Chất xơ trong thức ăn cho heo

Chất xơ trước đây vốn chỉ được xem như chất chiếm không gian lãng phí trong khẩu phần thức ăn, hiện đang bắt đầu được công nhận bởi những ảnh hưởng tích cực của chúng đến tiêu hóa, sức khỏe và phúc lợi của động vật.

Trong dinh dưỡng con người, chất xơ đã được công nhận là có ảnh hưởng lớn đến việc làm giảm tỷ lệ và mức độ nghiêm trọng của tiêu chảy và táo bón, cải thiện các triệu chứng của bệnh viêm ruột, cải thiện hấp thu dinh dưỡng…Thực tế, có thể nói xa hơn là sử dụng chất xơ đồng nghĩa với sức khỏe đường ruột được đảm bảo. Sức khỏe đường ruột được đặc trưng bởi một hệ vi sinh vật cân bằng ổn định, có thể tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh.

Ở chuột khi được cho ăn khẩu phần có hàm lượng chất xơ thấp, vi khuẩn gây thoái hóa lớp nhầy trong ruột đã sinh sôi nảy nở, từ đó gây xói mòn hàng rào vật lý mà có thể chống lại sự xâm nhập của các mầm bệnh. Sau những phát hiện này, các nghiên cứu về dinh dưỡng vật nuôi đã được xác nhận những lợi ích này có giá trị đối với sản xuất chăn nuôi nói chung.

Tuy nhiên, sử dụng chất xơ trong chăn nuôi vẫn còn là một chặng đường dài và nhiều thách thức, trước khi được công nhận như trong dinh dưỡng con người. Một trong những rào cản chính là mức độ phổ biến của thuật ngữ “chất xơ thô” đã được sử dụng từ xưa, mà thường là không cho thấy được những tác động tích cực đến sức khoẻ vật nuôi như chất xơ trong dinh dưỡng con người. Ở một số quốc gia người ta có quy định về hàm lượng chất xơ thô tối thiểu là 8% trong khẩu phần ăn của heo nái. Luật đưa ra như vậy bắt nguồn từ mong muốn cải thiện phúc lợi động vật, nhưng một cách ngắn gọn người ta sử dụng thuật ngữ chung là chất xơ thô.

“Chất xơ” là thuật ngữ dùng để mô tả các loại carbohydrate thực vật mà chúng không thể được tiêu hóa bằng các enzyme trong cơ thể. Do có rất nhiều hợp chất được coi là “chất xơ”, cần phải tập hợp chúng lại bằng các chức năng sinh lý ở vật nuôi. Một trong những tính chất quan trọng nhất của chất xơ là khả năng lên men do vi khuẩn trong đường ruột. Tuy nhiên, hiện tại chưa có một phương pháp tiêu chuẩn nào để phân tích thông số này.

Một thông số khác có thể đo được là độ hòa tan của chất xơ, vì chất xơ không tan sẽ kích thích nhu động ruột, trong khi chất xơ tan lại có khuynh hướng ảnh hưởng tiêu cực đến việc hấp thu chất dinh dưỡng nhưng thường được lên men trong ruột già. Cả “xơ thô” và ADF/NDF đều không nói đến tầm quan trọng của thành phần chất xơ tan, trong khi cả polysaccharide phi tinh bột (NSP) và “xơ khẩu phần” đều được chia thành các phần xơ “tan” và “không tan”. Các điểm này được thể hiện trong Hình 1 và 2.

Hình 1: Phân loại carbohydrate thực vật (được chỉnh sửa theo NRC 2012)

Hình 2: Đặc tính các chất xơ tan, xơ không tan, xơ lên men và xơ không lên men

Mục tiêu trong việc sử dụng chất xơ rất khác nhau, tùy thuộc vào từng giai đoạn của heo. Ở heo nái mang thai, yêu cầu là giảm lượng thức ăn nhưng đảm bảo vẫn có độ no nhất định, còn đối với heo nái nuôi con và heo choai thì ngược lại. Trong chăn nuôi heo, mục tiêu chính là giảm tiêu chảy và tăng cường sức khoẻ đường ruột. Sự khác nhau về mục tiêu trong dinh dưỡng chất xơ, cho thấy rõ ràng rằng cần phải sử dụng kết hợp các loại chất xơ với nhiều đặc tính khác nhau. Không may là hầu hết các khuyến cáo hiện nay chỉ bắt nguồn từ kinh nghiệm thực tiễn, tuy nhiên điều này đang bắt đầu có sự thay đổi vì hiện nay đã có nghiên cứu ở Pháp (Lebreton, 2017, Bảng 1) và Úc (Pluske, 2014, Hình 5) về chất xơ tan và không tan trong thức ăn cho heo.

Bảng 1: Tỷ lệ chất xơ tan và không tan trong thức ăn heo nái

	Chất xơ tan	Chất xơ không tan
Thức ăn heo nái mang thai	2,7%	21,5%
Thức ăn chuyển tiếp	2,6%	20,5%
Thức ăn heo nái nuôi con	1,9%	18,5%

Yêu cầu là sử dụng một chất xơ đậm đặc vừa đủ để khẩu phần ăn không bị pha loãng như các nguồn chất xơ rỗng khác. Lignocellulose phù hợp với yêu cầu này, nhưng có sự khác nhau ở những nguồn lignocellulose khác nhau. Có một sự khác biệt rõ ràng giữa lignocellulose thế hệ thứ nhất và thế hệ thứ hai. Thế hệ thứ nhất bao gồm 100% chất xơ không tan, không lên men. Chúng có tác động “vật lý” mạnh mẽ trong đường ruột. Kích thước hạt siêu nhỏ (50-120 mico mét) đảm bảo một diện tích bề mặt lớn với số lượng lớn các hạt trơ, giúp điều hòa nhu động ruột. Điều này ngăn ngừa sự gia tăng của các mầm bệnh và đẩy quá trình lên men vi sinh đến tận đoạn cuối của đại tràng. Bổ sung cho cơ chế tác động vật lý này, chất xơ không tan của lignocellulose thế hệ II có thể lên men được, gây ra tác động prebiotic và các tác động sinh lý đi kèm, đặc biệtlà axit butyric được sinh ra thông qua quá trình lên men. Axit butyric hiện nay được biết đến là rất có lợi cho nhung mao ruột.

Việc sử dụng thức ăn giàu chất xơ có thể làm tăng cảm giác no ở heo nái mang thai, cũng như phòng ngừa các vấn đề về táo bón và MMA, tuy nhiên, cơ chế tác động cụ thể là khá phức tạp. Táo bón tiếp tục là một mối quan tâm lớn đối với heo nái mang thai. Chất xơ có thể giúp làm giảm thiểu các vấn đề này, bằng cách thúc đẩy nhu động ruột thông qua sự tương tác với niêm mạc ruột, và bằng cách giữ khối thức ăn luôn căng phồng và ẩm để dễ dàng đi qua đường ruột. Hiệu ứng “căng phồng” này cũng có tác dụng giúp heo nái luôn có cảm giác no, vì nó giúp tạo ra cảm giác “thỏa mãn” về mặt thể chất, tuy nhiên, hiệu ứng này chỉ xảy ra cho đến nay. Cảm giác no chủ yếu là do hóa học sinh lý tự nhiên; cơ chế tác động khá phức tạp, trong đó chủ yếu là nhờ khả năng làm ổn định hàm lượng đường trong máu.

Chất xơ lên men đóng một vai trò quan trọng ở đây, vì chúng tạo ra năng lượng lâu dài sau khi quá trình tiêu hóa thức ăn kết thúc. Trong thực tế, heo nái có thể được đáp ứng lên đến 30% nhu cầu năng lượng cho duy trì bởi quá trình lên men đại tràng. Nhờ đó, giúp giải phóng năng lượng liên tục từ khẩu phần ăn và có thể ngăn ngừa giảm đường huyết một cách đột ngột. Nâng cao chất lượng lên men trong đại tràng sẽ giúp cải thiện khả năng hấp thụ nước từ phân, giúp phân khô và tạo hình tốt hơn và heo nái không bị dính bẩn. Tất cả những điều này sẽ có ảnh hưởng đáng kể trong việc làm giảm các vấn đề về MMA như táo bón, đói ăn (khi lượng đường trong máu thấp) và vệ sinh kém là ba trong số các yếu tố nguy cơ lớn nhất.

Khi các vấn đề về MMA được kiểm soát tốt, heo nái sẽ cho sữa nhiều hơn, do đó heo con sơ sinh tăng trưởng tốt hơn. Cung cấp chất xơ cho heo nái cũng có thể tác động đến heo con theo nhiều cách. Các axit béo bay hơi (VFA) được tạo ra từ quá trình lên men, có thể được vận chuyển trong cơ thể thông qua máu; bao gồm cả nhau thai – nơi mà các VFA từ máu có thể cung cấp năng lượng bổ sung cho bào thai đang lớn dần mà không phụ thuộc vào hàm lượng đường trong máu. Từ đó, giúp heo con tăng trưởng nhanh, trọng lượng sinh ra nặng hơn. Việc giải phóng năng lượng lâu hơn cũng giúp giảm thời gian đẻ, bằng cách tiếp tục cung cấp đầy đủ năng lượng cho heo nái ngay cả sau khi heo nái ngừng ăn trước khi đẻ. Kết quả là giảm số heo consơ sinh bị chết. Một nghiên cứu của Baarslag et al. (2013) đã chứng minh cho ba hiệu quả này bằng cách bổ sung lignocellulose lên men với liều 1% chỉ trong 1 tuần trước khi đẻ. (Bảng 2)

	Đối chứng	Lignocellulose lên men
Số lượng heo con mỗi lứa	16	15.9
Thời gian đẻ: từ con đầu cho đến con cuối (phút)	220	180
Tỷ lệ sống của heo con sơ sinh mỗi lứa(%)	90.2	93.2
Trọng lượng sơ sinh của heo con (g)	1,125	1,241

Bảng 2: Dữ liệu thành tích từ heo nái được cho ăn khẩu phần tiêu chuẩn có và không có bổ sung lignocellulose thế hệ thứ 2

Tuy nhiên, các lợi ích không chỉ dừng lại ở giai đoạn đẻ, vì số vi khuẩn đường ruột đầu tiên ở heo con (khoảng 80% tổng số vi khuẩn trong vòng 3 giờ sau khi sinh) là xuất phát từ hệ vi sinh của heo nái. Như đã đề cập, quá trình lên men của chất xơ trong ruột già tạo ra hiệu ứng prebiotic, với các loại chất xơ khác nhau sẽ phát triển hệ vi khuẩn khác nhau. Bổ sung chất xơ trong khẩu phần ăn của heo nái giúp phát triển hệ vi sinh vật có lợi, như sự sản sinh axit butyric giúp cung cấp cho những vi khuẩn này có lợi thế hơn các vi khuẩn gây bệnh khi chúng đi vào cơ thể heo con. Việc tạo tiền đề ban đầu này sẽ hình thành nên hệ vi sinh vật thích ứng với những thay đổi trong khẩu phần ăn và sự phát triển thể chất ở heo con sau này.

Có lẽ thay đổi quan trọng nhất là khi heo con bắt đầu cai sữa khi mà khẩu phần của chúng thay đổi từ thức ăn lỏng (sữa) sang thức ăn rắn thô. Trong thời gian này, hệ vi sinh vật phải mang hình dạng hoàn toàn khác. Hệ vi sinh chuyên tiêu hóa các thành phần thức ăn rắn thay thế cho hệ vi sinh trong “sữa” vốn có. Thách thức càng tồi tệ hơn do thời gian vận chuyển thức ăn qua ruột chậm – nét đặc trưng của heo con sau cai sữa cho phép vi khuẩn gây bệnh có cơ hội xâm nhập vào ruột non. Kết quả là nguy cơ gây mất cân bằng hệ vi sinh trong đường ruột mà bằng chứng là heo con bị tiêu chảy sau khi cai sữa.

Giống như ở heo nái, chất xơ có thể được sử dụng để giúp phát triển hệ vi sinh vật đường ruột của heo con. Tuy nhiên, việc sử dụng chất xơ trong khẩu phần ăn của heo con không được linh hoạt vì đòi hỏi độ tiêu hóa cao. Giải pháp là sử dụng chất xơ lên men cô đặc hoặc tinh khiết. Vấn đề là hầu hết các nguồn chất xơ lên men đều tan được, có xu hướng làm giảm khả năng tiêu hóa và có thể làm chậm sự dịch chuyển trong đường ruột dẫn tới phản ứng ngược lại với hiệu quả dự định. Tác động này đã được chứng minh qua vô số các nghiên cứu, và đây là nguyên nhân chính khiến chất xơ thường bị xem là tiêu cực khi được sử dụng trong thức ăn của heo con.

Do đó, khi bổ sung các chất xơ prebiotic vào khẩu phần ăn cho heo con, cần duy trì một tỷ lệ cao thành phần chất xơ không tan. Điều này sẽ giúp làm tăng khả năng di chuyển trong ruột và dịch chuyển sự lên men đi xa xuống phần ruột già. Kết quả là giảm đáng kể sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh, đồng thời kích thích sự phát triển của vi sinh vật cộng sinh. Điều này, đã được chứng minh rõ ràng trong một nghiên cứu gần đây ở Úc, trong đó lignocellulose lên men được bổ sung như một nguồn chất xơ không tan tinh khiết vào khẩu phần ăn của heo con bị nhiễm E. coli với liều bổ sung tăng lên. Nghiên cứu cho thấy, điểm số E.coli giảm xuống tới mức thấp nhất (khoảng 19 g/kg iNSP). Đồng thời, số lượng Christencenelacea – một vi khuẩn sản xuất axit butyriccũng tăng lên tương ứng với sự gia tăng lượng bổ sung lignocellulose. Cùng với sự thay đổi thành phần hệ vi sinh vật ruột, năng suất cũng được cải thiện rõ rệt.

Hình 3 – Ảnh hưởng của OptiCell®lên việc làm giảm E. coli và Christensenellaceae

Cho đến nay, chất xơ vẫn là một trong những thành phần được hiểu ít nhất trong dinh dưỡng động vật. Khi có thêm nghiên cứu vào lĩnh vực này, chúng ta bắt đầu hiểu rõ hơn cơ chế tác động hiệu quả của chất xơ trong khẩu phần ăn sản xuất. Thật không may, càng tìm hiểu về chất xơ, chúng ta càng thấy rằng các tiêu chuẩn định lượng chất xơ hiện tại của chúng ta là hoàn toàn không đủ. Vì vậy, trong khi các nhà nghiên cứu cân nhắc làm thế nào để định lượng một cách có hiệu quả các loại phân tử phức tạp này thì những người trong chúng ta hãy áp dụng chúng vào thực tế dựa trên các biện pháp định lượng cho xây dựngcông thức chất xơ của chúng ta.