Ứng dụng enzyme phytase trong sản xuất thức ăn chăn nuôi

1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.1. Lí do chọn đề tài 1 1.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu 1 1.2.1. Mục đích nghiên cứu 1 1.2.2. Nội dung nghiên cứu 2 2. TỔNG QUAN 2 2.1. Thức ăn chăn nuôi 2 2.2. Acid phytic 3 2.3. Enzyme phytase 4 2.3.1. Nguồn gốc 4 2.3.2. Nguồn thu 4 2.3.3. Cấu trúc 5 2.3.4. Phân loại 5 2.3.5. Tính chất vật lý 7 2.3.6. Tính chất hóa học 8 2.3.7. Ứng dụng của enzyme phytase 8 3. QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PHYTASE TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI 9 3.1. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 9 3.2. Quy trình ứng dụng của enzyme phytase trong thức ăn chăn nuôi 9 3.2.1. Yêu cầu đối với enzyme phytase 9 3.2.2. Quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi 9 3.2.3. Cơ chế tác động của enzyme phytase 11 3.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme phytase 12 3.3. Vai trò và ý nghĩa của enzyme phytase 13 3.3.1. Vai trò của enzyme phytase 13 3.3.2. Ý nghĩa của việc sử dụng enzyme phytase 14 4. HOẠT TÍNH PHYTASE 14 5. KẾT LUẬN 14

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC - BÀI TẬP LỚN Mơn: CƠNG NGHỆ ENZYME CHỦ ĐỀ: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PHYTASE TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI GVHD: NGUYỄN THỊ NAM PHƯƠNG NHÓM: 99 SINH VIÊN THỰC HIỆN: QTTT - 2008190440 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC - BÀI TẬP LỚN Mơn: CƠNG NGHỆ ENZYME CHỦ ĐỀ: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PHYTASE TRONG THỨC ĂN CHĂN NI GVHD: Nguyễn Thị Nam Phương Nhóm: 99 Sinh viên thực hiện: QTTT MSSV: 2008190440 Số ĐT: …………… Email: …………….@gmail.com TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2021MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH ĐẶT VẤN ĐỀ .1 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục đích nghiên cứu 1.2.2 Nội dung nghiên cứu .2 TỔNG QUAN 2.1 Thức ăn chăn nuôi .2 2.2 Acid phytic 2.3 Enzyme phytase 2.3.1 Nguồn gốc 2.3.2 Nguồn thu 2.3.3 Cấu trúc 2.3.4 Phân loại 2.3.5 Tính chất vật lý 2.3.6 Tính chất hóa học 2.3.7 Ứng dụng enzyme phytase .8 QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PHYTASE TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI .9 3.1 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 3.2 Quy trình ứng dụng enzyme phytase thức ăn chăn nuôi 3.3 3.2.1 Yêu cầu enzyme phytase .9 3.2.2 Quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi .9 3.2.3 Cơ chế tác động enzyme phytase .11 3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme phytase 12 Vai trò ý nghĩa enzyme phytase 13 3.3.1 Vai trò enzyme phytase 13 3.3.2 Ý nghĩa việc sử dụng enzyme phytase 14 HOẠT TÍNH PHYTASE 14 KẾT LUẬN 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 Tài liệu tiếng anh 16 Tài liệu tiếng việt 16 Tài liệu internet 17 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Cấu trúc acid phytic Hình Liên kết acid phytic với khoáng chất, protein tinh bột Hình Tổng quan Phytase thương mại .5 Hình Cấu trúc phytase Hình Phân loại phytase dựa carbon vòng myo-inositol phytate mà q trình dephosphoryl hóa bắt đầu Hình Giá trị pH nhiệt độ tối ưu phytase sản xuất từ nguồn thu khác theo nhà sản xuất khác .8 Hình Quy trình sản xuất thức ăn chăn ni có bổ sung phytase 10 Hình Quá trình thủy phân acid phytic (phytate) phytase thành inositol, phosphate nguyên tố hóa trị hai khác Việc loại bỏ nhóm phosphat phytase dẫn đến việc giải phóng kim loại (khoáng đa, vi lượng), enzym liên kết kim loại protein 12 Hình Sự thủy phân phytate loại phytase khác .12 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lí chọn đề tài Chăn ni ngành có vị trí quan trọng ngành kinh tế sản xuất nơng nghiệp nước ta Tuy nhiên, ngành chăn ni cịn gặp nhiều khó khăn, thách thức gây ảnh hưởng khơng nhỏ đến người chăn ni nói riêng phát triển kinh tế bền vững nước ta nói chung Một thách thức việc sử dụng thức ăn chăn nuôi không hiệu Như biết, thức ăn chăn nuôi chiếm khoảng 70% giá thành sản phẩm chăn nuôi Giá thức ăn tăng cao mà lượng thức ăn tiêu tốn cho chăn ni lại lớn làm cho chí phí sản xuất tăng hiệu suất chăn nuôi lại Hơn nữa, nguyên liệu để sản xuất thức ăn chăn nuôi bị cạnh tranh gây gắt với ngành công nghiệp khác Đây coi thách thức lớn ngành chăn nuôi Và chi phí cho việc sử dụng thức ăn chăn ni giảm hay nói cách khác việc sử dụng thức ăn chăn ni có hiệu quả, làm tăng hiệu suất chăn ni tạo điều kiện cho ngành chăn ni phát triển bền vững làm tăng lợi nhuận cho người chăn nuôi Một giải pháp tối ưu để giải vấn đề bổ sung thêm enzyme vào thức ăn chăn nuôi: Phytase, protease, xylanases, β-glucanases, cellulases, chất phụ gia nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm Và nghiên cứu em tập trung tìm hiểu vai trị ứng dụng enzyme phytase thức ăn chăn ni Vì thành phần thức ăn chăn nuôi chủ yếu có nguồn gốc từ protein thực vật loại ngũ cốc, hạt họ đậu,… mà loại thực vật dự trữ nhiều acid phytic - yếu tố kháng dinh dưỡng (ANF) Do đó, enzyme phytase bổ sung vào để thủy phân acid phytic, làm giảm hiệu lực tính kháng dưỡng thức ăn, tăng giá trị dinh dưỡng, cải thiện q trình tiêu hóa vật ni từ làm tăng hiệu sử dụng thức ăn Không vậy, việc bổ sung enzyme phytase giúp giải vấn đề nan giải khác ngành chăn ni, giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ phân vật nuôi Khi bổ sung enzyme phytase vào thức ăn chăn nuôi chắn chắn làm cho thức ăn chăn nuôi tạo mang chất lượng cao, trội sản phẩm cũ Và lí em chọn đề tài “Ứng dụng enzyme phytase thức ăn chăn ni” 1.2 Mục đích nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục đích nghiên cứu - Xác định vai trị, ý nghĩa ứng dụng enzyme phytase - Chỉ công đoạn tác dụng enzyme phytase quy trình sản xuất thức ăn chăn ni - Dự đốn phát triển cơng nghệ enzyme tương lai 1.2.2 Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan thức ăn chăn nuôi, acid phytic enzyme phytase - Quy trình ứng dụng enzyme phytase thức ăn chăn ni - Hoạt tính enyme phytase - Sự phát triển công nghệ enzyme tương lai TỔNG QUAN 2.1 Thức ăn chăn nuôi Thức ăn chăn ni sản phẩm thức ăn (có thể dạng tươi, sống qua chế biến, bảo quản) mà vật nuôi cho ăn, uống nhằm cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết để trì sinh trưởng, phát triển sản xuất sản phẩm vật ni Thức ăn chăn ni chiếm tới 70% tổng chi phí sản xuất Do đó, yếu tố quan trọng định chi phí sản xuất lợi nhuận thu người chăn ni Sự đổi khoa học giải pháp tiên tương lai dinh dưỡng động vật nói riêng ngành chăn ni nói chung Và với phát triển nông nghiệp đại chất lượng sản phẩm thức ăn chăn ni ngày cải thiện Người ta bổ sung vào thức ăn chăn nuôi phụ gia có giá trị dinh dưỡng q trình chế biến, xử lý nhằm trì cải thiện đặc tính thức ăn chăn ni phải đảm bảo an tồn cho vật ni Bởi vì, thức ăn chăn ni bị nhiễm ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe, suất vật ni an tồn thực phẩm có nguồn gốc động vật Vì vậy, an tồn thức ăn chăn nuôi mối quan tâm lớn nhà sản xuất thức ăn người chăn nuôi Dưới áp lực kinh tế ngày tăng, địi hỏi thức ăn chăn ni phải sử dụng hiệu Thị trường gần xu hướng cho thấy rõ ràng việc sử dụng enzym làm chất phụ gia bổ sung vào thức ăn chăn ni giúp cải thiện tiêu hóa hấp thu chất dinh dưỡng sẵn có từ phần ăn vật nuôi mà đảm bảo an tồn cho vật ni Vì enzyme chất xúc tác sinh học khơng độc hại có hoạt lực xúc tác mạnh 2.2 Acid phytic Hình Cấu trúc acid phytic Acid phytic (myo-inositol, 1,2,3,4,5,6-hexakisphosphate) gọi inositol hexakisphosphat (IP6) inositol polyphosphat, có cơng thức tổng quát C6H18O24P6 Acid phytic ester rượu inositol acid phosphoric Ở pH sinh lý, phosphat bị ion hóa phần, tạo thành anion phytate Cấu trúc hóa học acid phytic ổn định, hàm lượng phosphate cao tích điện âm có phổ pH rộng Acid phytic hợp chất dự trữ phospho nhiều loại ngũ cốc (gạo, lúa mạch, mè, ), hạt họ đậu,…cho động vật ăn đóng vai trị nguồn inositol Nồng độ acid phytic thành phần có nguồn gốc thực vật khác tùy thuộc vào phận sử dụng Acid phytic có khả tạo phức chặt chẽ với ion kim loại tạo nên muối (phytate, phytin) hợp chất khác acid amin, protein Và coi yếu tố kháng dưỡng, tác động kháng dưỡng acid phytic dạng muối là: - Acid phytic chất chelate hóa mạnh cation, gây thiếu hụt khoáng chất canxi, sắt, kẽm magnesi có mặt dư thừa Làm tăng thất thoát nguồn khoáng nội sinh Na + ảnh hưởng đến việc hấp thụ chất dinh dưỡng Ức chế enzyme trypsin, pepsin α-amylase làm giảm khả tiêu hóa protein, tinh bột Giảm hiệu sử dụng protein - Tăng tiết enzyme tiêu hóa chất nhầy mucin, làm tăng hao hụt, giảm tái hấp thụ acid amin nội sinh tiết ruột non Hình Liên kết acid phytic với khoáng chất, protein tinh bột 2.3 Enzyme phytase Nhiều loại enzym khác sử dụng để cải thiện hiệu suất sử dụng thức ăn chăn nuôi giải đồng thời nhiều vấn đề thực tế khác việc sử dụng thức ăn chăn ni enzyme phytase số enzyme 2.3.1 Nguồn gốc Phytase (Myo-inositol (1,2,3,4,5,6) hexakisphosphate phosphohydrolases) loại phosphatase, enzym xúc tác cho trình thủy phân acid phytic loại bỏ orthophosphat thành phospho-myo-inositol giải phóng phân tử phosphat vơ Trong tự nhiên, Phytase tìm thấy thực vật (Các loại ngũ cốc, loại đậu, hạt nảy mầm hạt phấn,…), mô động vật (Từ thận, máu dê, máu động vật có xương sống bậc thấp, đường ruột heo, bò, ), vi sinh vật (vi khuẩn kị khí cỏ động vật nhai lại, Staphylococcus, Pseudomonas spp, Bacillus subtilis, E.coli, Aspergillus spp, Penicillum spp,…) kể người 2.3.2.Nguồn thu Phytase thu nhận từ nguồn khác ln có đặc tính riêng biệt, phù hợp với sinh lý loại vật nuôi thành phần đa dạng thức ăn Enzyme phytase thu nhận từ thực vật, động vật tiềm từ vi sinh vật như: nấm Aspergillus, B subtilis, E coli, chủng Pseudomonas, Klebsiella,….Phytase từ vi khuẩn gram âm protein nội bào, từ vi khuẩn gram dương protein ngoại bào Và phần lớn phytase sản xuất thương mại chủ yếu tập trung từ nấm Aspergillus niger - loại nấm mốc sản xuất phytase nấm có hoạt tính cao Sự phát triển kỹ thuật di truyền cho phép tạo dòng phytase tái tổ hợp hay kỹ thuật chuyển gen vi khuẩn làm cho enzyme phytase sản xuất mang đặc tính đặc biệt, độ bền với thủy phân protein cao, hiệu xúc tác tốt, biểu sản xuất với số lượng lớn dịng vi khuẩn an tồn có tiềm thay enzyme phytase từ nấm Hình Tổng quan Phytase thương mại 2.3.3 Cấu trúc Hình Cấu trúc phytase Phytase loại phosphatase có khả xúc tác cho phản ứng thủy phân bước acid phytic thành myo-inositol, nhóm phosphate (Pi) myoinositol phosphate trung gian (IP5, IP4, IP3, IP2, IP1) Các loại phytase khác có cấu tạo khác 2.3.4 Phân loại  Dựa vị trí cắt nhóm phosphate vịng myo-inositol q trình khử phosphoryl hóa acid phytic:  Myo-inositolhexakisphosphate-3-phosphohydrolase hay 3-phytase (EC 3.1.3.8): Thủy phân liên kết ester vị trí thứ myoinositolhexakisphosphate thành D-myo-Ins 1,2,4,5,6 - pentakisphosphate orthophosphate Đây dạng thường gặp phytase từ vi sinh vật  Myo-inositolhexakisphosphate-6-phosphohydrolase hay 6-phytase (EC 3.1.3.26): Thủy phân liên kết ester vị trí thứ myoinositolhexakisphosphate thành D-myo-Ins 1,2,3,4,5 - pentakisphosphate orthophosphate Đây dạng thường gặp phytase từ thực vật  Myo-inositolhexakisphosphate-5-phosphohydrolase hay 5-phytases (EC 3.1.3.72) Hình Phân loại phytase dựa carbon vịng myo-inositol phytate mà q trình dephosphoryl hóa bắt đầu  Dựa pH hoạt động tối ưu:  Phytase ưa acid: Thể q trình dephosphoryl hóa phytate tối đa khoảng pH  Phytase ưa kiềm: Thể trình dephosphoryl hóa phytate tối đa khoảng pH  Phytase trung tính  Dựa vào cấu hình trung tâm hoạt động chế xúc tác:  Histidine acid phosphatase (HAP) phytases  β-propeller phytase (BPP)  Cysteine phosphatases Purple acid phosphatase (PAP) phytase 2.3.5 Tính chất vật lý - Phytase có trọng lượng phân tử cao từ 40 - 500kDa Phytase vi khuẩn hầu hết có trọng lượng phân tử nhỏ phytase nấm - Enzyme phytase có tính ổn nhiệt, hoạt tính cao nhiệt độ 50 - 70oC - Ngoại trừ số phytase vi khuẩn, đặc biệt phytase thuộc chi Bacillus Enterobacter số phytase thực vật, tất enzyme phytase có pH tối ưu khoảng - hầu hết phytase từ vi sinh vật có pH 4.5 - 5.6, từ thực vật pH - 7.5 - Mặc dù phytase thường cho thấy hoạt động tối đa phạm vi pH, cấu hình hoạt động pH chúng khác đáng kể - Các phytase khác có giá trị pH nhiệt độ tối ưu khác tùy thuộc vào nguồn thu nhận từ loài thực vật, động vật, vi sinh vật Hình Giá trị pH nhiệt độ tối ưu phytase sản xuất từ nguồn thu khác theo nhà sản xuất khác 2.3.6 Tính chất hóa học - Phytase phân tử có chất protein bao gồm nhóm phosphate liên kết với vitamin inositol - Phytase enzyme xúc tác phản ứng cắt đứt liên kết nhóm phosphate inositol phytate 2.3.7.Ứng dụng enzyme phytase - Công nghiệp thức ăn chăn nuôi: Làm phụ gia thức ăn chăn nuôi, điều chỉnh khiếm khuyết nguyên liệu để cải thiện dinh dưỡng phospho, nâng cao chất lượng sản phẩm giảm thiểu ô nhiễm phospho từ phân động vật - Nơng nghiệp: Tăng độ phì nhiêu cho đất, cải thiện phát triển dinh dưỡng thực vật, tăng suất trồng - Công nghiệp thực phẩm:  Là chất chống oxy hóa sản phẩm thực phẩm  Làm tăng giá trị nguyên liệu tự nhiên, cải thiện dinh dưỡng người khoáng chất vi lượng thiết yếu thực phẩm có nguồn gốc thực vật: Làm bánh mì giàu sắt, phospho, protein dễ tiêu, rút ngắn trình lên men bánh mì, gia tăng thể tích bánh, cải thiện dinh dưỡng bánh mì,… - Kỹ thuật di truyền: Ứng dụng chuyển gen phytase - Y dược: Kiểm soát bệnh đái tháo đường, xơ vữa động mạch, tim mạch vành, kháng lại virus gây suy giảm miễn dịch (HIV), chống sâu răng,… QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PHYTASE TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI 3.1 Đối tượng phương pháp nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu:  Enzyme phytase  Thức ăn chăn nuôi - Phương pháp nghiên cứu: Tham khảo, chọn lọc, đọc phân tích tài liệu nghiên cứu (Sách, giáo trình, báo, tạp chí, luận văn, khóa luận,…) có liên quan đến enzyme phytase ứng dụng enzyme phytase google scholar, sciencedirect, pubmed trang mạng có org, gov, edu,… 3.2 Quy trình ứng dụng enzyme phytase thức ăn chăn nuôi 3.2.1 Yêu cầu enzyme phytase - Đã kiểm nghiệm an tồn vật ni - Có khả thủy phân acid phytic cách nhanh chóng hiệu - Có khả hoạt động điều kiện pH thấp hệ tiêu hóa chịu nhiệt độ cao trình chế biến thức ăn chăn ni 3.2.2.Quy trình sản xuất thức ăn chăn ni Hình Quy trình sản xuất thức ăn chăn ni có bổ sung phytase Enzyme Phytase bổ sung vào thức ăn chăn nuôi chất phụ gia thực phẩm an toàn cho vật nuôi Sử dụng enzyme để chuẩn bị thức ăn cho gia súc tiến hành theo cách: - Thêm trực tiếp enzyme vào thức ăn trước cho vật nuôi dùng - Dùng enzyme để xử lý sơ bộ, phối trộn vào thức ăn Có thể thấy, việc thêm trực tiếp enzyme vào thức ăn đơn giản cách chưa thực hiệu Thay vào đó, việc dùng enzyme để xử lý sơ bộ, phối trộn vào thức ăn quy trình hình có lợi hơn, dễ dàng tạo điều kiện thích hợp pH, nhiệt độ để enzyme phytase hoạt động mạnh hơn, hiệu suất phân giải acid phytic thức ăn cao 10 Hầu hết phytase sử dụng làm chất phụ gia bổ sung vào thức ăn chăn nuôi ngày thuộc nhóm histidine acid phosphatase (HAP) phytases Hiệu việc bổ sung phytase thay đổi tùy theo nguồn sản xuất phytase, loại nguyên liệu để sản xuất thức ăn dự trữ nhiều hay acid phytic, loại vật nuôi, trọng lượng, phần, mức ăn, tần suất cho ăn, nguồn phytase, lượng phytase bổ sung tình trạng sinh lý vật ni Do đó, cần xác định liều lượng enzyme phytase thích hợp để bổ sung vào thức ăn chăn ni phát huy hết tác dụng phytase 3.2.3.Cơ chế tác động enzyme phytase Enzyme phytase có nhiều chất đặc trưng ADP, ATP, p-nitrophenyl phosphate, phenyl phosphate, fructose 1,6 - bisphosphat, glucose 6-phosphat, αglycerophosphat, β-glycerophosphat 3-phosphoglycerat Các chất khơng có cấu trúc tương tự acid phytic thủy phân phytase Enzyme phytase phù hợp với nhiều chất có tính đặc hiệu thấp với acid phytic ngược lại, phytase có lượng chất đặc hiệu thấp có hoạt độ cao Sự giải phóng phospho từ acid phytic (phytate) xảy thơng qua phân cắt nhóm phosphat để tạo chất trung gian inositol phosphate myoinositol Vị trí nhóm phosphat bị phân cắt tùy thuộc vào tính đặc hiệu phytase: - Phytase loại bỏ nhóm phosphoryl từ acid phytic cách bước xúc tác q trình loại bỏ nhóm phosphat - Sự loại bỏ nhóm phosphat bắt đầu với acid phytic phosphoryl hóa đầy đủ (IP6), theo sau IP theo thứ tự giảm dần (IP5, IP4,…): Sự biến đổi chuỗi phản ứng inositol hexakisphosphat (IP 6) → Inositol (I) cho thấy khử phosphoryl hóa IP nói chung hạn chế việc loại bỏ nhóm phosphat khỏi I (1,2,5,6)P4 (phản ứng thứ ba từ đầu thủy phân liên kết phosphat acid phytic) Tính kháng dưỡng acid phytic anions acid phytic (IP6-3), liên kết với ion kim loại, acid amin protein tích điện dương Dưới tác dụng phytase làm giảm liên kết ion kim loại, acid amin protein với anion IP (6-3), giúp cho hàm lượng chất dinh dưỡng có thức ăn tăng lên - Trong điều kiện lý tưởng, thủy phân hoàn chỉnh cho myoinositol, phosphat, acid amin, khoáng đa vi lượng chất dinh dưỡng khác liên kết với aicd phytic 11 Sự ức chế khởi đầu dephosphoryl hóa khơng liên quan đến chế tác động enzyme, mà hoạt động phytase khơng đủ lượng phytate có sẵn thấp Hình Q trình thủy phân acid phytic (phytate) phytase thành inositol, phosphate nguyên tố hóa trị hai khác Việc loại bỏ nhóm phosphat phytase dẫn đến việc giải phóng kim loại (khống đa, vi lượng), enzym liên kết kim loại protein Hình Sự thủy phân phytate loại phytase khác 3.2.4.Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme phytase - pH, nhiệt độ: Có thể làm tăng tốc độ phản ứng làm bất hoạt enzyme phytase Quá trình sản xuất thức ăn chăn ni phải trải qua công đoạn ép viên nhiệt độ cao từ 60 - 95 oC (Tùy thuộc vào hệ thống làm mát), phytase phải tiếp xúc với nhiệt độ tạo viên khoảng vài giây đến vài phút, bền nhiệt enzyme phytase yếu 12 tố quan trọng để ứng dụng làm chất phụ gia thức ăn chăn nuôi, enzyme phytase phải chịu nhiệt độ cao trình ép viên - Các ion kim loại: Có thể kìm hãm (Ba 2+, Cd2+, Co2+, Cr3+, Cu2+, Hg2+, Mn2+) hoạt hóa (Ca2+, Zn2+, Fe2+, Mg2+) hoạt động enzyme phytase Các ion kim loại nặng nồng độ định gây biến tính kìm hãm khơng thuận nghịch enzyme Các enzyme phytase khác ảnh hưởng ion kim loại lên hoạt tính enzyme khác - Ngồi ra, nồng độ enzyme phytase môi trường nồng độ chất phytate ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme phytase - Tỷ lệ enzyme/cơ chất thời gian thủy phân đóng vai trị định đến hiệu q trình thủy phân 3.3 Vai trị ý nghĩa enzyme phytase 3.3.1 Vai trò enzyme phytase Phospho phần quan trọng chế độ ăn gia cầm gia súc, khoáng chất cần cho hình thành trì cấu trúc xương có liên quan đến nhiều q trình trao đổi chất Do đó, phospho dạng acid phytic khơng hấp thu hiệu dẫn đến thiếu hụt phospho, chán ăn dẫn đến tăng trọng thấp, rối loạn chân, gây khó khăn việc vận động vật nuôi, làm tăng tỷ lệ gãy xương giảm khả sinh sản Do đó, enzyme phytase bổ sung vào để: - Làm giảm hiệu lực tính kháng dưỡng: Thành phần thức ăn chăn ni chủ yếu có nguồn gốc từ protein thực vật dự trữ nhiều acid phytic Mà acid phytic có khả tạo phức chặt chẽ với ion kim loại tạo nên muối (phytate, phytin) hợp chất khác acid amin, protein gây ức chế enzyme tiêu hóa, ngăn cản hấp thu chất vật ni Vì thế, acid phytic coi yếu tố kháng dinh dưỡng thức ăn chăn ni Do đó, enzyme phytase bổ sung vào để thủy phân acid phytic - Giảm ô nhiễm môi trường: Phytase có động vật khơng đóng vai trị quan trọng việc tiêu hóa phytate Do đó, chúng tiêu hóa phần phytate mà khơng bổ sung enzyme phytase để xúc tác tiêu hóa phần lớn phytate bị thải ngồi mà khơng vật nuôi hấp thu làm cho vật nuôi thiếu phospho gây ô nhiễm phospho phân vật nuôi 13 - Thay nguồn phospho vô đắt tiền bổ sung vào cách làm tăng hấp thụ phospho vô thể vật nuôi làm tăng phát triển xương giảm nhu cầu sử dụng phospho vô phosphat canxi - Làm tăng khả hấp thu calcium, phospho hữu cơ, nguyên tố khoáng (Fe, Cu, Zn,…), khả tiêu hóa acid amin, protein hợp chất khác - Giúp tiêu hóa chất xơ thức ăn tốt hơn, hạn chế tác hại chất xơ gây ra, giải phóng phần lượng, protein acid amin thặng dư, giúp tiết kiệm acid amin bổ sung vào phần ăn vật nuôi - Đối với hệ vi sinh vật đường ruột: làm gia tăng khả tiêu hóa thức ăn ruột non, giảm độ nhớt đường tiêu hóa, làm giảm q trình lên men vi sinh ruột già, trì trình thẩm thấu vật nuôi bị tiêu chảy Cải thiện môi trường đường ruột vật ni - Tăng giải phóng myo-inositol (Inositol): Giúp giảm thiểu nhu cầu tổng hợp myo-inositol tiết kiệm lượng sử dụng trình tổng hợp, thay vào vật ni sử dụng nguồn lượng cho tăng trưởng 3.3.2 Ý nghĩa việc sử dụng enzyme phytase Sử dụng enzyme phytase chăn nuôi thân thiện với mơi trường mà cịn có ý nghĩa kinh tế quan trọng:  Tận dụng tối đa nguồn dinh dưỡng có nguyên liệu sản xuất  Làm giảm tiêu tốn, tăng hiệu sử dụng thức ăn, cải thiện tốc độ tăng trưởng nâng cao hiệu suất chăn ni giảm chi phí sản xuất  Tạo điều kiện thuận lợi cho ngành chăn nuôi phát triển bền vững làm tăng lợi nhuận cho người chăn ni HOẠT TÍNH PHYTASE Đơn vị hoạt tính phytase biểu thị FTU, PU hay PTU tuỳ theo hãng sản xuất Một đơn vị phytase lượng enzyme phytase giải phóng 1mmol orthophosphate (Pi) từ sodium phytate 37OC, pH = 5, phút Trong đó: 14 A: Nồng độ phospho suy từ đường chuẩn (nmol) V: Thể tích dung dịch phospho trước cho thuốc thử L: Độ pha loãng enzyme 0.5: Thể tích enzyme cho vào phản ứng m: Khối lượng chế phẩm enzyme phân tích t: Thời gian phản ứng (1 phút) KẾT LUẬN Dân số giới ngày tăng kéo theo nhu cầu tiêu thụ thịt sản phẩm chăn nuôi khác ngày gia tăng góp phần vào tăng trưởng ngành thức ăn chăn ni tồn cầu Đây động lực để ngành chăn nuôi mở rộng quy mô phát triển theo hướng quy mô trang trại lớn Do đó, việc bổ sung enzyme phytase vào thức ăn chăn ni giải pháp tối ưu mang lại nhiều lợi ích kinh tế, tiết kiệm chi phí thức ăn, tăng hiệu suất chăn ni mà cịn giảm bớt nguy ô nhiễm từ nguồn phân thải môi trường, giúp ngành chăn nuôi phát triển bền vững, phù hợp với xu hướng phát triển theo hướng đại hết hiệu phytase chứng minh qua nhiều nghiên cứu Nhìn chung, thị trường phytase toàn cầu thời điểm ngày gia tăng Sự tăng trưởng nhanh chóng gia tăng số lượng sản phẩm phytase thương mại Trên thị trường nay, có đa dạng loại enzyme phytase với chế ứng dụng khác Do vậy, cần phải hiểu biết nắm rõ tồn diện đặc tính chế loại phytase khác loại thức ăn cần bổ sung enzyme gì, yếu tố ảnh hưởng đến hoạt lực phytase,… để chọn lựa ứng dụng loại phytase phù hợp cách tối ưu loại vật nuôi Với tiến tương lai, ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi ngày sử dụng công thức khoa học áp dụng triệt để công nghệ sinh học vào sản xuất để tận dụng tối đa dinh dưỡng từ nguồn nguyên liệu sẵn có tạo sản phẩm có chất lượng cao thị trường nhằm giúp người chăn nuôi nâng cao suất lợi nhuận chăn ni Mặc dù, có nhiều ứng dụng triển vọng tạo hội cho enzyme phytase ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi phát triển song song với có khơng khó khăn, trở ngại enzyme bị bất hoạt nhiệt độ cao trình ép viên bị hoạt tính q trình bảo quản,…Hay để sản xuất sản phẩm phytase giá rẻ, phù hợp với sinh lý giống vật ni 15 mơ hình chăn ni đặc thù Do đó, cần có giải pháp để đổi nhằm đáp ứng khó khăn, thử thách cải biến làm tảng, động lực cho phát triển cơng nghệ enzyme enzyme điều nhiệt, chịu nhiệt cao, cố định enzyme phytase zeolit biến tính ion sắt (II),…Đặc biệt, sử dụng phytase liều cao (super- dosing) xu hướng toàn cầu nhằm cải thiện nâng cao hiệu chăn ni Phytase liều cao dẫn đến loại phosphoryl hồn tồn đẩy nhanh q trình phân rã phytate tăng cường giải phóng myo-inositol TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng anh [1] R Greiner and U Konietzny (2011) Chapter Phytases: Biochemistry, Enzymology and Characteristics Relevant to Animal Feed Use Enzymes in farm animal nutrition, 96-128 [2] Wolfgang Aehle (2007) Enzymes in industry: Production and applications [3] Yao, M Z., Zhang, Y H., Lu, W L., Hu, M Q., Wang, W., & Liang, A H (2012) Phytases: crystal structures, protein engineering and potential biotechnological applications Journal of Applied Microbiology, 112(1), 1-14 [4] Daniel Menezes-Blackburn and Ralf Greiner (2015) Chapter Enzymes Used in Animal Feed: Leading Technologies and Forthcoming Developments Functional Polymers in Food Science, Scrivener Publishing LLC, 47-73 [5] Dos Santos, T T., O'Neill, H V M., González-Ortiz, G., CamachoFernández, D., & López-Coello, C (2017) Xylanase, protease and superdosing phytase interactions in broiler performance, carcass yield and digesta transit time Animal Nutrition, 3(2), 121-126 [6] Spier, M R., Rodrigues, M., Paludo, L., & Cerutti, M L (2018) Chapter - Perspectives of phytases in nutrition, biocatalysis, and soil 16 stabilization In Enzymes in Human and Animal Nutrition (pp 89-104) Academic Press [7] Romano, N., & Kumar, V (2018) Chapter Phytase in animal feed In Enzymes in Human and Animal Nutrition (pp 73-88) Academic Press [8] Sharma, A., Ahluwalia, O., Tripathi, A D., Singh, G., & Arya, S K (2020) Phytases and their pharmaceutical applications: Minireview Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 23, 101439 [9] Kryukov, V S., Glebova, I V., & Zinoviev, S V (2021) Reevaluation of Phytase Action Mechanism in Animal Nutrition Biochemistry (Moscow), 86(1), S152-S165 Tài liệu tiếng việt [10] Đặng Thị Thu cộng (2012) Công nghệ Enzym, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [11] Phan Thị Thu Mai (2012) Phân lập tuyển chọn vi sinh vật sinh enzym phytase, luận văn ThS Sinh học [12] Bùi Xuân Đông cộng (2015) Công nghệ Enzyme, NXB giáo trình Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng [13] Trần Ngọc Hùng (2021) Hiệu sử dụng sản phẩm men tiêu hóa phytase gia cầm, trường Đại học Thủ Dầu Một Tài liệu internet [14] PGS.TS Cao Ngọc Điệp Phytase, enzyme phân giải phytate tiềm ứng dụng công nghệ sinh học, viện NC&PT Công nghệ sinh học Đại học Cần Thơ [15] Ứng dụng Enzym phytase dinh dưỡng vật nuôi - Phân viện chăn nuôi nam (IASVN) [16] Võ Đức Tuấn cộng Nghiên cứu tổng hợp enzyme phytase từ chủng vi khuẩn Bacillus subtilis, Viện Công Nghệ Sinh Học Mơi Trường [17] Hồn thiện cơng nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi cho gia súc, gia cầm bổ sung đa enzyme công nghệ vi sinh (27/06/2016), Bộ Khoa học Công nghệ Truy cập từ: https://most.gov.vn/vn/tin-tuc/7373/hoan17 thien-cong-nghe-san-xuat-thuc-an-chan-nuoi-cho-gia-suc gia-cam-bosung-da-enzyme-bang-cong-nghe-vi-sinh.aspx [18] Nguyễn Văn Tốn (21/09/2020) Ổn định phát triển ngành chăn nuôi, chăn nuôi lợn bền vững bối cảnh nước ta nay, tạp chí cộng sản Truy cập từ: https://tapchicongsan.org.vn/web/guest/kinhte/-/2018/819602/on-dinh-va-phat-trien-nganh-chan-nuoi%2C-chan-nuoilon-ben-vung-trong-boi-canh-o-nuoc-ta-hien-nay.aspx [19] Ngành thức ăn công nghiệp (01/12/2021), Feed planet Truy cập từ: https://feedplanetmagazine.com/blog/indian-feed-industry-1477 18 ... Một thách thức việc sử dụng thức ăn chăn nuôi không hiệu Như biết, thức ăn chăn nuôi chiếm khoảng 70% giá thành sản phẩm chăn nuôi Giá thức ăn tăng cao mà lượng thức ăn tiêu tốn cho chăn nuôi lại... cao trình chế biến thức ăn chăn ni 3.2.2.Quy trình sản xuất thức ăn chăn ni Hình Quy trình sản xuất thức ăn chăn ni có bổ sung phytase Enzyme Phytase bổ sung vào thức ăn chăn nuôi chất phụ gia... Quy trình ứng dụng enzyme phytase thức ăn chăn ni - Hoạt tính enyme phytase - Sự phát triển công nghệ enzyme tương lai TỔNG QUAN 2.1 Thức ăn chăn nuôi Thức ăn chăn ni sản phẩm thức ăn (có thể