Sử dụng nguyên liệu phụ gia trong thức ăn chăn nuôi - Phần I

 1. Cơ chế hoạt động-vai trò của acid hữu cơ

Cơ chế diệt khuẩn của acid hữu cơ (Nguồn Exotic)

Acid hữu cơ được phân chia ra nhiều nhóm nhỏ dựa vào công dụng của chúng

Nhóm đầu tiên có tác dụng làm sạch như chống mốc, nấm và cầu khuẩn. Trong đó acid propionic có tác dụng chống mốc và acid sorbic thì chống nấm.

Nhóm thứ 2 có tác dụng cải thiện hiệu quả sử dụng thức ăn bởi làm giảm pH trong dạ dày. Acid fumaric, formic và lactic là thường được sử dụng để giảm pH dạ dày. Hoạt động chính của acid hữu cơ là làm giảm pH dạ dày để kích hoạt enzyme pepsin nhằm tiêu hóa tốt Protein. Bên cạnh đó acid hữu cơ cũng có tác động vừa ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn có hại vừa tiêu diệt chúng. Ví dụ Acid lactic được cho là giảm pH dạ dày và ngăn ngừa sự phát triển của E.coli. Sự dư thừa khoáng chất và Nito cũng được giải quyết bởi acid hữu cơ khi mà chúng có khả năng gắn kết với các chất này và làm chúng trở nên dễ hấp thu hơn.

Nhóm cuối cùng là nhóm trực tiếp tiêu diệt vi khuẩn. Acid formic, Benzoic, Butyric, Aetic, Propionic và Sorbic và các acid béo mạch trung bình đã được chứng minh là tiêu diệt được các yếu tố gây bệnh hiệu quả, nhóm này là đặc biệt quan trọng trong việc giảm sử dụng kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi. Các loại acid hữu cơ mạnh ngắn như acid acetic, propionic và butyric làm tăng sự phát triển của các tế bào biểu mô và kích thích sự tiết ra của enzyme tuyến tụy trong heo. Acid hữu cơ và muối của chúng làm tăng khả năng tiêu hóa của đường tiêu hóa và cải thiện năng xuất, tăng khả năng sử dụng protein đặc biệt là trên heo con.

Acid hữu cơ nguyên chất có tính chất ăn mòn do đó khi sử dụng thì thường dùng dạng muối của nó như muối Canxi hay Natri. Nhưng cơ chế hoạt động của acid hữu cơ lại dựa vào việc giải phóng các ion H⁺ tự do mà dạng muối của chúng thì không thể giải phóng ra ion H⁺ tự do này, do đó dạng muối chỉ có tác dụng đối với hệ đệm của thức ăn, chỉ khi nào dạng muối này găp được môi trường có acid mạnh hơn, ví dụ như trong dạ dày có acid HCL thì mới chuyển hóa thành dạng acid và từ đó mới có hiệu quả như một chất acid hóa.

Giá trị phân ly pKa của acid sẽ xác định đó là acid có tác dụng làm giảm pH hay acid diệt vi khuẩn, trong từng điều kiện pH của môi trường. Nếu pH môi trường mà lớn hơn pKa thì acid đó sẽ bị phân ly và giải phóng ion H⁺  nhóm này là nhóm acid làm giảm pH. Nếu pKa của 1 acid mà lớn hơn pH môi trường thì acid này sẽ không phân ly và sẽ tiếp cận vi khuẩn để tiêu diệt vì thành tế bào vi khuẩn mang điện tích âm và cấu trúc không phân ly của acid sẽ chui qua được màng tế  bào, nhất là đối với các acid có cấu trúc phân tử nhỏ đơn giản như acid formic nếu như acid này không bị phân ly. Như vậy acid hữu cơ có pKa càng cao (Propionic, Butyric, Acetic acid) thì là loại diệt vi khuẩn tốt. pKa thấp hơn (Formic , lactic acid) thì là loại dùng làm giảm pH dạ dày.

Bình thường chúng ta muốn acid hữu cơ sẽ hoạt động trong ruột non, như vậy nó cần phải được bảo toàn khi qua dạ dày vì dạ dày có pH rất thấp khoảng 2, với những con non thì pH dạ dày có cao hơn là 4 do đó cần phải hiểu rõ cơ chế để sử dụng acid hữu cơ đúng loại cho đúng mục đích. Ví dụ, với acid lactic (pKa 3.86) thì sẽ còn nguyên vẹn khi đi qua dạ dày với pH 2, nhưng với con non thì pH dạ dày là 4 thì acid lactic sẽ bị phân ly ở dạ dày và do đó có tác dụng giảm pH dạ dày mà không còn tác dụng diệt khuẩn ở ruột non nữa. Với acid acetic (pKa 4.75) thì mặc dù cả con non lẫn con trưởng thành thì pH dạ dày đều thấp hơn pKa của acid này nên acid này không có tác dụng làm giảm pH dạ dày được nữa.

Do đó giá trị của việc sử dụng acid hữu cơ là việc xác định đúng vị trí hoạt động của nó, một vài loại thì phù hợp ở dạ dày, một vài loại thì được yêu cầu hoạt động ở ruột non. Như vậy hiện nay thường sẽ sử dụng hỗn hợp acid hữu cơ để bao  phủ toàn bộ dải pH của đường tiêu hóa. Nhưng việc sử dụng cũng tùy thuộc vào yêu cầu là gì, thường trong thức ăn thì nên sử dụng 2 loại acid một loại có cho việc acid hóa, còn 1 loại thì cho tính thèm ăn. Còn với heo nái nuôi con thì cần acid hóa nước tiểu thì chỉ cần một loại acid đơn như acid benzoic.

Như vậy từ bảng trên ta thấy rằng, với  động vật trưởng thành thì hầu hết các acid đều bảo toàn (không bị phân ly) khi qua dạ dày và hoạt động ở ruột non như chất chống vi khuẩn. Nhưng đối với động vật non thì chỉ từ acid Benzoic  trở lên mới có tác động này, còn lại từ acid lactic trở xuống chỉ có tác dụng làm giảm pH dạ dày.

Để tiếp cận và tiêu diệt vi khuẩn, chỉ số HLB của acid béo cũng rất quan trọng khi mà nó liên quan tới độ phù hợp để gắn vào màng tế bào vi khuẩn. Các acid béo mạch trung bình có chỉ số HLB tối ưu cho việc này. Các vi khuẩn Gram âm thì nhạy cảm với acid caproic ( C6) và caprylic (C8), các vi khuẩn Gram dương thì nhạy cảm với với Capric (C10) và lauric (C12) acid béo có nhiều trong dầu dừa. Như vậy hỗn hợp của 4 acid này thì sẽ đưa ra giải pháp tối ưu để diệt vi khuẩn.

2. Một vài số liệu nghiên cứu về tác dụng của acid hữu cơ

Vị trí hoạt động của các acid hữu cơ trên đường tiêu hóa (Nguồn National Hog Farmer)

Các nghiên cứu chỉ ra rằng hầu hết các acid hữu cơ mạch ngắn như Propionic and Formic dùng trong thức ăn hoặc nước uống đều được chuyển hóa và hấp thu ở đoạn trên của đường tiêu hóa, do đó việc tác động lên hệ vi sinh vật ở phần dưới là hạn chế. Do đó dạng vi bọc thường được sử dụng để tăng hiệu quả trên toàn bộ đường tiêu hóa. Nghiên cứu chỉ ra rằng sử dụng 0.2% acid hữu cơ vi bọc sẽ làm tăng lợi khuẩn và giảm hại khuẩn trong đường ruột của gia cầm.

Tác dụng làm tăng kích thước của lớp vi nhung mao đường ruột cũng được cải thiện bởi sử dụng acid hữu cơ. 1% acid sorbic và 0.2% acid citric hiệu quả cho gà con ở 14 ngày tuổi. Bổ xung 0.5%-1% acid formic cho thức ăn gà thịt cũng làm tăng kích thước của vi nhung mao, điều đó cũng xảy ra khi sử dụng 0.2-0.4-0.6% acid butyric. Các nghiên cứu chỉ ra rằng acid butyric sẽ hỗ trợ rất tốt cho gà con trong việc phát triển đường tiêu hóa.

Acid hữu cơ thường được sử dụng trong thức ăn gia cầm để cải thiện khả năng tiêu hóa chất dinh dưỡng. Sử dụng 0.5% acid fumaric hoặc acid formic và 0.75% acid acetic hoặc 2% acid citric sẽ tăng khả năng tiêu hóa ME và các chất dinh dưỡng cho gà đẻ. Dùng acid formic 0.5 hoặc 1% trong cám gà thịt giai đoạn cuối tăng khả năng tiêu hóa vật chất khô và đạm thô.

Với những nguyên liệu khó tiêu hóa cho gia cầm như khô đậu việc bổ xung 2% acid citric sẽ làm tăng hoạt động của enzyme phân hủy các carbohydrate khó tiêu hóa tăng hiệu quả sử dụng. Các Ion điện tích âm của acid hữu cơ có thể tạo phức với các loại khoáng như Ca, P ,Mg, Zn và từ đó tăng hiệu quả tiêu hóa các loại này.

Nghiên cứu chỉ ra rằng, sử dụng 0.4% butyrate trong cám gà thịt là tương đương với việc sử dụng kháng sinh trong việc duy trì tăng trọng cho gà nhưng tốt hơn về mặt FCR.

Hỗn hợp các loại acid hữu cơ còn có hiệu quả cao hơn một số kháng sinh kích thích tăng trưởng trong việc cải thiện thành tích của gia cầm thịt. Ví dụ hỗ hợp của các acid như lactic, benzoic, formic, citric and acetic trong cám gà thịt không những cải thiện năng xuất mà con cho chất lượng thịt tốt hơn.

Việc cải thiện thành tích của gà thịt khi dung acid hữu cơ đã được chứng mình, nhưng có hạn chế là các acid hữu cơ thường bị chuyển hóa nhanh ở diều, điều đó sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng. Do đó, các muối đôi của acid hữu cơ như muối Kali hay Na diformate là những cái có thể tiếp cận được xuống ruột non sẽ có hiệu quả cao hơn.

Với gà 18 tuần tuổi thì việc sử dụng acid hữu cơ cũng không làm tăng nhiều tỉ lệ đẻ, nhưng với gà 24-28 tuần tuổi thì có hiệu quả rõ rệt, và đối với giai đoạn từ 36-38 tuần tuổi thì sự giảm tỷ lệ đẻ cũng chậm hơn so với đối chứng. Tỉ lệ đẻ là cao nhất trong nhóm thí nghiệm khi sử dụng 1.5% acid hữu cơ trong khẩu phần

Hiệu quả của từng loại acid hữu cơ trong dinh dưỡng động vật

2.1. Acid citric

Đây là acid có tính kháng khuẩn kém nhất so với các loại acid khác, hầu như không có hiệu quả trong việc giảm pH, kháng khuẩn trong toàn bộ đường tiêu hóa. Không có khả năng hạn chế tiêu chảy của heo con sau cai sữa. Acid này chủ yếu dùng để tăng tính thèm ăn.

2.2. Acid Propionic

Chủ yếu được dùng để chống nấm mốc. Khi sử dụng cho thức ăn heo con thì với 10kg/tấn thức ăn (hàm lượng acid 53.5%) thì mới có tác dụng trong việc giảm số lượng vi khuẩn E.Coli trong dạ dày, nhưng cũng không có tác dụng làm giảm pH. Cung cấp acid propionic trong thức ăn cho heo con sau 12 tuần tuổi sẽ thấy lượng vi khuẩn có lợi lactobacilli tăng lên. Khuyến cáo rằng liều lượng an toàn sử dụng tối đa cho gia cầm là 10kg/tấn thức ăn và trong heo là 30 kg/tấn thức ăn.

Acid propionic không có ảnh hưởng tới Samonella và Coliform trong ruột non, nhưng chúng giảm đi rõ rệt khi sử dụng ở liều cao 4% acid propionic cho ăn liên tục hoặc 7 ngày cuối của thử nghiệm. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng sử dụng 3 kg/tấn thức ăn Caxi propionate làm giảm lượng coliform trong thức ăn gà thịt, nhưng không có hiệu quả tới clostridium.

2.3. Acid lactic

Sử dụng acid lactic ở 0.8% trong thức ăn sau cai sủa của heo con cũng có tác dụng làm giảm E.Coli trong tá tràng của heo 8 tuần tuổi. Acid lactic sử dụng làm giảm pH của dạ dày cũng như đường ruột của heo con sau cai sữa.

2.4. Acid formic

Acid formic có tác dụng làm giảm pH dạ dày của heo con ở hàm lượng 0.35 tới 1.2%. Sử dụng dạng muối Kali diformate ở 0.9 tới 1.8% trong thức ăn heo con cũng làm giảm pH và vi khuẩn có hại trong dạ dày và hồi tràng, không làm giảm lượng vi khuẩn có lợi Lactobacilli. Một số nghiên cứu khác lại chỉ ra rằng sử dụng dạng muối thì không tác động lên pH nhưng sẽ tăng hàm lượng cửa acid formic trong dạ dày và ruột non. Dùng 0.8 tới 1.2% Kali diformate trong thức ăn heo nái sẽ giúp tăng độ dày mỡ lưng trong khi lượng ăn và tăng trọng không thay đổi, heo con sinh ra nặng hơn. Làm tăng lượng béo trong sữa heo nái. Một số nghiên cứu còn cho thấy rằng 0.8% kali diformate trong điều kiện nhiệt đới sẽ làm tăng lượng ăn từ 3 ngày sau sinh, giảm sự mất trọng lượng và sự mất lớp mỡ lưng sau sinh của heo nái. Cho heo thịt thì o.9% Natri format sẽ làm cải thiện tăng trọng và FCR, ADG.

Acid formic có thể diệt được Samonella trên các nguyên liệu bị lây nhiễm nhưng hiệu quả thì khác nhau. Với 1% acid formic thì hiệu quả đối với khô cải đắng nhưng không tốt trên khô đậu. Không có sự khác biệt về hiệu quả khi sử dụng acid formic hay acid hỗn hợp (acid formic, acid propionic vaf Na formate).

Muối amonium formate cũng làm giảm E.coli trong đường ruột, nhưng không có tác dụng đối với Clostridium. Trong khi đó Kali diformate với 0.45% có thể giảm tỉ lệ chết nguyên nhân bởi viêm ruột hoại tử nhất là sau 35 ngày thì giảm rõ rệt.

2.5. Acid butyric

Có tác dụng làm tăng sinh tế bào biểu mô, tăng độ dài của các lông nhung mao đường ruột của heo khi dùng 0.17% muối Na butyrate và làm thay đổi hình thái của ruột. Acid butyric cũng làm tăng sự tiết ra của enzyme tuyến tụy, đồng thời là nguồn năng lượng chính cho các tế bào biểu mô của ruột già.

Muối Natri butyrate trong cả hai dạng bọc béo và không bọc đều có khả năng giảm sự cư trú của Samonella trong manh tràng của gà thịt. Muối Na của acid butyric bọc một phần có hiệu quả hơn loại không bọc trong việc tiêu diệt Samonella.

Nồng độ ức chế vi khuẩn tối thiểu của các acid hữu cơ:

3. Kết luận

- Acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi cho cả thức ăn gia súc và gia cầm nhằm bảo quản thức ăn cũng như tiêu diệt vi khuẩn, tăng khả năng tiêu hóa, giảm chất thải, từ đó nâng cao được thành tích của động vật. Nhiều nghiên cứu khoa học đã được thực hiện để chứng minh.

- Trong đó trên gia cầm có nhiều bằng chứng nghiên cứu khoa học cho cả tính chất kích thích tăng trưởng và ngăn ngừa bệnh tật. Trong khi đó đối với heo việc ứng dụng cho kích thích tăng trưởng có bằng chứng khoa học mạnh mẽ, còn việc ngăn ngừa bệnh thì có không nhiều bằng chứng khoa học.

- Acid hữu cơ cũng nằm trong nhóm các chất phụ gia có thể thay thế kháng sinh

- Acid hữu cơ có hiệu quả trên gia cầm, heo con và heo choai và thủy sản. Trong đó cho gia cầm chủ yếu  với mục đích ngăn ngừa và diệt khuẩn, cho heo chủ yếu với mục đích hạ pH dạ dày.

- Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng acid formic và dạng muối formate trên gia cầm

- Acid formic và acid propionic thường được sử dụng nhất. Nồng độ tối thiểu để có thể ức chế vi khuẩn của Acid formic là thấp nhất, sau đó đến acid propionic và acid lactic

- Trên heo thường sử dụng hỗn hợp các loại acid và muối của chúng, hai acid hay được sử dụng kết hợp là acid formic và lactic

- Acid butyric và benzoic thường được sử dụng ở dạng đơn cùng với muối của chúng, cho các mục đích riêng biệt.

- Để tiêu diệt hoặc hạn chế sự phát triển của Samonella thì acid formic hoặc hỗn hợp acid formic và propionic là hiệu quả nhất

- Để phát triển lớp vi nhung mao đường ruột thì acid butyric và muối của nó sẽ có hiệu quả nhất, acid formic và sorbic cũng có tác dụng nhưng cần sử dụng liều cao hơn cho mục đích này.

Rerference

1. Close WH. Producing pigs without antibiotic growth promoters. Advances Pork Production. 2000;11:47–56.

2. Doyle ME. Alternatives to antibiotic use for growth promotion in animal husbandry. Food Research 2001: 1–17.

3. Luckstadt C, Mellor S. Holoanalysis – the acid test in pig diets. Kraftfutter Feed Magazine. 2010;1–2:18–21.

4. Easter RA: Acidification of diets for pigs. In: (Ed. W. Haresign and D.J.A. Cole). Recent Advances in Ani Nutri Butterworths, London. UK. 1988, Pp. 61–72.

5. Tsiloyiannis VK, Kyriakis SC, Vlemmas J, Sarris K. The effect of organic acids on the control of porcine post-weaning diarrhea. Res Vet Sci. 2001;70(3):287–93.

6. Partanen KH, Morz Z. Organic acids for performance enhancement in pig diets. Nutr Res Rev. 1999;12:117–45.

7. Thompson JL, Lawrence TLJ. Dietary manipulation of gastric pH in the profilaxis of enteric disease in weaned pigs. Some field observations. Vet Rec. 1981;109:120–2.

8. Cranwell PD. The development of acid and pepsin (EC 3. 4. 23. 1) secretory capacity in the pig; the effects of age and weaning: 1. Studies in anaesthetized pigs. Bri J Nutri. 1985;54:305–20.

9. Falkowski JF, Aherne FX. Fumaric and citric acid as feed additives in starter pig nutrition. J Anim Sci. 1984;58:935–8.

10. Henry RW, Pickard DW, Hughes PE. Citric acid and fumaric acid as food additives for early-weaned piglets. Anim Prod. 1985;40:505–9.

11. Cole DJA, Beal RM, Luscombe JR. The effect on performance and bacetrial flora of lactic acid, propionic acid, calcium propionate and calcium acrylate in the drinking water of the weaned pigs. Vet Rec. 1968;83:459–64.

12. Risley CR, Kornegay ET, Lindemann MD, Wood CM, Eigel WN. Effect of feeding organic acids on selected intestinal content measurements at varying times postweaning in pigs. J Anim Sci. 1992;70:196–206.

13. Schoenherr WD. Phosphoric acid-based acidifiers explored for starter diets. Feedstuffs. 1994;66:40.

14. Mosenthin R, Sauer WC, Ahrens F, De Lange CFM, Bornholdt U. Effect of dietary supplements of propionic acid, siliceous earth or a combination of these on the energy, protein and amino acid digestibilities and concentration of microbial metabolites in the digestive tract of growing pigs. Anim Feed Sci Technol. 1992;37:245–55.

15. Kemme PA, Jongbloed AW, Mroz Z, MaÈkinen M. Apparent ileal amino acid digestibility in pigs as affected by phytate, microbial phytase, and lactic acid. J Anim Sci. 1995;73(1):173.

16. Mroz Z, Jongbloed AW, Partenen K, van Diepen JTHM, Kemme PA, Kogut J. Apparent digestibility of amino acids and balance of nitrogen and minerals as influenced by buffering capacity and organic acids in diets for growing swine. J Anim Sci. 1997;75 Suppl 1:185 Abst.

17. Jongbloed AW, Jongbloed R. he Effect of Organic Acids in Diets for Growing Pigs on Enhancement of Microbial Phytase Efficacy. ID-DLO Report no. 96009. Lelystad, The Netherlands: Insitute for Animal Science and Health; 1996.

18. PapatsirosVG TPD, Tzika ED, Papaioannou DS, Petridou E, Alexopoulos C, Kyriakis SC. Effect of benzoic acid and combination of benzoic acid with probiotic contatining Bacillus cereus var. toyoi in weaned pig nutrition. J Vet Sci. 2011;14(1):117–25.

19. Giesting DW, Easter RA. Response of starter pigs to supplementation of corn soybean meal diets with organic acids. J Anim Sci. 1985;60(5):1288–94.

20. Kirchegessner M, Roth FX. Fumaric acid as a fed additive in pig nutrition. Pig News Info. 1982;3:259.

21. Blank R, Mosenthin R, Sauer WC, Huang S. Effect of fumaric acid and dietary buffering capacity on heal and fecal amino acid digestibilities in earlyweaned pigs. J Anim Sci. 1999;77:2974–84.

22. Liem A, Pesti GM, Edwards Jr HM. The effect of several organic acids on phytate phosphorus hydrolysis in Broiler chicks. Poult Sci. 2008;87(4):689–93.

23. Jongbloed AW: In: Phosphorus in the feeding of pigs. Agricultural University of Wageningen. 1987, P. 343.

24. Jongbloed AW, Mroz Z, van der Weij-Jongbloed R, Kemme PA. The effects of microbial phytase, organic acid and their interaction in diets for growing pigs. Livest Prod Sci. 2000;67:113–22

25. Maribo H, Jensen BB, Hedemann MS : Different doses of organic acids to piglets. Danish Bacon and Meat Council 2000, no. 469.

http://www.wattagnet.com/articles/31564-chemistry-of-organic-acids-in-antibiotic-free-animal-diets

(Cảm ơn anh Nguyễn Hoàng Hải, trưởng bộ phận Nghiên cứu và Phát triển Hồng Hà đã cung cấp bài viết.)