Artikel ini merupakan bagian dari tema penelitian “Penggunaan antimikroba, resistensi antimikroba, dan mikrobioma hewan ternak”. Lihat semua 13 artikel
Asam organik terus diminati sebagai aditif pakan ternak. Hingga saat ini, fokusnya adalah pada keamanan pangan, khususnya mengurangi kejadian patogen bawaan makanan pada unggas dan hewan lainnya. Beberapa asam organik saat ini sedang dipelajari atau sudah digunakan secara komersial. Di antara banyak asam organik yang telah banyak dipelajari, asam format adalah salah satunya. Asam format ditambahkan ke dalam pakan unggas untuk membatasi keberadaan Salmonella dan patogen bawaan makanan lainnya dalam pakan dan di saluran pencernaan setelah dikonsumsi. Seiring dengan meningkatnya pemahaman tentang kemanjuran dan dampak asam format pada inang dan patogen bawaan makanan, semakin jelas bahwa keberadaan asam format dapat memicu jalur spesifik pada Salmonella. Respons ini dapat menjadi lebih kompleks ketika asam format memasuki saluran pencernaan dan berinteraksi tidak hanya dengan Salmonella yang sudah mengkolonisasi saluran pencernaan tetapi juga dengan flora mikroba usus itu sendiri. Tinjauan ini akan mengkaji hasil terkini dan prospek penelitian lebih lanjut tentang mikrobioma unggas dan pakan yang diberi asam format.
Dalam produksi ternak dan unggas, tantangannya adalah mengembangkan strategi manajemen yang mengoptimalkan pertumbuhan dan produktivitas sekaligus membatasi risiko keamanan pangan. Secara historis, pemberian antibiotik pada konsentrasi subterapeutik telah meningkatkan kesehatan, kesejahteraan, dan produktivitas hewan (1–3). Dari perspektif mekanisme kerja, telah diusulkan bahwa antibiotik yang diberikan pada konsentrasi subinhibitor memediasi respons inang dengan memodulasi flora gastrointestinal (GI) dan, pada gilirannya, interaksinya dengan inang (3). Namun, kekhawatiran yang terus berlanjut tentang potensi penyebaran patogen bawaan makanan yang resisten terhadap antibiotik dan potensi hubungannya dengan infeksi resisten antibiotik pada manusia telah menyebabkan penarikan bertahap penggunaan antibiotik pada hewan ternak (4–8). Oleh karena itu, pengembangan aditif dan penambah pakan yang memenuhi setidaknya beberapa persyaratan ini (peningkatan kesehatan, kesejahteraan, dan produktivitas hewan) sangat menarik dari perspektif penelitian akademis dan pengembangan komersial (5, 9). Berbagai aditif pakan komersial telah memasuki pasar makanan hewan, termasuk probiotik, prebiotik, minyak esensial dan senyawa terkait dari berbagai sumber tanaman, dan bahan kimia seperti aldehida (10–14). Aditif pakan komersial lainnya yang umum digunakan pada unggas meliputi bakteriofag, seng oksida, enzim eksogen, produk eksklusi kompetitif, dan senyawa asam (15, 16).
Di antara aditif pakan kimia yang ada, aldehida dan asam organik secara historis merupakan senyawa yang paling banyak dipelajari dan digunakan (12, 17–21). Asam organik, khususnya asam lemak rantai pendek (SCFA), dikenal sebagai antagonis bakteri patogen. Asam organik ini digunakan sebagai aditif pakan tidak hanya untuk membatasi keberadaan patogen dalam matriks pakan tetapi juga untuk memberikan efek aktif pada fungsi gastrointestinal (17, 20–24). Selain itu, SCFA diproduksi melalui fermentasi oleh flora usus di saluran pencernaan dan dianggap memainkan peran mekanistik dalam kemampuan beberapa probiotik dan prebiotik untuk melawan patogen yang tertelan di saluran pencernaan (21, 23, 25).
Selama bertahun-tahun, berbagai asam lemak rantai pendek (SCFA) telah menarik banyak perhatian sebagai aditif pakan. Secara khusus, propionat, butirat, dan format telah menjadi subjek banyak penelitian dan aplikasi komersial (17, 20, 21, 23, 24, 26). Sementara penelitian awal berfokus pada pengendalian patogen bawaan makanan pada pakan hewan dan unggas, penelitian yang lebih baru telah menggeser fokusnya ke peningkatan keseluruhan kinerja hewan dan kesehatan saluran pencernaan (20, 21, 24). Asetat, propionat, dan butirat telah menarik banyak perhatian sebagai aditif pakan asam organik, di antaranya asam format juga merupakan kandidat yang menjanjikan (21, 23). Banyak perhatian telah difokuskan pada aspek keamanan pangan asam format, khususnya pengurangan kejadian patogen bawaan makanan pada pakan ternak. Namun, kemungkinan penggunaan lain juga sedang dipertimbangkan. Tujuan keseluruhan dari tinjauan ini adalah untuk meneliti sejarah dan status terkini asam format sebagai penambah pakan ternak (Gambar 1). Dalam penelitian ini, kita akan mengkaji mekanisme antibakteri asam format. Selain itu, kita akan meneliti lebih dekat pengaruhnya terhadap ternak dan unggas serta membahas metode-metode yang mungkin untuk meningkatkan efektivitasnya.
Gambar 1. Peta pikiran dari topik-topik yang dibahas dalam ulasan ini. Secara khusus, tujuan umum berikut difokuskan pada: mendeskripsikan sejarah dan status terkini asam format sebagai penambah pakan ternak, mekanisme antimikroba asam format dan dampak penggunaannya terhadap kesehatan hewan dan unggas, serta metode potensial untuk meningkatkan efektivitasnya.
Produksi pakan ternak dan unggas merupakan operasi kompleks yang melibatkan banyak tahapan, termasuk pengolahan fisik biji-bijian (misalnya, penggilingan untuk mengurangi ukuran partikel), pengolahan termal untuk pembuatan pelet, dan penambahan berbagai nutrisi ke dalam pakan tergantung pada kebutuhan nutrisi spesifik hewan (27). Mengingat kompleksitas ini, tidak mengherankan bahwa pengolahan pakan membuat biji-bijian terpapar berbagai faktor lingkungan sebelum mencapai pabrik pakan, selama penggilingan, dan selanjutnya selama transportasi dan pemberian pakan dalam ransum pakan campuran (9, 21, 28). Dengan demikian, selama bertahun-tahun, kelompok mikroorganisme yang sangat beragam telah diidentifikasi dalam pakan, termasuk tidak hanya bakteri tetapi juga bakteriofag, jamur, dan ragi (9, 21, 28–31). Beberapa kontaminan ini, seperti jamur tertentu, dapat menghasilkan mikotoksin yang menimbulkan risiko kesehatan bagi hewan (32–35).
Populasi bakteri dapat relatif beragam dan bergantung sampai batas tertentu pada metode yang digunakan untuk isolasi dan identifikasi mikroorganisme serta sumber sampel. Misalnya, profil komposisi mikroba dapat berbeda sebelum perlakuan panas yang terkait dengan pembuatan pelet (36). Meskipun metode kultur klasik dan metode pelat telah memberikan beberapa informasi, penerapan metode sekuensing generasi berikutnya (NGS) berbasis gen 16S rRNA baru-baru ini telah memberikan penilaian yang lebih komprehensif tentang komunitas mikrobioma pakan ternak (9). Ketika Solanki dkk. (37) memeriksa mikrobioma bakteri biji gandum yang disimpan selama beberapa waktu dengan adanya fosfin, fumigan pengendali serangga, mereka menemukan bahwa mikrobioma lebih beragam setelah panen dan setelah 3 bulan penyimpanan. Selanjutnya, Solanki dkk. (37) (37) menunjukkan bahwa Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes, dan Planctomyces adalah filum dominan dalam biji gandum, Bacillus, Erwinia, dan Pseudomonas adalah genus dominan, dan Enterobacteriaceae merupakan proporsi yang kecil. Berdasarkan perbandingan taksonomi, mereka menyimpulkan bahwa fumigasi fosfin secara signifikan mengubah populasi bakteri tetapi tidak mempengaruhi keanekaragaman jamur.
Solanki et al. (37) menunjukkan bahwa sumber pakan juga dapat mengandung patogen bawaan makanan yang dapat menyebabkan masalah kesehatan masyarakat berdasarkan deteksi Enterobacteriaceae dalam mikrobioma. Patogen bawaan makanan seperti Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7, dan Listeria monocytogenes telah dikaitkan dengan pakan ternak dan silase (9, 31, 38). Ketahanan patogen bawaan makanan lainnya dalam pakan ternak dan unggas saat ini belum diketahui. Ge et al. (39) meneliti lebih dari 200 bahan pakan ternak dan mengisolasi Salmonella, E. coli, dan Enterococci, tetapi tidak mendeteksi E. coli O157:H7 atau Campylobacter. Namun, matriks seperti pakan kering dapat berfungsi sebagai sumber E. coli patogenik. Dalam menelusuri sumber wabah Escherichia coli penghasil toksin Shiga (STEC) serogrup O121 dan O26 yang terkait dengan penyakit manusia pada tahun 2016, Crowe dkk. (40) menggunakan sekuensing genom lengkap untuk membandingkan isolat klinis dengan isolat yang diperoleh dari produk makanan. Berdasarkan perbandingan ini, mereka menyimpulkan bahwa kemungkinan sumbernya adalah tepung terigu mentah dengan kadar air rendah dari pabrik tepung. Kadar air rendah pada tepung terigu menunjukkan bahwa STEC juga dapat bertahan hidup dalam pakan ternak dengan kadar air rendah. Namun, seperti yang dicatat oleh Crowe dkk. (40), isolasi STEC dari sampel tepung sulit dan membutuhkan metode pemisahan imunomagnetik untuk mendapatkan jumlah sel bakteri yang cukup. Proses diagnostik serupa juga dapat mempersulit deteksi dan isolasi patogen bawaan makanan yang jarang ditemukan dalam pakan ternak. Kesulitan dalam deteksi mungkin juga disebabkan oleh persistensi patogen ini yang lama dalam matriks dengan kadar air rendah. Forghani dkk. (41) menunjukkan bahwa tepung terigu yang disimpan pada suhu ruang dan diinokulasi dengan campuran Escherichia coli enterohemoragik (EHEC) serogrup O45, O121, dan O145 dan Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis, dan S. Anatum) dapat diukur pada 84 dan 112 hari dan masih terdeteksi pada 24 dan 52 minggu.
Secara historis, Campylobacter tidak pernah diisolasi dari pakan hewan dan unggas dengan metode kultur tradisional (38, 39), meskipun Campylobacter dapat dengan mudah diisolasi dari saluran pencernaan unggas dan produk unggas (42, 43). Namun, pakan tetap memiliki keuntungannya sebagai sumber potensial. Misalnya, Alves et al. (44) menunjukkan bahwa inokulasi pakan ayam pedaging dengan C. jejuni dan penyimpanan pakan selanjutnya pada dua suhu berbeda selama 3 atau 5 hari menghasilkan pemulihan C. jejuni yang hidup dan, dalam beberapa kasus, bahkan perkembangbiakannya. Mereka menyimpulkan bahwa C. jejuni tentu dapat bertahan hidup dalam pakan unggas dan, oleh karena itu, dapat menjadi sumber infeksi potensial bagi ayam.
Kontaminasi Salmonella pada pakan ternak dan unggas telah mendapat banyak perhatian di masa lalu dan tetap menjadi fokus upaya berkelanjutan untuk mengembangkan metode deteksi yang secara khusus berlaku untuk pakan dan untuk menemukan langkah-langkah pengendalian yang lebih efektif (12, 26, 30, 45–53). Selama bertahun-tahun, banyak penelitian telah meneliti isolasi dan karakterisasi Salmonella di berbagai perusahaan pakan dan pabrik pakan (38, 39, 54–61). Secara keseluruhan, penelitian-penelitian ini menunjukkan bahwa Salmonella dapat diisolasi dari berbagai bahan pakan, sumber pakan, jenis pakan, dan operasi pembuatan pakan. Tingkat prevalensi dan serotipe Salmonella dominan yang diisolasi juga bervariasi. Misalnya, Li et al. (57) mengkonfirmasi keberadaan Salmonella spp. yang terdeteksi pada 12,5% dari 2058 sampel yang dikumpulkan dari pakan ternak lengkap, bahan pakan, makanan hewan peliharaan, camilan hewan peliharaan, dan suplemen hewan peliharaan selama periode pengumpulan data 2002 hingga 2009. Selain itu, serotipe yang paling umum terdeteksi pada 12,5% sampel Salmonella yang teruji positif adalah S. Senftenberg dan S. Montevideo (57). Dalam sebuah studi tentang makanan siap saji dan produk sampingan pakan ternak di Texas, Hsieh et al. (58) melaporkan bahwa prevalensi Salmonella tertinggi terdapat pada tepung ikan, diikuti oleh protein hewani, dengan S. Mbanka dan S. Montevideo sebagai serotipe yang paling umum. Pabrik pakan juga menghadirkan beberapa titik potensial kontaminasi pakan selama pencampuran dan penambahan bahan (9, 56, 61). Magossi et al. (61) mampu menunjukkan bahwa beberapa titik kontaminasi dapat terjadi selama produksi pakan di Amerika Serikat. Bahkan, Magossi et al. (61) menemukan setidaknya satu kultur Salmonella positif di 11 pabrik pakan (total 12 lokasi pengambilan sampel) di delapan negara bagian di Amerika Serikat. Mengingat potensi kontaminasi Salmonella selama penanganan pakan, transportasi, dan pemberian pakan harian, tidak mengherankan jika upaya signifikan sedang dilakukan untuk mengembangkan aditif pakan yang dapat mengurangi dan mempertahankan tingkat kontaminasi mikroba yang rendah sepanjang siklus produksi hewan.
Sedikit yang diketahui tentang mekanisme respons spesifik Salmonella terhadap asam format. Namun, Huang dkk. (62) menunjukkan bahwa asam format terdapat di usus kecil mamalia dan bahwa Salmonella spp. mampu memproduksi asam format. Huang dkk. (62) menggunakan serangkaian mutan delesi dari jalur-jalur kunci untuk mendeteksi ekspresi gen virulensi Salmonella dan menemukan bahwa format dapat bertindak sebagai sinyal yang dapat berdifusi untuk menginduksi Salmonella menginvasi sel epitel Hep-2. Baru-baru ini, Liu dkk. (63) mengisolasi transporter format, FocA, dari Salmonella typhimurium yang berfungsi sebagai saluran format spesifik pada pH 7,0 tetapi juga dapat berfungsi sebagai saluran ekspor pasif pada pH eksternal tinggi atau sebagai saluran impor ion format/hidrogen aktif sekunder pada pH rendah. Namun, penelitian ini hanya dilakukan pada satu serotipe S. Typhimurium. Pertanyaannya tetap apakah semua serotipe merespons asam format dengan mekanisme yang serupa. Ini tetap menjadi pertanyaan penelitian penting yang harus ditangani dalam studi masa depan. Terlepas dari hasilnya, tetap bijaksana untuk menggunakan beberapa serotipe Salmonella atau bahkan beberapa strain dari setiap serotipe dalam percobaan penyaringan ketika mengembangkan rekomendasi umum untuk penggunaan suplemen asam untuk mengurangi kadar Salmonella dalam pakan. Pendekatan yang lebih baru, seperti penggunaan pengkodean genetik untuk mengkode strain guna membedakan subkelompok yang berbeda dari serotipe yang sama (9, 64), menawarkan kesempatan untuk membedakan perbedaan yang lebih halus yang dapat memengaruhi kesimpulan dan interpretasi perbedaan.
Sifat kimia dan bentuk disosiasi format juga mungkin penting. Dalam serangkaian penelitian, Beyer dkk. (65–67) menunjukkan bahwa penghambatan Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni, dan Campylobacter coli berkorelasi dengan jumlah asam format yang terdisosiasi dan tidak bergantung pada pH atau asam format yang tidak terdisosiasi. Bentuk kimia format yang terpapar pada bakteri juga tampaknya penting. Kovanda dkk. (68) meneliti beberapa organisme Gram-negatif dan Gram-positif dan membandingkan konsentrasi penghambatan minimum (MIC) natrium format (500–25.000 mg/L) dan campuran natrium format dan format bebas (40/60 m/v; 10–10.000 mg/L). Berdasarkan nilai MIC, mereka menemukan bahwa natrium format hanya bersifat menghambat terhadap Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis, dan Streptococcus pneumoniae, tetapi tidak terhadap Escherichia coli, Salmonella typhimurium, atau Enterococcus faecalis. Sebaliknya, campuran natrium format dan natrium format bebas bersifat menghambat terhadap semua organisme, sehingga para penulis menyimpulkan bahwa asam format bebas memiliki sebagian besar sifat antimikroba. Akan menarik untuk meneliti rasio yang berbeda dari kedua bentuk kimia ini untuk menentukan apakah kisaran nilai MIC berkorelasi dengan kadar asam format yang ada dalam formula campuran dan respons terhadap asam format 100%.
Gomez-Garcia et al. (69) menguji kombinasi minyak esensial dan asam organik (seperti asam format) terhadap beberapa isolat Escherichia coli, Salmonella, dan Clostridium perfringens yang diperoleh dari babi. Mereka menguji kemanjuran enam asam organik, termasuk asam format, dan enam minyak esensial terhadap isolat babi, menggunakan formaldehida sebagai kontrol positif. Gomez-García et al. (69) menentukan MIC50, MBC50, dan MIC50/MBC50 asam format terhadap Escherichia coli (600 dan 2400 ppm, 4), Salmonella (600 dan 2400 ppm, 4), dan Clostridium perfringens (1200 dan 2400 ppm, 2), di mana asam format ditemukan lebih efektif daripada semua asam organik terhadap E. coli dan Salmonella. (69) Asam format efektif melawan Escherichia coli dan Salmonella karena ukuran molekulnya yang kecil dan rantainya yang panjang (70).
Beyer dkk. melakukan penyaringan strain Campylobacter yang diisolasi dari babi (66) dan strain Campylobacter jejuni yang diisolasi dari unggas (67) dan menunjukkan bahwa asam format berdisosiasi pada konsentrasi yang konsisten dengan respons MIC yang diukur untuk asam organik lainnya. Namun, potensi relatif asam-asam ini, termasuk asam format, telah dipertanyakan karena Campylobacter dapat menggunakan asam-asam ini sebagai substrat (66, 67). Pemanfaatan asam oleh C. jejuni tidak mengherankan karena telah terbukti memiliki metabolisme non-glikolitik. Dengan demikian, C. jejuni memiliki kapasitas terbatas untuk katabolisme karbohidrat dan bergantung pada glukoneogenesis dari asam amino dan asam organik untuk sebagian besar metabolisme energi dan aktivitas biosintetiknya (71, 72). Sebuah studi awal oleh Line dkk. (73) menggunakan susunan fenotipik yang mengandung 190 sumber karbon dan menunjukkan bahwa C. jejuni 11168(GS) dapat memanfaatkan asam organik sebagai sumber karbon, yang sebagian besar merupakan intermediat dari siklus asam trikarboksilat. Studi lebih lanjut oleh Wagli et al. (74) menggunakan susunan pemanfaatan karbon fenotipik menunjukkan bahwa strain C. jejuni dan E. coli yang diperiksa dalam penelitian mereka mampu tumbuh pada asam organik sebagai sumber karbon. Format adalah donor elektron utama untuk metabolisme energi pernapasan C. jejuni dan, oleh karena itu, merupakan sumber energi utama untuk C. jejuni (71, 75). C. jejuni mampu memanfaatkan format sebagai donor hidrogen melalui kompleks format dehidrogenase terikat membran yang mengoksidasi format menjadi karbon dioksida, proton, dan elektron dan berfungsi sebagai donor elektron untuk respirasi (72).
Asam format memiliki sejarah panjang penggunaan sebagai penambah pakan antimikroba, tetapi beberapa serangga juga dapat menghasilkan asam format untuk digunakan sebagai bahan kimia pertahanan antimikroba. Rossini dkk. (76) menyarankan bahwa asam format mungkin merupakan konstituen dari getah asam semut yang dijelaskan oleh Ray (77) hampir 350 tahun yang lalu. Sejak itu, pemahaman kita tentang produksi asam format pada semut dan serangga lainnya telah meningkat pesat, dan sekarang diketahui bahwa proses ini merupakan bagian dari sistem pertahanan racun yang kompleks pada serangga (78). Berbagai kelompok serangga, termasuk lebah tanpa sengat, semut runcing (Hymenoptera: Apidae), kumbang tanah (Galerita lecontei dan G. janus), semut tanpa sengat (Formicinae), dan beberapa larva ngengat (Lepidoptera: Myrmecophaga), diketahui menghasilkan asam format sebagai bahan kimia pertahanan (76, 78–82).
Semut mungkin merupakan organisme yang paling banyak dikarakterisasi karena mereka memiliki asidosit, yaitu lubang khusus yang memungkinkan mereka menyemprotkan racun yang sebagian besar terdiri dari asam format (82). Semut menggunakan serin sebagai prekursor dan menyimpan sejumlah besar format di kelenjar racun mereka, yang cukup terisolasi untuk melindungi semut inang dari sitotoksisitas format sampai disemprotkan (78, 83). Asam format yang mereka sekresikan dapat (1) berfungsi sebagai feromon alarm untuk menarik semut lain; (2) menjadi bahan kimia pertahanan terhadap pesaing dan predator; dan (3) bertindak sebagai agen antijamur dan antibakteri bila dikombinasikan dengan resin sebagai bagian dari bahan sarang (78, 82, 84–88). Asam format yang diproduksi oleh semut memiliki sifat antimikroba, menunjukkan bahwa asam format dapat digunakan sebagai aditif topikal. Hal ini ditunjukkan oleh Bruch dkk. (88), yang menambahkan asam format sintetis ke resin dan secara signifikan meningkatkan aktivitas antijamur. Bukti lebih lanjut tentang efektivitas asam format dan kegunaan biologisnya adalah bahwa semut raksasa, yang tidak mampu menghasilkan asam lambung, mengonsumsi semut yang mengandung asam format untuk menyediakan asam format pekat sebagai asam pencernaan alternatif (89).
Penggunaan praktis asam format dalam pertanian telah dipertimbangkan dan dipelajari selama bertahun-tahun. Secara khusus, asam format dapat digunakan sebagai aditif pada pakan ternak dan silase. Natrium format dalam bentuk padat dan cair dianggap aman untuk semua spesies hewan, konsumen, dan lingkungan (90). Berdasarkan penilaian mereka (90), konsentrasi maksimum 10.000 mg setara asam format/kg pakan dianggap aman untuk semua spesies hewan, sedangkan konsentrasi maksimum 12.000 mg setara asam format/kg pakan dianggap aman untuk babi. Penggunaan asam format sebagai penambah pakan ternak telah dipelajari selama bertahun-tahun. Asam format dianggap memiliki nilai komersial sebagai pengawet silase dan agen antimikroba dalam pakan ternak dan unggas.
Aditif kimia seperti asam selalu menjadi elemen integral dalam produksi silase dan manajemen pakan (91, 92). Borreani et al. (91) mencatat bahwa untuk mencapai produksi silase berkualitas tinggi yang optimal, perlu untuk mempertahankan kualitas hijauan sambil mempertahankan bahan kering sebanyak mungkin. Hasil dari optimasi tersebut adalah minimisasi kehilangan pada semua tahapan proses ensilase: dari kondisi aerobik awal di dalam silo hingga fermentasi selanjutnya, penyimpanan, dan pembukaan kembali silo untuk pemberian pakan. Metode spesifik untuk mengoptimalkan produksi silase lapangan dan fermentasi silase selanjutnya telah dibahas secara rinci di tempat lain (91, 93-95) dan tidak akan dibahas secara rinci di sini. Masalah utamanya adalah kerusakan oksidatif yang disebabkan oleh ragi dan jamur ketika oksigen hadir dalam silase (91, 92). Oleh karena itu, inokulan biologis dan aditif kimia telah diperkenalkan untuk mengatasi efek buruk dari pembusukan (91, 92). Pertimbangan lain untuk aditif silase meliputi pembatasan penyebaran patogen yang mungkin ada dalam silase (misalnya, E. coli patogenik, Listeria, dan Salmonella) serta jamur penghasil mikotoksin (96–98).
Mack et al. (92) membagi aditif asam menjadi dua kategori. Asam seperti asam propionat, asetat, sorbat, dan benzoat menjaga stabilitas aerobik silase ketika diberikan kepada ruminansia dengan membatasi pertumbuhan ragi dan jamur (92). Mack et al. (92) memisahkan asam format dari asam lainnya dan menganggapnya sebagai pengasam langsung yang menghambat klostridia dan mikroorganisme perusak sambil menjaga integritas protein silase. Dalam praktiknya, bentuk garamnya adalah bentuk kimia yang paling umum untuk menghindari sifat korosif asam dalam bentuk non-garam (91). Banyak kelompok penelitian juga telah mempelajari asam format sebagai aditif asam untuk silase. Asam format dikenal karena potensi pengasamannya yang cepat dan efek penghambatannya terhadap pertumbuhan mikroorganisme silase yang merugikan yang mengurangi kandungan protein dan karbohidrat larut air dalam silase (99). Oleh karena itu, He et al. (92) membandingkan asam format dengan aditif asam dalam silase. (100) menunjukkan bahwa asam format dapat menghambat Escherichia coli dan menurunkan pH silase. Kultur bakteri penghasil asam format dan asam laktat juga ditambahkan ke silase untuk merangsang pengasaman dan produksi asam organik (101). Bahkan, Cooley dkk. (101) menemukan bahwa ketika silase diasamkan dengan asam format 3% (w/v), produksi asam laktat dan asam format masing-masing melebihi 800 dan 1000 mg asam organik/100 g sampel. Mack dkk. (92) meninjau literatur penelitian aditif silase secara detail, termasuk studi yang diterbitkan sejak tahun 2000 yang berfokus pada dan/atau mencakup asam format dan asam lainnya. Oleh karena itu, tinjauan ini tidak akan membahas studi individual secara detail tetapi hanya akan meringkas beberapa poin penting mengenai efektivitas asam format sebagai aditif kimia silase. Baik asam format yang tidak di-buffer maupun yang di-buffer telah dipelajari dan dalam kebanyakan kasus Clostridium spp. Aktivitas relatifnya (penyerapan karbohidrat, protein, dan laktat serta ekskresi butirat) cenderung menurun, sementara produksi amonia dan butirat menurun dan retensi bahan kering meningkat (92). Terdapat keterbatasan pada kinerja asam format, namun penggunaannya sebagai aditif silase dalam kombinasi dengan asam lain tampaknya dapat mengatasi beberapa masalah ini (92).
Asam format dapat menghambat bakteri patogen yang menimbulkan risiko bagi kesehatan manusia. Misalnya, Pauly dan Tam (102) menginokulasi silo laboratorium kecil dengan L. monocytogenes yang mengandung tiga tingkat bahan kering yang berbeda (200, 430, dan 540 g/kg) rumput gandum dan kemudian ditambahkan asam format (3 ml/kg) atau bakteri asam laktat (8 × 105/g) dan enzim selulolitik. Mereka melaporkan bahwa kedua perlakuan tersebut mengurangi L. monocytogenes hingga tingkat yang tidak terdeteksi pada silase bahan kering rendah (200 g/kg). Namun, pada silase bahan kering sedang (430 g/kg), L. monocytogenes masih terdeteksi setelah 30 hari pada silase yang diberi asam format. Pengurangan L. monocytogenes tampaknya terkait dengan pH yang lebih rendah, asam laktat, dan asam tak terdisosiasi gabungan. Misalnya, Pauly dan Tam (102) mencatat bahwa kadar asam laktat dan asam tak terdisosiasi gabungan sangat penting, yang mungkin menjadi alasan mengapa tidak ada pengurangan L. monocytogenes yang diamati pada media yang diberi asam format dari silase dengan kandungan bahan kering yang lebih tinggi. Studi serupa harus dilakukan di masa mendatang untuk patogen silase umum lainnya seperti Salmonella dan E. coli patogenik. Analisis urutan 16S rDNA yang lebih komprehensif dari seluruh komunitas mikroba silase juga dapat membantu mengidentifikasi perubahan dalam populasi mikroba silase secara keseluruhan yang terjadi pada berbagai tahap fermentasi silase dengan adanya asam format (103). Memperoleh data mikrobioma dapat memberikan dukungan analitis untuk memprediksi kemajuan fermentasi silase dengan lebih baik dan untuk mengembangkan kombinasi aditif optimal untuk mempertahankan kualitas silase yang tinggi.
Dalam pakan ternak berbasis biji-bijian, asam format digunakan sebagai agen antimikroba untuk membatasi kadar patogen dalam berbagai matriks pakan yang berasal dari biji-bijian serta bahan pakan tertentu seperti produk sampingan hewan. Efek pada populasi patogen pada unggas dan hewan lainnya secara umum dapat dibagi menjadi dua kategori: efek langsung pada populasi patogen dari pakan itu sendiri dan efek tidak langsung pada patogen yang mengkolonisasi saluran pencernaan hewan setelah mengonsumsi pakan yang telah diolah (20, 21, 104). Jelas, kedua kategori ini saling terkait, karena pengurangan patogen dalam pakan akan menghasilkan pengurangan kolonisasi ketika hewan mengonsumsi pakan tersebut. Namun, sifat antimikroba dari asam tertentu yang ditambahkan ke matriks pakan dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti komposisi pakan dan bentuk asam yang ditambahkan (21, 105).
Secara historis, penggunaan asam format dan asam terkait lainnya terutama berfokus pada pengendalian langsung Salmonella dalam pakan hewan dan unggas (21). Hasil penelitian ini telah dirangkum secara rinci dalam beberapa ulasan yang diterbitkan pada waktu yang berbeda (18, 21, 26, 47, 104–106), sehingga hanya beberapa temuan kunci dari penelitian ini yang dibahas dalam ulasan ini. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa aktivitas antimikroba asam format dalam matriks pakan bergantung pada dosis dan waktu paparan asam format, kadar air matriks pakan, dan konsentrasi bakteri dalam pakan dan saluran pencernaan hewan (19, 21, 107–109). Jenis matriks pakan dan sumber bahan pakan hewan juga merupakan faktor yang berpengaruh. Dengan demikian, sejumlah penelitian telah menunjukkan bahwa kadar Salmonella dan toksin bakteri yang diisolasi dari produk sampingan hewan mungkin berbeda dari yang diisolasi dari produk sampingan tumbuhan (39, 45, 58, 59, 110–112). Namun, perbedaan respons terhadap asam seperti asam format mungkin berhubungan dengan perbedaan kelangsungan hidup serovar dalam pakan dan suhu pengolahan pakan (19, 113, 114). Perbedaan respons serovar terhadap perlakuan asam juga dapat menjadi faktor kontaminasi unggas dengan pakan yang terkontaminasi (113, 115), dan perbedaan ekspresi gen virulensi (116) juga dapat berperan. Perbedaan toleransi asam pada gilirannya dapat memengaruhi deteksi Salmonella dalam media kultur jika asam yang berasal dari pakan tidak cukup diimbangi (21, 105, 117–122). Bentuk fisik pakan (dalam hal ukuran partikel) juga dapat memengaruhi ketersediaan relatif asam format di saluran pencernaan (123).
Strategi untuk mengoptimalkan aktivitas antimikroba asam format yang ditambahkan ke pakan juga sangat penting. Konsentrasi asam yang lebih tinggi telah disarankan untuk bahan pakan dengan kontaminasi tinggi sebelum pencampuran pakan untuk meminimalkan potensi kerusakan pada peralatan pabrik pakan dan masalah dengan palatabilitas pakan ternak (105). Jones (51) menyimpulkan bahwa Salmonella yang ada dalam pakan sebelum pembersihan kimia lebih sulit dikendalikan daripada Salmonella yang bersentuhan dengan pakan setelah perlakuan kimia. Perlakuan termal pada pakan selama pemrosesan di pabrik pakan telah disarankan sebagai intervensi untuk membatasi kontaminasi Salmonella pada pakan, tetapi ini bergantung pada komposisi pakan, ukuran partikel, dan faktor lain yang terkait dengan proses penggilingan (51). Aktivitas antimikroba asam juga bergantung pada suhu, dan suhu tinggi dengan adanya asam organik dapat memiliki efek penghambat sinergis pada Salmonella, seperti yang diamati pada kultur cair Salmonella (124, 125). Beberapa penelitian tentang pakan yang terkontaminasi Salmonella mendukung gagasan bahwa suhu tinggi meningkatkan efektivitas asam dalam matriks pakan (106, 113, 126). Amado dkk. (127) menggunakan desain komposit sentral untuk mempelajari interaksi suhu dan asam (asam format atau asam laktat) pada 10 strain Salmonella enterica dan Escherichia coli yang diisolasi dari berbagai pakan ternak dan diinokulasi ke dalam pelet ternak yang diasamkan. Mereka menyimpulkan bahwa panas adalah faktor dominan yang memengaruhi pengurangan mikroba, bersama dengan asam dan jenis isolat bakteri. Efek sinergis dengan asam masih dominan, sehingga suhu dan konsentrasi asam yang lebih rendah dapat digunakan. Namun, mereka juga mencatat bahwa efek sinergis tidak selalu diamati ketika asam format digunakan, yang membuat mereka menduga bahwa penguapan asam format pada suhu yang lebih tinggi atau efek penyangga dari komponen matriks pakan merupakan faktornya.
Membatasi masa simpan pakan sebelum diberikan kepada hewan merupakan salah satu cara untuk mengendalikan masuknya patogen bawaan makanan ke dalam tubuh hewan selama pemberian pakan. Namun, begitu asam dalam pakan telah masuk ke saluran pencernaan, asam tersebut dapat terus menunjukkan aktivitas antimikrobanya. Aktivitas antimikroba dari zat asam yang diberikan secara eksogen di saluran pencernaan dapat bergantung pada berbagai faktor, termasuk konsentrasi asam lambung, lokasi aktif saluran pencernaan, pH dan kandungan oksigen saluran pencernaan, usia hewan, dan komposisi relatif populasi mikroba saluran pencernaan (yang bergantung pada lokasi saluran pencernaan dan kematangan hewan) (21, 24, 128–132). Selain itu, populasi mikroorganisme anaerobik yang menetap di saluran pencernaan (yang menjadi dominan di saluran pencernaan bagian bawah hewan monogastrik seiring bertambahnya usia) secara aktif menghasilkan asam organik melalui fermentasi, yang pada gilirannya juga dapat memiliki efek antagonis terhadap patogen sementara yang masuk ke saluran pencernaan (17, 19–21).
Sebagian besar penelitian awal berfokus pada penggunaan asam organik, termasuk format, untuk membatasi Salmonella di saluran pencernaan unggas, yang telah dibahas secara rinci dalam beberapa ulasan (12, 20, 21). Ketika studi-studi ini dipertimbangkan bersama, beberapa pengamatan penting dapat dibuat. McHan dan Shotts (133) melaporkan bahwa pemberian asam format dan propionat mengurangi kadar Salmonella Typhimurium di sekum ayam yang diinokulasi dengan bakteri dan mengukurnya pada usia 7, 14, dan 21 hari. Namun, ketika Hume dkk. (128) memantau propionat berlabel C-14, mereka menyimpulkan bahwa sangat sedikit propionat dalam makanan yang dapat mencapai sekum. Masih perlu ditentukan apakah hal ini juga berlaku untuk asam format. Namun, baru-baru ini Bourassa dkk. (134) melaporkan bahwa pemberian asam format dan propionat mengurangi kadar Salmonella Typhimurium di sekum ayam yang diinokulasi dengan bakteri, yang diukur pada umur 7, 14, dan 21 hari. (132) mencatat bahwa pemberian asam format sebesar 4 g/t pada ayam broiler selama periode pertumbuhan 6 minggu mengurangi konsentrasi S. Typhimurium di sekum hingga di bawah tingkat deteksi.
Keberadaan asam format dalam pakan dapat berpengaruh pada bagian lain dari saluran pencernaan unggas. Al-Tarazi dan Alshavabkeh (134) menunjukkan bahwa campuran asam format dan asam propionat dapat mengurangi kontaminasi Salmonella pullorum (S. PRlorum) di tembolok dan sekum. Thompson dan Hinton (129) mengamati bahwa campuran asam format dan asam propionat yang tersedia secara komersial meningkatkan konsentrasi kedua asam tersebut di tembolok dan ampela serta bersifat bakterisida terhadap Salmonella Enteritidis PT4 dalam model in vitro di bawah kondisi pemeliharaan yang representatif. Gagasan ini didukung oleh data in vivo dari Bird et al. (135) yang menambahkan asam format ke air minum ayam broiler selama periode puasa simulasi sebelum pengiriman, mirip dengan puasa yang dialami ayam broiler sebelum diangkut ke pabrik pengolahan unggas. Penambahan asam format ke dalam air minum mengakibatkan penurunan jumlah S. Typhimurium di tembolok dan epididimis, dan penurunan frekuensi tembolok positif S. Typhimurium, tetapi tidak pada jumlah epididimis positif (135). Pengembangan sistem pengiriman yang dapat melindungi asam organik saat aktif di saluran pencernaan bagian bawah dapat membantu meningkatkan efektivitas. Misalnya, mikroenkapsulasi asam format dan penambahannya ke dalam pakan telah terbukti mengurangi jumlah Salmonella Enteritidis dalam isi sekum (136). Namun, hal ini dapat bervariasi tergantung pada spesies hewan. Misalnya, Walia dkk. (137) tidak mengamati penurunan Salmonella di sekum atau kelenjar getah bening babi berumur 28 hari yang diberi campuran kapsul asam format, asam sitrat, dan minyak esensial, dan meskipun ekskresi Salmonella dalam feses berkurang pada hari ke-14, namun tidak berkurang pada hari ke-28. Mereka menunjukkan bahwa penularan horizontal Salmonella antar babi dicegah.
Meskipun penelitian tentang asam format sebagai agen antimikroba dalam peternakan terutama berfokus pada Salmonella yang ditularkan melalui makanan, ada juga beberapa penelitian yang menargetkan patogen gastrointestinal lainnya. Studi in vitro oleh Kovanda et al. (68) menunjukkan bahwa asam format mungkin juga efektif terhadap patogen gastrointestinal lain yang ditularkan melalui makanan, termasuk Escherichia coli dan Campylobacter jejuni. Studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa asam organik (misalnya, asam laktat) dan campuran komersial yang mengandung asam format sebagai bahan dapat mengurangi kadar Campylobacter pada unggas (135, 138). Namun, seperti yang sebelumnya dicatat oleh Beyer et al. (67), penggunaan asam format sebagai agen antimikroba terhadap Campylobacter mungkin memerlukan kehati-hatian. Temuan ini sangat bermasalah untuk suplementasi makanan pada unggas karena asam format adalah sumber energi respirasi utama untuk C. jejuni. Lebih lanjut, sebagian dari ceruk gastrointestinalnya dianggap disebabkan oleh pemberian makan silang metabolik dengan produk fermentasi asam campuran yang dihasilkan oleh bakteri gastrointestinal, seperti format (139). Pandangan ini memiliki beberapa dasar. Karena format merupakan kemoatraktan bagi C. jejuni, mutan ganda dengan defek pada format dehidrogenase dan hidrogenase memiliki tingkat kolonisasi sekum yang lebih rendah pada ayam broiler dibandingkan dengan strain C. jejuni tipe liar (140, 141). Masih belum jelas sejauh mana suplementasi asam format eksternal memengaruhi kolonisasi saluran pencernaan oleh C. jejuni pada ayam. Konsentrasi format saluran pencernaan yang sebenarnya mungkin lebih rendah karena katabolisme format oleh bakteri saluran pencernaan lainnya atau penyerapan format di saluran pencernaan bagian atas, sehingga beberapa variabel dapat memengaruhi hal ini. Selain itu, format merupakan produk fermentasi potensial yang dihasilkan oleh beberapa bakteri saluran pencernaan, yang dapat memengaruhi total kadar format saluran pencernaan. Kuantifikasi format dalam isi saluran pencernaan dan identifikasi gen format dehidrogenase menggunakan metagenomik dapat memberikan wawasan tentang beberapa aspek ekologi mikroorganisme penghasil format.
Roth et al. (142) membandingkan efek pemberian antibiotik enrofloxacin atau campuran asam format, asetat, dan propionat pada ayam broiler terhadap prevalensi Escherichia coli yang resisten terhadap antibiotik. Isolat E. coli total dan resisten antibiotik dihitung dalam sampel feses gabungan dari ayam broiler berumur 1 hari dan dalam sampel isi sekum dari ayam broiler berumur 14 dan 38 hari. Isolat E. coli diuji resistensinya terhadap ampisilin, sefotaxime, siprofloksasin, streptomisin, sulfametoksazol, dan tetrasiklin sesuai dengan ambang batas yang telah ditentukan sebelumnya untuk setiap antibiotik. Ketika populasi E. coli masing-masing dikuantifikasi dan dikarakterisasi, baik suplementasi enrofloxacin maupun koktail asam tidak mengubah jumlah total E. coli yang diisolasi dari sekum ayam broiler berumur 17 dan 28 hari. Unggas yang diberi pakan dengan suplemen enrofloxacin memiliki peningkatan kadar E. coli yang resisten terhadap ciprofloxacin, streptomycin, sulfamethoxazole, dan tetracycline, serta penurunan kadar E. coli yang resisten terhadap cefotaxime di sekum. Unggas yang diberi campuran asam memiliki penurunan jumlah E. coli yang resisten terhadap ampicillin dan tetracycline di sekum dibandingkan dengan kelompok kontrol dan unggas yang diberi suplemen enrofloxacin. Unggas yang diberi campuran asam juga mengalami penurunan jumlah E. coli yang resisten terhadap ciprofloxacin dan sulfamethoxazole di sekum dibandingkan dengan unggas yang diberi enrofloxacin. Mekanisme bagaimana asam mengurangi jumlah E. coli yang resisten terhadap antibiotik tanpa mengurangi jumlah total E. coli masih belum jelas. Namun, hasil penelitian oleh Roth dkk. konsisten dengan hasil penelitian kelompok enrofloxacin. (142) Hal ini mungkin merupakan indikasi berkurangnya penyebaran gen resistensi antibiotik pada E. coli, seperti inhibitor terkait plasmid yang dijelaskan oleh Cabezon et al. (143). Akan menarik untuk melakukan analisis yang lebih mendalam tentang resistensi antibiotik yang dimediasi plasmid pada populasi gastrointestinal unggas dengan adanya aditif pakan seperti asam format dan untuk lebih menyempurnakan analisis ini dengan menilai resistom gastrointestinal.
Pengembangan aditif pakan antimikroba optimal terhadap patogen idealnya harus memiliki dampak minimal pada flora gastrointestinal secara keseluruhan, khususnya pada mikrobiota yang dianggap bermanfaat bagi inang. Namun, asam organik yang diberikan secara eksogen dapat memiliki efek merugikan pada mikrobiota gastrointestinal yang ada dan sampai batas tertentu meniadakan sifat pelindungnya terhadap patogen. Misalnya, Thompson dan Hinton (129) mengamati penurunan kadar asam laktat tembolok pada ayam petelur yang diberi campuran asam format dan propionat, menunjukkan bahwa keberadaan asam organik eksogen ini di tembolok mengakibatkan penurunan laktobasilus tembolok. Laktobasil tembolok dianggap sebagai penghalang bagi Salmonella, dan oleh karena itu gangguan pada mikrobiota tembolok ini dapat merugikan keberhasilan pengurangan kolonisasi Salmonella pada saluran pencernaan (144). Açıkgöz dkk. menemukan bahwa efek pada saluran pencernaan bagian bawah pada unggas mungkin lebih rendah. (145) Tidak ditemukan perbedaan pada flora usus total atau jumlah Escherichia coli pada ayam broiler berumur 42 hari yang minum air yang diasamkan dengan asam format. Para penulis berpendapat bahwa hal ini mungkin disebabkan oleh metabolisme format di saluran pencernaan bagian atas, seperti yang telah diamati oleh peneliti lain dengan pemberian asam lemak rantai pendek (SCFA) secara eksogen (128, 129).
Melindungi asam format melalui beberapa bentuk enkapsulasi dapat membantunya mencapai saluran pencernaan bagian bawah. (146) mencatat bahwa asam format mikroenkapsulasi secara signifikan meningkatkan total kandungan asam lemak rantai pendek (SCFA) di sekum babi dibandingkan dengan babi yang diberi asam format tanpa perlindungan. Hasil ini membuat penulis menyarankan bahwa asam format dapat secara efektif mencapai saluran pencernaan bagian bawah jika dilindungi dengan benar. Namun, beberapa parameter lain, seperti konsentrasi format dan laktat, meskipun lebih tinggi daripada pada babi yang diberi diet kontrol, tidak berbeda secara statistik dari babi yang diberi diet format tanpa perlindungan. Meskipun babi yang diberi asam format tanpa perlindungan dan dengan perlindungan menunjukkan peningkatan asam laktat hampir tiga kali lipat, jumlah laktobasilus tidak berubah oleh kedua perlakuan tersebut. Perbedaan tersebut mungkin lebih nyata pada mikroorganisme penghasil asam laktat lainnya di sekum (1) yang tidak terdeteksi oleh metode ini dan/atau (2) yang aktivitas metabolismenya terpengaruh, sehingga mengubah pola fermentasi sehingga lactobacillus yang ada menghasilkan lebih banyak asam laktat.
Untuk mempelajari efek aditif pakan pada saluran pencernaan hewan ternak secara lebih akurat, diperlukan metode identifikasi mikroba dengan resolusi lebih tinggi. Dalam beberapa tahun terakhir, sekuensing generasi berikutnya (NGS) dari gen RNA 16S telah digunakan untuk mengidentifikasi takson mikrobioma dan membandingkan keanekaragaman komunitas mikroba (147), yang telah memberikan pemahaman yang lebih baik tentang interaksi antara aditif pakan dan mikrobiota saluran pencernaan hewan ternak seperti unggas.
Beberapa penelitian telah menggunakan sekuensing mikrobioma untuk mengevaluasi respons mikrobioma gastrointestinal ayam terhadap suplementasi format. Oakley dkk. (148) melakukan penelitian pada ayam broiler berumur 42 hari yang diberi suplementasi berbagai kombinasi asam format, asam propionat, dan asam lemak rantai menengah dalam air minum atau pakan mereka. Ayam yang diimunisasi diinfeksi dengan strain Salmonella typhimurium yang resisten terhadap asam nalidixic dan sekumnya diambil pada umur 0, 7, 21, dan 42 hari. Sampel sekum disiapkan untuk pirosekuensing 454 dan hasil sekuensing dievaluasi untuk klasifikasi dan perbandingan kesamaan. Secara keseluruhan, perlakuan tidak secara signifikan mempengaruhi mikrobioma sekum atau kadar S. Typhimurium. Namun, secara keseluruhan tingkat deteksi Salmonella menurun seiring bertambahnya usia ayam, sebagaimana dikonfirmasi oleh analisis taksonomi mikrobioma, dan kelimpahan relatif sekuens Salmonella juga menurun seiring waktu. Para penulis mencatat bahwa seiring bertambahnya usia ayam broiler, keragaman populasi mikroba sekum meningkat, dengan perubahan paling signifikan pada flora gastrointestinal diamati di semua kelompok perlakuan. Dalam sebuah penelitian baru-baru ini, Hu et al. (149) membandingkan efek air minum dan pemberian pakan yang dilengkapi dengan campuran asam organik (asam format, asam asetat, asam propionat, dan amonium format) dan virginiamycin pada sampel mikrobioma sekum dari ayam broiler yang dikumpulkan pada dua tahap (1–21 hari dan 22–42 hari). Meskipun beberapa perbedaan dalam keragaman mikrobioma sekum diamati di antara kelompok perlakuan pada usia 21 hari, tidak ada perbedaan dalam keragaman bakteri α- atau β- yang terdeteksi pada usia 42 hari. Mengingat tidak adanya perbedaan pada usia 42 hari, para penulis berhipotesis bahwa keuntungan pertumbuhan mungkin disebabkan oleh pembentukan mikrobioma yang beragam secara optimal lebih awal.
Analisis mikrobioma yang hanya berfokus pada komunitas mikroba sekum mungkin tidak mencerminkan di mana sebagian besar efek asam organik makanan terjadi di saluran pencernaan. Mikrobioma saluran pencernaan bagian atas ayam broiler mungkin lebih rentan terhadap efek asam organik makanan, seperti yang ditunjukkan oleh hasil penelitian Hume dkk. (128). Hume dkk. (128) menunjukkan bahwa sebagian besar propionat yang ditambahkan secara eksogen diserap di saluran pencernaan bagian atas unggas. Studi terbaru tentang karakterisasi mikroorganisme gastrointestinal juga mendukung pandangan ini. Nava dkk. (150) menunjukkan bahwa kombinasi campuran asam organik [DL-2-hidroksi-4(metiltio)butirat], asam format, dan asam propionat (HFP) memengaruhi mikrobiota usus dan meningkatkan kolonisasi Lactobacillus di ileum ayam. Baru-baru ini, Goodarzi Borojeni dkk. (150) menunjukkan bahwa kombinasi campuran asam organik [DL-2-hidroksi-4(metiltio)butirat], asam format, dan asam propionat (HFP) memengaruhi mikrobiota usus dan meningkatkan kolonisasi Lactobacillus di ileum ayam. (151) mempelajari pemberian pakan campuran asam format dan asam propionat pada dua konsentrasi (0,75% dan 1,50%) pada ayam broiler selama 35 hari. Pada akhir percobaan, tembolok, lambung, dua pertiga distal ileum, dan sekum diambil dan sampel diambil untuk analisis kuantitatif flora gastrointestinal spesifik dan metabolit menggunakan RT-PCR. Dalam kultur, konsentrasi asam organik tidak memengaruhi kelimpahan Lactobacillus atau Bifidobacterium, tetapi meningkatkan populasi Clostridium. Di ileum, satu-satunya perubahan adalah penurunan Lactobacillus dan Enterobacter, sedangkan di sekum flora ini tetap tidak berubah (151). Pada konsentrasi suplementasi asam organik tertinggi, konsentrasi total asam laktat (D dan L) berkurang di tembolok, konsentrasi kedua asam organik berkurang di ampela, dan konsentrasi asam organik lebih rendah di sekum. Tidak ada perubahan di ileum. Mengenai asam lemak rantai pendek (SCFA), satu-satunya perubahan di tembolok dan ampela unggas yang diberi asam organik adalah pada kadar propionat. Unggas yang diberi konsentrasi asam organik yang lebih rendah menunjukkan peningkatan propionat hampir sepuluh kali lipat di tembolok, sedangkan unggas yang diberi dua konsentrasi asam organik menunjukkan peningkatan propionat delapan dan lima belas kali lipat di ampela. Peningkatan asetat di ileum kurang dari dua kali lipat. Secara keseluruhan, data ini mendukung pandangan bahwa sebagian besar efek aplikasi asam organik eksternal terlihat pada hasil panen, sedangkan asam organik memiliki efek minimal pada komunitas mikroba saluran pencernaan bagian bawah, menunjukkan bahwa pola fermentasi flora residen saluran pencernaan bagian atas mungkin telah berubah.
Jelas, karakterisasi mikrobioma yang lebih mendalam diperlukan untuk sepenuhnya menjelaskan respons mikroba terhadap format di seluruh saluran pencernaan. Analisis yang lebih mendalam tentang taksonomi mikroba dari kompartemen pencernaan tertentu, khususnya kompartemen atas seperti tembolok, dapat memberikan wawasan lebih lanjut tentang seleksi kelompok mikroorganisme tertentu. Aktivitas metabolisme dan enzimatik mereka juga dapat menentukan apakah mereka memiliki hubungan antagonistik dengan patogen yang memasuki saluran pencernaan. Akan menarik juga untuk melakukan analisis metagenomik untuk menentukan apakah paparan aditif kimia asam selama masa hidup unggas memilih bakteri residen yang lebih "toleran asam", dan apakah keberadaan dan/atau aktivitas metabolisme bakteri ini akan menjadi penghalang tambahan terhadap kolonisasi patogen.
Asam format telah digunakan selama bertahun-tahun sebagai aditif kimia dalam pakan ternak dan sebagai pengasam silase. Salah satu kegunaan utamanya adalah aksi antimikrobanya untuk membatasi jumlah patogen dalam pakan dan kolonisasi selanjutnya di saluran pencernaan unggas. Studi in vitro telah menunjukkan bahwa asam format merupakan agen antimikroba yang relatif efektif terhadap Salmonella dan patogen lainnya. Namun, penggunaan asam format dalam matriks pakan mungkin dibatasi oleh tingginya jumlah bahan organik dalam bahan pakan dan potensi kapasitas penyangganya. Asam format tampaknya memiliki efek antagonis terhadap Salmonella dan patogen lainnya ketika dikonsumsi melalui pakan atau air minum. Namun, antagonisme ini terutama terjadi di saluran pencernaan bagian atas, karena konsentrasi asam format dapat berkurang di saluran pencernaan bagian bawah, seperti halnya asam propionat. Konsep melindungi asam format melalui enkapsulasi menawarkan pendekatan potensial untuk memberikan lebih banyak asam ke saluran pencernaan bagian bawah. Lebih lanjut, studi telah menunjukkan bahwa campuran asam organik lebih efektif dalam meningkatkan kinerja unggas daripada pemberian asam tunggal (152). Campylobacter di saluran pencernaan mungkin merespons format secara berbeda, karena dapat menggunakan format sebagai donor elektron, dan format adalah sumber energi utamanya. Belum jelas apakah peningkatan konsentrasi format di saluran pencernaan akan bermanfaat bagi Campylobacter, dan hal ini mungkin tidak terjadi tergantung pada flora pencernaan lain yang dapat menggunakan format sebagai substrat.
Studi tambahan diperlukan untuk menyelidiki efek asam format gastrointestinal pada mikroba gastrointestinal residen non-patogen. Kami lebih memilih untuk secara selektif menargetkan patogen tanpa mengganggu anggota mikrobioma gastrointestinal yang bermanfaat bagi inang. Namun, ini membutuhkan analisis yang lebih mendalam tentang urutan mikrobioma dari komunitas mikroba gastrointestinal residen ini. Meskipun beberapa studi telah dipublikasikan tentang mikrobioma sekum unggas yang diberi asam format, perhatian lebih diperlukan pada komunitas mikroba gastrointestinal bagian atas. Identifikasi mikroorganisme dan perbandingan kesamaan antara komunitas mikroba gastrointestinal dengan atau tanpa asam format mungkin merupakan deskripsi yang tidak lengkap. Analisis tambahan, termasuk metabolomik dan metagenomik, diperlukan untuk mengkarakterisasi perbedaan fungsional antara kelompok yang komposisinya serupa. Karakterisasi tersebut sangat penting untuk menetapkan hubungan antara komunitas mikroba gastrointestinal dan respons kinerja unggas terhadap penambah berbasis asam format. Menggabungkan berbagai pendekatan untuk mengkarakterisasi fungsi gastrointestinal secara lebih akurat akan memungkinkan pengembangan strategi suplementasi asam organik yang lebih efektif dan pada akhirnya meningkatkan prediksi kesehatan dan kinerja unggas yang optimal sekaligus membatasi risiko keamanan pangan.
SR menulis ulasan ini dengan bantuan dari DD dan KR. Semua penulis memberikan kontribusi substansial pada karya yang disajikan dalam ulasan ini.
Para penulis menyatakan bahwa ulasan ini menerima pendanaan dari Anitox Corporation untuk memulai penulisan dan publikasi ulasan ini. Pihak pemberi dana tidak memiliki pengaruh terhadap pandangan dan kesimpulan yang dinyatakan dalam artikel ulasan ini atau terhadap keputusan untuk mempublikasikannya.
Para penulis lainnya menyatakan bahwa penelitian ini dilakukan tanpa adanya hubungan komersial atau keuangan apa pun yang dapat dianggap sebagai potensi konflik kepentingan.
Dr. DD ingin menyampaikan penghargaan atas dukungan dari Sekolah Pascasarjana Universitas Arkansas melalui Beasiswa Pengajaran Unggulan, serta dukungan berkelanjutan dari Program Biologi Sel dan Molekuler Universitas Arkansas dan Departemen Ilmu Pangan. Selain itu, para penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Anitox atas dukungan awal dalam penulisan ulasan ini.
1. Dibner JJ, Richards JD. Penggunaan antibiotik peningkat pertumbuhan dalam pertanian: sejarah dan mekanisme kerjanya. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Sejarah pengembangan dan pengawasan antimikroba dalam pakan unggas. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Teori subinhibitor pertumbuhan antibiotik. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Resistensi antibiotik pada bakteri bawaan makanan—konsekuensi dari gangguan pada jaringan genetik bakteri global. Jurnal Internasional Mikrobiologi Pangan (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Aditif pakan untuk pengendalian Salmonella dalam pakan. World Journal of Poultry Science (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Penggunaan antimikroba dalam pertanian: mengendalikan penularan resistensi antimikroba pada manusia. Seminar Penyakit Infeksi Pediatrik (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Lingkungan produksi pangan dan evolusi resistensi antimikroba pada patogen manusia yang berasal dari hewan. Mikrobiologi (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Bab 9: Antibiotik dan fungsi usus: sejarah dan status terkini. Dalam: Ricke SC, ed. Meningkatkan kesehatan usus pada unggas. Cambridge: Burley Dodd (2020). Halaman 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. No.8: Kebersihan Pakan. Dalam: Dewulf J, van Immerzeel F, eds. Biosekuriti dalam Produksi Hewan dan Kedokteran Hewan. Leuven: ACCO (2017). Halaman 144–76.