Probiotik, prebiotik, dan zat fitogenik untuk mengoptimalkan kesehatan usus unggas – Bagian 2

Gambar 1. Mekanisme kerja probiotik terhadap keberadaan patogen di tingkat usus.

Higgins et al. melaporkan bahwa probiotik mengurangi diare idiopatik di kandang pemeliharaan kalkun komersial berdasarkan uji coba eksperimental dan komersial yang dipublikasikan. Selain itu, campuran probiotik terbukti meningkatkan hasil dan mengurangi biaya produksi dalam eksperimen komersial berskala besar. 

• Kalkun yang diobati dengan probiotik menunjukkan variasi dalam ekspresi gen yang terkait dengan kompleks faktor nuklir kappa B (NF–B), menurut penelitian mikroarray terkini.
• Temuan ini menunjukkan bahwa kultur probiotik tertentu terkadang dapat menjadi alternatif yang menarik untuk terapi antibiotik tradisional.

Kebutuhan probiotik jangka panjang

Probiotik komersial yang tahan lama, hemat biaya, dan tahan terhadap proses pelleting yang panas sangat dibutuhkan untuk meningkatkan kepatuhan dan penggunaan yang lebih luas.

Beberapa produk probiotik mengandung pembentuk spora bakteri, biasanya dari genus Bacillus. Beberapa (tetapi tidak semua) telah terbukti dapat mencegah masalah gastrointestinal tertentu.

• Keragaman spesies yang digunakan dan berbagai kegunaannya sangat mencengangkan.
• Media ini menunjukkan manfaat bahwa beberapa isolat spora Bacillus merupakan spora yang paling tahan panas yang diketahui dan karenanya dapat juga digunakan dalam keadaan panas yang intens.

Oleh karena itu, spora strain Bacillus tertentu telah digunakan sebagai mikroorganisme pemakan langsung (direct feeding microorganisms / DFM) yang andal dalam produksi ternak karena kemampuannya untuk bertahan terhadap kondisi lingkungan yang buruk dan periode penyimpanan yang lama.

Meningkatkan efisiensi amplifikasi dan sporulasi

Uji coba lapangan menunjukkan bahwa isolat spora Bacillus subtilis efektif sebagai probiotik komersial berbasis bakteri asam laktat dalam mengurangi Salmonella spp. Penelitian lebih lanjut dapat mengungkap isolat atau kombinasi isolat yang lebih ampuh.

Beberapa isolat Bacillus lingkungan ini telah diuji secara in vitro untuk aktivitas antibiotik, stabilitas panas, dan pertumbuhan populasi.

• Meningkatkan efisiensi amplifikasi dan sporulasi sangat penting untuk mendapatkan persetujuan industri atas probiotik berbasis makanan untuk intervensi ante mortem patogen bawaan makanan.
• Peningkatan pertumbuhan vegetatif dan laju sporulasi dapat menghasilkan efisiensi baru untuk amplifikasi komersial dan penciptaan produk hemat biaya dengan jumlah spora yang sangat tinggi.

Konsentrasi NSP yang tinggi

Peningkatan viskositas digesta dan waktu pemasukan pakan yang lebih lama disebabkan oleh konsentrasi tinggi polisakarida nonpati (non-starch polysaccharides / NSP) yang larut dalam pakan unggas mempengaruhi populasi bakteri usus.

• Oleh karena itu, karbohidrat eksogen (xilanase, glukanase, mananase, galaktosidase, dan pektinase) digunakan sebagai aditif pakan dalam upaya mengurangi dampak negatif dari faktor antinutrisi ini.

Mikroorganisme pemakan langsung

Bacillus-DFM juga terbukti dapat mencegah gangguan saluran pencernaan dan memberikan berbagai manfaat nutrisi bagi hewan dan manusia. Studi in vitro dan in vivo telah menunjukkan bahwa 90% spora B. subtilis berkecambah di berbagai segmen GIT dalam waktu 60 menit dengan adanya pakan.

• Selain itu, dengan menggunakan berbagai ransum unggas in vitro (ransum berdasarkan gandum hitam, gandum, jelai, dan oat).
• Di mana penyertaan kandidat Bacillus-DFM terpilih yang menghasilkan serangkaian enzim ekstraseluler yang berbeda.
• Hal ini mengakibatkan pengurangan signifikan pada viskositas digesta dan proliferasi Clostridium antara diet kontrol dan diet suplemen Bacillus-DFM.

Menariknya, suplementasi dengan DFM berbasis Bacillus terbukti meningkatkan kinerja pertumbuhan, viskositas digesta, translokasi bakteri, komposisi mikrobiota, dan mineralisasi tulang pada broiler dan kalkun yang diberi makan ransum berbasis gandum hitam. 

Perbedaan ini mungkin disebabkan oleh jumlah substrat yang lebih rendah yang tersedia untuk pertumbuhan bakteri, yang mengakibatkan lebih sedikit peradangan usus dan translokasi bakteri ketika viskositas usus dikurangi dengan memasukkan kandidat DFM, yang menyiratkan bahwa kelompok yang diberi suplemen menyerap lebih banyak nutrisi di batas sikat usus.

Peningkatan kinerja yang signifikan yang diamati pada kalkun dan broiler yang diberi pakan yang disuplementasi dengan Bacillus-DFM dibandingkan dengan kelompok kontrol yang tidak diberi suplemen menunjukkan bahwa:

Produksi enzim dari kombinasi strain-strain Bacillus spp yang digunakan sebagai DFM bisa:

• Meningkatkan absorpsi nutrisi;
• Mendukung performa pertumbuhan dan tingkat konversi pakan yang lebih efisien;
• Selain itu, juga memperbaiki integritas usus.

DFM juga terbukti secara signifikan mengurangi keparahan infeksi Salmonella enterica subspesies enterica serotipe Enteritidis eksperimental dan aflatoksikosis.

• Dalam satu penelitian, translokasi bakteri, viskositas usus, komposisi mikrobiota, dan mineralisasi tulang pada broiler terbukti dipengaruhi oleh penggunaan energi gandum hitam. Namun, Bacillus-DFM membalikkan efek negatif dari diet NSP tinggi pada unggas.
• Selain itu, kinerja ayam pedaging dan ayam kampung meningkat dengan dimasukkannya DFM dalam ransum rendah lemak, yang dikaitkan dengan kecernaan energi yang lebih tinggi sebagaimana diukur dengan energi metabolisme nyata dan nitrogen terkoreksi.

PREBIOTIK

Prebiotik adalah konsep yang relatif baru, yang muncul dari gagasan bahwa unsur makanan yang tidak dapat dicerna (misalnya, oligosakarida yang tidak dapat dicerna) difermentasi secara selektif oleh bakteri yang diketahui bermanfaat bagi fungsi usus.

• Proliferasi bakteri asam laktat endogen dan bifidobacteria dalam usus telah terbukti bermanfaat bagi kesehatan inang.
• Prebiotik dapat membantu bifidobacteria dan lactobacilli berkembang biak di usus, sehingga meningkatkan keseimbangan mikroba inang.
• Prebiotik, tidak seperti probiotik, mempromosikan bakteri usus yang telah beradaptasi dengan lingkungan saluran pencernaan.
• Mikrobiota usus yang sehat dapat meningkatkan penyerapan, metabolisme protein, metabolisme energi, pencernaan serat, dan pematangan usus pada tikus yang resisten terhadap leptin.
• Prebiotik juga telah terbukti meningkatkan pertahanan inang dan mengurangi kematian yang disebabkan patogen pada ayam.

Pengurangan patogen

• Kemampuan prebiotik untuk meningkatkan jumlah LAB dalam usus dapat membantu dalam competitive exclusion patogen dari saluran pencernaan ayam.
• Sementara itu, peningkatan keasaman usus yang disebabkan oleh prebiotik juga dapat membantu mengurangi infeksi di usus ayam.
• Prebiotik juga terbukti meningkatkan respons imun pada ayam, sehingga mempercepat penyembuhan infeksi.

Misalnya, prebiotik dapat berinteraksi secara langsung dengan sel imun usus atau berinteraksi secara tidak langsung dengan sel imun melalui kolonisasi bakteri menguntungkan dan metabolit mikroba pilihan.

Prebiotik dapat berfungsi sama seperti probiotik untuk mendukung kesehatan usus pada ayam. Prebiotik yang paling umum digunakan pada unggas adalah: 

• Inulin;
• Fruktooligosakarida (FOS);
• Mananooligosakarida (MOS);
• Galaktooligosakarida (GOS);
• Oligosakarida kedelai (SOS);
• Xilooligosakarida (XOS);
• Pirodekstrin;
• Isomaltooligosakarida (IMO); dan
• Laktulosa.

• Penelitian tentang prebiotik pada unggas telah dilakukan sejak tahun 1990, menghasilkan banyak sekali penelitian. Prebiotik dalam pakan broiler terbukti dapat meningkatkan kadar lactobacillus.
• Beberapa penelitian tentang efek mikroba dari suplementasi prebiotik menemukan peningkatan bifidobacteria dan penurunan clostridia. Dalam penelitian lain, Salmonella dan coliform berkurang.
• Penggunaan prebiotik juga terbukti dapat meningkatkan tinggi vili usus pada ransum broiler, tergantung pada morfologi usus. Sementara itu, proses detoksifikasi dan eliminasi ditingkatkan oleh populasi bakteri baik yang sehat di saluran pencernaan.
• Prebiotik juga terbukti dapat meningkatkan kualitas cangkang dan tulang, meningkatkan pemanfaatan mineral, dan meningkatkan kinerja pada ayam petelur.

Manfaat penggunaan prebiotik

Prebiotik yang sering digunakan adalah Aspergillus oryze, yang dipasarkan sebagai Aspergillus meal (AM). AM mengandung 16% protein dan 44% serat dan dapat digunakan untuk meningkatkan kinerja dalam ransum unggas komersial dengan kadar protein rendah.

Miselium atau A. oryzae juga mengandung betaglucan, FOS, chitosan, dan MOS. Zat ini juga bermanfaat bagi ayam dengan meningkatkan pertumbuhan, kemungkinan besar meningkatkan penyerapan dan daya cerna bahan pakan. 

• Beta-glukan merupakan penguat kekebalan tubuh yang ampuh. Zat unik ini memengaruhi vili usus dan membantu tubuh melawan virus dan bakteri yang menyerang. 
• MOS mengikat situs aktif toksin dan melindungi saluran pencernaan dari serangan. 
• FOS dan chitosan merupakan karbohidrat yang tidak dapat dicerna yang mudah difermentasi oleh flora usus.

Aspergillus meal (AM) ransum terbukti mengubah morfometri usus pada anak kalkun. Ransum ini meningkatkan jumlah sel musin asam, sel musin netral, dan sel sulfomusin di duodenum dan ileum. 

Selain tinggi dan luas permukaan vili di duodenum dan ileum anak kalkun yang baru menetas dibandingkan dengan kontrol.

• Studi lain menemukan bahwa pemberian prebiotik MA kepada anak kalkun selama 30 hari meningkatkan berat badan dan memperbaiki konversi pakan dibandingkan dengan pemberian ransum kontrol dasar. 
• Menariknya, anak ayam yang diberi prebiotik MA dalam ransum memiliki kandungan protein dan energi yang lebih rendah di ileum daripada anak ayam kontrol, yang menunjukkan peningkatan pencernaan dan penyerapan nutrisi tersebut.
• Fruktooligosakarida (FOS) telah terbukti meningkatkan penyerapan kalsium dan magnesium di usus, serta konsentrasi mineral tulang. 
• Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa probiotik dapat mengurangi kolonisasi Salmonella pada ayam.

Terakhir, chitosan adalah biopolimer alami yang dibuat melalui deasetilasi chitin, komponen utama dinding sel jamur dan rangka luar artropoda. Seperti disebutkan di atas, chitosan memiliki beberapa manfaat, termasuk sifat antimikroba dan antioksidan.

Selain itu, chitosan telah menunjukkan aplikasi yang menjanjikan di bidang pertanian, hortikultura, ilmu lingkungan, industri, mikrobiologi, dan kedokteran. Selain itu, banyak penelitian telah menggunakan chitosan sebagai adjuvan mukosa, yang meningkatkan kadar IgA.

• Dalam studi lain, kemanjuran 0,2% AM dalam ransum terhadap penularan horizontal Salmonella spp. dievaluasi pada kalkun dan ayam. Studi ini menemukan bahwa pemberian 0,2% AM pada kalkun dan broiler mengurangi penularan horizontal Salmonella Enteritidis dan Typhimurium dengan mengurangi tingkat kolonisasi secara keseluruhan. 
• Pengurangan kolonisasi Salmonella dapat dikaitkan dengan efek sinergis beta-glukosan, MOS, kitosan, dan FOS yang ditemukan dalam miselium Aspergillus oryzae.
• Yalçın et al. melaporkan bahwa dinding sel ragi yang berasal dari ragi roti merupakan aditif pakan prebiotik yang efektif untuk broiler karena peningkatan kinerja pertumbuhan, peningkatan respons imun humoral, dan pengurangan lemak perut. 
• Dalam penelitian lain yang dilakukan pada ayam petelur, Yalçın et al. menyimpulkan bahwa dinding sel ragi memiliki efek menguntungkan dalam produksi telur rendah kolesterol dan peningkatan respons imun humoral.

Gambar 2. Peranan dari simbiotik dalam fisiologi pencernaan.

SIMBOTIK

Ketika kombinasi prebiotik dan probiotik digunakan, keduanya disebut sinbiotik dan memiliki kemampuan untuk lebih meningkatkan viabilitas probiotik. Probiotik, prebiotik, dan sinbiotik kini digunakan secara luas di seluruh dunia. Di bagian berikutnya, kami membahas peran sinbiotik dalam fisiologi pencernaan dan produksi unggas. 

Peran simbiotik dalam produksi unggas 

Segera setelah menetas, ayam harus beralih dari energi endogen – lipid dalam kuning telur – ke energi dari ransum kaya karbohidrat eksogen. Selama periode penting ini, ukuran dan morfologi usus berubah secara dramatis. Perubahan pada membran sel epitel mengubah antarmuka mekanis antara lingkungan internal inang dan isi lumen.

Studi tentang nutrisi dan metabolisme pertumbuhan awal pada anak ayam dapat membantu mengoptimalkan manajemen nutrisi untuk pertumbuhan yang optimal. 

• Produk akhir yang dicerna oleh mikroorganisme usus simbiotik dapat mengubah tidak hanya dinamika usus, tetapi juga berbagai sistem fisiologis. 
• Berbagai peran sinbiotik dalam fisiologi pencernaan dirangkum dalam Gambar 2.

ADITIF FITOGENIK UNTUK PANGAN YANG SEIMBANG

• Aditif pakan fitogenik (PFA) diklasifikasikan sebagai senyawa perasa dan sensoris menurut peraturan Uni Eropa (EC 1831/2003).
• PFA telah disarankan untuk meningkatkan kinerja pertumbuhan, daya cerna nutrisi, dan kesehatan usus pada unggas.
• Saat ini, PFA digunakan dalam program pemberian pakan unggas dan babi. Jumlah Lactobacillus spp dalam sekum meningkat ketika bubuk akar ginseng merah sebanyak 75 mg/kg ditambahkan sebagai suplemen. 

Beberapa produk komersial berbahan dasar herbal seperti:

Zat-zat fitogenik ini dipromosikan, karena profil keamanan dan kualitasnya, untuk meningkatkan kinerja dan kesehatan hewan, melalui efek-efek berikut: 

• Peningkatan daya cerna;
• Aktivitas antimikroba; 
• Efek anti-inflamasi dan antioksidan;
• Stabilisasi mikrobiota usus;
• Peningkatan karakteristik hewan; dan
• Pengurangan emisi lingkungan.

Selain efek farmakologis, penelitian terbaru menunjukkan bahwa zat fitogenik memodulasi mikrobiota usus, yaitu meningkatkan Firmicutes, Clostridiales, Ruminococcaceae, dan Lachnospiraceae.

Tabel 1. Efek ransum pada komposisi mikrobiom

Berbagai faktor dapat memodulasi mikrobiota usus yang menyebabkan efek positif atau negatif pada inang. Efek ransum pada komposisi mikrobiom ditunjukkan pada Tabel 1. Pemberian antibiotik pada anak ayam umur sehari secara negatif memodulasi mikrobiota usus dan berdampak buruk pada perkembangan sistem kekebalan tubuh. 

• Ditemukan juga bahwa mengubah ransum dari jagung menjadi gandum dan jelai menyebabkan peningkatan Lactobacillus dan coliform. Polisakarida nonpati yang larut dalam air meningkatkan viskositas isi pencernaan dan produksi SCFA, yang secara menguntungkan mengatur motilitas ileum.

KESIMPULAN

• Untuk mencegah kondisi multifaktorial yang terkait dengan stres kronis, banyak studi telah menunjukkan bahwa produk-produk alternatif, seperti probiotik, mikroba yang ditargetkan, prebiotik, dan fitokimia, dapat membantu meningkatkan keseimbangan mikroba usus, metabolisme, dan integritas usus.
• Bahan tambahan pakan ini telah terbukti memiliki karakteristik anti-inflamasi, antioksidan, imunomodulatori, dan peningkatan integritas penghalang.
• Untuk memenuhi tujuan kesehatan dan produktivitas mereka, produsen unggas yang telah menghilangkan antibiotik dari sistem produksi mereka dapat menggunakan kombinasi produk-produk alternatif bersama dengan metode manajemen yang lebih baik, biosekuriti yang ketat, dan program imunisasi yang efektif.

PDF