Các enzyme tiêu hoá được sử dụng bổ sung trong khẩu phần của bò khai thác sữa, đặc biệt là các enzyme thuỷ phân carbohydrate phức tạp, các chất dinh dưỡng dễ tiêu hoá như tinh bột, prote
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TẠ ÁNH MINH
KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA SỰ PHỐI TRỘN CHẾ PHẨM ENZYME BIO-I TRONG THỨC ĂN
CHĂN NUÔI BÒ SỮA
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Chuyên ngành : HOÁ SINH
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn đầu tiên con xin gửi đến ba mẹ, người đã luôn dõi theo từng
bước con đi, động viên những lúc con vấp ngã và mỉm cười với từng thành công
nhỏ nhất của con
Lời tri ân sâu sắc tận trái tim học trò mong được gửi đến cô PGS TS Đồng Thị Thanh Thu và thầy TS Mai Ngọc Dũng Con cảm ơn cô thầy đã
luôn đồng hành cùng con, dìu dắt con trên con đường biến ước mơ thành hiện thực
Dù vậy, có những lúc vô tâm, con đã làm cô thầy thật buồn lòng Mong cô thầy
nhận của học trò lời xin lỗi chân thành và lòng biết ơn sâu sắc nhất
Một lời cảm ơn chân thành xin được gửi đến quý thầy cô
Bộ môn Hóa sinh đã truyền đạt cho em thật nhiều những kiến thức bổ ích cũng như
tạo mọi điều kiện cơ sở vật chất có thể, giúp em hoàn thành khóa học một cách trọn
vẹn nhất
Xin được gửi lời cảm ơn đến ThS Huỳnh Thị Kim Cúc – Giám đốc Trung
tâm Quản lý và Kiểm định Giống Cây trồng – Vật nuôi Tp.HCM, cùng các bạn
đồng nghiệp, các cô chú công nhân đã luôn động viên, quan tâm, san sẻ, hỗ trợ và
tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành khóa học
Những lời cảm ơn chân thành cùng lời hứa sẽ luôn cố gắng sống, học tập và
làm việc thật tốt để xứng đáng với niềm tin và hy vọng của ba mẹ, cô thầy, lãnh đạo
và đồng nghiệp là tất cả những gì tôi mong được gửi đến
Xin chân thành cảm ơn!
Tp Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 3 năm 2012
Tạ Ánh Minh
Trang 3MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ
Trang
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1 Thành phần hoá học của thức ăn chăn nuôi gia súc 3
1.1.1 Carbohydrate 3
1.1.2 Lipid 7
1.1.3 Protein 8
1.2 Đặc điểm tiêu hoá của gia súc nhai lại 9
1.2.1 Cấu tạo ống tiêu hoá ở gia súc nhai lại 9
1.2.2 Quá trình tiêu hoá các thành phần của thức ăn 11
1.3 Vai trò của chế phẩm enzyme - probiotic trong quá trình tiêu hoá thức ăn ở gia súc 17
1.4 Lược sử nghiên cứu bổ sung chế phẩm enzyme - probiotic vào khẩu phần bò khai thác sữa 19
1.5 Khái quát đặc điểm một số enzyme được sử dụng trong chăn nuôi 25
1.5.1 Khái niệm chung về enzyme 25
Trang 41.5.2 Các enzyme quan trọng trong tiêu hoá thức ăn của động vật thường
được sử dụng trong chăn nuôi gia súc 27
1.6 Tình hình sử dụng chế phẩm enzyme - probiotic trong chăn nuôi
bò sữa 34
Chương 2 VẬT LIỆU-PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36
2.1 Nguyên vật liệu 36
2.1.1 Thành phần thực liệu của bò sữa 36
2.1.2 Chế phẩm enzyme sử dụng bổ sung 36
2.1.3 Đối tượng thí nghiệm 36
2.2 Phương pháp nghiên cứu 37
2.2.1 Phương pháp thiết kế thí nghiệm 37
2.2.2 Phương pháp phân tích thí nghiệm 41
2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 53
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 54
3.1 Kết quả ước tính nhu cầu dinh dưỡng và xây dựng khẩu phần TMR cho các cá thể thí nghiệm 54
3.1.1 Kết quả lựa chọn các cá thể bò sữa thực hiện khảo sát 54
3.1.2 Kết quả ước tính nhu cầu dinh dưỡng cho từng cá thể bò sữa
thực hiện khảo sát 60
3.1.3 Kết quả xây dựng khẩu phần TMR cho từng cá thể bò sữa thực hiện khảo sát 62
3.2 Kết quả khảo sát hiệu quả của chế phẩm trong điều kiện phòng
thí nghiệm 71
3.2.1 Kết quả khảo sát hoạt độ amylase, protease và cellulase có trong chế phẩm BiO-I 71
Trang 53.2.2 Kết quả khảo sát khả năng thủy phân thức ăn trong điều kiện phòng
thí nghiệm 73
3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm trong điều kiện chăn nuôi thực tế 78
3.3.1 Kết quả theo dõi năng suất sữa khai thác của các cá thể thí nghiệm 79
3.3.2 Kết quả theo dõi tăng trọng trung bình (g/ngày) của các cá thể thí nghiệm 84
3.4 Kết quả khảo sát hiệu quả kinh tế 88
Chương 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 90
4.1 Kết luận 90
4.2 Đề nghị 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO 92
Trang 6DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ADF (acid detergent fiber): Xơ acid
Ca: Calcium
CP (crude protein): Protein thô
DM (dry matter): Vật chất khô
DMI (dry matter intake): Vật chất khô trong khẩu phần
FCM (fat-corrected milk): Sữa có độ béo chuẩn
NDF (neutral detergent fiber): Xơ trung tính
NRC (National Research Council): Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Hoa Kỳ
OM (organic matter): Vật chất hữu cơ
P: Phospho
TMR (total mixed ration): Khẩu phần hỗn hợp hoàn chỉnh
Trang 7DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Kết quả công trình nghiên cứu của J.-S Eun và K A Beauchemin 21
Bảng 1.2 Kết quả công trình nghiên cứu của Yang và các cộng sự 23
Bảng 1.3 Một số chế phẩm enzyme tiêu biểu hiện có trên thị trường trong và
ngoài nước 34
Bảng 2.1 Xây dựng đường chuẩn và định lượng phospho 47
Bảng 2.2 Xây dựng đường chuẩn tinh bột 48
Bảng 2.3 Tiến hành xác định hoạt độ amylase trong mẫu 48
Bảng 2.4 Xây dựng đường chuẩn tyrosine 50
Bảng 2.5 Xác định lượng tyrosine trong mẫu 50
Bảng 2.6 Xây dựng đường chuẩn glucose 53
Bả ng 3.1 Kết quả lựa chọn các cá thể bò sữa tham gia khảo sát 54
Bảng 3.2 Kết quả phân tích thống kê chỉ tiêu trọng lượng ban đầu của các cá thể tham gia thí nghiệm 56
Bảng 3.3 Kết quả phân tích mức độ tương đồng về trọng lượng trung bình ban đầu của các nhóm cá thể tham gia thí nghiệm ( LSD 95%) 57
Bảng 3.4 Kết quả phân tích thống kê chỉ tiêu năng suất sữa của các cá thể tham gia thí nghiệm 57
Bảng 3.5 Kết quả phân tích mức độ tương đồng về năng suất sữa trung bình của các nhóm cá thể tham gia thí nghiệm (LSD 95%) 58
Bảng 3.6 Kết quả phân tích thống kê chỉ tiêu tỷ lệ chất béo trong sữa ban đầu của các cá thể tham gia thí nghiệm 59
Bảng 3.7 Kết quả phân tích mức độ tương đồng về tỷ lệ chất béo trong sữa ban đầu của các nhóm cá thể tham gia thí nghiệm (LSD 95%) 60
Trang 8Bảng 3.8 Kết quả ước tính nhu cầu dinh dưỡng cho các cá thể bò sữa thực hiện
khảo sát 61
Bảng 3.9 Thành phần dinh dưỡng các loại thực liệu chăn nuôi bò sữa 62
Bảng 3.10 Kết quả xây dựng khẩu phần TMR cho các cá thể bò sữa thực hiện khảo sát 63
Bảng 3.11 Kết quả ước tính thành phần dinh dưỡng của khẩu phần TMR cung cấp cho các cá thể bò sữa thực hiện khảo sát 64
Bảng 3.12 Kết quả so sánh mức độ đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của khẩu phần TMR cung cấp cho các cá thể bò sữa thực hiện khảo sát 66
Bảng 3.13 Kết quả phân tích thống kê mức độ đáp ứng DMI trong khẩu phần của các nhóm cá thể 67
Bảng 3.14 Kết quả phân tích độ tương đồng về mức độ đáp ứng DMI trong khẩu phần của các nhóm cá thể (LSD 95%) 68
Bảng 3.15 Kết quả phân tích thống kê mức độ đáp ứng năng lượng trong khẩu phần của các nhóm cá thể 69
Bảng 3.16 Kết quả phân tích độ tương đồng về mức độ đáp ứng năng lượng trong khẩu phần của các nhóm cá thể (LSD 95%) 70
Bảng 3.17 Kết quả khảo sát hoạt độ amylase, protease và cellulase
trong chế phẩm BiO-I 71
Bảng 3.18 Kết quả khảo sát hàm lượng cellulose còn lại trong khẩu phần 74
Bảng 3.19 Kết quả khảo sát khả năng biến đổi hàm lượng tinh bột trong khẩu phần 76
Bảng 3.20 Kết quả khảo sát khả năng biến đổi hàm lượng protein thô trong khẩu phần 77
Bảng 3.21 Kết quả khảo sát năng suất sữa trung bình của các cá thể thí nghiệm 79
Trang 9Bảng 3.22 Kết quả phân tích thống kê năng suất sữa trung bình của các cá thể
thí nghiệm 82Bảng 3.23 Kết quả phân tích độ khác biệt về năng suất sữa giữa các nhóm thí nghiệm (LSD 95%) 83Bảng 3.24 Kết quả khảo sát tăng trọng trung bình (g/ngày) của các cá thể thí nghiệm 84Bảng 3.25 Kết quả phân tích thống kê tăng trọng (g/ngày) của các nhóm cá thể
thí nghiệm 86Bảng 3.26 Kết quả phân tích độ khác biệt về tăng trọng (g/ngày) của các nhóm
cá thể tham gia thí nghiệm ( LSD 95%) 87Bảng 3.27 Chi phí thức ăn trung bình của các nhóm cá thể thí nghiệm 88Bảng 3.28 Kết quả khảo sát hiệu quả kinh tế của các nhóm cá thể thí nghiệm 89
Trang 10DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô phỏng cấu trúc vách tế bào thực vật chứa cellulose, hemicellulose và
lignin 6
Hình 1.2 Thành phần hóa học của vi sợi cellulose 6
Hình 1.3 Cấu tạo ống tiêu hoá ở bò sữa 9
Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của α-amylase 27
Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của β-amylase 28
Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của glucoamylase 28
Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của oligo-1,6-glucosidase 29
Hình 1.8 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của α-glucosidase 29
Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của transglucosilase 30
Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của leucyl aminopeptidase 31
Hình 1.11 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của metallocarboxylpeptidase D 31
Hình 1.12 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của membrane dipeptidase 32
Hình 1.13 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của trypsin 32
Hình 1.14 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của β-glycosidase 33
Trang 11DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ
Sơ đồ 1.1 Phân loại chất béo 8
Sơ đồ 1.2 Quá trình tiêu hoá carbohydrate của động vật ăn cỏ 13
Sơ đồ 1.3 Sơ đồ quá trình tiêu hoá các hợp chất chứa Nitrogen của động vật ăn cỏ 14
Sơ đồ 1.4 Sơ đồ quá trình tiêu hoá lipid của động vật ăn cỏ 17
Sơ đồ 1.5 Tác động của cellulase 33
Sơ đồ 2.1 Các bước thực hiện thí nghiệm 37
Đồ thị 3.1 Kết quả khảo sát hoạt độ các enzyme amylase, protease và cellulase trong chế phẩm BiO-I 72
Đồ thị 3.2 Kết quả khảo sát hàm lượng cellulose còn lại trong khẩu phần 75
Đồ thị 3.3 Kết quả khảo sát hàm lượng tinh bột còn lại trong khẩu phần 76
Đồ thị 3.4 Kết quả khảo sát hàm lượng protein thô còn lại trong khẩu phần 78
Đồ thị 3.5 Kết quả khảo sát năng suất sữa trung bình của các nhóm cá thể
thí nghiệm 81
Đồ thị 3.6 Kết quả khảo sát tăng trọng trung bình của các nhóm cá thể
thí nghiệm 85
Trang 121
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, vấn đề sử dụng enzyme trong chăn nuôi cho thấy có nhiều triển vọng
to lớn trong việc cải thiện hiệu quả sản xuất và giảm thiểu hao hụt các chất dinh dưỡng Một số nghiên cứu gần đây về bổ sung các chất phụ gia là chế phẩm enzyme vào thức ăn chăn nuôi, kể cả đối với gia súc nhai lại đã cho thấy cải thiện đáng kể khả năng tiêu hoá thức ăn, hấp thu các chất dinh dưỡng và cả khả năng sản xuất (sữa, trứng,…) ở động vật Ngoài ra, việc bổ sung enzyme trong khẩu phần hằng ngày còn làm giảm hao hụt các chất dinh dưỡng qua chất thải, giảm lượng phân thải
ra và làm giảm ô nhiễm môi trường khu vực chăn nuôi
Các enzyme tiêu hoá được sử dụng bổ sung trong khẩu phần của bò khai thác sữa, đặc biệt là các enzyme thuỷ phân carbohydrate phức tạp, các chất dinh dưỡng
dễ tiêu hoá như tinh bột, protein,… bên trong tế bào thực vật được giải phóng và cho phép gia súc sử dụng dễ dàng hơn Mặc khác, các enzyme bổ sung sẽ hỗ trợ phân giải các carbohydrate như cellulose, hemicellulose, pectin,… làm tăng tỷ lệ tiêu hoá vật chất khô giúp gia tăng sản lượng và chất lượng sữa khai thác
Trong 10 tháng đầu năm 2011, giá thành các loại thức ăn hỗn hợp đã qua chế biến có chiều hướng tăng nhanh (tăng khoảng 12,24%), trong khi giá thu mua sữa lại có nhiều biến động đã thực sự gây khó khăn cho người chăn nuôi trong nước Do vậy, vấn đề tiết kiệm chi phí nhằm tăng thu nhập trong chăn nuôi đang rất được quan tâm Một trong những giải pháp đặt ra là tận dụng một số phụ phế phẩm công-nông nghiệp có hàm lượng dinh dưỡng thấp, khó tiêu hoá nhưng phổ biến, rẻ tiền,
có sẵn tại địa phương thay thế một phần cám hỗn hợp nhưng vẫn đảm bảo dinh dưỡng và hiệu quả khai thác sữa Tuy nhiên, các nghiên cứu chỉ mới được thực hiện trên đối tượng gia súc, gia cầm như heo, gà,… ; riêng đối với đại gia súc như bò thịt, bò khai thác sữa vẫn chưa được quan tâm đúng mức
Trang 132
Với những ý nghĩa như nêu trên, chúng tôi chọn đề tài:
“KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA SỰ PHỐI TRỘN CHẾ PHẨM ENZYME BIO-I TRONG
THỨC ĂN CHĂN NUÔI BÒ SỮA”
Phạm vi nghiên cứu đề tài gồm:
- Nghiên cứu cơ bản:
Khảo sát hoạt độ amylase, protease và cellulase có trong BiO-I
Khảo sát khả năng thủy phân thức ăn của BiO-I trong điều kiện phòng thí nghiệm
- Nghiên cứu thực nghiệm:
Sử dụng phụ phẩm hèm bia thay thế 1/3 và 1/2 lượng cám hỗn hợp cần sử dụng trong khẩu phần bò khai thác sữa, có sử dụng bổ sung chế phẩm BiO-I
Khảo sát, so sánh sự tăng trọng, sản lượng sữa và hiệu quả kinh tế của hai nghiệm thức thay thế
Trang 143
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Thành phần hoá học của thức ăn chăn nuôi gia súc
1.1.1 Carbohydrate
Nguồn thức ăn cung cấp năng lượng cho bò sữa gồm hai thành phần chính là thức ăn thô xanh (cỏ tươi,…) và thức ăn tinh (cám hỗn hợp, phụ phẩm công nghiệp thực phẩm,…) Trong đó, ngoài protein, lipid, thành phần chất dinh dưỡng cung cấp năng lượng chủ yếu của thức ăn là carbohydrate Các carbohydrate hầu như chỉ có trong thức ăn có nguồn gốc từ thực vật Các
carbohydrate trong thức ăn được chia làm ba nhóm:
Ribose là một cấu tử của acid ribonucleic có trong các tế bào sống
- Hexose là đường có 6 nguyên tử carbon [8]
Glucose và fructose có rất nhiều trong thiên nhiên dưới dạng đường hexose Riêng galactose ở thực vật dưới dạng đường đa hợp là galactan
D-glucose có ở trái cây, nhựa cây; ít tồn tại ở dạng dextrose tự do mà là phần tử đa hợp (là một cấu chất của tinh bột, cellulose)
D-fructose là đường trái cây, tồn tại ở cả thể tự do lẫn thể đa hợp trong lá cây xanh D-fructose là một cấu tử của đường sucrose và các fructosan
D-mannose không hiện diện tự do trong thiên nhiên mà ở thể đa hợp là mannan (thực vật) D-mannose cũng là một cấu tử của glycoprotein
D-galactose không tồn tại ở dạng tự do trong tự nhiên ngoại trừ sản phẩm phân giải do lên men Galactose là thành phần của sắc tố anthocyanin và galactolipid
Trang 15ăn của gia súc như: [8],[13]
Sucrose (hay saccharose) là đường di-sac phổ biến trong tự nhiên, dễ tan,
có nhiều trong đường mía hay đường củ cải, trong rỉ đường và trái cây Sucrose được cấu tạo từ 1 phân tử -glucose liên kết với 1 phân tử -fructose bằng liên kết 1,2-O-glycoside Sucrose rất dễ bị enzyme succrase
và acid loãng thuỷ phân
Lactose còn được gọi là đường sữa, không dễ hoà tan và ít ngọt hơn các đường khác Lactose được cấu tạo từ 1 phân tử -glucose liên kết với 1 phân tử -galactose bằng liên kết 1,4-O-glycoside Lactose rất dễ bị lên
men do các vi sinh vật như Streptococus lactics
Maltose có nhiều trong lúa mạch và là sản phẩm của phản ứng lên men, thuỷ giải tinh bột bằng acid loãng hoặc enzyme.Maltose được cấu tạo từ 2 phân tử -glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-O-glycoside Maltose tan trong nước nhưng không ngọt như sucrose
Cellobiose không tồn tại ở dạng tự do mà kết hợp với nhau thành cellulose Cellobiose được cấu tạo từ 2 phân tử -glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-O-glycoside
1.1.1.3 Polysaccharide (Poly-sac)
Cấu tạo gồm nhiều đơn vị monosaccharide (thường gồm hàng trăm hay hàng nghìn gốc) liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-O-glycoside; 1,6-O-glycoside hay 1,3-O-glycoside và 1,2-O-glycoside Dựa vào cấu tạo các cấu tử thành phần, poly-sac được chia làm hai loại: [8],[13]
Homopolysaccharide: trong cấu tạo chỉ có các monosaccharide cùng loại hay khác loại tạo nên - nghĩa là chỉ có carbohydrate trong thành phần
Trang 165
Heteropolysaccharide: trong thành phần ngoài carbohydrate còn có các
thành phần phi carbohydrate như các gốc acid acetic, phosphoric,
sulfuric,… và các nhóm khác
- Homopolysaccharide:
Các carbohydrate này có trọng lượng phân tử lớn, chiếm tỷ lệ khá lớn
trong thực vật như tinh bột, cellulose,…
Arabinan và xylan là các hợp chất đa hợp của arabinose và xylose
Glucan:
Tinh bột: được cấu tạo bởi các đơn vị cơ sở là -D-glucose liên kết với
nhau bằng liên kết 1,4-O-glycoside và 1,6-O-glycoside Trong tinh bột tồn
tại 2 cấu tử là amylose và amylopectin có cấu tạo và tính chất khác nhau
Amylose có cấu tạo mạch thẳng gồm những đơn vị -glucose liên
kết với nhau bằng liên kết 1,4-O-glycoside Mạch amylose cuộn xoắn, mỗi vòng xoắn có 6 đơn vị glucose
Amylopectin có cấu tạo mạch nhánh và mạch thẳng kết hợp nhau do
các -glucose liên kết nhau bằng liên kết 1,4-O-glycoside tạo các đoạn mạch thẳng và liên kết 1,6-O-glycoside tạo mạch nhánh
Dextrin là chất trung gian của sự thuỷ phân tinh bột
Cellulose là thành phần chủ yếu của vách tế bào thực vật, cấu tạo mạch
thẳng, do nhiều đơn vị β-D-glucose nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glycoside Trong tự nhiên cellulose tồn tại dưới dạng chuỗi tinh thể,
bao gồm nhiều chuỗi thẳng liên kết với nhau thành bó dài tạo thành các
sợi cellulose bền vững (microfibril) được bao bọc bởi các thành phần khác
của tế bào Các microfibril tập hợp lại tạo thành các macrofibril
Fructosan là chất dự trữ ở thân, lá, hạt của một số loài họ hoà thảo
(Graminea) và họ cúc (Compositae) Chúng có trọng lượng phân tử thấp,
hoà tan trong nước
Galactan và mannan là thành phần của vách tế bào.Mannan là thành phần
chính của vách tế bào hạt cỏ Hạt cỏ alfalfa, cỏ 3 lá (Trefoil) có galactan
Trang 17 Pectin có trong thành phần của vách tế bào và lớp xen giữa các tế bào
Hemicellulose được cấu tạo từ các loại đường thuộc nhóm hexose (glucose, manose, galactose) và nhóm pentose (xylose, arabinose) Hemicellulose bao bọc xung quanh các microfibril cùng một số các thành phần khác như pectin và glycoprotein Hemicellulose không hoà
Trang 18tử lignin, trong vách tế bào còn có các monome phenolic tồn tại ở dạng
tự do Các phân tử monome phenolic tự do này gây ảnh hưởng ức chế đối với vi sinh vật dạ cỏ và các enzyme của chúng
1.1.2 Lipid
Thành phần lipid trong thức ăn gia súc chủ yếu có nguồn gốc từ thực vật, một số ít
có nguồn gốc từ động vật Các acid béo được chia làm 2 dạng: acid béo no và acid béo không no [3]
- Các acid béo no: là các acid béo trong cấu tạo không có hoặc có rất ít nối đôi, nối ba Ở nhiệt độ thường, chúng có khuynh hướng tồn tại ở thể rắn Các acid béo bão hoà thường có nguồn gốc từ động vật
- Các acid béo không no: là các acid béo trong cấu tạo có chứa nhiều nối đôi, nối ba Ở nhiệt độ thường, chúng có khuynh hướng tồn tại ở thể lỏng Các acid béo chưa bão hoà thường có nguồn gốc từ thực vật
Trang 19- Protein là chuỗi acid amin kết hợp với nhau bằng liên kết peptid, có khối lượng phân tử rất lớn Khi thuỷ phân protein sẽ tạo thành sản phẩm là các
Lipid
Có glycerol
Glycolipid
Mỡ
Dầu
Phức tạp Đơn giản
Không có glycerol
Sphingomyelin Cerebroside Sáp Steroid Terpen Prostaglandin
Phosphoglycerid
Glucolipid Galactolipid Cephalin Lecithin
Sơ đồ 1.1 Phân loại chất béo [8]
Trang 209
acid amin Các acid amin trong tự nhiên phần lớn tồn tại ở dạng L Đây là dạng các sinh vật có thể sử dụng được dễ dàng
- Đối với thú nhai lại, đa phần các acid amin thiết yếu đều được vi sinh vật dạ
cỏ tổng hợp Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởng và năng suất sữa không thể đạt tối
đa nếu khẩu phần thiếu các acid amin cần thiết
- Các nguyên liệu giàu protein trong thức ăn gia súc có nguồn gốc rất đa dạng như từ thực vật (khô dầu đậu tương, hạt cải, hạt bông, ), từ động vật (bột cá, bột thịt,…) và cả các sản phẩm giàu đạm do chế biến tổng hợp, cô đặc hay lên men tạo thành
1.2 Đặc điểm tiêu hoá của gia súc nhai lại
1.2.1 Cấu tạo ống tiêu hoá ở gia súc nhai lại
- Cấu tạo ống tiêu hoá ở bò thể hiện rõ nét tính đặc thù của một đại gia súc nhai lại Đây là kết quả của quá trình tiến hoá theo hướng tiêu hoá cỏ và thức
ăn xơ thô nhờ sự cộng sinh của vi sinh vật trong ống tiêu hoá
Hình 1.3 Cấu tạo ống tiêu hoá ở bò sữa [2]
Trang 2110
1.2.1.1 Miệng
- Miệng có vai trò lấy thức ăn, tiết nước bọt, nhai và nhai lại Ngoài tác dụng thấm ướt thức ăn giúp cho quá trình nuốt và nhai lại được dễ dàng, nước bọt còn cung cấp cho môi trường dạ cỏ các chất điện giải như Na+, K+, Ca+,
Ngoài tác dụng nuốt thức ăn và ợ thức ăn lên miệng để nhai lại, thực quản còn
có vai trò ợ hơi để thải các khí thừa sinh ra trong quá trình lên men dạ cỏ [2]
1.2.1.3 Dạ dày
Đặc điểm đặc trưng của ống tiêu hoá ở bò là hệ dạ dày kép gồm 4 túi Ba túi trước gồm dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách, túi thứ tư được gọi là dạ múi khế tương tự dạ dày đơn ở các gia súc không nhai lại [2],[7]
- Dạ cỏ:
Dạ cỏ là túi lớn nhất, có tác dụng tích trữ, nhào trộn và lên men phân giải thức ăn Quá trình tiêu hóa thức ăn được thực hiện bởi hệ vi sinh vật sống cộng sinh ở đây Ngoài chức năng lên men, dạ cỏ còn có vai trò hấp thu các acid béo bay hơi là sản phẩm quá trình lên men của vi
sinh vật
Môi trường dạ cỏ ở bò bình thường rất tốt cho vi sinh vật sống và phát triển, pH trung tính từ 6,5 – 7,4, nhiệt độ được duy trì ổn định từ
38oC - 40oC, độ ẩm từ 80 - 90%, môi trường ít oxy, nhu động dạ cỏ
yếu nên cỏ được giữ lại tương đối lâu
- Dạ tổ ong là phần kéo dài của dạ cỏ có chức năng chủ yếu là đẩy các thức ăn rắn và các thức ăn chưa được nghiền nhỏ trở lại dạ cỏ, đồng thời đẩy các thức
ăn dạng nước vào dạ lá sách
Trang 2211
- Dạ lá sách có niêm mạc gấp nếp nhiều lần nhằm tăng diện tích tiếp xúc trong quá trình nghiền nát thức ăn, hấp thu nước và các ion Na+, K+ , hấp thu các
acid béo bay hơi trong dưỡng chấp đi qua
- Dạ múi khế là dạ dày tuyến với hệ thống tuyến phát triển mạnh, các dịch tiết được tiết ra liên tục vì dưỡng chấp từ dạ dày trước thường xuyên được chuyển xuống Dạ múi khế có chức năng tiêu hoá thức ăn tương tự như dạ
dày đơn ở động vật không nhai lại
1.2.1.4 Ruột non
- Ruột non ở bò có cấu tạo và chức năng tương tự như ở gia súc dạ dày đơn Trong ruột non có các enzyme tiêu hoá tiết qua thành ruột và tuyến tuỵ để tiêu hoá các thành phần tinh bột, đường, protein và lipid có trong khối dưỡng
chấp và sinh khối vi sinh vật được chuyển xuống [2],[8]
- Ruột non còn thực hiện nhiệm vụ hấp thu nước, muối khoáng, vitamin và các
sản phẩm tiêu hoá ở ruột (glucose, acid amin, acid béo, )
1.2.1.5 Ruột già
Ruột già có chức năng lên men, hấp thu và tạo phân Trong manh tràng có hệ
vi sinh vật tương tự trong dạ cỏ có vai trò lên men các sản phẩm đưa từ trên xuống Các acid béo bay hơi sinh ra trong quá trình lên men được hấp thu tương tự ở dạ cỏ nhưng xác vi sinh vật không được tiêu hoá tiếp mà thải theo phân ra ngoài [2],[8]
1.2.2 Quá trình tiêu hoá các thành phần của thức ăn
1.2.2.1 Tiêu hoá carbohydrate [2], [8]
- Tổng carbohydrate trong thức ăn có thể chia thành 2 nhóm:
Nhóm carbohydrate phi cấu trúc gồm tinh bột, đường và pectin
Nhóm carbohydrate cấu trúc vách tế bào gồm cellulose và hemicellulose
- Cả hai nhóm carbohydrate đều được vi sinh vật dạ cỏ phân giải khoảng từ
60 - 90%, phần không được phân giải trong dạ cỏ sẽ được chuyển xuống ruột Trong ruột non, nhóm carbohydrate vách tế bào không được tiêu hoá,
Trang 2312
riêng tinh bột và đường sẽ được thuỷ phân thành glucose hấp thu vào máu Khi xuống ruột già, tất cả các thành phần carbohydrate còn lại sẽ được vi sinh vật phân giải lần thứ hai tương tự quá trình lên men trong dạ cỏ
- Trong dạ cỏ, quá trình phân giải các carbohydrate phức tạp tạo ra các đường đơn Những phân tử đường này nhanh chóng được các vi sinh vật dạ cỏ lên men tạo ra năng lượng dưới dạng ATP và các acid béo bay hơi gồm acid acetic, acid propionic, acid butyric, izobutyric, izovaleric và acid valeric Các acid này được hấp thu vào máu qua vách dạ dày và được chuyển hoá thành nguồn năng lượng cho gia súc
- Quá trình tiêu hoá nhóm carbohydrate cấu trúc vách tế bào là nét đặc trưng
cơ bản của gia súc nhai lại và cũng chính khả năng này giúp chúng tồn tại vì không gây nên sự cạnh tranh thức ăn với các nhóm gia súc khác và con người Tuy vậy tỷ lệ tiêu hoá nhóm carbohydrate cấu trúc vách tế bào vẫn thấp hơn so với tinh bột và đường do trong vách tế bào thực vật có lignin Lignin ngăn cản vi sinh vật xâm nhập vào thành phần xơ và cũng là chất tạo liên kết bền vững với các phân tử cellulose và hemicellulose Vi sinh vật lên men chất xơ rất mẫn cảm với môi trường acid trong dạ cỏ Độ pH tốt nhất cho quá trình lên men từ 6,4 – 7,0 Tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật lên men xơ giảm khi pH giảm xuống 6,2 và hoàn toàn dừng lại khi pH bằng hay thấp hơn 6 Đồng thời, nếu thức ăn của gia súc có quá nhiều mỡ thì nhóm vi sinh vật lên men xơ cũng có thể chết hoặc giảm sinh trưởng
- Tinh bột là thành phần chính trong các loại hạt ngũ cốc và các loại củ quả, được lên men với tốc độ khá nhanh trong dạ cỏ Vi khuẩn lên men tinh bột không mẫn cảm với môi trường acid Một phần tinh bột thoát qua sự phân giải và lên men ở dạ cỏ sẽ được tiêu hoá bởi men của dịch ruột và dịch tuỵ để giải phóng glucose và được hấp thu qua thành ruột Đây là một quá trình rất quan trọng đối với gia súc cao sản vì lượng acid béo bay hơi sinh ra từ lên men vi sinh vật không đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng cao của những gia súc
này nên cần được bổ sung glucose được hấp thu từ ruột
Trang 2413
1.2.2.2 Quá trình chuyển hoá các hợp chất chứa nitrogen [7],[8]
- Các hợp chất nitrogen trong thức ăn của gia súc nhai lại bao gồm nitrogen protein và nitrogen phi protein, được gọi chung là protein thô Protein thô của thức ăn một phần được lên men bởi vi sinh vật trong dạ cỏ hay ở ruột già, một phần được tiêu hoá bởi enzyme ở ruột, phần còn lại không được tiêu hoá
sẽ thải ra ngoài qua phân
Fructanse
Glucose Glucose-1-Phosphate
Fructose
Isomaltose Maltose
Cellobiose
Saccharose
Tinh bột Cellulose
Acid citric Acid lactic Acid oxaloacetic
Acid propionic Acid succinic
Acid butyric Acid valeric
Acid acetic
Sơ đồ 1.2 Quá trình tiêu hoá carbohydrate của động vật ăn cỏ [2],[ 8]
Trang 2514
- Sản phẩm của quá trình phân giải protein thô trong dạ cỏ là một hỗn hợp gồm peptide, acid amin, ammonia và các acid hữu cơ Ammonia cùng với các peptide mạch ngắn và acid amin tự do được vi sinh vật dạ cỏ sử dụng để tổng
hợp nên protein của vi sinh vật
DẠ CỎ
RUỘT NON
Acid amin
Protein thức ăn Nitrogen phi protein Nước bọt
Protein có thể phân giải
Trang 2615
- Tốc độ phân giải protein bởi vi sinh vật trong dạ cỏ có sự biến động rất lớn
và chịu ảnh hưởng bởi cấu trúc ba chiều của phân tử protein, các mối liên kết nội phân tử và giữa các phân tử, các rào cản trở như lignin trong vách tế bào
và các nhân tố kháng dinh dưỡng Những yếu tố này ảnh hưởng đến khả năng
tiếp cận protein của vi sinh vật
- Sinh khối protein vi sinh vật dạ cỏ sẽ theo dòng dưỡng chấp xuống ruột non Tại ruột non, protein của vi sinh vật và protein thoát qua sẽ được tiêu hoá và hấp thu tương tự như ở động vật dạ dày đơn Protein của vi sinh vật được tiêu hoá khoảng 80-85% ở ruột, riêng một số acid amin có trong peptidoglycan
của màng tế bào vi sinh vật không được gia súc tiêu hoá
- Quá trình tiêu hoá protein tại ruột non được thực hiện bởi hệ thống enzyme
phân giải protein có trong dịch tuỵ, dịch mật và dịch ruột
Protein Peptid + Acid amin
Polypeptid Peptid mạch ngắn + acid amin
Protein Peptid mạch ngắn + acid amin
Peptide mạch ngắn Di-peptide
Di- peptide 2 acid amin
Protamin Peptide + acid amin
1.2.2.3 Chuyển hoá lipid [7],[8]
- Hàm lượng lipid trong thức ăn của gia súc nhai lại có hàm lượng tương đối thấp trong cỏ và ngũ cốc, hàm lượng lipit chiếm khoảng 4 - 6% Các dạng lipid của thức ăn thường là triacylglycerol, galactolipid và phospholipid
Trang 27dịch tuỵ, dịch mật và dịch ruột (lipase)
Lipid Lipase Glycerin + acid béo
Acid mật
Trang 2817
1.2.2.4 Tổng hợp vitamin
Vi sinh vật dạ cỏ có khả năng tổng hợp được tất cả các vitamin nhóm B và vitamin K Tuy nhiên để vi sinh vật dạ cỏ tổng hợp được đầy đủ vitamin B12 cần cung cấp đủ coban trong khẩu phần ăn của gia súc [2]
1.3 Vai trò của chế phẩm enzyme - probiotic trong quá trình tiêu hoá thức ăn ở gia súc [2],[7],[15]
- Trong khẩu phần thức ăn của bò sữa, ngoài một số các thành phần dễ tiêu hoá và hấp thụ (đường, tinh bột,…), phần lớn thức ăn lại được cung cấp ở dạng thô với nhiều thành phần khó phân giải (cellulose, hemicellulose, )
RUỘT GIÀ RUỘT NON
Lipid không tiêu
Lipid không tiêu
PHÂN
Acid béo bay hơi
Trang 2918
- Các thành phần khó phân giải này chủ yếu được lên men, phân huỷ bởi quần thể vi sinh vật dạ cỏ Quá trình phân huỷ này đòi hỏi các vi sinh vật dạ cỏ phải bám vào các tiểu phần thức ăn để các enzyme tiết ra có thể tấn công vào bên trong cấu trúc của vách tế bào
- Thức ăn sau khi được tiêu hoá ở dạ cỏ sẽ di chuyển theo ống tiêu hoá dần xuống ruột non Tại đây, đa phần các chất dinh dưỡng còn lại sẽ được tiêu hoá và hấp thụ bởi hệ thống enzyme tuyến tiêu hoá của gia súc Tuy nhiên một số thành phần polysaccharide không tan có trong vách tế bào thực vật sẽ ngăn trở các enzyme nội sinh tiếp cận với các chất dinh dưỡng như protein, tinh bột và lipid có trong tế bào chất, từ đó cũng ngăn trở sự tiêu hóa, hấp thu các chất dinh dưỡng này Mặc khác, một số polysaccharide tan lại có khả năng giữ nước làm tăng độ nhớt trong ruột, cản trở tế bào thành ruột hấp thu các chất dinh dưỡng
- Các enzyme do động vật tiết ra từ bộ máy tiêu hóa (enzyme nội sinh) không
có khả năng phân giải được các polysacharide phi tinh bột Chỉ có enzyme của vi khuẩn sống trong ống tiêu hóa hoặc các chế phẩm enzyme được bổ sung vào mới có khả năng phân giải được chúng
- Các chế phẩm enzyme - probiotic là các enzyme sản xuất bằng con đuờng công nghệ sinh học dưới dạng các chế phẩm chịu nhiệt, thích ứng với pH
rộng và bền khi bảo quản trong điều kiện sản xuất
- Hiện nay, các enzyme ngoại sinh đã được sử dụng rộng rãi trong chăn nuôi
để loại bỏ các yếu tố kháng dưỡng trong thức ăn, làm tăng mức độ tiêu hoá các chất dinh dưỡng, đồng thời hỗ trợ tăng cường hoạt động của các enzyme nội sinh Một số enzyme thường được sử dụng như amylase, cellulase,
protease, phytase, lipase, glucanase, xylanase,…
- Enzyme được bổ sung sẽ phá vỡ các thành phần polysaccharide có ở vách tế bào thực liệu như cellulose, hemicellulose, pectin, glycoprotein và lignin Bằng cách này, các enzyme đã giúp giải phóng các chất dự trữ bên trong tế bào như tinh bột, protein và chất béo,… thành các chất dinh dưỡng sẵn sàng
Trang 3019
cho cơ thể vật chủ sử dụng Sự phân huỷ được các polysaccharide không tan cũng làm cho tỷ lệ tiêu hoá các chất này gia tăng dẫn đến gia tăng tỷ lệ tiêu hoá vật chất khô của cơ thể vật chủ Tuy nhiên, trước đây, các chế phẩm enzyme ngoại sinh được sử dụng chủ yếu có nguồn gốc từ động vật nên giá
thành cao và dễ dàng mất hoạt tính khi chúng di chuyển trong ống tiêu hoá
- Sự phát triển của công nghệ lên men trong vài năm gần đây đã tạo được nguồn enzyme ngoại sinh với giá thành thấp hơn nhưng vẫn đảm bảo được
an toàn và hiệu quả sử dụng Trong thành phần các chế phẩm này không chỉ
có enzyme mà có cả các vi sinh vật sống có lợi nên còn được gọi là chế phẩm
và xâm nhập vào các mảnh thức ăn, tạo điều kiện thuận lợi để thức ăn được
vi sinh vật và enzyme của chúng xâm nhập và hoạt động tốt trong một thời gian dài, giảm thiểu các bệnh rối loạn đường ruột ở thú và gia tăng khả năng tăng trưởng ở thú non, tăng năng suất sữa ở thú đang khai thác sữa
1.4 Lược sử nghiên cứu bổ sung chế phẩm enzyme - probiotic vào khẩu phần bò khai thác sữa
- Đầu thập niên 60, tại một số quốc gia trên thế giới như Canada, Mỹ,… đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng dành cho gia súc nhai lại như xây dựng khẩu phần ăn hợp lý cho bò sữa, cừu,… căn cứ trên nhu cầu năng lượng cần thiết của từng cá thể; nghiên cứu ảnh hưởng các loại enzyme protease, amylase, cellulase,… đối với quá trình tiêu hoá và hấp thu dưỡng chất; …
- Giữa thập niên 90, vấn đề về ảnh hưởng của enzyme ngoại sinh đến năng suất sữa trên đối tượng là bò khai thác sữa mới bắt đầu được quan tâm với
Trang 3120
một số công trình nghiên cứu tiên phong như công trình của Lewis và cộng
sự [45], công trình của Stokes và Zheng [54] năm 1995,… Các công trình này đã nghiên cứu tác động và cách sử dụng của enzyme thuỷ phân khi được
bổ sung trực tiếp vào khẩu phần bò khai thác sữa như là một chất phụ gia thường dùng trong chăn nuôi
- Kể từ thời điểm này, vấn đề bổ sung enzyme ngoại sinh vào khẩu phần chăn nuôi bò khai thác sữa bắt đầu được quan tâm Một loạt các công trình nghiên cứu đã được thực hiện tiếp theo sau đó, điển hình như:
Năm 1997, công trình của Luchini và cộng sự đã nghiên cứu khả năng tạo sữa khi thức ăn thô của bò khai thác sữa được xử lý bằng enzyme thuỷ phân [46]
Năm 1998, công trình của Yang và cộng sự đã nghiên cứu hiệu quả tác động của các chất phụ gia là enzyme thuỷ phân đến năng suất sữa của
bò khai thác sữa [55]
Năm 1999, Rode và cộng sự đã thực hiện công trình nghiên cứu bổ sung enzyme thuỷ phân cho bò khai thác sữa trong giai đoạn đầu của chu kỳ khai thác sữa
Năm 2005, J S Eun và K.A Beauchemin đã nghiên cứu hiệu quả của enzyme thuỷ phân protein đối với lượng thức ăn tiêu thụ hằng ngày, mức độ tiêu hoá, sự lên men dạ cỏ và khả năng sản xuất sữa [39]
Đến năm 2007, một số công trình nghiên cứu trên đối tượng bò Holstein đã được thực hiện Tiêu biểu như công trình của E A Elwakeel E.C Titgemeyer, B J Johnson, C K Armendariz và J E Shirley Công trình này đã đặt vấn đề nghiên cứu sử dụng enzyme thuỷ phân làm tăng giá trị dinh dưỡng của thức ăn trong khẩu phần bò sữa [29]
…
- Các công trình nghiên cứu chủ yếu chỉ mới khẳng định được vấn đề bổ sung enzyme ngoại sinh vào khẩu phần có khả năng làm tăng tỷ lệ tiêu hoá các
Trang 3221
chất dinh dưỡng (carbohydrate, protein, ) dẫn đến giảm tỷ lệ thất thoát các chất dinh dưỡng qua chất thải (phân, ) Đây là kết quả mà hầu hết các công trình nghiên cứu đã đạt được
Bảng 1.1 Kết quả công trình nghiên cứu của J.-S Eun và K A Beauchemin
F: tỷ lệ thức ăn thô trong khẩu phần (cao-HF hoặc thấp-LF)
P: enzyme thuỷ phân protein (có bổ sung enzyme thuỷ phân - không có bổ sung enzyme thuỷ phân protein)
Trang 3322
NS: không có ý nghĩa thống kê (P>0.15).’
Item: Chỉ tiêu thực hiện khảo sát
Diet: khẩu phần thực hiện khảo sát
- Đối với hiệu quả cải thiện năng suất sữa, cho đến hiện nay vẫn còn rất nhiều kết quả trái ngược nhau với một số công trình nghiên cứu điển hình như:
Công trình nghiên cứu của Chen và cộng sự [27] năm 1995, công trình nghiên cứu của Nussio và cộng sự [51] năm 1997 đã không cho kết quả cải thiện năng suất sữa trên đối tượng bò đang khai thác sữa khi có
sử dụng bổ sung enzyme ngoại sinh trong khẩu phần Cùng thời gian này, công trình nghiên cứu của Luchini và cộng sự [46] cũng không đạt kết quả mong muốn Tương tự, công trình của Beauchemin và cộng sự [20] năm 1998 cũng chưa có dấu hiệu cải thiện năng suất sữa trên nhóm bò có bổ sung enzyme ngoại sinh
Tuy nhiên, công trình nghiên cứu của Kung và cộng sự năm 1996 đã cho thấy năng suất sữa gia tăng 2,5kg/ngày mà không làm thay đổi thành phần dinh dưỡng của sữa khi sử dụng chế phẩm hỗn hợp gồm cellulase/xylanase trong khẩu phần có 50% thức ăn tinh [42]
Tương tự, công trình nghiên cứu của Sanchez và cộng sự năm 1996 cho thấy mức độ gia tăng năng suất sữa phụ thuộc rất lớn vào tỷ lệ enzyme ngoại sinh được bổ sung vào khẩu phần [53]
Năm 1998, công trình nghiên cứu của Yang và cộng sự đã khẳng định kết luận của Sanchez khi Yang bổ sung với hàm lượng 1g enzyme/ 1kg cỏ alfalfa và hàm lượng 2g enzyme/ 1kg cỏ alfalfa đã làm gia tăng năng suất sữa khác biệt rõ rệt so với nhóm đối chứng [55]
Beauchemin và cộng sự năm 1998 phát hiện ra hiệu quả của enzyme ngoại sinh phụ thuộc vào cách thức bổ sung chúng vào khẩu phần Thí nghiệm phun chế phẩm enzyme vào khẩu phần TMR (khẩu phần trộn lẫn cám hỗn hợp, cỏ, ) không làm gia tăng năng suất khai thác sữa
Trang 34Control: mẫu đối chứng
Diet: khẩu phần thực hiện khảo sát
Item: chỉ tiêu thực hiện khảo sát
LH: enzyme được bổ sung vào cỏ alfalfa ở tỷ lệ thấp
HH: enzyme được bổ sung vào cỏ alfalfa ở tỷ lệ cao
HT: enzyme được bổ sung vào cỏ alfalfa và thức ăn tinh
FCM: sữa có độ béo chuẩn
SCM: sữa có vật chất khô chuẩn
BW: trọng lượng bò khảo sát
DMI: vật chất khô trong khẩu phần hàng ngày
- Riêng tại Việt Nam, vấn đề bổ sung phụ gia là chế phẩm enzyme ngoại sinh chỉ mới được quan tâm từ những năm đầu thế kỷ XXI Tuy nhiên cho đến hiện nay cũng đã có rất nhiều các đề tài nghiên cứu sử dụng enzyme làm tăng
Trang 3524
khả năng tiêu hoá và hấp thụ của động vật, giảm lượng thức ăn cần cung cấp nhằm tiết kiệm chi phí thức ăn trong chăn nuôi Đồng thời còn có thể sử dụng thay thế cám hỗn hợp bằng nguyên liệu thức ăn thô Trong số đó, nổi bật là một số công trình như:
Năm 2003, công trình của TS Võ Thị Hạnh đã nghiên cứu sản xuất 2 chế phẩm BIO-I và BIO-II gồm hỗn hợp các vi sinh vật sống và enzym tiêu hóa dùng trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản Trong
đó, chế phẩm BIO-I được dùng trong chăn nuôi gia súc và BIO-II được dùng trong nuôi trồng thuỷ sản Thực nghiệm sử dụng BIO-I đã được tiến hành ba đợt trên heo cai sữa 23 ngày tuổi tại trại Nam Hà thuộc xí nghiệp chăn nuôi heo Phước Long (Tổng Công ty Nông Nghiệp Sài Gòn) cho thấy tăng trọng bình quân đầu ra, tỷ lệ chuyển đổi thức ăn và tỷ lệ nuôi sống lần lượt đều tốt hơn khi dùng những chế phẩm ngoại như CYC và Enzymax Tuy nhiên theo nhận xét của PGS Trần Đình Từ - Công ty thuốc thú y Trung ương 2 - độ đồng đều của các lô thí nghiệm BiO I trên heo là chưa cao, để kết luận mang tính khoa học cần phải thử nghiệm lặp lại nhiều lần
Năm 2009, công trình của Hồ Trung Thông và Đặng Văn Hồng đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm enzyme chứa protease, amylase và phytase vào khẩu phần đến sinh trưởng và tiêu tốn thức ăn của lợn F1(Landrace x Yorkshire)
Năm 2009, trong “Chương trình trọng điểm phát triển ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp và phát triển nông thôn” của Viện Chăn Nuôi, TS Trần Quốc Việt đã tiến hành nghiên cứu sản xuất probiotic và enzym tiêu hoá dùng trong chăn nuôi
…
- Các nghiên cứu trong nước chủ yếu chỉ tiến hành thử nghiệm trên đối tượng
là gia súc, gia cầm, … ; riêng trên đối tượng là đại gia súc như bò sữa, bò thịt vẫn chưa được quan tâm đúng mức
Trang 36còn xúc tác cho các phản ứng ngoài tế bào (invitro)
- Enzyme có nguồn gốc từ vi sinh vật nên được gọi là chất xúc tác sinh học nhằm phân biệt với các chất xúc tác hoá học khác Sự có mặt của enzyme giúp cho nhiều phản ứng hoá học rất khó xảy ra trong điều kiện bình thường
ở ngoài cơ thể (do cần nhiệt độ cao, áp suất cao, acid hay kiềm mạnh, ) nhưng trong cơ thể, nó lại xảy ra hết sức nhanh chóng, liên tục và nhịp nhàng với nhiều phản ứng liên hợp khác nhau (nhiệt độ 37oC, áp suất thường,
không cần kiềm mạnh hay acid mạnh, )
1.5.1.2 Nguồn thu nhận enzyme [12]
- Enzyme có thể thu nhận từ những nguồn sau:
Động vật: pepsin từ dạ dày, trypsin từ tuỵ tạng, renin từ ngăn thứ 4 dạ
dày bê,…
Thực vật: amylase từ hạt nảy mầm, bromelin từ quả thơm, papain từ
quả đu đủ,…
Vi sinh vật: nấm men, nấm mốc, vi khuẩn,…
- Enzyme có nguồn gốc từ vi sinh vật có nhiều ưu điểm nổi bật vượt trội hơn
so với các enzyme có nguồn gốc từ động vật và thực vật:
Hoạt tính enzyme vi sinh vật rất cao, do vậy chỉ cần sử dụng một
lượng nhỏ enzyme có thể chuyển hoá một lượng cơ chất lớn
Vi sinh vật có khả năng tổng hợp nhiều loại enzyme khác nhau mà trong đó có những enzyme mà động vật, thực vật không tổng hợp
được
Trang 3726
Vi sinh vật sinh sản, phát triển và tổng hợp enzyme với tốc độ cực kỳ nhanh chóng, môi trường nuôi chúng lại đơn giản, dễ kiếm, thường là phế phụ liệu của ngành công nghiệp Do đó thời gian thu nhận enzyme
nhanh chóng, giá thành rẻ, dễ áp dụng cho mọi cơ sở sản xuất
Vi sinh vật chịu ảnh hưởng lớn của thành phần môi trường dinh dưỡng nuôi chúng, cũng như một số tác nhân lý, hoá, cơ học tác dụng lên
chúng trong quá trình nuôi
- Sự thay đổi thành phần môi trường nuôi, hoặc tác động bằng tác nhân lý học,
cơ học,… có thể tạo ra những chủng đột biến nhằm tạo ra một lượng đáng kể enzyme với hoạt tính xúc tác cao Một điều đặc biệt lý thú, làm cho các nhà khoa học chú ý và áp dụng là trong điều kiện bình thường vi sinh vật chỉ tổng hợp một lượng enzyme vừa đủ cho hoạt động sinh lý của cơ thể chúng (sự tổng hợp enzyme “bản thể”) Tuy nhiên khi tăng hàm lượng một số chất hoặc thêm một số chất mới vào môi trường nuôi; đặc biệt là cơ chất của enzyme thì sự tổng hợp enzyme tương ứng tăng lên một cách đáng kể Hiện tượng này được gọi là sự tổng hợp enzym “cảm ứng”, và sự tổng hợp một lượng đáng kể enzyme còn gọi là “siêu tổng hợp” enzyme Ví dụ: khi thêm tinh bột, dextrin vào môi trường nuôi một vi sinh vật (nấm mốc), sự tổng hợp amylase tăng lên một cách đáng kể hoặc cho thêm protein sẽ làm tăng tổng hợp
protease
- Phương pháp sinh tổng hợp đã cho phép chúng ta thu nhận nhiều enzyme khác nhau, đặc biệt là các chế phẩm hydrolase như amylase, protease, cellulase,… Hiện nay, các chế phẩm enzyme này được sử dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực trong đó lĩnh vực nông nghiệp thường sử dụng chế
phẩm dưới dạng thô
Trang 38- Amylase có trong nước bọt, dịch tiêu hoá của người và động vật, trong hạt,
củ nảy mầm, nấm mốc, vi khuẩn và một số chủng nấm men
- Hiện nay, amylase được thu nhận từ canh trường vi khuẩn, nấm mốc theo phương pháp nuôi cấy bề mặt và bề sâu
- Phân loại: có 6 loại amylase ( 3 loại thuỷ phân liên kết α1-4, 3 loại thuỷ phân liên kết α1-6 glycoside)
α-amylase (EC 3.2.1.1)
Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của α-amylase [60]
- α-amylase là một metaloenzyme (enzyme cơ kim), trong phân tử có chứa calcium tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì cấu hình hoạt động, quyết định tính bền nhiệt của enzyme
- Xúc tác thuỷ phân liên kết α1-4 glycoside nằm ở bên trong phân tử cơ chất (tinh bột, glycogen) nên được gọi là enzyme amylase nội phân (endoamylase)
- α-amylase của vi sinh vật có những tính chất rất đặc trưng về cơ chế tác dụng, khả năng chuyển hoá tinh bột và chịu nhiệt Ví dụ: α-amylase của nấm mốc có pHop= 4,5 – 4,9; của vi khuẩn pHop = 5,9 – 6,1
Trang 3928
β-amylase (EC 3.2.1.2)
Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của β-amylase [60]
- β-amylase là một albumin, enzyme ngoại phân (exoenzyme), chỉ có trong malt, kém bền ở nhiệt độ cao, bị vô hoạt hoàn toàn ở 700C
- Xúc tác thuỷ phân liên kết α1-4 glycoside tuần tự từng gốc maltose một từ đầu không khử của mạch và do maltose tạo ra cấu hình nên enzyme này được gọi là β-amylase
- Khi cả α-amylase và β-amylase cùng đồng thời thuỷ phân tinh bột thì hiệu suất thuỷ phân đạt đến 95%
Glucoamylase ( EC 3.2.1.3)
Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của glucoamylase [60]
- Glucoamylase là một enzyme ngoại bào (exoenzyme), thuỷ phân liên kết 1-4
và 1-6 Ngoài ra còn có khả năng thuỷ phân liên kết 1-2, 1-3 glycoside, do vậy,
nó có khả năng thuỷ phân hoàn toàn tinh bột, glycogen, Am, Ap, dextrin cuối, izomaltose, maltose đến sản phẩm cuối cùng là glucose
- Đa số glucoamylase đều thuộc loại “chịu acid”, pHop=3,5-5, top=50-600C, mất hoạt tính ở nhiệt độ trên 700C
Trang 4029
- Glucoamylase là enzyme đứng vị trí hàng đầu về hiệu lực thuỷ phân tinh bột
và các sản phẩm trung gian, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
- Cả 3 enzyme này (dextrinase) đều hoạt động ở top=400C, pHop=5,1
Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc chuỗi protein của oligo-1,6-glucosidase [60]