BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI VÀ THỦY SẢN MÔN CÔNG NGHỆ ENZYME GV GIẢNG DẠY TS ĐỖ VIỆT HÀ SINH VIÊN THỰC HIỆN 1 NGUYỄN QUÍ TRỌNG 18139209 2 ĐỖ MINH TRÍ – 18139204 3 ĐOÀN NGỌC DUY TRINH 18139205 4 HỒNG LONG QUÝ 18139159 5 VÕ THỊ THÙY TRANG 18139202 TPHCM– 122021 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3 1 1 Thức ăn chăn nuôi,thủy sản là gì ? 3 1 1 1 Các thành phần chính trong thức ăn c.
TỔNG QUAN
Thức ăn chăn nuôi,thủy sản là gì ?
Thức ăn chăn nuôi và thủy sản bao gồm các sản phẩm mà vật nuôi tiêu thụ, có thể ở dạng tươi, sống hoặc đã qua chế biến Chúng bao gồm thức ăn dinh dưỡng và thức ăn chức năng với nhiều dạng khác nhau như nguyên liệu, thức ăn đơn, thức ăn hỗn hợp hoàn chỉnh, thức ăn đậm đặc, và phụ gia thức ăn Đối với thủy sản, còn có các sản phẩm bổ sung vào môi trường nuôi nhằm tạo ra thức ăn tự nhiên, ổn định môi trường và tăng hiệu quả sử dụng thức ăn.
Thức ăn chăn nuôi và thủy sản bao gồm các sản phẩm nông nghiệp và thủy sản truyền thống như thóc, gạo, cám, ngô, khoai, sắn, cùng với các phụ phẩm như bã rượu, bã bia, bã sắn, bã dứa, rỉ mật đường, rơm, cỏ, tôm, cua, cá và nhiều loại khác Những nguyên liệu này đã được người chăn nuôi sử dụng từ lâu và đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dinh dưỡng cho vật nuôi.
1.1.1 Các thành phần chính trong thức ăn chăn nuôi, thủy sản
Nguyên liệu thức ăn chăn nuôi hiện nay rất đa dạng và phong phú, tùy thuộc vào từng loại vật nuôi Người chăn nuôi cần biết cách phối trộn hợp lý để đảm bảo chất lượng và dinh dưỡng cho vật nuôi, từ đó giúp chúng sinh trưởng và phát triển tốt Một trong những nguyên liệu phổ biến trong thức ăn chăn nuôi là bột mì.
Bột mì, được sản xuất từ hạt lúa mì, là nguyên liệu quan trọng trong ngành chế biến thực phẩm, thường được sử dụng để làm bánh mì, bánh ngọt, kẹo và quẩy Ngoài ra, bột mì còn được áp dụng rộng rãi trong sản xuất thức ăn chăn nuôi.
- Chỉ tiêu dinh dưỡng bột mì chăn nuôi:
- Bột mì là thành phần được sử dụng cho hầu hết các loại cám viên thức ăn chăn nuôi hiện nay. b) Bã đậu nành
Bã nành là sản phẩm thu được từ quá trình chiết xuất dầu từ hạt đậu tương, có dạng bột mảnh, màu vàng nâu nhạt và mùi thơm đặc trưng Đây là nguồn cung cấp protein chủ yếu và tốt nhất trong thức ăn cho vật nuôi, với hàm lượng đạm thô từ 43 – 49% và giàu acid amin thiết yếu, đặc biệt là Lysine chiếm 2.88% Bã nành không chỉ cung cấp dinh dưỡng cân đối mà còn có mùi thơm hấp dẫn, giúp tăng cường tính thèm ăn cho vật nuôi.
- Hàm lượng dinh dưỡng trong bã đậu nành:
+ Tạp chất: 2.5% max. c) Bã ngô lên men
Ngô lên men (DDGS) là sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất Ethanol, chứa hầu hết các dưỡng chất từ hạt bắp dưới dạng bột, ngoại trừ tinh bột Nó giàu đạm thô, acid amin, phosphore và các thành phần dinh dưỡng khác, đóng vai trò quan trọng trong khẩu phần ăn của vật nuôi Hàm lượng dưỡng chất quý giá trong ngô lên men là yếu tố thiết yếu trong công thức thức ăn chăn nuôi hiện nay, với bã ngô lên men thường có màu vàng hoặc cam.
- Đặc điểm về dinh dưỡng của Ngô lên men:
+ Độ ẩm: 12.5% max d) DPS – Protein tăng trọng
Protein tăng trọng là nguyên liệu phổ biến giúp vật nuôi phát triển nhanh chóng và đạt năng suất cao Thành phần chính của sản phẩm này bao gồm 50% protein thô, 5% béo thô và 2% xơ thô.
+ Cung cấp đạm kích thích tôm, cá mau lớn, mau tăng trọng
+ Bổ sung protein động vật vào thức ăn chăn nuôi e) Bột vỏ tôm
Tôm khô rất giàu acid amin, canxi và phốt pho, mang lại hương vị đặc trưng kích thích sự thèm ăn, rất có lợi cho gia cầm trong giai đoạn đẻ trứng, gia súc trong quá trình phát triển xương và thủy sản trong quá trình tạo vỏ Với hàm lượng đạm cao từ 30-35%, tôm khô giúp tăng cường độ đạm trong công thức phối trộn thức ăn chăn nuôi.
- Chỉ tiêu dinh dưỡng Bột vỏ tôm:
+ Độ tro: 28% f) Bột xương thịt
Nguyên liệu này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp đạm và acid amin cho vật nuôi, do đó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, đặc biệt là trong công thức phối trộn cho thức ăn dạng cám viên.
- Chỉ Tiêu dinh dưỡng của bột xương thịt:
+ Tỉ lệ Protein tiêu hóa: 83% min
+ Xuất xứ: Châu Âu g) Bột cá
Bột cá là thành phần thiết yếu trong thức ăn chăn nuôi, đặc biệt cho vật nuôi thủy sản, với vai trò cung cấp protein chất lượng cao Sự gia tăng trong nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam đã dẫn đến nhu cầu ngày càng cao về bột cá, nhờ vào tính ưu việt của nó so với các nguồn protein khác.
- Đặc điểm dinh dưỡng của bột cá:
Trong sản xuất thức ăn thủy sản, việc lựa chọn thành phần phù hợp là rất quan trọng Các thành phần thức ăn cần đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng cao và giá thành hợp lý để đảm bảo sự phát triển tốt cho động vật thủy sản.
Để chế biến thức ăn thủy sản hiệu quả, việc hiểu rõ các thành phần trong thức ăn là rất quan trọng Thức ăn thủy sản chủ yếu bao gồm nhóm cung cấp năng lượng, nhóm cung cấp protein và nhóm chất phụ gia Trong đó, nhu cầu protein của thủy sản cao hơn nhiều so với gia súc và gia cầm, dao động từ 25 – 55% Do đó, nguồn nguyên liệu cung cấp protein với hàm lượng trên 30% trở thành ưu tiên hàng đầu của nhà nông, được chia thành hai nhóm chính là Protein Động Vật và Protein Thực Vật.
Protein động vật có hàm lượng trên 50% và được động vật thủy sản sử dụng hiệu quả hơn so với protein thực vật Các nguồn protein động vật phổ biến trong thức ăn thủy sản bao gồm bột đầu tôm, bột cá, bột huyết, bột mực và bột nhuyễn thể Trong số đó, bột cá là nguồn protein phù hợp nhất cho động vật thủy sản.
Bột cá được phân thành hai loại: bột cá nhạt với độ mặn dưới 5% và protein trên 50%, và bột cá mặn Trong sản xuất thức ăn thủy sản, bột cá nhạt thường được ưa chuộng hơn Nguyên liệu chính để sản xuất bột cá thường là cá trích, cá cơm hoặc cá mòi Chất lượng bột cá phụ thuộc vào độ tươi của nguyên liệu, phương pháp chế biến và cách bảo quản.
Mức sử dụng bột cá trong khẩu phần ăn của các loài cá khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu Protein của chúng, thường dao động từ 25% đến 35% Chẳng hạn, tôm sú cần khoảng 35% bột cá, trong khi tôm trưởng thành chỉ cần từ 28% đến 30%.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Protease
Enzyme Protease, còn được gọi là proteinase hay peptidase (EC.3.4.), là nhóm enzyme thủy phân có khả năng cắt mối liên kết peptide trong các phân tử polypeptide, protein và một số cơ chất tương tự, tạo ra các amino acid tự do hoặc các peptide phân tử thấp Đây là loại enzyme có bản chất protein do sinh vật tổng hợp, tham gia vào các phản ứng hóa sinh học và có những đặc tính quan trọng.
Được tạo ra trong tế bào sinh vật, không độc hại, thân thiện với môi trường.
Tham gia phản ứng cả trong tế bào sống và cả khi được tách khỏi tế bào sống.
Enzymes có khả năng xúc tác các phản ứng hóa học, giúp giải phóng năng lượng từ các hợp chất hóa học trong và ngoài cơ thể Trong chuỗi chuyển hóa, sản phẩm của phản ứng trước đóng vai trò là cơ chất cho phản ứng tiếp theo, tạo thành một quá trình liên tục và hiệu quả.
Có thể được thực hiện một phản ứng: xảy ra ngoài tế bào (như trong ống nghiệm)
Phản ứng enzym tiêu hao năng lượng rất ít, hiệu suất và tốc độ cao
Có tính chọn lọc cao
Chịu sự điều khiển bởi gen và các điều kiện phản ứng.
Protease là enzyme xúc tác quá trình thủy phân protein, tạo ra các phân tử nhỏ hơn và amino acid, đóng vai trò quan trọng trong sinh trưởng và sinh sản của sinh vật Chúng có ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến thực phẩm, y học, công nghệ gen và bảo vệ môi trường Tại Việt Nam, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về protease, chủ yếu tập trung vào protease từ thực vật và động vật, trong khi protease vi sinh vật chỉ mới được khai thác trong khoảng hơn mười năm qua.
Tụy tạng: đây là nguồn enzyme sớm nhất, lâu dài nhất và có chứa nhiều enzyme nhất.
Dạ dày bê chứa enzyme renin, thuộc nhóm protease, có vai trò quan trọng trong công nghệ phomat Enzyme này giúp biến đổi casein thành paracasein, cho phép kết tủa trong môi trường sữa với nồng độ thích hợp.
Quá trình đông tụ sữa bằng Ca 2+ là một trong những phương pháp điển hình, đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, nhiều chế phẩm renin có thể bị nhiễm pepsin, đặc biệt khi thu hoạch từ bê đã phát triển đầy đủ, dẫn đến khả năng đông tụ sữa kém.
Có 3 loại protease thực vật như Bromelain, Papain và Ficin:
Papain thu được từ nhựa của lá, thân, quả đu đủ (Carica papaya)
Bromelain là enzyme thu được từ quả, chồi và vỏ của cây dứa, được ứng dụng trong ngành công nghiệp bia để ngăn ngừa hiện tượng tủa trắng khi làm lạnh, hay còn gọi là chilling proofing, do sự kết tủa protein.
Ficin thu được từ nhựa cây cọ (Ficus carica) Enzyme được sử dụng thuỷ phân protein tự nhiên.
Những ứng dụng khác của protease thực vật này là trong công nghệ làm mềm thịt và trong mục tiêu tiêu hoá.
Protease enzymes are primarily found in bacteria, molds, and actinomycetes, including various species from the genera Aspergillus, Bacillus, Penicillium, Clostridium, and Streptomyces, as well as certain types of yeast.
Lượng protease sản xuất từ vi khuẩn được ước tính vào khoảng 500 tấn, chiếm 59% lượng enzyme được sử dụng [6].
Protease từ động vật và thực vật chỉ bao gồm một trong hai loại endopeptidase hoặc exopeptidase Trong khi đó, vi khuẩn có khả năng sản sinh cả hai loại protease, dẫn đến tính đặc hiệu cao trong việc phân hủy chất nền Chúng có khả năng phân hủy tới 80% các liên kết peptide trong protein.
Bacillus subtilis, B mesentericus, B thermoproteolyticus và một số giống thuộc chi Clostridium là những chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp protease mạnh Trong số này, Bacillus subtilis nổi bật với khả năng tổng hợp protease mạnh nhất Các vi khuẩn này thường sản xuất protease hoạt động hiệu quả ở pH trung tính và kiềm yếu.
Các protease trung tính của vi khuẩn hoạt động hiệu quả trong khoảng pH từ 5 đến 8 và có khả năng chịu nhiệt thấp Chúng tạo ra dịch thủy phân protein thực phẩm ít đắng hơn so với protease động vật, đồng thời nâng cao giá trị dinh dưỡng Đặc biệt, các protease này có ái lực cao đối với các amino acid ưa béo và thơm, và chúng thường được sản sinh với số lượng lớn bởi vi khuẩn.
B subtilis, B mesentericus, B thermorpoteoliticus và một số giống thuộc chiClostridium.
Potease của Bacillus ưa kiềm có điểm đẳng điện bằng 11, khối lượng phân tử từ 20.000- 30.000 Ổn định trong khoảng pH 6-12 và hoạt động trong khoảng pH rộng 7-12
Nhiều loại nấm mốc như Aspergillus oryzae, A terricola, A fumigatus, A saitoi và Penicillium chysogenum có khả năng tổng hợp lượng lớn protease, được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm Những nấm mốc này có thể sản xuất cả ba loại protease: acid, kiềm và trung tính Đặc biệt, Stachybotrys chartarum chủ yếu tổng hợp protease acid, có khả năng thủy phân protein hiệu quả ở pH 2,5-3.
Một số nấm mốc khác như: A candidatus, P cameberti, P roqueforti… cũng có khả năng tổng hợp protease có khả năng đông tụ sữa sử dụng trong sản xuất pho mát.
Mặc dù xạ khuẩn được nghiên cứu ít hơn vi khuẩn và nấm mốc về khả năng tổng hợp protease, nhưng đã có một số chủng xạ khuẩn nổi bật được phát hiện với khả năng tổng hợp protease cao, chẳng hạn như Streptomyces grieus, S fradiae và S Trerimosus.
Các chế phẩm protease từ xạ khuẩn được biết nhiều là pronase (Nhật) được tách chiết từ
S grieus, enzyme này có đặc tính đặc hiệu rộng, có khả năng thủy phân tới 90% liên kết peptide của nhiều protein thành amino acid Ở Liên Xô người ta cũng tách được chế phẩm tương tự từ S grieus có tên là protelin.
Hầu hết các protease cắt protein tại các liên kết đặc hiệu, cho phép sử dụng enzyme này để tổng hợp các liên kết peptide đã được định trước Các yếu tố như pH và việc lựa chọn các nhóm carboxyl hoặc nhóm amine để bảo vệ đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường quá trình tổng hợp.
Vi sinh vật là nguồn nguyên liệu lý tưởng cho việc sản xuất enzyme quy mô lớn, phục vụ cho công nghệ và đời sống Việc sử dụng vi sinh vật mang lại nhiều lợi ích quan trọng.
- Chủ động về nguyên liệu nuôi cấy vi sinh vật và giống vi sinh vật.
- Chu kỳ sinh trưởng của vi sinh vật ngắn: 16÷ 100 giờ nên có thể thu hoặc nhiều lần quanh năm.
- Có thể điều khiển sinh tổng hợp enzyme dễ dàng theo hướng có lợi (định hướng sử dụng và tăng hiệu suất tổng thu hồi).
Lipase
Lipase là enzyme quan trọng trong quá trình thủy phân chất béo, có mặt ở hầu hết các cơ thể sống và tế bào Enzyme này đóng vai trò thiết yếu trong trao đổi chất, giúp hấp thu và chuyển hóa chất béo hiệu quả.
Lipase ở động vật bậc cao, đặc biệt là từ tụy tạng của bò, cừu và lợn, đã được nghiên cứu nhiều nhưng việc thu nhận lại gặp khó khăn và hiệu quả kinh tế không cao Một nhược điểm lớn là lipase thu được thường có mùi khó chịu do chứa các hợp chất từ tụy tạng, bên cạnh đó, việc thu nhận từ nội tạng cũng tiềm ẩn nguy cơ lây nhiễm vi khuẩn cho con người, vì enzyme này nhạy cảm với nhiệt độ, rất khó để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn.
Enzyme từ thực vật như đu đủ và dứa, cũng như một số loại ngũ cốc trong giai đoạn nảy mầm, có thể được tinh chế dễ dàng Tuy nhiên, hoạt tính và khả năng bền nhiệt của lipase từ nguồn này còn hạn chế, và nồng độ enzyme trong thực vật thường không cao.
Từ vi sinh vật là nguồn tài nguyên phong phú và vô tận, được khai thác rộng rãi nhờ vào khả năng xúc tác mạnh mẽ và quy trình sản xuất đơn giản thông qua lên men Việc tách chiết từ vi sinh vật cũng dễ dàng và phù hợp với quy mô công nghiệp Một số vi sinh vật tiêu biểu có thể kể đến như Bacillus sp, Pseudomonas sp, và E.coli.
Nguồn VSV Tính chất enzyme
Nhiệt độ tối ưu pH
Bảng 2.2 Thu nhận lipase từ nguồn vi sinh vật
Lipase có nguồn gốc, phân bố và chức năng đa dạng trong tế bào, dẫn đến sự khác biệt rõ rệt về các thông số lý hóa của chúng Sự khác biệt này tạo ra các khoảng hoạt động tối ưu và tính đặc hiệu khác nhau, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
Lipase có cấu trúc di động có chức năng che chắn vùng trung tâm hoat động của nó, hay còn gọi là cấu trúc nắp.
Hình 2.2 1 cấu trúc đóng nắp (bên trái) và mở nắp (bên phải)
Trung tâm hoạt động của lipase bao gồm ba amino acid quan trọng: Serine, Histidine và Aspartate Sau khi lipase được kích hoạt, một vùng kỵ nước hình thành phía trên trung tâm hoạt động Cấu trúc của lipase có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của nó.
- Lipase có cấu tạo gồm hai tiểu phần, phần lớn hơn chứa đuôi N, phần nhỏ hơn chứa đuôi C.
- Nhân của tiểu phần đuôi N được hình thành từ 9 sợi xếp song song
- Tiểu phân C được hình thành bởi hai lớp mặt phẳng song song
- Tiểu phần N chứa trung tâm hoạt động, liên kết với nhóm Glycosyl, có thể liên kết với Ca 2+ và herapin.
- Trung tâm hoạt động bị che dưới các vòng xoắn α gọi là nắp đậy.
- Không có sự tương đồng cấu trúc với lipase tuyến tụy ngoài mối liên hệ chuỗi Gly- X-Ser-X-Gly có liên hệ với trung tâm hoạt động.
- Có cấu trúc nắp đậy tương tự như lipase từ động vật.
Vi khuẩn (Pseudomonas và Bacillus)
- Có kích thước phân tử dao động từ 30-35 kDa (Speudomonas) hay 19kDa (Bacillus) cho thấy có nhiều sự đồng đẳng
- Chuỗi G-X-S-G-X của Speudomonas và chuỗi A-X-S-G-X có liên hệ với trung tâm hoạt động. d) Cơ chế
Cấu trúc đóng nắp di động của lipase có vai trò che chắn vùng trung tâm hoạt động, với cơ chế đóng mở nắp khác nhau giữa các loại lipase Tuy nhiên, tất cả đều tạo điều kiện cho lipase liên kết với triglyceride Khi nắp mở, lipase mới có khả năng gắn kết với chất béo.
Hình 2.2 2 cơ chế chuyển hóa chất béo thành Acid béo
Quá trình thủy phân chất béo diễn ra trên bề mặt giữa hai pha dầu và nước trong ruột động vật, nhờ vào sự kết hợp với axit mật có trong nội tạng Túi mật tiết ra axit mật để nhũ hóa chất béo, từ đó giúp lipase tiếp xúc và chuyển hóa chất béo hiệu quả hơn.
Sau khi tiếp xúc với cơ chất, enzyme bắt đầu quá trình thủy phân chất béo, chuyển đổi chúng thành diglyceride, sau đó thành mono glyceride, và cuối cùng tạo ra glycerol cùng các acid béo tự do, giúp dễ dàng hấp thu hơn.
- Trong thức ăn của gia súc và gia cầm không thể thiếu chất béo, một trong những yếu tố dinh dưỡng thiết yếu bên cạnh carbohydrate và protein,
Khả năng hấp thu và chuyển hóa chất béo của các loài động vật khác nhau tùy thuộc vào từng loại và thay đổi theo từng lứa tuổi Tình trạng sức khỏe và dinh dưỡng của cùng một loài động vật cũng ảnh hưởng đến quá trình này.
Việc không hấp thụ chất béo đồng điều có thể dẫn đến sự không đồng đều về khối lượng và chất lượng thịt, cụ thể là tỷ lệ mỡ Do đó, bổ sung lipase ngoại sinh không chỉ giúp cải thiện khả năng hấp thu chất béo mà còn tiết kiệm chi phí thức ăn, tối ưu hóa lượng dinh dưỡng trong khẩu phần Hơn nữa, việc chuyển hóa chất béo hiệu quả sẽ giảm thiểu tình trạng khó tiêu và tiêu hóa kém, giúp hạn chế tình trạng chướng bụng ở động vật.
Chất béo trong thức ăn là nguồn năng lượng quan trọng cho cá, đồng thời cung cấp các axit béo thiết yếu Ngoài ra, lipid còn hỗ trợ hấp thụ các vitamin tan trong chất béo, góp phần vào sức khỏe và sự phát triển của cá.
Tiêu hóa chất béo kém có thể làm giảm khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng khác Bằng cách bổ sung lipase vào khẩu phần ăn, cá có thể chuyển hóa chất béo hiệu quả hơn, từ đó không cản trở việc hấp thu các chất dinh dưỡng cần thiết Điều này không chỉ cải thiện sức khỏe của cá mà còn giúp tiết kiệm chi phí trong khẩu phần ăn.
- Lipase ngoại sinh trong chế độ ăn uống tối ưu đã làm tăng đáng kể khả năng miễn dịch ở một số loài cá. f) Cách bổ sung enzyme
- Lipase có được bổ sung vào khẩu phần ăn dưới dạng bột hoặc dạng hạt.
- Liều lượng sử dụng đối với Pancreatic lipase và Pregastric lipase: từ 50-100 g/tấn thức ăn hỗn hợp.
- Liều lượng đối với lipase từ vi sinh vật: từ 50-80 g/tấn thức ăn
- Lipase được bổ sung dưới dạng viên
- Đối với Pancreatic lipase và Pregastric lipase: từ 10-25 g trên 100kg thức ăn cá
- Đối với lipase vi sinh vật: từ 20-40 g trên 100kg thức ăn.
Phytase
Phytase là enzyme quan trọng trong ngành thức ăn chăn nuôi, giúp xúc tác quá trình thủy phân phytate thành myo-inositol và phosphate tự do Đây là loại enzyme phổ biến nhất, được coi là thiết yếu cho dinh dưỡng động vật.
Phytase là enzyme có nguồn gốc từ nấm và vi khuẩn, được phân loại thành hai loại chính: 3-phytase và 6-phytase 3-phytase cắt carbon tại vị trí thứ ba và chủ yếu được chiết xuất từ Aspergillus niger, trong khi 6-phytase tập trung vào carbon ở vị trí thứ sáu và có nguồn gốc từ E coli, Peniophora, Citrobacter và Buttiaexella.
Một số dòng phytase thương mại đã được phát triển và ứng dụng trong thức ăn chăn nuôi Phytase đầu tiên được sản xuất từ nấm Aspergillus niger, sau đó, phytase từ vi khuẩn E coli đã được nghiên cứu và chứng minh có hiệu quả cao hơn so với loại nguồn gốc từ nấm.
Vi sinh vật chủ yếu được sử dụng để sản xuất phytase bao gồm nấm Aspergillus niger, đôi khi là Aspergillus ficum và các loài Peniophora Đối với phytase có nguồn gốc từ vi khuẩn, các dòng E coli, Bacillus subtilis và Actinobacillus sp thường được áp dụng.
Phytase từ nấm giải phóng nhiều phosphor ở heo hơn so với gà, trong khi phytase từ E coli cho kết quả tương tự ở cả hai loài Phytase nguồn gốc từ E coli có hoạt tính cao hơn trong dải pH từ 2-5.5 và có đặc tính kháng protease hoặc thủy phân tốt hơn trong đường ruột so với phytase từ nấm.
Hình 2.3 1 cấu trúc của Phytase
Có cấu trúc cuộn xoắn phức tạp bậc 4 của Protein.
Phytase hoạt động thông qua hai vị trí quan trọng: vị trí liên kết với cơ chất và vị trí xúc tác Vị trí liên kết giúp enzyme gắn kết với cơ chất, trong khi vị trí xúc tác thực hiện chức năng xúc tác các phản ứng hóa học.
Hình 2.3 2 cơ chế hoạt động của phytase
Phytate có khả năng giữ chặt phosphore trong cấu trúc của nó, tạo thành các gốc phosphate có ái lực mạnh với các ion khoáng hóa trị 2 và 3.
Phytase bắt đầu quá trình thủy phân axit phytic phosphoryl, chuyển đổi từ dạng 6 gốc phosphate (IP6) thành dạng 5 gốc phosphate (IP5) Tiếp theo, IP5 sẽ được thủy phân thành IP4 và tiếp tục cho đến khi không còn gốc phosphate nào Mỗi gốc phosphate bị thủy phân sẽ giải phóng các ion liên kết, từ đó tăng cường hàm lượng khoáng chất cho cá hấp thu.
Trong điều kiện lý tưởng, quá trình thủy phân hoàn chỉnh sẽ tạo ra myo-inositol, phốt phát, acid amin, cùng với các khoáng chất đa và vi lượng, cũng như các chất dinh dưỡng khác liên quan đến acid phytic Vai trò của những thành phần này là rất quan trọng trong việc cung cấp dinh dưỡng cho cơ thể.
Phosphore đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển xương, chiếm 17-19% tổng lượng cần thiết Nó không chỉ giúp vật nuôi có khẩu vị ngon mà còn hỗ trợ sinh sản và sản xuất trứng hiệu quả Bên cạnh đó, phosphore còn tham gia vào quá trình chuyển hóa carotene thành vitamin A và cung cấp năng lượng cho hoạt động tế bào Thiếu hụt phosphore có thể dẫn đến giảm tăng trưởng, còi xương, mềm xương, xốp xương, đau chân, cứng khớp, khó khăn trong di chuyển, giảm cảm giác ngon miệng và rối loạn sinh sản.
Trong thực vật, phosphore được lưu trữ chủ yếu dưới dạng phytate, nhưng khả năng tiêu hóa phytate lại là một thách thức lớn đối với lợn và gia cầm do hoạt động thấp của enzyme phytase nội sinh Phytate không chỉ giảm khả năng giữ phosphore dưới dạng phosphate mà còn tạo ra các phức chất với các ion khoáng mang điện tích dương như Ca, Mg, K, Mn và Zn, dẫn đến việc hình thành các phức chất khoáng-phytate khó hòa tan.
Enzyme phytase đóng vai trò quan trọng trong việc thủy phân phytate, giải phóng các ion khoáng và tăng cường tỷ lệ hấp thụ khoáng chất, đặc biệt là phosphor Ngoài ra, enzyme này còn tối ưu hóa việc sử dụng các chất dinh dưỡng như protein, tinh bột và lipid Việc giảm bài tiết phosphore ra môi trường nhờ vào tăng cường tiêu hóa phosphor không chỉ cải thiện môi trường mà còn nâng cao năng suất và chất lượng vật nuôi, từ đó tạo ra lợi thế cạnh tranh cho các mô hình chăn nuôi.
Phosphore và các hợp chất của nó đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của các loài cá, giúp kết hợp với canxi để hình thành xương và vảy Hơn nữa, phosphore là thành phần thiết yếu của các phosphate hữu cơ như DNA, coenzyme, phospholipid và adenosine triphosphate, góp phần vào nhiều quá trình sinh học quan trọng.
Phytate có khả năng liên kết mạnh với các khoáng chất trong chế độ ăn uống như canxi, sắt và kẽm, đặc biệt là phosphor, tạo thành các phức chất khó tan, làm giảm khả năng hấp thụ khoáng chất và phosphor của cá Khoảng 65-90% tổng hàm lượng phosphor trong thực vật tồn tại dưới dạng phytate Tác động kinh tế của vấn đề này ước tính khiến các nhà chăn nuôi phải chi tới 1,3 tỷ bảng Anh (1,5 tỷ euro) mỗi năm.
Bổ sung enzyme tiêu hóa phytase cho cá không chỉ giúp nâng cao khả năng hấp thu chất dinh dưỡng mà còn cải thiện môi trường sống Enzyme phytase giảm thiểu lượng phosphor thải ra môi trường bằng cách tăng cường tỷ lệ tiêu hóa phosphor, từ đó góp phần bảo vệ hệ sinh thái.
Carbohydrase
Carbohydrase được chia thành hai nhóm chính: enzyme phân hủy NSP (non starch polysaccharides) và enzyme phân hủy tinh bột Các enzyme phân hủy NSP, bao gồm xylanase, beta-glucanase, xyloglucanases, galactomannanase, pectinases, arabinofuranosidases và ferulic acid esterase, có khả năng thủy phân các polysaccharides như cellulose, xylan và pectin trong thành tế bào thực vật Xylanase là enzyme quan trọng nhất trong nhóm này, đặc biệt vì arabinoxylans là thành phần chính của NSP trong ngũ cốc dùng làm thức ăn chăn nuôi Những enzyme này giúp giảm các yếu tố phản dinh dưỡng của NSP bằng cách phân hủy sợi, từ đó giảm độ nhớt của ruột và cải thiện khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng.
Các carbohydrase phân giải polysaccharide tinh bột phổ biến nhất là alpha-amylase, giúp thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của gà thịt và cải thiện quá trình tiêu hóa tinh bột (Svihus và Hetland 2001) Các giống vật nuôi hiện đại có tốc độ phát triển nhanh nhưng lại tiêu hóa tinh bột kém hiệu quả hơn so với các giống phát triển chậm Trong giai đoạn nuôi lớn và kết thúc, sự bài tiết amylase từ tuyến tụy bị hạn chế, do đó cần bổ sung nhiều alpha-amylase hơn vào chế độ ăn uống.
Xylanase là nhóm enzyme có khả năng phân giải polysaccharide xylan thành xylose, giúp phá vỡ hemicellulose, một trong những thành phần chính cấu tạo nên thành tế bào thực vật.
Xylanase đóng vai trò quan trọng trong việc giúp vi sinh vật phát triển và phân giải thực vật thành các chất dinh dưỡng có thể sử dụng Các nguồn xylanase đến từ nấm, vi khuẩn, nấm men, tảo biển, động vật nguyên sinh, ốc sên, động vật giáp xác, côn trùng và hạt giống, trong khi động vật có vú không sản xuất enzyme này Nguồn xylanase thương mại chủ yếu hiện nay là từ nấm sợi.
Xylanase có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực thương mại, bao gồm việc tẩy trắng bột gỗ không chứa clo trước khi sản xuất giấy và cải thiện khả năng tiêu hóa của thức ăn ủ chua, đồng thời cũng được sử dụng trong quá trình ủ lên men.
Xylanase không chỉ được ứng dụng trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy mà còn đóng vai trò quan trọng trong thực phẩm, như là chất phụ gia cho gia cầm và cải thiện chất lượng bột mì trong sản xuất bánh Enzyme này còn được sử dụng trong quy trình chiết xuất cà phê, dầu thực vật và tinh bột, đồng thời nâng cao giá trị dinh dưỡng của thức ăn ủ chua và ngũ cốc Ngoài ra, xylanase kết hợp với pectinase và cellulase để làm trong nước trái cây và loại bỏ chất xơ từ các nguồn thực vật như lanh, gai dầu, đay và gai Nhiều nghiên cứu khoa học đã chỉ ra các tính năng nổi bật của xylanase trong công nghệ sinh học, từ việc sàng lọc nguồn vi sinh vật đến quy trình sản xuất, mô tả đặc tính, tinh sạch và ứng dụng thương mại.
Enzym là thành phần thiết yếu trong chất dưỡng bột S500 và US500 do Puratos sản xuất, giúp cải thiện khả năng làm việc và khả năng hấp thụ nước của bột nhào.
Trong tương lai, xylanase có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học từ nguyên liệu thực vật không sử dụng được b) Nguồn gốc
Xylanase là enzyme được sản xuất chủ yếu bởi các loài vi sinh vật như vi khuẩn, nấm sợi, nấm men và xạ khuẩn, trong đó nấm sợi đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình tạo ra enzyme này (Beg et al 2001).
Nhiều vi khuẩn và nấm sản xuất enzym xylanase, giúp phân hủy xylan carbohydrate thành oligosaccharid ngắn hơn, từ đó cung cấp nguồn năng lượng cho vi sinh vật Xylanase được phân loại thành các họ F10 và G11 dựa trên sự tương đồng về trình tự acid amin và cấu trúc ba chiều.
Cấu trúc 3D của xylanase G11 từ Bacillus subtilis, hay còn gọi là xylanase A (XynA), được xác định qua phương pháp tinh thể học tia X, cho thấy đặc điểm điển hình của hầu hết các xylanase G11 Cấu trúc này bao gồm hai tấm b xoắn tạo thành nếp gấp "jellyroll", với các sợi b luồn qua lại tạo thành "ngón tay" và các miền "lòng bàn tay" (vùng F và P) Các chất cặn bã giữa hai vùng này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành vị trí liên kết cơ chất và hoạt động của protein Một vòng lặp mở rộng tạo thành miền "ngón tay cái" (miền T) có khả năng mở và đóng trên vị trí hoạt động, từ đó điều chỉnh sự tiếp cận của cơ chất đến vùng xúc tác của enzym.
Xylanase là enzyme chủ yếu tham gia vào quá trình thủy phân liên kết β-1,4 trong xylan, một thành phần quan trọng của hemicellulose Hemicellulose chiếm khoảng 30% thành tế bào thực vật, do đó, xylanase đóng vai trò thiết yếu trong việc chuyển đổi sinh học chất thải nông nghiệp thành sinh khối có thể sử dụng trong thức ăn chăn nuôi.
Hình 2.4 2 Cơ chế tác động của Xylanse e) Vai trò
Xylanase là một enzyme quan trọng trong việc cải thiện chất lượng thức ăn, thường được sử dụng kết hợp với các enzyme phân hủy NSP khác như glucanase, pectinase và xenluloase Ngoài ra, xylanase còn phối hợp với các enzym phân giải tinh bột như alpha amylase và galactosidase, cũng như protease, phytase và lipase, nhằm thủy phân arabinoxylans hiệu quả.
Năm 2003, nghiên cứu cho thấy gà con và lợn con chỉ sản xuất một lượng nhỏ enzym nội sinh, không đủ để tiêu hóa hoàn toàn các thành phần thức ăn Do đó, việc bổ sung enzym ngoại sinh là cần thiết để nâng cao năng suất vật nuôi Sự thiếu hụt enzyme phù hợp và các thành phần không tiêu hóa như phosphore, nito, đồng và kẽm có thể dẫn đến việc chúng đi qua phân, gây ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng Xylanase, cùng với các enzym khác, đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
2005) Ở gia cầm, xylanase ảnh hưởng đến thời gian vận chuyển thức ăn và giúp hấp thụ nitơ và chất xơ (Babalola et al 2006). f) Cách bổ sung enzyme
Hơn 20 năm qua, thế giới đã có sự phát triển mạnh mẽ trong nhiều lãnh vực nghiên cứu khoa học và do vậy ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi đã từ lâu ứng dụng các hiểu biết về NSP và các enzyme tương ứng bổ sung vào thức ăn, giúp cho sự tiêu hóa thức ăn, nhất là tiêu hóa các NSP tốt hơn nên vừa làm tăng giá trị dinh dưỡng của thức ăn chăn nuôi, vừa giảm thiểu những ảnh hưởng xấu của các NSP có sẵn trong thức ăn tác động trên sức khỏe của vật nuôi.
Sử dụng 100-200g Enzyme Xylanase cho mỗi tấn thức ăn hỗn hợp Sản phẩm phải được trộn đều với thức ăn chăn nuôi,thủy sản.
2.4.2 β-Glucanase a) Khái niệm β-Glucanase là các enzym phân hủy các polysaccharide lớn thông qua quá trình thủy phân Sản phẩm của phản ứng thủy phân được gọi là glucan, một polysaccharide mạch thẳng được tạo ra từ 1200 đơn phân glucose, được tổ chức với nhau bằng các liên kết mạch đen, lúa miến, gạo và lúa mì Glucanase còn được gọi là lichenase, hydrolase, glycosidases, glycosyl hydrolase và / hoặc laminarinase Nhiều loại glucanase chia sẻ trình tự acid amin tương tự nhưng cơ chất khác nhau rất lớn Trong số các endo- glucanase đã biết, 1,3-1,4-β-glucanase được coi là hoạt động tích cực nhất. b) Nguồn gốc
