1.1.5.1. Tình hình sản xuất enzyme ở một số nước trên thế giới
Kể từ khi Takamine áp dụng thành công việc sản xuất enzyme với qui mô công nghiệp ở Mỹ năm 1894 đến nay, ngành công nghiệp enzyme chưa đầy 100 tuổi, nhưng nó đã có những bước tiến bộ vượt bậc. Rất nhiều công trình nghiên cứu về các chủng vi sinh vật sinh enzyme, các qui trình công nghệ trong nuôi cấy và chiết tách enzyme cũng như những vấn đề ứng dụng thực tế đã được công bố. Cái đáng quý là các sản phẩm enzyme ngày một nhiều và đã được áp dụng rộng rãi và nhiều ngành kinh tế quốc dân (tới trên 20 ngành) thu được kết quả tốt. Khoảng năm 1905 hàng “Xatoxekai”. Nhật Bản đã sản xuất chế phẩm enzyme mang tên amylazin. Năm 1917 ở Pháp sản xuất enzyme từ vi khuẩn do Bnaden và Efron tiến hành. Sau đó ngành công nghiệp này dần dần được phát triển, nhưng khoảng 30 năm gần đây trên thế giới mới chú trọng phát triển ngành sản xuất này, vì việc sử dụng enzyme trong công nghiệp, nông nghiệp và y dược ngày một tăng cường.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Những nước sản xuất nhiều enzyme là Anh, Đan Mạch, Hà Lan, Liên Xô, Mỹ, Nam Phi, Nhật Bản, Pháp, Tây Đức,… những mặt hàng được sản xuất với số lượng nhiều hơn cả là protein kiềm, protease trung tính từ vi khuẩn và nấm
mốc, - amylase từ vi khuẩn và nấm mốc, glucoamylase, glucozooxiđase,
pectinase, xenlulase, enzyme đông tụ sữa, invectase, glucozoizomerase, lâctse, lipase, photphatase, pialuroniđase, colaginase,…
Hàng năm ở Mỹ sản xuất enzyme tính ra tiền trên 70 triệu đô la, ở Nhật bản khoảng 40 triệu đô la.
Chế phẩm enzyme chủ yếu được dùng trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế biến nông sản, công nghiệp dệt, công nghiệp thuộc da, dùng để chữa một số bệnh,… nhiều nhà khoa học ở Canada, Liên Xô, Mỹ, Nhật Bản,… cho rằng thêm chế phẩm enzyme, trong đó chủ yếu là các enzyme thuỷ phân, vào thức ăn sẽ làm tăng quá trình tiêu hoá, làm giảm chi phí thức ăn, làm tăng trọng gia súc đáng kể, và đôi khi còn cải thiện được chỉ tiêu sinh lý của cơ thể động vật. Chính vì vậy mà enzyme dùng trong nông nghiệp, chủ yếu là chăn nuôi gia súc và gia cầm, được sản xuất ở nước ngoài.
Ba Lan dùng trong chăn nuôi các chế phẩm -amylase, protease trung
tính, pectinase và cenlulase. nhiều thí nghiệm dùng amylosubtilin G3 (chế phẩm
amylase của Bac, subtilis nuôi theo phương pháp chìm) bổ sung vào khẩu phần thức ăn nuôi gà đạt kết quả tốt.
Bungari sản xuất các enzyme amylase, protease, pectinase và xenlulase, hiện nay đang tập trung vào tìm các chủng vi sinh vật mới có khả năng sinh enzyme cao.
CHDC Đức có nhiều thành tựu dùng enzyme trong công nghiệp thức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hungari sản xuất các chế phẩm amylase, protease, pectinase dùng để chế biến nguyên liệu công nghiệp. Các chế phẩm -amylase từ mốc có hoạt lực 20.000 SKB/g takađiastase hoặc Claras -300 có hoạt lực 3400 SKB/g pectinazypolizim, xenlulase đang được chú ý sản xuất. Theo các số liệu cho đến năm 1975 ở Hungari chưa sử dụng enzyme vào chăn nuôi.
Liên Xô từ năm 1934 đã tổ chức sản xuất enzyme với qui mô nhỏ, đến năm 1952 quy mô sản xuất được phát triển rộng hơn và từ đó đến nay sản xuất enzyme đã trở thành một ngành công nghiệp lớn, sử dụng enzyme vào chăn nuôi mới được bắt đầu trong khoảng 10 năm gần đây. Công nghệ sản xuất những chế phẩm enzyme dùng trong chăn nuôi là do Viện nghiên cứu khoa học kỹ thuật sinh học toàn Liên bang đề ra.
Mỹ hiện nay có tới trên 20 hãng sản xuất enzyme. Sản lượng enzyme hằng
năm của nước này rất lớn, và được chú ý đặc biệt đến sự phân chia các hạng loại trong sử dụng để nâng cao giá trị dinh dưỡng cho thức ăn gia súc và xử lý phế liệu nông nghiệp.
Nhật Bản có trên 20 hàng sản xuất enzyme, như các hãng: “Nagaze, Genihon Xeykage, Atano, Daiva Kaxey…” hàng năm sản xuất 8 ngàn tấn enzyme dùng cho nông nghiệp.
Pháp sản xuất chế phẩm enzyme dùng trong nông nghiệp dưới dạng thức
ăn thay sữa nuôi bê. Nguyên liệu sản xuất enzyme thức ăn gia súc là các phế liệu của các liên hợp thịt, cá. Hiện nay ở Pháp đang có nhiều hướng mở rộng phạm vi sử dụng enzyme bổ sung vào thức ăn gia súc. Một số enzyme của Pháp đã xuất sang các nước Tây Âu để bổ sung vào thức ăn hỗn hợp tại những nước này.
Rumani sản xuất enzyme dùng trong chăn nuôi dưới dạng chế phẩm subtiđase Z. Bổ sung chế phẩm này vào khẩu phần nuôi và vỗ béo lợn cho tăng trọng cao hơn đối chứng là 15-20%.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tiệp khắc cho đến năm 1975 chỉ dùng chế phẩm từ Asp, orysee theo phương pháp bề mặt để dùng trong nông nghiệp. Trong chế phẩm này có hoạt lực amylase là 20đ.v/g - theo phương pháp Klimovski - Rodzevits và protease 10 đ.v/g theo phương pháp Leilian - Fongard.
1.1.5.2. Sản xuất và ứng dụng enzyme ở Việt Nam
Việt Nam có truyền thống lâu đời sản xuất và ứng dụng enzyme trong nghề làm tương, xì dầu, nấu rượu,… các enzyme ở đây thường gặp là phức hệ amylase và protease. Trong làm tương cần phải có mặt cả hai loại enzyme này, trong sản xuất xì dầu, nước chấm chủ yếu là protease, còn nấu rượu cần đường hoá tinh bột thành đường cần amylase. Các enzyme sinh ra trong các mục đích là từ nấm mốc. Nấm mốc được nuôi theo phương pháp bề mặt ở điều kiện thủ công hoặc công nghiệp.
Làm mốc thủ công là gây mốc bằng cách cho các bào tử mốc từ không khí rơi vào xôi hoặc cơm hay cám. Cách này chỉ thích hợp với điều kiện sản xuất nhỏ và chỉ gây mốc tốt trong mùa nóng ấm (từ tàng 4 đến tháng 10, nhiệt độ trung bình 26-320C, và độ ẩm tương đối của không khí khoảng 80-90%) còn trong mùa rét và khô hanh thì làm mốc khó hơn, vì buồng nuôi mốc không chủ động điều chỉnh được nhiệt độ và độ ẩm.
Làm mốc tương thủ công như sau: nấu xôi hoặc cơm (không khô hoặc quá nát) rồi tãi ra nong (chiều dày lớp xôi khoảng 2-2,5cm) để nguội. Nếu xôi quá khô cần thêm nước (100kg xôi cho một bát nước nhỏ nước sôi để nguội, trộn đều) để có độ ẩm của khối xôi 55-60%. Tãi xong lấy vải hoặc bao tải sạch phủ lên trên, dưới nong có thể lót rơm. Để nong mốc trong buồng kín và sạch, không quá nóng. Sau hai ngày thấy mốc mọc trắng đều kết cứng khối xôi mốc, lúc này cần bóp vỡ, nếu khô thì rảy thêm ít nước sôi để nguội và trộn đều, rồi lại tãi mỏng. Sau 3-4 ngày mốc có màu, và để tới 5-7 ngày (tuỳ mức độ mọc của mốc)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
cả khối có màu vàng hoa cam. Nếu lẫn các màu xám đen… là do lẫn những mốc tạp không tốt, cần nhặt bỏ những chố mốc tạp này đi. Khối mốc ở những ngày cuối cùng khô nhẹ có thể dùng ngay để làm tương, xì dầu hoặc đem phơi khô bẻ vụn cất vào lọ kín dùng dần. Đây là mốc giống.
Trong sản xuất rượu thủ công, Việt Nam thường dùng enzyme thuốc bắc hoặc enzyme lá (chủ yếu ở miền núi) trong các enzyme này có nhiều loại nấm mốc và nấm enzyme. Nấm mốc sinh ra enzyme amylase phân giải tinh bột thành đường, còn nấm enzyme chuyển đường thành rượu. Hai quá trình này xảy ra kế tiếp nhau, nhưng người ta thường tưởng là chúng xảy ra đồng thời. Thuốc bắc gồm 20 vị trong đó có 6 vị chính, được nghiền nhỏ trộn lẫn với bột và tãi ra để nhiễm nấm mốc, nấm enzyme từ không khí rơi vào, sau đó nặn thành từng bánh úp enzyme cho vi sinh vật phát triển, rồi phơi khô để ủ nơi khô ráo hoặc ở gác bếp dùng dần.
Nấm mốc có trong bánh enzyme thuốc bắc sinh enzyme amylase để thuỷ phân tinh bột thành đường có thể gồm các chi Mucor, Aspergillus, Rhizopus, Amylomyces,…
Ngoài ra có một chi giả nấm enzyme (nấm mem có hình sợi) là Endomycopsis. Chi này có khả năng sinh ra enzyme glucoamylase cao, làm cho tinh bột bị phân huỷ chủ yếu thành đường glucose. Mốc Rhizopus có khả năng đường hoá và lên enzyme rượu một phần. Vì vậy một số chủng của mốc này được dùng trong sản xuất theo phương pháp amylase ở nhà máy Rượu Hà Nội trước đây, như Rhizopus, japanicus, Rh.orysee, Rh.peka II, Rh.tonkinnensis,… Rhizopus thường gặp trên các loại củ, hạt ẩm, bánh mì, cơm, xôi để vài ngày. Bằng mắt thường thấy sợi nấm của mốc này như những đám màng nhện, bào tử còn non có màu trắng, khi già máu đen như những chấm nhỏ. Bào tử của chúng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
dễ bay trong không khí, gặp điều kiện thuận lợi sẽ nẩy mầm. Chính vì vậy ta dễ bắt gạp những loài mốc này trên xôi, cơm, cám,…
1.1.5.3. Sử dụng chế phẩm enzyme để nuôi lợn
Một trong những biện pháp nâng cao năng suất của nghề chăn lợn là hiệu suất sử dụng các chất dinh dưỡng của thức ăn. Để giải quyết nhiệm vụ này người ta có thể dùng chế phẩm enzyme bổ sung vào khẩu phần nuôi lợn các enzyme này cùng với các enzyme có sắn trong đường tiêu hoá sẽ chế biến các chất dinh dưỡng của thức ăn, giúp cho con vật tiêu hoá được tốt hơn, và sử dụng được nhiều hơn.
Dùng enzyme vào nghề chăn lợn mới được khoảng 20-30 năm, nhưng trong vòng hơn chục năm gần đây mới được quan tâm ở nhiều nước và những kết quả đạt được đáng khích lệ, có nhiều triển vọng.
Trước đây muốn nâng cao hiệu suất tiêu hoá của lợn người ta dùng những biện pháp như ủ enzyme, nấu thức ăn hoặc nghiền nhỏ thức ăn. Những biện pháp này không cho hiệu quả lớn, hoặc không đáp ứng được yêu cầu chăn nuôi tập trung, và những yêu cầu cao về biện pháp kỹ thuật. Ngày nay người ta dùng các chế phẩm enzyme protease, amylase, lipase, từ vi sinh vật vào mục đích này. Những tuyến tiêu hoá của phần đầu dạ dạy và ở vùng túi cũng không sinh ra axit clohyđric và enzyme pepsin. Vì thế ở đây pH môi trường gần trung tính và quá trình thuỷ phân các chất đường bột và protein chỉ nhờ vào tác dụng của enzyme từ nước bọt, có trong thức ăn và vi sinh vật. Bổ sung các enzyme protease, amylase, lipase từ vi sinh vật có thể xuất hiện tác dụng ở những vùng này. Sau đó nhờ kết hợp với cơ chất, những enzyme này chuyển vào vùng axit của dạ dày vào ruột, vào môi trường kiềm và tiếp tục phân huỷ các cơ chất tương ứng.
Hiện nay, nhiều nước trên thế giới sản xuất các chế phẩm enzyme protease, amylase, lipase, chủ yếu từ nấm mốc và vi khuẩn, một số từ thực vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
(hạt nẩy mầm), không những dùng trong chăn nuôi lợn, mà còn dùng để nuôi gia cầm, trâu bò, và nuôi cả cá và ong.
Đối với lợn con: trong vài tuần đầu sau khi sinh ra chưa có hoạt tính enzyme tiêu hoá pepsin, còn các enzyme amylase, sacarase và mantase hoạt động yếu, rennin, tripsin và lipase, lại hoạt động mạnh trong dạ dày của lợn con. Vì vậy, protein của sữa được lợn con tiêu hoá khá tốt, còn protein của các nguồn thực vật và tinh bột không được tiêu hoá.
Ở lợn con số lượng cũng như hoạt tính của các enzyme tiêu hoá protein thực vật và các chất đường bột sẽ tăng dần theo ngày - tuổi. Hoạt tính enzyme trong ống tiêu hoá ở lợn con mới sinh cực kỳ thấp, chỉ đến tuần thứ bẩy số lượng hoạt tính của những enzyme mới đạt tới mức độ như ở lợn trưởng thành. Vì vậy, nên bổ sung các chế phẩm enzyme vào thức ăn để giúp lợn con tiêu hoá được thức ăn tốt hơn.
Từ năm 1955 nhiều công trình nghiên cứu ở nước ngoài trong lĩnh vực này đã thu được kết quả có nhiều triển vọng. Các chế phẩm enzyme từ nấm mốc và vi khẩu để nuôi lợn còn cho tăng trọng trên 20% so với đối chứng, giảm chi phí thức ăn cho 1kg tăng trọng và tách mẹ ở 1 tháng - tuổi.
Việc dùng chế phẩm enzyme nuôi lợn con cũng cho nhiều kết quả khác nhau (tăng trọng từ 5-40%). Kết quả dương tính khi dùng các chế phẩm protease cho thêm vào khẩu phần của lợn con còn bú. Trường hợp dùng các chế phẩm enzyme có nguồn gốc động vật lại không cho kết quả. Các chế phẩm enzyme thường dùng là các chế phẩm thu được từ các quá trình nuôi cấy nấm mốc và vi
khuẩn, ở Liên Xô người ta thấy kết quả rõ rệt khi dùng chế phẩm amylorizin P10x
hoặc protosubtilin (0,03%) để nuôu lợn con. Trong khẩu phần nuôi lợn con trên 2 tháng tuổi người ta dùng glucavamorin Px (0,1-0,2%) và thấy hiệu quả khá tốt. Sở dĩ có những kết quả khác nhau là do việc sử dụng chế phẩm enzyme trên các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nền thức ăn khác nhau, và liều lượng chế phẩm dùng chưa được thích hợp. nhiều thí nghiệm cho thấy rằng: dùng liều lượng chế phẩm enzyme cao không cho kết quả mong muốn, thậm chí kết quả âm tính, và cũng nhiều trường hợp dùng chế phẩm thô cho hiệu quả cao hơn dùng những enzyme tinh hoặc các chế phẩm có độ tinh khiết lớn. Ban đầu những thử nghiệm để sử dụng những enzyme trong những thức ăn của lợn được dựa trên những sản phẩm được hình thành trong những ngành công nghiệp sợi, giấy và thực phẩm. Hầu hết, những sản phẩm enzyme ban đầu này đều không thích hợp đối với nền chất xơ và protein ở trong khẩu phần ăn của lợn hoặc không thích hợp với môi trường trong đường ruột lợn. Những kết quả của việc sử dụng những sản phẩm này thường không có hiệu quả hoặc không có giá trị.
Ngày nay việc sử dụng thành công việc bổ sung enzyme trong khẩu phần ăn của lợn, những sản phẩm đặc trưng đó phát triển song song với sự phát triển của ngành chế biến thức ăn gia súc.
Những enzyme đã hình thành nhằm mục tiêu tới những yếu tố kháng dinh dưỡng như chất xơ không thể tiêu hoá, những chất này ngăn cản sự tiêu hoá và hấp thụ dinh dưỡng ở trong thức ăn của lợn.
Enzyme có những đặc tính ưu việt hơn các chất xúc tác khác như:
+ Hiệu quả xúc tác cao, có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên 105 -
1012 lần so với khi không có chất xúc tác.
+ Có tính đặc hiệu cao, có thể hoạt động ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường.
+ Nhiều enzyme không bị mất hoạt tính trong dung môi hữu cơ.
Do đó sử dụng enzyme sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn, không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Việc sử dụng enzyme trong chăn nuôi để tăng hiệu suất sử dụng thức ăn, sản xuất thức ăn dễ tiêu hóa cho động vật. Có hai cách sử dụng enzyme là trộn enzyme vào thức ăn trước khi dùng hoặc sử lý thức ăn với enzyme để chuyển thành dạng dễ tiêu hóa rồi mới cho động vật ăn.
Thành phần thức ăn của nhiều động vật chủ yếu là ngũ cốc, có bổ sung các nguyên liệu giàu protein như đậu tương hoặc nguyên liệu giàu lipid. Nhiều thức ăn thực vật chứa khoảng 30% là cellulose, hemi cellulose, pectin là những chất mà nhiều động vật không hấp thu được. Mặc dù trong hệ tiêu hóa của động vật cũng có các enzyme phân giải các chất dinh dưỡng trong thức ăn (tinh bột, protein, lipid) nhưng không đủ để tiêu hóa toàn bộ thức ăn. Hơn nữa trong một số nguyên liệu còn có các chất kháng dinh dưỡng. Sử dụng enzyme trong chăn nuôi đem lại những lợi ích như: