Luận án Nghiên cứu phát triển chủng nấm sợi và tối ưu điều kiện lên men sản xuất đa enzyme (α-Amylase, Glucoamylase, Cellulase) ứng dụng trong chế biến thức ăn chăn nuôi
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
DƯƠNG THU HƯƠNG
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CHỦNG NẤM SỢI
VÀ TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN LÊN MEN SẢN XUẤT ĐA ENZYME
(α-AMYLASE, GLUCOAMYLASE, CELLULASE)
ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHĂN NUÔI
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2022
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
DƯƠNG THU HƯƠNG
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CHỦNG NẤM SỢI
VÀ TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN LÊN MEN SẢN XUẤT ĐA ENZYME
(α-AMYLASE, GLUCOAMYLASE, CELLULASE)
ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHĂN NUÔI
Chuyên ngành
: Chăn nuôi
Mã số
: 9.62.01.05
Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Vũ Văn Hạnh
2. PGS.TS. Phạm Kim Đăng
HÀ NỘI - 2022
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên
cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ
lấy bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám
ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày… tháng… năm…
Tác giả luận án
Dương Thu Hương
i
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được
sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè,
đồng nghiệp và gia đình.
Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn
sâu sắc tới PGS.TS. Vũ Văn Hạnh và PGS.TS. Phạm Kim Đăng đã tận tình hướng dẫn,
dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và
thực hiện đề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo,
Bộ môn Sinh lý - tập tính động vật, Khoa Chăn nuôi, Học viện Nông nghiệp Việt Nam
đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức phòng Các chất chức
năng sinh học, Viện Công nghệ sinh học - Viện Hàn lâm và Khoa học công nghệ Việt Nam
đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận
án./.
Hà Nội, ngày... tháng... năm 20...
Nghiên cứu sinh
Dương Thu Hương
ii
iv
v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
Nghĩa tiếng Việt
ADF (Acid detergent fiber)
Xơ không hòa tan trong axit
Tăng trọng bình quân hàng ngày
Axit deoxyribonucleic
Axit ribonucleic
ADG (Average daily gain)
ADN
ARN
Aspergillus
A.
BQ
Bảo quản
BSLM
Bã sắn lên men
CB
Chế biến
cs.
Cộng sự
CMCase
Carboxymethyl cellulase
3,5 dinitrosalysilic
Đối chứng
DNS
ĐC
ĐVT
Đơn vị tính
FCR (Feed conversion ratio)
Hệ số chuyển hóa thức ăn
Khối lượng
KL
LSM (Least Square Mean)
Trung bình bình phương nhỏ nhất
Landrace x Yorkshire
Xơ không tan trong dung dịch trung tính
Năng lượng trao đổi
Hội đồng nghiên cứu Quốc gia
N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine
Potatose Dextrose Agar
Sai số tiêu chuẩn
Lên men chìm
LY
NDF (Neutral Detergent Fiber)
NLTĐ
NRC (National Research Council)
NTG
PDA
SE (Standard error)
SmF (submerged fermentation)
SSF (Solid state fermentation)
Lên men xốp
TACN
TN
Thức ăn chăn nuôi
Thí nghiệm
U
Unit
UV
Ultraviolet
VCK
Vật chất khô
vi
viii
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
Tên tác giả: Dương Thu Hương
Tên Luận án: Nghiên cứu phát triển chủng nấm sợi và tối ưu điều kiện lên men sản xuất
đa enzyme (α-amylase, glucoamylase, cellulase) ứng dụng trong chế biến thức ăn chăn
nuôi.
Chuyên ngành: Chăn nuôi
Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Mã số: 9 62 01 05
Mục tiêu chung
Nâng cao hiệu quả sử dụng phụ phẩm trồng trọt và chế biến nông sản bằng ứng
dụng chế phẩm sinh học.
Mục tiêu cụ thể
Chọn lọc được 1 dòng đột biến từ chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 có khả
năng sinh đa enzyme (α-amylase, glucoamylase và cellulase) với hoạt tính cao.
Tìm được điều kiện lên men xốp tối ưu cho sản xuất đa enzyme (α-amylase,
glucoamylase và cellulase) của dòng đột biến chọn lọc.
Đánh giá được hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm đa enzyme (α-amylase,
glucoamylase và cellulase) trong chế biến bã sắn làm thức ăn chăn nuôi lợn thịt.
Phương pháp nghiên cứu
1. Gây đột biến ngẫu nhiên chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 đồng thời bằng
NTG và tia UV. Lựa chọn chủng có khả năng sinh α-amylase, glucoamylase và cellulase
với hoạt tính cao nhất.
2. Tối ưu điều kiện lên men xốp của chủng đột biến chọn lọc: Các thông số tối
ưu: Cơ chất (cám mì, cám gạo, vỏ trấu, mùn cưa). Độ ẩm cơ chất (20, 30, 40, 50, 60 và
70%, w/v). Nhiệt độ lên men (20, 25, 30, 35, 40 và 45oC). pH ban đầu của cơ chất lên
men (3,0; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,0; 6,5 và 7). Thời gian lên men (từ 2 đến 8 ngày), tuổi
giống (1 đến 4 ngày). Nguồn cacbon (glucose, maltose, tinh bột gạo, sucrose), nguồn nitơ
(ure, cao nấm men, tryptone, peptone, NH4Cl, NH4NO3).
3. Đường hóa và lên men đồng thời bã sắn bằng chế phẩm đa enzyme (α-amylase,
glucoamylase và cellulase) và probitic: Bã sắn tươi hòa vào nước với tỷ lệ 30%, bổ sung
chế phẩm enzyme thô với tỷ lệ 8%, 0,5% chế phẩm probiotic (S. cerevisiae, Lactobacillus
sp. và Bacillus sp. mật độ 107cfu/g mỗi loại). Nguồn nitơ (NH4)2SO4 được bổ sung với hàm
lượng từ 0 đến 1,5%. Thời gian lên men thích hợp được chọn lựa. Một số thành phần hóa
x
học và sinh học của bã sắn sau lên men được xác định.
4. Các thí nghiệm được bố trí để đánh giá ảnh hưởng của sử dụng BSLM vào khẩu
phần ăn cho 144 lợn thịt F1 (LxY) giai đoạn từ 20kg đến xuất chuồng. Các chỉ tiêu về
sinh trưởng, tiêu tốn thức ăn, năng suất thân thịt và thành phần hóa học của thịt lợn được
nghiên cứu.
Kết quả chính và kết luận
- Chủng Aspergillus niger GA15 có hoạt tính glucoamylase, α-amylase và cellulase
cao nhất được tạo ra bằng gây đột biến đồng thời bởi tia UV và NTG từ chủng hoang dại
Aspergillus niger A45.1. So với hoạt tính enzyme của chủng hoang dại, hoạt tính của α-
amylase cao gấp 1,97 lần, glucoamylase cao gấp 2,2 lần, cellulase cao gấp 1,9 lần
- Điều kiện lên men xốp thích hợp đối với chủng Aspergillus niger GA15 là: cơ chất
cám mì, độ ẩm 50%, pH 5,5, nhiệt độ lên men 30oC, thời gian lên men 5 ngày, giống 2 ngày
tuổi, glucose 1%, ure 1%, với hoạt tính α-amylase, glucoamylase và cellulase đạt lần lượt
là 76,75 ; 50 và 40,11 (U/g), hoạt tính này cao gấp 2; 1,9 và 3,3 lần so với lên men xốp ở
điều kiện chưa được tối ưu.
- Giá trị dinh dưỡng của bã sắn sau khi đường hóa và lên men đồng thời bằng lên
men lỏng với tỷ lệ 30% cơ chất, 8% đa enzyme thô, 0,5% chế phẩm probiotic, 1%
(NH4)2SO4, thời gian lên men 48 giờ được cải thiện rõ rệt, protein thô tăng 7,3 lần, protein
thực tăng 5,5 lần so với bã sắn tươi không lên men, đồng thời HCN giảm còn 1,4 g/kg, hàm
lượng axit hữu cơ tăng 5,9 lần, pH 3,7. Bã sắn có màu vàng tương đỗ, mùi thơm, độ chua
vừa phải, không có độc tố aflatoxin B1. Vì vậy, bã sắn sau đường hóa và lên men có thể
được sử dụng làm thức ăn cho gia súc.
- Sử dụng BSLM trong khẩu phần ăn đã cải thiện tốc độ sinh trưởng, hiệu quả sử
dụng thức ăn của lợn. Ở mức sử dụng 20% BSLM cho hiệu quả tốt nhất, ADG (g/con/ngày)
tăng lên 8,97% và 34,46% so với lô đối chứng ở giai đoạn 1 và 2. FCR ở 2 giai đoạn tương
ứng là 2,1 và 2,45. Khối lượng móc hàm và khối lượng thịt xẻ tăng lên 11,15% và 11,19 %
so với lô ĐC. Việc sử dụng BSLM trong khẩu phần ăn không ảnh hưởng đến năng suất
thân thịt, chất lượng thịt và thành phần hóa học của thịt lợn.
Đề nghị
Thử nghiệm lên men một số nguồn phụ phẩm nông nghiệp khác bằng chế phẩm
đa enzyme của đề tài để làm thức ăn cho các đối tượng vật nuôi khác nhau.Tiến hành trên
quy mô rộng hơn và xác định hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng phụ phẩm làm thức ăn
chăn nuôi.
xi
THESIS ABSTRACT
PhD candidate: Duong Thu Huong
Title: Research on strain development of filamentous fungi and optimization of fermentation
conditions to produce multi- enzymes (α-amylase, glucoamylase, cellulase) for processing of
animal feed.
Major: Animal Science
Code: 9 62 01 05
Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives
General objective: Improving the efficiency of using crop by-products and
processing agricultural products by applying probiotics.
Specific objective:
Selecting a mutant of Aspergillus niger A45.1 which can produce highly active multi-
enzymes (α-amylase, glucoamylase and cellulase).
Investigating the optimal soild state fermentation conditions for the selected mutant
strain to produce multi enzymes.
Evaluating the effect of a multi enzymes preperation consisting α-amylase,
glucoamylase and cellulase to degrade byproducts of cassava starch processing as pig
feeding.
Materials and methods
1. Inducing random mutagenesis of Aspergillus niger A45.1 by simultaneous
treatment of NTG and UV rays. Isolating a mutant of Aspergillus niger A45.1 which can
produce multi enzymes (α-amylase, glucoamylase and cellulase) having high activity.
2. Optimizing solid state fermentation conditions for the selected mutant strain:
Optimal parameters: Substrate (wheat bran, rice bran, rice husk, sawdust). Substrate humidity
(20, 30, 40, 50, 60, 70 and 80%, v/w). Fermentation temperature (20, 25, 30, 35, 40 and 45oC).
Initial pH of the fermentation substrate (3,0; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,0; 6,5 and 7). Culture time
(from 2 to 8 days), age of the wild strain (1÷4 days). Carbon source (glucose, maltose, rice
starch, sucrose), nitrogen source (ure, yeast extract, tryptone, peptone, NH4Cl, NH4NO3).
3. Simultaneous saccharification and fermentation of cassava by products by a multi
enzymes preparation and microorganisms: Fresh cassava by products were mixed with water
at the rate of 30% (w/v), then the crude multi enzymes preparation was added at an
appropriate concentration. 0,5% probiotic (S. cerevisiae, Lactobacillus sp. and Bacillus sp.
at a concentration of 107cfu/ml) were added to the mixture. Nitrogen source (NH4)2SO4 was
added at a specific concentration and the suitable fermentation time was selected. The
chemical compositions of cassava by-products after fermentation were analysed.
4. Experimental design: Effect fermented cassava starch processing by-products
xii
(BSLM) supplementation to the diet of 144 crossbred pigs F1 (LxY) from 20 kg to slaughter.
Recored growth parameters, feed consumption, carcass yield, quality and chemical
compostions of the carcass.
Main findings and conclusions
- A mutant of Aspergillus niger A45.1 was obtained by simultaneous treatment of
NTG and UV rays, named Aspergillus niger GA15, with the enhanced ability to produce
multi enzymes (α-amylase, glucoamylase and cellulase) having the highest activity. The
activity of the α-amylase, glucoamylase and cellulase were 1,97; 2,2 and 1,9 times,
respectively higher than that of the wild strain.
- Suitable soild state fermentation conditions for a mutant Aspergillus niger GA15
were wheat bran, moisture 50%, pH 5,5, fermentation temperature 30oC, fermentation period
5 days, the age of the wild strain: 2 days old, glucose 1%, ure 1%. At these fermentation
conditions, the activity of the α-glucoamylase, α-amylase and cellulase were 76,75; 50 and
40,11 (U/g), respectively. These values were 1,97; 1,85 and 3,3 folds higher compared to
those recorded under the fermentation conditions are not optimal.
- Simultaneous saccharification and fermentation cassava by-products by liquid
fermentation for 48h (30% cassava by-products, 8% a multi enzymes preparation, 0,5%
probiotic, 1% (NH4)2SO4) improved the quality of fermented cassava by-products. Crude
and real protein increased by 7,3 and 5,5 times, respectively compared to those of the
unfermented cassava by-products. Similarly, organic acids concentration increased 5,9
times. However, the HCN concentration reduced to 1,4 g/kg. The sensory quality of the
fermented cassava by-products was yellow-brown, fragrant, sour, without aflatoxin B1.
Therefore, the fermented cassava by-products could be use as animal feed.
- Using of BSLM to the diet enhanced the growth performance and FCR of pigs.
Supplemented at 20% BSLM to the diet resulted in the highest improvement. At the stage 1
and 2, the ADG (g/head/day) increased by 8,97% and 34,46%, respectively compared to the
control group. At the 2 feeding stages, the FCR of the BSLM group was 2,1 and 2,45
respectively. Slaughter weight and carcass weight of the BSLM group increased by 11,15%
and 11,19% compared to the control. Supplementation of BSLM to the diet did not alter the
quality and chemical composition of carcass.
Recommendation: Further work is warranted to explore the potential impacts of the
multi enzymes preparation to ferment others agricultural by-products, which can be used as
animal feed. Large-scale experiments should be conducted to determine the economic
efficiency of using agricultural by-products as animal feed.
xiii
PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ở nước ta, chăn nuôi lợn đóng vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thống
sản xuất nông nghiệp cũng như đối với nền kinh tế. Trong nhiều năm trở lại đây,
ngành chăn nuôi nước ta đã và đang đẩy mạnh phát triển chăn nuôi lợn, nhưng
thực trạng ngành chăn nuôi lợn ở Việt Nam vẫn còn gặp rất nhiều khó khăn, đặc
biệt là giá thức ăn cao và thường xuyên biến động do phải phụ thuộc nguồn nguyên
liệu nhập khẩu, vì vậy đã ảnh hưởng bất lợi cho phát triển chăn nuôi lợn. Trong
khi đó, Việt Nam là một nước nông nghiệp với nguồn phụ phẩm dồi dào từ trồng
trọt, chế biến nông sản như rơm rạ, bã sắn, bã dong riềng, bã mía…Hiện nay Việt
Nam có khoảng 100 nhà máy chế biến tinh bột sắn có quy mô lớn với sản lượng
từ 1,8 tấn đến 2 triệu tấn tinh bột/ngày, lượng chất thải rắn thải ra từ các nhà máy
này khoảng 0,6 triệu tấn/ngày (Nguyễn Thị Hằng Nga & cs., 2016). Lượng bã sắn
này phần lớn được thải ra ngoài môi trường, gây lãng phí và ô nhiễm nghiêm trọng.
Một số ít được phơi khô hoặc ủ chua làm thức ăn cho gia súc, nhưng hiệu sử dụng
thức ăn chưa cao, do trong bã sắn có hàm lượng protein thấp, còn chứa nhiều chất
xơ và chất kháng dinh dưỡng như hydrogen cyanide (HCN). Vì vậy nếu xử lý
được những hạn chế đó, chế biến đúng cách thì bã sắn có thể trở thành nguồn thức
ăn chăn nuôi có giá trị, góp phần quan trọng vào việc giảm phụ thuộc nguyên liệu
nhập khẩu và giảm giá thành sản xuất từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh của
ngành Chăn nuôi Việt Nam.
Lên men được xác định là một trong số ít các phương pháp hiệu quả trong
việc chế biến, bảo quản phụ phẩm thành thức ăn chăn nuôi giàu dinh dưỡng
(Ubalua, 2007; Aro, 2008). Tuy nhiên, thực tế nghiên cứu đã chỉ ra phần lớn các
nguồn phụ phẩm đều chứa hàm lượng xơ cao, hầu hết các vi sinh vật không thể sử
dụng trực tiếp. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả của quá trình lên men cần bổ sung
thêm các enzyme phân giải tinh bột và xơ như amylase, glucoamylase, cellulase,
hoặc các chủng vi sinh vật có khả năng sản sinh các enzyme này để dịch hóa, tạo
cơ chất cho sự sinh trưởng, phát triển của các vi sinh vật và loại bỏ các yếu tố
kháng dinh dưỡng, phân hủy các thành phần thức ăn để cải thiện giá trị dinh dưỡng
của nguyên liệu làm thức ăn chăn nuôi.
Hiện nay, enzyme amylase và cellulase thương mại chủ yếu được thu nhận
từ nguồn nấm mốc với các loài thuộc chi Trichoderma, Humicola, Penicillium,
1
Aspergillus (Sukumaran & cs., 2005; Ariffin & cs., 2006; Ghani & cs., 2013). Do
nhu cầu về sử dụng enzyme trong chăn nuôi cũng như các lĩnh vực công, nông
nghiệp và thực phẩm ngày càng tăng nên việc nghiên cứu nhằm tăng cường, cải
thiện chất lượng cũng như nâng cao sản lượng thông qua việc cải tiến chủng, tối
ưu thành phần môi trường, điều kiện lên men hiệu quả và giảm chi phí sản xuất là
rất cần thiết. Xuất phát từ những lý do trên, nghiên cứu này tiến hành phát triển
chủng nấm sợi, tối ưu thành phần môi trường và điều kiện lên men để nâng cao
hiệu quả sinh tổng hợp (α-amylase, glucoamylase, cellulase) ứng dụng trong chế
biến thức ăn chăn nuôi.
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
1.2.1. Mục tiêu chung
Nâng cao hiệu quả sử dụng phụ phẩm trồng trọt và chế biến nông sản bằng
ứng dụng chế phẩm sinh học.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
Chọn lọc được 1 chủng đột biến từ chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 có
khả năng sinh đa enzyme (α-amylase, glucoamylase và cellulase) với hoạt tính cao.
Tối ưu được điều kiện lên men xốp cho sản xuất đa enzyme (α-amylase,
glucoamylase và cellulase) của chủng đột biến chọn lọc.
Đánh giá được hiệu quả của việc sử dụng thức ăn lên men tạo ra từ bã thải
chế biến tinh bột được xử lý bằng đa enzyme (α-amylase, glucoamylase và
cellulase) ở lợn thịt.
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 được sàng lọc từ bộ giống của
phòng Các chất chức năng Sinh học, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Bã sắn tươi: được thu gom trực tiếp từ các cơ sở chế biến tinh bột thuộc xã
Cát Quế, huyện Hoài Đức, Hà Nội.
Lợn lai F1 (Landrace x Yorkshire): 72 lợn cái và 72 lợn đực thiến giai đoạn
20 kg đến xuất chuồng.
1.3.2. Địa điểm nghiên cứu
Phòng Các chất chức năng sinh học, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2
Phòng Thí nghiệm trung tâm, Khoa Chăn nuôi, Học Viện Nông nghiệp
Việt Nam.
Phòng thí nghiệm bộ môn Di truyền giống, khoa Chăn nuôi, Học Viện Nông
nghiệp Việt Nam.
Trung tâm Giống lợn chất lượng cao, Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
1.3.3. Thời gian nghiên cứu
Thời gian nghiên cứu: tháng 6 năm 2015 - tháng 6 năm 2019
1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài đã cải tiến chủng dại Aspergillus niger A45.1 bằng đột biến ngẫu
nhiên và chọn lọc được 1 chủng đột biến Aspergillus niger GA15 có khả năng sinh
đa enzyme (α-amylase, glucoamylase và cellulase) với hoạt tính cao.
Chế biến được bã thải tinh bột sắn thành thức ăn giàu dinh dưỡng cho chăn
nuôi lợn thịt bằng đường hóa và lên men đồng thời sử dụng chế phẩm chứa đa
enzyme từ chủng đột biến và lợi khuẩn.
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài đã tạo ra được một chủng nấm sợi đột biến có khả năng sinh đa
enzyme (α-amylase, glucoamylase và cellulase) với hoạt tính cao và tối ưu môi
trường lên men xốp cho sản xuất đa enzyme.
Đề tài đã chế biến được bã thải tinh bột sắn thành thức ăn giàu dinh dưỡng
cho gia súc bằng đường hóa và lên men đồng thời sử dụng chế phẩm đa enzyme
và vi sinh vật probiotic.
Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp thêm tư liệu phục vụ cho giảng dạy
và nghiên cứu về phát triển chủng bằng kỹ thuật đột biến, chế biến thức ăn chăn
nuôi giàu dinh dưỡng từ bã thải tinh bột bằng đa enzyme và lợi khuẩn.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Có thể cung cấp chủng giống đột biến cho sản xuất enzyme công nghiệp,
giảm thiểu chi phí, đáp ứng nhu cầu sử dụng enzyme ngày càng tăng trong chăn
nuôi cũng như các lĩnh vực công nghiệp.
Tận dụng được nguồn phụ phẩm rẻ tiền từ các cơ sở sản xuất tinh bột sắn
thành nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng làm thức ăn chăn nuôi, góp phần giảm
chi phí về thức ăn trong chăn nuôi và ô nhiễm môi trường.
3
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. TỔNG QUÁT VỀ ENZYME AMYLASE VÀ CELLULASE
Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein, có nguồn gốc từ
sinh vật. Nó không chỉ tham gia xúc tác nhanh các phản ứng hóa học bên trong cơ
thể mà còn có thể xúc tác cho các phản ứng bên ngoài tế bào.
Enzyme đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của các
ngành công nghiệp, xử lý môi trường, công nghệ thực phẩm.... Ngày nay với xu
hướng phát triển của công nghệ sinh học đã tạo ra nhiều ứng dụng mới của enzyme
(Sharada & cs., 2013)
2.1.1. Enzyme amylase
Amylase là tên gọi của một nhóm enzym thủy phân, xúc tác phân giải các
liên kết glucoside của polysaccharide với sự tham gia của nước. Cơ chất tác dụng
của amylase là tinh bột và glycogen. Sản phẩm tạo thành của quá trình thủy phân
là glucose, maltose và dextrin là các chất có phân tử lượng thấp.
Các loại amylase có nguồn gốc khác nhau thì thường khác nhau về tính
chất, cơ chế tác dụng cũng như sản phẩm cuối cùng của sự thủy phân. Các amylase chủ
yếu thủy phân tinh bột thường gặp là: α-amylase, β-amylase và γ-amylase, trong đó 2
nhóm quan trong nhất là α-amylase và γ-amylase (Singh & cs., 2011)
2.1.1.1. α-Amylase (EC 3.2.1.1)
-amylase là một metaloenzyme. Mỗi phân tử -amylase đều có chứa từ 1
đến 30 nguyên tử gam Ca/mol, Ca tham gia vào sự hình thành, ổn định cấu trúc
bậc 3 và duy trì hoạt động của enzyme. Enzyme -amylase có khả năng phân cắt
các liên kết α-1,4 glucoside trong mạch amylose và amylopectin của tinh bột hoặc
glycogen một cách ngẫu nhiên không theo trật tự nào cả, nó không tấn công liên
kết α-1,6 glucoside của amylopectin, sản phẩm thủy phân cuối cùng của -amylase
là tạo ra maltotriose và maltose từ amylose, hoặc maltose, glucose và dextrin tới
hạn phân nhánh từ amylopectin. α-amylase có khuynh hướng hoạt động nhanh hơn
β-amylase vì nó có thể hoạt động bất cứ nơi nào trên cơ chất. Khả năng dextrin
hóa cao của α-amylase là tính chất đặc trưng của nó. Vì vậy, người ta thường gọi
loại amylase này là amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa. Trong cơ thể người,
cả amylases nước bọt và tuyến tụy đều là α-amylase. -amylase cũng tìm thấy
trong thực vật, nấm (Ascomycetes và Basidiomycetes) và vi khuẩn (Bacillus)
(Singh & cs., 2011).
4
2.1.1.2. β-Amylase (EC 3.2.1.2)
β-amylase là một dạng khác của amylase được tổng hợp bởi vi khuẩn,
nấm và thực vật. β-amylase xúc tác quá trình thủy phân liên kết β-1,4 glycosidic
thứ hai, làm việc từ đầu không khử, tách hai đơn vị glucose (maltose) một lần.
Trong quá trình chín quả, β-amylase phá vỡ tinh bột thành maltose, dẫn đến
hương vị ngọt của trái chín. Cả -amylase và β-amylase đều có trong hạt; β-
amylase có mặt ở dạng không hoạt động trước khi nảy mầm, trong khi α-
amylase xuất hiện khi quá trình nảy mầm bắt đầu. Các mô động vật không chứa
β-amylase (Singh & cs., 2011).
2.1.1.3. γ-Amylase hay glucoamylase (EC 3.2.1.3)
Đây là enzyme đường hóa quan trọng nhất trong hệ amylase. γ-amylase cắt
các liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside bắt đầu từ đầu không khử trên mạch amilose
và amilopectin tạo sản phẩm cuối cùng là glucose. γ-amylase có khả năng thủy
phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, dextrin và maltose thành glucose. Không giống
như các dạng amylase khác, γ-amylase có hiệu quả nhất trong môi trường axit và
có độ pH tối ưu là 3. Trong số các vi sinh vật có khả năng sinh γ-amylase đã được
biết cho đến nay, chi Aspergillus là chi được biết đến nhiều nhất bởi khả năng sinh
glucoamylase rất cao, đặc biệt là loài Aspergillus niger (Singh & cs., 2011).
2.1.2. Enzyme cellulase
Cellulase thủy phân cellulose, cắt liên kết 1,4 - β - glycosidic trong cellulose
và các dẫn xuất oligosaccharide liên quan. Cellulase là một phức hệ enzyme bao
gồm 3 loại chính là: C1 [(EC 3.2.1.9), (Exo- β-1-4, glucanase)], Cx [(EC 3.2.1.4),
(Endo-β-1-4, glucanase, carboxymethyl cellulase, hay CMCase)] và Cb [(EC
3.2.1.21), (β- glucosidase)], chúng tham gia vào những phản ứng kế tiếp nhau để
thủy phân cellulose tạo thành oligosaccharides và glucose (Hameed & cs., 2005;
Sharada & cs., 2013).
Enzyme (exo- 1,4-β-D- glucanase) (EC 3.2.1.9): Có tác dụng cắt đứt liên kết
hydro ở đầu không khử của chuỗi cellulose và liên tục loại bỏ các đơn vị glucose đơn,
biến cellulose tự nhiên thành cellulose phản ứng (cellulose vô định hình).
Enzyme endo-1,4-β-D-glucanase ((EC3.2.1.4): Tấn công ngẫu nhiên vào
các liên kết β-1-4 ở bên trong, thủy phân cellulose phản ứng thành cellobiose.
Enzym này được chia thành hai loại là: Endocellulase hay Endoglucanase (EG)
có tác dụng thủy phân liên kết β-1,4-glucoside tại các điểm bất kỳ trên mạch phân
tử cellulose. Exocellulase hay exoglucanase (CBH) có khả năng phân giải chuỗi
5
Tải về để xem bản đầy đủ
192 trang
25600
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu phát triển chủng nấm sợi và tối ưu điều kiện lên men sản xuất đa enzyme (α-Amylase, Glucoamylase, Cellulase) ứng dụng trong chế biến thức ăn chăn nuôi", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_an_nghien_cuu_phat_trien_chung_nam_soi_va_toi_uu_dieu_k.pdf
- CN - TTLA - Duong Thu Huong.pdf
- TTT - Duong Thu Huong.pdf
