Kemajuan Ilmu Koloid dan Antarmuka 308 (2022) 102772
Daftar isi tersedia diSains Langsung
Kemajuan dalam Ilmu Koloid dan Antarmuka
beranda jurnal:www.elsevier.com/locate/cis
Perspektif Sejarah
Sistem pengiriman nano yang mengandung bioaktif untuk pakan dan obat-obatan ternak; tujuan, teknik dan aplikasi
Shahida Anusha Siddiqui
A,B, Nur Alim Bahmid
C,D, Ahmed Taha
e,F, Abdel-Moneim Idul Fitri Abdel-Moneim
G, Abdelrazeq M. Shehata
H,Saya, Chen Tan
J, Mohammad Saeed Kharazmi
k, Yuan Li
aku
, Elham Assadpour
M,N, Roberto Castro-Muñoz
Hai,P, Seid Mahdi Jafari
Q,R,S,*AInstitut Teknologi Pangan Jerman (DIL eV), Prof.-von-Klitzing-Straße 7, 49610 D-Quakenbrück, Jerman
BKampus Universitas Teknik Munich Straubing untuk Bioteknologi dan Keberlanjutan, Essigberg 3, 94315 Straubing, Jerman
CPusat Penelitian Teknologi dan Pengolahan Pangan, Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN), Gading, Playen, Gunungkidul, 55861 Yogyakarta, Indonesia
DJurusan Teknologi Hasil Pertanian, Universitas Sulawesi Barat, Majene 90311, Indonesia
eLembaga Penelitian Negara, Pusat Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Fisika, Saulėtekio al. 3, Vilnius, Lituania FDepartemen Ilmu Pangan, Fakultas Pertanian (Saba Basha), Universitas Alexandria, Alexandria 21531, Mesir
GDepartemen Aplikasi Biologi, Pusat Penelitian Nuklir, Otoritas Energi Atom Mesir, 13759, Mesir
HJurusan Produksi Ternak, Fakultas Pertanian, Universitas Al-Azhar, Kairo 11651, Mesir
SayaDepartemen Ilmu Susu & Teknologi Pangan, Institut Ilmu Pertanian, Universitas Hindu Banaras, Varanasi 221005, India
JLaboratorium Gizi dan Kesehatan Pangan Bersama Tiongkok-Kanada (Beijing), Sekolah Pangan dan Kesehatan, Universitas Teknologi dan Bisnis Beijing (BTBU), Beijing 100048, Tiongkok kFakultas Kedokteran, Universitas California, Riverside, AS
akuPusat Lanjutan Beijing untuk Gizi Pangan dan Kesehatan Manusia, Pusat Koloid Pangan dan Penyaluran Fungsional, Sekolah Tinggi Ilmu Pangan dan Teknik Gizi, Universitas Pertanian Tiongkok, Beijing 100083, Tiongkok.
MPenelitian Industri Makanan Co., Gorgan, Iran
NPusat Penelitian Internasional Pangan dan Bio-Nanoteknologi (Fabiano), Universitas Ilmu Pertanian dan Sumber Daya Alam Gorgan, Gorgan, Iran
HaiDepartemen Rekayasa Proses dan Teknologi Kimia, Fakultas Kimia, Universitas Teknologi Gdansk, 11/12 Narutowicza St., 80-233, Gdansk, Polandia
PTecnologico de Monterrey, Kampus Toluca. Av. Eduardo Monroy Cárdenas 2000 San Antonio Buenavista, 50110 Toluca de Lerdo, Meksiko.
QDepartemen Teknik Desain Bahan dan Proses Makanan, Universitas Ilmu Pertanian dan Sumber Daya Alam Gorgan, Gorgan, Iran
RUniversidade de Vigo, Kelompok Nutrisi dan Bromatologi, Departemen Kimia Analitik dan Ilmu Pangan, Fakultas Sains, E-32004 Ourense, Spanyol
SSekolah Tinggi Ilmu dan Teknologi Pangan, Universitas Pertanian Hebei, Baoding 071001, Cina
INFO PASAL ABSTRAK
Kata kunci:
Pakan ternak Obat-obatan hewan
Nanoenkapsulasi Senyawa bioaktif Ruminansia unggas
Kemajuan di bidang peternakan dan kinerja ternak yang lebih baik mengakibatkan meningkatnya kebutuhan akan pakan dan unsur hara, senyawa bioaktif (bioaktif), seperti vitamin, mineral, protein, dan fenolik, serta obat-obatan/vaksin. Untuk melindungi bioaktif pakan dalam keadaan yang tidak diinginkan, bioaktif tersebut dapat dienkapsulasi untuk mencapai kemanjuran yang diinginkan dalam pakan ternak dan nanoenkapsulasi memberikan lebih banyak potensi untuk perlindungan, penyerapan, dan pengiriman bioaktif yang lebih baik. Studi ini mengulas struktur, sifat, dan metode nanoenkapsulasi untuk pakan ternak dan obat-obatan yang relevan. Minyak atsiri (EO) dan ekstrak tumbuhan sebagian besar merupakan bioaktif dan fitokimia yang dienkapsulasi untuk makanan unggas dan kitosan ditemukan sebagai nanocarrier paling efektif untuk memuat EO dan ekstrak tumbuhan. Nanopartikel (NP) dan nanokapsul merupakan nanocarrier yang sering dipelajari, yang sebagian besar diproses dengan menggunakan gelasi ionotropik/ionik. Nanofiber, nanohidrogel dan nanoemulsi belum ditemukan untuk aplikasinya dalam bioaktif pakan. Nanocarrier ini dapat memiliki perlindungan yang lebih baik, stabilitas, dan pelepasan bioaktif pakan yang terkontrol sehingga bermanfaat bagi nutrisi tambahan untuk pertumbuhan ternak terlepas dari rendahnya stabilitas dan kelarutan bioaktif dalam air. Untuk pakan ruminansia, nano-mineral, vitamin, fitokimia, asam lemak esensial, dan obat-obatan dienkapsulasi oleh NP untuk memfasilitasi pengiriman ke organ target melalui penetrasi langsung, untuk meningkatkan bioavailabilitasnya, untuk menghasilkan penyerapan yang lebih efisien dalam sel dan jaringan, dan melindungi mereka dari degradasi yang cepat. Selain itu, masalah keamanan dan peraturan, serta keuntungan dan kerugian penerapan nanoenkapsulasi pada pakan ternak juga dibahas. Ulasannya menunjukkan akurat
* Penulis koresponden di: Departemen Teknik Desain Bahan dan Proses Pangan, Universitas Ilmu Pertanian dan Sumber Daya Alam Gorgan, Gorgan, Iran.
Alamat email:[email protected] (SM Jafari).
https://doi.org/10.1016/j.cis.2022.102772 Diterima dalam bentuk revisi 22 Agustus 2022; Tersedia online 6 September 2022 0001-8686/© 2022 Elsevier BV Hak cipta dilindungi undang-undang.
desain NP sebagian besar dapat menutupi masalah keamanan dengan pendekatan langsung dan kesadaran akan masalah keamanan merupakan hal mendasar untuk merancang sistem nanoenkapsulasi dan komersialisasi yang lebih baik. Tinjauan ini memberikan wawasan pemahaman dan potensi nanoenkapsulasi pada pakan ruminansia dan unggas untuk memperoleh bioavailabilitas nutrisi dan bioaktif yang lebih baik dengan peningkatan keamanan dan kesadaran untuk merancang sistem nanoenkapsulasi yang lebih baik.
1. Perkenalan 2. Bioaktif nanoenkapsulasi untuk pakan ternak: struktur,
teknik, dan sifat Senyawa bioaktif (bioaktif) diperlukan dalam bahan pakan untuk meningkatkan
pertumbuhan dan kesehatan hewan ternak serta melindunginya dari berbagai penyakit [ 1,2]. Namun, bioaktif ini bersifat labil dan sensitif pada kondisi tertentu, seperti suhu tinggi, kecenderungan berdebu, kelembaban tinggi, pengeringan, dan kondisi penyimpanan, yang menyebabkan rendahnya efisiensi produksi hewan dan kualitas produk hewani.3]. Selain itu, bioaktif tidak bekerja secara efektif di usus hewan karena karakteristiknya yang tidak menguntungkan, misalnya kelarutan yang rendah, degradasi kimia yang cepat, bioavailabilitas yang rendah, dan sensitivitas saluran pencernaan yang tinggi terhadap keadaan gastrointestinal.4,5]. Dalam bidang pakan ternak, kemajuan dalam bidang peternakan menyebabkan kinerja yang lebih baik dan meningkatnya permintaan akan pakan dan bioaktif [2]. Terkait dengan pemberian pakan yang ramah hewan dan perlindungan lingkungan, produksi pakan ditingkatkan dengan berkonsentrasi pada bahan pakan alternatif [6]. Untuk melindungi bioaktif dalam keadaan yang tidak diinginkan, bioaktif dapat dienkapsulasi untuk memastikan bahwa bioaktif tersebut mencapai kemanjuran dan efisiensi yang diinginkan dalam pakan ternak [7].
Enkapsulasi bioaktif telah dilakukan di industri farmasi dan makanan [8], melindungi bioaktif dari pengaruh yang tidak diinginkan dan mengendalikan pelepasannya [9]. Meningkatnya perhatian telah diberikan pada pelepasan bioaktif yang terkendali [10–12], reaktivitas dan stabilitas tinggi dalam sistem kehidupan [7], dan mengoptimalkan serapan [13]. Penerapan pendekatan enkapsulasi pada bahan pakan telah dilakukan untuk pengolahan dan penyimpanan bioaktif pakan, serta pelepasannya secara terkontrol dalam pencernaan hewan. Enkapsulasi melindungi bioaktif terhadap degradasi rumen dalam rumen, pemacu oksidasi, misalnya cahaya, logam dan udara, dan memungkinkan ketersediaan hayati yang lebih tinggi, mengantarkan nutrisi dan bahan tambahan ke saluran pencernaan di usus kecil hewan [7,14].
Mengintegrasikan enkapsulasi dan nanoteknologi merupakan kemajuan terkini dalam industri pakan. Nanoenkapsulasi dapat memberikan potensi lebih besar untuk perlindungan, penyerapan, dan pengiriman bioaktif yang lebih baik sehingga bioavailabilitasnya lebih tinggi.3]. Dalam industri perunggasan, nanoenkapsulasi efektif dalam melindungi minyak atsiri (EO) dari faktor lingkungan (seperti kelembaban tinggi, suhu tinggi) dan dapat mengontrol laju pelepasannya pada kondisi yang tidak terduga [6]. Nanoenkapsulasi meningkatkan kualitas nutrisi, keamanan dan penyampaian bioaktif dengan menstabilkannya secara lebih efisien, sehingga memperpanjang umur simpan pakan.3,15]. Keuntungan menggunakan nanoenkapsulasi untuk bioaktif bermanfaat bagi efisiensi pemberian pakan ternak.
Mengenai sistem enkapsulasi, prosedur dan bahan menjadi
pertimbangan utama dalam keberhasilan penerapan nanoenkapsulasi pada pakan ternak [7], karena tidak setiap prosedur dan bahan dapat
menghasilkan matriks nanoenkapsulasi dengan stabilitas tertinggi dan perlindungan bioaktif pakan [3]. Ada banyak metode yang sudah ada dan berbagai bahan yang digunakan, terutama dalam aplikasi makanan dan farmasi, yang dapat diterapkan untuk pakan ruminansia dan unggas [16].
Lebih jauh lagi, nanocarrier menentukan bioavailabilitas dan pelepasan bioaktif dari pakan secara terkontrol.7,16,17]. Peningkatan pengetahuan tentang bahan pakan, metode enkapsulasi, dan nanocarrier penting untuk menemukan penerapan nanoenkapsulasi yang optimal di bidang ini. Artikel ini mengulas potensi teknik enkapsulasi, bahan, dan nanocarrier yang dapat diterapkan pada pakan ruminansia dan unggas. Isu-isu relevan juga dibahas, termasuk meningkatnya kekhawatiran akan keamanan penerapan nanoteknologi dan kemungkinan dampaknya di bidang hewan. Memahami kemungkinan penerapan nanocarrier dalam pakan ternak memberikan pengetahuan yang mendalam untuk meningkatkan perlindungan bioaktif dan kinerjanya dalam pakan ternak.
Bioaktif dienkapsulasi dalam berbagai nanocarrier (1-100 nm), seperti yang ditunjukkan padaGambar 1. Juga, seperti yang terlihat padaTabel 1, sebagian besar nanocarrier yang ditemukan dalam referensi adalah nanopartikel polimer (NP) dan nanoemulsi. Di bidang makanan dan farmasi, nanocarrier lain telah dikembangkan dan diterapkan, namun tidak pada pakan ternak. Namun, hal ini memberi
Gambar 1.Berbagai nanocarrier untuk pakan ternak: (A) partikel nano, partikel amorf atau kristal pada ukuran skala nano; (B) nanoemulsi, sistem emulsi dengan ukuran tetesan terdispersi<200nm; (C) serat nano, sistem pengiriman baru yang dihasilkan oleh electrospinning, dengan ukuran<100nm; Dan (D) nanohydrogels, hidrogel yang menjaga kadar air dalam matriks hidrogel pada ukuran nano. Singkatan: O/W adalah minyak dalam air, dan W/O adalah air dalam minyak.
lebih banyak peluang untuk menemukan nanocarrier lain yang lebih efektif dalam melindungi bioaktif dan nutrisi dalam pakan ternak. Pada bagian ini, kami meninjau berbagai jenis nanocarrier mengenai struktur, potensi penerapannya dalam pakan ternak, faktor-faktor yang mempengaruhi karakteristik nanocarrier dan efektivitasnya dalam memuat bioaktif untuk pakan ternak. Metode umum untuk nanoenkapsulasi juga dibahas.
Ukuran NP mempengaruhi pengiriman dan distribusi bioaktif, pelepasan, tingkat toksisitas, dan stabilitas in vivo dan in vitro [6,32–34]. NP dengan ukuran lebih kecil mempunyai permukaan yang lebih besar untuk mengoptimalkan reaksi kimia dan proses pengiriman dalam tubuh hewan.
Ukurannya berkaitan dengan proses formulasi dan penyiapan; kitosan adalah polimer amfifilik yang menghasilkan NP stabil dan morfologi padat [ 32,35]. Sifat permukaan NP penting untuk memahami strukturnya; kontak antar partikel mempercepat agregasinya, menyebabkan ketidakstabilan NP.
EtikMardliyati et al., (2012) menemukan karakteristik dan sifat unik dari NP kitosan, misalnya biokompatibilitas, biodegradabilitas, mukoadhesif, dan peningkatan permeasi. Pengaruh penyerapan nutrisi diharapkan dapat membentuk jaringan tubuh yang lebih baik, sehingga ayam broiler dapat diperoleh daging unggas atau rumennya yang berkualitas.36,37].
Nanokapsul, misalnya sebagai salah satu NP, diperoleh dari polimer pada skala nano, seperti yang ditunjukkan padaGambar 1A. Bioaktif dan obat-obatan dilindungi dalam nanokapsul untuk meningkatkan fungsi dan stabilitasnya [32]. Perpindahan pelarut, emulsifikasi, penguapan pelarut, polimerisasi emulsi, polikondensasi antarmuka, dll. biasanya merupakan metode yang dikembangkan untuk menyiapkan nanokapsul [38,39].
Misalnya, polimerisasi antarmuka dilakukan dengan menggunakan pelarut organik dan air. Setelah pelarut dihilangkan, NP menggumpal satu sama lain [40], dan pembentukan nanokapsul terjadi secara spontan melalui
polimerisasi sianoakrilat setelah interaksi dengan ion dalam air [38]. Metode baru lainnya adalah fluida superkritis atau terkompresi (Bagian 2.2), yang bersih, memiliki kompleksitas yang lebih rendah dibandingkan metode lain di atas dan memiliki kelarutan yang tinggi antara bioaktif dan polimer [38].
Dalam aplikasi lapangan hewan, berbagai bioaktif, seperti minyak bawang putih [6],lidah buayaekstrak [18], ekstrak kunyit [22,27,41], kurkumin [23,26], dan senyawa lainnya, telah dienkapsulasi dengan metode yang disebutkan di atas dengan kitosan sebagai polimer. Selain bioaktif tersebut,
2.1. Nanocarrier berbeda untuk pakan ternak
2.1.1. Nanopartikel polimer
NP, seperti yang ditunjukkan padaGambar 1a, adalah partikel amorf atau kristal pada ukuran skala nano. NP umumnya digunakan dalam berbagai aplikasi potensial, seperti bidang optik, biomedis, dan elektronik, serta makanan dan pakan ternak.29]. Untuk pakan ternak, NP dapat diproduksi dengan berbagai metode, seperti gelasi ionik dan emulsifikasi (Bagian 2.2), dengan berbagai polimer yang digunakan sebagai bahan dinding.Tabel 1menunjukkan bahwa salah satu polimer yang paling umum digunakan untuk menghasilkan NP untuk perlindungan bioaktif yang ditambahkan ke pakan ternak adalah kitosan. Dalam penerapannya sebagai bahan film, film kitosan bersifat hidrofilik dan memiliki sifat mekanik yang buruk pada kelembaban tinggi, namun film kitosan mengandung lapisan hidroksiapatit yang terkelupas [29]. Lapisan ini berfungsi untuk mempertahankan fungsionalitas dalam kelembaban tinggi, memberikan sifat penghalang yang lebih baik dan meningkatkan khasiat antimikroba [30]. Amiri dkk. [6] menemukan bahwa enkapsulasi menggunakan kitosan efektif untuk melindungi EO. Hasilnya juga ditampilkan di [20], di mana NP dapat
mempertahankan pelepasan EO yang terperangkap dengan meningkatkan status fisiologis dan memodulasi mikrobiota usus ayam pedaging. Selain itu, banyak polimer, misalnya Eudragit®RL 100, poli (ε-kaprolakton), dan poliarginin, dapat diterapkan untuk menyiapkan NP untuk tujuan enkapsulasi [31]. Polimer mungkin juga mempunyai potensi untuk merangkum bioaktif pakan termasuk vitamin, agen antimikroba, dan β-karoten.32].
Tabel 1
Nanocarrier bermuatan bioaktif berbeda dalam pakan ternak.
Bioaktif pembawa nano Nanoenkapsulasi Teknik
Bahan dinding Hasil dan rekomendasi Referensi
EO Bawang Putih (GEO) NP polimer Gelasi ionik Kitosan Cara yang berpotensi efektif dan murah untuk melindungi bioaktif dan
meningkatkan efek GEO pada ayam broiler. Dapat meningkatkan kinerja pertumbuhan secara signifikan dan oleh karena itu dapat digunakan sebagai pengganti antibiotik dalam makanan ayam broiler
Dapat menjadi metode yang efektif, cocok dan murah untuk melindungi bioaktif dan meningkatkan efek EO herbal khususnya thyme pada ayam broiler
Pelepasan TEO yang berkelanjutan pada NP meningkatkan kinerja ayam pedaging melalui peningkatan status fisiologis dan modulasi mikrobiota usus sehingga dapat digunakan sebagai pengganti antibiotik pemacu pertumbuhan pada pakan ayam pedaging.
Penggunaan EcEO untuk mengendalikan nematoda
gastrointestinal pada ruminansia kecil tidak boleh diabaikan karena matriks enkapsulasi lebih efisien dibandingkan kitosan Nanoenkapsulasi meningkatkan kecernaan nutrien sehingga dapat menjadi alternatif feed additive pada ransum ayam broiler Penambahan nanokurkumin pada air minum menurunkan daya ikat air, pH daging, dan meningkatkan keempukan daging ayam broiler
Penambahan nanocarrier pada air minum berpengaruh positif terhadap histomorfologi jejunum dan peningkatan populasi bakteri asam laktat
Penambahan nanocarrier pada air minum tidak berpengaruh terhadap performa pertumbuhan ayam broiler
[6]
Ekstrak darilidah buaya benar
NP polimer Gelasi ionotropik Kitosan [18]
Mint, timi, dan EO kayu manis
Nanokapsul Gelasi ionik Kitosan [19]
EO thyme
(TEO) NP polimer Gelasi ionotropik Kitosan [20]
kayu putih citriodoraEO (EcEO) Ekstrak kunyit
NP polimer dan nanoemulsi
Emulsifikasi Kitosan [21]
Nanokapsul Gelasi ionik Kitosan [22]
Kurkumin NP polimer Gelasi ionik Kitosan [23]
Faleria makrokarpa ekstrak Faleria
makrokarpa ekstrak Kurkumin
NP polimer Gelasi ionik Kitosan [24]
NP polimer Gelasi ionik Kitosan [25]
Nanokapsul Metode deposisi antarmuka polimer
Etil polimetl akrilat (Eudragit L-100)
Penambahan kurkumin nanoenkapsulasi konsentrasi rendah dalam pakan domba meningkatkan kesehatan, meminimalkan stres oksidatif dan menghasilkan efek anti-inflamasi yang mungkin berkontribusi secara tidak langsung terhadap penambahan berat badan yang lebih besar.
Ini adalah pakan tambahan yang kompatibel untuk ransum ayam pedaging untuk meningkatkan kualitas daging tanpa mempengaruhi kinerja secara negatif
Pelepasan selenium dari NP menunjukkan ketersediaan mineral yang lebih baik di usus kecil
[26]
Ekstrak kunyit Nanokapsul Gelasi ionik Kitosan [27]
Natrium selenit NP polimer Metode emulsi-evaporasi dan nanopresipitasi
Etil polimetl akrilat (Eudragit®)
[28]
nanokapsul dapat digunakan untuk mengontrol pelepasan bioaktif terhadap protein, enzim, dan perlindungan sel asing [34,40]. Mengenai jenis polimer, Tabel 1menggambarkan bahwa kitosan dan etil polimetakrilat (Eudragit L-100) telah diterapkan untuk merangkum bioaktif untuk pakan ternak.
Polimer lain mungkin juga digunakan dalam bidang farmasi dan makanan termasuk poli(ε-kaprolakton), polietilen glikolbersamal, asam polilaktat, dan polilaktida-ko-glikolida [34]. Keuntungan utama dari nanokapsul adalah: (i) luas permukaan yang lebih besar yang dapat menghasilkan bioavailabilitas yang lebih baik, terutama untuk bioaktif yang sukar larut dan memiliki rasa, (ii) peningkatan kelarutan untuk bioaktif yang kurang larut dalam air, (iii) peningkatan transparansi optik dari nanokapsul. emulsi dengan ukuran tetesan <100 nm, dan (iv) aktivitas mikroba yang lebih baik dari bioaktif nanoenkapsulasi.
aplikasi pada sistem berukuran nano dan hidrogel yang menjaga kadar air dalam matriks hidrogel [55,56]. Jaringan polimer hidrogel memiliki tiga dimensi, menahan sejumlah besar air. Bahan untuk pembuatan NH adalah polimer amfifilik atau hidrofilik yang terbuat dari ikatan silang kimia atau fisik [56]. Selain metode ikatan silang, pendekatan lain untuk menyiapkan NH adalah perakitan polimer sendiri, yang pada dasarnya mengontrol agregasi ikatan dan/atau interaksi hidrogen elektrostatis atau hidrofobik seperti yang ditunjukkan pada gambar.Gambar 1D [55]. Ikatan hidrogen terjadi dalam kondisi ringan, dan oleh karena itu dapat digunakan untuk merangkum bioaktif [57,58]. NH dapat distabilkan melalui electrospinning, electrospraying, nano spraydrying, dll. [56,59]. Nanocarrier ini tidak diterapkan secara teratur, dibandingkan dengan struktur lainnya. NH yang terbuat dari alginat, misalnya, meningkatkan stabilitas bioaktif,
pengirimannya, dan pelepasan terkontrol karena luas permukaan yang lebih besar, perpindahan massa dan difusi yang optimal [56,57,60,61]. Dilaporkan juga bahwa fungsi NH alginat dapat dimodifikasi dengan penambahan polimer lain, untuk meningkatkan kelarutan, pelepasan terkontrol, dan adsorpsi bioaktif pakan, seperti vitamin, mineral, fenolik, dan EO.
2.1.2. Nanoemulsi (NEs)
NE adalah sistem emulsi dengan ukuran tetesan terdispersi<200 nm [42]. NE dikenal sebagai emulsi metastabil karena sifatnya yang tidak stabil secara termodinamika.43]. Konsep NEs adalah bahwa bioaktif lipofilik dilindungi dalam fase minyak emulsi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1B [42]. NE distabilkan dengan berbagai teknik, seperti penyemprotan, pengeringan beku, hingga menghasilkan NE dalam bentuk bubuk [43]. Bentuk ini belum banyak dieksplorasi dalam pakan ternak, namun memiliki potensi yang tinggi. Dilaporkan bahwa NE mampu meningkatkan kelarutan dalam air dan kinerja bioaktif, serta menghindari pengurangannya. Penurunan ukuran tetesan mengakibatkan peningkatan luas permukaan lipid yang terpapar oleh jus yang mengandung lipase, yang mempengaruhi laju pencernaan lipid dan ketersediaan hayati bioaktif lipofilik [44].
Berton dkk. [45] menemukan bahwa isolat protein whey yang terperangkap dalam NE menyebabkan peningkatan kinerja β-kasein dalam membentuk lapisan serapan antarmuka yang teratur di sekitar tetesan minyak yang terdispersi.
Enkapsulasi oleh NEs cocok untuk bioaktif lipofilik, meskipun bioaktif hidrofilik juga dapat dimuat, seperti beberapa polifenol, dan vitamin [42,46]. NE adalah salah satu sistem yang menjanjikan untuk meningkatkan fungsionalitas dan kelarutan komponen umpan lipofilik. Meskipun artikel yang diterbitkan terkait dengan bioaktif pakan masih sangat terbatas, potensi dan penelitian di masa depan untuk menemukan keuntungan nyata dari NE untuk isu pakan ternak telah tersedia.
2.2. Teknik nanoenkapsulasi untuk pakan ternak 2.2.1. Gelasi ionotropik (IG)
Pendekatan umum untuk nanoenkapsulasi adalah IG, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Sacco et al., (2016) melaporkan bahwa kitosan merupakan biopolimer yang paling banyak dipelajari untuk IG. Prinsip dari pendekatan ini adalah bahwa bioaktif terperangkap dalam interaksi fisik yang dibentuk oleh spesies ionik dan kemudian terjadi interaksi ionik antara gugus amina bermuatan positif dari suatu polimer, seperti kitosan [63,64], dan spesies anionik bermuatan negatif seperti yang ditunjukkan padaGambar 2A [22,27,65].
Sundari et al., (2014a) mengevaluasi muatan negatif natrium tripolifosfat (STPP) dan muatan positif gugus amina dalam kitosan; (1) kitosan yang dilarutkan dalam asam asetat disonikasi sebelum larutan menjadi transparan, (2) STPP ditambahkan ke dalam larutan sambil diaduk sehingga menghasilkan NP kitosan-STPP. IG bergantung pada variabel, seperti pH dan komposisi fisikokimia polielektrolit. NP sebagian besar disintesis dari metode ini untuk pelepasan bioaktif yang terkontrol [62,66]. Keuntungan utama menggunakan metode ini adalah biaya yang rendah dan kesederhanaan, waktu yang singkat, reversibilitas ikatan silang fisik dibandingkan ikatan silang kimia, kemungkinan penghindaran toksisitas, dan peningkatan efisiensi enkapsulasi.66,67]. IG juga relatif mudah dan ringan dibandingkan metode lain serta tidak memerlukan alat khusus [68]. Kerugiannya termasuk stabilitas mekanik yang buruk (Vila et al., 2004). Namun stabilitas mekanik yang rendah dapat diperbaiki, terutama pada pembentukan kompleks polielektrolit antara polimer dan rantai polimer yang dimodifikasi dengan gugus fungsi lain [65,69]. Peningkatan ini dapat membawa penerapan metode IG yang menjanjikan di masa depan.
2.1.3. Nanofiber (NF)
NF adalah sistem pengiriman baru yang dihasilkan melalui proses electrospinning, dengan ukuran<100nm. NF sering kali diproduksi dengan melarutkan polimer dalam pelarut organik yang dicampur dengan komponen fungsional untuk pembentukan larutan. Serat yang ditunjukkan padaGambar 1c diproses secara electrospinning menggunakan tegangan DC tinggi hingga 30 kV [ 47–49]. NF dapat digunakan untuk merangkum dan melindungi bioaktif pakan, terhadap cahaya [49]. NF juga dapat diproduksi dengan menggunakan pemintalan basah, pemintalan kering, pemintalan leleh, penghalus, penggiling, dan
homogenizer bertekanan tinggi [50,51]. Dibandingkan dengan metode tersebut, electrospinning merupakan teknik yang sederhana, dan menghasilkan NF dengan ukuran 40 hingga 200 nm. Polimer, misalnya β-siklodekstrin, amilosa, dan pati kacang polong dapat digunakan untuk menyiapkan NF untuk enkapsulasi bahan tambahan makanan [52]. NF juga dapat diterapkan untuk mengendalikan pelepasan bioaktif dengan cara yang efektif. Altay & Okutan [53] menyelidiki enkapsulasi senyawa rasa dan aroma menggunakan electrospinning dan melaporkan bahwa NF mampu mengontrol pelepasan senyawa ini dalam makanan dan tubuh. Bioaktif hidrofobik dengan stabilitas buruk dan stabilitas air rendah, misalnya vitamin, asam lemak tak jenuh ganda omega 3, dan kurkumin, dapat dikemas dalam NF untuk meningkatkan stabilitasnya, sedangkan bioaktif hidrofilik, misalnya asam galat, vitamin larut air, dan antosianin juga dapat dicegah dari degradasi kimia dalam NF, dan dihambat dari reaksi merugikan dengan komponen lain [54]. Manfaat enkapsulasi dengan electrospun NF untuk pakan ternak adalah meningkatkan stabilitas bioaktif alami yang ditambahkan ke dalam pelet pakan ternak.
2.2.2. Penguapan emulsi-pelarut
Pendekatan evaporasi emulsi-pelarut merupakan modifikasi dari teknik evaporasi pelarut. Seperti yang ditunjukkan diGambar 2b, larutan polimer diemulsi menjadi fase berair dan pelarut polimer diuapkan sehingga polimer diendapkan sebagai nanosfer atau NP [70,71]. Obat atau bioaktif pakan tersebar dalam matriks polimer. Ukuran NP dapat disesuaikan dengan laju pengadukan, suhu, jumlah zat pendispersi yang ditambahkan, viskositas larutan, dan homogenisasi atau ultrasonikasi kecepatan tinggi [72,73].
Untuk mendapatkan NP dengan menggunakan pendekatan ini, jenis polimer penting dalam menentukan enkapsulasi bioaktif pakan; asam polilaktat, selulosa asetat, etil selulosa dan poli hidroksibutirat adalah polimer yang paling banyak digunakan [73]. Bioaktif yang dienkapsulasi menggunakan metode ini meliputi α-tokoferol, kurkumin, dan quercetin [34, 71,73,74]. Pendekatan ini dianggap sebagai teknik paling efisien untuk mendapatkan ukuran NP<250nm.
2.1.4. Nanohidrogel (NH)
NH baru-baru ini dikembangkan untuk meningkatkan sistem pengiriman
bioaktif. Mereka memiliki karakteristik gabungan dari nanoteknologi
2.2.3. Nanopresipitasi
Prinsip pendekatan nanopresipitasi adalah emulsifikasi an
Gambar 2.Teknik nanoenkapsulasi umum untuk pakan ternak: (A) Gelasi ionotropik, memerangkap bioaktif dalam interaksi fisik yang dibentuk oleh spesies ionik; (B) Penguapan pelarut emulsi, mendispersikan bioaktif dalam matriks polimer; (C) Nanopresipitasi yang melibatkan pengendapan polimer larutan organik dan difusi pelarut organik dalam media berair yang mengandung surfaktan untuk membentuk NP; (D) Emulsifikasi, memungkinkan terjadinya campuran cairan yang tidak dapat bercampur dan surfaktan; (e) Koacervasi menggunakan pemisahan fasa campuran dan polielektrolit tunggal dari fasa koacervat di sekitar bioaktif umpan; (F) Electrospinning menggunakan prekursor, seperti larutan polimer, dibuat dalam spuit dengan kecepatan semprotan yang diatur oleh pompa spuit konstan untuk membentuk nanofiber; Dan (G) Penyemprotan listrik menghasilkan partikel berbentuk bola. Singkatan:
Na+adalah ion Natrium dan O/W adalah minyak dalam air.
larutan internal organik yang mengandung pelarut organik dan bioaktif, dan larutan berair polimer eksternal [75–77]. Hal ini juga dianggap sebagai
perpindahan pelarut, yang melibatkan pengendapan polimer dari larutan organik dan difusi pelarut organik dalam media berair yang mengandung surfaktan untuk membentuk NP dan nanosfer.78–80]. Pada prinsipnya, nanopresipitasi
bergantung pada deposisi antarmuka polimer setelah pelarut organik dipindahkan ke fase air. Pelarut yang dapat larut dalam air digunakan untuk melarutkan polimer, dan kemudian larutan dituangkan perlahan ke dalam larutan berair dengan mengontrol laju penambahan sambil diaduk [79]. Pelarut diuapkan dari tetesan dan NP terbentuk sebagai nanokapsul atau nanosfer (Gambar 2C).
Beberapa polimer yang biasanya diaplikasikan dengan pendekatan ini adalah asam polilaktat, polikaprolakton, poli(laktida-bersama-glikosida), dan Eudragit [81 ]. Pembentukan nanosfer atau nanokapsul bergantung pada pelarutan bioaktif, dimana nanosfer terbentuk bila didispersikan dalam larutan polimer dan nanokapsul bila sebelumnya didispersikan dalam minyak kemudian diemulsikan dalam larutan polimer.79,82].
tingkat yang digunakan untuk mendapatkan tetesan skala nano tinggi dan kemudian mahal serta tidak efisien [87]. Di sisi lain, emulsifikasi dengan energi rendah lebih efisien karena metode pengadukan yang sederhana memungkinkan dihasilkannya tetesan berukuran nano [78,88,89]. Meskipun demikian, pembentukan tetesan berukuran nano bergantung pada komposisi dan variabel sistem. Polimer yang paling banyak digunakan adalah asam polilaktat, poli(β-hidroksibutirat), asetat ftalat, dan poli(β-hidroksibutirat), dan bioaktif yang paling banyak digunakan adalah albumin, asam nukleat, dll. [38].
Emulsifikasi energi tinggi memungkinkan pembuatan NEs dengan peningkatan rasio minyak terhadap surfaktan, dibandingkan dengan emulsifikasi energi rendah [90].
2.2.5. Koakervasi
Coacervation dikenal sebagai pendekatan yang kompleks dan tidak efisien serta memakan biaya yang besar; ada tiga fase yang tidak dapat bercampur; fase pelarut inti, bioaktif dan pelapis dalam larutan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2e. Metode ini diterapkan untuk merangkum bioaktif, misalnya EO [69].
Coacervate memiliki dinding yang mengeras dan inti tidak boleh larut dalam media coacervation. Dengan teknik koaservasi, peptida bioaktif, seperti amino rumen, dapat terperangkap dalam partikel lipid dan kemudian dilindungi dengan lapisan kitosan. Metode koaservasi menggunakan pemisahan fasa campuran dan polielektrolit tunggal dari fasa koacervat di sekitar bioaktif umpan [69]. Menurut jenis polimer, koaservasi dikategorikan menjadi dua proses; koaservasi kompleks dan koaservasi sederhana [69]. Koaservasi sederhana menggunakan satu jenis polimer dan koaservasi kompleks menggunakan dua atau lebih jenis polimer.78].
Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan kompleks adalah pH, konsentrasi, jenis biopolimer, rasio polimer, dan kekuatan ionik [69,78,91].
Terlepas dari fungsi-fungsi tersebut, kelemahan dari pendekatan ini adalah komersialisasi bioaktif, misalnya, penggunaan glutaraldehid untuk ikatan silang harus dihindari.
2.2.4. Emulsifikasi
Emulsifikasi adalah proses yang memungkinkan terjadinya campuran cairan yang tidak dapat bercampur dan surfaktan (zat antarmuka). Hal ini memungkinkan penggabungan larutan berair ke dalam lipid atau sebaliknya dengan pembentukan tetesan terdispersi dalam fase kontinu seperti yang ditunjukkan padaGambar 2D [80,83].
Ukuran tetesan tergantung pada teknik produksi, jenis emulsi dan komponen. Menurut literatur, ukuran tetesan sekitar 20-200 nm, membentuk NEs [34,84,85]. NE dapat diproduksi secara spontan, karena persiapannya memerlukan energi tinggi dan perangkat mekanis seperti homogenizer bertekanan tinggi, pengaduk geser tinggi, dan generator ultrasonik [86]. Pembentukan NE dengan tingkat energi yang lebih tinggi relatif mudah karena masukan energi yang lebih tinggi menginduksi ukuran tetesan yang lebih kecil, namun energinya lebih besar.
dipertimbangkan dengan hati-hati karena undang-undang dan pembatasan dari beberapa negara. Sebaliknya, enzim baru-baru ini dikembangkan untuk menghilangkan kelemahan ini.
Oleh karena itu, cairan superkritis berpotensi digunakan untuk menghasilkan bioaktif pakan berkapsul nano.
3. Bioaktif nanoenkapsulasi dalam pakan unggas 2.2.6. Pemintalan listrik
Electrospinning merupakan teknik sederhana yang dapat menghasilkan NF dengan ukuran 40-200 nm. Pada prinsipnya mekanisme electrospinning adalah larutan polimer diberi tegangan listrik tinggi kemudian didorong menggunakan pompa spuit hingga membentuk tetesan larutan pada ujung kapiler spinneret [48, 54]. Pemintalan listrik menggunakan prekursor, seperti larutan polimer yang dibuat dalam semprit dengan kecepatan semprotan yang diatur oleh pompa semprit konstan [92].Gambar 2f menunjukkan bahwa larutan melewati spinneret dengan ujung kecil dan kemudian ditarik oleh pelat medan listrik arus searah.
Tetesan larutan polimer yang diinduksi oleh muatan listrik di bawah pengaruh medan listrik akan melompat atau bergerak menuju elektroda yang muatannya berlawanan. Pada saat yang sama terjadi proses penguapan pelarut polimer, sehingga terbentuklah serat polimer pada pelat pengumpul [93,94].
Pembentukan NFs pada proses electrospinning sangat dipengaruhi oleh beberapa parameter: (i) sifat larutan meliputi viskositas, konsentrasi, kerapatan muatan larutan, tegangan permukaan, berat molekul polimer, momen dipol, dan konstanta dielektrik, (ii) variabel peralatan meliputi tegangan, spinneret jarak ujung ke kolektor, desain kolektor dan ujung jarum [54,95], dan (iii) faktor lingkungan termasuk suhu, kelembaban dan kecepatan udara [95,96]. Pembentukan NF sebagian besar dipengaruhi oleh viskositas larutan polimer. Viskositasnya harus cukup tinggi, karena larutan yang sangat kental terlihat seperti gel. Akibatnya, viskositas optimal ditentukan dengan mengamati pembentukan kerucut Taylor di ujung jarum pemintal [54]. Terbentuknya mikrofiber menjadi NF melalui proses electrospinning juga dipengaruhi oleh jarak ujung spinneret ke kolektor dan tegangan listrik yang digunakan [54,95]. Jika jarak ini terlalu jauh atau terlalu dekat, maka yang terbentuk adalah manik-manik, bukan serat. NF
menunjukkan sifat yang lebih baik karena rasio yang lebih tinggi antara luas permukaan dan volume serta porositas yang cukup besar, sehingga NF berpotensi cocok sebagai pembawa bioaktif.97].
3.1. Minyak esensial yang dienkapsulasi
Dalam penerapan industri unggas, nanoenkapsulasi untuk EO dan ekstrak tumbuhan merupakan teknik baru yang melindungi EO dan ekstrak dari kondisi keras termasuk suhu tinggi, kelembapan tinggi, dan pengeringan. Nanoenkapsulasi melepaskan isinya secara lambat dan terkendali [103]. Penggabungan EO dan fitokimia yang
dienkapsulasi nano dalam pakan ayam pedaging dapat dilihat diMeja 2.
Beberapa pendekatan dapat diterapkan untuk menyiapkan EO yang dienkapsulasi nano, termasuk pendekatan berbasis polimer dan berbasis lipid ( Gambar 3). Amiri dkk. [105] menambahkan dua tingkat EO jintan nanoenkapsulasi dalam pakan ayam pedaging (100 dan 200 mg/kg) dan mengevaluasi
pengaruhnya terhadap unggas pada usia pemasaran. Mereka melaporkan peningkatan berat badan dan ekspresi gen MUC-2. Kadar trigliserida total dan kolesterol lipoprotein densitas rendah berkurang secara signifikan pada unggas yang diberi jintan nanoenkapsulasi dibandingkan dengan kelompok kontrol [105].
Selain itu, respon imun meningkat pada unggas yang diberi perlakuan dibandingkan dengan kelompok kontrol. Dengan kemampuan antibakteri dari jinten EOs [109] dan kitosan [110], sel penyerapan mukosa usus kecil mungkin berkembang. Selain itu, mengurangi persaingan inang untuk mendapatkan nutrisi, meningkatkan proliferasi sel penyerapan mukosa usus kecil, dan menginduksi sekresi enzim pencernaan di usus kecil. EO jinten dapat
memengaruhi tingkat HapA (proteinase ekstraseluler) dan meningkatkan produksi dan akumulasi musin 2 di saluran pencernaan (GIT). Sebagai komponen kunci dari lapisan lendir dan penghalang penting terhadap asam chyme, enzim pencernaan dan patogen, musin adalah komponen penting dari sistem pertahanan usus, dan menyaring nutrisi dalam GIT dan dapat mengubah pencernaan dan penyerapan nutrisi untuk melindungi mukosa. membran [111].
Dalam penelitian lain, penggunaan kitosan sebagai pembawa EO yang efektif telah menunjukkan potensi untuk meningkatkan kinerja pertumbuhan dan kesehatan usus unggas yang diberi perlakuan [112]. Akibatnya, nanoenkapsulasi dapat meningkatkan kinerja pertumbuhan ayam broiler dengan memberikan tingkat EO dan kitosan yang tepat serta bioaktifnya secara efektif. Penambahan thyme EO yang dienkapsulasi (60 mg/
kg) ke dalam pakan ayam pedaging secara signifikan meningkatkan pertambahan berat badan dan rasio konversi pakan pada usia pemasaran dibandingkan dengan kelompok kontrol [20]. Telah terbukti bahwa memberi makan burung dengan EO thyme yang dienkapsulasi ke dalam NP kitosan mengurangi populasi bakteri koliform serta tingkat bakteri aerob secara keseluruhan. Thyme EO ditemukan meningkatkan kinerja ayam pedaging dengan meningkatkan status fisiologis dan memodulasi mikrobioma usus ketika dikemas dalam NP kitosan. Hasil ini menunjukkan bahwa thyme EO dapat digunakan dalam pakan ayam pedaging dibandingkan sebagai pemacu pertumbuhan antibiotik [20].
Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa teknik enkapsulasi dapat meningkatkan kemampuan antibakteri dan antioksidan bioaktif, serta
mempertahankan karakteristik tersebut untuk jangka waktu yang lebih lama.6,18, 113,114]. Misalnya, setelah memasukkan EO bawang putih ke dalam NP kitosan, ia memiliki sifat antibakteri dan antioksidan yang lebih baik. Bawang putih telah terbukti efektif melawan bakteri Gram positif/negatif.115]. Untuk mengevaluasi efisiensi in vitro dan in vivo, para peneliti menemukan bahwa efek antimikroba dari EO bawang putih yang mengandung kitosan lebih tinggi dibandingkan dengan bentuk bebas terhadapE.coli[114]. EO bawang putih pada konsentrasi 100 mg/kg pakan dalam bentuk nanoenkapsulasi mampu meningkatkan bobot badan, pertambahan bobot badan, dan rasio konversi pakan ayam broiler secara signifikan. Burung yang diberi suplemen EO bawang putih nanoenkapsulasi 100 mg/kg memiliki tinggi vili dan lebar vili yang lebih tinggi.
Nanoenkapsulasi EO bawang putih juga dapat memodulasiLaktobacilli populasi di isi usus dan tingkat mRNA MUC-2 [6]. EO, khususnya varietas yang dienkapsulasi nano, meningkatkan kinerja pertumbuhan ayam broiler.
Menggunakan NP kitosan untuk mempertahankan manfaat EO bawang putih pada ayam broiler mungkin merupakan pilihan yang hemat biaya dan efektif 2.2.7. Penyemprotan listrik
Electrospraying adalah metode nanoenkapsulasi baru dan hampir sama dengan electrospinning seperti yang ditunjukkan pada gambarGambar 2G [92], tetapi NP yang dihasilkan menggunakan penyemprotan listrik adalah partikel berbentuk bola, bukan serat [98]. Metode ini juga disebut atomisasi elektro- hidrodinamik yang mengandalkan tegangan tinggi untuk cairan yang diatomisasi menjadi tetesan halus. Setelah tetesan membentuk elektroda di dalam tanah, seperti nanosfer dan nanokapsul, terjadi penguapan bertahap [92,98,99]. Ukuran nanosfer dan nanokapsul bergantung pada tegangan, jarak kolektor, kecepatan volume, dan sifat larutan, seperti viskositas, densitas, dan konsentrasi.98]. Selain itu, faktor eksternal yang mempengaruhi karakteristik partikel yang disemprotkan secara elektro adalah suhu dan tekanan [92,98]. Keuntungan utama dari metode ini adalah produksi yang sederhana, efisiensi enkapsulasi yang tinggi, dan biaya rendah.
2.2.8. Cairan superkritis
Cairan superkritis dapat diterapkan untuk merangkum bioaktif sensitif termal. Dalam hal ini, bioaktif dan polimer larut dalam cairan superkritis yang diikuti dengan penguapan dalam proses penyemprotan [38,68].
Partikel zat terlarut akhirnya diendapkan. Metode ini umum digunakan karena suhu kritis yang rendah dan terbatasnya penggunaan pelarut organik (Caliceti et al., 2004). Ukuran NP yang diperoleh dari cairan superkritis adalah sekitar 220-500 nm [101,102]. Dalam proses kimia dan industri, pelarut terbaik adalah karbon dioksida (CO).2) karena relatif mudah ditemukan dan terjangkau [100]. Prosesnya menggunakan CO superkritis2 terdiri dari antisolvent superkritis, ekspansi cepat larutan superkritis, pelapisan semprot, pembusaan superkritis, dan enkapsulasi melalui ko- presipitasi, dll. [68]. Banyak ahli telah menerapkan metode penghantaran obat ini di bidang farmasi.
Meja 2
Studi terpilih mengenai penggabungan minyak atsiri nanoenkapsulasi dan fitokimia dalam pakan ayam pedaging.
Meja 2(lanjutan) Diet suplemen
pembawa nano Tingkat Hasil Ref.
Diet suplemen
pembawa nano Tingkat Hasil Ref. molekul-2 (JAM-
2), kolesistokinin (CCK)), menutup dan musin-2 (Muc- 2)). Diet
dimasukkannya bawang putih dipimpin nano-hidrogel terhadap penurunan C. perfringens populasi dengan cara yang bergantung pada dosis.
EO thyme NP Kitosan 60mg/kg
diet Peningkatan BW dan
FCR dan berkurang populasi ileal dari koliform dan total bakteri aerobik Isi tinggi dari asam α-linolenat dan omega-3 total tak jenuh ganda asam lemak (PUFA) dan PUFA lebih rendah omega-6/omega-3 rasio daging paha dan dada.
Peningkatan pertumbuhan
kinerja dan persentase payudara.
Nanoenkapsulasi timi dan EO kayu manis
serum yang meningkat
kadar IgY dan IgM meningkat usus Lactobacillusspp.
menghitung dan menguranginya
E.colipopulasi.
Peningkatan pertumbuhan
pertunjukan, penurunan total serum trigliserida dan
LDL, berkelanjutan
respon imun,
dan ditingkatkan
gen musin 2 ekspresi.
Peningkatan pertumbuhan
pertunjukan, peningkatan hati dan ginjal biomarker di
serumnya meningkat ileum dan sekal jumlah bakteri asam laktat dan patogen berkurang populasi.
Tidak ada perubahan pertumbuhan
pertunjukan, peningkatan serum IgG tingkat, kurangi serum triiodothyronine
tingkat Peningkatan pertumbuhan
pertunjukan
[20]
Minyak biji rami Nanoemulsi 1,0 mL/kg
berat badan
[104]
karena kualitasnya yang luar biasa [6,18,20]. EO bawang putih yang mengandung kitosan diduga mempunyai efek antimikroba karena adanya interaksi antara gugus amino bermuatan positif pada kitosan dengan muatan negatif pada membran sel bakteri sehingga menurunkan permeabilitas membran dan merusak dinding sel bakteri. Sebagai konsekuensinya, nanoenkapsulasi dapat meningkatkan efisiensi pertumbuhan dengan menghasilkan molekul antimikroba dari EO dan kitosan secara lebih efisien. Selain itu, teknik IG yang digunakan untuk merangkum EO tidak menyebabkan interaksi apa pun antara bioaktif dan bahan cangkang kapsul [6]. Penggunaan ekstrak kunyit, kitosan komersial dan STPP (cross-linker) dalam formulasi nanokapsul meningkatkan energi metabolisme dan pemanfaatan nutrisi ayam pedaging [116].
EO mint, timi dan kayu manis
NP Kitosan Diet tingkat 0,025, 0,04 dan 0,055%,
masing-masing
[19]
Jintan EO NP Kitosan 100 dan 200
mg/kg makanan
[105]
3.2. Fenolik yang dienkapsulasi
Ketidakstabilan dan bioavailabilitas polifenol yang buruk, serta kerentanannya terhadap suhu tinggi, pH, dan oksigen membatasi penggunaannya secara luas dalam industri pakan.117]. Enkapsulasi adalah metode yang efektif untuk menjaga dan meningkatkan stabilitas, bioavailabilitas, dan potensi fenolik. Namun, sedikit penelitian yang dilakukan
enkapsulasi fenolik, yang dimaksudkan untuk mengangkutnya secara efektif ke usus hewan sambil tetap melindungi tindakan antibakterinya. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa suplementasi makanan dari ekstrak herbal nanoenkapsulasi 0,05% (lidah buaya, jelatang dan dill) dalam diet finisher meningkatkan penambahan berat badan. Namun, suplementasi dengan ekstrak dill berkapsul nano menunjukkan peningkatan pertambahan berat badan yang signifikan dibandingkan dengan kelompok antibiotik (bacitracin 500 g/t) [18].
Selain itu, unggas yang diberi pakan finisher yang dilengkapi dengan ekstrak jelatang berkapsul nano memiliki efisiensi konversi pakan yang jauh lebih tinggi.
efisiensi selama periode finisher dibandingkan dengan kelompok antibiotik.
Penggunaan ekstrak dill nanoenkapsulasi dalam pakan ayam pedaging berpotensi meningkatkan kinerja pertumbuhannya secara signifikan jika dibandingkan dengan kelompok antibiotik [18]. Silymarin nanoenkapsulasi (100 mg/kg berat badan) yang dihasilkan oleh USG menunjukkan efisiensi tinggi untuk mengurangi hepatotoksisitas akibat stres oksidatif pada ayam broiler yang ditantang dengan karbon tetraklorida melalui modulasi ekspresi gen terkait stres oksidatif dan ekspresi gen heat shock protein 47. [ 113]. Temuan ini menunjukkan bahwa enkapsulasi berbantuan ultrasonikasi dengan NP dapat meningkatkan bioavailabilitas
fitokimia.
Suplementasi 30 mg kurkumin bebas dan 10 mg kurkumin nanoenkapsulasi menggunakan poli (ε-kaprolakton) sebagai polimer pada pakan puyuh petelur selama tiga minggu meningkatkan produksi telur dan menurunkan rasio konversi pakan [118]. Kurkumin menunjukkan aktivitas antioksidan yang tinggi terhadap radikal peroksil yang disebabkan oleh cekaman panas. Kuning telur unggas yang mendapat kurkumin nanoenkapsulasi mengalami penurunan kadar asam lemak jenuh dan tak jenuh ganda serta kadar asam lemak tak jenuh tunggal yang lebih tinggi dibandingkan dengan kelompok kontrol.118]. Hasil tersebut menunjukkan bahwa nanoenkapsulasi mempunyai kemampuan untuk meningkatkan laju produksi, memperbaiki kualitas telur, dan meningkatkan aktivitas antioksidan kurkumin pada sepertiga dosis bentuk bebas. Kehadiran langsung kurkumin Timi dan
oregano minyak EO
mencampur
Kitosan dan kenari matriks arang
0,01% [106]
Oregano, Timi, ajwain EO
campuran minyak
NP Kitosan 100mg/kg
diet [107]
lidah buaya, adas, dan jelatang
akar ekstrak
NP Kitosan Diet tingkat 0,02, 0,025 dan 0,05%, w/w
masing-masing
100, 200, 300 atau 400 mg/kg makanan
[18]
Minyak bawang putih Nano-hidrogel
melalui
γ-iradiasi (35 kGy)
Kadar 400 mg/
kg tercatat
pertumbuhan tertinggi
kinerja dan ekspresi mRNA dari lipase pankreas (PNLIP), gen
pengkodean pencernaan
enzim (alfa 2A amilase (AMY2A), hambatan usus (adhesi fungsional
[108]
Gambar 3.Pendekatan nanoenkapsulasi minyak atsiri serta kelebihan dan kekurangannya.Nanokapsul ; minyak esensial yang dikemas dalam membran polimer,Nanosfer
; minyak atsiri terperangkap dalam struktur matriks polimer. Minyak atsiri juga dapat dikemas dalam emulsi (cairan yang tidak dapat bercampur; minyak atsiri dalam air atau air dalam minyak atsiri), nanopartikel lipid atau liposom. Gambar ini dibuat denganBioRender.com.
dalam makanan mungkin berkontribusi terhadap temuan ini karena kurkumin dianggap sebagai bahan kimia fungsional yang digunakan sebagai pemacu pertumbuhan dalam industri hewan. Menariknya, nanoenkapsulasi mampu meningkatkan aktivitas antioksidan kurkumin bebas bahkan pada konsentrasi tiga kali lebih rendah dibandingkan yang digunakan pada kelompok lain [119]. Secara keseluruhan, kurkumin dalam bentuk alami memiliki kelemahan seperti kelarutan dalam air yang buruk, stabilitas dan bioavailabilitas yang rendah, serta degradasi hati dan usus yang cepat, yang dapat dihindari dengan penggunaan kurkumin yang dienkapsulasi. Selain itu, peningkatan kelarutan, ketersediaan, umur simpan, perlindungan dari degradasi enzimatik, pelepasan obat yang terkontrol, dan penurunan toksisitas adalah beberapa karakteristik nanoteknologi yang telah memberikan hasil yang unggul.120].
dampak menguntungkan pada luas permukaan serap usus, yang dapat dipengaruhi oleh dosis dan waktu pelepasan yang ditargetkan dari bioaktif yang dienkapsulasi.
Melengkapi makanan ayam dengan lemak tinggi dan asam lemak esensial dapat meningkatkan kerentanan terhadap kerusakan oksidatif selama pemrosesan pakan atau selama penyimpanan. Selain itu, komponen makanan dan pH saluran cerna keduanya berperan dalam pemecahan dan metabolisme lemak makanan, yang merupakan langkah penting dalam ketersediaan hayati dan penyerapan bioaktif dalam sistem saluran pencernaan. Oleh karena itu, diperlukan metode yang efektif untuk menjaga minyak dari reaksi yang tidak diinginkan dan memberikan distribusi yang terkendali saat memberi makan unggas dengan jenis makanan ini. Pembawa muatan bioaktif untuk perlindungan terhadap kondisi yang merusak telah mendapat banyak perhatian dalam bentuk NE.
Pemanfaatan ultrasonikasi untuk menghasilkan NE yang mengandung minyak biji rami yang distabilkan oleh konsentrat protein whey dan natrium alginat dapat melindungi asam bioaktif ω-3 α-linolenat dari pencernaan lambung, menunjukkan potensi sebagai pembawa yang cocok untuk usus bagian distal. Hasil ini menunjukkan bahwa produksi minyak biji rami NE dengan bantuan ultrasonik adalah teknik yang berhasil untuk melindungi asam lemak dan mengontrol pelepasannya di usus belakang ayam tanpa mempengaruhi kinerja dan oksidasi lipid [104].
3.3. Asam lemak terenkapsulasi
Asam lemak, misalnya butirat, dapat diserap di saluran pencernaan bagian atas ayam; jadi efektivitasnya kemungkinan besar akan meningkat jika dicegah agar tidak segera terserap di saluran atas [121]. Anak ayam muda memiliki konsentrasi asam lemak rantai pendek yang sangat rendah di bagian distal saluran pencernaannya, namun kadar ini meningkat dan akhirnya stabil setelah berumur sekitar dua minggu.121]. Dalam hal ini, sebelum masuk ke usus besar, garam asam butirat harus dalam bentuk yang tidak terdisosiasi agar dapat berinteraksi dengan bakteri yang ada di sana. Untuk secara efektif melindungi butirat dari penyerapan usus awal, butirat pelindung telapak tangan dari penyerapan usus awal diselidiki [122]. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa suplementasi makanan dengan asam butirat yang dienkapsulasi hingga 0,5 g/kg meningkatkan pertambahan berat badan dan rasio konversi pakan dibandingkan dengan kelompok kontrol [123,124]. Hasil ini menunjukkan bahwa pelepasan awal natrium butirat yang dienkapsulasi di usus kecil meningkatkan morfologi dan perkembangan usus serta kecernaan nutrisi, sedangkan pelepasan selanjutnya di sekum menghambat patogen usus. Namun, penelitian lain menunjukkan bahwa pelepasan natrium butirat terenkapsulasi yang terkandung dalam lemak nabati tidak berpengaruh secara signifikanSalmonellapopulasi [124]. Natrium butirat yang dienkapsulasi mungkin memiliki
3.4. Obat dan vaksin yang dienkapsulasi
Nanoenkapsulasi memungkinkan obat-obatan diserap dan disimpan dalam sel dan jaringan dengan lebih efisien sekaligus melindungi obat dari kerusakan yang cepat.125]. Seperti yang ditunjukkan diGambar 4, banyak pembawa yang dapat digunakan untuk pengiriman vaksin, termasuk struktur nano mineral (emas dan karbon) dan pembawa vaksin berbasis lipid. Enkapsulasi berbagai vaksin juga dapat dilakukan melalui penggunaan polimer [126–129]. Bahan-bahan ini terdegradasi di dalam tubuh menjadi metabolit yang dapat terbiodegradasi.
Beberapa protokol vaksinasi telah dievaluasi dalam upaya menghasilkan vaksin yang efektif melawan penyakit iniCampylobacter jejuni kolonisasi pada ayam, tetapi tidak berhasil. Vaksinasi oral yang hanya dikemas dengan protein mungkin tidak efektif karena mengandung protein
Gambar 4.Platform pengiriman vaksin nano yang berbeda; bahan bioaktif atau antigen vaksin dapat dimasukkan atau dilekatkan pada struktur nano yang berbeda.
Gambar ini dibuat denganBioRender.com.
kerusakan di GIT. Untuk menginduksi respons imun efektor dan memori, para ilmuwan telah mencoba menunda pelepasan molekul vaksin melalui nanoenkapsulasi yang dapat melepaskannya secara perlahan.
NP laktida-ko-glikolida dienkapsulasi menjadi protein membran luar (OMP) dariC.jejunisebagai pendekatan vaksin untuk ayam pedaging [
130]. Burung diberikan vaksin siap pakai dengan dan tanpa enkapsulasimelalui berbagai dosis (25, 125, atau 250 μg) secara oral atau subkutan.
Vaksinasi dengan 125 μg OMP yang dienkapsulasi melalui subkutan secara signifikan mengurangi jumlah bakteri dalam sampel tinja dibandingkan dengan semua kelompok lainnya. Efek keseluruhan yang lebih baik ditemukan pada ayam yang menerima 125 μg melalui subkutan dari kedua jenis vaksin, dengan tingkat deteksi yang rendah.
C.jejunidalam sampel isi usus [130]. Namun vaksin berkapsul ini tidak berfungsi bila diberikan secara oral. Menginduksi respon antibodi dan menghambatC.jejuni kolonisasi pada ayam dapat dicapai dengan menggunakan jalur imunisasi subkutan dengan OMP yang
dienkapsulasi atau OMP saja. Ada banyak perlindungan terhadapnya Campylobacterinfeksi karena peningkatan respons IgY dan IgA serum dan feses setelah vaksinasi subkutan dengan OMP. Temuan ini menunjukkan bahwa vaksinasi subkutan lebih efektif dibandingkan vaksin oral dalam mencegah Campylobacterinfeksi pada usus.
Berdasarkan penelitian sebelumnya, motif CpG mungkin merupakan bahan pembantu mukosa yang efektif pada unggas, khususnya untuk pengobatan penyakit usus. Namun demikian, pemberian CpG secara oral masih belum efektif karena waktu paruh yang pendek dan kemungkinan terurai oleh asam lambung dan enzim pencernaan.131,132]. Untuk menghindari kesulitan ini dan meningkatkan ketersediaan intraseluler di wilayah target, beberapa upaya telah dilakukan untuk memformulasi CpG dalam pembawa pelindung, seperti poli (D, L-laktat-bersama-asam glikolat) (PLGA) NP [ 129,133]. Pemberian oligodeoksinukleotida terenkapsulasi PLGA secara oral yang mengandung motif CpG yang tidak termetilasi pada dosis 5 atau 50 μg menunjukkan hasil yang signifikan.
pengurangan sekalC.jejunidihitung sebanyak 1,46 dan 1,89 log10pada ayam broiler dan ayam petelur pada hari ke 22 pasca tantangan. Selain itu, ayam pedaging mempunyai tingkat anti-C.jejuniTiter antibodi IgG dibandingkan dengan burung yang menerima plasebo dengan korelasi positif antara levelnya dan C.jejunipopulasi [129]. Hasil ini juga menunjukkan efektivitas CpG terenkapsulasi PLGA bila dikombinasikan secara oralC.jejunilisat untuk dikendalikan
Campylobacterbeban [129]. CpG yang dimasukkan ke dalam NP PLGA
meningkatkan kemanjuran CpG untuk menghambatC.jejunikolonisasi pada ayam pedaging dan ayam petelur, mungkin karena pelepasan agonis dari PLGA yang berkepanjangan dan terus menerus. Menurut penelitian ini, ayam broiler terbukti memiliki tingkat perlindungan yang lebih rendah dibandingkan ayam petelur, hal ini tampaknya disebabkan oleh faktor genetik dan variasi antara kedua jenis ayam tersebut.
Beberapa pendekatan skala nano juga telah diterapkan untuk penghantaran obat seperti yang ditunjukkan padaGambar 5. Terapi amoksisilin oral segera diberikan dan memerlukan pemberian dosis yang sering. Pabrikan merekomendasikan dosis 1 mg amoksisilin per 100 g berat badan setiap hari selama 3-5 hari. Namun pengobatan oral untuk infeksi berat pada ayam dengan amoksisilin 10 mg/kg berat badan yang diulang setiap 24 jam ternyata tidak cukup.134,135]. Penelitian telah mencoba mengembangkan formulasi amoksisilin alternatif untuk mengurangi frekuensi pemberian dan meningkatkan
bioavailabilitas dengan pelepasan lambat melalui penjeratan ke dalam NP polimer. Unggas yang menerima amoksisilin 10 mg/kg yang dienkapsulasi dengan NP natrium alginat-polivinil alkohol memiliki waktu paruh amoksisilin dalam plasma yang lebih lama dengan bioavailabilitas yang lebih tinggi dibandingkan unggas yang menerima formulasi gratis [128]. Temuan ini menunjukkan potensi penggunaan formulasi nano amoksisilin secara oral pada ayam broiler. Muatan negatif dan ukuran partikel rata-rata 500 nm dalam studi Güncüm et al. [128]
membuat amoksisilin mudah diserap dalam usus burung. Amoksisilin yang dilepaskan dari NP diperkirakan melewati penghalang usus melalui jalur transeluler sebelum dikirim ke sirkulasi sistemik melalui vena portal.
Gambar 5.Pendekatan pemberian obat skala nano untuk unggas dan ruminansia.Nanokristal dapat digunakan sebagai pembawa obat yang sukar larut dalam air.Nanoliposom dapat membawa obat hidrofilik dalam fase airnya dan obat hidrofobik dalam fase lipidnya.Misel polimer : obat hidrofobik dapat dibawa dalam struktur cangkang inti yang terbuat dari rakitan sendiri kopolimer blok amfifilik.Konjugat obat-polimer : obat dapat dihubungkan secara kimia ke polimer yang tidak terbungkus di dalam polimer. Nanopartikel protein dapat menghantarkan obat karena struktur amfifilik dan kemampuan biodegradasinya. Gambar ini dibuat denganBioRender.com.
Para peneliti percaya bahwa pelepasan obat nano yang lebih lambat dari permukaan mukosa bertanggung jawab atas konsentrasi bentuk nano yang lebih rendah dalam darah dibandingkan dengan bentuk bebas.
Mengenkapsulasi virus Newcastle menjadi NP kitosan menggunakan metode ikatan silang ionik telah dievaluasi dalam penelitian sebelumnya [136,137]. Burung yang diberi vaksin enkapsulasi secara oral atau intranasal terlindungi sepenuhnya dibandingkan dengan unggas yang diberi vaksin NDV hidup LaSota atau vaksin NDV yang dilemahkan [137]. Ada perkembangan terkini dalam vaksin berbasis mRNA untuk melawan penyakit virus, dan penelitian menunjukkan bahwa vaksin ini mampu menghasilkan perlindungan humoral dan seluler yang tinggi, serta kekebalan penuh terhadap paparan yang parah [138,139]. NP kitosan sering kali dirancang untuk memberikan obat-obatan dan antigen vaksinasi. Mereka dapat secara efisien menargetkan antigen vaksinasi ke sel penyaji antigen seperti makrofag dan sel dendritik, sehingga memicu respons sel T spesifik antigen yang kuat.140,141]. NP kitosan yang membawa protein Hemagglutinin 1 (HA1) menunjukkan respons imun humoral dan seluler yang lebih baik ketika diberikan melalui rute intranasal dibandingkan dengan vaksin influenza yang dilemahkan secara keseluruhan pada tikus [127].
Pemberian intranasal molekul mRNA hemagglutinin (HA2) yang dienkapsulasi dan protein matriks 2 ektodomain (M2e) dari virus influenza A dalam NP kitosan menginduksi respons imun yang unggul dan perlindungan yang efisien terhadap virus LPAI H7N9 dan H9N2 [
142]. Hasil ini menunjukkan bahwa NP kitosan aman dan efisienmelekat pada sel epitel usus dan paru serta melewati penghalang epitel untuk mencapai jaringan yang lebih dalam. Oleh karena itu, sel penyaji antigen pada sistem imun mukosa lebih mungkin mengambil dan mengangkut antigen tertentu ke lokasi inisiasi imun seperti patch Peyer, dimana respons imun dapat diinduksi secara efisien.
[141,142]. Namun, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengidentifikasi mekanisme perlindungan imunologi yang diberikan oleh formulasi vaksin dan mengevaluasi kemanjuran metode imunisasi ini di lapangan.
4. Bioaktif nanoenkapsulasi dalam produksi ruminansia
4.1. Mineral nano
Nanoenkapsulasi untuk mineral dapat diperkenalkan untuk produksi hewan dalam dua bentuk; logam dan polimer [143]. Menyediakan mineral dalam bentuk nano dapat memfasilitasi pengiriman mineral ke organ target melalui penetrasi langsung dan meningkatkan bioavailabilitasnya [144,145]. Tabel 3mewakili nano- mineral yang diterapkan dalam pakan ternak. Selenium (Se) dan Seng (Zn) adalah elemen paling penting bagi hewan. Se dianggap sebagai elemen penting bagi hewan. Suplementasi Se dalam pakan dapat meningkatkan pertumbuhan hewan dan meningkatkan fungsi kekebalan tubuh serta kemampuan antioksidan ternak dan unggas [145,146], namun seperti semua nutrisi dan bahan kimia, efeknya bergantung pada jumlah yang diserap.
Tabel 3
Nano-mineral diterapkan dalam pakan ternak.
Elemen Satwa Konsentrasi Referensi
Nano-Se Se NP ZnO NP ZnO NP
sapi Holstein
Kambing domba Sapi perah
diet 0,30 mg Se/kg
0,6 mg Se kepala-1hari-1(injeksi) 200 mg/mL (suspensi) diet 40mg/kg
[149]
[150]
[151]
[152]
Ia bertindak sebagai kofaktor, terdapat dalam beberapa struktur enzimatik, dan mengatur metabolisme hormon tiroid pada hewan ternak [147]. Asupan Se harian yang direkomendasikan adalah 100, 300, dan 100 μg/kg bahan kering per hari untuk sapi, sapi potong, dan anak sapi [146]. Kebutuhan hewani bergantung pada ketersediaan mineral dan karakteristik tanah tempat pakan ternak tersebut diproduksi.148].
Pemberian Se dari sumber natrium selenit bersifat toksik, memiliki efek pro-oksidan, dan menunjukkan tingkat pemanfaatan biologis yang rendah.
Han dkk. (2021) membandingkan efek suplementasi nano-Se dengan natrium selenit konvensional terhadap kinerja laktasi, konsentrasi Se susu pada sapi perah pertengahan laktasi. Suplementasi Nano-Se menghasilkan konsentrasi Se yang lebih tinggi dalam susu dibandingkan sampel kontrol (natrium selenit). Hal ini mungkin disebabkan karena Se NP lebih efektif diserap ke dalam aliran darah dibandingkan dengan natrium selenit, sehingga menyebabkan peningkatan konsentrasi Se dalam susu [149,153].
Kachuee dkk. [150] mengevaluasi efek berbagai bentuk suplemen Se (selenomethionine (SeM), Se NPs, sodium selenite) pada kambing Khalkhali selama 4 minggu terakhir kehamilan. Mereka meneliti konsentrasi Se, Zn, Cu, dan Fe pada kambing dan perpindahannya dari kolostrum kambing dan plasenta ke anak-anaknya. Setelah pemberian suplemen Se NP pada kambing bunting, kandungan Se total serum dan darah utuh lebih tinggi dibandingkan suplemen Se lainnya. Namun, konsentrasi Se yang ditransfer ke serum anak-anak lebih tinggi pada kasus suplementasi SeM
dibandingkan dengan bentuk lainnya. Transferabilitas SeM yang lebih besar ke anak-anak mungkin disebabkan oleh kesamaan biokimia antara metionin dan SeM. Plasenta tidak dapat membedakan antara metionin dan SeM, sehingga SeM ditransfer ke janin melalui transporter asam amino sebagai jalur alternatif untuk transport selektif Se.150,154].
Zn tidak dapat disimpan dalam tubuh hewan, sehingga diperlukan asupan makanan yang teratur. Hal ini penting untuk fungsi fisiologis tubuh seperti reproduksi, pertumbuhan normal, pembelahan sel, sintesis DNA, pengerasan, penyembuhan luka, dan proses penglihatan fotokimia. Hal ini juga dapat meningkatkan sistem kekebalan tubuh melalui produksi antibodi, replikasi limfosit, perlindungan membran terhadap endotoksin bakteri, sintesis protein, dan produksi energi.155]. Najafzadeh dkk. [151]
mempelajari pengaruh Zn oksida (ZnO) NP (dibandingkan dengan ZnO konvensional) terhadap perubahan histopatologis dan faktor biokimia serum pada ginjal dan hati domba. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ZnO NP menurunkan aktivitas alkaline fosfatase dan meningkatkan kadar kreatinin dalam darah domba. Selain itu, nefritis interstisial multifokal, nekrosis eosinofilik hepatosit, dan pembengkakan sel terdeteksi selama pemeriksaan histopatologis [151]. Hasil ini menunjukkan bahwa ZnO NP dapat menjadi racun bagi domba. Dapat direkomendasikan bahwa penelitian ekstensif perlu dilakukan untuk menguji toksisitas NP mineral terhadap ternak dan produknya.
ekstrak rosemary, dan minyak biji rami (sumber omega-3) yang dilapisi dengan minyak sawit terhidrogenasi terhadap fermentasi rumen dan kualitas susu.
Mereka menemukan bahwa produksi gas menurun secara signifikan pada 48 jam, dan konsentrasi amonia pada 24 jam meningkat setelah menggunakan 4-5%
campuran. Selain itu, suplementasi komponen ini meningkatkan kandungan total asam lemak omega-3 dalam susu. Oleh karena itu, disarankan untuk
menambahkan suplemen ini untuk memfortifikasi susu sapi dengan omega-3 tanpa mempengaruhi fermentasi rumen [159].
4.3. Asam lemak esensial yang dienkapsulasi
Asam lemak adalah unit pembangun dasar lipid yang terutama dikategorikan menjadi asam lemak jenuh dan tak jenuh. Seperti yang dijelaskan di bagian sebelumnya, NE digunakan untuk melindungi asam lemak dan mengontrol pelepasannya di usus belakang ayam tanpa mempengaruhi performa dan oksidasi lipid. Namun, pada hewan ruminansia, NE diterapkan untuk melindungi hidrogenasi rumen. Asam linoleat terkonjugasi (CLA) telah menarik banyak perhatian di industri susu karena peran positifnya dalam meningkatkan respon imun dan menurunkan risiko aterosklerosis dan kanker. Heo dkk. [160] menyelidiki efek
nanoenkapsulasi CLA pada karakteristik fermentasi rumen dan stabilitas CLA. Mereka menyimpulkan bahwa nanoenkapsulasi meningkatkan stabilitas CLA dalam ekosistem rumen tanpa mempengaruhi fermentasi rumen. Hasil ini dapat mendorong para peneliti untuk menyelidiki efek nanoenkapsulasi asam lemak lain terhadap fungsi biologis dan kondisi kesehatan umum ruminansia. Olloqui dkk. [161] mempelajari potensi alginat sebagai bahan dinding untuk enkapsulasi dan perlindungan minyak ikan terhadap hidrogenasi rumen. Ditemukan bahwa 1% alginat memungkinkan pelepasan minyak ikan dengan sukses selama pencernaan pasca-rumen.
5. Masalah keamanan dan peraturan nanocarrier yang mengandung bioaktif Kekhawatiran semakin meningkat mengenai penerapan nanoteknologi pada pakan ternak, terutama pada ruminansia dan unggas, serta makanan manusia, karena bahan nano dapat memberikan dampak toksik pada hewan, manusia, dan lingkungan. Potensi dampak buruk dari NP dan bahan nanoenkapsulasi, jalurnya, dan cara mereka berinteraksi dengan tubuh hewan masih belum jelas. Meskipun Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (FDA) telah mengkonfirmasi pendekatan berbasis nanoteknologi untuk produksi massal di industri makanan [162], potensi bahaya TN tidak dapat diabaikan karena sifatnya yang sangat reaktif. Rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi dari NP ini memungkinkan mereka dengan mudah menembus membran sel, mencapai sistem peredaran darah dan terakumulasi dalam jaringan hewan atau produk seperti daging, susu dan telur.163,164].
Masalah keamanan suplemen pakan nanoenkapsulasi dan NP dalam pakan ternak dapat dinilai sebagai (i) kontaminan pakan tidak langsung, (ii) pengubah pencernaan dan penyerapan, dan (iii) racun yang tidak diketahui. Pakan ternak mungkin terkontaminasi oleh bahan nano secara tidak langsung melalui beberapa praktik pertanian bioaktif pakan atau secara langsung melalui penggabungan nutrisi yang dienkapsulasi nano selama formulasi pakan. NP mempunyai perilaku fisikokimia seperti peningkatan luas permukaan yang sangat berbeda dengan ukuran aslinya.165]. Perilaku fisikokimia NP yang baru ini dapat meningkatkan potensi toksisitasnya di dalam tubuh hewan karena mereka dapat dengan mudah memasuki membran sel dan terakumulasi di dalam organisme hidup sehingga menyebabkan gangguan kinerja organ [166,167]), sehingga mempengaruhi keselamatan dan kesejahteraan hewan. Efek toksik dari NP menyebabkan peradangan jaringan, stres oksidatif, disfungsi endotel, dan kematian sel.168,169].
Selain itu, paparan struktur nano dalam jangka panjang dapat membunuh bakteri menguntungkan dan mengakumulasi NP di beberapa organ seperti limpa dan hati (Gambar 6). Stres oksidatif yang dihasilkan dapat menyebabkan kerusakan DNA dan denaturasi protein setelah paparan jangka panjang [170,171].
Secara umum, ada tiga nasib NP dan bioaktif nanoenkapsulasi dalam usus hewan setelah konsumsi pakan.
4.2. Vitamin yang dikemas
Vitamin dan fitokimia adalah bioaktif organik yang dibutuhkan dalam jumlah kecil untuk pemeliharaan dan pertumbuhan normal kehidupan hewan. Mereka adalah mediator, atau terlibat dalam, beberapa jalur biokimia. Vitamin A, D, dan E lebih banyak dibutuhkan pada sapi karena mikroflora rumen sapi dapat mensintesis vitamin K dan B kompleks dalam jumlah yang cukup.156]. Vitamin sebagian besar dienkapsulasi untuk memperpanjang umur simpannya, dan melindunginya dari kerusakan selama pemrosesan. Enkapsulasi dilakukan untuk penyimpanan, transportasi, dan pengiriman ke usus kecil karena mikroba rumen mendegradasi vitamin dengan cepat dalam rumen [7]. Vitamin D sangat penting untuk kesehatan tulang dan digunakan untuk pengobatan osteoporosis pascamenopause. Telah terbukti bahwa NE dapat meningkatkan penyerapan dan bioavailabilitas vitamin D dan ekspresi gen yang berhubungan dengan metabolisme vitamin D.157]. Dalam sebuah penelitian baru-baru ini, pembawa lipid berstrukturnano (NLCs) yang mengandung vitamin D dan raloxifene hidroklorida (modulator reseptor estrogen selektif) meningkatkan bioavailabilitas vitamin D dan raloxifene hidroklorida, sehingga menyarankan penggunaannya untuk pengobatan osteoporosis pascamenopause [158]. Kim dkk. [159]
mengevaluasi efek suplementasi vitamin E,
Gambar 6.Mekanisme toksisitas yang disebabkan oleh nanopartikel pada unggas dan ruminansia. Paparan struktur nano dalam jangka panjang dapat meningkatkan stres oksidatif karena peningkatan kadar spesies oksigen reaktif (ROS), sehingga merusak protein DNA dan lipid. Paparan jangka panjang juga dapat menyebabkan akumulasi nanopartikel di organ unggas dan ruminansia serta dapat menghancurkan bakteri menguntungkan. Gambar ini dibuat denganBioRender.com.
1. Pencernaan penuh dan penyerapan bioaktif ditambah NP di usus.
Namun, uji keamanan harus dilakukan untuk menilai surfaktan yang digunakan dalam prosedur nanoenkapsulasi.
2. Degradasi sebagian TN; dengan demikian bioaktif yang dienkapsulasi dilepaskan sedikit. Namun residu NP dan bioaktif akan membentuk konjugat yang memiliki karakteristik dan perilaku biokinetik berbeda.
Lebih jauh lagi, karena ukuran kecil dari konjugat yang tidak terdefinisi ini, mereka dapat bertranslokasi ke organ yang berbeda, bertindak sebagai alergen dan menimbulkan respon imunologis pada tubuh hewan.163]. Oleh karena itu, penyelidikan lebih lanjut diperlukan untuk mengevaluasi penyerapan, translokasi, jalur metabolisme, dan ekskresi bioaktif nanoenkapsulasi.172].
3. Resistensi bioaktif nanoenkapsulasi terhadap pencernaan;
akibatnya, bioaktif inti tidak dilepaskan di usus dan melalui salah satu dari dua pilihan. Pertama, NP akan dikeluarkan dari GIT dan berpotensi menjadi racun bagi lingkungan. Kedua, bahan nano dan bioaktif yang terperangkap melewati penghalang epitel usus dan memasuki aliran darah, memicu respons imun dan berpotensi menyebabkan gejala toksisitas.173,174].
dianalisis dalam lima poin penting: (i) selama persiapan; (ii) selama penggabungan dalam formulasi pakan; (iii) dalam rantai pakan; (iv) dalam uji toksisitas; (v) di dalam cairan sirkulasi dan seluler serta dalam produk hewani seperti susu, daging, dan telur.
Menurut EFSA, material nano yang direkayasa dianggap kurang dari atau sama dengan 100 nm dalam satu dimensi atau lebih. Apalagi aglomerat atau agregat yang mewakili karakteristik nano dan memiliki ukuran>100 nm juga disebut sebagai bahan nano rekayasa [175].
Definisi yang sama telah dijelaskan dalam rancangan panduan untuk produsen [176]. Di beberapa negara seperti Korea Selatan, Selandia Baru dan Australia, organisasi regulator telah menerbitkan pedoman mereka sendiri. Mereka juga merekomendasikan evaluasi produk pangan dan pakan yang diformulasikan dengan NP melalui uji keamanan sebelum dipasarkan [172].
6. Keuntungan dan kerugian menggunakan bioaktif nanoenkapsulasi di bidang hewan
Penerapan nanoteknologi seperti yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya pada industri pakan ruminansia dan unggas membawa berbagai kelebihan dan kekurangan. Nanoenkapsulasi dicirikan oleh potensinya yang sangat besar dalam menyediakan cara untuk menghasilkan bioaktif yang sulit diperoleh dalam pakan yang difortifikasi. Nanoenkapsulasi meningkatkan bioavailabilitas bioaktif dan melindunginya dari pemrosesan dan kondisi alam, termasuk efek enzimatik dan kimia.162,177] dan ketidakstabilan fisik molekul fungsional seperti obat-obatan dan bioaktif selama formulasi pakan [162,178].
Nanoenkapsulasi dapat meningkatkan efisiensi biologis bioaktif dengan mengendalikan pelepasannya di usus, sehingga mengurangi toksisitasnya dan memperpanjang umur simpannya.179]. Selain itu, nanoenkapsulasi dapat memperlambat atau sepenuhnya mencegah reaksi oksidasi beberapa bioaktif sensitif termasuk minyak atau vitamin karena NP dapat menjadi penghalang fisik- kimia terhadap prooksidan seperti radiasi ultraviolet, radikal bebas, atau oksigen.
179]. Di bidang pakan ternak, penerapan teknik nanoenkapsulasi dalam kedokteran hewan meningkatkan sistem penghantaran obat dan berkontribusi untuk menciptakan strategi ideal yang tidak hanya
Kesimpulannya, desain TN yang akurat dapat menutupi permasalahan keselamatan dan keselamatan dapat dinilai dengan pendekatan yang langsung. Selain itu, kesadaran akan seluruh karakteristik masalah keamanan merupakan hal mendasar untuk perancangan sistem nanoenkapsulasi yang lebih baik dan menjadikannya memungkinkan secara komersial.
Belum ada undang-undang spesifik mengenai penggunaan bioaktif terenkapsulasi nano dan material nano dalam industri pakan yang ditemukan baru-baru ini; namun, pemerintah dan lembaga terkait mengklaim bahwa undang-undang mereka saat ini menjamin keamanan pakan nano dan produk makanan [175]. Pada bulan Desember 2011, EFSA menerbitkan dokumen berjudul “Panduan penilaian risiko penerapan ilmu nano dan teknologi nano dalam rantai makanan dan pakan” yang berfungsi sebagai dokumentasi untuk penilaian risiko bahan nano yang digunakan dalam pakan dan formulasi makanan. Namun demikian, karena sifat fisikokimia dan fungsi katalitik NP, interaksinya dengan bioaktif pakan harus dipertimbangkan. Oleh karena itu, TN ini perlu dipantau dan
