Analisis komparatif performa tumbuh dan profil metabolit saluran pencernaan ayam yang diberi pakan mengandung Bacillus coagulans dan Lactobacillus plantarum

Abstract

Suplementasi probiotik merupakan alternatif dari penggunaan antibiotik pada pakan yang disebut sebagai Antibiotic Growth Promotor (AGP). Salah satu solusi alternatif AGP adalah suplementasi probiotik. Probiotik berbasis L. plantarum dan B. coagulans diketahui dapat meningkatkan performa pertumbuhan ayam broiler. Namun manfaat ini belum terlalu jelas memberikan informasi perbedaan senyawa metabolit penting dari kedua jenis probiotik tersebut. Analisis metabolit diketahui dapat memberikan gambaran mengenai keberagaman senyawa hasil metabolit dari probiotik. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan perbedaan karakteristik performa pertumbuhan ayam, perbedaan profil metabolit dan hubungan antara perbedaan profil metabolit dengan performa pertumbuhan ayam pada pemberian probiotik L. plantarum dan B. coagulans pada saluran pencernaan ayam broiler. Sebanyak 120 ekor Ayam Broiler Ross 308 diberikan pakan perlakuan dengan suplementasi L. plantarum (LP), B. coagulans (BC), dan B. coagulans dicampur dengan L. plantarum (BCLP). Perlakuan tanpa probiotik didesain sebagai kontrol (C). Enumerasi probiotik pada produk dan pakan selama pemeliharaan dilakukan dengan penanaman pada medium, pra-perlakuan sampel dan kondisi inkubasi yang sesuai. Parameter kinerja pertumbuhan yang dievaluasi adalah ratarata bobot, adjustment Feed Conversion Ratio (adjFCR), cumulative Feed Intake (cumFI) dan Performance Efficiency Factor (PEF). Analisis metabolit dilakukan dengan metode pemprofilan metabolit pada sampel sekum yang terdiri atas analisis senyawa spektrum luas dan analisis senyawa volatil menggunakan instrumen GCMS. Metabolit yang teridentifikasi kemudian dianalisis proporsi kemunculan metabolit pada sampel, PCA dan PLSDA (VIP score dan heatmap). Hubungan antara performa pertumbuhan dan profil metabolit dilakukan dengan menseleksi performa yang berbeda signifikan yang direlasikan dengan konsentrasi relatif dari metabolit penting yang memiliki VIP score >1. Hasil enumerasi pada produk probiotik L. plantarum dan B. coagulans dinyatakan masuk dalam keberterimaan sehingga dinyatakan konsentrasinya seragam. Namun jumlah probiotik aktual pada pakan untuk semua perlakuan saat awal pemeliharaan menunjukkan jumlah yang turun signifikan dari jumlah teoretis sebesar 70,7 % untuk LP, 71,3 % untuk BC dan 77,6 % untuk BCLP. Selain itu, jumlah probiotik selama waktu pemeliharaan juga mengindikasikan terdapat penurunan sebesar 68,7 % untuk LP, 58,9 % untuk BC dan 34,1 % untuk BCLP. Sebanyak 120 ekor ayam yang dipelihara hanya satu ayam yang menunjukkan stunting sehingga mengurangi jumlh sampel pada perlakuan BCLP. Analisis perbedaan performa pertumbuhan menghasilkan hanya parameter rata-rata bobot yang berbeda nyata (p=0,05) dengan bobot tertinggi sampai terendah secara berurutan adalah LP, BCLP, BC, C setelah diuji dengan uji statistik parametrik. ii Parameter lainnya yaitu, adjFCR, cumFI, dan PEF, tidak memberikan perbedaan yang signifikan (p=0,05) setelah diuji dengan uji statistik non parametrik. Metode analisis metabolit menunjukkan performa yang baik dari hasil uji blangko, uji keberulangan data, dan uji standar senyawa. Kategori metabolit yang teridentifikasi sebagian besar adalah jenis asam amino dan jenis asam lemak. Metabolit yang cukup menonjol berdasarkan perubahan proporsi kemunculan pada sampel di antaranya adalah asam asetat, valina, mio-inositol dan 1-oktadekanol. Analisis metabolit yang memiliki proporsi >0,8 antar perlakuan menggunakan analisis PCA score plot memberikan hasil tidak berbeda nyata. Metabolit yang memberikan kontribusi yang cukup besar dari hasil analisis PCA loading plot adalah asam palmitat 1-oktadekanol, dan 5-oksoprolina. Pemetaan metabolit antar perlakuan pada heatmap memperlihatkan bahwa perlakuan LP satu grup dengan BC kemudian berlanjut dengan jarak lebih jauh dikelompokkan ke C, sedangkan BC memberikan profil yang paling berbeda jauh dibandingkan perlakuan lainnya. Metabolit penting dengan proporsi >0,8 dari hasil analisis PLSDA dengan VIP score >1 adalah adalah asam asetat, asam laktat, asam butanoat, 1-oktadekanol dan asam palmitat. Metabolit yang dapat dinyatakan sebagai metabolit pembeda antara perlakuan pemberian probiotik L. plantarum dan B. coagulans adalah meningkatnya asam asetat, asam laktat dan asam butanoat pada perlakuan L. plantarum dibandingkan dengan B. coagulans. Hubungan antara profil metabolit penting (proporsi >0,8 dan VIP score >1) dan performa tumbuh dengan perbedaan signifikan (rata-rata bobot) dapat dinyatakan sebagai metabolit pembeda yang dapat memberikan pengaruh performa yang signifikan. Metabolit pembeda sebagai pembeda performa rata-rata bobot yang baik adalah meningkatnya asam laktat. Metabolit pembeda tanpa suplementasi probiotik dengan performa paling buruk adalah meningkatnya 1-oktadekanol dan asam palmitat.

Probiotic supplementation is an alternative to the use of antibiotics in feed, commonly referred to as Antibiotic Growth Promoters (AGP). One alternative solution to AGP is probiotic supplementation. Probiotics based on L. plantarum and B. coagulans are known to enhance the growth performance of broiler chickens. However, the benefits remain unclear regarding the differences in key metabolite compounds produced by the two types of probiotics. Metabolite analysis can provide insight into the diversity of metabolite compounds derived from probiotics. This study aims to determine the differences in growth performance characteristics, metabolite profiles, and the relationship between metabolite profile differences and chicken growth performance when administering L. plantarum and B. coagulans in the digestive tract of broiler chickens. A total of 120 Ross 308 broiler chickens were fed with diets supplemented with L. plantarum (LP), B. coagulans (BC), and a combination of B. coagulans and L. plantarum (BCLP). A control group (C) received no probiotic supplementation. Enumeration of probiotics in the products and feed during the maintenance period was carried out using plating methods with appropriate media, sample pre-treatment, and incubation conditions. Evaluated growth performance parameters included average body weight, adjusted Feed Conversion Ratio (adjFCR), cumulative Feed Intake (cumFI), and Performance Efficiency Factor (PEF). Metabolite analysis was conducted through metabolite profiling of cecal samples, including broad-spectrum compound analysis and volatile compound analysis using GC-MS instruments. Identified metabolites were analyzed for occurrence proportions, PCA and PLSDA (VIP scores and heatmap). The relationship between growth performance and metabolite profiles was examined by correlating significantly different performance parameters with the relative concentrations of important metabolites with VIP scores >1. Enumeration results for L. plantarum and B. coagulans probiotic products were within acceptable ranges, indicating uniform concentrations. However, the actual probiotic counts in the feed at the beginning of the rearing period showed a significant decrease from the theoretical amount: 70.7% for LP, 71.3% for BC, and 77.6% for BCLP. Moreover, probiotic counts declined further during the rearing period, decreasing by 68.7% for LP, 58.9% for BC, and 34.1% for BCLP. Out of the 120 chickens raised, only one exhibited stunted growth, reducing the sample size for the BCLP treatment group. Analysis of growth performance differences showed that only the average body weight parameter was significantly different (p = 0.05), with the highest to lowest weights in the order of LP, BCLP, BC, and C, as determined by parametric statistical tests. Other parameters (adjFCR, cumFI, and PEF) did not show significant differences (p = 0.05) according to nonparametric statistical tests. The metabolite analysis method demonstrated strong performance through blank tests, data repeatability tests, and standard compound tests. Most of the iv identified metabolites were amino acids and fatty acids. Notable metabolites based on changes in occurrence proportions included acetic acid, valine, myo-inositol, and 1-octadecanol. PCA score plot analysis of metabolites with proportions >0.8 between treatments showed no significant differences. Major contributors identified in the PCA loading plot were palmitic acid, 1-octadecanol, and 5-oxoproline. Heatmap of metabolites between treatments showed that the LP treatment grouped closely with BC, then more distantly with the control (C), while BC displayed the most distinct profile compared to other treatments. Key metabolites with occurrence proportions >0.8 and VIP scores >1 from PLSDA analysis included acetic acid, lactic acid, butanoic acid, 1-octadecanol, and palmitic acid. Metabolites that could differentiate between L. plantarum and B. coagulans treatments were increased acetic acid, lactic acid, and butanoic acid in the L. plantarum group compared to B. coagulans. The relationship between key metabolite profiles (proportions >0.8 and VIP score >1) and significantly different growth performance (average body weight) can be considered distinguishing metabolites that significantly impact performance. Distinguishing metabolites associated with better average body weight performance included increased lactic acid. In contrast, distinguishing metabolites associated with the absence of probiotics and the poorest performance were increased levels of 1-octadecanol and palmitic acid.