khẩu phần thí nghiệm được chuẩn bị có bổ sung piperine với hàm lượng 0,0, 0,25, 0,5, 1,0, 2,0 và 4,0 g/kg (Con, P25, P50, P100, P200 và P400).
| FBW1 | WG2 | SGR3 | FCR4 | PER5 | IGF-BP6 | TLS (%) | |
| Con | 8.31 ± 0.10c | 1981 ± 26c | 5.73 ± 0.02c | 1.48 ± 0.02a | 1.78 ± 0.01b | 1.00 ± 0.14d | 96.7 ± 3.3 |
| P25 | 9.09 ± 0.38b | 2194 ± 111b | 5.91 ± 0.09b | 1.40 ± 0.06ab | 1.85 ± 0.13ab | 3.02 ± 0.13c | 100 ± 0 |
| P50 | 9.33 ± 0.34b | 2240 ± 74b | 5.95 ± 0.06b | 1.36 ± 0.05b | 1.88 ± 0.02ab | 7.19 ± 0.48a | 95.6 ± 5.1 |
| P100 | 9.62 ± 0.07ab | 2304 ± 15ab | 6.00 ± 0.01ab | 1.33 ± 0.01b | 1.94 ± 0.02a | 3.66 ± 0.39c | 100 ± 0 |
| P200 | 10.1 ± 0.2a | 2429 ± 52a | 6.09 ± 0.04a | 1.30 ± 0.03b | 1.97 ± 0.03a | 5.61 ± 0.71b | 95.6 ± 1.9 |
| P400 | 9.12 ± 0.19b | 2167 ± 35b | 5.89 ± 0.03b | 1.39 ± 0.03ab | 1.86 ± 0.07ab | 6.88 ± 0.55a | 94.4 ± 5.1 |
Kết quả về khả năng miễn dịch bẩm sinh và khả năng chống oxy hóa
Piperin trong chế độ ăn đã tăng cường đáng kể khả năng miễn dịch bẩm sinh và hoạt động của enzyme chống oxy hóa của tôm thẻ chân trắng (Bảng 2). Hoạt động lysozyme của nhóm P100 và P400 cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng.
Hơn nữa, hoạt động PO của nhóm P50 cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng. Hoạt tính SOD cũng cao hơn đáng kể ở nhóm được bổ sung piperine so với nhóm đối chứng. Hoạt tính kháng protease của nhóm P25 và P50 cao hơn đáng kể so với đối chứng. Hoạt động NBT và GPx trên danh nghĩa cao hơn ở nhóm được điều trị bằng piperine so với nhóm đối chứng; tuy nhiên, những khác biệt này không đáng kể. Kết quả phân tích hoạt tính lysozyme và SOD cho thấy xu hướng tuyến tính đáng kể. Chỉ có hoạt tính kháng protease thể hiện tác dụng liều bậc hai đáng kể khi đáp ứng với điều trị bằng piperine.
Bảng 2. Kết quả về các phản ứng miễn dịch không đặc hiệu của tôm thẻ trong thí nghiệm.
| NBT1 | Lysozyme2 | PO3 | SOD4 | GPx5 | Anti-protease6 | |
| Con | 2.96 ± 0.39 | 2.54 ± 0.41b | 0.159 ± 0.00b | 80.6 ± 4.41b | 2.93 ± 0.63 | 29.2 ± 1.38b |
| P25 | 3.14 ± 0.46 | 3.59 ± 0.14ab | 0.209 ± 0.03ab | 85.1 ± 1.13a | 3.74 ± 0.79 | 35.6 ± 0.74a |
| P50 | 3.00 ± 0.43 | 3.55 ± 0.74ab | 0.240 ± 0.07a | 84.8 ± 2.70a | 4.29 ± 1.20 | 34.1 ± 0.69a |
| P100 | 3.04 ± 0.84 | 3.77 ± 1.03a | 0.189 ± 0.03ab | 87.2 ± 1.21a | 4.09 ± 1.44 | 31.6 ± 4.35ab |
| P200 | 3.20 ± 0.27 | 3.52 ± 0.32ab | 0.184 ± 0.01ab | 87.1 ± 0.46a | 3.54 ± 1.41 | 32.8 ± 2.65ab |
| P400 | 3.22 ± 0.49 | 4.28 ± 0.42a | 0.192 ± 0.01ab | 86.6 ± 0.71a | 4.07 ± 1.38 | 33.1 ± 0.49ab |
Kết quả về khả năng tiêu hóa
ADCd của chế độ ăn P200 cao hơn đáng kể so với đối chứng (Bảng 3). Tương tự, ADCp của nhóm được bổ sung piperine cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng. Nhóm ăn kiêng P200 thể hiện giá trị ADCp cao nhất. ADCl cao hơn đáng kể ở nhóm P200 so với đối chứng, nhóm P25, P50 và P100. ADCd và ADCp thể hiện xu hướng tuyến tính đáng kể. Hơn nữa, ADCp hiển thị một xu hướng bậc hai đáng kể. Các giá trị ADCl không thể hiện xu hướng tuyến tính cũng như xu hướng bậc hai.
Bảng 3. Hệ số tiêu hóa (%, ADC) đối với chất khô và protein của tôm trong thí nghiệm
| ADCd1 | ADCp2 | ADCl3 | |
| Con | 76.7 ± 3.73b | 82.7 ± 2.78c | 94.0 ± 0.76b |
| P25 | 79.5 ± 1.59ab | 88.1 ± 0.92ab | 94.8 ± 0.31b |
| P50 | 82.6 ± 3.87ab | 86.9 ± 2.92b | 94.8 ± 1.29b |
| P100 | 82.8 ± 0.76ab | 89.4 ± 0.47ab | 95.3 ± 0.22b |
| P200 | 85.4 ± 0.60a | 91.7 ± 0.34a | 97.1 ± 0.45a |
| P400 | 81.7 ± 1.17ab | 90.0 ± 0.64ab | 95.8 ± 0.19ab |
Kết quả về khả năng kháng V. parahaemolyticus của tôm
Điều thú vị là, nhóm đối chứng có tỷ lệ tử vong 100% trong vòng 31 giờ (Hình 2). Ngược lại, tôm được cho ăn bổ sung piperine có khả năng kháng V. parahaemolyticus cao hơn và tỷ lệ sống cao hơn đáng kể ở các nhóm P25, P50 và P100 so với nhóm đối chứng.
Ngược lại, tỷ lệ sống của nhóm P200 và 400 chỉ cao hơn so với nhóm đối chứng. Phân tích điện di trên gel agarose ở gan tụy tôm đã xác nhận sự hiện diện của gen PirAVP và PirBVP ở tôm bị bệnh (Hình S1). Ảnh hưởng kịp thời của bệnh AHPND đối với gan tụy tôm được quan sát bằng xét nghiệm mô bệnh học (Hình 3). Các triệu chứng bệnh, bong tróc các tế bào biểu mô ống gan tụy và viêm tế bào máu được quan sát thấy 6 giờ sau khi bị nhiễm trùng.
Mô gan tụy của tôm được nhuộm hematoxylin và eosin sau khi nhiễm V. parahaemolyticus
Từ kết quả của các thí nghiệm cho thấy, việc bổ sung piperine trong khẩu phần ăn của tôm đã tăng cường đáng kể về tốc độ tăng trưởng, hiệu quả sử dụng thức ăn, khả năng tiêu hóa và khả năng miễn dịch không đặc hiệu. Đặc biệt, piperine trong thức ăn là chất kích thích miễn dịch hữu ích để kiểm soát nhiễm trùng Vibrio. Do đó, piperine được đưa vào chế độ ăn của tôm có những lợi ích tiềm năng trong việc cải thiện sản lượng tôm và liều piperine tối ưu (10% độ tinh khiết) cho tôm thẻ chân trắng được đề xuất là 1,0–2,0 g/kg.