BioSpring
hieu-qua-chan-nuoi-va-chat-luong-che-pham

Hiệu quả chăn nuôi và chất lượng của chế phẩm probiotics

19-11-2016

                                                                   GS Vũ Duy Giảng*

Phạm Kim Đăng*, Th.s. Huỳnh Minh Việt**

1. Đặt vấn đề

Khoảng chục năm trở lại đây, probiotics đã trở thành một phụ gia quen thuộc trong ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi của nước ta. Một số chế phẩm probiotics đã được nghiên cứu bởi các cơ quan khoa học trong nước và đã đi vào sản xuất. Tuy nhiên, phần lớn các chế phẩm probiotics đang lưu thông trên thị trường là các chế phẩm nhập từ nước ngoài.

Hiệu quả chăn nuôi của các chế phẩm probiotics thường khác nhau phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, đó là chủng loại vi sinh, khả năng sống của các chủng vi sinh trong chế phẩm, số lượng tế bào vi sinh trong 1g chế phẩm, khả năng chịu nhiệt của các chủng vi sinh trong dây chuyền chế biến và bảo quản v.v.

Đối với hiệu quả của chế phẩm probiotics, Mavromichalis (2014) có nhận xét rằng: “Tuy dưới một cái tên chung là probiotics, nhưng có rất nhiều những chế phẩm probiotics khác nhau, chúng không chỉ khác nhau về giá mà còn rất khác nhau về tính hiệu quả”. Với hiểu biết và kinh nghiệm của mình, tác giả cũng có những nhận xét sau về tác dụng của probiotics:

+ Probiotics có tác dụng tốt trên gà broiler và lợn con là do những động vật ở giai đoạn này có hệ miễn dịch chưa thành thục và ở đây probiotics có cơ hội phát huy tác dụng.

+ Chế phẩm probiotics có khả năng kháng nhiệt là yêu cầu quan trọng nhất nếu thức ăn được viên, ép đùn hay có các biện pháp xử lý nhiệt khác. Tuy nhiên không phải tất cả các chế phẩm probiotics trên thị trường đều có khả năng kháng nhiệt giống nhau.

+ Mỗi một chế phẩm probiotics đều đòi hỏi một sự thử nghiệm cẩn thận vì một số nguyên liệu nào đó trong khẩu phần có thể hạn chế hay phát huy tác dụng của chế phẩm. Như vậy, probiotics không có thể coi là phụ gia thêm vào khẩu phần (add-on additives) mà phải coi là một phần của toàn bộ khẩu phần.

+ Một chế phẩm probiotics có hiệu quả ở một trại nhưng có thể hoàn toàn không hiệu quả ở một trại khác. Nguyên nhân là do có sự khác nhau về hệ sinh thái vi sinh. Điều này là đúng đối với hầu hết các phụ gia tác động vào hệ vi sinh ở ruột.

Như vậy, để đảm bảo được tính hiệu quả của chế phẩm probiotics sử dụng như một phụ gia TĂCN thì chất lượng của chế phẩm probiotics phải được chuẩn hóa.

2. Các tiêu chuẩn chất lượng của chế phẩm probiotics

Theo Closer (2006) tính hiệu quả của một chế phẩm probiotics cần được xem xét ở ba nhóm tiêu chuẩn sau: (i) tiêu chuẩn về tính an toàn; (ii) tiêu chuẩn về công nghệ và (iii) tiêu chuẩn về chức năng.

(i). Về tính an toàn: Vi khuẩn probiotics phải có nguồn gốc rõ ràng, được định danh đến dòng (strain), có lịch sử sử dụng an toàn, không kháng kháng sinh.

(ii). Về công nghệ: Đặc tính lên men ổn định, bền khi bảo quản.

(ii).  Chức năng: Sống được trong dịch dạ dày, kháng acid mật, có đặc tính bám dính tốt.

hieu-qua-chan-nuoi-va-chat-luong-che-pham

Sơ đồ 1: Các tiêu chuẩn đánh giá probiotics (Klose, 2006)

Theo B. Kosin và S. K Rakshit (2006) thì những tiêu chuẩn truyền thống  được dùng để chọn lọc các dòng vi khuẩn probiotic bao gồm:

– Tính an toàn: Các chủng vi sinh phải được xếp vào nhóm GRAS (Generally Recognized As Safe), với ý nghĩa các vi sinh được công nhận là an toàn. Nói chung các chế phẩm vi sinh được phép thương mại hóa ở châu Âu đều chứa các vi sinh được xếp vào nhóm an toàn. Bảng 1 dưới đây giới thiệu các loài vi sinh probiotics được sử dụng phổ biến trong thức ăn chăn nuôi và được phép sử dụng ở châu Âu.

Bảng 1: Các loài vi sinh vật được sử dụng phổ biến làm probiotics trong chăn nuôi

(Nguồn: Michaela Mohnl, 2014)

hieu-qua-chan-nuoi-va-chat-luong-che-pham

– Nguồn gốc của chủng vi sinh: Các chủng vi sinh cần được phân lập và định danh đến dòng (strain). Các dòng (strain) khác nhau trong cùng một loài (species) có thể có ảnh hưởng có lợi khác nhau đối với động vật sử dụng nó (Bermadeau và Vermoux, 2013).

– Kháng với các điều kiện thí nghiệm in vivo và in vitro: Sau khi sử dụng probiotics, vi sinh trong chế phẩm không bị giết bởi cơ chế bảo vệ của con vật chủ và kháng lại những điều kiện bất lợi trong đường ruột như pH, dịch mật và dịch tụy.

– Khả năng bám dính và khu trú trên biểu mô ruột: Khả năng này phụ thuộc vào chính bản thân vi sinh của chế phẩm probiotics và vào điều kiện môi trường ruột (nguyên liệu, pH, mật, muối v.v.) cũng như phụ thuộc vào mối tương tác với hệ vi sinh của con vật chủ.

– Hoạt tính kháng vi khuẩn bệnh: Xem xét hoạt tính kháng khuẩn của vi khuẩn lactic, ta thấy vi khuẩn lactic có một số đặc tính kháng khuẩn do năng lực sản sinh acid lactic để làm giảm pH môi trường ruột, giảm năng lực oxy hóa khử, sản sinh hydrogen peroxide dưới điều kiện hiếu khí, sản sinh các chất ức chế đặc biệt như bacteriocine. Các loài Bacillus cũng có khả năng sản sinh một số lớn kháng khuẩn như bacteriocine, subtilin, coagulin. Những đặc tính này tạo ra hiệu quả của probiotics.

– Kích thích đáp ứng miễn dịch: Vi khuẩn dùng làm probiotics kích thích tế bào biểu mô ruột tăng tiết niêm dịch (mucins) có tác dụng bảo vệ hàng rào biểu mô, kích thích mô lympho gắn với ruột (GALT: Gut Associated Lypmphoid Tisues) tăng tiết kháng thể để tiêu diệt vi khuẩn bệnh.

– Khả năng bảo toàn mật số (bền nhiệt và sống trong quá trình bảo quản): Để phát huy được tác dụng của probiotics, vi khuẩn dùng làm probiotics phải sống và có mặt với nồng độ cao, số lượng tế bào phải đạt từ 106-107 CFU/g chế phẩm trở lên (Shah et.al, 2000). Có một số yếu tố hạn chế khả năng sống của vi khuẩn trong chế phẩm probiotics, đó là độ acid của chế phẩm, hàm lượng oxy trong chế phẩm, lượng oxy thấm từ bên ngoài vào trong qua lớp vỏ bao gói, độ nhạy cảm của vi khuẩn các chủng trong chế phẩm probiotics với chính chất kháng khuẩn do chúng sinh ra… Trong việc kiểm soát những yếu tố đảm bảo khả năng sống cao của vi khuẩn thì quan trọng nhất là việc chọn lọc các chủng đề kháng tốt với acid và dịch mật trong ống tiêu hóa, cũng như với nhiệt độ cao trong dây chuyền chế biến, bảo quản (Shah et. al, 1995).

Tóm lại, chế phẩm probiotics chỉ có hiệu quả chăn nuôi tốt khi số lượng vi khuẩn trong chế phẩm probiotics đủ lớn và còn sống khi đi tới ruột. Như vậy, trước hết chúng phải sống trong hỗn hợp thức ăn, chịu được nhiệt trong quá trình chế biến như ép viên và sống khỏe sau các tác động của của môi trường ống tiêu hóa như acid, dịch mật…

Thông thường các tế bào vi sinh (bao gồm vi khuẩn và nấm men) được sử dụng để tạo chế phẩm probiotics không chịu được nhiệt độ cao khi đi vào dây chuyền sản xuất. Công nghệ truyền thống là sản xuất chế phẩm probiotics dạng lỏng và bảo quản ở nhiệt độ thấp (4-8oC), nếu bảo quản ở nhiệt độ thường thì các tế bào vi sinh bị chết rất nhanh. Với dạng lỏng, chế phẩm probiotics rất khó vận chuyển và sử dụng. Khắc phục bất tiện này, người ta dùng công nghệ đông khô hoặc sấy chân không ở nhiệt độ thấp để tạo sản phẩm dạng khô thay cho sản phẩm dạng lỏng. Tuy nhiên với công nghệ đông khô hoặc sấy chân không ở nhiệt độ thấp, thì năng suất thu hồi sản phẩm không cao và làm tăng giá thành sản phẩm.

Lối thoát cho những hạn chế nêu trên là sử dụng các chủng vi sinh có khả năng chịu nhiệt độ cao khi đưa vào dây chuyền sản xuất. Trong ba nhóm vi sinh thường được sử dụng cho việc sản xuất chế phẩm probiotics là vi khuẩn lactic, nấm men rượu Saccharomyces cerevisiae và nha bào Bacillus, thì chỉ có nha bào Bacillus là vi khuẩn chịu nhiệt cao nhất.

3. Chu kỳ sống và cơ chế tác động của nha bào vi khuẩn Bacillus

Các loài của Bacillus thường được sử dụng làm chế phẩm probiotics, đó là: Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus coagualans, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus cereus var toyoi. Các loài này có khả năng hình thành nha bào, lớp vỏ của nha bào chiếm tới 50% thể tích của nha bào, nhờ đó nó chống chịu được với những điều kiện bất lợi của môi trường như nóng, lạnh, khô hạn, hóa chất, bức xạ…

Chu trình sống của nha bào Bacillus trong cơ thể động vật và cơ chế tác động của chúng như sau (sơ đồ 2):

Nha bào qua thức ăn đi vào dạ dày rồi xuống ruột non, ở đây chúng nảy mầm thành những tế bào sinh dưỡng; tế bào sinh dưỡng phát triển theo cách nhân đôi và đi xuống ruột già; ở ruột già tế bào sinh dưỡng lại tái hình thành nha bào.

Tất cả nha bào và tế bào sinh dưỡng có mặt ở ruột non được các tế bào của mô lympho gắn với ruột (GALT) tiếp nhận, nhờ gắn kết với tế bào M trong mảng Payer. Trong mảng Payer nha bào lại nẩy mầm thành tế bào sinh dưỡng, tế bào sinh dưỡng được tế bào M đem đến cho tế bào hình tua (dendritic cells) và đại thực bào (macrophage cells). Tế bào hình tua và đại thực bào nhận tế bào sinh dưỡng từ tế bào M rồi đem trình diện với tương bào (plasma cells), tương bào tiết kháng thể IgA. IgA đi vào xoang ruột; ở đây, nó tấn công vào các vi khuẩn xâm nhập hay các vi khuẩn bám dính trên biểu mô ruột.

Phần nha bào không bị tiếp nhận vào GALT sẽ thải ra ngoài theo phân và sống cộng sinh với thực vật. Động vật ăn thức ăn thực vật có chứa nha bào và khi vào trong ống tiêu hóa, chu trình trên được lặp lại. Trong điều kiện bình thường, người ta thấy nha bào trong đường tiêu hóa của người chứa tới 104 CFU/g chất chứa tiêu hóa (GS. Simon Cutting, 2016; TS. Huỳnh A. Hồng và Cộng sự, 2005).

hieu-qua-chan-nuoi-va-chat-luong-che-pham

Sơ đồ 2: Chu kỳ sống và cơ chế tác động của nha bào Bacillus

(Simon Cutting, 2016)

Trong quá trình nha bào Bacillus nẩy mầm thành các tế bào sinh dưỡng, các hoạt chất sinh học như chất kháng khuẩn và enzyme được hình thành. Chính các enzyme (amylase, protease, cellulase và phytase) giúp cho việc phân giải các chất dinh dưỡng trong thức ăn tốt hơn và hấp thu được nhiều hơn, nhờ đó tăng được lượng thức ăn thu nhận và cải thiện năng suất chăn nuôi. Nhờ sự hoạt động của các enzyme, các chất dinh dưỡng như acid amin hay chất khoáng trong thức ăn được giải phóng nhanh hơn cũng giúp cho năng lực miễn dịch của hệ miễn dịch đường ruột được cải thiện.

Cần lưu ý rằng các ưu thế của probiotics chỉ có được khi các loài vi sinh trong chế phẩm còn sống với một số lượng đủ lớn khi vào đến ống tiêu hóa của động vật. Như vậy, các loài này phải chống chịu được các điều kiện bất lợi trong dây chuyền sản xuất và trong môi trường của ống tiêu hóa, đặc biệt là chống chịu được với nhiệt độ cao.

4. Chế phẩm probiotics chịu nhiệt của công ty BioSpring

Chế phẩm probiotics của công ty BioSpring chứa nha bào của vi khuẩn Bacillus, bao gồm B. subtilis, B. coagulans, B. licheniformis.

Các vi khuẩn được chọn lọc đến dòng (strain), được xác nhận là an toàn; chủng gốc Bacillus được tuyển chọn, phân lập từ phòng nghiên cứu vi sinh thuộc Trung tâm Nghiên cứu Vi sinh và Công nghệ Sinh học thuộc Đại học Royal Holloway, Đại học Luân Đôn, Anh Quốc. Công trình nghiên cứu này đã được công bố trên NCBI (National Center of Biotechnology Information), Hoa Kỳ. Hiện tại, BioSpring là đơn vị được chuyển giao độc quyền sử dụng tại Việt Nam.

Ngoài việc đạt được những yêu cầu chung về tiêu chuẩn của vi khuẩn làm probiotics, nha bào trong chế phẩm probiotics của BioSpring còn có khả năng chịu nhiệt rất cao (chúng có thể chịu được nhiệt độ tới 235oC trong 8 phút), cũng như khá bền trong bảo quản (nếu chế phẩm vi bọc chứa Enterococcus faecium sau 12 tuần bảo quản, tỷ lệ sống sót chỉ đạt 40% thì tỷ lệ sống của nha bào Bacillus Công ty BioSpring vẫn đạt tới 89%).

Đánh giá khả năng sống sót của các nha bào Bacillus với 3 mức nhiệt độ là 80oC, 95oC và 100oC trong 30 phút tại phòng thí nghiệm của BioSpring đã cho thấy rằng: với các mức nhiệt trên, số lượng nha bào sống sót sau 30 phút thuộc các chủng khác nhau chỉ giảm từ 8 tỷ CFU/g đến 22 tỷ CFU/g chế phẩm và tổng số tế bào còn sống vẫn luôn đạt mức >1010 CFU/g sản phẩm (bảng 2).

Bảng 2: Khả năng kháng nhiệt của nha bào probiotic của BioSpring
hieu-qua-chan-nuoi-va-chat-luong-che-pham

Các thí nghiệm đánh giá tác dụng của chế phẩm probiotics BioSpring trên heo theo mẹ (7 – 21 ngày), heo cai sữa (28 – 56 ngày) và heo thịt (30kg – xuất chuồng) thực hiện bởi khoa Chăn nuôi – Học viện Nông nghiệp Việt Nam, dưới sự chủ trì của TS. Phạm Kim Đăng (2016) cho thấy: các chỉ tiêu về thành tích chăn nuôi (ADFI: lượng thức ăn tiêu thụ, ADG: tăng trọng bình quân ngày, FCR: tỷ lệ chuyển đổi thức ăn) và các chỉ tiêu về sức khỏe ruột của heo đều được cải thiện.

Khi heo cai sữa được sử dụng thức ăn hỗn hợp viên chứa chế phẩm probiotics của BioSpring (liều sử dụng 300g/tấn thức ăn) tỷ lệ heo cai sữa bị tiêu chảy chỉ ở mức 12,1%, trong khi heo đối chứng không sử dụng probiotics, tỷ lệ này là 28,8%. Các nghiên cứu của TS. Đăng cũng đã chứng minh nguyên nhân giảm tỷ lệ tiêu chảy, đó là do số lượng vi khuẩn có hại như E.coli, Samonella giảm xuống và vi khuẩn có lợi như Lactobacillus trong đường ruột tăng lên, năng lực miễn dịch ruột của heo được cải thiện. Do tỷ lệ tiêu chảy giảm, tăng lượng thức ăn thu nhận, tăng ADG.

Các thí nghiệm trên gà thịt và gà đẻ của TS. Đăng cũng cho kết quả khả quan:

+ Một thí nghiệm trên gà Ross 308 với số lượng 9700 gà/lô kéo dài 40 ngày và lặp lại 3 lần đã thấy rằng: ADG của gà thí nghiệm (bổ sung 200g chế phẩm probiotics BioSpring/tấn thức ăn) cải thiện được 2,7% (67g so với 65,25g/ngày), tỷ lệ chết của gà thí nghiệm là 6,3%, trong khi tỷ lệ chết của gà đối chứng là 7,3%.

+ Một thí nghiêm khác trên gà đẻ trứng ISA Brown với 13.000 gà/lô, kéo dài 28 ngày đã thấy tỷ lệ đẻ của lô thí nghiệm (bổ sung 300g chế phẩm probiotics BioSpring/tấn thức ăn) đã đạt 93,74% trong khi lô đối chứng chỉ đạt 92,26%; khí NH3 chuồng nuôi ở lô thí nghiệm giảm một nửa so với lô đối chứng (0,0316ppm so với 0,0722ppm); không có khí H2S trong chuồng thí nghiệm trong khi chuồng đối chứng khí này có mức 0,0244ppm.

Một số thí nghiệm thực hiện trong sản xuất cũng cho thấy chế phẩm probiotics BioSpring bổ sung vào thức ăn cho heo con hay gà thịt đã cải thiện được năng suất và hiệu quả chăn nuôi:

+ Lợn cai sữa ăn khẩu phần bổ sung probiotics BioSpring trong 27 ngày với liều 500g/tấn thức ăn đã có ADG cao hơn đối chứng 4,69% (591g so với 564,5g/ngày), FCR giảm 12% (1,26 kg so với 1,43 kg thức ăn/kg tăng trọng), tỷ lệ lợn bị viêm phổi giảm một nửa so với đối chứng (5,57% sơ với 11,43%).

+ Đối với lợn sinh trưởng, kết quả công bố trên tạp chí Tạp chí KHKT chăn nuôi của TS. Phạm Kim Đăng và TS. Trần Hiệp (2016) cho biết việc bổ sung 0,1% Bacillus pro đã làm tăng khả năng ăn vào (+8,86%) và khả năng sinh trưởng (+7,03%), giảm tiêu tốn thức ăn 6,4% và chi phí thức ăn cho 1 kg tăng khối lượng 4,35% so với lô đối chứng.

+ Gà RiDabaco giai đoạn gà con ăn khẩu phẩn bổ sung probiotics BioSpring trong 28 ngày đã có ADG cao hơn đối chứng 5,84% (9,43g so với 8,91g/ngày), FCR giảm 4,65% (2,46 kg so với 2,58 kg thức ăn/kg tăng trọng), tỷ lệ gà bị chết giảm 22,1% (2,75% so với 3,53%), tỷ lệ gà loại thải giảm 27,96% (3,5% so với 4,9%).

+ Kết quả thử nghiệm về ảnh hưởng của chế phẩm NeoAvi GroMax – BioSpring chứa bào tử Bacillus chịu nhiệt có tác dụng cải thiện khối lượng cơ thể, tăng ADG và giảm FCR ở gà thịt lông màu giống Ri Ninh Hoà tương đương lô bổ sung kháng sinh và cao hơn so với lô đối chứng. Đặc biệt lô bổ sung NeoAvi GroMax đã làm giảm số lượng vi khuẩn gây bệnh coli Salmonella sp.; tăng số lượng vi khuẩn có lợi Lactobacillus sp, đồng thời đảm bảo tính toàn vẹn và sự phát triển của lông nhung biểu mô ruột tốt hơn so với lô bổ sung kháng sinh và lô đối chứng (TS. Phạm Kim Đăng và Cộng sự, 2016).

5. Kết luận

Trong lộ trình thực hiện chủ trương cấm kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi của Nhà nước, sử dụng probiotics bổ sung vào thức ăn cho động vật nuôi là một trong những giải pháp quan trọng được thế giới chấp nhận. Tuy nhiên, sử dụng probiotics chỉ hiệu quả khi chế phẩm probiotics đạt các tiêu chuẩn về độ an toàn, còn sống với một số lượng đủ lớn khi vào đến ống tiêu hóa của động vật. Như vậy, các loài này phải chống chịu được các điều kiện bất lợi trong dây chuyền sản xuất, bảo quản và trong môi trường của ống tiêu hóa, đặc biệt là chống chịu được với nhiệt độ cao.

Chế phẩm probiotics của công ty BioSpring được sản xuất từ nha bào của một số loài Bacillus được chuyển giao độc quyền từ Đại học Royal Holloway, Đại học Luân Đôn, Anh Quốc đã được đánh giá là an toàn và có hiệu quả trong điều kiện chăn nuôi của Việt Nam.

Với nỗ lực và quyết tâm xây dựng một nền nông nghiệp công nghệ cao của nước nhà, cùng với sự hỗ trợ của các nhà khoa học trong và ngoài nước, sản phẩm của BioSpring được đưa vào sản xuất ở quy mô công nghiệp với nhà máy đạt công suất 3.000 tấn probiotics mỗi năm và từng bước khẳng định vị thế thương hiệu dẫn đầu là chuyên gia nghiên cứu chuyên sâu và sản xuất probiotics tại Việt Nam.

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

Bermadeau M., J P. Vermoux (2013): Overview of differences between microbial feed additives and probiotic for food regarding regulation, growth promotion effects and health properties and consequences for extrapolation of farm animal results to humans. Clinical Microbiology and Infection. ELSEVIER – Vol; 19, Issue 4, April 2013, p. 321-330

Bussarin Kosin and Sudip Kumar Rakshit (2006): Microbial and Processing Criteria for Production of Probiotic: A Review. Food Technol. Biotechnol. 44 (3) 371–379 (2006).

Cutting M. Simon (2016): The Use of Probiotic Bacteria as Animal Feed Supplements. Hội thảo Chế phẩm prbiotics chịu nhiệt của BioSpring. Hà Nội tháng 3 năm 2016.

Phạm Kim Đăng (2016): Kết quả thử nghiệm các sản phẩm probiotic Bacillus ở Việt Nam. Hội thảo Chế phẩm prbiotics chịu nhiệt của BioSpring. Ha Nội tháng 3 năm 2016.

Phạm Kim Đăng, Trần Hiệp (2016). Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm Bacillus pro đến một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lợn sinh trưởng. Tạp chí Khoa học kỹ thuật chăn nuôi, Số 205, tháng 4/2016, 37-42.

Phạm Kim Đăng, Nguyễn Đình Trình, Nguyễn Hoàng Thịnh, Nguyễn Thị Phương Giang và Nguyễn Bá Tiếp (2016). Ảnh hưởng của Probiotic Bacillus dạng bào tử bền nhiệt đến năng suất, vi khuẩn và hình thái đường ruột gà thịt lông màu. Tạp chí Khoa học kỹ thuật chăn nuôi, đã được chấp nhận đăng số tháng 11/2016.

Huynh A. Hong, Le Hong Duc, Simon M. Cutting (2005): The use of bacterial spore formers as probiotic. ELSEVIER FEMS Microbiology Reviews 29 (2005) 813-835.

Klose V, Mohn M, et al, (2006): Development of a competitive exclusion product meeting the regulatory requirements for registration in the European Union. Molecular Nutrion & Food Research 50: 563-71.

Mavromichalis Ioannis (2014): Probiotic, controversial additive with a future. Poultry International December 2014, p.28-29.

Michaela Mohnl (2014): Probiotic –  basic concept, mode of action and product development aspects. Probiotic in Poultry Production, Concept and Application. Biomin Edition, Copyright 2014 by Erber AG. Austalia.