Trong số tất cả các chất phụ gia trong thức ăn chăn nuôi, enzyme là những sản phẩm được nghiên cứu nhiều nhất, đặc biệt trong thức ăn của lợn và gia cầm. Việc sử dụng enzyme trong khẩu phần ăn của động vật bắt đầu từ những năm 1980 và bùng nổ vào những năm 1990. Thịtrường enzyme thức ăn chăn nuôi toàn cầu được dựđoán sẽđạt tỷ lệtăng trưởng hàng năm kép (CAGR - Compounded Annual Growth rate) là 7,3% trong giai đoạn 2021 - 2026. Enzyme có thể được sử dụng
trong công thức thức ăn của động vật để nâng cao khảnăng tiêu hóa chất xơ, suy giảm các thành phần có hại hoặc không có giá trịdinh dưỡng trong thức ăn. Ngoài ra, giá trị protein cho động vật cũng có thể được nâng cao nhờ việc bổ sung các enzyme vào khẩu phần ăn. Nhận thức và nhu cầu về dinh dưỡng của động vật ngày càng cao cùng với việc cấm sử dụng kháng sinh ở nhiều khu vực trên thế giới đã thúc đẩy ngành chăn nuôi và các nhà máy sản xuất thịt sử dụng chất dinh dưỡng bổ sung trong chăn nuôi. An toàn thực phẩm đã trở thành vấn đề tối quan trọng đối với chính phủ nhiều nươc trên thế giới, đặc biệt là các nước ở Bắc Mỹ và Châu Âu. Châu Á - Thái Bình Dương nổi lên như một trong những thị trường phát triển nhất về thức ăn chăn nuôi và chủ yếu là cho gia súc lớn. Enzyme trong chăn nuôi được đánh giá là chiến lược bổ sung thích hợp để duy trì chức năng đường ruột của vật nuôi, là phụ gia thức ăn được sản xuất thương mại. Khi được cho ăn với tỷ lệ thích hợp sẽ cải thiện một số đặc tính như trọng lượng, chuyển hóa thức ăn và thu nhận thức ăn (Chapman & cs., 2018; Fasim & cs., 2021)
Enzyme được sử dụng trong chăn nuôi để giúp vật nuôi tiêu hóa tốt hơn và đảm bảo cho động vật có chế độ dinh dưỡng đầy đủ. Nhu cầu về protein động vật ngày càng cao, đặc biệt là các sản phẩm từ sữa như sữa, pho mát, sữa chua và các sản phẩm khác. Liên minh Châu Âu là một trong những thị trường tiêu thụ sữa lớn nhất. Vì vậy sản lượng thức ăn chăn nuôi bò sữa tăng trung bình 2% ở khu vực Châu Âu. Hoa Kỳ, Trung Quốc và Ấn Độ là những nhà sản xuất thức ăn cho gia súc nhai lại lớn nhất do có số lượng lớn gia súc nhai lại và nhu cầu cao về sữa và thịt. Theo Alltech Feed Survey, Hoa Kỳ đã sản xuất 19 triệu tấn thức ăn hỗn hợp cho bò sữa và 21 triệu tấn cho bò thịt vào năm 2018 và trở thành thị trường chính về enzyme thức ăn cho bò sữa và bò thịt (Fasim & cs., 2021).
Thị trường Châu Á - Thái Bình Dương dự kiến sẽ đạt CAGR cao trong giai đoạn tới. Trung Quốc và Ấn Độ là thị trường lớn ở khu vực Châu Á, dân số lớn là một trong những yếu tố giúp châu Á - Thái Bình Dương tiếp tục là thị trường lớn nhất trên thế giới. Trung Quốc và Ấn Độ ước tính có khoảng 7,200 nhà máy thức ăn chăn nuôi, sản xuất gần 227 triệu tấn thức ăn hỗn hợp. Trung Quốc đóng góp gần 18% sản lượng thức ăn hỗn hợp toàn cầu. Nhu cầu và sản xuất thức ăn hỗn hợp cao ở các nước này được kỳ vọng sẽ thúc đẩy thị trường enzym thức ăn chăn nuôi ở khu vực Châu Á - Thái Bình Dương.
Các enzyme thức ăn chủ yếu được sử dụng cho gia cầm là phytase, protease, α-galactosidases, glucanases, xylanases, α-amylases và polygalacturonases (Adrio & Demain, 2014). Phytase, phân đoạn enzyme lớn nhất trong ngành công nghiệp
thức ăn chăn nuôi, được sử dụng để tận dụng phốt pho tự nhiên liên kết với axit phytic trong thức ăn làm từ ngũ cốc (Lei & Stahl, 2000; Bhat, 2000). Động vật dạ dày đơn không thể tiêu hóa thức ăn từ thực vật có chứa nhiều cellulose và hemicellulose. Xylanase và β-glucanase được thêm vào thức ăn của chúng khi các enzym này phân giải hoàn toàn và tiêu hóa lượng tinh bột cao (Bhat, 2000). Protein cũng được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi để khắc phục các yếu tố kháng dinh dưỡng bằng cách phân giải protein thành các axit amin cấu thành của chúng. Ngoài việc cải thiện giá trị dinh dưỡng của thức ăn để động vật chuyển hóa thức ăn tốt hơn, các enzym thức ăn này đang trở nên quan trọng vì vai trò của chúng trong việc giảm chi phí thức ăn và cải thiện chất lượng thịt (Lei & Stahl, 2000; Adrio & Demain, 2014). Thị trường enzyme chăn nuôi trên thế giới tăng trưởng đều đặn để đáp ứng nhu cầu về sữa và thịt của conngười.
Hầu hết các enzyme được sản xuất bởi các loại nấm như: Aspergillus, Trichoderma, Penicilliumhoặc bởi các vi khuẩn nhưStreptomyces, Bacillus SubtilishoặcBacillus licheniformis. Hiện nay, các quy trình sản xuất dựa trên việc sử dụng các vi sinh vật biến đổi gen.
Hiện nay, bã thải từ các cơ sở chế biến tinh bột từ nguyên liệu (ngô, sắn, củ rong) chứa hàm lượng cao tinh bột (30-50%), chất xơ (cellulose, hemicellulose), đây là nguồn cơ chất tốt để sản xuất enzyme phân hủy tinh bột sống (α-amylase, glucoamylase), enzyme phân hủy chất xơ (cellulase…), đồng thời tạo ra một số enzyme quan trọng khác (proteinase, phytase…), các enzyme này rất quan trọng trong chế biến thức ăn chăn nuôi (TACN). Việc sản xuất TACN cho động vật sử dụng nguyên liệu sắn lát, bã sắn/cám mì, rỉ đường được bổ sung các chủng vi sinh vật có lợi để lên men tạo sản phẩm giàu protein, enzyme, axit amin, axit hữu cơ và các hoạt chất sinh học. Sau khi qua một quá trình tiền xử lý, cơ chất được cải thiện bởi các chủng vi khuẩn. Công nghệ lên men rắn là phương pháp hợp lý, cho chuyển hóa sinh học và làm tăng giá trị của cơ chất (sắn lát, cám, hạt cốc, rỉ đường).
Enzyme amylase và celulase là những enzyme phổ biến, chiếm một lượng lớn trên thị trường enzyme thế giới. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghệ thực phẩm, dệt may, công nghệ thuộc da, sản xuất giấy, dược phẩm, y học, chế biến thức ăn chăn nuôi, các ngành công nghiệp lên men...(Varalakshmi & cs., 2009; Ciloci & cs., 2012). Trong chăn nuôi, ứng dụng của enzyme amylase và celullase là đáng chú ý vì hiệu quả của nó trong việc cải thiện giá trị của thức ăn chăn nuôi và năng suất của vật nuôi.
cách. Lựa chọn thứ nhất là xây dựng lại công thức thức ăn để giảm chi phí chăn nuôi và giúp động vật duy trì được khảnăng sinh trưởng, năng suất trứng và chuyển hóa thức ăn ở mức tối thiểu; ví dụ, thay thế một số lúa mì, lúa mạch, ngô với giá thấp hơn, phụ phẩm xơ cao hơn và/hoặc giảm sự bổ sung chất béo trong chế độ ăn. Lựa chọn thứ hai là bổ sung enzyme vào thức ăn công thức chuẩn để cải thiện sinh trưởng, sản xuất trứng và chuyển hóa thức ăn đểtăng hiệu quả sản xuất bằng cách cải thiện hiệu quả sử dụng thức ăn (Bedford & Partridge, 2001).
Việc sử dụng enzyme ngoại sinh tổng hợp gồm xylanase, cellulase, alpha- amylase, protease, pectinase, phytase, β-glucanase…vào trong khẩu phần chứa chất xơ khó tiêu có tác dụng đáng kể trong việc cải thiện khảnăng tiêu hóa, tăng trọng, giúp vật nuôi phát triển đạt độđồng đều, ngăn cản các tác hại của các chất kháng dinh dưỡng có trong khẩu phần, giảm chi phí thức ăn, nâng cao tỷ lệ tiêu hóa năng lượng, protein và axít amin trong khẩu phần, đồng thời giảm thiểu các chất dinh dưỡng dư thừa bài thải ra môi trường so với khẩu phần không bổ sung (Colombatto & cs., 2004; Arvidsson & cs., 2009; Kuhad & cs., 2011)
Việc tiền xử lý thức ăn ủchua và ngũ cốc bằng cellulase hoặc xylanases có thể cải thiện giá trị dinh dưỡng của nó. Các enzym cũng có thể loại bỏ các yếu tố kháng dinh dưỡng có trong các hạt ngũ cốc, phân hủy các thành phần thức ăn nhất định để cải thiện giá trị dinh dưỡng, và cung cấp các enzyme tiêu hóa bổsung như protease, amylases và glucanases. Ví dụ, chất xơ bao gồm polysaccharides không phải tinh bột như arabinoxylans, cellulose và nhiều thành phần thực vật khác bao gồm các dextrin, inulin, lignin, sáp, chitin, pectin, β-glucan và oligosaccharides, có thể hoạt động như yếu tố kháng dinh dưỡng cho một sốloài động vật như lợn. Trong trường hợp này, cellulases có hiệu quả thủy phân yếu tốkháng dinh dưỡng là cellulose trong nguyên liệu thức ăn thành các thành phần dễ hấp thụ do đó cải thiện sức khỏe và năng suất của vật nuôi (Kuhad & cs., 2011).
β-glucanases và xylanases đã được sử dụng trong chăn nuôi động vật dạ dày đơn, để thủy phân polysaccharides không phải tinh bột như β-glucans và arabinoxylans. Cellulases được sử dụng như phụ gia thức ăn một cách độc lập hoặc cùng với protease, có thể cải thiện đáng kể chất lượng của thịt lợn. Glucanases và xylanases làm giảm độ nhớt của thức ăn giàu chất xơ như lúa mạch đen và lúa mạch ở gia cầm và lợn. Các enzyme này cũng có thể làm tăng trọng ở lợn và gia cầm bởi việc cải thiện tiêu hóa và hấp thu thức ăn (Bhat, 2000; Karmakar & Ray, 2011; Shrivastava & cs., 2011).
ít protein và chất béo, cùng hàm lượng cao các chất khoáng khi so sánh với thức ăn chăn nuôi giá trị cao. Cellulases có thểđược sử dụng để cải thiện việc sản xuất thức ăn ủ chua cho trâu bò đểtăng cường khảnăng tiêu hóa cỏ. Thức ăn cho động vật nhai lại chứa hàm lượng lớn cellulose, hemicellulose, pectin và lignin phức tạp hơn so với chế độ ăn của gà và lợn. Chế phẩm enzyme có chứa hàm lượng cao cellulase, hemicellulase, và pectinase đã được sử dụng để cải thiện chất lượng dinh dưỡng của thức ăn cho gia súc nhai lại (Graham & Balnavel, 2008).
Cellulases và hemicellulases chịu trách nhiệm thủy phân lignocellulosic, khử vỏ hạt ngũ cốc, thủy phân của β-glucans, làm mềm và nhũ hóa thức ăn tốt hơn, kết quả làm cải thiện chất lượng dinh dưỡng của thức ăn chăn nuôi. Hơn nữa, những enzyme này có thể gây ra thủy phân một phần thành tế bào thực vật trong quá trình ủ chua và bảo quản thức ăn (Kuhad & cs., 2011).
Trong quá trình tiêu hóa các sản phảm có nguồn gốc tinh bột ở động vật, khả năng tiêu hóa thấp của một số loại tinh bột thúc đẩy sự xuất hiện của một số bệnh đường tiêu hóa bởi vì tinh bột không phân hủy và hấp thu ở ruột già có thể hoạt động như cơ chất cho sự lên men của các vi khuẩn trong đó có nhiều vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm. Cellulases có tác động tích cực lên quá trình lên men bằng cách tăng sản xuất axit propionic, hoạt động như một chất kìm hãm vi khuẩn do đó có thể làm giảm số lương quần thể vi khuẩn gây bệnh (Pazarlioğlu & cs., 2005). Chế phẩm amylase được sử dụng riêng rẽ hay phối hợp với các enzym khác như protease, cellulase, pectinase... để sản xuất các loại thức ăn dễ tiêu hóa, dễ hấp thu cho gia súc, gia cầm đặc biệt là động vật còn non, giúp vật nuôi tăng trọng nhanh, sinh sản tốt, sức đề kháng cao...
Việc sử dụng các enzym trong chăn nuôi ngày càng đóng vai trò quan trọng khi kháng sinh và hoocmon bị cấm sử dụng như chất kích thích sinh trưởng trong chăn nuôi ở nhiều quốc gia, đây có thểđược coi là một trong những lựa chọn thích hợp để thay thế kháng sinh và hoocmon sinh trưởng để đem lại sản phẩm chăn nuôi an toàn.
2.3.2. Nghiên cứu và sử dụng enzyme trong chăn nuôi ở Việt Nam
Theo Quyết định số 01/2006-QĐ-BNN ra ngày 06/01/2006 của Bộ Nông nghiệp & Phát Triển Nông thôn, trên thị trường Việt Nam được phép buôn bán các chế phẩm có chứa các loại enzyme tiêu hóa do các công ty lớn trên thế giới sản xuất như Novozymes A/S (Đan Mạch, chế phẩm Ronozyme chứa glucanase, xylanase, protease, phytase), Finnfeeds International Ltd; Danisco Animal
Nutrition Finland hoặc England (các chế phẩm Avizyme, Phyzyme, Porzyme), Chemtech (Hàn Quốc). Ngoài các công ty lớn ra còn một số công ty khác trên thế giới cũng đã và đang chào bán các chế phẩm chứa enzyme bổ sung TACN trên thị trường Việt Nam, họ đến từ Đức, Hà Lan, Bỉ, Canada, Pháp, Spain, Mỹ, Brazil, Trung Quốc, Singapore, Malaysia, Philippine. Chế phẩm của Trung Quốc chưa có thương hiệu nhưng lại có nhiều công ty tham gia thị trường. Mặc dù trên thị trường đã có nhiều sản phẩm thương mại của các công ty ngoại quốc, nhưng chúng ta vẫn nên tự sản xuất nhằm tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động, chủđộng cung cấp.
Hiện nay, trên thị trường Việt Nam đã bán các sản phẩm enzyme sử dụng bổ sung vào thức ăn chăn nuôi (TACN) cho các đối tượng bò, lợn, gà, vịt; nhưng chưa thấy bán nhiều chế phẩm sinh học thủy phân các nguồn nguyên liệu giàu cellulose và tinh bột làm TACN. Những sản phẩm này đều được sản xuất ở nước ngoài. Nếu các cơ sở sản xuất trong nước có khảnăng sản xuất được các chế phẩm enzyme tương tự, thì sẽ tạo công ăn việc làm cho nhiều người lao động. Đặc biệt nếu các chế phẩm enzyme được sản xuất tận dụng các phế thải nông nghiệp và công nghiệp chế biến thực phẩm thì giá thành sẽ rẻhơn, có sức cạnh tranh hơn.
Enzyme ứng dụng trong TACN đòi hỏi phải có những đặc tính phù hợp với điều kiện sản xuất như có hoạt tính cao, chịu nhiệt độ cao của quá trình ép viên, hoạt động tốt trong môi trường axit của dịch dạ dày. Nhiều enzyme từ nấm mốc có tiềm năng ứng dụng trong chăn nuôi. Tuy nhiên, việc sử dụng các chủng tự nhiên trong sản xuất enzyme gặp một số khó khăn như lượng enzyme tạo ra thấp và có thể chứa các thành phần không mong muốn, tế bào nấm sợi dễ bịđứt gãy khi khuấy đảo, sinh khối có thể gây tắc đường ống…Sản xuất enzyme tái tổ hợp sử dụng hệ biểu hiện Pichia pastoris được coi là lựa chọn thích hợp do mức độ biểu hiện cao, chủng tái tổ hợp ổn định về di truyền mà không cần duy trì bằng kháng sinh, thành phần môi trường nuôi cấy rẻ tiền, sinh sản dạng đơn bào và phù hợp với lên men công nghiệp (Krainer & cs., 2012).
Bổ sung enzyme vào TACN sẽ giải quyết được hai thách thức quan trọng trong dinh dưỡng vật nuôi: giảm chi phí thức ăn và nâng cao hiệu quả sản xuất. Với mục đích đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về lượng thịt do bùng nổ dân số, đồng thời giảm tác động môi trường của quá trình chăn nuôi, việc sử dụng enzyme có thể cho phép các nhà sản xuất giảm tổn thất và sử dụng hiệu quảhơn các chất dinh dưỡng.
Trước nhu cầu và ý nghĩa thực tiễn của các chế phẩm sinh học, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã đưa ra định hướng phát triển chăn nuôi đến năm 2030 là phải khuyến khích phát triển mạnh công nghiệp sản xuất nguyên liệu, thức ăn bổ sung, nhất là công nghệ sinh học nhằm đáp ứng đủ các chế phẩm sinh học thay thế kháng sinh, hóa chất dùng trong chăn nuôi và tận thu, nâng cao giá trị dinh dưỡng các nguồn phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp trong nước, như: bã, men bia, bã dứa, bã sắn, tiết và phụ phẩm lò mổ, vỏ đầu tôm, đầu xương và mỡ cá tra (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2020).