4. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI
1.2.2. Phytase trong tự nhiên và lư uý khi sử dụng trong chăn nuôi
1.2.2.1. Phytase trong tự nhiên
❖ Phytase từ thực vật
Phytase đã được tìm thấy trong gạo, lúa mì, ngô, đậu nành, hạt giống ngô, rau diếp, đậu lùn, đậu xanh, lúa mạch đen, và các loại đậu khác hoặc hạt dầu (Chang, 1967; Eskin và Wiebe, 1983; Gibson và Ullah, 1990). Trong hạt giống nảy mầm hoặc phấn hoa, phytase có vai trò phân giải phytin (Greene và cs, 1975).
❖ Phytase từ động vật
Phytase được phát hiện từ thận và máu dê (Mc Collum và Hart, 1908) , nó cũng được tìm thấy trong máu của nhiều loài động vật có xương sống khác như chim, bò sát, cá, rùa biển (Rapoport và cs, 1941). Vì phytate hoạt động như một nguyên tố kháng dinh dưỡng trong cơ thể động vật nên các nhà khoa học đã quan tâm và khảo sát hoạt động của phytase trong đường tiêu hóa của nhiều loài động vật. Phytase được tìm thấy trong đường ruột của lợn, cừu, bò (Spitzer và cs, 1972). Tuy nhiên, phytase trong đường tiêu hóa của động vật dạ dày đơn không đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu hóa phytate bởi vì enzyme này có hoạt tính thấp nên không có ý nghĩa trong việc tiêu hóa phytate (Williams và cs, 1985). Phytate được tiêu hóa trong đường tiêu hóa của người chủ yếu là nhờ lượng phytase trong thực phẩm thông qua con đường ăn uống (Forlich, 1990).
Động vật nhai lại có khả năng tiêu hóa được phytate là nhờ hoạt động của hệ vi sinh vật có mặt trong dạ cỏ. Lượng phốt pho vô cơ được giải phóng ra nhờ hoạt động của phytase nên phytate được cả hệ vi sinh vật đường ruột và vật chủ sử dụng (Kerovuo và cs, 2000).
❖ Phytase từ vi sinh vật
Những vi sinh vật sản xuất phytase có từ nhiều nguồn gốc khác nhau như từ đất (Cosgrove và cs, 1972), vi sinh vật dạ cỏ (Lan và cs, 2010), bột đậu (Choi và cs, 2001) nước biển (Kim và cs, 2002) hạt thực vật (Nakano và cs, 2000), nước biển, hạt thực vật, điều này cho thấy khả năng thủy phân phytase có thể được đóng góp một cách rộng rãi trong hệ sinh thái. Những vi sinh vật sản xuất phytase bao gồm những vi khuẩn hiếu khí như Pseudomunas spp (Richardson và cs, 1997), Bacillus subtilis
(Shimizu, 1992). Những vi khuẩn hiếu khí như Pseudomunas, Arthrobacter, Staphylococus và Bacillus thì được xác nhận là có phytase có hoạt tính. Vi khuẩn kỵ khí như Escherichia Coli (Geiner và cs, 1993) và Mitsuokella spp (Lan và cs 2010). Nấm như Aspergillus spp (Shimizu, 1992) và Penicillum spp (Tseng và cs, 2000).
Phytase có mặt rộng rãi trong thực vật, mô động vật và vi sinh vật kể cả con người. Tuy nhiên những nghiên cứu đã chỉ ra rằng phytase ở vi sinh vật có ứng dụng nhiều nhất. Trước đây việc sản xuất phytase thương mại đều chủ yếu tâp trung ở nấm
Aspergillus. Những nghiên cứu gần đây đã cho rằng phytase của vi khuẩn có thể thay thế phytase từ nấm bởi vì mật độ tập trung cao độ bền với sự thủy phân protein cao và hiệu quả xúc tác tốt nhất. Những vi khuẩn sản xuất phytase có thể phân lập từ cặn hoặc từ môi trường nước và phytase có mặt rộng rãi trong nhiều loại vi khuẩn khác nhau như: Bacillus, Enterbacteria, Pseudomonas và vi khuẩn kỵ khí ở động vật nhai lại (Jorquera và cs, 2008)
Phytase cũng được tổng hợp ở cả vi khuẩn gram dương (B. subtilic) và gram âm (Aerobacter aerogegnes, E. coli, các chủng Pseudomonas, Klebsiela). Phytase từ các vi khuẩn gram âm là các protein nội bào trong khi phytase từ các vi khuẩn gram dương là các protein ngoại bào (Choi và cs, 2001).
❖ Phytase từ nấm
Hầu hết các chủng nấm mốc đều thuộc các giống Aspergillus, Penicillium,
Mucor và Rhizoous (Lui và cs, 1998) và đều sản xuất phytase nội bào có hoạt tính. A. niger được xem là loại nấm mốc sản xuất phytase có hoạt tính cao nhất. A. ficuum NRRL 3135 cũng sản xuất phytase trong môi trường lên men rắn với cơ chất là bột canola (Vohra và cs, 2003). Một số nhóm A. niger khi sản xuất phytase ngoại bào chúng có thể cắt phốt pho từ canxi phytate trong môi trường axit. Được phân lập từ đất nhưng A. ficuum NRRL 3135 sản xuất hầu hết phytase có hoạt tính trong môi trường tinh bột ngô. Việc sản xuất phytase bị ức chế một cách mạnh mẽ bởi phosphate vô cơ và tỷ lệ C/P (Các bon/Phốt pho) trong môi trường (Ware, 1968).
Tuy nhiên, phytase từ vi sinh vật nhất là từ vi khuẩn rất khó kiểm soát vì chúng ta chưa giải thích được rõ về cơ chế tổng hợp phytase, đặc biệt là các gen điều khiển sinh tổng hợp phytase luôn biến đổi (Liu và cs, 1998). Tùy theo nhóm vi sinh vật, vi
khuẩn cũng tùy vào mỗi giống loài, điều kiện môi trường nuôi cấy, cơ chất, …sẽ ảnh hưởng đến năng suất và hoạt tính của phytase (Pandey và cs, 2001). Như vậy, nghiên cứu và sản xuất phytase từ vi sinh vật, tối ưu hóa môi trường và điều kiện sinh tổng hợp phytase tốt nhất cũng như bảo quản hoạt tính phytase,… để thành một sản phẩm thương mại phải còn nhiều bước nghiên cứu tiếp theo.
1.2.2.2. Những lưu ý khi lựa chọn và sử dụng enzyme phytase
Theo thông tin tổng hợp từ nhiều kết quả nghiên cứu, cũng như các kết quả thử nghiệm về sản phẩm phytase, nhà sản xuất AB enzyme (2010) đã tổng hợp trong tài liệu “Phytase cải thiện lượng phốt pho hữu dụng”, tài liệu này đã đưa ra một số nhận định như sau:
Hiện nay, trên thị trường có nhiều sản phẩm phytase, thuộc nhiều thế hệ khác nhau. Thế hệ đầu tiên được sản xuất từ nấm (Aspergullus, tiếp đó là Peniophora), và thế hệ phytase mới nhất được sản xuất từ E. coli. Việc lựa chọn phytase để sử dụng phải dựa trên nhiều yếu tố như: giá cả, hiệu suất phân giải phốt pho và tính bền vững của enzyme trong những điều kiện mà nó phải trải qua và việc sử dụng enzyme phải phù hợp với đặc tính của enzyme.
Enzyme dạng lỏng thường ít ổn định hơn dạng khô, tuy nhiên có thể cải tạo tính ổn định của enzyme bằng các chất phụ gia ổn định cũng như chất bảo quản. Khi enzyme được bảo quản nơi thoáng mát hoặc ở nhiệt độ phòng, hoạt tính của enzyme bị hao hụt tương đối thấp trong vòng 6 tháng. Khi nhiệt độ cao hơn trong một thời gian ngắn cũng như trong vận chuyển thì hao hụt về hoạt tính của enzyme cũng rất thấp.
Nếu sử dụng enzyme dạng lỏng được hòa lẫn với nước máy nên sử dụng ngay trong ngày. Tính ổn định khi hòa tan sản phẩm với nước cũng gần tương đương như khi không hòa tan. Tuy vậy, để đảm bảo tính ổn định sinh học của emzyme không nên lưu giữ enzyme đã được hòa tan với nước.
Đối với phytase dạng khô có tính ổn định trong nhiều năm khi được bảo quản nơi khô ráo, tránh ánh sáng mặt trời.
Nhiều khoáng chất cũng có thể hủy hoại phytase nếu có tỷ lệ quá cao trong khẩu phần. Vì vậy trong quá trình chế biến thức ăn cho gia cầm nên bổ sung trực tiếp phytase vào thức ăn hỗn hợp thay vì trộn trước vào premix có chứa khoáng.
Phytase thế hệ mới nhất thường được lựa chọn vì chúng được chứng minh có hiệu quả cao nhất. Những nghiên cứu về việc sử dụng phytase trong chăn nuôi từ đầu những năm 2000 đã cho thấy hiệu suất giải phóng P của phytase từ E. coli cao hơn rõ ràng so với phytase từ nấm khi sử dụng cùng liều lượng, trong cùng điều kiện.
Phần lớn các phytase bị vô hoạt ở nhiệt độ 70 – 750C. Việc vi bọc có thể làm tăng độ bền nhiệt lên tới 80 - 850C. Trong khi đó, sản phẩm phytase từ E. coli có khả năng chịu nhiệt tới 950C. Khả năng chịu nhiệt cao có ý nghĩa rất quan trọng vì nhiều nhà sản xuất thức ăn chăn nuôi đang lựa chọn ép viên ở nhiệt độ cao trên 900C.
Ngoài ra, phytase được coi là có hiệu suất cao phải duy trì được hoạt tính cao trong dải pH rộng, từ pH thấp trong dạ dày đến pH cao trong ruột. Bên cạnh đó, do phytase có cấu trúc protein nên nó cũng phải bền vững trước tác động của các enzyme phân giải protein. Phytase từ E.coli đã được chứng minh là có hiệu suất cao hơn trong dải pH rộng, và bền vững trước tác động của các enzyme phân giải protein.
Với những đặc tính ưu việt của phytase thế hệ mới được chiết xuất từ E. coli
chúng tôi đã lựa chọn sử dụng phytase 5000 chịu nhiệt có nguồn gốc từ E. coli trong đề tài nghiên cứu của mình.