[Chăn Nuôi Việt Nam] – TS. Ajay Awati và TS. Howard Simmins cho biết, sau 30 năm tìm kiếm giải pháp, cuối cùng, một sáng chế Xylanase mới để dùng trong thức ăn chăn nuôi (TĂCN) ra đời, đáp ứng hoàn toàn nhu cầu của ngành TĂCN gia cầm.

Đã hơn 30 năm từ khi Xylanase lần đầu tiên được đưa vào thức ăn gà thịt ở châu Âu. Suốt thời gian đó, enzyme này được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới với ít nhiều cải tiến. Trong khi ngành TĂCN phát triển về quy mô sản xuất, công nghệ chế biến thức ăn và việc sử dụng nhiều phụ phẩm khác nhau, công nghệ enzyme Xylanase lại không theo kịp. Trên thực tế, nó đã không đáp ứng được nhu cầu đa dạng nguyên liệu và tính linh động cao trong việc làm công thức của nhà dinh dưỡng vật nuôi. Hôm nay, chúng ta không còn phải chờ đợi nữa, công nghệ xylanase mới dùng trong TĂCN đã ra đời.

Tại sao chúng ta cần enzyme Xylanase cải tiến cho chăn nuôi gia cầm?

Ban đầu, vào những năm 1980, Xylanase đã được chuyển từ các ngành không liên quan đến chăn nuôi vào chế biến TĂCN. Độ nhớt ruột từng là một vấn đề dai dẳng trên gà thịt cho ăn khẩu phần căn bản lúa mì. Nó làm tăng nguy cơ mắc bệnh đường ruột và cuối cùng làm giảm hiệu suất chăn nuôi. Lúc đó, Xylanase đã cho thấy khả năng giảm độ nhớt ruột từ khẩu phần lúa mì bằng cách phân hủy các arabinoxylan tan.

Kết quả, gà lớn nhanh khi chúng được cho ăn khẩu phần căn bản ngô, đậu nành có độ nhớt thấp. Một lợi ích khác là nguy cơ mắc bệnh thấp hơn nhờ giảm được các yếu tố kháng dinh dưỡng (ANF) và những ảnh hưởng xấu từ độ nhớt trong ruột.

Hình 1: Axxess XY tác động lên cả arabinoxylan (AX) tan và không tan

Ngoài việc giảm độ nhớt, Xylanase còn tăng việc giải phóng dưỡng chất từ thức ăn chưa được tiêu hóa hết ở ruột non. Hơn nữa, sử dụng giá trị matrix năng lượng của Xylanase cũng giúp cho việc tối ưu giá thành công thức thức ăn. Những lợi ích này là cơ sở cho việc gia tăng sử dụng Xylanase trong thị trường TĂCN gia súc, gia cầm. Tính đến nay, việc thâm nhập thị trường của Xylanase đã trên 50%.

Những hạn chế của các giải pháp Xylanase hiện tại

Ứng dụng Xylanase để giảm độ nhớt ruột gia cầm có một số hạn chế rõ rệt sau:

• Hầu hết thức ăn cho gà thịt trên thế giới đều có khẩn phần căn bản là ngô và đậu nành với hàm lượng arabinoxylan không tan cao hơn nhiều so với arabinoxylan tan. Trong những trường hợp như vậy, độ nhớt là một vấn đề tương đối không đáng kể so với tác dụng kháng dinh dưỡng của arabinoxylan không tan.

• Việc giảm độ nhớt ruột ít liên quan hơn ở các gia cầm khác, như gà đẻ và gà tây.

Xylanase thương mại được dùng để phân cắt các NSP không tan, trong khi các NSP này lại có hoạt động cơ chất giới hạn và khó tiên lượng. Thành phần chất xơ của các loại ngũ cốc khác nhau dùng trong thức ăn rất biến động. Thậm chí, các phụ phẩm ngũ cốc còn chứa các thành phần chất xơ phức tạp hơn, thay đổi tùy vào cách chế biến nguyên liệu thô.

Hơn nữa, phản ứng của gia cầm cũng rất khác nhau, đối với mỗi cá thể gia cầm, hiệu quả của Xylanase phụ thuộc vào tương tác của enzyme với thức ăn trong dạ dày, ruột (GIT), thay đổi tùy theo loài và tuổi của gia cầm. Điều này có thể giải thích tại sao sự thâm nhập của Xylanase vào thị trường TĂCN không nhiều bằng phytase.

GH10: Xylanase thế hệ tiếp theo cho TĂCN

• Một Xylanase cho thức ăn cần có nhiều chức năng, trong đó bao gồm 4 chức năng thiết yếu sau đây:

• Khả năng phân cắt arabinoxylan tan và không tan trong nhiều loại thức ăn thông thường.

• Hoạt động nhanh ở độ pH tối ưu của từng đoạn dạ dày ruột tương ứng.

• Không bị ức chế khi có chất ức chế Xylanase.

• Khả năng chịu nhiệt hoàn toàn khi qua quy trình sản xuất thức ăn.

Dòng Xylanase GH11 thường được sử dụng trong thức ăn không mang lại những lợi ích tổng hợp này. Xylanase GH11 thành công trong việc giảm NSP tan trong thức ăn có khẩu phần căn bản lúa mì, nhờ đó giảm độ nhớt trong đường tiêu hóa của gà thịt. Tuy nhiên, loại Xylanase này sẽ kém hiệu quả hơn đối với NSP không tan mà trong đó thành phần chính là arabinoxylan phức tạp hơn.

Tại sao GH10 thay thế GH11?

Có thể tìm thấy lời giải thích cho điều nàytrong cấu trúc ba chiều của Xylanase GH11. Hoạt động của Xylanase GH11 đòi hỏi ba hoặc bốn phân tử Xylan không phân nhánh liên tiếp trên mạch chính để có thể tìm thấy một vị trí hoạt động. Đó là lý do tại sao GH11 bị cản trở bởi các nhánh hoặc chuỗi phụ trên mạch chính. Do đó, chúng có tính đặc hiệu cao, đặc biệt đối với mạch lúa mì ít phân nhánh.

Xylanase từ dòng GH10 hoàn toàn khác. Mặc dù được biết đến nhiều, nhưng chúng chưa được sử dụng trong TĂCN. Xylanase GH10 chỉ cần hai hoặc ít hơn các phân tử Xylan liên tiếp không phân nhánh trên mạch chính để tìm thấy một vị trí hoạt động, do đó có thể tác động lên các xylan gần các nhánh. Kết quả là, với Xylanase GH10 sẽ vừa có nhiều xylo-oligomer hơn, vừa có các xylooligomer ngắn hơn so với Xylanase GH11. Nói một cách đơn giản, Xylanase GH10 có khe hở nông hơn Xylanase GH11, làm cho tính xúc tác linh hoạt hơn.

Điều này có ý nghĩa rất lớn khi cho thấy tiềm năng sử dụng kết hợp nhiều loại nguyên liệu, bao gồm các loại phụ phẩm, trong khi vẫn duy trì hiệu suất chăn nuôi. Do đó, với GH10, có thể nâng tỷ lệ phối trộn các nguyên liệu rẻ hơn để giảm chi phí TĂCN.

Xylanase GH10 tạo ra một loạt các prebiotic quan trọng

Ngay từ năm 1995, người ta đã cho rằng Xylanase có thể ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn đường tiêu hóa thông qua việc cung cấp oligosaccharides lên men và polysaccharides trong lượng phân tử thấp. Chúng được tạo ra từ quá trình thủy phân arabinoxylans tan và không tan có trong ngũ cốc.

Hình 2: Hiệu quả của khẩu phần ngô, đậu nành (CS) và lúa mì, đậu nành (WS) (gà 42 ngày tuổi). Axxess XY (100g/tấn) trong thức ăn gà thịt giảm 100kcal: Cobb SRPPF Hyderabad India 2019

Sự phát triển điểm đặc biệt này là Xylanase GH10 phân cắt mạch chính của các thành phần chất xơ khác nhau thành các xylooligosaccharides nhỏ (XOS) và arabinoxylanoligosaccharides (AXOS). Nghiên cứu cho thấy, việc này hỗ trợ sự phát triển có chọn lọc vi khuẩn phân hủy chất xơ trong ruột già, mang lại những tác động tích cực đến sức khỏe của vật chủ.

Các chủng probiotic nổi tiếng nhất là Bifidobacteria và Lactobacilli, có hệ thống sử dụng XOS và AXOS khá khác nhau. Bifidobacterium adolescentis đã được chứng minh là tiêu thụ AXOS và XOS, trong khi Lactobacillus brevis chỉ sử dụng XOS. Kết quả là, AXOS giải phóng butyrate, axit béo mạch ngắn, giúp cải thiện chức năng hàng rào ruột của vật chủ, cũng như làm giảm sự xâm thực của Salmonella trên gà thịt. Cùng với những lợi ích sức khỏe này là sự cải thiện hiệu suất chăn nuôi bằng cách giảm tiêu tốn thức ăn (FCR).

Như đã đề cập trước đó, Xylanase GH10 chỉ cần hai phân tử xylan liên tiếp không phân nhánh để cắt mạch xylan chính, trong khi Xylanase GH11 cần ba hoặc bốn phân tử xylan liên tiếp không phân nhánh. Do đó, số lượng các oligomer (AXOS và XOS) sẽ cao hơn dưới tác động của Xylanase GH10. Kết quả cho ra một dòng oligomer có kích thước rộng hơn, ích lợi cho việc phân tán khắp ruột già, với mỗi oligomer có khả năng lên men khác nhau. Do đó, hoạt động vi khuẩn của ruột già trở thành phân tách đường (saccharolytic), có khả năng làm giảm các sản phẩm không mong muốn của quá trình phân giải protein, chẳng hạn như phenol và cresol.

Các kết hợp prebiotic sẽ thay đổi tùy thuộc vào cơ chất có sẵn. Tuy nhiên, việc phân cắt NSP không tan trong các loại TĂCN khác nhau có tính linh hoạt cao hơn khi sử dụng Xylanase GH10 so với Xylanase GH-11.

Tương lai của Xylanase: Giảm chi phí thức ăn thông qua công thức linh hoạt

Xylanase AXXESS XY của EW Nutrition dựa trên GH10 của EW Nutrition, phát triển chuyên cho TĂCN, có hoạt tính đa dạng trên các cơ chất thông thường, trong cả thức ăn có khẩu phần căn bản ngô-đậu nành và lúa mì-đậu nành. Nó cũng cho phép dùng nhiều các nguyên liệu rẻ hơn, giúp linh động hơn trong việc lựa chọn nguyên liệu và đem lại sự bình ổn giá TĂCN.

Hoạt động của Xylanase GH10 trong việc sản xuất oligomer từ sự phân cắt mạch arabinoxylan chính cũng cho thấy tiềm năng sản xuất nhiều hơn và đa dạng hơn các prebiotic có giá trị, giúp duy trì sự phát triển hệ vi sinh vật phân hủy chất xơ. Do đó, quá trình trao đổi chất của ruột già được chuyển từ phân giải protein sang phân giải đường, hỗ trợ sức khỏe tổng thể của vật nuôi.

Sự kết hợp các lợi ích khi sử dụng Xylanase này giúp gia cầm có được một hệ tiêu hóa cân bằng, khỏe mạnh hơn trước những tác động tiêu cực của môi trường và sức khỏe, nâng cao hiệu suất chăn nuôi. Hơn nữa, giải pháp enzyme mới này cung cấp cho các chuyên gia dinh dưỡng một công cụ đáng tin cậy, giúp giảm chi phí bằng cách linh hoạt trong việc làm công thức thức ăn và tận dụng các loại nguyên liệu, nhưng vẫn duy trì ổn định hiệu suất chăn nuôi. Đặc biệt, vào thời buổi khó khăn về giá cả nguyên liệu thô như hiện nay, những lợi thế này là vô giá.

Cho đến nay AXXESS XY 1000G chịu nhiệt cao là Xylanase tiên tiến nhất. Đây là Xylanase GH10 cung cấp những gì ngành thức ăn đang yêu cầu: một loại enzyme phân hủy chất xơ phù hợp với tất cả các loại thức ăn gia cầm.

Tiến sĩ Ajay Awati (ajay.awati@ew-nutrition.com) là Giám đốc Ngành hàng Toàn cầu về Sức khỏe Đường ruột và Dinh dưỡng của EW Nutrition và Tiến sĩ Howard Simmins là Giám đốc của InSci Associates Ltd. Tài liệu tham khảo có sẵn từ tác giả chính.