[Chăn nuôi Việt Nam] – Chất xơ trong khẩu phần rất quan trọng đối với dinh dưỡng của lợn, cần được bổ sung ở mức cơ bản để hỗ trợ các chức năng tiêu hóa bình thường (Wenk, 2001). Việc bổ sung chất xơ vào khẩu phần ăn của động vật dạ dày đơn gây nhiều lo ngại do liên quan đến giảm hấp thu dưỡng chất và giảm năng lượng ròng (Noblet;LeGoof, 2001). Khẩu phần giàu chất xơ có thể đặt ra những thách thức cho việc lập công thức thức ăn thú dạ dày đơn, đặc biệt thú non, do bản chất cồng kềnh và khả năng lên men xơ bị giới hạn, ảnh hưởng đến lượng dưỡng chất ăn vào tùy theo loại chất xơ, tuổi lợn và cấu thành khẩu phần (Bach Knudsen et al., 2012).

Hơn nữa, khả năng tiêu hóa biểu kiến ở hồi tràng (AID) của các chất dinh dưỡng bị ảnh hưởng tiêu cực bởi chất xơ trong chế độ ăn, được cho là do ruột non thiếu các enzyme nội sinh cần thiết để phân giải các liên kết này (Bach Knudsen et al., 2012). Bài viết này nhằm mục đích chứng minh cách phân hủy arabinoxylan bằng enzyme, đặc biệt là thông qua enzyme xylanase, có thể làm giảm các tác động kháng dinh dưỡng và nâng cao giá trị dinh dưỡng của khẩu phần ăn giàu chất xơ cho lợn, từ đó cải thiện sức khỏe và hiệu suất của vật nuôi.

Bước vào thế giới của arabinoxylan

Ở các loài thực vật được phân loại là đơn tử diệp, chẳng hạn như ngũ cốc, các thành phần polysaccharide không tinh bột (NSP) chính của thành vách tế bào là arabinoxylan, cellulose và β-glucan (Bach Knudsen, 1997). Arabinoxylan đại diện cho một nhóm chất xơ phức tạp có ý nghĩa quan trọng đối với dinh dưỡng và sức khỏe của lợn. Tính không đồng nhất về cấu trúc của chúng có thể ảnh hưởng đến các tính chất lý hóa, hoạt động sinh học và tác động đến hệ vi sinh vật đường ruột và hệ miễn dịch của lợn. Tồn tại ở hai dạng tan và không tan, arabinoxylan cấu tạo gồm một trục chính các xylose và các nhánh arabinose, đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa dinh dưỡng đối với thức ăn lợn (Mudgil & Barak, 2013).

Khả năng lên men của các chất xơ trong khẩu phần chủ yếu là ngô bị hạn chế bởi các đoạn không tan và cấu trúc phân nhánh phức tạp; ảnh hưởng lên tốc độ di chuyển của thức ăn trong đường tiêu hóa và giảm khả năng tiêu hóa dưỡng chất (Gutierrez et al., 2013). Bổ sung các enzyme thủy phân carbohydrate ngoại sinh là một phương pháp khả thi để tăng cường khả năng tiêu hóa chất xơ khó lên men, từ đó tận dụng các tác dụng tích cực của chất này.

Tác động của xylanase đối với chất xơ và sức khỏe đường ruột

Carbohydrate không tiêu hóa được có thể được lên men bởi quần thể vi sinh vật dọc theo đường tiêu hóa để tổng hợp các axit béo chuỗi ngắn, sau đó có thể được hấp thụ và chuyển hóa bởi lợn. Các carbohydrate không tiêu hóa được này bao gồm các disaccharide, oligosaccharide, tinh bột kháng và polysaccharide không tinh bột. Sự hiện diện và thành phần của các carbohydrate không tiêu hóa được này trong khẩu phần ăn của lợn thay đổi tùy thuộc loại nguyên liệu được đưa vào thức ăn của chúng (Navarro và cộng sự, 2019).

Xylanase hoạt động trên quá trình thủy phân phần arabinoxylan của NSP. NSP có trong thành tế bào thực vật bao bọc các chất dinh dưỡng, khiến chúng không thể được các enzyme tiêu hóa của động vật hấp thụ. Hơn nữa, NSP có ái lực cao với nước trong lòng ống tiêu hóa, dẫn đến độ nhớt của dịch tiêu hóa tăng cao. Độ nhớt tăng lên này làm giảm nhu động ruột, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của hệ vi sinh vật gây bệnh (Choct, 1998). Những lợi ích của việc bổ sung enzyme xuất phát từ sự phá vỡ màng tế bào nguyên vẹn nhờ enzyme, dẫn đến việc giải phóng các chất dinh dưỡng bị giữ lại, hoặc là kết quả của việc thay đổi các tính chất lý hóa của NSP, do sự thay đổi về độ nhớt và khả năng giữ nước và/hoặc sự thay đổi về thành phần và hàm lượng vi khuẩn trong ruột (Bedford, MR, & Classen, 1992).

Arabinoxylan trong ngũ cốc và các phụ phẩm ngũ cốc

Các yếu tố như di truyền, khí hậu, giai đoạn trưởng thành, việc sử dụng phân bón và thời gian bảo quản sau thu hoạch ảnh hưởng đến tỷ lệ tổng polysaccharide thành tế bào ngũ cốc. Các yếu tố này khác nhau giữa các hệ thống sản xuất và quốc gia, tùy thuộc vào nguồn thức ăn sẵn có (Paloheimo et al., 2010).

Các loại ngũ cốc và các sản phẩm phụ của chúng, bao gồm cám lúa mì, bã ngô khô (DDGS) và vỏ trấu, là những nguồn cung cấp arabinoxylan quan trọng. Việc bổ sung chúng vào khẩu phần ăn của lợn đang ngày càng tăng do những lợi ích kinh tế.

Sự phát triển của ngành công nghiệp ethanol đã làm tăng nguồn cung các sản phẩm phụ từ quá trình chưng cất. Riêng Brazil ước tính sản xuất khoảng 366 triệu tấn DDGS mỗi năm (USDA, 2017). Trong số các sản phẩm phụ này, bã ngũ cốc khô từ quá trình chưng cất rất phổ biến, đặc biệt là trong ngành chăn nuôi lợn của Hoa Kỳ, được sử dụng làm nguyên liệu TĂCN.

Ngô, lúa mì và lúa mạch, là những nguyên liệu chính trong TĂCN lợn, cho thấy sự khác biệt đáng kể về hàm lượng NSP và arabinoxylan. Ở dạng hạt, ngô chứa 4,7% arabinoxylan với thành phần tan là 0,5%, trong khi lúa mì có hàm lượng arabinoxylan cao hơn ở mức 7,3% với 1,8% là tan. Lúa mạch nổi bật với hàm lượng arabinoxylan cao nhất ở mức 8,4%, trong đó 1,2% là tan, phản ánh thành phần chất xơ phong phú của nó. Quá trình chế biến thành bột làm giảm hàm lượng arabinoxylan ở cả ba loại ngũ cốc cho thấy tác động của quá trình chế biến đến khả năng hấp thụ chất xơ trong khẩu phần ăn (Knudsen, 2014).

Phụ phẩm chưng cất gạo được công nhận là nguồn protein quý giá, có hàm lượng protein thô cao. Tuy nhiên, hàm lượng chất xơ cao nên có thể bị hạn chế sử dụng (Huang và cộng sự, 2017). Cám lúa mì đặc biệt giàu arabinoxylan, giúp tăng cường hàm lượng chất xơ trong khẩu phần ăn. DDGS cũng chứa một lượng đáng kể cả arabinoxylan tan và không tan, là kết quả của các NSP còn sót lại trong hạt ngô (Agyekum & Nyachoti, 2017).

Việc hiểu rõ hàm lượng arabinoxylan cụ thể trong các thành phần nguyên liệu này là cần thiết để tạo ra một khẩu phần cân bằng, tối ưu lợi ích dinh dưỡng, đồng thời giảm thiểu nguy cơ kháng dinh dưỡng.

Hướng đến việc phân cắt các arabinoxylan

Các xylanase nhắm mục tiêu vào các cơ chất cụ thể, đòi hỏi sự hiện diện của arabinoxylan để hoạt động hiệu quả. Cấu trúc phức tạp của arabinoxylan khiến chúng khó bị phân hủy bởi các enzyme nội sinh của lợn, tạo ra một thách thức kép: làm thế nào để khai thác các lợi ích của arabinoxylan tan, đồng thời giảm thiểu các tác động tiêu cực của các arabinoxylan không tan.

Các enzyme này đặc biệt phân cắt các liên kết 1,4-β-D-xylosidic trong arabinoxylan, nhắm mục tiêu ngẫu nhiên vào các liên kết xylose trong cấu trúc xylan. Mỗi loại enzyme có một mô hình phân giải độc đáo (Collins et al., 2005) và xylanase GH 10 chuyên phân giải arabinoxylan có arabinose phân nhánh nhiều thành các oligosaccharide nhỏ hơn. Các oligosaccharide này rất có giá trị cho quá trình lên men, đóng vai trò là nguồn năng lượng hoặc prebiotic.

Ngoài ra, hoạt động của nhóm enzyme này không chỉ làm giảm độ nhớt trong ruột mà còn có thể dẫn đến hiệu quả sử dụng thức ăn, hiệu suất tăng trưởng và sức khỏe tổng thể của lợn được nâng cao bằng cách cải thiện khả năng tiêu hóa các thành phần chất xơ trong thức ăn (Lærke et al., 2015). Xylanase GH 10 thường có hoạt tính tối ưu ở mức độ pH được tìm thấy trong ruột của động vật và tính ổn định nhiệt của chúng đảm bảo chúng duy trì hoạt tính ở nhiệt độ chế biến thức ăn. Lei et al. (2016) đã nhấn mạnh hiệu quả của xylanase trong việc cải thiện khả năng tiêu hóa chất dinh dưỡng và hiệu quả sử dụng thức ăn tổng thể. Bằng cách nhắm mục tiêu vào arabinoxylan có trong khẩu phần ăn của lợn, enzyme xylanase tạo điều kiện chuyển hóa thức ăn thành năng lượng hiệu quả hơn, góp phần cải thiện tốc độ tăng trưởng và các chỉ số hiệu suất.

Theo mô tả chi tiết của Tiwari, Singh, & Jha (2019), arabinoxylan trải qua quá trình lên men trong ruột, dẫn đến sản sinh ra các axit béo chuỗi ngắn (SCFA) có tác động tích cực đến hệ vi sinh vật đường ruột. Việc ứng dụng xylanase GH 10 đã được nhấn mạnh vì tiềm năng của nó trong việc tăng cường đáng kể quá trình phân hủy arabinoxylan, từ đó cải thiện quá trình lên men và tăng sản lượng SCFA. Sự phân giải enzyme này tạo điều kiện thuận lợi cho việc hấp thụ chất dinh dưỡng hiệu quả hơn và sức khỏe đường tiêu hóa tốt hơn nói chung, ảnh hưởng trực tiếp tích cực đến sự tăng trưởng và hiệu suất của lợn.

Một nghiên cứu cho thấy việc bổ sung xylanase làm giảm đáng kể tỷ lệ tử vong ở lợn, tùy theo liều dùng. Với tỷ lệ tử vong giảm từ 4,16% ở nhóm đối chứng xuống còn 2,25% ở liều xylanase cao nhất, kết quả này nhấn mạnh tiềm năng của xylanase trong việc cải thiện sức khỏe đường ruột và tăng tỷ lệ sống sót. Điều này cho thấy một phương pháp đầy hứa hẹn để nâng cao sức khỏe của lợn và giảm sự phụ thuộc vào kháng sinh đường ruột, đánh dấu một bước tiến đáng kể trong thực hành dinh dưỡng động vật bền vững (Zier-Rush và cộng sự, 2016).

Nghiên cứu do Petry và cộng sự (2020) thực hiện đã chứng minh rằng xylanase làm tăng khả năng tiêu hóa các NSP, đặc biệt là arabinoxylan, trong khẩu phần ăn giàu chất xơ ngô không tan. Sự cải thiện khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng này làm nổi bật vai trò của xylanase trong tối ưu hóa việc sử dụng các thành phần giàu chất xơ trong khẩu phần ăn của lợn, từ đó nâng cao sức khỏe và hiệu suất của vật nuôi. Nhờ tính hiệu quả về chi phí và thành phần dinh dưỡng, việc bổ sung xylanase làm tăng giá trị dinh dưỡng của DDGS trong khẩu phần ăn của lợn.

Việc ứng dụng chiến lược xylanase trong khẩu phần ăn của lợn là một hướng tiếp cận đầy hứa hẹn để giải quyết những thách thức do các thành phần thức ăn giàu chất xơ gây ra. Bằng cách cải thiện khả năng tiêu hóa arabinoxylan và các carbohydrate phức tạp khác, việc bổ sung xylanase có thể làm giảm tác động kháng dinh dưỡng của chất xơ không tan, nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn và hỗ trợ sự tăng trưởng tối ưu cũng như sức khỏe tốt cho lợn.

Nâng cao năng suất chăn nuôi lợn bằng các giải pháp enzyme

Với việc ngày càng nhiều phụ phẩm được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi lợn, nhu cầu chuyển hóa hàm lượng chất xơ cao thành lợi ích thiết yếu cho vật nuôi trở nên cấp thiết. Việc kết hợp chiến lược các giải pháp enzyme, đặc biệt là enzyme xylanase, vào công thức thức ăn chăn nuôi lợn thể hiện như một phương pháp được khoa học chứng minh nhằm tăng cường đáng kể khả năng tiêu hóa của khẩu phần ăn giàu chất xơ. Phương pháp này giải quyết hiệu quả những phức tạp về dinh dưỡng do arabinoxylan gây ra, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng thức ăn hiệu quả hơn.

Hơn nữa, tác dụng của enzyme xylanase không chỉ dừng lại ở việc tăng cường hấp thụ chất dinh dưỡng; nó còn đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sức khỏe và hiệu suất của lợn. Những chiến lược dinh dưỡng có mục tiêu như vậy rất quan trọng trong bối cảnh chăn nuôi lợn phát triển, nhấn mạnh sự cần thiết phải tích hợp các giải pháp enzyme này để đạt được sức khỏe, tăng trưởng và năng suất tối ưu cho vật nuôi.

Tài liệu tham khảo theo yêu cầu.

TS. Ajay Awati, Giám đốc Enzyme, EW Nutrition