Ứng dụng enzyme trong nông nghiệp 2

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.

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: NGUYỄN QUÍ TRỌNG - 18139209 ĐỖ MINH TRÍ – 18139204 ĐOÀN NGỌC DUY TRINH - 18139205 HỒNG LONG QUÝ - 18139159 VÕ THỊ THÙY TRANG - 18139202 TPHCM– 12/2021 MỤC LỤC Mục Lục hình ảnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Thức ăn chăn nuôi, thủy sản gì? Thức ăn chăn ni, thủy sản sản phẩm mà vật nuôi ăn, uống (hoặc bổ sung vào môi trường nuôi thức ăn thủy sản) dạng tươi, sống qua chế biến, bảo quản, bao gồm thức ăn dinh dưỡng thức ăn chức dạng: Nguyên liệu, thức ăn đơn; thức ăn hỗn hợp hoàn chỉnh; thức ăn đậm đặc, thức ăn bổ sung, phụ gia thức ăn sản phẩm bổ sung vào môi trường nuôi (đối với thức ăn thủy sản) nhằm tạo thức ăn tự nhiên, ổn định môi trường nuôi, tăng hiệu sử dụng thức ăn Thức ăn chăn nuôi, thủy sản theo tập quán sản phẩm nông nghiệp, thủy sản, công nghiệp chế biến người chăn nuôi sử dụng từ trước đến như: thóc, gạo, cám, ngơ, khoai, sắn, bã rượu, bã bia, bã sắn, bã dứa, rỉ mật đường, rơm, cỏ, tôm, cua, cá loại khác 1.1.1 Các thành phần thức ăn chăn nuôi, thủy sản 1.1.1.1 Thức ăn chăn nuôi Nguyên liệu thức ăn chăn nuôi phổ biến ngày đa dạng, tùy theo loại vật nuôi mà người chăn nuôi phải biết cách phối trộn hợp lý để đảm bảo chất lượng, dinh dưỡng cung cấp cho vật ni mình, có vật ni sinh trưởng phát triển tốt Sau số nguyên liệu thức ăn chăn nuôi phổ biến: a) Bột mì – ngun liệu thức ăn chăn ni phổ biến - Được sản xuất từ hạt lúa mì, sử dụng nhiều ngành chế biến thực phẩm bánh mì, bánh ngọt, kẹo, quẩy,… Ngồi bột mì sử dụng rộng rãi sản xuất thức ăn chăn ni - Chỉ tiêu dinh dưỡng bột mì chăn nuôi: + Protein: 9.0% – 12,0% + Gluten ướt: 24,0% – 33,0% + Thủy phần: 13,5% – 14,5% + Hàm lượng tro: ≤ 1% - Bột mì thành phần sử dụng cho hầu hết loại cám viên thức ăn chăn nuôi b) Bã đậu nành - Là sản phẩm thu sau chiết xuất hầu hết dầu từ hạt đậu tương, có dạng bột mảnh, tơi xốp, có màu vàng nâu nhạt mùi thơm đặc trưng Bã nành nguồn cung cấp protein chủ yếu tốt thức ăn cho vật ni, có hàm lượng đạm thơ từ 43 – 49%, giàu acid amin thiết yếu, Lysine chiếm 2.88%, acid amin thiết yếu cân đối Bã nành có mùi thơm làm tăng tính thèm ăn cho vất nuôi - Hàm lượng dinh dưỡng bã đậu nành: + Đạm: 46% + Đô ẩm: 12% max + Xơ: 4% max + Tạp chất: 2.5% max c) Bã ngô lên men - Chứa hầu hết dưỡng chất từ hạt bắp dạng bột ngoại trừ thành phần tinh bột, sản phẩm phụ chế biến từ q trình sản xuất Ethanol Ngơ lên men (DDGS) giàu đạm thô, acid amin, phosphore thành phần dinh dưỡng khác sử dụng phần ăn vật ni Hàm lượng dưỡng chất q giá ngô lên men thành phần thiết yếu công thức thức ăn chăn nuôi Bã ngơ lên men thường có màu vàng, cam - Đặc điểm dinh dưỡng Ngô lên men: + Đạm thô: 26% + Fat: 7.5% + Xơ: 10% + Tro: 7% max + Độ ẩm: 12.5% max d) DPS – Protein tăng trọng - Là nguyên liệu đươc ưa chuộng nhằm giúp vật nuôi sinh trưởng nhanh suất cao hơn.Thành phần Protein tăng trọng: Protein thô 50%, béo thô 5%, xơ thô 2% - Cơng dụng: + Cung cấp đạm kích thích tơm, cá mau lớn, mau tăng trọng + Bổ sung protein động vật vào thức ăn chăn nuôi e) Bột vỏ tôm - Rất giàu Acid Amin, Calcium, Phosphore mùi thơm đặc trưng Tơm khơ… kích thích thèm ăn, tốt cho gia cầm giai đoạn đẻ trứng, gia súc trình phát triển xương, thủy sản trình tạo vỏ… Hàm lượng Đạm cao 30-35% giúp tăng độ đạm công thức phối trộn thức ăn chăn nuôi - Chỉ tiêu dinh dưỡng Bột vỏ tôm: + Độ đạm: 35% + Độ ẩm: 13 % max + Độ mặn: 10% max + Độ tro: 28% f) Bột xương thịt - Là nguyên liệu quan trọng để bổ sung đạm cung cấp acid amin cho vật ni Chính sử dụng phổ biến sản xuất thức ăn chăn nuôi, đặc biệt công thức phối trộn để sản xuất thức ăn dạng cám viên - Chỉ Tiêu dinh dưỡng bột xương thịt: + Protein thô: 50% max + Ẩm: 7% max + Lipid: 14% max + Tro: 36% max + Tỉ lệ Protein tiêu hóa: 83% + Samonella: không phát + Xuất xứ: Châu Âu g) Bột cá - Là thành phần quan trọng có vai trị thiết yếu vật ni nói chung vật ni thủy sản nói riêng Là nguyên liệu thức ăn chăn nuôi phổ biến với việc nuôi trồng thủy sản nước ta ngày tăng kèm theo việc tăng lượng bột cá dùng để sản xuất thức ăn nuôi thủy sản Do bột cá nguồn cung cấp protein có giá trị cao tính ưu việt trội so với nguồn cung cấp protein khác - Đặc điểm dinh dưỡng bột cá: + Độ đạm (Protein): 60% Min + Độ mặn (Salt): 3.0% Max 1.1.1.2 Thức ăn thủy sản Trong trình sản xuất thức ăn thủy sản thành phần để tạo thức ăn thủy sản vấn đề then chốt, việc lựa chọn thành phần thức ăn thủy sản phù hợp cho động vật thủy sản cần phải đáp ứng đủ điều kiện chất lượng sản phẩm giá thành Do vậy, cần phải hiểu thành phần có thức ăn thủy sản, đặc tính loại nguyên liệu sử dụng việc chế biến thức ăn thủy sản việc cần thiết Trong thức ăn thủy sản có thành phần bao gồm: Nhóm cung cấp lượng, nhóm cung cấp protein nhóm chất phụ gia a) Nhóm cung cấp protein Đối với động vật gia súc gia cầm, nhu cầu protein chúng thấp, thủy sản, nhu cầu Protein chúng cao nhiều, khoảng 25 – 55% Do vậy, vấn đề chế biến thức ăn thủy sản, nguồn nguyên liệu cung cấp Protein vấn đề nhà nông quan tâm Nguyên liệu để cung cấp Protein có hàm lượng phải lớn 30% chia làm nhóm: Protein Động Vật Protein Thực Vật  Protein động vật: - Protein động vật có hàm lượng khoảng từ 50% trở lên động vật thủy sản sử dụng hiệu Protein thực vật Các nguồn Protein động vật thường sử dụng thức ăn thủy sản là: Bột đầu tôm, bột cá, bột huyết, bột mực, bột nhuyễn thể…; đó, nguồn protein phù hợp cho động vật thủy sản bột cá - Bột cá chia làm loại: bột cá nhạt (độ mặn 5% protein >50%) bột cá mặn Trong chế biến thức ăn thủy sản, người ta thường sử dụng bột cá nhạt Bột cá đa phần làm từ cá trích, cá cơm cá mịi Dĩ nhiên, chất lượng bột cá phụ thuộc vào nguyên liệu tạo độ tươi nguyên liệu, phương thức chế biến cách bảo quản - Tùy theo nhu cầu Protein loài cá khác mà mức sử dụng bột cá khác nhau, thông thường giao động từ 25 – 35% (ví dụ tơm sú tỷ lệ bột cá khoảng 35% cịn đối ới tôm trường thành khoảng 28 – 30%) - Với số lượng thức ăn thủy sản cho tôm năm nước khoảng 150.000 – 200.000 lượng bột cá tiêu tốn khoảng 40.000 – 45.000 Hiện tại, giá bột cá ngày tăng cao, người ni có khuynh hướng thay protein bột cá protein động vật bột xương, bột phế phẩm từ gia cầm  Protein thực vật: - Đậu nành, đậu phộng, hạt vải… nguồn cung cấp Protein thực vật chủ yếu quan trọng Protein thực vật sử dụng thức ăn thủy sản nhằm để thay protein từ bột cá để giảm giá thành thức ăn thủy sản Tuy nhiên, sử dụng Protein thực vật gặp số vấn đề ni thủy sản như: tiêu hóa khơng tốt, axit amin không cân đối, thiếu lysine methionine, bị kháng chất dinh dưỡng dễ nhiễm độc b) Nhóm cung cấp lượng Trong nhóm này, vai trị chủ yếu cung cấp carbohyrate (chủ yếu tinh bột thực vật) nhóm dầu mỡ (dầu động vật thực vật)  Tinh bột: - Là thành phần chủ yếu loại khoai củ, ngũ cốc phụ phẩm nơng nghiệp cám gạo, cám mì… - Tinh bột có hàm lượng Protein thấp (khơng 20%), acid admin không cân đối Lipid thấp (2 – 5%) Tuy nhiên, cám gạo lại có hàm lượng chất xơ cao khoảng 11 – 20% lipid cao đến khoảng 10 – 15%  Dầu động, thực vật: - Đây nguồn cung cấp lượng quan trọng cho động vật thủy sản Tuy nhiên dầu động vật thực vật sử dụng nguồn acid béo khơng no cho động vật thủy sản Đối với nhóm động vật thủy sản ăn động vật, khả hấp thụ tinh bột lipid sử dụng nguồn lượng - Thường việc chế biến thức ăn thủy sản có sẵn lipid nên thức ăn cần bổ sung thêm từ – 3% dầu Tùy theo đối tượng nuôi mà lựa chọn dầu thực vật động vật c) Nhóm phụ gia khác Ngồi nhóm cung cấp Protein nhóm cung cấp Năng Lượng có số phụ gia thủy sản bổ sung vào thức ăn nhằm tăng giá trị dinh dưỡng, làm ngon miệng hạn chế biến chất… chất gọi chung chất phụ gia  Chất kết dính: - Để gia tăng mức độ kết dính thức ăn, ngồi tinh bột người ta cịn sử dụng chất kết dính Chất kết dính có vai trị đóng góp dinh dưỡng vào thức ăn, giảm thiểu thất thoát chất dinh dưỡng, tăng độ bền thức ăn môi trường nước giảm ô nhiễm giảm bụi trình chế biến - Tuy nhiên, số chất kết dính ảnh hưởng đến khả tiêu hóa thủy sản, vài lồi cá khơng chể hấp thụ thức ăn cứng Tinh bột gelatine hóa loại chất kết dính tự nhiên tốt cho động vật thủy sản  Chất chống oxy hóa: - Chất chống oxy hóa cho thức ăn thủy sản phải đảm bảo không độc giá thành rẻ Một số chất chống oxy hóa điển hình sử ụng BHT 200 ppm, BHA 200 ppm, Ethoxyquin 150 ppm  Chất kháng nấm: - Chất kháng nấm trộn loại acid hữu Trong thức ăn thủy sản có số chống mốc acid propionic, sodium diacetate, acid sorbc, acid phosphoric  Chất tạo mùi: - Chất tạo mùi đóng vai trị quan trọng, định hiệu việc sử dụng thức ăn thủy sản, đặc biệt tôm Trong nguồn nguyên liệu sử dụng làm thức ăn cho tơm có chất dẫn dụ bột nhuyễn, giun nhiều tơ, nhộng tằm, dịch thủy phân cá… Ngoài ra, thức ăn thủy sản sử dụng dầu mực, dầu nhuyễn thể dùng để tạo chất tạo mùi - Ngoài chất tạo mùi tự nhiên kể trên, chất tạo mùi nhân tạo khác acid amin tự hay số phân tử peptide betane bổ sung vào thức ăn thủy sản - Trên số kiến thức thức ăn thủy sản, thành phần có mà bạn cần nắm vừng để áp dụng thật hiệu 1.1.2 Bổ sung enzyme thức ăn chăn nuôi, thủy sản 1.1.2.1 Bổ sung enzyme thức ăn chăn nuôi - Xu hướng chung bổ sung thêm vào thức ăn enzyme công nghiệp bổ sung enzyme phân hủy cellulose, pectin… (xylanase glucanase), phân hủy phytate (như phytase) chứa nhiều cám gạo, lúa mì, lúa mạch đen - Men tiêu hóa bổ sung có tác dụng làm giảm độ chênh lệch trọng lượng vật nuôi đàn Men tiêu hóa cho phép thay ngũ cốc chín ngũ cốc sống mà không làm ảnh hưởng đến suất vật ni - Có cách sử dụng: + Trộn enzyme vào thức ăn trước dùng + Xử lý thức ăn với enzyme để chuyển thành dạng dễ tiêu hóa cho động vật ăn - Yêu cầu enzyme sử dụng chăn nuôi gia súc: + Có khả cơng hợp chất tương ứng cách nhanh chóng, việc thơng qua hệ thống tiêu hóa động vật + Có khả làm việc điều kiện pH thấp đường tiêu hóa, có khả chịu trình chế biến trước đưa thức ăn vào động vật  Nhận xét: Dùng enzyme để xử lý sơ thức ăn có lợi hơn, xử lý ngồi thể dễ dàng tạo điều kiện thích hợp pH, nhiệt độ, enzyme hoạt động mạnh hơn, hiệu suất phân giải thức ăn cao 1.1.2.2 Bổ sung enzyme thức ăn thủy sản Cho tôm cá ăn enzyme cải tiến dinh dưỡng ngành ni trồng thủy sản từ vài năm trước Các enzyme ngoại sinh sử dụng rộng rãi toàn giới chất phụ gia chế độ ăn động vật Ngoài ra, bổ sung enzyme giúp loại bỏ tác động yếu tố kháng dinh dưỡng cải thiện việc sử dụng lượng acid amin chế độ ăn, nhờ dẫn đến cải thiện suất tôm cá (Farhangi Carter, 2007; Lin et al., 2007 Soltan, 2009) Mục đích việc sử dụng enzyme thức ăn để cải thiện tiêu hóa Các q trình tiêu hóa hoạt động tốt kết thể hiệu suất sử dụng thức ăn cải thiện nhờ cung cấp thêm enzyme Hơn nữa, động vật thủy sinh thiếu enzyme tiêu hóa định giai đoạn phát triển suốt đời sống chúng Trong trường hợp tôm cá thiếu enzyme định trưởng thành, việc sử dụng enzyme giúp tận dụng tốt phần nhỏ dinh dưỡng nhờ tiêu hóa enzyme 1.1.3 Lợi ích Việc bổ sung enzyme vào thức ăn cho động vật có nhiều lợi ích như: - Phân giải chất kháng dinh dưỡng nguyên liệu - Phân giải thành phần cấu trúc ngũ cốc - Tăng cường cung cấp cho động vật nguồn protein, tinh bột khoáng - Bổ sung enzyme nội sinh cho động vật non - Giảm biến đổi vốn có thức ăn chăn ni nâng cáo tính thống lồi động vật, làm tăng lợi nhuận - Giảm ô nhiễm môi trường Chương 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Protease a) Khái niệm Enzyme Protease (còn gọi proteinase hay peptidase) (EC.3.4.) nhóm enzyme thủy phân có khả cắt mối liên kết peptide (-CO-NH-) phân tử polypeptide, protein số chất khác tương tự thành amino acid tự peptide phân tử thấp Là loại enzyme có chất protein sinh vật tổng hợp nên, tham gia vào phản ứng hóa sinh học Enzyme Protease có đặc tính: Được tạo tế bào sinh vật, không độc hại, thân thiện với môi trường Tham gia phản ứng tế bào sống tách khỏi tế bào sống Có thể tham gia xúc tác phản ứng thể từ giai đoạn đầu đến giai đoạn cuối giải phóng hoàn toàn lượng dự trữ hợp chất hóa học Trong chuỗi chuyển hóa hở hay chuỗi chuyển hóa khép kín, sản phẩm phản ứng trước chất cho phản ứng sau • Có thể thực phản ứng: xảy tế bào (như ống nghiệm) • Phản ứng enzym tiêu hao lượng ít, hiệu suất tốc độ cao • Có tính chọn lọc cao • Chịu điều khiển gen điều kiện phản ứng Protease chất xúc tác thủy phân protein tạo thành phân tử thấp amino acid Chúng ý nghĩa cho q trình sinh trưởng, sinh sản sinh vật mà cịn đóng vai trị quan trọng công nghệ chế biến thực phẩm, y học, công nghệ gen bảo vệ môi trường • • • Ở Việt Nam có nhiều cơng trình cơng bố việc nghiên cứu sử dụng Protease, chủ yếu tập trung vào protease thực vật động vật protease vi sinh vật nghiên cứu chục năm trở lại b) Nguồn gốc  Nguồn động vật: Tụy tạng: nguồn enzyme sớm nhất, lâu dài có chứa nhiều enzyme Dạ dày bê: Trong ngăn thứ tư dày bê có tồn enzyme thuộc nhóm Protease tên renin Enzyme từ lâu sử dụng phổ biến công nghệ phomat Renin làm biến đổi casein thành paracasein có khả kết tủa mơi trường sữa có đủ nồng độ Ca2+ Đây q trình đơng tụ sữa điển hình, nghiên cứu ứng dụng đầy đủ Trong thực tế nhiều chế phẩm renin bị nhiểm pepsin (trong trường hợp thu chế phẩm renin bê Khi dày bê phát triển đầy đủ có khả tiết pepsin) khả đơng tụ sữa  Nguồn thực vật: 10 mạch đen, lúa miến, gạo lúa mì Glucanase cịn gọi lichenase, hydrolase, glycosidases, glycosyl hydrolase / laminarinase Nhiều loại glucanase chia sẻ trình tự acid amin tương tự chất khác lớn Trong số endo-glucanase biết, 1,3-1,4-β-glucanase coi hoạt động tích cực b) Nguồn gốc Bacillus spp Streptomyces spp loài vi khuẩn biết đến nhiều tạo β-glucanase, có khả phân hủy lichenan (một polysaccharide bao gồm (1> 3) -β- (1> 4) -β-glycosidic liên kết),tuy nhiên có khơng có hoạt tính chống lại glucan có lúa mạch Một số lồi nấm phổ biến Orpinomyces sp (Chen et al.1997), Cochibolus carbonum (Gorlach et al 1998), Talaromyces emersonii Phaffia rhodozyma nguồn tốt β-glucanase, chúng sản xuất ß-glucanase thơng qua q trình lên men trạng thái rắn cấp độ thương mại c) Cấu trúc Cấu trúc protein trình bày hai β chống song song cong đặt cạnh nhau, bao gồm sợi tương ứng, tạo thành miền hình cầu nhỏ gọn có chứa kênh liên kết chất rộng Vị trí hoạt động bao gồm khe hở bề mặt mở rộng có tường hình thành vòng bề mặt phần tử xoắn α với sợi β tạo thành Sự chồng chất cấu trúc B subtilis β-1,3–1,4-glucanase với B licheniformis orthologue xếp ba chiều giống (hiệu suất nguyên tử chuỗi 0,38 Å) Mặc dù hai loại protein có chung 91% nhận dạng acid amin, đáng ngạc nhiên Cys60 Cys89 không tạo cầu nối disulfua cấu trúc B subtilis β-1,3–1,4-glucanase, khơng có chất khử sử dụng trình tinh chế protein kết tinh Hình 2.4 Cấu trúc Beta-Glucanase d) Cơ chế β-glucanase có khả phá vỡ ( 1-3) (1-4) liên kết -β-glucoside Beta-1,3–1,4-DGlucans chủ yếu tìm thấy nội nhũ (McCleary 1988) Liên kết đa dạng không phân nhánh không chứa tinh bột (1-3) (1-4) -β-D-glucans phần polysaccharide lớp nội nhũ lớp aleurone thành tế bào thực vật thuộc Họ Graminiae Enzyme β-1,3– 1,4-glucanase phá vỡ liên kết beta glucoside β-D-glucans (Autio SalmenkallioMarttila 2001) β-Glucan polysaccharide hòa tan nước sử dụng để tạo thành dung dịch nhớt (Wood 2010) 25 Hình 2.4 Cơ chế tác động Beta-Glucanase e) Vai trò Các thành công công nghiệp đến từ việc bổ sung β-glucanase vào phần thức ăn làm từ lúa mạch chứa β-glucans, khiến ruột gà có nhiều nhớt Tác dụng có lợi thức ăn bổ sung enzyme tăng trọng lượng vật nuôi từ lượng lúa mạch nhau, dẫn đến tăng tỷ lệ chuyển đổi thức ăn f) Cách bổ sung enzyme Các glucan thức ăn gia cầm lợn có chứa nhiều hạt sản phẩm chẳng hạn lúa mạch, lúa mì lúa mạch đen, vv, để tăng hiệu thức ăn sử dụng, tăng cường việc tiêu thụ chất dinh dưỡng, cải thiện động vật phát triển khả Sử dụng thức ăn chất phụ gia, thêm tỷ lệ nên 0.05-0.1% 2.4.3 Arabinofuranosidase a) Khái niệm Alpha-L-arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55, arabinosidase, alpha-arabinosidase, alpha-Larabinosidase, alpha-arabinofuranosidase, polysaccharide alpha-L-arabinofuranosidase, alpha-L-arabinofuranoside hydrolase, L-arabinosidase, alpha-arase L-arabinana ) enzym có tên hệ thống alpha-L-arabinofuranoside arabinofuranohydrolase Enzyme xúc tác phản ứng hóa học sau: - Thủy phân gốc alpha-L-arabinofuranoside không khử đầu cuối alpha-Larabinosides - Enzyme hoạt động liên kết alpha-L-arabinofuranosides, alpha-L-arabinans chứa (1,3) - / (1,5)-, arabinoxylans arabinogalactans b) Nguồn gốc D-L-arabinofuranosidases (D-L-AFases) thu từ số loài vi khuẩn, nấm thực vật (Hashimoto Nakata 2003; Lee cộng 2003; Rahman cộng 2003) DLAFases tạo nhóm lồi đa dạng Bacillus pumilus PS213 (Degrassi cộng 2003), Pseudomonas cellulosa (Beylot cộng 2001), Rhodothermus marinus, loài nấm Aspergillus niger đột biến, Penicillium purpurogenum, Aspergillus kawachi (Koseki cộng 2003) c) Cấu trúc Cấu trúc tổng thể C thermocellum arabinofuranosidase CtAbf43A (a) Cấu trúc thứ cấp nếp gấp năm cánh chân vịt có màu khác cho phiến Bốn sợi 26 phiến xác định phiến Trong khoang trục trung tâm, nguyên tử Ca hiển thị màu lục lam (b) Hình chiếu bên làm bật vị trí khe hở hoạt động nơi đại diện cho tetraxylopyranose giả định ('Xyp', hiển thị màu xanh lục dựa mục nhập PDB 3c7g) với phân tử Tris liên kết (Tris, màu hồng) Ba gốc liên quan đến xúc tác thể dạng bóng que có màu vàng Hình 2.4 Cấu trúc Arabinofuranosidases d) Cơ chế D-L-arabinofuranosidases (D-L-AFases) enzym phụ thủy phân liên kết D-Larabinofuranosidic (Spagna et al 1998; Margolles-Clark et al 1996) D-L-AFase thủy phân chuỗi bên arabinosyl từ vật liệu thành tế bào chất pectide hemicellulose, sau loại bỏ chuỗi bên arabinosyl, vật liệu dễ bị công enzym glycanase khác (Saha 2000) Hình 2.4 Cơ chế tác động Arabinofuranosidases e) Vai trò Hầu hết thức ăn cho gia súc tạo thành từ hemicelluloses (chủ yếu xylan) cung cấp lượng dinh dưỡng tối thiểu cho vật ni D-L-AFases có khả tăng trình thủy phân hemicellulose (Dehority Scott 1967) Để tiêu hóa tối đa polysaccharid thành tế bào, thức ăn gia súc bổ sung enzym D-LAFases 27 với xenlulase, pectinase xylanase (Coen Dehority 1970) Các enzym DLAFase giúp loại bỏ chuỗi bên arabinose, ức chế hoạt động thích hợp glycanaza, chất phá vỡ polysaccharid thành tế bào (De-Vries cộng 2000) f) Cách bổ sung enzyme Trong công nghiệp Arabinofuranosidase thường bổ sung với xylanase dạng lỏng phun lên thức ăn với liều lượng tùy vào điều kiện mục đích chăn nuôi người nuôi 2.4.4 Pectinase a) khái niệm Pectinase chất xúc tác sinh học có tác dụng thủy phân phân tử pectin Pectin thu từ vùng phiến từ thành tế bào thực vật; pectinase thủy phân pectin để phá vỡ thành tế bào thực vật giải phóng chất dinh dưỡng b) Nguồn gốc Enzyme pectinase thu từ vi sinh vật, thực vật động vật, 50% pectinase thương mại thu từ loài nấm (Aspergillus aculeatus Rhizopus spp.) Bằng cách lên men trạng thái rắn phần lại thu từ vi khuẩn, thực vật động vật nguồn (Anisa Girish 2014) c) Cấu trúc Pectin tạo thành từ polysaccharide, acid galacturonic dạng keo phức tạp, liên kết với (1 - 4) liên kết, chuỗi bên phân tử xương sống pectin tạo thành từ L-rhamnose, arabinose, galactose xylose (Miller 1986) Hình 2.4 Cấu trúc pectinase d) Cơ chế Pectinase chất xúc tác sinh học có tác dụng thủy phân phân tử pectin Pectin thu từ vùng phiến từ thành tế bào thực vật; pectinase thủy phân pectin để phá vỡ thành tế bào thực vật giải phóng chất dinh dưỡng 28 Hình 2.4 Cơ chế tác động pectinase e) Vai trò Trong tự nhiên, vật liệu pectic dễ tiếp cận loại sợi khác mô thực vật; vi sinh vật gây bệnh thường bắt đầu phân hủy nguyên liệu thực vật với trợ giúp enzym phân giải pectinolytic (Gummadi Panda 2003) Các enzym thủy phân bổ sung vào thức ăn gia súc nhai lại giúp tăng cường phân hủy chất hữu cơ, tăng hiệu suất động vật thơng qua q trình tiêu hóa chất dinh dưỡng nhanh (Hoondal et al 2000; Arambel et al 1987) Trong công thức thức ăn chăn nuôi, kết hợp lượng enzym thủy phân phụ thuộc vào chất thành phần thức ăn (Ghorai et al 2009) f) Cách bổ sung enzyme Liều lượng khuyến cáo 100-300g / thức ăn chăn nuôi Nó thêm trực tiếp vào thức ăn 2.4.5 α-amylase a) Khái niệm Enzyme α-amylase loại enzyme thủy phân thủy phân liên kết α-1,4-glycoside bên phân tử tinh bột (Gupta et al 2003) Tinh bột polyme đường hexose, phân tử liên kết với liên kết glycoside Hai loại chuỗi glucose khác tìm thấy phân tử tinh bột, thứ amylose thứ hai amylopectin Mơ hình liên kết glucose khác amylose amylopectin Amylose chứa 6000 đơn vị glucose liên kết với liên kết α-1,4 glycoside amylopectin có hai loại liên kết liên kết α-1,4 glycoside α-1,6 glycoside b) Nguồn gốc α-amylase lấy từ số vi sinh vật, thực vật động vật Theo quan điểm công nghiệp, vi sinh vật nguồn tốt α-amylase (Tanyildizi et al 2005) Về mặt thương mại, α-amylase chủ yếu thu từ loài Bacillus, Bacillus licheniformis, Bacillus stearothermophilus Bacillus amyloliquefaciens, thơng qua q trình lên men chìm (Konsoula Liakopoulou-Kyriakides 2007) Các nguồn α-amylase tiếng khác loài nấm; Aspergillus spp Penicillium spp nhà sản xuất α-amylase bật nhất, thơng qua q trình lên men trạng thái rắn (Kathiresan Manivannan 2006; Couto Sanroman 2006) c) Cấu trúc Các chuỗi mạch tất enzym α-amylase có cấu trúc bậc tương tự 29 Hình 2.4 Cấu trúc khơng gian a-amylase d) Cơ chế Sự thủy phân tinh bột α-amylase trải qua nhiều giai đoạn Trước tiên enzym phân cắt số liên kết tinh bột tạo lượng lớn dextrin phân tử thấp, sau dextrin bị thủy phân tiếp tục để tạo maltose glucose Amylose bị phân cắt thành oligosaccharide hay gọi polyglucose (6-7 gốc glucose) tác dụng α-amylase, sau oligosaccharide tiếp tục bị phân cắt nên chuỗi bị ngắn dần tạo thành maltotetrose, maltotriose, maltose Sau thời gian tác dụng dài, sản phẩm trình thủy phân amylose 13% glucose 87% maltose Tác dụng alpha-amylase amylopectin xảy tương tự sản phẩm tạo 72% maltose, 19% glucose, ngồi cịn có dextrin phân tử thấp isomaltose (8%) a-amylase cắt liên kết 1,6-glucoside mạch nhánh phân tử amylopectin Các giai đoạn trình thủy phân tinh bột α-amylase: 30 Hình 2.4 10 Giai đoạn dextrin hóa Khả dextrin hóa α-amylase cao người ta cịn gọi α-amylase amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa Hình 2.4.11 Cơ chế tác động a-amylase ỉên tinh bột a) amylose; b) amylopectin e) Vai trò α-amylase tiết nội sinh động vật chim, việc bổ sung thêm αamylase cải thiện khả tiêu hóa thu nhận lượng f) Cách bổ sung enzyme Thức ăn chăn nuôi: 25 – 50g α-Amylase cho thức ăn hỗn hợp Sản phẩm nên trộn với thức ăn 31 Chương 3: KẾT LUẬN 3.1 Ưu nhược điểm  Ưu điểm: - Việc bổ sung enzyme vào thức ăn chăn nuôi, thủy sản giúp tăng cường phân hủy chất hữu cơ, góp phần cải thiện khả sử dụng thức ăn, tăng tỷ lệ chuyển đổi thức ăn, giúp tối ưu hóa lượng chất dinh dưỡng cung cấp cho phần ăn, vừa giảm thiểu ảnh hưởng xấu có sẵn thức ăn tác động sức khỏe vật nuôi - Hơn nữa, cịn cải thiện khà tiêu hóa tiêu thụ chất dinh dưỡng, giảm yếu tố phản dinh dưỡng, hạn chế tình trạng khó tiêu, tiêu hóa kém, gây chướng bụng động vật, làm tăng giá trị dinh dưỡng thức ăn - Ngoài việc bổ sung enzyme vào thức ăn thủy sản giúp hạn chế ô nhiễm môi trường enzyme phân hủy thức ăn thừa nước hạn chế ô nhiễm nguồn nước giảm nguy gây bệnh thủy sản Nhờ mà tăng suất vật nuôi chất lượng vật nuôi, yếu tố định đến cạnh tranh mơ hình chăn ni - Đối với thức ăn chăn ni, cân enzyme thích hợp giúp phân giải thành phần khơng tiêu hóa thức ăn phospho, nito, đồng, kẽm, hạn chế gây vấn đề môi trường  Nhược điểm: - Kiến thức người dân chăn ni cịn hạn chế nên việc bổ sung enzyme với nồng độ chưa rõ ràng Nên dẫn đến tình trạng gây lãng phí enzyme lượng enzyme bổ sung không đủ, không đạt suất cao - Một vài enzyme từ nguồn gốc động vật có nhược điểm mùi, mang theo nguy bị lây bệnh vi khuẩn sang thể người Nên enzyme từ vi sinh vật nguồn khai thác nhiều đa dạng nguồn, tài nguyên vô tận dễ sản xuất Tuy nhiên trường hợp cần lưu ý khả sinh độc tố (gây độc, gây bệnh) để có biện pháp phịng ngừa, xử lý thích hợp  Kết luận - Trong chăn ni gia súc, gia cầm, thức ăn mặt hàng tốn nhất, chiếm khoảng 60–70% tổng chi phí Các nhà chăn nuôi yêu cầu thức ăn chăn nuôi rẻ hiệu - Mặc dù có vài nhược điểm cần lưu ý, enzyme bổ sung vào thức ăn dường giải vấn đề phổ biến tiết kiệm tiền bạc, công sức thời gian nhà chăn nuôi Các nhà dinh dưỡng xây dựng phần ăn tốt hơn, tối ưu nguồn dinh dưỡng nguyên liệu mà đem lại hiệu kinh tế cao Enzyme sử dụng phổ biến thức ăn chăn nuôi quan trọng không chăn nuôi gia súc gia cầm mà 32 cịn để cải thiện sức khỏe mơi trường Các enzyme thức ăn phổ biến carbohydrase, xylanase, glucanase, phytase, pectinase, protease α-amylase 3.2 Hướng phát triển - Ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi lĩnh vực phát triển nhanh giới nhà sản xuất dự kiến cung cấp thức ăn chăn nuôi rẻ hơn, hiệu bổ sung enzyme tự nhiên tương lai - Các enzyme chiết xuất từ nguồn vi sinh vật, động vật thực vật Tuy nhiên, enzyme sản xuất từ vi sinh vật xu hướng ngày phát triển tương lai sử dụng phương pháp vi sinh cách kinh tế để sản xuất enzyme quy mơ lớn - Cần có tiến lĩnh vực thức ăn chăn nuôi nâng cao hiệu enzym sử dụng thị trường liên quan đến chi phí sản xuất, ổn định nhiệt, khả chống tiêu hóa tăng cường hoạt động đường tiêu hóa Cơng thức thức ăn chăn ni cần thiết Cần có nghiên cứu bổ sung lĩnh vực xây dựng công thức thức ăn kết hợp enzym nguyên liệu thức ăn theo tỷ lệ thích hợp - Những lợi ích có việc bổ sung enzyme ngoại sinh vào thức ăn cải thiện việc sử dụng chất dinh dưỡng suất vật nuôi chấp nhận tốt Và enzyme thức ăn nâng cao hiệu suất tiêu hóa lên đến giới hạn định vượt rào cản sinh lý pH thời gian lưu giữ đường tiêu hóa mà chúng thực Bảng 2.4 Các enzyme thức ăn chăn nuôi thủy sản STT Tên 01 Protease 02 Lipase Nguồn gốc Cơ chế xúc tác Vai trò Nguồn động vật : Tùy Tạng dày bê Nguồn Thực vật : Bromelain, Papain Ficin Nguồn vi sinh vật: Enzyme Protease phân bố chủ yếu vi khuẩn, nấm mốc xạ khuẩn… gồm nhiều loài thuộc Aspergillus, Bacillus, Penicillium, Clotridium, Streptomyces số số loại nấm men Động vật: tụy tạng bò, cừu, lợn… Ezyme protease enzyme thủy phân liên kết peptide (-CONH-) phân tử protein giải phóng acid amin, pepton dittripepton Phân giải yếu tố kháng dinh dưỡng liên quan đến protein khác Lipase cắt liên kết O C glyceride, tạo thành diglyceride, monoglyceride, Ngoài việc giúp hấp thu chất béo tốt, tiết kiệm chi phí bổ sung thêm Thực vật: đu đủ, dứa, ngũ cốc giai đoạn nảy mầm… Liều lượng dạng bổ sung Bổ sung : dạng bột mịn Liều lượng : 1-2 gram/kg thức ăn Chế phẩm Enzyme protease Công Ty ECO SHRIMP Được bổ sung dạng bột, viên hạt Pancreatic lipase 33 Vi sinh vật: Bacillus thermocatenletus, Geobacillus sp… ròi thành glycerol acid béo tự thức ăn, hạn chế tình trạng khó tiêu, tiêu hóa kém, gây chướng bụng, tăng tỷ lệ thịt mỡ Pregastric lipase: từ 50100g/tấn thức ăn chăn nuôi 1025/100kg thức ăn thủy sản Lipase từ vi sinh vật: từ 5080 g/tấn chăn nuôi 2040 g/100kg thủy sản Nấm: Aspergillus niger, Aspergillus ficum… Phytase cắt liên kết gốc phosphate với vịng myoinositol, giải phóng gốc phosphate tự ion khoáng Thủy phân Phytate-chất kháng dinh dưỡng, giúp hấp thu tốt phosphor khoáng, điều giúp cho xương động vật phát triển tốt, tăng sức đề kháng, giảm tiết phosphor môi trường Cải tiến thức ăn Cải thiện suất vật nuôi Giảm ô nhiễm môi trường Từ 30-50 g/tấn thức ăn thức ăn chăn nuôi, bổ sung dạng hạt bột từ 80-100 g/tấn thức thức ăn cho cá dạng hạt viên Khả cho phép lợn gia cầm thu nhiều lượng từ thức ăn cách cải thiện tỷ lệ Thức ăn chăn nuôi: 25 – 50g α- Amylase cho thức ăn hỗn hợp Sản phẩm nên trộn với thức ăn Vi khuẩn: E coli, Bacillus subtilis, Actinobacillus sp… 03 Phytase 04 Xylanase 05 α-Amylase Xylanase tạo loài vi sinh vật gồm vi khuẩn, nấm sợi, nấm men xạ khuẩn; nấm sợi nơi tạo chủ yếu xylanase Xylanase chịu trách nhiệm q trình thủy phân liên kết β-1,4 xylan thực vật, thành phần hemicellulose α-amylase lấy từ số vi sinh vật, thực vật động vật Theo quan điểm công nghiệp, vi sinh vật nguồn tốt alpha-amylase Các nguồn α-amylase tiếng khác Trải qua giai đoạn Giai đoạn dextrin hóa thành dextrin phân tử lượng thấp Giai đoạn dextrin tiếp tục Sử dụng 100200g Enzyme Xylanase cho thức ăn hỗn hợp Sản phẩm phải trộn với thức ăn chăn nuôi,thủy sản 34 loài nấm; Aspergillus spp Penicillium spp nhà sản xuất αamylase bật nhất, thông qua trình lên men trạng thái rắn phân hủy thành đường đơn tiêu hóa tinh bột, có khả cải thiện sản lượng thịt lợn / gà trứng 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nghị định 39/2017/NĐ-CP: Về quản lý thức ăn chăn nuôi, thủy sản Tầm quan trọng enzyme thức ăn cho tôm cá đến nuôi trồng thủy sản 10 11 12 13 14 bền vững – BioAqua Đào Thị Mỹ Linh, Enzyme thức ăn chăn nuôi, trường đại học Công nghiệp thực phẩm TP.HCM TS Nguyễn THị Thu Hiền, Ứng dụng enzyme protease TS Bùi Xn Đơng, Giáo trình cơng nghệ enzyme, trường đại học Bách Nguyễn Đức Lượng, Sách công nghệ enzym, nhà xuất đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh Wikipedia tiếng Việt “ Protease” CÔNG TY TNHH DƯỢC PHẨM GLOBALCO” Protease gì? Bật mí tác dụng có Enzyme Protease” Science Vietnam “Enzyme Protease”: Khái niệm, Cấu tạo, Phân loại Ứng dụng” Lê Anh Dũng Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/ 2012 Nghiên cứu cố định lipase tính chất enzyme cố định Lê Trí Kiểng 2015 Cơng nghệ enzyme-Lipase Nhachannuoi.vn 11/07/2020 Ứng dụng enzyme Phytase dinh dưỡng vật nuôi Công nghệ enzyme-Triển vọng giúp giải vấn đề nan giải Enzyme công nghiệp kỉ XXI 36 15 Hoàn thiện giải pháp phát triển ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi Việt Nam 16 17 18 19 20 21 tình hình Duy ML, Fojan P, Azem E, Pettersson D, Pedersen NR (2013) Visualization of the anticaging effect of RONOZYME® WX xylanase on wheat substrates Cereal Chem Gupta R, Gigras P, Mohapatra H, Goswami VK, Chauhan B (2003) Microbial αamylases: a biotechnological perspective Process Biochem Anisa SK, Girish K (2014) Pectinolytic activity of Rhizopus sp And Trichoderma viride Int J Res Pure Appl Microbiol Aunstrup K (1979) Production isolation and economics of extracellular enzyme Appl Biochem Bioeng Poonam Singh and Sanjay Kumar Yadav, Feed Enzymes: Source and Applications Roxanne Barrion 23/07/2021 Understanding enough about the activity and how to apply high doses of phytase enzyme to optimize livestock costs 37 ... Lê Trí Kiểng 20 15 Cơng nghệ enzyme- Lipase Nhachannuoi.vn 11/07 /20 20 Ứng dụng enzyme Phytase dinh dưỡng vật nuôi Công nghệ enzyme- Triển vọng giúp giải vấn đề nan giải Enzyme công nghiệp kỉ XXI... mí tác dụng có Enzyme Protease” Science Vietnam ? ?Enzyme Protease”: Khái niệm, Cấu tạo, Phân loại Ứng dụng? ?? Lê Anh Dũng Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/ 20 12 Nghiên cứu cố định lipase tính chất enzyme. .. vừng để áp dụng thật hiệu 1.1 .2 Bổ sung enzyme thức ăn chăn nuôi, thủy sản 1.1 .2. 1 Bổ sung enzyme thức ăn chăn nuôi - Xu hướng chung bổ sung thêm vào thức ăn enzyme công nghiệp bổ sung enzyme phân