2.4.1 Giới thiệu về cây Yucca schidigera
2.4.1.1 Phân loại khoa học
Cây Yucca Schidigera thuộc giới: Plantae, (không phân hạng) Angiospermae, (không phân hạng) Monocot, bộ Asparagales, họ Asparagaceae, chi Yucca, và loài Y. schidigera. Danh pháp hai phần là
Yucca schidigera(Roezl ex Ortgies, 1871).
2.4.1.2 Nguồn gốc phân bố
Cây Yucca có tên khoa học Yucca schidigera, là loại cây thuộc họ Agavaceae. Cây Yucca còn được gọi là cây Mojave Yucca, vì nó là cây bản địa ở sa mạc Mojave và sa mạc Sonoran thuộc Đông Nam Califonia, ở Nam Nevada, Tây Arizona. Nó cũng là loài bản địa ở Mexico, Yucca thường mọc ở những dốc sa mạc đá và miền sa mạc Creosote. Chúng chịu đựng được sự nung nóng của mặt trời và không cần nước. Cây Yucca là loài cây có hoa và có thể cao đến 5 m.
(http://www.nps.gov/jotr/naturescience/yucca_schidigera.htm)
Hình 2.2: Yucca schidigera
2.4.1.3 Đặc điểm sinh học
Môi trường sống của chúng là trên sườn núi sa mạc đá giữa độ cao 300- 1.200 m và có thể lên đến 2.500 m. Chúng là loài phát triển mạnh trong điều kiện ánh nắng mặt trời đầy đủ và nền đất thoát nước tốt. Nó cũng không cần nước vào mùa hè và có quan hệ gần gũi với loài Yucca baccata.
2.4.1.4 Thành phần dinh dưỡng
Trong cây Yucca có hợp chất saponin rất đặc biệt, saponin khi thủy phân cho glycon (gốc đường, bao gồm glucose, arabinose, xylose và axít glucoronic) và aglycon (gốc sapogenin, bao gồm saponin trung tính và saponin acid) (Sapa et al, 2009).
Hợp chất saponin đang có trên thị trường hiện nay chủ yếu lấy từ cây Yucca (Yucca schidigera). Để thu hoạch saponin của cây Yucca, người ta đem thân cây ngâm nước hoặc sấy khô. Nếu làm theo kỹ thuật sấy khô thì thân cây sau khi sấy đem nghiền thành bột, đó là bột saponin yucca. Nếu làm theo kỹ thuật ngâm nước thì thân cây sau khi ngâm nước được ép lấy dịch, đó là “dịch chiết yucca” (thực chất là dịch ép bằng cơ giới chứ không phải là dịch chiết bằng dung môi).
Bột hay dịch chiết của cây Yucca không phải chỉ có saponin mà còn có những hóa thực vật khác, đó là oligosaccharide, phenol, stilbene, resveratrol có
vai trò là các chất chống oxy hóa (resveratrol cũng rất giàu trong nho và là một chất chống oxy hóa mạnh, rất tốt đối với việc ngăn ngừa các bệnh tim mạch và ung thư) (Vũ Duy Giảng, 2010).
2.4.1.5 Lợi ích của cây Yucca
Người dân châu Mỹ bản địa dùng sợi lấy từ lá cây Yucca là dây thừng, giày và quần áo. Hoa và quả cây Yucca có thể ăn được và hạt đen của cây Yucca có thể nghiền để lấy tinh bột. Người ta còn dùng rễ của cây Yucca để làm xà phòng gội đầu trị gàu và rụng tóc. Trong chăn nuôi gia súc, chất chiết từ cây Yucca được dùng khử mùi và giảm ammonia trong không khí cũng như trong chất thải của động vật. Một số nghiên cứu cho thấy chất chiết từ cây Yucca được bổ sung trong thức ăn có thể làm giảm hàm lượng ammonia và urê trong máu của động vật. Chất chiết từ cây Yucca còn được dùng làm thuốc trị bệnh cho một số động vật, đặc biệt là các bệnh do protozoa (nguyên sinh động vật) gây ra. Hoạt chất saponin trong chiết xuất Yucca có thể diệt một cách hiệu quả loài protozoa giardia lamblia gây bệnh tiêu chảy ở người và động vật. Hoạt chất saponin còn được dùng để trị một số bệnh trên ngựa như bệnh viêm khớp do nhiễm Naegleria (một giống thuộc nhóm trùng biến hình), bệnh viêm não và tủy sống do nhiễm Sarcosystis neurona. Hiện nay hoạt chất saponin chiết từ cây Yucca schidigera đã được sản xuất đại trà và thương mại hóa.
(http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Yucca_schidigera_14.jpg)
2.4.1.6 Cơ chế tác động
Phân tử saponin có hai thành phần chính, steroid trung tâm tan trong dầu và một hoặc nhiều carbohydrate mạch nhánh tan trong nước. Hai thành phần này tạo nên đặc tính của một chất tẩy thiên nhiên, hoạt chất bề mặt (surfactant) chiết xuất từ thân cây Yucca có tác dụng kết hợp với ammonia, làm giảm ammonia tự do. Khi thức ăn đi qua dạ dày, ammonia sẽ bị giữ lại bởi chất chiết xuất Yucca có trong thức ăn. Chúng cũng có thể kết hợp với ammonia khi ở ngoài cơ thể động vật. Chất chiết xuất Yucca ở dạng nước có khả năng kết hợp với các phân tử ammonia và chuyển đổi chúng sang dạng hợp chất nitrogen không độc khác. Cơ chế làm giảm ammonia của chất chiết xuất Yucca thì chưa được hiểu rõ nhưng có nhiều nghiên cứu cho rằng có liên quan đến thành phần carbohydrate có trong mạch nhánh của phân tử saponin. Ngoài ra, các hợp chất stilben (C14H12) có nhiều trong vỏ cây Yucca cũng có liên quan đến khả năng hấp thụ ammonia.
Saponin còn có khả năng diệt protozoa trong ống tiêu hóa của động vật. Cơ chế tác động đến protozoa là saponin kết hợp với cholesterol hoặc sterol của màng tế bào làm cho màng tế bào của protozoa bị phá hủy. Một số nghiên cứu cũng cho thấy saponin có khả năng ức chế có chọn lọc một số vi khuẩn gram dương.
2.4.1.7 Yucca saponin
Saponin là các chất tẩy rửa tự nhiên hình thành nên các đám bọt ổn định có thành phần là sapogenin (gốc ưa mỡ) kết hợp với một hoặc nhiều chuỗi bên carbonhydrate ưa nước. Bởi vậy, các phân tử saponin nguyên vẹn là một chất hoạt động bề mặt có khả năng tan tốt trong dung môi nước và chất béo. Nhiều năm qua người ta đã tìm ra rằng saponin tạo với cholesterol các phức chất không tan. Gốc kỵ nước của saponin (aglycone hoặc sapogenins) kết hợp với gốc sterol kị nước của cholesterol (liên kết ưa mỡ) trong một tổng hợp micelles chồng chéo.
Sự tương tác giữa saponin, cholesterol và các sterols khác là nguyên nhân cho rất nhiều tác dụng sinh học của chúng, cụ thể là các hoạt động của chúng diễn ra ở màng tế bào. Việc dùng saponin hàng ngày giúp giảm lượng cholesterol trong máu đã được chỉ ra từ 45 năm trước. Tác dụng này là kết quả của sự liên kết saponin và cholesterol bài tiết ra trong mật, nhờ vậy mà ngăn cản được sự tái tạo cholesterol ở ruột và gan. Saponins tác động vào khả năng hấp thu của các tế bào ruột bằng cách tạo ra các phức chất với cholesterol ở màng các tế bào niêm mạc. Hơn thế nữa, saponins còn có tác dụng tiêu diệt các trùng đơn bào nhờ vào khả năng phức hợp với cholesterol ở màng của
trùng đơn bào gây tổn hại đến màng và ly giải các đơn bào này (http://yuccatd.com.vn).
Các bệnh gây ra do các trùng đơn bào mà một phần vòng đời của chúng xảy ra ở đường tiêu hóa chịu sự tác động của hoạt động diệt trùng của saponin. Ví dụ, saponin có trong chiết xuất Yucca có hiệu quả mạnh tương đương với thuốc metronidazole khi dùng để diệt khuẩn Giardia lamblia ở ruột. Cây Yucca chứa khoảng 10% steroidal saponin ở phần khô của thân cây, điều này khiến yucca trở thành một trong những sản phẩm thương mại giàu saponin nhất thế giới. Phần axit đã bị thủy phân ở yucca chứa cả furostanol và spirostanol aglycones, bao gồm sarsapogenin, markogenin, smilagenin, samogenin, gitogenin và neogitogenin. Các chất này được tìm thấy ở cây dưới dạng hỗn hợp glucosides đa thành phần, có thể là monodesmosides với một chuỗi đường được gắn ở vị trí 3-O- hoặc bidesmosides với hai chuỗi đường được gắn ở vị trí 3-O- và 26-O-. Tanaka và các đồng nghiệp của ông đã tìm ra 13 loại saponins có cấu trúc khác nhau, tuy nhiên chúng đều là monodesmosides với tên gọi theo thứ tự từ YS-I đến YS-XIII. Trong một nghiên cứu khác của Oleszek và các đồng sự, tám loại saponins riêng biệt đã được tách thành công, trong đó có 5 loại spirostanol đã biết và 3 câu trúc furostanol mới. Mặc dù vậy, monodesmosides vẫn chiếm tới 93% trên tổng lượng saponins có trong cây yucca. (http://yuccatd.com.vn)
2.4.2 Các ứng dụng của cây Yucca schidigera trong chăn nuôi
Với các hóa chất thực vật có trong cây, đặc biệt là saponin, bột hay dịch chiết của cây Yucca đã được dùng làm phụ gia thức ăn chăn nuôi với các vai trò: kiểm soát ammonia và mùi hôi của chất thải, điều chỉnh sự lên men dạ cỏ, kháng protozoa, tương tác giữa saponin với cholesterol, hoạt tính bề mặt và chức năng của ruột, nâng cao đáp ứng miễn dịch, cải thiện năng suất sinh sản, hạn chế tỷ lệ đẻ non.
2.4.2.1 Vai trò kiểm soát ammonia và mùi hôi
Khoảng 30% nitơ trong khẩu phần ăn được con vật sử dụng để sinh tổng hợp protein tạo sản phẩm động vật, phần còn lại được thải ra phân và nước tiểu. Nitơ trong nước tiểu dưới dạng ure được enzyme urease của vi khuẩn có trong tự nhiên phân giải thành ammonia và khí carbonic. Khí ammonia tích tụ lại trong chuồng làm sức khỏe của vật nuôi bị suy giảm.
Trên heo người ta đã thấy mức dung nạp tối đa ammonia là 25 ppm, nếu hàm lượng ammonia tăng gấp đôi mức dung nạp tối đa (50 ppm) thì lợn dễ bị viêm phổi do mất năng lực tiêu diệt vi khuẩn đường phổi và giảm tăng trưởng,
nếu tăng gấp 4 lần (100 ppm) thì lợn giảm ăn, giảm tăng trưởng (giảm đến 32%).
Chiết chất saponin của Yucca bổ sung vào thức ăn cho gà hay heo đã thấy giảm được ammonia và mùi hôi của chất thải trong chuồng nuôi. Có 2 cơ chế giải thích cho việc giảm ammonia, một là chiết chất của cây Yucca có tác dụng đến chức năng của thận, làm tăng tốc độ phân giải loại bỏ ure, dẫn đến giảm thấp hàm lượng ure và ammonia trong máu, thứ hai là do stilbene có trong Yucca đã có tác dụng ức chế hoạt tính urease, hạn chế sự phân giải ure thành ammonia (Kong, 1998).
Cho chó và mèo ăn chiết chất Yucca cũng thấy giảm được mùi hôi ở phân, các nhà khoa học cho rằng đã có sự kết dính trực tiếp giữa các thành phần gây mùi của phân với một vài thành phần của chiết chất Yucca. Giải thích này dựa trên thử nghiệm đưa chiết chất Yucca vào một dung dịch chứa các hợp chất như dimethyl disulfide, dimethyl sulfide, indol và skatol đã thấy mùi hôi giảm theo đánh giá mùi của người
2.4.2.2 Vai trò điều chỉnh sự lên men dạ cỏ
Saponin có khả năng kháng protozoa, cơ chế này được thực hiện do sự kết hợp của saponin với cholesterol trên màng protozoa, làm cho màng bị phá hủy, bị ly giải và tế bào protozoa bị chết. Protozoa trong dạ cỏ ăn vi khuẩn để sử dụng nguồn nitơ của vi khuẩn (một protozoa trong mỗi giờ có thể ăn 600- 700 vi khuẩn) và phân giải protein vi khuẩn cho ra ammonia. Nhờ saponin, protozoa bị tiêu diệt, khả năng ăn vi khuẩn giảm và từ đó cũng giảm được khả năng phân giải protein, giảm hàm lượng ammonia hình thành trong dạ cỏ (Marka et al, 1998; Wang et al, 1998).
Vai trò chống bệnh của protozoa của saponin đã được chứng minh đối với bệnh giardiasis, một bệnh đường ruột phổ biến của người và động vật trên khắp thế giới gây ra bởi Giardia lamblia. Bệnh lây qua đường thức ăn, nước uống, triệu chứng điển hình của bệnh là tiêu chảy cấp hoặc mãn và giảm hấp thu, dẫn đến mệt mỏi, gầy yếu, giảm khảnăng lao động. Saponin yucca đã thấy có tác dụng tiêu diệt hiệu quả Giardia tropozoite trong đường ruột (McAllister et al., 1998)
Saponin yucca cũng đã thấy có hiệu quả rõ rệt trong việc khống chế bệnh myeloencephalitis ở ngựa (bệnh được viết tắt là EPM: Equine Protozoal Myeloencephalin). Bệnh này xẩy ra phổ biến khắp cả Bắc Mỹ và rất dễ làm cho ngựa chết. Loài protozoa gây bệnh phân lập được có tên là Sarcocystis neuroma, nha bào của loài này dây nhiễm trong thức ăn và đồng cỏ. Khi thức ăn chứa nha bào vào ruột, nha bào hình thành sporozoite, sporozoite đi vào
niêm mạc ruột, ở đây chúng sinh sản vô tính hình thành merozoite rồi thâm nhập vào các mô của hệ thần kinh trung ương, gây rối lọan chức năng thần kinh và làm cho con vật bị chết.
Cơ chế khống chế bệnh EPM của saponin yucca là một mặt tiêu diệt sporozoite trong ruột mặt khác kich thích hệ miễn dịch của ngựa trong việc nâng cao năng lực chống lại protozoa thâm nhập vào các mô của cơ thể.
2.4.2.3 Vai trò chống bệnh protozoa của saponin
Vai trò chống bệnh của protozoa của saponin đã được chứng minh đối với bệnh giardiasis, một bệnh đường ruột phổ biến của người và động vật trên khắp thế giới gây ra bởi Giardia lamblia. Bệnh lây qua đường thức ăn, nước uống, triệu chứng điển hình của bệnh là tiêu chảy cấp hoặc mãn tính và giảm hấp thu, dẫn đến mệt mỏi, gầy yếu, giảm khả năng lao động. Saponin yucca đã thấy có tác dụng tiêu diệt hiệu quả giardia tropozoite trong đường ruột (McAllister et al, 1998).
2.4.2.4 Saponin và hệ thống miễn dịch
Saponin thì đặc biệt hiệu quả khi là tá dược của vaccine antiprotozoa, tá dược saponin trong vaccine này tạo cho vaccine có khả năng tấn công protozoa ở cả hai phía, cả trong trong đường ruột lẫn trong đường máu.
Ngoài ra, saponin cũng được chứng minh là có khả năng tăng sự phân chia của tế bào miễn dịch, kích thích sự sản sinh cytokine, nhờ đó hoạt hóa được lympho B sản sinh kháng thể.
2.4.2.5 Tiêu hóa mỡ
Saponin có ảnh hưởng tích cực đến sự tiêu hóa và hấp thu lipid bằng cách nhũ hóa mỡ và tạo micelle giúp niêm mạc ruột hấp thu dễ dàng hơn (Vũ Duy Giảng, 2010).
2.5 Giới thiệu về probiotics 2.5.1 Khái niệm Probiotics 2.5.1 Khái niệm Probiotics
Từ chế phẩm sinh học probiotics có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp bao gồm hài từ “pro” có nghĩa là “dành cho” và “biosis” có nghĩa là sự sống. Probiotics là những vi khuẩn hoặc nấm men khi được đưa vào cơ thể sẽ có nhiều tác động tích cực không chỉ với hệ tiêu hóa. Các Vi sinh vật sống được cho vào thức ăn, ảnh hưởng tốt đến ký chủ nhờ cải thiện sự cân bằng vi sinh vật đường ruột (Fuller, 1989). Tác dụng của probiotics trong hệ tiêu hóa ngăn chặn khả năng bám dính của tác nhân gây bệnh và giảm lượng chất độc của chúng trên biểu mô ruột.
Lợi khuẩn Probiotics bao gồm lợi khuẩn thuộc nhóm các vi khuẩn sống và những vi sinh vật sống, chủ yếu đây là vi khuẩn, tương tự các vi sinh vật có lợi tự nhiên được tìm thấy trong ruột. Chúng còn được gọi là "vi khuẩn thân thiện" hay "vi khuẩn có lợi" (vi khuẩn có lợi cho con người), những vi khuẩn này được bổ sung vào chế độ ăn nhằm cân bằng hệ vi khuẩn đường ruột để cải thiện sức khỏe. Đây là những vi sinh vật còn sống khi đưa vào cơ thể một lượng đầy đủ sẽ có lợi cho sức khỏe của ký chủ. Chúng có thể được thêm vào sản phẩm lên men sữa, góp một phần trong việc hình thành sản phẩm lên men, hoặc được bổ sung dưới dạng bột đông khô.
Năm 1992, Havenaar đã mỡ rộng định nghĩa về probiotics: là sự nuôi cấy riêng lẽ hay hỗn hợp vi sinh vật sống mà có ảnh hưởng có lợi cho sinh vật chủ bằng cách cải thiện những đăc tính của vi sinh vật sản địa. Các tế bào vi sinh vật trong được cho vào thức ăn với mục tiêu cải thiện sức khỏe (Tannock, 1997). Kerkove (1979), Barrows và Deam (1985), Lestradet (1995) cùng cho rằng probiotics được sử dụng như một liệu pháp trong việc chữa trị bệnh tiêu chảy hay như là cách phòng bệnh ở người và động vật để giảm đến mức tổi thiểu sự phát tán của vi sinh vật đường ruột, sự kháng lại liệu pháp sinh học và sự di căn của chứng viêm dạ dày ruột.
2.5.2 Vài trò của probotics
Một loại probiotics có hiệu quả là phải có khả năng tồn tại và hoạt động trong một môi trường đa dạng dưới nhiều hình thức khác nhau. Theo Fuller (1989) thì nó cần phải có những khả năng như sau: (1) là một sản phẩm sống ở qui mô kỹ nghệ; (2) không mang mầm bệnh và độc tố; (3) tạo ra tác dụng có lợi trên vật chủ; (4) có khả năng tồn tại và phát triển trong môi trường ruột của vật chủ; (5) duy trì ổn định và tồn tại lâu dài để được sử dụng sau này trong điều kiện lưu trữ và điều kiện ngoài hiện trường.
Tác động kháng khuẩn
Giảm số lượng vi khuẩn để ngăn chặn các mầm bệnh cụ thể là: Tiết ra các chất kháng khuẩn: Vi khuẩn Probiotic tạo ra các chất đa dạng có thể ức chế cả khuẩn Gram (+) và Gram (-), gồm có các acid hữu cơ, hydrogen peroxide và chất diệt khuẩn. Những hợp chất này có thể làm giảm không chỉ những sinh vật mang mầm bệnh có thể sống được mà còn ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của vi khuẩn và sự tạo ra các độc tố. Điều này được thực hiện