Nghiên cứu phát triển chủng nấm sợi và tối ưu điều kiện lên men sản xuất đa enzyme (α amylase, glucoamylase, cellulase) ứng dụng trong chế biến thức ăn chăn nuôi

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM DƯƠNG THU HƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CHỦNG NẤM SỢI VÀ TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN LÊN MEN SẢN XUẤT ĐA ENZYME (α-AMYLASE, GLUCOAMYLASE, CELLULASE) ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHĂN NUÔI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2022 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM DƯƠNG THU HƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CHỦNG NẤM SỢI VÀ TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN LÊN MEN SẢN XUẤT ĐA ENZYME (α-AMYLASE, GLUCOAMYLASE, CELLULASE) ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHĂN NI Chun ngành : Chăn ni Mã số : 9.62.01.05 Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Vũ Văn Hạnh PGS.TS Phạm Kim Đăng HÀ NỘI - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa dùng để bảo vệ lấy học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cám ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày… tháng… năm… Tác giả luận án Dương Thu Hương i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận án, tơi nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy cô giáo, giúp đỡ, động viên bạn bè, đồng nghiệp gia đình Nhân dịp hồn thành luận án, cho phép tơi bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Văn Hạnh PGS.TS Phạm Kim Đăng tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập thực đề tài Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ mơn Sinh lý - tập tính động vật, Khoa Chăn nuôi, Học viện Nông nghiệp Việt Nam tận tình giúp đỡ tơi q trình học tập, thực đề tài hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán viên chức phòng Các chất chức sinh học, Viện Công nghệ sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ mặt, động viên khuyến khích tơi hồn thành luận án./ Hà Nội, ngày tháng năm 20 Nghiên cứu sinh Dương Thu Hương ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình ix Trích Yếu Luận Án x Thesis abstract xii PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.2.1 Mục tiêu chung 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Địa điểm nghiên cứu 1.3.3 Thời gian nghiên cứu 1.4 Những đóng góp đề tài 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.5.1 Ý nghĩa khoa học 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn PHẦN TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quát enzyme amylase cellulase 2.1.1 Enzyme amylase 2.1.2 Enzyme cellulase 2.1.3 Nguồn thu nhận enzyme 2.1.4 Tổng quan nấm sợi Aspergillus niger 2.2 Cải tiến chủng vi sinh vật lên men sản xuất enzyme 10 2.2.1 Sự cần thiết phải cải tiến chủng vi sinh vật 10 2.2.2 Phương pháp cải tiến chủng vi sinh vật để tăng sản xuất enzyme 10 2.2.3 Lên men sản xuất enzyme 13 iii 2.2.4 Sự cần thiết phải tối ưu môi trường lên men 2.2.5 Thành tựu cải tiến chủng tối ưu môi trường lên men sản xuất amylase 19 cellulase 19 2.3 Tình hình sản xuất sử dụng enzyme chăn nuôi 20 2.3.1 Nghiên cứu sử dụng enzyme chăn nuôi giới 20 2.3.2 Nghiên cứu sử dụng enzyme chăn nuôi Việt Nam 24 2.4 Sử dụng thức ăn lên men chăn ni 26 2.4.1 Đặc tính vai trị vi sinh vật sử dụng lên men thức ăn chăn nuôi 26 2.4.2 Các vi sinh vật sử dụng lên men thức ăn 27 2.4.3 Hiệu sử dụng thức ăn lên men chăn nuôi 27 2.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng bã sắn chăn nuôi 28 PHẦN NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 3.1 Nội dung nghiên cứu 31 3.2 Phương pháp nghiên cứu 31 3.2.1 Gây đột biến chủng Aspergillus niger A45.1 tối ưu điều kiện lên men chủng nấm sợi đột biến chọn lọc để sinh tổng hợp đa enzyme (α- amylase, glucoamylase cellulase) cao 3.2.2 31 Xử lý bã sắn thành thức ăn chăn ni bằng cơng nghệ đường hóa lên men đồng thời 3.2.3 3.2.4 36 Đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng bã sắn lên men phần ăn đến suất chăn nuôi lợn thịt 38 Xử lý số liệu 41 PHẦN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 43 Gây đột biến chủng Aspergillus niger a45.1 tối ưu điều kiện lên men chủng đột biến chọn lọc cho sinh tổng hợp đa enzyme (α-amylase, glucoamylase cellulase) cao 43 4.1.1 Hoạt hóa giống 43 4.1.2 Ảnh hưởng tia UV NTG đến khả sống sót chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 44 4.1.3 Hoạt tính enzyme các chủng đột biến 47 4.1.4 Tính ổn định chủng đột biến chọn lọc 50 iv 4.1.5 Tối ưu điều kiện lên men xốp chủng nấm đột biến chọn lọc cho sinh tổng hợp đa enzyme (glucoamylase, α-amylase, cellulase) 51 4.2 Xử lý bã sắn thành thức ăn chăn nuôi đường hóa lên men đồng thời 64 4.2.1 Thành phần hóa học bã sắn tươi 64 4.2.2 Đường hóa bã sắn 65 4.2.3 Tối ưu thời gian đường hóa bã sắn 68 4.2.4 Đường hóa lên men đồng thời bã sắn enzyme vi sinh vật 69 4.2.5 Đánh giá chất lượng bã sắn sau lên men 72 4.3 Ảnh hưởng bã sắn lên men chăn nuôi lợn thịt 75 4.3.1 Ảnh hưởng bã sắn lên men đến khả sinh trưởng chuyển hóa thức ăn lợn F1 (Landrace x Yorkshire) 4.3.2 Ảnh hưởng tương tác phần ăn tính biệt đến khả sinh trưởng lợn F1 (LandracexYorkshire) 4.3.3 79 Ảnh hưởng mức sử dụng BSLM đến suất thân thịt lợn thịt F1 (Landrace x Yorkshire) 4.4.4 75 81 Ảnh hưởng mức sử dụng BSLM đến chất lượng thịt thành phần hóa học thịt lợn F1 (Landrace x Yorkshire) PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 90 5.1 Kết luận 90 5.2 Kiến nghị 91 Danh mục cơng trình cơng bố liên quan đến luận án 92 Tài liệu tham khảo 92 Phụ lục 108 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt ADF (Acid detergent fiber) Xơ khơng hịa tan axit ADG (Average daily gain) Tăng trọng bình quân hàng ngày ADN Axit deoxyribonucleic ARN Axit ribonucleic Aspergillus A BQ Bảo quản BSLM Bã sắn lên men CB Chế biến cs Cộng CMCase Carboxymethyl cellulase DNS 3,5 dinitrosalysilic ĐC Đối chứng ĐVT Đơn vị tính FCR (Feed conversion ratio) Hệ số chuyển hóa thức ăn KL Khối lượng LSM (Least Square Mean) Trung bình bình phương nhỏ LY Landrace x Yorkshire NDF (Neutral Detergent Fiber) Xơ không tan dung dịch trung tính NLTĐ Năng lượng trao đổi NRC (National Research Council) Hội đồng nghiên cứu Quốc gia NTG N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine PDA Potatose Dextrose Agar SE (Standard error) Sai số tiêu chuẩn SmF (submerged fermentation) Lên men chìm SSF (Solid state fermentation) Lên men xốp TACN Thức ăn chăn nuôi TN Thí nghiệm U Unit UV Ultraviolet VCK Vật chất khô vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 Một số enzyme công nghiệp nguồn vi sinh vật sản xuất enzyme 2.2 Các tác nhân gây đột biến để phát triển chủng 12 3.1 Xác định hoạt tính enzyme 34 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 39 3.3 Thành phần giá trị dinh dưỡng phần thí nghiệm 39 4.1 Hoạt tính enzyme chủng đột biến 47 4.2 Hoạt tính α-amylase, glucoamylase cellulase chủng đột biến Aspergillus niger GA15 qua hệ ni cấy 4.3 51 Hoạt tính enzyme chủng đột biến Aspergillus niger GA15 độ ẩm chất khác 4.5 53 Hoạt tính enzyme chủng đột biến Aspergillus niger GA15 nhiệt độ lên men khác 4.6 55 Hoạt tính enzyme chủng Aspergillus niger GA15 mơi trường có pH khác 4.7 57 Hoạt tính enzyme chủng Aspergillus niger GA15 lên men xốp thời gian khác 4.8 58 Hoạt tính enzyme chủng Aspergillus niger GA15 lên men với tuổi giống khác 4.9 60 Hoạt tính enzyme chủng Aspergillus niger GA15 bổ sung nguồn carbon khác vào môi trường lên men xốp 4.10 50 Ảnh hưởng loại chất đến khả sản xuất enzyme chủng đột biến Aspergillus niger GA15 4.4 61 Hoạt tính enzyme chủng Aspergillus niger GA15 bổ sung nguồn nitơ khác vào môi trường lên men xốp 62 4.11 Thành phần hóa học bã sắn tươi 64 4.12 Hàm lượng đường khử, tinh bột xơ bã sắn nồng độ enzyme khác 67 4.13 Hàm lượng đường khử đường hóa bã sắn thời gian khác 68 4.14 Hàm lượng Protein bã sắn sau lên men bổ sung (NH4)2SO4 nồng độ khác 70 vii 4.15 Hàm lượng protein thực thời điểm lên men khác (n=3) 71 4.16 Thành phần dinh dưỡng cảm quan bã sắn lên men không lên men 73 4.17 Ảnh hưởng mức sử dụng BSLM đến sinh trưởng chuyển hóa thức ăn lợn thí nghiệm 4.18 76 Ảnh hưởng tương tác phần với mức sử dụng BSLM tính biệt đến khả sinh trưởng lợn F1 (LxY) giai đoạn từ 20 kg đến xuất bán 4.19 80 Ảnh hưởng mức sử dụng BSLM phần đến suất thân thịt lợn F1 (Landrace x Yorkshire) 4.20 Ảnh hưởng tương tác phần với mức sử dụng BSLM tính biệt đến suất thân thịt (LSM) lợn F1(LandracexYorkshire) 4.21 87 Ảnh hưởng mức sử dụng BSLM phần đến thành phần hoá học (LSM) thịt lợn F1(LandracexYorkshire) 4.24 84 Ảnh hưởng tương tác phần với mức sử dụng BSLM tính biệt đến chất lượng thịt (LSM) lợn F1(LandracexYorkshire) 4.23 83 Ảnh hưởng mức sử dụng BSLM phần đến chất lượng thịt (LSM) lợn F1(LandracexYorkshire) 4.22 81 88 Ảnh hưởng tương tác phần với mức sử dụng BSLM tính biệt đến thành phần hoá học (LSM) thịt lợn F1(LandracexYorkshire) viii 88 GT DTHAN LSMEAN Standard H0:LSMEAN=0 H0:LSMean1=LSMean2 Error Pr > |t| Pr > |t| duc 95.4166667 1.2187055 |t| Pr > |t| cai 6.75916667 0.06793839 |t| cai 1.07833333 0.12392734 |t| cai 30.4258333 0.4309510 |t| cai 5.97500000 0.07015113 |t| cai 55.8808333 0.4629592 |t| cai 13.6905000 0.1679795 |t| 6.58083333 0.34514641 |t| cai 49.0733333 2.9404433 |t| cai 25.9566667 0.2075945 |t| cai 22.4841667 0.1038328 |t| cai 1.37666667 0.03192874 |t| cai 1.60916667 0.09460260