Axit hữu cơ và muối của chúng có 3 cơ chế tác ựộng chắnh: - Cơ chế kháng khuẩn;
- Cơ chế tiêu diệt vi khuẩn; - Tăng tiêu hóa dưỡng chất.
2.4.2.1. Cơ chế kháng khuẩn
Hoạt ựộng kháng khuẩn của axit hữu cơ và muối axit hữu cơ thông qua cơ chế làm giảm pH dịch vị, vi khuẩn có hại sẽ bị ức chế bởi pH của môi
Trường đại học Nông nghiệp Hà nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 24 trường chúng sống không thắch hợp với khoảng pH tối ưu cho sự phát triển của chúng.
Trong ựường ruột của gà có nhiều loại vi khuẩn khác nhau bao gồm cả vi khuẩn có lợi, vi khuẩn không có lợi cũng không có hại và vi khuẩn có hại. Các vi khuẩn có lợi là các vi khuẩn mà khi ở trong ựường tiêu hóa chúng kắch thắch quá trình tiêu hóa, tham gia trực tiếp vào quá trình tiêu hóa thức ăn (vi khuẩn phân giải thức ăn), hoặc có tác dụng ức chế và tiêu diệt vi khuẩn có hại. Nhóm vi khuẩn có lợi thường là những vi khuẩn lên men lactic như:
Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus,Ầ Tuy nhiên, các vi khuẩn có lợi cũng mang tắnh chất tương ựối, một vi khuẩn ở trong thời ựiểm này là có lợi nhưng ở một thời ựiểm khác lại là có hại. Các vi khuẩn có hại bao gồm các loại vi khuẩn có khả gây bệnh như: vi khuẩn nhiệt thán, liên cầu khuẩn, phế cầu khuẩn,ẦChúng xâm nhập vào cơ thể con vật thông qua nhiều con ựường khác nhau như: thức ăn, nước uống, không khắ, thuốc thú y, dụng cụ chăn nuôi. Khi vào cơ thể chúng phát triển lấn át các lợi khuẩn và gây bệnh cho cơ thể con vật. Trong ựiều kiện bình thường, số lượng các nhóm vi khuẩn này ựược duy trì ở trạng thái cân bằng (eubiosis); do ựó, con vật khỏe mạnh, sinh trưởng và phát triển tốt. Tuy nhiên, do một nguyên nhân nào ựó như thức ăn chưa ựược xử lý kỹ nên bị nhiễm khuẩnẦ làm cho số lượng vi khuẩn của một hoặc vài nhóm tăng lên, phá vỡ trạng thái cân bằng (dysbiosis), con vật sẽ có biểu hiện rối loạn tiêu hóa và mắc bệnh.
Các vi khuẩn có lợi thường sống trong môi trường có pH thấp hơn vi khuẩn gây bệnh; vắ dụ pH thắch hợp của nhóm lên men lactic là 2 - 3, còn pH cho vi khuẩn bệnh E.coli là ≥ 4; Samonella là 3,5; Cl. perfringen là ≥ 6. Như vậy, bổ sung axit hữu cơ ựể ựưa pH dịch tiêu hóa xuống < 3,5 thì sẽ ức chế những vi khuẩn bệnh và tạo ựiều kiện cho vi khuẩn có ắch hoạt ựộng.
Trường đại học Nông nghiệp Hà nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 25
Bảng 2.1. Khoảng pH thắch hợp cho sự phát triển của các vi khuẩn có hại thường gặp
Vi khuẩn Khoảng pH thắch hợp cho sự phát triển
E.coli 6,0 - 8,0
Salomonella 6,0 - 7,5
Streptococcus sp. 6,0 - 7,5
Staphylococcus sp. 6,8 - 7,5
Clostridium sp. 6,0 - 7,5
Hình 2.1. Sơ ựồ hoạt ựộng của vi khuẩn ở các mức pH khác nhau
(Vũ Duy Giảng, 2008)
Những thay ựổi pH của môi trường bên ngoài sẽ làm hư hại lớp lipopolysaccharide của màng vi khuẩn, ựồng thời cũng làm vô hoạt những enzyme thiết yếu ở bề mặt tế bào. Thông thường, môi trường có pH càng thấp thì hoạt ựộng kháng khuẩn càng mạnh. đặc tắnh này gắn liền với khả năng phân ly của các axit hữu cơ, ựược biểu thị bằng chỉ số pKa. Chỉ số pKa ựược xác ựịnh là ựộ pH mà ở ựó có sự cân bằng giữa thể phân ly và không phân ly của từng axit.
Trường đại học Nông nghiệp Hà nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 26
Bảng 2.2. Hệ số phân ly của các axit hữu cơ Axit hữu cơ Hệ số phân ly (Loh P)
Citric -1,64 Lactic -0,72 Formic -0,54 Acetic -0,17 Propionic 0,33 Fumaric 0,46 Benzoic 1,87
Các axit hữu cơ ở dạng phân ly thì có tắnh ưa béo và có thể khuếch tán qua màng vi sinh vật ựể ựi vào bên trong màng tế bào của chúng. độ pH của môi trường bên trong tế bào vi sinh vật cao, làm cho axit phân ly và phá vỡ chức năng sinh học của vi sinh vật. Ảnh hưởng này có thể tác ựộng mạnh ở một số loài vi sinh vật, nhưng có thể có tác ựộng yếu ở một số loại vi sinh vật khác (Partenan, 2001)
Dạng không phân ly của axit hữu cơ có thể xuyên qua màng ựể vào bên trong của tế bào vi khuẩn. Chúng phân cắt màng thành dạng lipit 2 lớp, phân tử axit hữu cơ không phân ly sẽ làm rối loạn hoạt ựộng của protein và enzym màng tế bào. Khi nồng ựộ pH ựạt ựến ựiểm thắch hợp, sự phát triển của tế bào sẽ bị ức chế. Các axit hữu cơ có sự phân ly cao như axit benzoic (Loh P = 1,87) và axit fumic (Loh P = 0,46 ) có tắnh axit lớn sẽ có ựộ thâm nhập và tắch tụ ở bên trong màng lipit cao hơn.
Môi trường trung tắnh bên trong tế bào vi khuẩn sẽ làm cho phân tử axit hữu cơ phân ly thành ion H+và anion. Khi pH bị giảm nhanh, tế bào phải sử dụng liên tục tới cạn kiệt năng lượng của mình ựể ựẩy ion H+ ra ngoài nhằm cân bằng pH. Protein bị biến dạng ở môi trường pH thấp dẫn tới việc vô hoạt các hoạt ựộng của các enzyme. Hơn nữa, anion axit sẽ phá hủy và gây rối hoạt
Trường đại học Nông nghiệp Hà nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 27 ựộng của ADN và sự tổng hợp protein, làm chết tế bào vi khuẩn. Thêm vào ựó, sự khác nhau về cấu trúc của các anion ựưa ựến sự khác nhau trong hoạt ựộng kháng khuẩn của các axit hữu cơ có chỉ số pKa tương ựương. Vắ dụ: axit sorbic (pKa = 4,8) có hoạt lực kháng khuẩn cao hơn axit propionic (pKa = 4,9). Như vậy, axit nào tan trong nước tốt thì khi vào bên trong tế bào sẽ hoạt ựộng hiệu quả hơn.
2.4.2.2. Cơ chế diệt khuẩn
Hình 2.2. Cơ chế tiêu diệt vi khuẩn bệnh của axit hữu cơ
(Vũ Duy Giảng, 2008) Cơ chế tiêu diệt vi khuẩn bệnh của axit hữu cơ bổ sung vào thức ăn ựược giải thắch như sau:
Axit ựi vào tế bào vi khuẩn có hại (vi khuẩn có lợi không nhạy cảm với pH, ở ựây pH = 7, axit phân ly cho ra H+ (RCOOH → RCOO- + H+), pH bên trong tế bào giảm, vi khuẩn phải sử dụng cơ chế bơm ATPase ựể ựẩy H+ ra khỏi tế bào do ựó vi khuẩn bị mất năng lượng. Mặt khác, pH giảm cũng ức chế quá trình ựường phân (glycolysis); vì vậy, tế bào vi khuẩn bị mất nguồn
Trường đại học Nông nghiệp Hà nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 28 cung cấp năng lượng. Khi phân ly trong tế bào, anion của axit không ra khỏi ựược tế bào, gây rối loạn thẩm thấu. Những nguyên nhân này làm cho vi khuẩn bị chết. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sự phân ly của axit hữu cơ lại phụ thuộc vào hằng số phân ly (pK) và pH của môi trường.
- pK càng cao thì ựộ phân ly càng lớn; vắ dụ, môi trường có pH như nhau thì axit acetic có ựộ phân ly cao hơn axit formic (pK của axit acetic là 4,76 và axit formic là 3,75).
- Axit hữu cơ phân ly ắt trong môi trường có pH thấp và phân ly nhiều trong môi trường có pH cao. Ống tiêu hóa của gà có pH khác nhau theo các vị trắ khác nhau. Ở dạ dày, pH thường thấp (2,5 - 3,5); do ựó, axit hữu cơ ở ựây không phân ly hoặc phân ly rất ắt nhưng ở ruột non pH thường cao (6,0 - 7,5) nên axit hữu cơ phân ly nhiều, thậm chắ phân ly hoàn toàn. Khi ựã phân ly thì axit không ựi vào ựược tế bào vi khuẩn và không còn có tác dụng diệt khuẩn nữa.
pH < 4, axit không phân ly và ựi ựược vào tế bào vi khuẩn. pH = 7, axit phân ly nên không ựi vào ựược tế bào vi khuẩn. Tắnh kháng khuẩn của các cation và anion của axắt hữu cơ và các muối của chúng là do sự phân ly của axắt sau khi thấm qua vách tế bào của vi khuẩn dẫn ựến làm giảm pH trong tế bào vi khuẩn, mặt khác các anion ựược tao ra từ các axắt hữu cơ (RCOO-) có thể phá vỡ quá trình tổng hợp DNA và protein vì vậy mà tế bào vi khuẩn không thể tái tạo hoặc tái tạo nhanh chóng ựược.
Hiệu quả sinh học của axắt hữu cơ trong diệt khuẩn là do làm giảm khả năng phát triển của vi khuẩn E.Coli và ựược xếp thứ tự như sau: propionic < formic < butyric < lactic < fumaric < benzoic.Hiệu quả diệt khuẩn của các axắt phụ thuộc vào pH hơn là nồng ựộ axắt. Ở cùng nồng ựộ axắt nhưng pH thấp sẽ cho kết quả diệt khuẩn tốt hơn.
Ngoài ra, các axit hữu cơ có tắnh diệt khuẩn chọn lọc. Chúng có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn có hại mà không làm ảnh hưởng ựến các lợi
Trường đại học Nông nghiệp Hà nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 29 khuẩn, ựiều này có thể ựược giải thắch như sau: các vi khuẩn có ắch là nhóm vi khuẩn không nhạy cảm với pH. Nhóm vi khuẩn này dung nạp ựược pH chênh lệch rộng giữa trong và ngoài tế bào vi khuẩn. Khi pH trong tế bào ựủ thấp, axit hữu cơ sẽ trở lại dạng không phân ly và ra khỏi tế bào vi khuẩn theo cùng một con ựường mà chúng ựi vào. Chắnh vì vậy, chúng không làm ảnh hưởng ựến các vi khuẩn có lợi nên các axit hữu cơ là một trong những chất cần thiết bổ sung thêm vào thức ăn chăn nuôi.
2.4.2.3. Tăng tiêu hóa dưỡng chất
Axit hữu cơ và muối của chúng hỗ trợ sự tiêu hóa và hấp thu các chất dinh dưỡng:
+ Axit hữu cơ làm chất khoáng vi lượng hoà tan tốt hơn do ựó giúp hấp thu tốt hơn.
+ Axit hữu cơ làm pH ruột non thấp hơn → tăng tiết hormone secretin → tụy tiết nhiều bicarbonate và axit mật → tiêu hoá lipit tốt hơn.
+ Axit butyric có tác dụng tăng sự tái tạo lớp tế bào niêm mạc ruột non, tăng chiều dài lông nhung ruột non, tăng bề mặt hấp thu.
độ pH thấp cần cho việc chuyển ựổi pesinogen thành pepsin - dạng hoạt ựộng của một loại enzyme tiêu hóa protein quan trọng nhất trong dạ dày. Ngoài ra, các nghiên cứu về pepsin cũng cho thấy là pepsin hoạt ựộng tốt nhất ở môi trường có ựộ pH thấp (1,5 - 2,5). Do ựó, trong một chừng mực nhất ựịnh, các axit ựược thêm vào thức ăn làm giảm ựộ pH dịch vị thì chúng cũng có thể tăng cường tiêu hóa protein và những dưỡng chất khác ở vật nuôi.
Theo Ravindran và Konergay (1993); Roth và Kirchgessner (1998), thêm axit hữu cơ vào thức ăn lợn cai sữa ựã thay ựổi hệ vi sinh vật ựường ruột cả về chất lượng và số lượng. Sự thay ựổi này ựược cho là bắt nguồn từ việc giảm nồng ựộ pH trong dạ dày. độ pH trong dịch dạ dày thấp có khả năng
Trường đại học Nông nghiệp Hà nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp 30 ngăn chặn các vi sinh vật không có lợi phát triển và tạo ựiều kiện thuận lợi cho việc tiêu hóa protein thức ăn (Koch, 2005)
Theo Chế Minh Tùng và Quách Tuyết Anh (2011b) bổ sung axit vào thức ăn ựã làm tăng tỷ lệ tiêu hóa vật chất khô (VCK) và protein thô. Kết quả tổng hợp cho thấy, việc bổ sung axit vào thức ăn làm tăng tỷ lệ tiêu hóa VCK và protein thô so với ựối chứng lần lượt là 0,82% và 1,33% (P < 0,001).
Hai tác giả Chế Minh Tùng và Quách Tuyết Anh, (2011b) cũng chỉ ra rằng có nhiều yếu tố tác ựộng ựến tiêu hóa dưỡng chất ựối với việc bổ sung axit hữu cơ vào thức ăn của lợn. Loại thức ăn, loại axit hữu cơ và tỷ lệ bổ sung axit hữu cơ ảnh hưởng ựáng kể ựến tiêu hóa VCK, trong khi tiêu hóa protein chỉ bị ảnh hưởng bởi loại axit hữu cơ. Sự biến ựộng về tiêu hóa dưỡng chất do các yếu tố này gây ra có thể giúp giải thắch một phần về sự biến ựộng lớn trong sinh trưởng của lợn ăn thức ăn có bổ sung axit hữu cơ. Bổ sung axit hữu cơ và muối của chúng vào thức ăn giúp cải thiện khả năng sinh trưởng của lợn ở các ựộ tuổi và ựiều kiện chăn nuôi khác nhau. Partanen và Mroz (1999) cho rằng bổ sung axit hữu cơ ựã cải thiện tỷ lệ tiêu hóa tổng số biểu kiến ở lợn cai sữa và vỗ béo.
Như vậy, lợi ắch của axit hữu cơ trong dinh dưỡng vật nuôi ựược thể hiện ở hiệu quả kháng khuẩn cả trên lĩnh vực thức ăn và hệ vi sinh vật ựường ruột. Nó làm giảm mầm bệnh trong thức ăn, từ ựó ắt kắch ứng miễn dịch hơn. Axit hữu cơ làm tăng ựộ axit hóa ựường ruột, từ ựó ức chế sự phát triển của mầm bệnh, nhằm giảm cạnh tranh dinh dưỡng với ký chủ, giảm lượng ựộc tố sinh ra, ựồng thời góp phần tắch cực gia tăng tiêu hóa thức ăn.