Sử Dụng Prebiotic Trong Chăn Nuôi
 |
| Vai trò của prebiotic trong chăn nuôi. |
1. Định nghĩa:
Prebiotic được định nghĩa là một thành phần của thức ăn có các đặc điểm sau:- Không bị tiêu hóa bởi các enzym được tiết ra trong đường tiêu hóa của con vật và hầu như không bị biến đổi khi đến đoạn ruột già.
- Kích thích có chọn lọc lên sự sinh trưởng và hoạt động của một hoặc một số lượng nhất định vi sinh vật có lợi như Lactobacilli, Bifidobacteria.
- Tăng cường sức khỏe của con vật thông qua việc cải thiện hệ vi sinh vật ở kết tràng.
2. Phân loại prebiotic:
Các prebiotic được sử dụng phổ biến trong sản phẩm thương mại bao gồm các fructan dạng inulin, fructooligosaccharide, galactooligosaccharide, isomaltooligosaccharide, xylooligosaccharide, lactulose, lactosucrose và oligosaccharide từ đậu nành (stachyose, raffinose) (Bảng 1).Các oligoaccharide này có thể được tìm thấy trong thức ăn tự nhiên hoặc có thể được tổng hợp bằng enzym từ đường đơn (glucose) hoặc đường đôi (sucrose và lactose). Phần lớn các oligosaccharide chứa 3 đến 9 phân tử đường, mặc dù có sự biến động lớn về số lượng các phân tử đường liên kết với nhau. Inulin có nguồn gốc từ rễ cây rau diếp xoăn chứa 2 đến 60 phân tử đường fructose, trong khi lactulose (một prebiotic tổng hợp) chỉ chứa đường galactose liên kết với fructose. Các phân tử đường trong oligosaccharide thường liên kết ở dạng β và do vậy chúng không bị thủy phân bởi các enzym tiêu hóa nội sinh (Hình 1).
Bảng 1.Các oligosaccharide được sử dụng phổ biến trong sản phẩm prebiotic
Oligosaccharide
|
Cấu trúc phân tử
|
Liên kết
|
Phương pháp sản xuất
|
Fructooligosaccharide/Inulin
|
(Fru)n-Glu
|
β-1,2
|
Thủy phân/Đường hóa
|
Galactooligosaccharide
|
(Gal)n-Glu
|
β-1,4; β-1,6
|
Thủy phân/Đường hóa
|
Isomaltooligosaccharide
|
(Glu)n
|
α-1,6
|
Thủy phân/Đường hóa
|
Xylooligosaccharide
|
(Xyl)n
|
β-1,4
|
Thủy phân
|
Lactulose
|
Gal-Fru
|
β-1,4
|
Đồng phân hóa
|
Lactosucrose
|
Gal-Glu-Fru
|
β-1,4
|
Đường hóa
|
Oligosaccharide từ đậu nành
|
(Gal)n-Glu-Fru
|
α-1,6
|
Chiết xuất
|
Ghi chú: Fru (fructose); Glu (glucose); Gal (galactose); Xyl (xylose).
 |
Các oligosaccharide được sản xuất làm prebiotic thường không đồng nhất về chiều dài chuỗi, và do đó prebiotic cũng thường chứa một hỗn hợp các oligosaccharide với chiều dài chuỗi khác nhau. Điều này là do hiệu quả của enzym, cơ chất và công nghệ được sử dụng để sản xuất prebiotic. Việc sản xuất các oligosaccharide để làm prebiotic thường được thực hiện qua 3 phương pháp sau. (1) Chiết xuất trực tiếp các oligosaccharide tự nhiên từ thực vật; (2) Thủy phân các polysaccharide tự nhiên; (3) Tổng hợp bằng enzym thủy phân hoặc enzym thủy phân và kết nối các phân tử đường (có nguồn gốc từ thực vật hoặc vi sinh vật).
2.1. Inulin và fructooligosaccharide (FOS):
Trong số các prebiotic, inulin và FOS là loại prebiotic phổ biến và được nghiên cứu nhiều nhất trong những nghiên cứu về prebiotic. Inulin là một fructan mạch thẳng của các phân tử đường fructose, chiều dài chuỗi dao động từ 2 đến 60 đơn vị đường fructose và có thể liên kết hoặc không liên kết với một phân tử đường glucose ở đầu chuỗi. Oligofructose cũng là một loại fructan, có chiều dài chuỗi từ 2 đến 9 đơn vị đường fructose. Oligofructose hiện diện ở một số loài thực vật trong tự nhiên, nhưng chúng cũng có thể được sản xuất từ sự thủy phân inulin bằng enzym. Về mặt hóa học, FOS và oligofructose là như nhau, cả 2 đều có 2 đến 9 phân tử đường fructose và do đó 2 danh từ này thường được sử dụng qua lại để chỉ cùng một chất. Về mặt ngữ nghĩa, FOS được dùng để chỉ những oligosaccharide được sản xuất thương mại ở qui mô lớn từ đường sucrose; trong khi đó, oligofructose được dùng để chỉ các phân tử được sản xuất tự nhiên từ inulin bằng enzym thủy phân. Inulin được tìm thấy trong tự nhiên ở một số loài thực vật như rễ rau diếp xoăn, atisô, măng tây, chuối, cây bồ công anh, lúa mạch đen, củ hành, tỏi, tỏi tây và lúa mì.2.2. Galactooligosaccharide (GOS):
Đây cũng là một loại prebiotic được nghiên cứu nhiều, chiếm khoảng hơn 10% các nghiên cứu về prebiotic. Galactooligosaccharide được tạo ra từ đường lactose dưới sự xúc tác của enzym β-galactosidase. Enzym này có thể được ly trích từ thực vật (đào, mơ, hạnh nhân), động vật (ruột, não, mô da) và vi sinh vật (nấm men, vi khuẩn, nấm mốc). Enzym từ vi sinh vật thường cho hiệu quả cao hơn trong việc sản xuất GOS.2.3. Isomaltooligosaccharide (IMO):
Loại prebiotic này ít được nghiên cứu trên gia súc gia cầm. Nó được tạo thành từ những phân tử đường glucose nối với nhau bằng liên kết α-1,6. Sản phẩm IMO thương mại được sản xuất từ tinh bột bắp và chứa isomaltose, isomaltotriose và panose. Dưới sự xúc tác của 2 enzym α-amylase và pullulanase, tinh bột bị thủy phân thành IMO. Sau đó, α-glucosidase xúc tác việc chuyển đổi các liên kết α-1,4 trong IMO thành các liên kết α-1,6.2.4. Xylooligosaccharide (XOS):
XOS là những chuỗi oligosaccharide của các phân tử đường xylose nối với nhau bằng liên kết β-1,4. Các thành phần của XOS chủ yếu là xylobiose, xylotriose và xylotetraose. Trong tự nhiên, XOS được tìm thấy ở măng tre, trái cây, rau, sữa và mật ong. Sử dụng enzym thủy phân, XOS có thể được sản xuất từ xylan có trong gỗ cứng, cùi bắp, rơm, bã mía, vỏ trấu, mạch nha và cám.2.5. Lactulose:
Lactulose là một đường đôi tổng hợp nhân tạo bằng phương pháp đồng phân hóa lactose, chứa galactose và fructose. Lactulose thường không có ở dạng tự nhiên, nhưng một lượng rất nhỏ lactulose có thể được tìm thấy trong các sản phẩm sữa được xử lý nhiệt mà không cần sự xúc tác của enzym.2.6. Lactosucrose:
Được tạo ra từ hỗn hợp đường lactose và sucrose dưới sự xúc tác của enzym β-fructosidase.2.7. Stachyose and raffinose:
Hai loại oligosaccharide này có nguồn gốc từ đậu nành, chiếm khoảng hơn 10% các nghiên cứu về prebiotic. Thú có thể được cho ăn stachyose và raffinose ở trạng thái nguyên vẹn trong hạt đậu nành hoặc ở dạng tinh chế.3. Cơ chế tác động:
Như đã được đề cập ở trên, việc bổ sung prebiotic vào thức ăn gia súc, gia cầm và thú cưng nhằm mục tiêu gia tăng số lượng vi sinh vật có lợi trong đường ruột của thú. Sự gia tăng này giúp tạo ra một môi trường đường ruột lành mạnh và cân bằng, dẫn đến tăng cường sức khỏe và năng suất vật nuôi. Những lợi ích của prebiotic đã được chứng minh khi chúng được bổ sung vào khẩu phần thức ăn của gia cầm, heo, chó và mèo, mặc dù hiệu quả của prebiotic không ổn định. Do vậy, prebiotic có thể được xem xét như là một trong những giải pháp dinh dưỡng tiềm năng để thay thế dần kháng sinh trong thức ăn, đặc biệt khi áp lực loại bỏ kháng sinh trong thức ăn ngày càng gia tăng. Dưới đây là một số cơ chế tác động của prebiotic và các cơ chế này cũng được tóm tắt trong Hình 2:3.1. Tăng sự bảo vệ của niêm mạc ruột qua việc kích thích sản xuất axit béo mạch ngắn:
Prebiotic khi đến ruột già là nguồn cung cấp năng lượng cho sự sinh trưởng và hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật có lợi. Hoạt động lên men của các vi sinh vật này làm tăng hàm lượng các axit béo mạch ngắn như acetic, propionic, butyric, v.v… Sau đó, các vi sinh vật khác có thể sử dụng những axit này cho hoạt động trao đổi chất của chúng, làm tăng thêm hàm lượng và sự đa dạng của các axit béo mạch ngắn trong đường ruột. Ví dụ, hàm lượng axit isobutyric, valeric, lactic và capronic trong ruột heo tăng lên khi cho heo ăn FOS hoặc GOS. Các axit béo mạch ngắn được sinh ra trong quá trình lên men của vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng và sinh lý của mô ruột. Cụ thể, chúng đáp ứng khoảng 60 - 70% nhu cầu năng lượng của kết tràng. Khoảng 20 - 75% lượng axit acetic được hấp thu và phần lớn axit propionic đi đến gan, tham gia vào quá trình trao đổi chất chung của cơ thể. Axit butyric không những là nguồn cung năng lượng chính cho hoạt động của tế bào kết tràng mà nó còn điều tiết sự phân chia và biệt hóa các tế bào này. Chẳng hạn, bổ sung fructan cho heo làm tăng mật độ tế bào ruột, số lượng các tế bào biểu mô và tế bào hình ly (goblet) tiết chất nhày (mucin). Prebiotic cũng làm tăng chiều cao của nhung mao ruột và tăngtỷ số chiều cao nhung maoso với độ sâu mào ruột ở tất cả các loàiđược nghiên cứu. Điều này sẽ giúp tăng sự hấp thu các dưỡng chất. Bên cạnh những tác dụng vừa nêu, axit béo mạch ngắn còn giúp tăng cường đáp ứng miễn dịch. Những con chó săn được cho ăn FOS làm hàm lượng IgM trong sữa đầu, sữa thường và máu tăng lên đáng kể. Khi công cường độc với Salmonella typhimurium, các tế bào ruột của chó ăn FOS hoặc inulin sẽ ít bị bong tróc và hoạt động hấp thu glucose vẫn được duy trì. Khi công cường độc vớiOesophagostonum dentatum, cho heo ăn inulin giúp số lượng giun và trứng giun trong ruột heo giảm đáng kể. Axit béo mạch ngắn, cụ thể là axit butyric, có ảnh hưởng đến hoạt động miễn dịch ở ruột hoặc toàn thân có lẽ là do các tế bào miễn dịch nằm ở các tổ chức lympho ruột có thể nhận biết axit béo mạch ngắn qua các thụ thể của chúng.3.2. Cản trở mầm bệnh phát triển qua loại thải cạnh tranh và giảm pH:
Prebiotic kích thích sự sinh trưởng của vi sinh vật có lợi. Những vi sinh vật có lợi này sẽ tranh giành dưỡng chất và các vị trí bám trên thành ruột với vi sinh vật có hại. Khi thiếu dưỡng chất và không thể cư trú ở thành ruột, sự sinh trưởng của vi sinh vật có hại bị hạn chế và chúng dần dần bị đào thải ra môi trường bên ngoài cùng với phân. Ngoài ra, pH ở ruột giảm thấp do các axit béo sinh ra từ quá trình lên men phân giải prebiotic cũng góp phần cản trở sự sinh trưởng của vi sinh vật gây hại. Đa số các nghiên cứu trên chó, mèo, heo và gia cầm đều cho thấy hàm lượng các vi sinh vật có hại giảm đáng kể khi cho thú ăn prebiotic. Ở gia cầm, bổ sung prebiotic trong thức ăn làm giảm số lượng vi sinh vật có hại trong phân như Clostridia, Salmonella, Staphylococci,Echerichia coli, coliform, v.v…Ở heo, prebiotic đã làm giảm số lượng vi sinh vật có hại trong ruột như Enterobacteria, Clostridia, coliform và Echerichia coli.
3.3. Giảm các chất gây hại và gây thối bằng cách điều tiết sự trao đổi chất:
Prebiotic dường như tạo ra sự điều hòa về trao đổi chất, giúp cho quá trình tiêu hóa diễn ra bình thường. Các nghiên cứu cho thấy prebiotic làm tăng dung khối và độ đặc ổn định của phân chủ yếu bằng cách gia tăng sinh khối của vi sinh vật trong phân. Sự tăng sinh khối này làm thời gian di chuyển của thức ăn qua kết tràng ngắn hơn. Sự tái hấp thu nước ở kết tràng giảm, phân trở nên mềm và nặng hơn, số lần thải phân nhiều hơn. Do đó, các chất gây hại, gây thối được sinh ra từ vi sinh vật có hại sẽ nhanh chống được bài thải ra ngoài, làm giảm nguy cơ viêm ruột. Quả thật, khi cho thú ăn prebiotic, lượng thức ăn ăn vào, tiêu hóa vật chất khô, tiêu hóa chất hữu cơ và tiêu hóa protein đều giảm; phần trăm vật chất khô trong phân giảm nhưng tổng khối lượng phân khô tăng. Ngoài ra, bổ sung prebiotic vào thức ăn cũng làm giảm hàm lượng axit béo có mạch nhánh, amonia, phenol và indol trong phân và trong ruột. Do vậy, khi hàm lượng các độc tố trong ruột giảm thì khả năng ruột bị viêm cũng giảm và điều này làm cho đường ruột của thú khỏe mạnh hơn.
Thông qua những cơ chế tác động trên, cho thú ăn prebiotic đã giúp cải thiện hệ sinh thái đường ruột. Prebiotic làm tăng vi sinh vật có lợi, giảm vi sinh vật có hại, tăng hàm lượng các axit béo mạch ngắn, tăng sự phân chia và biệt hóa tế bào ruột, tăng chiều cao nhung mao ruột, giảm pH đường ruột, giảm các chất gây độc và giảm mùi hôi, và điều hòa hoạt động trao đổi chất. Nuôi gia cầm và heo bằng thức ăn bổ sung prebiotic giúp tăng trọng nhanh hơn và có hiệu quả sử dụng thức ăn tốt hơn, mặc dù những đáp ứng về năng suất có sự biến động lớn. Do vậy, tất cả những ảnh hưởng có lợi này cho thấy prebiotic là một giải pháp về dinh dưỡng tiềm năng, giúp tăng cường tổng thể sức khỏe và năng suất vật nuôi.
4. Cách sử dụng prebiotic:
Khi sử dụng sản phẩm prebiotic, người chăn nuôi nên tuân thủ các hướng dẫn sử dụng sản phẩm của nhà sản xuất. Tuy nhiên để sử dụng các sản phẩm prebiotic có hiệu quả và phù hợp ở mỗi trại chăn nuôi, người chăn nuôi có thể xem xét một số các yếu tố sau:
4.1. Tuổi của thú:
Hàm lượng prebiotic trong khẩu phần nên duy trì ở mức thấp đối với thú non và thú già vì prebiotic về bản chất cũng là một chất xơ và chúng có thể ảnh hưởng đến việc tiêu hóa thức ăn. Thú non cần ăn khẩu phần dễ tiêu hóa để duy trì được tốc độ tăng trưởng cao và điều này rất quan trọng vì lợi nhuận trong chăn nuôi có được khi sự sinh trưởng và sức khỏe của thú đều ở mức tối ưu. Đối với thú già, khả năng tiêu hóa thức ăn có chiều hướng giảm khi thú tiến gần đến giai đoạn dễ mắc bệnh ở thời kỳ tuổi già. Bổ sung prebiotic vào thức ăn ở giai đoạn này sẽ làm giảm mật độ các dưỡng chất, có thể gây giảm khối lượng cơ và tạo ra các rắc rối về sức khỏe.4.2. Tình trạng sức khỏe của thú:
Những heo yếu ớt, nhạy cảm với mầm bệnh thì có đáp ứng rõ hơn với việc bổ sung prebiotic so với những heo khỏe mạnh. Khi tiếp xúc với vi sinh vật gây bệnh, gia cầm và heo đều có đáp ứng như nhau đối với việc bổ sung prebiotic. Mặc dù prebiotic vẫn đóng vai trò quan trọng trong phòng bệnh, chúng có lẽ không có tác dụng rõ ràng ở những thú khỏe mạnh. Tuy nhiên, sử dụng prebiotic ở liều phòng bệnh là cần thiết để tạo ra những thay đổi về môi trường và hệ vi sinh đường ruột, giúp tăng cường sức khỏe tổng thể của vật nuôi.4.3 Phương thức nuôi:
Hiệu quả của prebiotic sẽ khác nhau khi thú được nuôi theo những phương thức khác nhau. Đối với thú cưng nuôi trong nhà như chó và mèo, bổ sung prebiotic vào thức ăn ít khi tạo ra một sự thay đổi rõ rệt nếu thú khỏe mạnh. Tuy nhiên khi thú bệnh, tác dụng của prebiotic sẽ trở nên rõ ràng hơn. Gia cầm nuôi nền tiếp xúc thường xuyên với phân và mầm bệnh sẽ đáp ứng tốt hơn với prebiotic khi so với gia cầm nuôi lồng.4.4. Luân phiên với kháng sinh:
Nếu trại chăn nuôi vẫn bổ sung kháng sinh trong thức ăn, việc sử dụng kháng sinh và prebiotic nên được luân phiên. Kháng sinh không những tiêu diệt vi sinh vật có hại mà còn tiêu diệt cả vi sinh vật có lợi. Do vậy sau một thời gian sử dụng kháng sinh, prebiotic nên được bổ sung vào thức ăn để gia tăng hàm lượng vi khuẩn có lợi và tái cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột. Ngoài ra, sử dụng prebiotic luân phiên với kháng sinh cũng giúp ngăn ngừa tính đề kháng thuốc của vi sinh vật có hại.4.5. Kết hợp với probiotic:
Các sản phẩm probiotic sẽ cung cấp vi sinh vật có lợi cho thú. Khi cho thú ăn probiotic và prebiotic sẽ tạo ra tác dụng hiệp đồng có lợi vì probiotic sẽ sử dụng prebiotic để sinh trưởng và phát triển. Điều này sẽ giúp nhanh chóng thiết lập một hệ vi sinh vật lành mạnh và hiệu quả trong đường ruột của thú.
Ts. CHẾ MINH TÙNG
Đăng ký nhận bài viết qua Email!
