[Tạp chí Chăn nuôi Việt Nam] – Bổ sung các lợi khuẩn còn sống vào thức ăn, nước uống đã mang lại những lợi ích to lớn cho cơ thể cũng như môi trường. Nhiều nhóm nhà khoa học đã tiếp cận nghiên cứu và phát triển sản phẩm gồm các nhóm lợi khuẩn này, đó là chế phẩm probiotic. Chế phẩm probiotic chứa đơn hoặc hỗn hợp các chủng vi sinh vật sống (vi khuẩn hay vi nấm) khi đưa vào cơ thể  có ảnh hưởng có lợi cho vật chủ bởi việc cải thiện đặc điểm của hệ vi sinh vật đường ruột (Asml A và cs., 2015). Theo định nghĩa của Tổ chức Lương Nông Thế giới (FAO) hay Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), probiotic là những vi sinh vật còn sống khi đưa vào cơ thể một lượng đầy đủ sẽ có lợi cho sức khỏe của con vật chủ.

Probiotic đã trở thành phụ gia quen thuộc trong ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi ở trên Thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng

Chính vì vậy, gần đây probiotic đã trở thành phụ gia quen thuộc trong ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi ở trên Thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng. Theo Mavromichalis (2014), tuy dưới tên chung là probiotic, nhưng có rất nhiều chế phẩm khác nhau, không chỉ khác nhau về giá mà còn rất khác nhau về hiệu quả.

Trên thị trường có rất nhiều chế phẩm probiotic có nguồn gốc khác nhau, nhiều chế phẩm nhập khẩu và nhiều chế phẩm đã được nghiên cứu và sản xuất bởi các cơ sở trong nước. Qua thử nghiệm thực tiễn cho thấy nhiều chế phẩm có hiệu quả tốt đối với động vật nuôi. Đặc biệt trên gia súc, gia cầm non khi hệ miễn dịch chưa hoàn thiện, probiotic có cơ hội phát huy tác dụng.

Tuy nhiên, cùng một chế phẩm có thể có hiệu quả ở cơ sở này nhưng không có hiệu quả hoặc ảnh hưởng không rõ ở cơ sở khác Có nhiều lý do để giải thích sự khác biệt đó, chẳng hạn khả năng kháng nhiệt, khả năng chống chịu các tác động của dịch tiêu hóa như pH, dịch mật, dịch tụy, đặc biệt do sự khác nhau về hệ sinh thái vi sinh ở mỗi cơ sở chăn nuôi.

Như vậy, probiotic không thể coi là phụ gia thêm vào khẩu phần (add-on additives), mà phải coi là một phần của toàn bộ khẩu phần. Và để đảm bảo tính hiệu quả của probiotic sử dụng như một phụ gia TĂCN thì chất lượng của chế phẩm probiotic phải được tiêu chuẩn hóa.

1. Một số loài vi sinh vật được sử dụng trong sản phẩm probiotic

Một số vi sinh vật được coi là probiotic gồm nấm sợi, nấm men, vi khuẩn và hỗn hợp các chủng vi sinh vật khác nhau. Trong đó vi khuẩn là phổ biến hơn cả. Các loài vi khuẩn gần đây đang được sử dụng làm probiotic rất nhiều và đa dạng. Các nhóm vi khuẩn chính như Bacteroides, Clostridium, Bifidobacterium, Eubacterium, Lactobacillus, Enterobacteriaceae, Streptococcus, Fusobacterium, Peptostreptococcus và Propionibacterium được sử dụng ở động vật dạ dày đơn (như lợn, gà, thỏ và người). Ở động vật dạ dày kép (như trâu bò, dê, cừu) quan trọng nhất là các vi sinh vật phân giải xơ thuộc nhóm Fibrobacter, Ruminococcus, Butyrivibrio và Bacteroides cùng với các nhóm lớn như Prevotella, Selenomonas, Streptococcus, Lactobacillus và Megasphaera. Cần lưu ý rằng, dạ cỏ vẫn duy trì một số loại nấm sợi kỵ khí, tảo, protozoas và một số lượng lớn các methanogens để giữ môi trường vi mô của dạ cỏ bình thường (Boomker, 2000).

Bảng 1. Một số vi sinh vật được sử dụng như probiotic trong chăn nuôi

(Nguồn Asml A và cs., 2015)

2. Các tiêu chuẩn chất lượng của chế phẩm probiotic

Theo Closer (2006) tính hiệu quả của một chế phẩm probiotic cần được xem xét ở ba nhóm tiêu chuẩn sau: (i) tính an toàn (chủng vi sinh có nguồn gốc rõ ràng, có lịch sử an toàn và không kháng kháng sinh); (ii) công nghệ (lên men ổn định, bền khi bảo quản) và (iii) chức năng (chịu được dịch dạ dày, kháng acid mật, tính bám dính tốt). Theo B. Kosin và S. K. Rakshit (2006), những tiêu chuẩn dùng để chọn lọc các dòng vi khuẩn probiotic bao gồm:

– Tính an toàn: Các chủng vi sinh phải được công nhận an toàn và được xếp vào nhóm GRAS (Generally Recognized As Safe). Các nhóm vi sinh được sử dụng phổ biến trong thức ăn chăn nuôi ở châu Âu gồm: nhóm LAB (Enterococcus có  E. faecium; Lactobacillus có L. salivarius, L. reuteri,  L. acidophilus, L. farciminis, L. rhamnosus, L. plantarum, L. case, L. bulgaricus; Bifidobacterium có B. animalis và B. bifidum ; Pediococcus acidilactici). Nhóm tạo bào tử gồmBacillus (B. subtilis, B. licheniformis, B. coagulans, B. amyloliquefaciens, B. cereus var toyoi ) và Clostridium (C. butyricum). Nhóm nấm men Saccharomyces cerevisiae (Michaela Mohnl, 2014)

– Nguồn gốc chủng vi sinh: được phân lập và định danh đến dòng (strain). Các dòng khác nhau trong cùng một loài có thể có ảnh hưởng khác nhau (Bermadeau và Vermoux, 2013).

– Kháng với các điều kiện thí nghiệm in vivo và in vitro: Sau khi sử dụng probiotic, vi sinh trong chế phẩm không bị giết bởi cơ chế bảo vệ của 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: phụ thuộc vào chủng vi sinh trong probiotic và 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: vi khuẩn lactic có đặc tính kháng khuẩn do năng lực sản sinh acid lactic làm giảm pH đường ruột, giảm năng lực oxy hóa khử, sản sinh hydrogen peroxide dưới điều kiện hiếu khí, sản sinh các chất ức chế như bacteriocin. Các loài Bacillus cũng có khả năng sản sinh một số lớn kháng khuẩn như bacteriocin, subtilin, coagulin.

– Kích thích đáp ứng miễn dịch: kích thích tế bào biểu mô ruột tăng tiết niêm dịch (mucins) để bảo vệ hàng rào biểu mô, kích thích mô lympho gắn với ruột (GALT: Gut Associated Lymphoid 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): vi khuẩn trong probiotic phải sống và có nồng độ cao (≥ 10⁷ CFU/g chế phẩm) (Shah et.al, 2000). Một số yếu tố hạn chế khả năng sống của vi khuẩn trong probiotic như độ acid, 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 trong chế phẩm probiotic 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).

Thông thường các vi khuẩn và nấm men được sử dụng không chịu được nhiệt độ cao khi ép viên. Công nghệ truyền thống là sản xuất probiotic dạng lỏng và bảo quản ở nhiệt độ thấp (4-8^oC), nếu bảo quản ở nhiệt độ thường thì các tế bào vi sinh bị chết rất nhanh. Tuy nhiên, dạng lỏng sẽ gây khó khăn khi vận chuyển và sử dụng.Để khắc phục, hiện nay công nghệ đông khô hoặc sấy chân không ở nhiệt độ thấp để tạo sản phẩm dạng khô. Tuy nhiên, năng suất thu hồi sản phẩm của công nghệ này không cao đã làm tăng giá thành sản phẩm. Nhiều nghiên cứu cho thấy để khắc phục cần chọn những chủng có khả năng chịu nhiệt.

Trong ba nhóm vi sinh thường được sử dụng cho việc sản xuất probiotic là vi khuẩn lactic, nấm men Saccharomyces cerevisiae và nha bào Bacillus, thì chỉ có Bacillus ở dạng bảo tử có khả năng chịu nhiệt cao nhất.

Chẳng hạn, bào tử Bacillus trong sản phẩm của công ty BioSpring có khả năng chịu nhiệt rất cao (có thể chịu được nhiệt độ tới 235^oC trong 8 phút), cũng như bền trong bảo quản ở nhiệt độ thường (tỷ lệ sống sót 89% sau 12 tuần bảo quản). Khả năng sống sót của các nha bào Bacillus ở 80^oC, 95^oC và 100^oC sau 30 phút luôn đạt mức >10¹⁰/g sản phẩm.

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

Bacillus thường được sử dụng trong sản xuất probiotic gồm: B. subtilis, B. licheniformis, B. coagualans, B. amyloliquefaciens, B. cereus var toyoi có khả năng sinh bảo tử, lớp vỏ bọc chiếm tới 50% thể tích nhờ đó chống chịu được với điều kiện bất lợi như nóng, lạnh, khô hạn, hóa chất, bức xạ… Chu trình sống của bào tử Bacillus trong cơ thể động vật và cơ chế tác động có thể tóm tắt như sơ đồ 1.Bảo tửtheo thức ăn vào dạ dày rồi xuống ruột non, ở đây nảy mầm thành những tế bào sinh dưỡng phát triển theo cách nhân đôi liên tiếp và đi xuống ruột già. Tại ruột già tế bào sinh dưỡng lại tái hình thành bào tử.

Tất cả nha bào và tế bào sinh dưỡng có mặt ở ruột non được các tế bào của mô lymphoid gắn với ruột (GALT) tiếp nhận, nhờ gắn kết với tế bào M ở mảng Payer.Trong mảng Payer bảo tử lại nảy 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) để trình diện quyết định kháng nguyên kích thích tiết kháng thể sIgA (secreted IgA). Khi vào ruột sIgA tấn công vào các vi khuẩn xâm nhập hay các vi khuẩn bám dính trên biểu mô ruột.

Phần bảo tử 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 bào tử và khi vào trong ống tiêu hóa, chu trình trên được lặp lại. Ở điều kiện bình thường, có thể thấy bào tử trong đường tiêu hóa người chứa 10⁴ CFU/g chất chứa (Simon Cutting, 2016; Huỳnh A. Hồng và cs, 2005).

Trong quá trình bào tử Bacillus nảy mầm thành các tế bào sinh dưỡng, các hoạt chất sinh học như chất kháng khuẩn và enzyme (amylase, protease, cellulase và phytase) được sinh ra. Nhờ sự hoạt động của các enzyme, các chất dinh dưỡng như acid amin, vitamin hay vi khoáng trong thức ăn được giải phóng nhanh hơn, giúp nâng cao năng lực miễn dịch của hệ miễn dịch đường ruột, từ đó cải thiện được thành tích chăn nuôi.

4. Một số định hướng khi sử dụng

Trong lộ trình thực hiện chủ trương cấm kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi của Nhà nước, sử dụng probiotic bổ sung vào thức ăn là một trong những giải pháp quan trọng được thế giới chấp nhận. Tuy nhiên, sử dụng probiotic chỉ hiệu quả khi chế phẩm probiotic 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 vi sinh trong chế phẩm probiotic 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.

PGS.TS. Phạm Kim Đăng

và GS. Vũ Duy Giảng

Khoa Chăn nuôi 

Học viện Nông nghiệp Việt Nam