Tài liệu đánh giá tác dụng của bacillus dạng bào tử chịu nhiệt đến sinh trưởng, hệ vi khuẩn đường ruột và hình thái niêm mạc ruột lợn con theo mẹ và lợn con sau cai sữa

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN ĐÌNH TRÌNH ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG CỦA BACILLUS DẠNG BÀO TỬ CHỊU NHIỆT ĐẾN SINH TRƯỞNG, HỆ VI KHUẨN ĐƯỜNG RUỘT VÀ HÌNH THÁI NIÊM MẠC RUỘT LỢN CON THEO MẸ VÀ LỢN CON SAU CAI SỮA Ngành: Thú y Mã số: 60.64.01.01 Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Bá Tiếp NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Các tài liệu tham khảo trích dẫn đều có nguồn gốc xác thực. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Đình Trình i LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành bản luận văn, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ của nhiều tổ chức và cá nhân. Nhân dịp này tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện đào tạo Sau đại học, Ban Chủ nhiệm khoa Thú Y – Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Bộ môn Giải Phẩu - Tổ Chức, Khoa Thú Y đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn khoa học, TS. Nguyễn Bá Tiếp, đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Tôi luôn biết ơn gia đình, các cộng sự, đồng nghiệp và bạn bè đã đóng góp công sức, động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu và luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Đình Trình ii MỤC LỤC Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ........................................................................................................................... iii Danh mục những từ viết tắt .............................................................................................. v Danh mục bảng ................................................................................................................ vi Danh mục hình ................................................................................................................ vii Trích yếu luận văn ......................................................................................................... viii Thesis abstract................................................................................................................... x Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 1 1.2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................ 2 Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 3 2.1. Tổng quan về probiotic ......................................................................................... 3 2.1.1. Tổng quan về Probiotic ......................................................................................... 3 2.1.2. Đặc điểm chung probiotics nhóm Bacillus ........................................................... 9 2.1.3. Các nghiên cứu ứng dụng Probiotics trong chăn nuôi ........................................ 14 2.2. Đặc điểm sinh trưởng và hệ vi sinh vật đường ruột lợn con ............................... 17 2.2.1. Khủng hoảng sinh lý của lợn con trước và sau cai sữa ....................................... 17 2.2.2. Hệ vi sinh vật đường ruột lợn con trước và sau cai sữa...................................... 18 Phần 3. Đối tượng - nội dung và phương pháp nghiên cứu ...................................... 21 3.1. Đối tượng - thời gian – địa điểm nghiên cứu ...................................................... 21 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 21 3.1.2. Thời gian nghiên cứu .......................................................................................... 21 3.1.3. Địa điểm nghiên cứu ........................................................................................... 21 3.2. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................... 21 3.2.1. Kiểm tra độ bảo toàn số lượng bào tử Bacillus sau quá trình ép viên thức ăn ........ 21 3.2.2. Đánh giá tác động của PBW trên lợn con theo mẹ ............................................. 22 3.2.3. Đánh giá tác động của PBW trên lợn con sau cai sữa ........................................ 22 3.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 22 3.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm một nhân tố ....................................................... 22 iii 3.3.2. Các phương pháp xác định số lượng vi khuẩn .................................................... 24 3.3.3. Phương pháp tính toán các chỉ tiêu sinh trưởng ................................................. 29 3.3.4. Phương pháp kiểm tra vi thể biểu mô niêm mạc ruột ......................................... 31 3.3.5. Phương pháp phân tích số liệu ............................................................................ 31 Phần 4. Kết quả và thảo luận ....................................................................................... 32 4.1. Kết quả kiểm tra độ bảo toàn bào tử Bacillus sau quá trình ép viên thức ăn ...... 32 4.2. Kết quả tác động của chế phẩm PBW trên lợn con theo mẹ............................... 34 4.2.1. Tác động của chế phẩm PBW đến chỉ tiêu sinh trưởng trên lợn con theo mẹ ........ 34 4.2.2. Tác động của chế phẩm PBW đến lượng thức ăn thu nhận lợn con theo mẹ ..... 35 4.2.3. Tác động của chế phẩm PBW đến tỷ lệ tiêu chảy và tỷ lệ chết trên lợn con theo mẹ ............................................................................................................. 37 4.3. Kết quả tác động của chế phẩm PBW Trên lợn con sau cai sữa......................... 48 4.3.1. Tác động của PBW đến một số chỉ tiêu sinh trưởng lợn con sau cai sữa .............. 48 4.3.2. Tác động của chế phẩm PBW đến hiệu quả sử dụng thức ăn trên lợn con sau cai sữa ......................................................................................................... 50 4.3.3. Tác động của chế phẩm PBW đến tỷ lệ tiêu chảy và tỷ lệ chết trên lợn con sau cai sữa ......................................................................................................... 53 4.3.4. Kết quả tác động của chế phẩm PBW đến một số vi khuẩn đường ruột lợn con cai sữa ........................................................................................................ 40 4.3.3. Kết quả tác động của chế phẩm PBW đến hình thái và kích thước biểu mô niêm mạc ruột lợn con theo mẹ và sau cai sữa ................................................. 55 4.4. Thảo luận chung.................................................................................................. 58 Phần 5. Kết luận và kiến nghị ...................................................................................... 60 5.1. Kết luận ............................................................................................................... 60 5.2. Kiến nghị............................................................................................................. 61 Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 62 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt ADG - Average Daily Gain (tăng trọng trung bình /ngày) ADFI - Average Daily Feed Intake (lượng thức ăn thu nhận /ngày) ATP - Adenosine Triphosphate CNSH - Công Nghệ Sinh Học ĐC - Đối Chứng FCR - Feed Conversion Ratio (Hệ số chuyển hóa chức ăn) FAO - Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) PBW - Chế phẩm Probiotics Bacillus Weaner NB - Nutrien broth VK - Vi Khuẩn WHO - World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới) v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Các vi sinh vật được sử dụng phổ biến trong chế phẩm probiotic ................ 4 Bảng 2.2. Tóm tắt thông tin về một số sản phẩm probiotic có mặt trên thị trường ............ 16 Bảng 2.3. Trạng thái Eubiosis và Dysbiosis trong đường ruột trên lợn con ................ 19 Bảng 3.1. Bố trí thí nghiệm trên lợn con theo mẹ ........................................................ 23 Bảng 3.2. Bố trí thí nghiệm lợn con sau cai sữa........................................................... 23 Bảng 3.3. Khẩu phần dinh dưỡng cơ sở cho thí nghiệm .............................................. 24 Bảng 4.1. Kết quả đánh giá độ bảo toàn của bào tử Bacillus sau quá trình ép viên ......... 32 Bảng 4.2. Tác động của chế phẩm PBW đến tỷ lệ mắc tiêu chảy và tỷ lệ chết của lợn con theo mẹ ............................................................................................ 38 Bảng 4.3. Số lượng một số vi khuẩn trong chất chứa các đoạn ruột của lợn con cai sữa .......................................................................................................... 41 Bảng 4.4. Tác động của PBW đến tỷ lệ mắc tiêu chảy và tỷ lệ chết của lợn con sau cai sữa ........................................................................................................... 53 vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Cơ chế tác động của probiotic trong đường ruột ........................................... 8 Hình 2.2. Trực khuẩn Bacillus subtilis điển hình trong chi Bacillus ........................... 10 Hình 3.1. Pha loàng mẫu từ 10-1 đến 10-5 .................................................................. 26 Hình 3.2. Các bước xác định số lượng một số vi khuẩn đường ruột lợn con theo mẹ ......................................................................................................... 27 Hình 4.1. Khối lượng cơ thể ở các giai đoạn trên lợn con theo mẹ ............................. 34 Hình 4.2. Tăng trọng trung bình ngày trên lợn con theo mẹ........................................ 35 Hình 4.3. Lượng thức ăn thu nhận trung bình/ngày trên lợn con theo mẹ .................. 36 Hình 4.5. Chiều cao lông nhung biểu mô ruột non lợn con theo mẹ ........................... 46 Hình 4.6. Chiều rộng lông nhung biểu mô ruột non lợn con theo mẹ ......................... 47 Hình 4.7. Khối lượng cơ thể ở các giai đoạn trên lợn con sau cai sữa (Mean±SD) nhóm đối chứng (ĐC) và bổ sung chế phẩm (PBW) ............... 48 Hình 4.8. Tăng trọng trung bình/ngày trên lợn con sau cai sữa ................................... 49 Hình 4.9. Lượng thức ăn thu nhận trung bình/ngày trên lợn con sau cai sữa ............. 50 Hình 4.10. Hệ số chuyển hóa thức ăn FCR trên lợn con sau cai sữa. ............................ 51 Hình 4.11. Biểu mô niêm mạc không tràng lợn con 56 ngày tuổi (HE x 400) .............. 55 Hình 4.12. Biểu mô niêm mạc hồi tràng lợn con 56 ngày tuổi (HE x 400) ................... 56 Hình 4.13. Chiều cao lông nhung biểu mô ruột non lợn con sau cai sữa ..................... 57 Hình 4.14. Chiều rộng lông nhung biểu mô ruột non lợn con sau cai sữa .................... 57 vii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Nguyễn Đình Trình Tên luận văn: Đánh giá hiệu quả của Bacillus dạng bào tử chịu nhiệt đến sinh trưởng, hệ vi sinh vật đường ruột và hình thái niêm mạc ruột lợn con theo mẹ và lợn con sau cai sữa. Ngành: Thú y Mã số: 60.64.01.01 Cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam 1. Mục đích nghiên cứu Đánh giá được tác động của Bacillus dạng bào tử chịu nhiệt trong chế phẩm PBW đến một số chỉ tiêu năng suất, hệ vi sinh vật đường ruột và hình thái niêm mạc ruột lợn con theo mẹ và lợn con sau cai sữa nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho ứng dụng chế phẩm này trong chăn nuôi lợn. 2. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp bố trí thí nghiệm một nhân tố đánh giá tác dụng của chế phẩm PBW đến các chỉ tiêu sinh trưởng, tỷ lệ chết, tỷ lệ tiêu chảy trên lợn con theo mẹ và lợn con sau cai sữa. - Phương pháp thường quy nuôi cấy xác định số lượng một số vi khuẩn: Bacillus spp. (TCVN 8736:2011), tổng vi sinh vật hiếu khí (TCVN 5165 : 1990), E.coli (TCVN7924-2:2008), Clotridium perfringens (TCVN 4991:2005), Lactobacillus spp. (TCVN 8737:2011). - Phương pháp thường quy làm tiêu bản vi thể nhuộm HE. - Kích thước lông nhung được đo bằng phần mềm Infinity Analysis trên kính hiển vi Kniss MBL-2000T (Olympus, Japan). 3. Kết quả nghiên cứu chính - Bacillus dạng bảo tử trong chế phẩm PBW tỷ lệ bảo toàn cao (92 đến 94%) ở nhiệt độ 80oC. - PBW cải thiện 9,82% tăng trọng bình trung bình/ngày ở tuần tuổi 22 đến 28; giảm 68,75% tỷ lệ tiêu chảy; giảm 65,41% số ngày tiêu chảy và giảm 33,33% tỷ lệ chết với lợn con theo mẹ.. - Đối với lợn con giai đoạn sau cai sữa, PBW làm giảm 5,7% giá trị FCR; giảm 57,14% tỷ lệ tiêu chảy, 53,95% số ngày tiêu chảy và 50% tỷ lệ chết. - Bổ sung PBW cho lợn con theo mẹ không ảnh hưởng đến số lượng E.coli, Clotridium perfringens trong chất chứa đường ruột nhưng làm tăng số lượng vi khuẩn viii Lactobacillus spp. trong không tràng, hồi tràng và kết tràng; tăng số lượng tổng vi khuẩn hiếu khí tại không tràng, hồi tràng, mạnh tràng và kết tràng. - PBW không ảnh hưởng đến kích thước lông nhung biểu mô niêm mạc ruột non lợn con theo mẹ nhưng làm tăng chiều cao và chiều rộng lông nhung tá tràng và không tràng của lợn sau cai sữa. 4. Kết luận Tác dụng của chế phẩm PBW chứa bào tử Bacillus spp phụ thuộc vào tuổi của lợn con. Mức độ ảnh hưởng đến các chỉ tiêu sinh trưởng, chuyển hóa thức ăn, chỉ hội chứng tiêu chảy, vi sinh vật đường ruột và kích thước biểu mô niêm mạc ruột khác nhau giữa lợn con theo mẹ và lợn con sau cai sữa. Những kết quả của nghiên cứu này góp phần chứng minh tác dụng tích cực của bào tử Bacillus spp. trong PBW; là cơ sở cho việc ứng dụng chế phẩm này trong chăn nuôi lợn, giảm thiểu sử dụng kháng sinh. ix THESIS ABSTRACT Author name: Nguyen Dinh Trinh Thesis title: Effect of heat resistance Bacillus spores in probiotic feed supplement on the growth, intestinal bacterial counts and intestinal epithelial villum of suckling and post-weaning piglets. Major: Veterinary Medicine Code: 60.64.01.01 Institution: Vietnam National University of Agriculture 1. Aims of the research Evaluation of effects of heat resistance Bacillus spores in commercial product PBW on some the performance parameters, intestinal microflora and intestinal epithelial villum measurements in suckling and post-weaning piglets as scientific background for the application of PBW in pig production. 2. Methods - One factor experimental design for assessing the effects of PBW on performance parameters, diarrhea morbidity and mortality rates of suckling and post-weaning piglets. - VN standard methods for intestinal bacterial counts employed including TCVN 8736:2011, TCVN 5165:1990; TCVN7924-2:2008; TCVN 4991:2005; and TCVN 8737:2011 for Bacillus spp., total aerobic microorganisms, E. coli, C. perfringens, and Lactobacillus spp., respectively. - Routine methods for microscopic examination with HE staining slides. - Small intestinal epithelial villum measurement was performed with Infinity Analysis software using Kniss MBL-2000T microscope (Olympus, Japan). 3. Main results - Bacillus spores in PBW had high conservation rates at 80oC (from 92% to 94%). - PBW supplement resulted in 9.82% increase of ADG from 22 to 28 days of age; 68.75% decrease of diarrhea rate; 65.41% decrease of total diarrhea days and 33.33% decrease of mortality rates. - For post-weaning piglets, PBW supplement led to 5.7% decreae of FCR; 57.14% decrease of diarrhea rate; 53.95% decrease of total diarrhea days and 50% decrease of mortality rates. - PBW did not alter intestinal E.coli, Clotridium perfringens counts but led to increases in jejunal, ileal and colon Lactobacillus counts; increase in total aerobic bacteria in jejunum, ileum, caecum and colon of suckling piglets. x - Small intestinal epithelial villum measurements of suckling piglets were not affected by PBW supplement while duodenal and jejunal villum height and width were increased in PBW supplement post-weaning piglets. 4. Conclusions - Effects of PBW in piglets were age-dependant. The effecting levels of PBW in growth parameters, feed conversion, diarrhea parameters, intestinal bacterium counts, and intestinal epithelial villum measurements were different between suckling and postweaning piglets. - The results partly proved positive effects of Bacillus spores in PBW and can be considered as evidences for the application of this product in pig production, contributing to the elimination of antibiotic usage. xi PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, chăn nuôi là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của nước ta. Trong đó, sản phẩm từ thịt lợn không những đã đáp ứng nguồn thực phẩm cho nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn xuất khẩu thu ngoại tệ cho kinh tế quốc dân. Do đó, vấn đề dịch bệnh, năng suất và chất lượng của sản phẩm thịt luôn được đặt lên hàng đầu. Trong các vấn đề thường gặp trong chăn nuôi lợn, vấn đề bệnh đường ruột đã gây thiệt hại nghiêm trọng. Trong đó, hội chứng tiêu chảy ở lợn con gây thiệt hại nặng nề nhất cho nhà chăn nuôi. Có rất nhiều biện pháp đã được áp dụng để phòng và trị tiêu chảy cho lợn con. Trong đó, việc dùng kháng sinh đã và đang là lựa chọn hàng đầu của người chăn nuôi hiện nay. Dù biện pháp này có hiệu quả cao, nhưng gần đây có nhiều lo ngại về hàm lượng kháng sinh tồn dư trong sản phẩm chăn nuôi như thịt, trứng, sữa và thủy sản đã ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dùng và xuất khẩu các sản phẩm sản phẩm chăn nuôi. Việc lạm dụng kháng sinh quá mức còn gây ra nguy cơ kháng kháng sinh của các chủng vi khuẩn gây bệnh, ảnh hưởng khó khăn cho việc điều trị và kiểm soát dịch bệnh. Chính vì những lí do đó mà các phương pháp phòng và trị bệnh bằng các biện pháp sinh học ngày càng được ưa chuộng như vacxin, chất tăng cường hệ miễn dịch, chế phẩm sinh học probiotic, prebiotics, synbiotics,…Trong đó, probiotic được xem là một giải pháp có nhiều ưu điểm vượt trội, hiệu quả lâu dài và an toàn sinh học. Probiotic không chỉ giúp phòng chống bệnh thông qua việc đối kháng trực tiếp với vi khuẩn gây bệnh đường ruột đặc biệt là E. Coli, Salmonella, Clostriudium perfringens hoặc gián tiếp thông qua sự kích thích hệ miễn dịch của vật nuôi, duy trì vi sinh vật có lợi, nâng cao sức khỏe đường ruột, bảo vệ hệ vi lông nhung đường ruột mà còn giúp vật nuôi tiêu hóa hấp thu triệt để chất dinh dưỡng trong thức ăn và tăng trưởng nhanh. Hiện nay, có rất nhiều chế phẩm sinh học nhập khẩu hoặc sản xuất trong nước được ứng dụng trong chăn nuôi. Các chủng vi sinh được sử dụng làm probiotic chủ yếu thuộc nhóm Bacillus sp., Lactobacillus sp., Nitrosomonas sp., Nitrobacter sp., nấm men Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces boulardii. Trong số đó, vi khuẩn Bacillus dạng bào tử được xem là một trong những đối tượng giàu tiềm năng để nghiên cứu, sản xuất ứng dụng làm probiotic bổ sung 1 trong thức ăn chăn nuôi. Do Bacillus không chỉ có khả năng sinh bào tử để chịu nhiệt cao và các điều kiện môi trường bất lợi (Sanders et al., 2003; Hong, 2005). Ngoài ra, Bacillus có thể sinh chất tương tự như kháng sinh, chất kháng khuẩn kìm hãm vi khuẩn gây bệnh phát triển (Sanders et al., 2003). Bào tử có thể sống sót khi di chuyển qua môi trường pH acid của dịch vị dạ dày (Barbosa et al., 2005; Spinosa et al., 2000), trong khi phần lớn các Lactobacillus ở dạng vi khuẩn sống sẽ bị tiêu giệt (Tuohy et al., 2007). Ngoài ra, nhờ hệ enzyme ngoại bào đa dạng, nhóm vi khuẩn này còn có thể chuyển hóa các chất khó biến đổi thành chất dễ tiêu hóa làm cải thiện dinh dưỡng hấp thu, kích thích tiêu hóa thức ăn và giúp vật nuôi tăng trọng nhanh. Đặc biệt, chế phẩm probiotic từ Bacillus dễ sản xuất, bảo quản, sử dụng và không gây hại cho người, động vật. Để góp phần đánh giá hiệu quả của Bacillus dạng bào tử và cung cấp thêm cơ sở khoa học cho việc ứng dụng chế phẩm này trong chăn nuôi thú y nhằm nâng cao năng suất chăn nuôi, hạn chế một số bệnh liên quan đến đường ruột, giảm sử dụng kháng sinh, chúng tôi đã tiến hành đề tài: “Đánh giá tác dụng của Bacillus dạng bào tử chịu nhiệt đến sinh trưởng, hệ vi sinh vật đường ruột và hình thái niêm mạc ruột lợn con theo mẹ và lợn con sau cai sữa”. 1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Kết quả của nghiên cứu này cung cấp dữ liệu khoa học cho ứng dụng chế phẩm PBW trong chăn nuôi lợn an toàn, giảm sử dụng kháng sinh và hạn chế ô nhiễm môi trường. 2 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC 2.1.1. Tổng quan về Probiotic 2.1.1.1. Lịch sử probiotic Những nghiên cứu về probiotic mới chỉ bắt đầu vào thế kỷ 20, Henry Tisser (1900), một bác sỹ người Pháp đã quan sát và thấy rằng phân của những đứa trẻ mắc bệnh tiêu chảy có ít vi khuẩn lạ hình trứng hoặc hình chữ Y hơn những đứa trẻ khỏe mạnh (Idris et al., 2007). Sau đó năm 1907, Elie Metchnikoff đã chứng minh rằng Lactobacillus hạn chế các nội độc tố của hệ vi sinh vật đường ruột, giải thích được điều bí ẩn về sức khỏe của những người Cô-dăc ở Bulgary có thể thọ 115 tuổi hoặc hơn, do họ tiêu thụ rất lớn các sản phẩm sữa lên men (The Prolongation of life, 1908). Tisser and Metchnikoff là người đầu tiên đưa ra những đề xuất mang tính khoa học về probiotic, làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo về probiotic (Fuller, 1989). Năm 1930, Minoru Shirota phân lập các vi khuẩn lactic từ phân của các trẻ em khỏe mạnh (Fuller, 1992). Cùng năm đó, các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ đã chứng minh là Lactobacillus acidophilus có khả năng làm giảm bệnh táo bón thường xuyên. Các nhà khoa học đại học Havard phát hiện ra các vi khuẩn đường ruột đóng một vai trò quyết định trong quá trình tiêu hóa, giúp tiêu hóa thức ăn, cung cấp một số vitamin và các chất dinh dưỡng khác nhau mà cơ thể vật chủ không tự sản xuất ra được (Fuller, 1989). Sau đó 5 năm, một trong các đồ uống lên men – đặt tên là “Yakult” từ sữa được cho là hỗ trợ sức khỏe đường ruột (intestinal health) được sản xuất. Khái niệm chung probiotic được chấp nhận ở Châu Á trong nhiều năm khi các sản phẩm lên men từ sữa probiotic đầu tiên được giới thiệu ở Châu Âu những năm của thập niên 80 (Fuller, 1992). Ngày nay, các sản phẩm probiotic có chứa Bifidobacteria, Lactobacillus, Nấm men Sacchromyces hoặc Bacillus được tiêu thụ rộng rãi và phổ biến trên khắp thế giới như những nguồn thực phẩm chính giúp tăng cường sức khỏe cho con người cũng như vật nuôi. 2.1.1.2. Định nghĩa probiotic Theo ngôn ngữ Hi Lạp, probiotic có nghĩa là “vì sự sống”. Thuật ngữ probiotic được Parker đề nghị sử dụng lần đầu tiên vào năm 1974 để chỉ “những vi sinh vật và những chất làm cân bằng hệ vi sinh vật ruột” (Fuller, 1989). Đến 3 nay, thuật ngữ probiotic đã được cả thế giới sử dụng để chỉ những chế phẩm vi sinh vật sống hữu ích khi được đưa vào cơ thể động vật thông qua thức ăn hoặc nước uống tạo nên những ảnh hưởng có lợi cho vật chủ. Hiện nay có hai định nghĩa được chấp nhận: (i) probiotic là “chất bổ sung vi sinh vật sống vào thức ăn giúp cải thiện cân bằng của hệ vi sinh vật đường tiêu hóa theo hướng có lợi cho vật chủ” (Fuller, 1989); (ii) probiotic là “các vi sinh vật sống khi đưa vào cơ thể theo đường tiêu hoá với một số lượng đủ sẽ đem lại sức khoẻ tốt cho vật chủ” (WHO, 2001). 2.1.1.3. Các vi sinh vật thường được sử dụng trong chế phẩm probiotics Một số vi sinh vật được sử dụng phổ biến trong chế phẩm Probiotic gồm (bảng 2.1.): Bảng 2.1. Các vi sinh vật được sử dụng phổ biến trong chế phẩm probiotic Các nhóm chính Giống (Genus) Loài (Species) Enterococcus Enterococcus faecium Lactobacillus Lactobacillus salivarius Lactobacillus reuteri Lactobacillus acidophilus Lactobacillus farciminis Lactobacillus rhamnosus Nhóm Lactic Lactobacillus plantarum Lactobacillus casei Lactobacillus bulgaricus Bifidobacterium Bifidobacterium animalis Bifidobacterium bifidum Pediococcus Pediococcus acidilactici Bacillus Bacillus subtilis Bacillus licheniformis Bacillus coagulans Nhóm sinh Bacillus amyloliquefaciens bào tử Clostridium Bacillus cereus var toyoi Clostridium butyricum Nhóm nấm men Saccharomyces Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces boulardii Nguồn: Michaela Mohnl (2014) 4 Nhóm vi khuẩn Lactic Là nhóm vi khuẩn thân thuộc với con người, phân bố rất rộng rãi, thường gặp nhiều trong các sản phẩm muối chua. Ngoài khả năng sinh axit lactic do lên men đồng hình và dị hình, vi khuẩn lactic còn có thể sinh hàng loạt chất có hoạt tính kháng sinh được gọi chung là bacteriocin gồm nizin, diplococin, acidofilin, lactoxindin, lactolin, brevin. Các chất này được dùng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm, trong chăn nuôi với vai trò là chất kích thích sinh trưởng, ứng dụng trong việc phòng và trị các bệnh đường tiêu hóa cho người và vật nuôi. Theo Lee et al. (1999), các chế phẩm probiotic được biết đến nhiều nhất chứa các vi khuẩn lactic như: L. acidophilus, L. casei, L. plantarum, L. bulgaricus, L. kefir, L. delbruckii, L. sporogenes, Bifidobacterium, Bifidus bacteria, S. faecalis,… Các chế phẩm probiotic có thể sử dụng một chủng vi sinh vật như chế phẩm Antibio (Hàn Quốc) chứa L. acidophilus hay Biosubtyl (Việt Nam) chứa bào tử B. subtilis hoặc kết hợp nhiều chủng vi sinh vật có lợi như chế phẩm Emina thuộc Viện Sinh học Nông nghiệp Hà Nội (ngoài vi khuẩn lactic còn có vi khuẩn Bacillus, vi khuẩn quang dưỡng khử H 2S và nấm men (Lương Đức Phẩm, 2007). Nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng: các vi khuẩn lactic có vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa và hấp thu thức ăn của vật chủ. Nhờ khả năng sản sinh axit lactic, axit pyruvic, tổng hợp vitamin nhóm B, sản sinh enzyme,…nên có tác dụng ức chế vi sinh vật đường ruột, cải thiện tăng trưởng và sức đề kháng của vật chủ. Nhóm vi khuẩn Bacillus Bacillus có lợi là nhóm trực khuẩn sinh bào tử, sống hiếu khí tùy tiện, phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Một số loài còn thấy trong xoang miệng, trong đường ruột của người và động vật. Tất cả các loài Bacillus đều có khả năng phân giải hợp chất hữu cơ như protein, tinh bột, cellulose nhờ khả năng sinh enzyme ngoại bào như: amylase, cellulase, protease. Ngoài ra, các vi khuẩn này còn sinh bacteriocin, chất có hoạt tính ức chế một số vi khuẩn gây bệnh đường ruột đặc biệt là E. coli, đồng thời giúp kích thích tiêu hóa và tăng trọng ở vật nuôi. Trong chế phẩm probiotic, người ta thường sử dụng các chủng Bacillus sau: B. subtilis, B. mesentericus, B. megathericum, B. licheniformis, B. clausii, Bacillus coagulan (Lương Đức Phẩm, 2007). 5 Nhóm nấm men Saccharomyces: Nhóm này sử dụng trong nghề làm bánh mì, nấu rượu, làm bia, ủ rượu vang từ lâu. Trong nấm men rất giàu protein, vitamin nhóm B và khoáng chất nên thường được bổ sung vào chế phẩm probiotic để làm giàu sinh khối. Chúng còn hấp thu và phân giải độc tố, tham gia chuyển hóa glucose thành axit pyruvic là cơ chất cho các vi sinh vật có lợi hoạt động và sinh sản. Ngoài ra, tế bào nấm men có trong chế phẩm còn tạo mùi thơm, giúp cải thiện mùi cho môi trường và nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn cho vật nuôi. Các chủng thường được sử dụng gồm: S. cerevisiae, S. carlsbergensis, S. vini hoặc S. pombe, S. boulardii. 2.1.1.4. Đặc điểm chung của vi sinh vật sử dụng làm probiotic Khả năng chống chịu tác dụng của dịch mật Dịch mật có khả năng kháng khuẩn trong đường tiêu hóa, bảo vệ ruột khỏi sự xâm nhập của các vi sinh vật gây bệnh. Do vậy, khi thức ăn cùng với vi sinh vật probiotic từ dạ dày chuyển xuống sẽ chịu tác động của muối mật. Khả năng sống sót của các chủng vi sinh vật sau tác dụng dịch mật là một trong những đặc tính quan trọng của vi sinh vật probiotic. Chịu pH thấp Nhiều nghiên cứu cho thấy, probiotic phải trải qua các quá trình tiêu hóa khắc nghiệt hơn 90 phút trước khi được giải phóng từ dạ dày vào ruột. Tuy nhiên, các quá trình tiêu hóa có thời gian xảy ra lâu hơn nên vi sinh vật probiotic phải chịu được áp lực của dạ dày với pH thấp đến khoảng 1,5. Do đó, các chủng được sử dụng làm probiotic phải chịu được pH thấp ít nhất 90 phút, nhưng vẫn bảo toàn khả năng gắn vào biểu mô ruột và phát triển được trong ruột trước khi phát huy vai trò đối với vật chủ. Vì vậy, đây là yếu tố cần thiết để tạo sự thích nghi ban đầu, là một trong những tiêu chí quan trọng khi sàng lọc, tuyển chọn các chủng probiotic. Ít bị tác động bởi kháng sinh Kháng sinh được sử dụng phổ biến trong điều trị bệnh đường ruột cho người cũng như vật nuôi. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích do kháng sinh mang lại thì phương pháp trị liệu bằng kháng sinh có một số hạn chế nhất định như: tác động loại bỏ không chọn lọc, không phân biệt được mầm bệnh thật sự và hệ vi sinh vật có lợi trong đường ruột. Vì thế, đã dẫn đến sự mất cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột, gây tiêu chảy, rối loạn tiêu hóa. Chính vì vậy, bổ sung Probiotic 6 cho vật nuôi trong thời gian điều trị bằng kháng sinh có thể hạn chế mất cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột. Do đó, các chủng dùng làm probiotic cần phải có khả năng chịu được kháng sinh và phải đảm bảo không chuyển gen đề kháng kháng sinh sang những vi khuẩn khác có mặt trong đường tiêu hóa, đặc biệt là những vi khuẩn gây bệnh. Khả năng bám dính vào tế bào biểu mô ruột Các vi sinh vật probiotic chỉ có thể tác động tốt khi có thể sinh trưởng và phát triển được trong đường tiêu hóa. Bên cạnh khả năng sống sót, chúng phải có khả năng bám dính vào biểu mô thành ruột. Nhờ khả năng bám dính, các vi sinh vật probiotic có thể ngăn cản được sự khu trú của các vi khuẩn gây bệnh bằng cách giành vị trí bám trên thành ruột hay trên các bề mặt biểu mô khác. Tóm lại, những yêu cầu của probiotic cần đạt được là: - An toàn cho người và động vật, không gây bệnh và không tạo độc tố. - Có khả năng sống sót trong đường ruột của vật chủ, chịu được pH thấp ở dạ dày và muối mật trong đường ruột. - Có khả năng bám dính vào tế bào biểu mô ruột, cạnh tranh vị trí và làm giảm số lượng vi sinh vật gây bệnh. - Có khả năng ức chế các vi sinh vật gây bệnh nhờ khả năng sinh chất có hoạt tính kháng khuẩn giúp cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột. - Có lợi cho quá trình tiêu hóa của vật chủ nhờ khả năng sinh một số loại enzyme ngoại bào. - Có khả năng tăng cường đáp ứng miễn dịch và sức đề kháng của vật chủ. - Có khả năng sống sót cao và giữ được đặc tính ổn định trong thời gian dài ở điều kiện thường. - Chế phẩm có chất lượng cảm quan tốt. - Đủ số lượng yêu cầu, đạt 108 -109 CFU/g chế phẩm. - Phù hợp với yêu cầu sản xuất công nghiệp, quy trình nuôi cấy và sản xuất đơn giản, chi phí thấp, cách sử dụng đơn giản. 2.1.1.5. Cơ chế tác động chung của probiotic Bên cạnh khả năng sống sót và phát triển được trong điều kiện khắc nghiệt của đường tiêu hóa, vi sinh vật probiotic còn có khả năng sản sinh những chất có hoạt tính kháng khuẩn như các axit hữu cơ, bacterioxin, H 2O2,… Những chất này 7 được sản sinh cùng với quá trình sinh trưởng và phát triển của chúng trong đường tiêu hóa, tác động ức chế và tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh, tạo nên sự cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột. Ngoài ra, một số chủng vi sinh vật probiotic còn có khả năng sinh nhiều loại enzyme có lợi cho việc tiêu hóa thức ăn, kích thích tăng trọng, điều hòa hệ miễn dịch vật chủ và tăng khả năng đề kháng cho vật chủ. Theo Fuller (1992), WHO (2001) and Han Poong industry Co. Ltd (2002), cơ chế tác động của probiotic được tóm tắt như sau (hình 2.1): Hình 2.1. Cơ chế tác động của probiotic trong đường ruột Khả năng đối kháng với vi sinh vật gây bệnh: Cạnh tranh về vị trí bám dính trên nhung mao ruột để tranh giành chất dinh dưỡng và khối lượng các chất được sinh ra. Khi vi sinh vật gây bệnh bị cạnh tranh, thiếu chất dinh dưỡng nên không thể sinh trưởng và phát triển được. Từ đó có thể ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh, thiết lập lại sự cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột. Phương pháp sử dụng probiotic để loại trừ các vi khuẩn có hại bằng quá trình cạnh tranh tốt hơn nhiều so với phương pháp sử dụng kháng sinh. 8