SELECTION OF PROBIOTIC BACTERIA CAPABLE OF GABA PRODUCTION FOR THE APPLICATION AS FEED SUPPLEMENT IN LAYING HENS

Abstract

Laying hens are important economic animals of Thailand. Many feeds and growth promoting ingredients have been developed to enhance the efficiency of laying hens raising. Antibiotics are the growth promoting substances in laying hens that have been used for a long time. However, the use of antibiotics has been banned by the government and independent organizations, therefore many entrepreneurs have been seeking for alternative sources of the effective and acceptable growth promoting substances. Nowadays, probiotic becomes a popular alternative feed additive to replace the antibiotic use worldwide. addition, laying hens production in Thailand often face a heat stress problem due to high temperature environment, which causes a decrease of egg production. Many studies have found that supplementing GABA in feed reduces the effects of hen stress. Therefore, this research aimed to isolate and screen lactic acid bacteria from the chicken digestive tract with a potential in GABA production and exhibit the probiotic properties for further development as feed additive in laying hens The results showed that a total of 42 lactic acid bacteria isolates were collected from the digestive tract of laying hens. The preliminary study of probiotic properties found that isolate LH5 showed the most promising probiotic potential when tested under the simulated chicken gastrointestinal conditions. LH5 could grow at pH 2.0–3.5 and in the 1.0% (w/v) bile salt concentration. Its cell surface exhibited moderate hydrophobicity with a percentage of cell surface hydrophobicity (%CSH) value of 57. It was susceptible to penicillin, ampicillin, vancomycin, cefoxitin, chloramphenicol, clindamycin, ceftriaxone, ciprofloxacin, cephalothin and rifampicin, but resistant to gentamycin, erythromycin and nalidixic acid. Isolate LH5 inhibited the growth of the pathogenic bacteria Salmonella Typhi and did not exhibit hemolytic properties. It was identified as Enterococcus faecium with 100% similarity E. faecium LH5 was able to produce the highest GABA at 39.05 ± 0.003 mg/L at 12 hours of cultivation under the optimal conditions for cell mass production, i.e. 21.9 °C, 15.1 g/L and 2.9 g/L of glucose and monosodium glutamate supplementation, respectively. The biomass yields from laboratory-scale cultivation (700 ml medium volume) and in bioreactors (3.5 L medium volume) were not different. In the formulation of probiotic powder, rice bran was the selected encapsulating agent to prevent the damage of cell during freeze-drying process of probiotic powder. In addition, the survival of E. faecium LH5 cells in the probiotic powder was as high as 95.39 + 0.07 and 94.15 + 0.19% after 12 weeks of storage at 4 °C and room temperature (approximately 30 °C), respectively, and not significantly different (p>0.05) between the two temperature levels in each week. From all the experiments, it was indicated that E. faecium LH5 was an effective probiotic bacterium. Production of its biomass could be up scaled and formulated into powder form without the quality change. This product can be further developed into a feed supplement for laying hens and subsequently commercialized

ไก่ไข่เป็นหนึ่งในสัตว์เศษฐกิจที่สำคัญของประเทศไทย วัตถุดิบอาหารสัตว์และสารส่งเสริมการเจริญสำหรับสัตว์มากมายจึงถูกพัฒนาขึ้นเพื่อส่งเสริมประสิทธิภาพของการเลี้ยงไก่ไข่ดังกล่าว ซึ่งยาปฏิชีวนะเป็นสารส่งเสริมการเจริญในไก่ไข่ที่ถูกใช้มาอย่างยาวนาน แต่ปัจจุบันได้ถูกต่อต้านโดยองค์กรภาครัฐและองค์กรอิสระในสังคม ทำให้ผู้ประกอบการจำเป็นต้องแสวงหาสารส่งเสริมการเจริญแหล่งอื่นที่มีประสิทธิภาพและเป็นที่ยอมรับ ปัจจุบันโพรไบโอติกเป็นสารเติมแต่งอาหารสัตว์ทางเลือกที่ทั่วโลกนิยมใช้ทดแทนยาปฏิชีวนะ ประกอบกับการเลี้ยงไก่ไข่ของประเทศไทยมักพบปัญหาความเครียดของไก่อันเนื่องมาจากสภาวะอากาศร้อนซึ่งทำให้ผลผลิตไข่ไก่ลดลง ซึ่งมีรายงานวิจัยหลายชิ้นที่พบว่าการเสริมสารกาบ้าในอาหารสัตว์ช่วยลดผลกระทบจากความเครียดของไก่ได้ ดังนั้นงานวิจัยที่นำเสนอในครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อคัดแยกและคัดเลือกแบคทีเรียกรดแลคติกจากทางเดินอาหารไก่ที่มีศักยภาพผลิตสารกาบ้าและมีคุณสมบัติเป็นโพรไบโอติกสำหรับไก่ เพื่อพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์เสริมอาหารสำหรับไก่ไข่ต่อไป ผลการศึกษาพบว่าสามารถคัดแยกแบคทีเรียกรดแลคติกจากระบบทางเดินอาหารไก่ไข่ทั้งหมด 42 ไอโซเลต จากนั้นทดสอบคุณสมบัติโพรไบโอติกเบื้องต้นพบว่าไอโซเลต LH5 มีศักยภาพเป็นโพรไบโอติกได้ดีที่สุดเมื่อทดสอบภายใต้สภาวะจำลองของทางเดินอาหารไก่ โดยสามารถเจริญได้ที่ pH 2.0 – 3.5 และมีน้ำดีความเข้มข้นสูงร้อยละ 1.0 (w/v) พื้นผิวเซลล์แสดงคุณสมบัติความไม่ชอบน้ำระดับปานกลางโดยมีค่า %CSH เท่ากับร้อยละ 57 ไวต่อยาปฏิชีวนะชนิด penicillin, ampicillin, vancomycin, cefoxitin, chloramphenicol, clindamycin, ceftriaxone, ciprofloxacin, cephalothin and rifampicin แต่ต้านยาปฏิชีวนะชนิด gentamycin, erythromycin และ nalidixic acid และ ไอโซเลต LH5 สามารถยับยั้งการเจริญของแบคทีเรียก่อโรคชนิด Salmonella Typhi และไม่แสดงคุณสมบัติการสลายเม็ดเลือดแดง ได้รับการระบุชนิดเป็น Enterococcus faecium ด้วยค่า %similarity ร้อยละ 100 ทั้งนี้ E. faecium LH5 สามารถผลิตสารกาบ้าได้สุงที่สุดที่ 39.05 ± 0.003 มิลลิกรัมต่อลิตร ในชั่วโมงที่ 12 ของการเพาะเลี้ยงภายใต้สภาวะที่เหมาะสมต่อการเพาะเลี้ยงเพื่อผลิตมวลเซลล์ ได้แก่ อุณหภูมิ 21.9 องศาเซลเซียส การเสริมน้ำตาลกลูโคส 15.1 กรัมต่อลิตร และการเสริมโมโนโซเดียมกลูตาเมต 2.9 กรัมต่อลิตร ผลผลิตชีวมวลที่ได้จากการเพาะเลี้ยงระดับห้องปฏิบัติการ (ปริมาตรอาหาร 700 มิลลิลิตร) และในถังปฏิกรณ์ชีวภาพ (ปริมาตรอาหาร 3.5 ลิตร) ไม่แตกต่างกัน และในกระบวนการขึ้นรูปผงโพรไบโอติกนั้นพบว่ารำข้าวเป็นสารห่อหุ้มที่ถูกคัดเลือกนำมาใช้เพื่อป้องกันความเสียหายของเซลล์ระหว่างกระบวนการขึ้นรูปผงโพรไบโอติกด้วยเทคนิคการทำแห้งแบบเยือกแข็ง นอกจากนี้ เซลล์ของ E. faecium LH5 ในผงโพรไบโอติกมีการรอดชีวิตสูงถึงร้อยละ 95.39 + 0.07 และ 94.15 + 0.19 หลังการเก็บรักษา 12 สัปดาห์ ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียสและอุณหภูมิห้อง (ประมาณ 30 องศาเซลเซียส) ตามลำดับ และไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (p>0.05) ระหว่างอุณหภูมิทั้งสองระดับในแต่ละสัปดาห์ จากการทดลองทั้งหมด ชี้ให้เห็นว่า E. faecium LH5 มีคุณสมบัติการเป็นโพรไบโอติก สามารถเพิ่มกำลังขยายผลิตชีวมวล และขึ้นรูปเป็นผงที่เก็บรักษาได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงคุณภาพ ผลการวิจัยสามารถนำไปพัฒนาต่อยอดเป็นผลิตภัณฑ์อาหารเสริมในไก่ไข่ต่อไปและใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์