Sử dụng Phytobiotic trong chăn nuôi

1. Giới thiệu

Phytobiotics là các hợp chất có nguồn gốc thực vật, được sử dụng làm phụ gia thức ăn nhằm thay thế kháng sinh kích thích tăng trưởng trong chăn nuôi. Đây là sự kết hợp giữa phytochemicals (hợp chất từ thực vật) và prebiotics. Các hợp chất này không chỉ cải thiện hiệu suất tăng trưởng mà còn tác động tích cực đến sức khỏe vật nuôi nhờ các đặc tính sinh học như khả năng kháng khuẩn, chống oxy hóa và điều hòa hệ vi sinh vật đường ruột.

2. Phân loại

Phybiotics bao gồm nhiều hợp chất sinh học có nguồn gốc từ thực vật, được phân loại dựa trên nguồn gốc thực vật, phương pháp chế biến và thành phần hóa học, chủ yếu là:

·        Alkaloids: Là các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ, có tác động mạnh đến sinh lý cơ thể. Tác dụng: Giảm đau, kháng khuẩn, chống viêm và tác động lên hệ thần kinh, kích thích tiêu hóa.

Ví dụ: Morphine (từ cây thuốc phiện – Papaver somniferum), Quinine (từ vỏ cây canh-ki-na), Nicotine (từ thuốc lá).

·        Flavonoid: Là các hợp chất polyphenol có tính chống oxy hóa mạnh. Tác dụng: Chống oxy hóa, chống viêm, chống ung thư và bảo vệ tim mạch.

Ví dụ: Quercetin (trong hành tây, táo, trà xanh), Catechin (trong trà xanh, cacao), Anthocyanins (trong quả mọng, nho).

·        Terpenoid (Isoprenoid): Nhóm hợp chất lớn nhất có nguồn gốc từ đơn vị isoprene, thường có trong tinh dầu thực vật. Tác dụng: Kháng khuẩn, chống viêm và tăng cường miễn dịch.

Ví dụ: Menthol (trong bạc hà), Carotenoid (trong cà rốt, cà chua), Taxol (trong cây thông đỏ Thái Bình Dương).

·        Hợp chất Phenolic: Hợp chất thơm có nhóm hydroxyl (-OH). Tác dụng: Chống oxy hóa, chống ung thư, kháng khuẩn và bảo vệ thần kinh.

Ví dụ: Resveratrol (trong nho, rượu vang đỏ), Curcumin (trong nghệ), Tannin (trong trà xanh, quả mọng).

·        Saponins: Là Glycoside có tính tạo bọt, thường có trong rễ và lá cây. Tác dụng: chống viêm, điều hòa miễn dịch, hỗ trợ hấp thụ dưỡng chất và cải thiện chức năng tiêu hóa.

Ví dụ: Ginsenoside (trong nhân sâm), Diosgenin (trong củ mài), Saponin đậu nành (trong đậu nành)

• Tinh dầu (Essential Oils): Là hợp chất thơm có tính bay hơi cao, chiết xuất từ thực vật. Có tác dụng kháng khuẩn và kích thích tiêu hóa.

Ví dụ: Eugenol (trong đinh hương), Thymol (trong húng tây), Linalool (trong oải hương)

Hình 1. Các hợp chất dược liệu chính ở thực vật

3. Cơ chế tác động của Phybiotics

3.1. Cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột

Phytobiotics có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh, cân bằng hệ vi khuẩn có lợi nhờ vào các cơ chế khác nhau như: phá hủy màng tế bào, ức chế tổng hợp protein hoặc cản trở quá trình trao đổi chất của vi khuẩn.

Bảng 1. Hoạt tính kháng khuẩn và cơ chế tác động của Phybiotics

(Sarah G & cs., 2017)

Hợp chất Phybiotics		Cơ chế tác động
Các dẫn xuất của Protein	Dẫn xuất của Sulfur	Hình thành kênh ion trong màng tế bào thông qua cơ chế tạo cầu disulfide.
	Lectins	Ức chế cạnh tranh quá trình bám dính của vi khuẩn vào các thụ thể polysaccharide của chúng
	Alkaloids	Lặp đoạn ADN.
Terpenes, terpenoids, Saponins.	Terpenes, terpenoids.	Tăng tính thấm của màng vi khuẩn.
	Saponins	Tăng tính thấm của màng vi khuẩn.
Hợp chất Phenol	Simple phenols and phenolic acids.	Hình thành phức hợp với nhiều protein, phá hủy màng vi khuẩn
	Quinones	Bất hoạt các protein màng.
	Flavones, flavanols, flavonoids.	Liên kết với adhesin, liên kết với thành tế bào, bất hoạt enzyme.
	Tannins	Liên kết với các loại protein khác nhau: adhesin, enzyme, cơ chất, thành tế bào, màng tế bào.

 

2.2. Tăng cường tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng

Việc bổ sung phytobiotics vào khẩu phần ăn giúp cải thiện quá trình tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng nhờ khả năng kích thích enzyme tiêu hóa và cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột. Các hợp chất này có thể điều chỉnh môi trường axit-kiềm trong đường ruột, giúp tối ưu hóa quá trình tiêu hóa.

2.3. Khả năng chống oxy hóa

Lợi ích sức khỏe của việc bổ sung phytobiotics phần lớn được cho là nhờ vào hoạt tính chống oxy hóa của chúng. Hoạt tính chống oxy hóa của phytobiotics chủ yếu liên quan đến sự có mặt của các hợp chất hoạt tính như polyphenol. Các flavonoid chủ yếu hoạt động như chất đệm, bằng cách bắt giữ các gốc tự do và chuyển chúng thành các gốc flavin ít phản ứng hơn nhờ vào cấu trúc có hệ electron phân delocalized. Ngoài ra, quercetin có khả năng tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp như sắt hoặc đồng, giúp ngăn chặn sự hình thành các gốc oxy phản ứng (ROS) hoặc các gốc tự do khác (Nile SH. & cs., 2018).

Bên cạnh đó, axit caffeic, chlorogenic, sinapic, ferulic và p-coumaric thể hiện hoạt tính chống oxy hóa thông qua việc ức chế quá trình oxy hóa lipid và loại bỏ các gốc oxy phản ứng. Những tác động này đóng vai trò quan trọng trong cơ chế bảo vệ của thực vật (McCutcheon SC. & cs, 2008).

Theo Zeb A. (2020), một số hợp chất polyphenol thể hiện tác dụng chống oxy hóa thông qua nhiều cơ chế khác nhau, được điều hòa bởi các enzym chống oxy hóa như superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), và glutathione peroxidase (GPx), thay vì chỉ dựa vào một cơ chế duy nhất như các chất chống oxy hóa tổng hợp thông thường.

Ngoài ra, hoạt tính chống oxy hóa của phytobiotics, đặc biệt là axit phenolic và flavonoid, phần lớn được quyết định bởi cấu trúc hóa học và mức độ phân delocalized của electron trên nhân thơm (Perron NR. & cs., 2009).

Bảng 2. Hoạt tính chống oxy hóa của một số hợp chất phenol (Zeb A & cs., 2020)

2.4. Kích thích hệ miễn dịch

Khả năng điều hoà hệ thống miễn dịch của Phybiotics được biết đến thông qua cơ chế tăng sinh tế bào miễn dịch, điều hòa cytokine, và tăng nồng độ kháng thể (Lillehoj H & cs., 2018). 

Hình 2. Các cơ chế tác động của phytobiotics

4. Thách thức và triển vọng

Mặc dù phytobiotics mang lại nhiều lợi ích, việc ứng dụng trong thực tế vẫn còn gặp một số thách thức, bao gồm sự khác biệt về thành phần hoạt chất do điều kiện môi trường, khả năng hấp thu của vật nuôi, và chi phí sản xuất. Tuy nhiên, với tiềm năng to lớn trong việc thay thế kháng sinh, phytobiotics đang được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng rộng rãi trong ngành chăn nuôi hiện đại.

5. Kết luận

Phytobiotics là một giải pháp tiềm năng nhằm thay thế kháng sinh trong chăn nuôi, giúp cải thiện hiệu suất tăng trưởng và sức khỏe vật nuôi. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động và tối ưu hóa ứng dụng thực tiễn sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng các hợp chất này trong ngành chăn nuôi bền vững.

Tài liệu tham khảo

1.      Lillehoj H, Liu Y, Calsamiglia S, et al. Phytochemicals as antibiotic alternatives to promote growth and enhance host health. Veterinary Research. 2018;49:76. DOI: 10.1186/s13567-018-0562-6.

2.      Nile SH, Keum YS, Nile AS, Jalde SS, Patel RV. Antioxidant, anti-inflammatory, and enzyme inhibitory activity of natural plant flavonoids and their synthesized derivatives. Journal of Biochemical and Molecular Toxicology. 2018;32:1. DOI: 10.1002/jbt.22002.

3.      McCutcheon SC, Jorgensen SE. Phytoremediation. In: Jorgensen SE, Fath BD, editors. Encyclopedia of Ecology. 1st ed. Oxford: Academic Press; 2008. pp. 2751-2766 Available from: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780080454054000690.

4.      Sarah G. Effets de phytobiotiques sur les performances de croissance et l'équilibre ou microbiote digestif du poulet de chair. ABES. 2011. p. 474. ID: 10670/1.dz7spd.

5.      Tsao R, Deng Z. Separation procedures for naturally occurring antioxidant phytochemicals. Journal of Chromatography. B, Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 2004;812:85-99. DOI: 10.1016/j.jchromb.2004.09.028.

Zeb A. Concept, mechanism, and applications of phenolic antioxidants in foods. Journal of Food Biochemistry. 2020;00:e13394. DOI: 10.1111/jfbc.13394100.