Công thức pha chế thức ăn gia cầm đã đạt độ chính xác cao, tuy nhiên sự khác biệt về hiệu suất của gia cầm vẫn tồn tại mặc dù thành phần dinh dưỡng giống hệt nhau. Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy những sự khác biệt này không chỉ được giải thích bởi thành phần dinh dưỡng mà còn bởi cấu trúc thức ăn, đặc biệt là sự phân bố kích thước hạt.
Bài báo này nghiên cứu cách nghiền, trộn, xử lý và ép viên định hình cấu trúc thức ăn và từ đó ảnh hưởng đến sinh lý tiêu hóa, sức khỏe đường ruột, khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng và hành vi ăn uống ở gia cầm. Bài báo đặc biệt chú trọng đến phân bố kích thước hạt – không chỉ giá trị trung bình mà còn cả đặc điểm tổng thể – và vai trò của nó trong tính đồng nhất, sự phân tách thức ăn và chức năng tiêu hóa.
Bài viết thảo luận về ảnh hưởng của quá trình ép viên đến kích thước hạt, cùng với sự cần thiết của các phương pháp đo lường phù hợp trong thức ăn chăn nuôi thành phẩm. Cuối cùng, bài viết đề xuất một cách tiếp cận tích hợp hơn, trong đó kích thước hạt được định nghĩa, đo lường và quản lý như một thông số dinh dưỡng. Các công cụ mới nổi để giám sát thời gian thực và kiểm soát quy trình được nhấn mạnh là những yếu tố then chốt giúp thúc đẩy sự chuyển đổi này.
Tóm lại, kích thước hạt không nên được xem là sản phẩm phụ của quá trình nghiền, mà là một đặc tính chức năng của thức ăn chăn nuôi cần phải phù hợp với mục tiêu dinh dưỡng.
MỘT CÔNG THỨC, HAI KẾT QUẢ
Hai nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi có thể cùng sản xuất một loại thức ăn cho gà thịt trên lý thuyết, sử dụng thành phần nguyên liệu giống hệt nhau và đáp ứng cùng các tiêu chuẩn dinh dưỡng và năng lượng. Tuy nhiên, trong điều kiện thương mại, hiệu suất của gà có thể khác nhau đáng kể. Gà được nuôi từ nhà máy này có thể tăng trưởng nhanh hơn, chuyển hóa thức ăn hiệu quả hơn và phát triển hệ tiêu hóa tốt hơn so với gà được nuôi từ nhà máy kia. Sự khác biệt không nằm ở công thức mà nằm ở mức độ chế biến thức ăn và cấu trúc vật lý của thức ăn thành phẩm.
Dinh dưỡng gia cầm hiện đại được xây dựng dựa trên sự chính xác. Các chuyên gia dinh dưỡng xây dựng công thức khẩu phần ăn đáp ứng nhu cầu sinh học với độ chính xác ngày càng cao, trong khi các kỹ sư công nghệ thức ăn chăn nuôi thiết kế các quy trình để đảm bảo năng suất, hiệu quả và chất lượng viên thức ăn. Cả hai lĩnh vực đều theo đuổi cùng một mục tiêu: cung cấp chất dinh dưỡng cho vật nuôi một cách hiệu quả nhất. Tuy nhiên, giữa giai đoạn xây dựng công thức và cho ăn, một sự biến đổi quan trọng xảy ra. Trong quá trình nghiền, trộn, xử lý và ép viên, thức ăn không chỉ được chế biến mà còn được định hình lại cấu trúc.
Quá trình chuyển hóa này chi phối cách chim tiếp cận, tiêu hóa và sử dụng chất dinh dưỡng. Nó định hình cách thức thức ăn được cảm nhận, lựa chọn, giữ lại và phân giải trong đường tiêu hóa. Cấu trúc thức ăn, đặc biệt là sự phân bố kích thước hạt, do đó nổi lên như mắt xích còn thiếu giữa những gì được pha chế và những gì được thể hiện về mặt sinh học.
Mặc dù có tầm quan trọng, mối liên hệ này vẫn chưa được tích hợp đầy đủ vào cả công thức dinh dưỡng và thực tiễn sản xuất thức ăn chăn nuôi. Kích thước hạt vẫn thường được coi là một thông số thứ yếu, bị thu hẹp lại thành các cài đặt thiết bị hoặc một giá trị phân tích duy nhất. Bài báo này nghiên cứu cách giảm kích thước hạt và quá trình chế biến thức ăn chăn nuôi định hình cả kết quả công nghệ và phản ứng sinh học, đồng thời lập luận ủng hộ một cách tiếp cận tích hợp hơn, trong đó kích thước hạt được coi là một thông số chức năng của dinh dưỡng.
Nguồn: Mai.Chayakorn | Shutterstock
ĐỊNH NGHĨA KÍCH THƯỚC HẠT THỨC ĂN
Trên thực tế, kích thước hạt thức ăn (PS) thường được đơn giản hóa thành một con số duy nhất: đường kính trung bình, thường được biểu thị là D50. Mặc dù hữu ích, sự đơn giản hóa này che giấu một thực tế phức tạp hơn nhiều. Kích thước hạt không phải là một điểm duy nhất, mà là một sự phân bố. Hai loại thức ăn có cùng D50 có thể có tác động rất khác nhau trong cơ thể vật nuôi nếu một loại chứa tỷ lệ hạt mịn cao và loại kia có sự phân bố rộng hơn bao gồm cả các hạt thô.
Do đó, để hiểu kích thước hạt, cần phải vượt ra ngoài một giá trị duy nhất và xem xét toàn bộ phân bố kích thước hạt, bao gồm hình dạng, các giá trị cực đoan và tính nhất quán của nó theo thời gian. Việc mô tả đặc điểm của phân bố này đòi hỏi một bộ sàng tiêu chuẩn. Một bộ sàng bao gồm các kích thước 100, 200, 500, 800, 1000, 1600, 2000 và 3150 µm cung cấp một khuôn khổ thực tiễn để mô tả độ hạt của nguyên liệu đầu vào. Ngoài D50, độ lệch chuẩn hình học (GSD), phản ánh độ phân tán, cùng với tỷ lệ của mỗi phân đoạn hạt, là những yếu tố mô tả thiết yếu về cấu trúc nguyên liệu đầu vào.
Từ góc độ quy trình chế biến, đặc tính của nguyên liệu thô quyết định kích thước hạt ban đầu. Quá trình nghiền sau đó sẽ làm giảm kích thước các hạt này xuống nhỏ hơn, do đó kích thước hạt cuối cùng được xác định bởi chính quá trình nghiền. Tùy thuộc vào thiết kế nhà máy, các thành phần có thể được nghiền cùng nhau sau khi định lượng (nghiền sau) hoặc riêng lẻ trước khi trộn (nghiền trước), phương pháp sau mang lại sự linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh phân bố kích thước hạt phù hợp với mục tiêu dinh dưỡng.
Kích thước hạt chủ yếu được định hình bởi công nghệ nghiền và điều kiện vận hành. Máy nghiền búa thường tạo ra phân bố kích thước hạt rộng hơn với tỷ lệ hạt mịn cao hơn, trong khi máy nghiền trục lăn tạo ra các hạt đồng đều hơn với ít hạt mịn hơn. Bên cạnh việc lựa chọn thiết bị, kích thước sàng, tốc độ đầu trục, năng suất, năng lượng đầu vào cụ thể và độ mài mòn của thiết bị đều ảnh hưởng đến phân bố kích thước hạt cuối cùng. Các đặc tính của nguyên liệu thô như độ cứng, độ ẩm, cấu trúc sợi và hàm lượng chất béo cũng góp phần vào quá trình nghiền và sự biến đổi kích thước hạt.
Việc nhắm đến giá trị D50 thấp hơn thường đòi hỏi năng lượng đầu vào cụ thể cao hơn và thường đi kèm với tỷ lệ hạt mịn cao hơn và độ phân tán lớn hơn trong phân bố kích thước hạt. Do đó, kích thước hạt không nên chỉ được xem xét thông qua giá trị trung bình của nó, mà phải thông qua sự cân bằng tổng thể giữa kích thước trung bình, độ rộng phân bố và hiệu quả của quá trình.
Do đó, kích thước hạt là một kết quả công nghệ có thể đo lường, truy vết và lặp lại được. Khi được xác định và giám sát đúng cách, nó trở thành một thuộc tính chất lượng thức ăn chăn nuôi thực sự, tương đương với độ bền của viên nén hoặc hàm lượng ẩm. Không chỉ là một sản phẩm phụ của quá trình nghiền, nó là một thông số có thể được nhắm mục tiêu, kiểm soát và tối ưu hóa một cách có chủ đích.
GÓC NHÌN CỦA ĐỘNG VẬT
Trong quá trình sản xuất thức ăn chăn nuôi, hầu hết các nguyên liệu, đặc biệt là ngũ cốc, đều được nghiền nhỏ trước khi trộn vào khẩu phần ăn cuối cùng. Việc nghiền nhỏ làm giảm kích thước hạt và thay đổi các đặc tính vật lý của nguyên liệu, cải thiện khả năng trộn lẫn và tính đồng nhất, giảm sự phân tách trong quá trình xử lý và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ép viên. Việc giảm kích thước hạt cũng được cho là làm tăng khả năng tiếp cận của các enzyme tiêu hóa với chất nền do diện tích bề mặt của các hạt thức ăn tăng lên. Tuy nhiên, các hạt quá mịn có thể ảnh hưởng xấu đến sự phát triển và chức năng của dạ dày trước, đặc biệt là dạ dày tuyến và mề, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sức khỏe đường ruột và sử dụng chất dinh dưỡng. Cho ăn các hạt thô hơn có liên quan đến sự phát triển dạ dày trước tốt hơn, tăng cường nhu động ruột và chức năng tiêu hóa tốt hơn, góp phần vào sức khỏe đường ruột tổng thể. Tuy nhiên, kết quả từ các nghiên cứu đánh giá tác động của kích thước hạt thức ăn đến sự phát triển đường tiêu hóa trên vẫn còn mâu thuẫn. Những sự khác biệt này phần lớn là do các yếu tố gây nhiễu, đặc biệt là dạng thức ăn (dạng bột nghiền so với dạng viên), có thể che giấu hoặc làm thay đổi các tác động sinh học của kích thước hạt.
Ảnh hưởng của kích thước hạt thức ăn đến sự phát triển của mề đã được ghi nhận rõ ràng. Mề có khả năng đáng kể trong việc nghiền nhỏ các hạt thức ăn thành kích thước tương đối đồng đều, bất kể kích thước hạt ban đầu. Nghiên cứu ban đầu của O'Dell và cộng sự (1959) đã chứng minh rằng những con chim được cho ăn chế độ ăn tinh khiết chủ yếu gồm các hạt mịn có dạ dày tuyến mở rộng và kích thước mề nhỏ hơn so với những con chim được cho ăn chế độ ăn có chứa các hạt thô hơn. Chế độ ăn gồm các hạt mịn cũng được chứng minh là đi qua đường tiêu hóa nhanh hơn (135 so với 165 phút). Ngoài ra, những con chim ăn chế độ ăn được nghiền mịn có lượng nước uống vào tăng lên, có thể để tạo điều kiện thuận lợi cho việc ăn thức ăn, dẫn đến diều bị phình to. Những quan sát này làm nổi bật hậu quả sinh lý của việc nghiền nhỏ hạt quá mức đối với chức năng của ruột trước.
Hetland và cộng sự (2002) đã chứng minh ở gà thịt rằng, bất kể cấu trúc thức ăn ban đầu như thế nào, phần lớn các hạt thức ăn tiêu hóa có đường kính nhỏ hơn 0,04 mm khi rời khỏi mề. Những phát hiện này nhấn mạnh vai trò quan trọng của mề trong việc điều chỉnh kích thước hạt trước khi thức ăn tiêu hóa đi vào ruột non. Trọng lượng mề ở gà thịt có tương quan thuận với kích thước hạt thức ăn khi khẩu phần ăn được cung cấp ở dạng bột nhuyễn. Gà thịt được cho ăn khẩu phần bột nhuyễn chứa các hạt xay thô có thời gian lưu giữ thức ăn tiêu hóa lâu hơn trong mề, dẫn đến sự phát triển mề được tăng cường. Hoạt động nghiền thức ăn tăng lên trong mề kích thích sự phì đại của cơ mề, đặc trưng bởi các sợi cơ có myelin phát triển tốt (Hình 1).
Hình 1 | Nguồn: Được điều chỉnh từ Abdollahi et al. 2019. J Anim Physiol Anim Nutr. 103:146–161.
Chức năng mề được tăng cường có liên quan đến việc tăng tiết enzyme tuyến tụy, một phần được trung gian bởi sự giải phóng cholecystokinin tăng cao (Svihus, 2014), cũng như cải thiện nhu động đường tiêu hóa. Mề phát triển tốt tạo ra các cơn co thắt nhu động ngược mạnh hơn, do đó tăng cường sự phân giải cơ học của thức ăn và thúc đẩy quá trình phân giải protein bởi pepsin, trypsin và các protease nội sinh khác trong ruột non. Gabriel et al. (2003) báo cáo rằng việc bổ sung các hạt thức ăn lớn hơn làm tăng hoạt động của pepsin trong dạ dày tuyến, củng cố vai trò của kích thước hạt thức ăn trong việc điều chỉnh hoạt động của enzyme tiêu hóa và hiệu quả tiêu hóa protein. Nhìn chung, những sự thích nghi sinh lý này góp phần vào quá trình tiêu hóa hiệu quả hơn và cải thiện việc sử dụng chất dinh dưỡng.
Dạ dày phát triển tốt cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hệ sinh thái vi sinh vật đường tiêu hóa bằng cách hoạt động như một rào cản sinh lý chống lại vi khuẩn gây bệnh xâm nhập vào phần cuối của đường tiêu hóa. Chức năng dạ dày được tăng cường có liên quan đến việc tăng tiết axit clohydric và độ pH thấp hơn trong đường tiêu hóa, tạo ra môi trường kháng khuẩn ức chế các mầm bệnh nhạy cảm với axit. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng gia cầm được cho ăn thức ăn dạng bột thô có số lượng vi khuẩn Lactobacillus spp. có lợi tăng lên trong manh tràng, trong khi thức ăn dạng bột mịn và dạng viên lại làm giảm số lượng vi khuẩn lactic. Việc tăng cường sử dụng các hạt thô cũng có liên quan đến số lượng Lactobacillus và Bifidobacterium cao hơn và giảm số lượng vi khuẩn gây bệnh hoặc cơ hội như Clostridium, Campylobacter và Bacteroides spp. Ngược lại, các hạt thức ăn xay mịn đi qua dạ dày nhanh hơn, hạn chế tiếp xúc với điều kiện axit và các enzyme phân giải protein. Sự xâm nhập của vật chất không tiêu hóa vào ruột non có thể thúc đẩy rối loạn hệ vi sinh vật và tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các mầm bệnh như Clostridium perfringens và Escherichia coli. Nhìn chung, những phát hiện này cho thấy kích thước hạt thức ăn ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật đường ruột thông qua hai cơ chế chính: tăng cường hoạt động kháng khuẩn nhờ chức năng của mề gà và thúc đẩy sự cạnh tranh loại trừ thông qua việc tăng cường sự xâm nhập của vi khuẩn cộng sinh.
Gia cầm rất nhạy cảm với kích thước hạt thức ăn và có thể phân biệt sự khác biệt về kết cấu thông qua các thụ thể cơ học ở mỏ từ khi còn nhỏ. Chim luôn thể hiện sự ưa thích đối với các hạt lớn hơn, và sự ưa thích này càng tăng lên khi chúng trưởng thành. Kích thước hạt thức ăn, cùng với mật độ dinh dưỡng trong khẩu phần ăn, là yếu tố quyết định chính đến lượng thức ăn tự nguyện tiêu thụ (FI), với nhiều nghiên cứu chứng minh rằng chỉ cần thay đổi kích thước hạt, mà không cần thay đổi thành phần khẩu phần ăn, cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến FI ở gia cầm. Hành vi lựa chọn thức ăn cũng cho thấy chim ưu tiên tiêu thụ các hạt thô, bỏ lại các hạt mịn, nhấn mạnh tầm quan trọng của kích thước hạt thức ăn như một yếu tố then chốt chi phối hành vi ăn uống và điều chỉnh lượng thức ăn tiêu thụ ở gia cầm.
Các nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của kích thước hạt thức ăn đến lượng thức ăn tiêu thụ (FI) ở gà thịt ăn thức ăn dạng bột nghiền đã cho kết quả không nhất quán, chủ yếu do ảnh hưởng của nhiều yếu tố gây nhiễu, bao gồm loại và giống ngũ cốc, độ cứng nội nhũ, đặc điểm kích thước hạt (kích thước trung bình, độ đồng nhất và phân bố), phương pháp nghiền và tuổi của gà. Amerah et al. (2007) báo cáo rằng gà thịt ăn thức ăn dạng bột nghiền thô (sàng 7 mm) tiêu thụ nhiều hơn khoảng 13% thức ăn so với gà ăn thức ăn nghiền vừa (sàng 3 mm), dẫn đến cải thiện đáng kể về tăng trọng và hiệu quả sử dụng thức ăn. Yasar (2003) đã chứng minh rằng tác động tiêu cực của polysaccharid không tinh bột hòa tan (NSP) trong khẩu phần ăn dựa trên lúa mì trở nên trầm trọng hơn do quá trình nghiền mịn. Giảm kích thước sàng từ 7,0 xuống 6,0, 5,0 và 4,0 mm làm tăng dần độ nhớt của dịch tiêu hóa ở hồi tràng (từ 7,3 đến 18,3 cP), điều này liên quan đến việc giảm lượng thức ăn tiêu thụ. Hiệu ứng này được cho là do sự hòa tan NSP tăng lên sau khi nghiền mịn, dẫn đến tốc độ tiêu hóa chậm hơn và hậu quả là làm giảm lượng thức ăn tiêu thụ. Nir et al. (1994) đã chứng minh rằng, bất kể loại ngũ cốc nào (ngô, lúa mì hoặc lúa miến), khẩu phần ăn dạng bột với kích thước hạt trung bình, tương ứng với GMD từ 966–1266 μm, đều mang lại lượng thức ăn tiêu thụ cao nhất và hiệu suất tăng trưởng tối ưu.
Tuy nhiên, khi thức ăn được ép thành viên hoặc vụn, sự khác biệt về kích thước hạt trước khi ép thường dẫn đến kết quả hiệu suất tương tự ở gà thịt. Sự hội tụ về hiệu suất này phần lớn là do quá trình ép viên, có xu hướng làm đồng nhất sự phân bố kích thước hạt, giảm thiểu hiệu quả sự khác biệt về cấu trúc do cường độ nghiền tạo ra (Abdollahi et al., 2011). Việc giảm kích thước hạt trong quá trình ép viên được cho là xảy ra vì các hạt lớn hơn bị vỡ ưu tiên dưới lực nén tạo ra bởi khe hở hẹp giữa các con lăn ép viên và khuôn, cũng như lực ma sát bên trong các rãnh của khuôn.
Điều đáng chú ý là cấu trúc vi mô tối ưu của thức ăn có thể thay đổi theo độ tuổi của gà. Trong giai đoạn khởi đầu, gà thịt được cho là có mề chưa phát triển hoàn toàn, điều này có thể hạn chế khả năng dung nạp các hạt thức ăn lớn so với các giai đoạn nuôi lớn sau này. Một số nghiên cứu đã báo cáo những tác động tiêu cực của việc bổ sung hàm lượng cao các hạt ngô xay thô vào khẩu phần ăn dạng bột cho gà non, một tác động thường được cho là do khả năng nghiền thức ăn hạn chế của mề chưa trưởng thành. Ngược lại, khi khẩu phần ăn được cung cấp ở dạng viên, ngay cả trong giai đoạn khởi đầu, gà thịt thể hiện khả năng dung nạp cao đối với các hạt thô. Những phát hiện này cho thấy quá trình ép viên làm giảm đáng kể các tác động tiêu cực của các hạt thô được quan sát thấy trong khẩu phần ăn dạng bột và cho phép bổ sung các loại ngũ cốc thô hơn ngay cả ở gà thịt non. Do đó, dựa trên các tài liệu hiện có, các phản ứng được quan sát thấy ở gà thịt được cho ăn khẩu phần dạng bột có kích thước hạt khác nhau không thể được ngoại suy trực tiếp sang khẩu phần ăn dạng viên hoặc dạng vụn, vì sự khác biệt về kích thước hạt được giảm thiểu đáng kể trong quá trình ép viên. Ở gà thịt được cho ăn thức ăn dạng viên hoặc dạng vụn, việc bổ sung ngũ cốc xay thô dường như không làm giảm lượng thức ăn tiêu thụ và trên thực tế, có thể cải thiện hiệu quả sử dụng thức ăn. Từ góc độ sản xuất thức ăn chăn nuôi, việc xay thô mang lại những lợi ích bổ sung, bao gồm tiết kiệm năng lượng đáng kể nhờ lỗ sàng máy xay rộng hơn và tăng năng suất máy xay.