II /SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG CHĂN NUÔ
1. Công nghệ vi sinh trong sản xuất câc phế phẩm sinh học phục vụ chăn nuôi 1 Công nghệ sản xuất sinh khối nấm men
1.1 Công nghệ sản xuất sinh khối nấm men
o -Nấm
men
Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae)
Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn băo, chúng phđn bố rộng rêi trong thiín nhiín, đặc biệt chúng có nhiều ở vùng đất trồng nho vă câc nơi trồng hoa quả. Nhiều loăi nấm men có khả năng lín men rượu. Từ lđu người ta đê biết sử dụng nấm men để sản xuất rượu bia. Nấm men sinh sôi nhanh, tế băo lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hăm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế băo, nín nhiều loại nấm men còn được sử dụng để sản xuất protein. Ngoăi ra nấm men còn được sử dụng trong công nghệ sản xuất bânh mì. Tuy nhiín, cũng có nhiều loại nấm men có hạI, gđy bệnh cho người vă gia súc, lăm hư hỏng lương thực, thực phẩm
- Vai trò chủ yếu cho câc nghiín cứu:
Chu trình tế băo (Cell cycle): Sự xâc định câc gen kiểm soât phđn băo nhờ câc đột biến nhạy cảm nhiệt (temperature-sensible mutants (cdc mutants)) dẫn đến mô hình rất tốt cho nghiín cứu sự phđn băo.
Tương tâc gen (Gen interaction): nghiín cứu sự ức chế gen (suppression). Hệ thống plasmid lai kĩp (two-hybrid plasmid system) giúp tìm câc tương tâc giữa câc protein ở nấm men đê dẫn đến câc bản đồ tương tâc phức tạp, mă lă khởi đầu cho sinh học câc hệ thống (systems biology).
Di truyền học ty thể: nhờ câc đột biến “petite” mất khả năng hô hấp mă phât hiện câc gen của ty thể. Nhờ chúng vă câc đột biến khâc của ty thể mă phđn tích chi tiết cấu trúc vă chức năng bộ gen ty thể.
Di truyền học kiểu bắt cặp (Gentics of mating typ): Câc alen MAT ở nấm men lă câc gen kiểu bắt cặp đầu tiín được xâc định câc đặc tính ở mức phđn tử.
Những đóng góp khâc: Di truyền của khóa đóng mở (switching) giữa sự tăng trưởng kiểu nấm men (yeast-like) vă sợi (filamentous); di truyền học sự thoâi hóa
(senescense).
-Nấm men dùng trong sản xuất bia thường lă câc chủng thuộc giống Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ câc chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như câc loại đường hoă tan, câc hợp chất nitơ (câc acid amin, peptit), vitamin vă câc nguyín tố vi lượng…qua măng tế băo. Sau đó, hăng loạt câc phản ứng sinh hóa mă đặc trưng lă quâ trình trao đổi chất để chuyển hoâ câc chất năy thănh những dạng cần thiết cho quâ trình phât triển vă lín men của nấm men được tiến hănh.
Băi viết năy xin giới thiệu về sự khâc nhau về đặc tính hình thâi vă đặc tính công nghệ lín mín giữa nấm men chìm vă nấm men nổi:
Đặc tính hình thâi
Nấm men chìm: Hầu hết câc tế băo khi quan sât thì nảy chồi đứng riíng lẻ hoặc cặp đôi. Hình dạng chủ yếu lă hình cầu.
Nấm men nổi: Tế băo nấm men mẹ vă con sau nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thănh như chuỗi câc tế băo nấm men còn hình dạng chủ yếu hình cầu hoặc ovan với kích thước 7 – 10 m. Micromet
Đặc tính sinh lý
Sự khâc nhau giữa nấm men nổi vă nấm men chìm lă khả năng lín men câc loại đường trisacarit, ví dụ raffinoza. Trong nấm men chìm có enzym có thể sử dụng hoăn toăn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường sacaroza.
Ngoăi ra chúng còn khâc nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất khi lín men vă khả năng hình thănh băo tử. Quâ trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quâ trình lín men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quâ trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men chìm. Nấm men chìm có nồng độ enzym thấp hơn nấm men nổi. Khả năng tạo băo tử của nấm men chìm lđu hơn vă hạn chế hơn nấm men nổi.
Sự khâc nhau về công nghệ lín men
Tín gọi nấm men nổi hay nấm men chìm xuất phât từ quan sât quâ trình lín men. Nấm men nổi nổi lín bề mặt dịch trong vă cuối quâ trình lín men chính, trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đây thiết bị khi kết thúc lín men chính.
vă nấm men kết bông. Nấm men bụi lă loăi nấm men phđn ly mịn trong dịch lín men vă lắng từ từ khi kết thúc lín men chính. Nấm men kết bông lă loăi nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lín men chính vă tạo thănh khối kết bông lớn nín lắng nhanh xuống đây thiết bị. Còn loăi nấm men nổi không có khả năng năy.
Nấm men chìm kết bông rất có ý nghĩa quan trọng trong thực tế sản xuất bia, lăm cho bia nhanh trong nhưng khả năng lín men hết đường không bằng nấm men bụi vă nấm men nổi.
Ngoăi ra nhiệt độ lín men của mỗi chủng cũng khâc nhau. Nấm men chìm có thể lín men 4 - 120C, nấm men nổi lă 14 - 250C.
Hầu hết câc chủng nấm men đều nhạy cảm với môi trường có nồng độ axit cao, ví dụ như axit pyruvic giải phóng ra theo con đường EMP. Do vậy, trong quâ trình tiến hoâ, tự bản thđn chúng đê hình thănh một cơ chế “giải độc axit “ bằng câch chuyển hoâ axit pyruvic thănh rượu etylic vă CO2, rồi sau đó cả hai chất năy đều được băi tiết ra khỏi tế băo nấm men. Kết quả của chuỗi phản ứng năy lă NADH được tạo thănh trong quâ trình glucolytic lại bị ôxy hoâ thănh dạng NAD+, chất năy sau đó lại xuất hiện trong quâ trình chuyển hoâ glucoza tiếp theo. Bằng câch năy, nấm men có thể liín tục phât triển vă chuyển hoâ đường, phản ứng tạo thănh rượu etylic có thể viết như sau:
Axit pyruvic còn đóng vai trò trung gian cho nhiều quâ trình chuyển hoâ câc chất quan trọng khâc như este, cacbonyl vă câc rượu bậc cao.
Trong những năm vừa qua, nhiều khâi niệm về câc giống khâc nhau đê được sử dụng để phđn loại nấm men một câch có hệ thống. Mặc dù đê thu được những tiến bộ đâng kể, đặc biệt lă có sự trợ giúp của sinh học phđn tử nhưng còn xa mới đạt được một hệ thống phđn loại hoăn thiện. Do vậy, cần thiết phải có một phương phâp xâc định đâng tin cậy để phục vụ cho nhiều mục đích khâc nhau, trong đó có sự tuyển chọn câc vi sinh vật thích hợp cho câc quâ trình lín men công nghiệp, như quâ trình lín men bia....
Tại câc trung tđm lưu giữ nấm men, người ta quan tđm nhiều đến cấp độ chủng vă đê có ít nhất 1000 chủng nấm men khâc nhau thuộc loăi S. cerevisiae đê được xâc định. Chúng bao gồm câc chủng nấm men bia, rượu vang, rượu cồn vă nấm men bânh mì.... Khó khăn gặp phải khi tiến hănh phđn loại câc giống nấm men bia lă câc nhă phđn loại nấm men thường bỏ qua những điểm khâc nhau rất nhỏ giữa câc giống nấm men, những yếu tố mă theo họ lă không quan trọng, nhưng thực tế đối với nhă sản xuất chúng lại có tầm quan trọng rất lớn về mặt kỹ thuật. Hiện nay, nấm men bia có hai loăi chính đó lă nấm men chìm S. carlsbergensis vă nấm men nổi S. cerevisiae ngoăi câc đặc điểm níu trín, giữa chúng có nhiều đặc điểm sinh hoâ khâc nhau dựa văo năng lực lín men đường disacarit melibioza của chúng. Ở loăi S. carlsbergensis có chứa câc gen MEL. Câc gen năy tạo ra enzym ngoại băo lă a- galactosidaza (melibiaza) có khả năng chuyển hoâ đường melibioza. Trong khi đó S. cerevisiae
không chứa gen MEL do đó không chuyển hoâ được đường melibioza. Cũng có thể dựa văo nhiệt độ phât triển để phđn biệt sự khâc nhau rõ rệt giữa chúng do nấm men nổi có thể phât triển ở 370C, còn nấm men chìm lại không có khả năng phât triển ở nhiệt độ năy.
1.2. Công nghệ sản xuất sinh khối vi khuẩn
- Vi khuẩn sinh sản bởi một quâ trình gọi lă nhđn đôi - tế băo mới sinh ra bằng câch chia đôi từ tế băo mẹ. Một số có thể sinh sản rất nhanh ở những điều kiện thích hợp. Nếu có thực phẩm, độ ẩm thích hợp ở đúng nhiệt vi sinh có thể bắt đầu sinh sản trong vòng chưa đến hai mươi phút, chỉ trong tâm giờ một tế băo ban đầu có thể nhđn lín thănh 17 triệu vi khuẩn mớí
- Vi khuẩn chọn lọc, được nuôi cấy trong một môi chất. Dưới sự giâm sât, vi khuẩn sau khi thanh lọc được chuyển qua một bồn lín men sinh học 250 lít sinh trưởng trong vòng 20 giờ.Sau khi kiểm tra chất lượng về độ thuần khiết, vi khuẩn được đưa sang bồn lín men kín vô trùng có dung tích 5.000 lít để bắt đầu giai đoạn sản xuất. Dưới điều kiện pH thích hợp, dung dịch đường vô trùng vă ôxy được đưa văo để nuôi vi khuẩn. Trong suốt quâ trình năy, sản phẩm được lấy mẫu để theo dõi sự vô trùng vă câc thông số tăng trưởng.Trong vòng 24 giờ, sẽ thu hoạch vi khuẩn vă cô đặc bằng một mây ly tđm cực nhẹ. Vi khuẩn cô đặc được bọc lại bằng chất keo betaglucan bởi một qui trình đê được cấp bằng sâng chế. Qui trình năy giúp vi khuẩn chống lại độ ẩm để duy trì sự sống trong thời gian bảo quản hoặc trộn với chất mang. Sau đó sản phẩm được lăm lạnh nhanh trong hệ thống lạnh lỏng trước khi đưa văo sấy ở nhiệt độ ở đm 40oC trong hệ thống phòng lạnh lớn. Qui trình sấy lạnh hai bước năy, trong điều kiện độ ẩm dưới 5%, bảo đảm tỷ lệ sống sót của vi khuẩn cao vă sẵn
săng cho giai đoạn cuôí lă kiểm tra để đảm bảo câc dòng vi khuẩn không nhiễm khuẩn salmonella.
1.3. Công nghệ sản xuất enzym
Enzym lă những protein, được sản xuất tự nhiín từ thực vật, động vật, vi khuẩn, nấm vă câc sinh vật khâc, hết sức cần thiết cho sự sống. Chúng lă những chất xúc tâc thúc đẩy tốc độ câc phản ứng hoâ học mă không lăm thay đổi tính chất của chúng. Câc loại enzym trín thị trường được trích ra từ vi khuẩn hay nấm như câc loại: Bacillus, Aspergillus vă Trichoderma.
Enzym lăm việc bằng câch cắt câc hợp chất phức hợp (hợp chất nền) thănh những hợp chất đơn, dễ dăng cho vi khuẩn sử dụng như lă chất dinh dưỡng của chúng. Enzym từ những nguồn khâc nhau lăm việc có hiệu qủa tối ưu ở một nhiệt độ vă độ pH cụ thể. Đđy lă điều cần xem xĩt cẩn thận khi chọn một sản phẩm enzym. Enzym được phđn loại theo những hợp chất (chất nền) mă chúng hoạt động. Ví dụ, proteases phđn hủy proteins, cắt chúng thănh amino acids vă peptides. Cellulases cắt cellulose, thănh phần chính không thể tiíu hoâ được có nhiều trong thănh tế băo thực vật , thănh đường đơn. Chỉ cần một lượng rất nhỏ để phđn hủy một lượng lớn chất nền, tỷ lệ giữa enzym vă chất nền lă từ 1/1.000 đến 1/1.000.000.
1.4 Công nghệ sản xuất axit amin
- Ứng dung axit amin trong chăn nuôi:
Thiếu hụt bất kỳ một trong câc loại AA không thay thế nói trín trong khẩu phần đều gđy nín ảnh hưởng xấu đến năng suất sinh trưởng vă hiệu quả sử dụng thức ăn của gia cầm. Loại AA mă trong thức ăn hỗn hợp thiếu hụt nhiều nhất so với nhu cầu được gọi lă AA giới hạn thứ nhất; còn AA tiếp theo, ít thiếu hơn được gọi lă AA giới hạn thứ hai, v.v...(Howard, 1960). Để khăc
thứ nhất cho đến mức nhu cầu, sau đó bổ sung câc AA giới hạn thứ 2, thứ 3, v.v... Trong trường hợp thứ tự giới hạn của câc AA trong khẩu phần được xâc định đúng thì sẽ cải thiện được năng suất sinh trưởng vă hiệu quả sử dụng thức ăn. Nếu chưa giải quyết sự thiếu hụt AA giới hạn thứ nhất mă đê bổ sung AA giới hạn bất kỳ năo khâc (thứ 2, thứ 3, v.v...) văo khẩu phần, thì thay vì đạt hiệu quả tốt, sẽ lă sự kìm hêm kết quả. Khi giải quyết lần lượt sự thiếu hụt của câc AA giới hạn thì hiệu quả của việc bổ sung năy sẽ tốt hơn nhiều so với không bổ sung hoặc bổ sung không đúng thứ tự. Thứ tự về mức độ giới hạn của câc AA trong khẩu phần phụ thuộc văo nhu cầu của từng đối tượng gia cầm về câc AA năy vă hăm lượng của chúng trong thănh phần nguyín liệu xđy dựng nín khẩu phần. Ví dụ: đối với gă con, khẩu phần mă trong đó bột câ lă nguồn protein chính thì trình tự giới hạn của câc AA lă: Tryptophan, Methionine, Phenylalanine, v.v...; còn trong khẩu phần ngô - đậu tương thì Methionine lại lă AA giới hạn thứ nhất.
2.Công nghệ vi sinh trong bảo quản thức ăn súc 2.1 Nguyín tắc bảo quản thức ăn gia súc
Phương phâp phổ biến để bảo quản cđy vụ (vă một số sản phẩm phụ) cho chăn nuôi gia súc lă phơi hĩo vă ủ si lô. Việc bảo quản không nhằm nđng cao giâ trị dinh dưỡng trong thức ăn mă nhằm giữ lại những gì có sẵn trong cđy vụ văo lúc thu hoạch. Cỏ khô được coi lă loại hoa mău đê đựợc phơi còn khoảng 15% độ ẩm hay còn gọi lă cđn bằng về độ ẩm. Trong điều kiện đó quâ trình sinh học như nấm mốc hoặc lín men sẽ không xảy ra. ủ si lô có nghĩa lă giữ thức ăn tươi hoặc câc sản phẩm phụ trong một hệ thống không cần ô xy vă việc bảo quản được thực hiện bằng quâ trình lín men a xít đường. ưu điểm của việc ủ si lô lă nó cho phĩp bảo quản một khối luợng lớn thức ăn, ít phụ thuộc văo thời tiết, ít hư hao, công việc được thực hiện bằng chủ yếu bằng mây móc ít nhđn công. Nhược điểm của việc ủ si lô lă ở chỗ nó đòi hỏi đầu tư thiết bị đắt tiền, phải có kho chứa thức ăn vă phải có người giâm sât chặt chẽ trong suốt quâ trình vận hănh.
Quâ trình ủ si lô lă sự đồng nhất ở tất cả câc khđu từ sau khi thu hoạch cho đến khi cho gia súc ăn. Bao gồm câc bước cơ bản dưới đđy: