10. Ethidium bromide, acridinedyes
2.3.1. Nghiên cứu và sử dụng enzyme trong chăn nuôi trên thế giớ
Trong sốtất cảcác chất phụgia 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 sửdụng enzyme trong khẩu phần ăn của động vật bắt đầu từnhững năm 1980 và bùng nổvào những năm 1990. Thị trường enzyme thức ăn chăn ni tồn cầu được dự đoán sẽ đạt tỷlệ tăng trưởng hàng năm kép (CAGR - Compounded Annual Growth rate) là 7,3% trong giai đoạn 2021 - 2026. Enzyme có thể được sửdụng
trong công thức thức ăn của động vật đểnâng cao khả năng tiêu hóa chất xơ, suy giảm các thành phần có hại hoặc khơng có giá trị dinh 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 sửdụng kháng sinh ởnhiều khu vực trên thếgiới đã thúc đẩy ngành chăn nuôi và các nhà máy sản xuất thịt sửdụng chất dinh dưỡng bổ sung trong chăn ni. An tồn thực phẩm đã trởthành vấn đềtối quan trọng đối với chính phủnhiều nươc trên thếgiới, đặc biệt là các nước ởBắc Mỹvà Châu Âu. Châu Á -Thái Bình Dương nổi lên như một trong những thị trường phát triển nhất vềthức ăn chăn nuôi và chủyếu là cho gia súc lớn. Enzyme trong chăn ni được đánh giá là chiến lược bổsung thích hợp đểduy trì chức năng đường ruột của vật ni, là phụ gia thức ăn được sản xuất thương mại. Khi được cho ăn với tỷlệthích 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 ni để giúp vật ni 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 ni bị 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 bị 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 hồn tồn 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 trị 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 con người.
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 cáccơ sở chếbiến 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 chếbiến 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 trìnhtiền 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 giátrị của cơ chất (sắn lát, cám, hạt cốc, rỉ đường).
Enzyme amylase và celulase là những enzyme phổbiến, 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, chếbiến 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 quảcủa nó trong việc cải thiện giá trịcủa thức ăn chăn nuôi và năng suất của vật nuôi.
cách. Lựa chọn thứ nhất là xây dựng lại công thức thức ăn đểgiảm chi phí chăn ni và giúp động vật duy trì được khả năng sinh trưởng, năng suất trứng và chuyển hóa thức ăn ởmức tối thiểu; ví dụ, thay thếmột số lúa mì, lúa mạch, ngơ với giá thấp hơn, phụphẩm xơ cao hơn và/hoặc giảm sựbổsung chất béo trong chế độ ăn. Lựa chọn thứhai là bổsung enzyme vào thức ăn công thức chuẩn đểcải thiện sinh trưởng, sản xuất trứng và chuyển hóa thức ăn để tăng hiệu quảsản xuất bằng cách cải thiện hiệu quảsửdụng thức ăn (Bedford & Partridge, 2001).
Việc sửdụng 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 kểtrong việc cải thiện khả năng tiêu hóa, tăng trọng, giúp vật nuôi phát triển đạt độ đồng đều,ngăn cản các tác hại của các chất kháng dinh dưỡng có trong khẩu phần, giảm chi phí thức ăn, nâng cao tỷlệ 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 xửlý thức ăn ủ chua và ngũ cốc bằng cellulase hoặc xylanases có thểcải thiện giá trị dinh dưỡng của nó.Các enzym cũng có thểloại bỏcác yếu tố kháng dinh dưỡng có trong các hạt ngũ cốc, phân hủy các thành phần thức ăn nhất định đểcải thiện giá trị dinh dưỡng, và cung cấp các enzyme tiêu hóa bổ sung như protease, amylases và glucanases. Ví dụ, chất xơ bao gồm polysaccharides khơng 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 thểhoạt động như yếu tốkháng dinh dưỡng cho một số loài động vật như lợn. Trong trường hợp này, cellulases có hiệu quảthủy phân yếu tố kháng dinh dưỡng là cellulose trong nguyên liệu thức ăn thành các thành phần dễhấp 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 sửdụng như phụgia thức ăn một cách độc lập hoặc cùng với protease, có thểcải thiện đáng kểchất lượng của thịt lợn. Glucanases và xylanases làm giảm độ nhớt của thức ăn giàu chất xơ như lúa mạch đen và lúa mạch ởgia cầm và lợn. Các enzyme này cũng có thể làm tăng trọng ởlợn 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 ni giá trịcao. Cellulases có thể được sửdụng đểcải thiện việc sản xuất thức ăn ủchua cho trâu bị để tăng cường khả năng 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 sửdụng đểcải 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, khửvỏhạt 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 thểgây ra thủy phân một phần thành tếbào thực vật trong quá trình ủchua và bảo quản thức ăn (Kuhad & cs., 2011).
Trong q trình tiêu hóa các sản phảm có nguồn gốc tinh bột ở động vật, khả năng tiêu hóa thấp của một sốloại tinh bột thúc đẩy sựxuất hiện của một số bệnh đường tiêu hóa bởi vì tinh bột khơng phân hủy và hấp thu ởruột già có thể hoạt động như cơ chất cho sựlên 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 thểlàm giảm số lương quần thểvi khuẩn gây bệnh (Pazarlioğlu & cs., 2005).
Chếphẩm amylase được sửdụng riêng rẽhay phối hợp với các enzym khác như protease, cellulase, pectinase... đểsản xuất các loại thức ăn dễtiêu hóa, dễhấp thu cho gia súc, gia cầm đặc biệt là động vật cịn non, giúp vật ni tăng trọng nhanh, sinh sản tốt, sức đềkháng cao...
Việc sửdụng các enzym trong chăn ni ngày càng đóng vai trị quan trọng khi kháng sinh và hoocmon bịcấm sửdụng như chất kích thích sinh trưởng trong chăn ni ởnhiều quốc gia, đây có thể được coi là một trong những lựa chọn thích hợp để thay thế kháng sinh và hoocmon sinh trưởng để đem lại sản phẩm chăn ni an tồn.