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 (αAMYLASE, GLUCOAMYLASE, CELLULASE) ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHĂN NUÔI Chuyên ngành : Chăn nuôi 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 Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, 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 hồn thành luận án Tơi 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 tơi suốt q 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 L Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình Trích Yếu Luận Án Thesis abstract 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 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 cell 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 nig 2.2 Cải tiến chủng vi sinh vật lên men 2.2.1 Sự cần thiết phải cải tiến chủng v 2.2.2 Phương pháp cải tiến chủng vi sinh vậ 2.2.3 Lên men sản xuất enzyme 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 trườ cellulase 2.3 Tình hình sản xuất sử dụng enzyme c 2.3.1 Nghiên cứu sử dụng enzyme chăn nuô 2.3.2 Nghiên cứu sử dụng enzyme chăn nu 2.4 Sử dụng thức ăn lên men chăn ni 2.4.1 Đặc tính vai trị vi sinh vật sử dụng chăn nuôi 2.4.2 Các vi sinh vật sử dụng lên men thức ăn 2.4.3 Hiệu sử dụng thức ăn lên men c 2.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng bã sắn PHẦN NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung nghiên cứu 3.2 Phương pháp nghiên cứu 3.2.1 Gây đột biến chủng Aspergillus niger A45.1 v chủng nấm sợi đột biến chọn lọc để sinh tổng glucoamylase cellulase) cao 3.2.2 Xử lý bã sắn thành thức ăn chăn nuôi bằ lên men đồng thời 3.2.3 Đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng bã sắn l đến suất chăn nuôi lợn thịt 3.2.4 Xử lý số liệu PHẦN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Gây đột biến chủng Aspergillus niger a45.1 v chủng đột biến chọn lọc cho sinh tổng (α-amylase, glucoamylase cellulase) cao 4.1.1 Hoạt hóa giống 4.1.2 Ảnh hưởng tia UV NTG đến khả Aspergillus niger A45.1 4.1.3 Hoạt tính enzyme các chủng đột biến 4.1.4 Tính ổn định chủng đột biến chọn lọc iv 4.1.5 Tối ưu điều kiện lên men xốp chủng nấ hợp đa enzyme (glucoamylase, α-amyl 4.2 Xử lý bã sắn thành thức ăn chăn nuôi bằ 4.2.1 Thành phần hóa học bã sắn tươi 4.2.2 Đường hóa bã sắn 4.2.3 Tối ưu thời gian đường hóa bã sắn 4.2.4 Đường hóa lên men đồng thời bã sắ 4.2.5 Đánh giá chất lượng bã sắn sau lên 4.3 Ảnh hưởng bã sắn lên men ch 4.3.1 Ảnh hưởng bã sắn lên men đến khả thức ăn lợn F1 (Landrace x Yorksh 4.3.2 Ảnh hưởng tương tác phầ trưởng lợn F1 (LandracexYorkshire 4.3.3 Ảnh hưởng mức sử dụng BSLM đế F1 (Landrace x Yorkshire) 4.4.4 Ảnh hưởng mức sử dụng BSLM đế học thịt lợn F1 (Landrace x Yorksh PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận 5.2 Kiến nghị Danh mục công trình cơng bố liên quan đến luận án Tài liệu tham khảo Phụ lục v PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ở nước ta, chăn ni lợn đóng vai trị vơ quan trọng hệ thống sản xuất nông nghiệp kinh tế Trong nhiều năm trở lại đây, ngành chăn nuôi nước ta đẩy mạnh phát triển chăn nuôi lợn, thực trạng ngành chăn nuôi lợn Việt Nam cịn gặp nhiều khó khăn, đặc biệt giá thức ăn cao thường xuyên biến động phải phụ thuộc nguồn nguyên liệu nhập khẩu, ảnh hưởng bất lợi cho phát triển chăn ni lợn Trong đó, Việt Nam nước nông nghiệp với nguồn phụ phẩm dồi từ trồng trọt, chế biến nông sản rơm rạ, bã sắn, bã dong riềng, bã mía…Hiện Việt Nam có khoảng 100 nhà máy chế biến tinh bột sắn có quy mơ lớn với sản lượng từ 1,8 đến triệu tinh bột/ngày, lượng chất thải rắn thải từ nhà máy khoảng 0,6 triệu tấn/ngày (Nguyễn Thị Hằng Nga & cs., 2016) Lượng bã sắn phần lớn thải ngồi mơi trường, gây lãng phí nhiễm nghiêm trọng Một số phơi khơ ủ chua làm thức ăn cho gia súc, hiệu sử dụng thức ăn chưa cao, bã sắn có hàm lượng protein thấp, chứa nhiều chất xơ chất kháng dinh dưỡng hydrogen cyanide (HCN) Vì xử lý hạn chế đó, chế biến cách bã sắn trở thành nguồn thức ăn chăn ni có giá trị, góp phần quan trọng vào việc giảm phụ thuộc nguyên liệu nhập giảm giá thành sản xuất từ nâng cao khả cạnh tranh ngành Chăn nuôi Việt Nam Lên men xác định số phương pháp hiệu việc chế biến, bảo quản phụ phẩm thành thức ăn chăn nuôi giàu dinh dưỡng (Ubalua, 2007; Aro, 2008) Tuy nhiên, thực tế nghiên cứu phần lớn nguồn phụ phẩm chứa hàm lượng xơ cao, hầu hết vi sinh vật sử dụng trực tiếp Vì vậy, để nâng cao hiệu trình lên men cần bổ sung thêm enzyme phân giải tinh bột xơ amylase, glucoamylase, cellulase, chủng vi sinh vật có khả sản sinh enzyme để dịch hóa, tạo chất cho sinh trưởng, phát triển vi sinh vật loại bỏ yếu tố kháng dinh dưỡng, phân hủy thành phần thức ăn để cải thiện giá trị dinh dưỡng nguyên liệu làm thức ăn chăn nuôi Hiện nay, enzyme amylase cellulase thương mại chủ yếu thu nhận từ nguồn nấm mốc với loài thuộc chi Trichoderma, Humicola, Penicillium, Aspergillus (Sukumaran & cs., 2005; Ariffin & cs., 2006; Ghani & cs., 2013) Do nhu cầu sử dụng enzyme chăn nuôi lĩnh vực công, nông nghiệp thực phẩm ngày tăng nên việc nghiên cứu nhằm tăng cường, cải thiện chất lượng nâng cao sản lượng thông qua việc cải tiến chủng, tối ưu thành phần môi trường, điều kiện lên men hiệu giảm chi phí sản xuất cần thiết Xuất phát từ lý trên, nghiên cứu tiến hành phát triển chủng nấm sợi, tối ưu thành phần môi trường điều kiện lên men để nâng cao hiệu sinh tổng hợp (α-amylase, glucoamylase, cellulase) ứng dụng chế biến thức ăn chăn nuôi 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.2.1 Mục tiêu chung Nâng cao hiệu sử dụng phụ phẩm trồng trọt chế biến nông sản ứng dụng chế phẩm sinh học 1.2.2 Mục tiêu cụ thể Chọn lọc chủng đột biến từ chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 có khả sinh đa enzyme (α-amylase, glucoamylase cellulase) với hoạt tính cao Tối ưu điều kiện lên men xốp cho sản xuất đa enzyme (α-amylase, glucoamylase cellulase) chủng đột biến chọn lọc Đánh giá hiệu việc sử dụng thức ăn lên men tạo từ bã thải chế biến tinh bột xử lý đa enzyme (α-amylase, glucoamylase cellulase) lợn thịt 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu Chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 sàng lọc từ giống phòng Các chất chức Sinh học, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Bã sắn tươi: thu gom trực tiếp từ sở chế biến tinh bột thuộc xã Cát Quế, huyện Hoài Đức, Hà Nội Lợn lai F1 (Landrace x Yorkshire): 72 lợn 72 lợn đực thiến giai đoạn 20 kg đến xuất chuồng 1.3.2 Địa điểm nghiên cứu Phịng Các chất chức sinh học, Viện Cơng nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Phịng Thí nghiệm trung tâm, Khoa Chăn ni, Học Viện Nơng nghiệp Việt Nam Phịng thí nghiệm môn Di truyền giống, khoa Chăn nuôi, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam Trung tâm Giống lợn chất lượng cao, Học viện Nông nghiệp Việt Nam 1.3.3 Thời gian nghiên cứu Thời gian nghiên cứu: tháng năm 2015 - tháng năm 2019 1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI Đề tài cải tiến chủng dại Aspergillus niger A45.1 đột biến ngẫu nhiên chọn lọc chủng đột biến Aspergillus niger GA15 có khả sinh đa enzyme (α-amylase, glucoamylase cellulase) với hoạt tính cao Chế biến bã thải tinh bột sắn thành thức ăn giàu dinh dưỡng cho chăn nuôi lợn thịt đường hóa lên men đồng thời sử dụng chế phẩm chứa đa enzyme từ chủng đột biến lợi khuẩn 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.5.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài tạo chủng nấm sợi đột biến có khả sinh đa enzyme (α-amylase, glucoamylase cellulase) với hoạt tính cao tối ưu mơi trường lên men xốp cho sản xuất đa enzyme Đề tài chế biến bã thải tinh bột sắn thành thức ăn giàu dinh dưỡng cho gia súc đường hóa lên men đồng thời sử dụng chế phẩm đa enzyme vi sinh vật probiotic Kết nghiên cứu góp phần cung cấp thêm tư liệu phục vụ cho giảng dạy nghiên cứu phát triển chủng kỹ thuật đột biến, chế biến thức ăn chăn nuôi giàu dinh dưỡng từ bã thải tinh bột đa enzyme lợi khuẩn 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn Có thể cung cấp chủng giống đột biến cho sản xuất enzyme cơng nghiệp, giảm thiểu chi phí, đáp ứng nhu cầu sử dụng enzyme ngày tăng chăn nuôi lĩnh vực công nghiệp Tận dụng nguồn phụ phẩm rẻ tiền từ sở sản xuất tinh bột sắn thành nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng làm thức ăn chăn ni, góp phần giảm chi phí thức ăn chăn ni ô nhiễm môi trường GT B_TB LSMEAN cai 6.58083333 duc 7.51333333 GT DAI_TB LSMEAN Standard cai 49.0733333 duc 48.2400000 GT VCK LSMEAN Standard cai 25.9566667 duc 25.9175000 GT PRO1 LSMEAN Standard cai 22.4841667 duc 22.3933333 GT ASH1 LSMEAN Standard cai 1.37666667 duc 1.40666667 GT Lipit1 LSMEAN Standard cai 1.60916667 duc 1.53583333 164 The GLM Procedure Least Squares Means Adjustment for Multiple Comparisons: Tukey LO GT PBODY LSMEAN Standard Pr > |t| LSMEAN Number Error cai duc cai duc cai duc cai duc Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: PBODY i/j LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc 165 Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: PMOC i/j 1 1.0000 0.9374 0.7563 0.6894 0.0295 0.9496 0.2782 LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: PXE i/j 1 1.0000 0.9493 0.6983 0.5144 0.0226 0.9788 166 LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: Pthan i/j 1 0.6612 0.0873 0.3655 0.8949 0.0553 0.5485 0.3374 LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc 167 Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: TLMOC i/j 1 0.9821 0.9941 1.0000 1.0000 1.0000 0.9865 1.0000 LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: TLXE i/j 1 0.9951 0.9995 1.0000 1.0000 1.0000 0.8444 1.0000 168 LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: DTHAN i/j 1 1.0000 1.0000 1.0000 0.4130 0.9999 1.0000 0.9987 LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc 169 Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: PH45 i/j 1 0.9998 0.9996 0.8097 1.0000 0.9161 0.9852 1.0000 LO GT H2 cai 0.7 duc 1.2 cai 1.2 duc 1.5 cai 1.0 duc 1.1 cai 1.2 duc 0.8 Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: H2OBQ i/j 1 0.9181 0.8991 0.4479 0.9844 0.9322 0.8851 1.0000 170 LO GT H2OCB LSMEA cai duc cai duc cai duc cai duc Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: H2OCB i/j 1 0.9954 0.6047 0.9945 0.8459 1.0000 0.8018 1.0000 LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc 171 Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: PH24 i/j 1 LO GT Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: L_TB i/j 1 1.0000 0.9999 1.0000 1.0000 0.9402 1.0000 0.9999 172 cai duc cai duc cai duc cai duc LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: A_TB i/j 1 0.9386 0.9117 0.4506 0.9310 0.9994 1.0000 0.9998 LO GT 173 cai duc cai duc cai duc cai duc Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: B_TB i/j 1 0.8144 0.9967 0.7692 0.7992 0.7888 0.9998 0.9992 LO GT DAI_TB LSMEA cai 49.0466667 duc 43.0266667 cai 48.6466667 duc 45.3333333 cai 52.4666667 duc 50.7466667 cai 46.1333333 duc 53.8533333 Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: DAI_TB i/j 1 0.9948 1.0000 0.9998 0.9999 1.0000 1.0000 0.9987 174 LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: VCK i/j 1 1.0000 0.9986 0.9906 0.9850 0.9403 0.9856 1.0000 LO GT cai duc cai duc cai duc cai duc 175 Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: PRO1 i/j 1 1.0000 0.9979 0.9989 1.0000 1.0000 1.0000 0.8707 LO cai duc cai duc cai duc cai duc Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: ASH1 i/j 1 1.0000 0.9922 0.7308 0.6672 0.4934 1.0000 1.0000 176 LO GT Lipit1 cai 1.510 duc 1.290 cai 1.490 duc 1.680 cai 1.846 duc 1.653 cai 1.590 duc 1.520 Least Squares Means for effect LO*GT Pr > |t| for H0: LSMean(i)=LSMean(j) Dependent Variable: Lipit1 i/j 1 0.9890 1.0000 0.9977 0.9014 0.9992 1.0000 1.0000 177 ... HÌNH SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG ENZYME TRONG CHĂN NUÔI 2.3.1 Nghiên cứu sử dụng enzyme chăn nuôi giới Trong số tất chất phụ gia thức ăn chăn nuôi, enzyme sản phẩm nghiên cứu nhiều nhất, đặc biệt thức ăn. .. Nông nghiệp Phát triển Nông thôn, 2020) 2.4 SỬ DỤNG THỨC ĂN LÊN MEN TRONG CHĂN NI 2.4.1 Đặc tính vai trò vi sinh vật sử dụng lên men thức ăn chăn nuôi Thức ăn chăn nuôi lên men nghiên cứu rộng rãi... hình sản xuất sử dụng enzyme c 2.3.1 Nghiên cứu sử dụng enzyme chăn nuô 2.3.2 Nghiên cứu sử dụng enzyme chăn nu 2.4 Sử dụng thức ăn lên men chăn ni 2.4.1 Đặc tính vai trò vi sinh vật sử dụng chăn