Hiệu suất sử dụng thức ăn (feed efficiency) của lợn đóng vai trò quan trọng trong ngành chăn nuôi heo hiện đại, không chỉ vì ảnh hưởng đến chi phí sản xuất mà còn liên quan mật thiết đến chất lượng và an toàn thực phẩm. Một trong những yếu tố then chốt quyết định hiệu suất này là hệ vi sinh vật đường ruột, nơi có sự tồn tại và tương tác phức tạp giữa vi khuẩn có lợi và vi khuẩn có hại. Bài viết này sẽ phân tích vai trò của vi khuẩn có lợi và có hại, cơ chế tác động của chúng đến khả năng tiêu hóa, hấp thu dinh dưỡng, chuyển hóa, cũng như ảnh hưởng đến tình trạng sức khỏe và tính ổn định sinh lý của đường ruột lợn. Qua việc tổng quan các kết quả nghiên cứu quốc tế có uy tín, bài viết cung cấp cái nhìn toàn diện, gợi mở hướng ứng dụng các chế phẩm sinh học, prebiotic cũng như chiến lược dinh dưỡng nhằm tối ưu hóa hệ vi sinh vật, từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng thức ăn trong chăn nuôi lợn bền vững.

1. Giới thiệu

Hiệu suất sử dụng thức ăn (FCR – Feed Conversion Ratio) là một chỉ số kinh tế quan trọng trong chăn nuôi lợn. Khi FCR được cải thiện, cùng một lượng thức ăn sẽ tạo ra khối lượng thịt nhiều hơn, giảm chi phí và tăng lợi nhuận cho nhà sản xuất. Tuy nhiên, hiệu suất này không chỉ phụ thuộc vào di truyền, quản lý chuồng trại, chất lượng thức ăn, mà còn bị ảnh hưởng sâu sắc bởi hệ vi sinh vật đường ruột (Isaacson & Kim, 2012). Trong hệ tiêu hóa, hàng tỷ vi khuẩn cộng sinh tồn tại và tương tác phức tạp, với một số loài hỗ trợ quá trình lên men, tiêu hóa, tăng cường miễn dịch, trong khi số khác có thể gây viêm, giảm khả năng hấp thu hoặc phá hủy cấu trúc niêm mạc ruột, làm suy giảm hiệu suất dinh dưỡng.

2. Hệ vi sinh vật đường ruột: Tổng quan và vai trò trong chuyển hóa dinh dưỡng

Đường ruột lợn là một môi trường đa dạng vi sinh, trong đó vi khuẩn chiếm ưu thế. Các nghiên cứu cho thấy cơ cấu vi khuẩn đường ruột thay đổi theo tuổi, chế độ ăn và tình trạng sức khỏe (Kim et al., 2011). Vi khuẩn có lợi như Lactobacillus, Bifidobacterium, Prevotella giúp lên men carbohydrate khó tiêu, tổng hợp vitamin, axit béo chuỗi ngắn (SCFA), và duy trì cân bằng pH thích hợp cho quá trình tiêu hóa. Trong khi đó, một số vi khuẩn tiềm ẩn tính gây bệnh như Escherichia coli gây độc, Salmonella hoặc Clostridium perfringens có thể phá hủy lớp nhung mao ruột, giảm khả năng hấp thu và gây phản ứng viêm mãn tính (De Lange et al., 2010).

SCFA được tạo ra bởi các vi khuẩn lên men chất xơ đóng vai trò như nguồn năng lượng quan trọng cho tế bào biểu mô ruột, đồng thời giúp duy trì chức năng hàng rào biểu mô, giảm nguy cơ xâm nhập của mầm bệnh (Pieper et al., 2009). Từ đó, một hệ vi sinh vật đường ruột cân bằng và giàu vi khuẩn có lợi được xem là “chìa khóa” nâng cao hiệu suất sử dụng thức ăn nhờ cải thiện khả năng tiêu hóa, hấp thu và ổn định môi trường vi mô trong ruột.

3. Vi khuẩn có lợi: Cải thiện hiệu suất thức ăn thông qua cơ chế gì?

Vi khuẩn có lợi đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất sử dụng thức ăn ở lợn thông qua nhiều cơ chế:

3.1. Cải thiện quá trình lên men và tiêu hóa:

Nhóm Lactobacillus và Bifidobacterium có khả năng thủy phân một số polysaccharide không tiêu hóa được bởi enzyme nội sinh của lợn. Quá trình lên men này tạo ra SCFA như acetate, propionate, butyrate – nguồn năng lượng quan trọng cho niêm mạc ruột (Isaacson & Kim, 2012). Kết quả là, lợn tận dụng tốt hơn nguồn dinh dưỡng từ khẩu phần, giảm lượng chất thải, qua đó nâng cao tính kinh tế.

3.2. Duy trì tính toàn vẹn hàng rào biểu mô ruột:

Các SCFA, đặc biệt là butyrate, hỗ trợ tế bào biểu mô ruột phát triển và duy trì cấu trúc nhung mao khỏe mạnh, tăng diện tích hấp thu. Ngoài ra, vi khuẩn có lợi ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây hại thông qua cạnh tranh vị trí bám, tiết bacteriocin, điều hòa pH và củng cố hệ miễn dịch niêm mạc (Looft et al., 2014).

3.3. Ổn định hệ thống miễn dịch và giảm phản ứng viêm:

Hệ vi sinh vật cân bằng kích thích sản sinh cytokine chống viêm, tăng đáp ứng miễn dịch bẩm sinh, giúp lợn ít bị stress, tiêu chảy hay viêm ruột. Khi tình trạng ruột ổn định, lợn chuyển hóa dinh dưỡng hiệu quả hơn, giảm năng lượng hao phí cho quá trình miễn dịch (Yan et al., 2013).

4. Vi khuẩn có hại: Hệ lụy đến hiệu suất sử dụng thức ăn

Sự phát triển của vi khuẩn có hại làm mất cân bằng hệ vi sinh vật, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất sử dụng thức ăn:

4.1. Gây tổn thương niêm mạc ruột:

Các vi khuẩn gây bệnh, như E. coli sinh độc tố, có thể gắn kết vào biểu mô ruột, tiết độc tố làm tổn thương nhung mao, làm giảm diện tích hấp thu và gây rò rỉ hàng rào biểu mô (De Lange et al., 2010). Hệ quả là giảm khả năng hấp thu dinh dưỡng, gia tăng tiêu chảy, lợn suy kiệt và hiệu suất sử dụng thức ăn giảm.

4.2. Kích hoạt phản ứng viêm mãn tính:

Sự hiện diện của mầm bệnh gây kích thích hệ miễn dịch hoạt động liên tục, làm tiêu hao năng lượng đáng kể. Năng lượng này thay vì dành cho tăng trưởng lại bị sử dụng vào quá trình viêm, tạo nên gánh nặng chuyển hóa (Upadrasta & O’Sullivan, 2016). Lợn sẽ tăng trưởng chậm, hiệu suất sử dụng thức ăn bị sụt giảm rõ rệt.

4.3. Ảnh hưởng đến cân bằng hệ vi sinh và cơ chế lên men:

Môi trường đường ruột mất cân bằng, pH thay đổi bất thường, vi khuẩn có lợi bị lấn át, giảm lượng SCFA có lợi, tăng sản sinh khí và độc tố. Tất cả gộp lại làm giảm hiệu quả chuyển hóa thức ăn thành năng lượng (Kim et al., 2011).

5. Chiến lược ứng dụng vi khuẩn có lợi và kiểm soát vi khuẩn có hại trong thực tiễn

Việc ứng dụng probiotics, prebiotics, hoặc kết hợp synbiotics đã được xem xét như một giải pháp tiềm năng nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng thức ăn thông qua điều tiết hệ vi sinh vật (Isaacson & Kim, 2012; Looft et al., 2014). Ngoài ra, các giải pháp điều chỉnh công thức khẩu phần, giảm thiểu việc sử dụng kháng sinh cận lâm sàng và áp dụng quy trình an toàn sinh học cao cũng đóng vai trò then chốt.

5.1. Sử dụng probiotics:

Các chế phẩm probiotics (chẳng hạn các dòng Lactobacillus) khi bổ sung vào khẩu phần có thể giúp tăng tỷ lệ vi khuẩn có lợi, giảm thiểu mầm bệnh, cải thiện khả năng tiêu hóa chất xơ và nâng cao năng suất. Trong một số nghiên cứu, sử dụng probiotics làm tăng chiều dài nhung mao, cải thiện sự nguyên vẹn biểu mô và giảm nguy cơ tiêu chảy, từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng thức ăn (Isaacson & Kim, 2012).

5.2. Prebiotics và synbiotics:

Prebiotics là các chất xơ đặc biệt giúp nuôi dưỡng và kích thích sự phát triển của vi khuẩn có lợi. Synbiotics là sự kết hợp giữa probiotics và prebiotics, nâng cao hiệu quả tương tác, đảm bảo vi khuẩn có lợi tồn tại và hoạt động tối ưu trong đường ruột (De Lange et al., 2010).

5.3. Hạn chế lạm dụng kháng sinh:

Việc sử dụng kháng sinh như chất kích thích sinh trưởng từng được áp dụng rộng rãi, nhưng ngày càng bị hạn chế do lo ngại về kháng kháng sinh. Giảm sử dụng kháng sinh giúp hệ vi sinh vật phục hồi tính đa dạng tự nhiên, tăng tỷ lệ vi khuẩn có lợi và hạn chế sự bùng phát của vi khuẩn đề kháng (Looft et al., 2014).

6. Xu hướng nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai

Nghiên cứu hiện đại tập trung vào việc hiểu sâu hơn về tương tác hệ vi sinh vật – vật chủ – khẩu phần, thông qua các công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới (NGS) và các phân tích đa ômic (metagenomics, metabolomics). Việc phân tích cộng đồng vi sinh ở từng đoạn ruột, xem xét ảnh hưởng cụ thể của từng nhóm vi khuẩn, cũng như hiệu ứng qua lại với thành phần dinh dưỡng trong thức ăn, sẽ giúp ngành chăn nuôi thiết kế các khẩu phần chuyên biệt, tối ưu cho từng giai đoạn phát triển của lợn (Isaacson & Kim, 2012; Yan et al., 2013).

Ngoài ra, nghiên cứu về các chất ức chế cụ thể vi khuẩn có hại, hay vaccine phòng ngừa các bệnh đường ruột, cũng là hướng đi tiềm năng. Một hệ vi sinh vật lý tưởng sẽ không chỉ đảm bảo hiệu suất thức ăn cao, mà còn nâng cao chất lượng thịt, giảm ô nhiễm môi trường và góp phần vào chăn nuôi bền vững.

7. Kết luận

Hệ vi sinh vật đường ruột giữ vai trò trung tâm trong việc quyết định hiệu suất sử dụng thức ăn ở lợn. Vi khuẩn có lợi hỗ trợ tiêu hóa, tăng cường hấp thu, duy trì cân bằng miễn dịch, từ đó nâng cao hiệu suất kinh tế. Ngược lại, vi khuẩn có hại làm tổn thương niêm mạc, gây viêm và suy giảm chuyển hóa dinh dưỡng, làm giảm hiệu suất. Các chiến lược bổ sung probiotics, prebiotics, kiểm soát môi trường nuôi và hạn chế kháng sinh dư thừa là con đường tối ưu hóa sự cân bằng hệ vi sinh vật. Trong tương lai, việc ứng dụng các công nghệ phân tích vi sinh thế hệ mới, cùng với khẩu phần dinh dưỡng chuyên biệt và giải pháp sinh học tiên tiến, hứa hẹn đem lại khả năng cải thiện hiệu suất sử dụng thức ăn ổn định, bền vững và phù hợp với xu hướng chăn nuôi an toàn, hiệu quả.

Ecovet Team

Nguồn: ecovet.com.vn

Tài liệu tham khảo:

• De Lange, C.F.M., Pluske, J., Gong, J. and Nyachoti, C.M. (2010). Strategic use of feed ingredients and feed additives to stimulate gut health and development in young pigs. Livestock Science, 134(1-3): 124–134.

• Isaacson, R. and Kim, H.B. (2012). The intestinal microbiome of the pig. Animal Health Research Reviews, 13(1): 100–109.

• Kim, H.B., Borewicz, K., White, B.A., Singer, R.S., Sreevatsan, S., Tu, Z.J. and Isaacson, R.E. (2011). Longitudinal investigation of the age-related bacterial diversity in the feces of commercial pigs. Veterinary Microbiology, 153(1-2), pp.124-133.

• Looft, T., Allen, H.K., Cantarel, B.L., et al. (2014). Bacteria, phages and pigs: the effects of in-feed antibiotics on the microbiome at different gut locations. ISME Journal, 8:1566–1576.

• Pieper, R., Jha, R., Rossnagel, B., Van Kessel, A.G. and Souffrant, W.B. (2009). Influence of barley and oat varieties differing in β-glucan content on growth performance, nutrient digestibility, and on intestinal bacterial communities in weaned piglets. Journal of Animal Science, 87(11): 3250–3258.

• Upadrasta, A. and O’Sullivan, L. (2016). The human gut microbiota and its potential role in obesity and metabolic diseases: A systematic review. Nutrition Reviews, 74(10): 661–685.

• Yan, H., Diao, H., Xiao, Y., et al. (2013). Gut microbiota can transfer fiber characteristics and lipid metabolic profiles from pigs to mice. BMC Microbiology, 13:85.