Ứng dụng các giải pháp bền vững hơn trong NTTS Phần 2: Tăng cường sức khỏe vật nuôi bằng giải pháp tự nhiên – Kỳ 2

Symbiotic và Postbiotic

Symbiotics là sự kết hợp giữa probiotic and prebiotic trong đó thành phần prebiotic hỗ trợ sự phát triển của các chủng vi khuẩn có lợi, giúp gia tăng tính hiệu quả của chúng. Postbiotic là các sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất được tạo ra bởi các nhóm lợi khuẩn trong quá trình lên men, bao gồm các acid béo mạch ngắn (SCFA), enzyme và các peptide kháng khuẩn. Cả symbiotic và postbiotic cũng là một cách tiếp cận toàn diện hơn cho sức khỏe đường ruột bằng cách tạo môi trường thuận lợi cho các nhóm lợi khuẩn phát triển, đồng thời ức chế vi khuẩn gây bệnh, cải thiện tính toàn vẹn và chức năng của hàng rào biểu mô ruột.

Phytogenic (Herbal Extracts)

Các loại phụ gia có nguồn gốc thực vật (Phytogenic) đang được chú ý nhiều hơn trong NTTS được xem như là giải pháp tự nhiên thay thế kháng sinh và các phương pháp xử lý bằng hóa chất. Phytogenic là các hợp chất có hoạt tính sinh học tự nhiên từ thực vật, có thể kết hợp trong thức ăn nhằm mục đích tăng cường sức khỏe, sinh trưởng và khả năng kháng bệnh của các loài nuôi thủy sản. Việc sử dụng các chiết xuất thảo dược đã trở thành nhân tố thiết yếu và quan trọng đối với sự phát triển bền vững trong lĩnh vực NTTS.

Một số chiết xuất thảo dược mang lại hiệu quả cao được sử dụng nhiều nhất trong NTTS như: Tỏi (Allium sativum) với thành phần hoạt tính chính là hợp chất allicin và lưu huỳnh; Nghệ (Curcuma longa) chứa thành phần hoạt tính curcumin; Lô hội (Aloe barbadensis) chứa thành phần aloin và polysaccharides hay Thymol, carvacrol là 2 hợp chất hoạt tính có trong Cỏ xạ hương (Thymus Vulgaris); Gừng (Zingiber officinale) chứa các thành phần hoạt tính như gingerol, shogaol và cuối cùng là Piperine có trong hạt tiêu cùng với nhiều loại khác.

Chiết xuất thực vật giàu chất chống ôxy hóa, bảo vệ động vật thủy sản khỏi stress ôxy hóa do các yếu tố môi trường, mầm bệnh trong điều kiện nuôi thâm canh. Đặc tính kháng khuẩn tự nhiên khiến các hợp chất thực vật trở thành công cụ sinh học hiệu quả chống lại các tác nhân gây viêm nhiễm và thúc đẩy sự phục hồi sau tổn thương hoặc sau quá trình căng thẳng (stress). Chiết xuất thực vật có thể điều chỉnh hệ miễn dịch, tăng cường khả năng chống lại các tác nhân gây bệnh cho đối tượng nuôi thủy sản, đặc biệt là đối với tôm, cá

Cuối cùng, các chiết xuất thực vật (phytogenic) có đặc tính kháng khuẩn mạnh, giúp kiểm soát vi khuẩn, virus, ký sinh trùng và nấm trong hệ thống nuôi thủy sản. Các chiết xuất thực vật sản sinh ra một loạt các hợp chất hoạt tính sinh học, chẳng hạn như hợp chất phenolic, terpenoid, ancaloit, hợp chất lưu huỳnh, saponin, trong số những hợp chất đó, có thể ức chế sự phát triển hoặc có phổ kháng khuẩn rộng. Tác dụng chính của chiết xuất thực vật (phytogenic) là chống lại tác nhân gây bệnh bao gồm: 1) phá vỡ tính toàn vẹn của màng tế bào bằng cách tăng tính thấm, khiến các thành phần thiết yếu của tế bào bị thất thoát ra ngoài, dẫn đến phá hủy tế bào; 2) ức chế tổng hợp acid nucleic bằng cách ức chế quá trình tổng hợp DNA và RNA của tế bào vi khuẩn, ngăn chặn quá trình sao chép và phiên mã, ức chế sự phát triển và tiêu diệt vi khuẩn; 3) Vô hiệu hóa quá trình tiết enzyme của vi khuẩn, ngoài ra một số chiết xuất trong thực vật có thể ức chế các enzyme trong tế bào vi khuẩn bằng cách phản ứng với các nhóm thiol, ngăn cản quá trình trao đổi chất cần thiết của vi khuẩn; 4) phá vỡ quá trình tổng hợp protein, một số hợp chất từ chiết xuất thực vật có thể liên kết với ribosome hoặc các thành phần khác tham gia vào quá trình tổng hợp protein, ngăn chặn quá trình sản xuất protein cần thiết cho sự phát triển và hoạt động của vi khuẩn; 5) hoạt động chống ôxy hóa, các đặc tính chống ôxy hóa của nhiều chiết xuất thực vật cũng có thể góp phần vào tác nhân kháng khuẩn bằng cách trung hòa các gốc tự do do vi khuẩn tạo ra, gây nên phá vỡ chức năng tế bào.

Acid hữu cơ

Acid hữu cơ là hợp chất tự nhiên có chứa một hoặc nhiều nhóm cacboxyl (- COOH). Acid hữu cơ được tìm thấy trong thực vật, động vật, các nhóm vi sinh vật, và chúng thường đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh học.

Trong nhiều năm trở lại đây, người nuôi thủy sản bắt đầu quan tâm đến các sản phẩm acid hữu cơ chứa các thành phần chính là các acid béo mạch ngắn (viết tắt là SCFA – Short Chain Fatty Acid) và acid béo mạch trung (viết tắt là MCFA – Medium Chain Fatty Acid) vì nhiều lợi ích mà chúng mang lại, đặc biệt là trong việc tăng cường sức khỏe đường ruột, cải thiện hiệu suất tăng trưởng và kháng khuẩn. Chúng có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau để làm gia tăng tính hiệu quả.

Các acid béo mạch ngắn (SCFAs) là các acid có dưới 6 carbon trong cấu trúc phân tử, thường sử dụng trong nuôi thủy sản gồm acid axetic (C2), acid propionic và acid lactic (C3), acid butyric và acid fumaric (C4), và acid valeric (C5) và acid citric (C6). Trong khi, các axit béo mạch trung bình là các cid mà cấu trúc phân tử của chúng thường chứa từ 6 – 12 carbon, bao gồm acid caproic (C6), acid caprylic (C8), acid capric (C10) và acid lauric (C12).

Cả SCFAs và MCFAs đều có đặc tính kháng khuẩn mạnh, đặc biệt là khả năng chống lại vi khuẩn gây hại, virus và nấm. Chúng hoạt động bằng cách phá vỡ màng tế bào vi khuẩn và tiêu diệt mầm bệnh. Tính năng vượt trội của chúng là giúp giảm tải các vi khuẩn gây hại trong ruột, do đó tăng cường sức khỏe đường ruột và giảm việc sử dụng kháng sinh.

Các acid béo mạch ngắn (SCFAs), đặc biệt là acid butyric, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì tính toàn vẹn của ruột bằng cách cung cấp năng lượng cho các tế bào ruột (enterocyte) và kích thích tiết chất nhầy, giúp bảo vệ niêm mạc ruột.

Các acid béo mạch trung (MCFAs) góp phần tạo nên sự cân bằng cho hệ vi sinh đường ruột bằng cách thúc đẩy sự phát triển vi khuẩn có lợi đồng thời ức chế vi khuẩn gây bệnh, tăng cường khả năng tiêu hóa. MCFAs cũng đóng vai trò cung cấp nguồn năng lượng nhanh cho các tế bào ruột, đặc biệt là ở ruột dưới. Vì các MCFAs được gan hấp thụ và chuyển hóa nhanh chóng, chính vì thế chúng có khả năng cung cấp năng lượng nhanh chóng khi tôm, cá đối mặt với stress hoặc tăng trưởng nhanh.

Cả SCFA và MCFA đều cải thiện khả năng hấp thụ và tiêu hóa dưỡng chất, giúp tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) tốt hơn và tăng cường hiệu suất tăng trưởng ở cá và tôm.

Bổ sung acid hữu cơ vào thức ăn hoặc nước sẽ làm giảm pH dịch tiêu hóa. Hầu hết các vi khuẩn gây bệnh phát triển tốt trong môi trường PH trung tính hoặc kiềm thấp. Bằng cách acid hóa môi trường đường ruột, các acid hữu cơ sẽ ức chế sự phát triển và tồn tại của hại khuẩn, giúp giảm các mầm bệnh trên vật nuôi.

Acid đi vào tế bào vi khuẩn, ở đây (pH = 7) acid phân ly giải phóng các proton (H+) và anion làm pH bên trong tế bào giảm, điều này dẫn đến sự axit hóa tế bào chất của vi khuẩn, làm gián đoạn hoạt động của enzyme, tổng hợp protein và chức năng tổng thể của tế bào. Mặt khác, Khi phân ly trong tế bào, anion của acid không ra khỏi được tế bào, gây rối loạn thẩm thấu. Đây cũng là nguyên nhân này làm cho vi khuẩn bị chết.

Acid hữu cơ có thể can thiệp vào hoạt động của các enzyme của vi khuẩn bằng cách phá vỡ pH tối ưu. Ví dụ, các enzyme tham gia vào quá trình sản xuất ATP, sao chép DNA và tổng hợp protein có thể bị bất hoạt khi có nồng độ axit hữu cơ cao.

Sự hiện diện của các acid hữu cơ gây cản trở quá trình hấp thu chất dinh dưỡng và các ion thiết yếu qua màng tế bào vi khuẩn. Bằng cách phá vỡ các gradient thế điện hóa, acid hữu cơ ức chế khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng của vi khuẩn. Vì không lấy được chất dinh dưỡng nên làm cho vi khuẩn trở nên suy yếu, và dễ bị tấn công bởi hệ thống phòng vệ miễn dịch của vật chủ hoặc các thuốc kháng khuẩn khác. Một số acid hữu cơ, đặc biệt là acid béo chuỗi ngắn như axit butyric, có thể kích thích tế bào ruột của vật chủ sản xuất các peptide kháng khuẩn. Những peptide này có khả năng ức chế mạnh sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh.

Enzyme

Các enzyme như protease, amylase và lipase ngày càng được sử dụng nhiều trong nuôi trồng thủy sản để cải thiện khả năng tiêu hóa thức ăn, tăng cường hấp thụ dưỡng chất, tăng cường sức khỏe và sự phát triển toàn diện của cá và tôm. Chúng là chất xúc tác sinh học phân hủy các phân tử phức tạp thành các dạng đơn giản hơn, giúp chất dinh dưỡng dễ hấp thụ hơn. Việc sử dụng enzyme trong thức ăn thủy sản giúp tối ưu hóa hiệu quả và giảm chi phí khi sử dụng thức ăn và giảm thiểu tác động đến môi trường.

Hiện nay, trong thức ăn thủy sản chứa hàm lượng protein thực vật, ngũ cốc hoặc các sản phẩm phụ cao, giúp tôm, cá dễ tiêu hóa hơn. Theo cách này, enzyme được bổ sung vào thức ăn thủy sản để cải thiện khả năng tiêu hóa của nhiều loại nguyên liệu khác nhau. Bằng cách tăng cường khả năng tiêu hóa thức ăn và hấp thụ chất dinh dưỡng tốt hơn, enzyme giúp tối đa hóa việc sử dụng chất dinh dưỡng, dẫn đến cải thiện tốc độ tăng trưởng và FCR. Điều này giúp cho việc sử dụng thức ăn hiệu quả hơn với chi phí thấp hơn, đặc biệt có lợi trong các hệ thống nuôi thủy sản mật độ cao, nhưng lại mong muốn tôm, cá lớn nhanh.

Một số thành phần thức ăn có nguồn gốc thực vật cũng chứa các yếu tố kháng dinh dưỡng (ANF) có thể cản trở quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng của vật nuôi. Các enzyme như phytase và xylanase giúp phân giải các hợp chất này, giúp thức ăn có nhiều dinh dưỡng và ít gây hại hơn.

Enzyme góp phần làm giảm các sản phẩm phụ không mong muốn chẳng hạn như chất dinh dưỡng chưa tiêu hóa, trong hệ thống nuôi thủy sản. Ví dụ, phytase làm giảm bài tiết phốt pho ra ngoài môi trường, giúp giảm thiểu hiện tượng phú dưỡng trong ao nuôi.

Joao Sendao
(Trinh Trương lược dịch)