Ứng dụng enzyme phytase trong sản xuất thức ăn chăn nuôi

1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.1. Lí do chọn đề tài 1 1.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu 1 1.2.1. Mục đích nghiên cứu 1 1.2.2. Nội dung nghiên cứu 2 2. TỔNG QUAN 2 2.1. Thức ăn chăn nuôi 2 2.2. Acid phytic 3 2.3. Enzyme phytase 4 2.3.1. Nguồn gốc 4 2.3.2. Nguồn thu 4 2.3.3. Cấu trúc 5 2.3.4. Phân loại 5 2.3.5. Tính chất vật lý 7 2.3.6. Tính chất hóa học 8 2.3.7. Ứng dụng của enzyme phytase 8 3. QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PHYTASE TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI 9 3.1. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 9 3.2. Quy trình ứng dụng của enzyme phytase trong thức ăn chăn nuôi 9 3.2.1. Yêu cầu đối với enzyme phytase 9 3.2.2. Quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi 9 3.2.3. Cơ chế tác động của enzyme phytase 11 3.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme phytase 12 3.3. Vai trò và ý nghĩa của enzyme phytase 13 3.3.1. Vai trò của enzyme phytase 13 3.3.2. Ý nghĩa của việc sử dụng enzyme phytase 14 4. HOẠT TÍNH PHYTASE 14 5. KẾT LUẬN 14

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

-BÀI TẬP LỚN Môn: CÔNG NGHỆ ENZYME

CHỦ ĐỀ:

ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PHYTASE TRONG

THỨC ĂN CHĂN NUÔI

GVHD: NGUYỄN THỊ NAM PHƯƠNG

NHÓM: 99

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

QTTT - 2008190440

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2021

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

-BÀI TẬP LỚN Môn: CÔNG NGHỆ ENZYME

CHỦ ĐỀ:

ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PHYTASE TRONG

THỨC ĂN CHĂN NUÔI

GVHD: Nguyễn Thị Nam Phương

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2021MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Lí do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích và nội dung nghiên cứu 1

1.2.1 Mục đích nghiên cứu 1

1.2.2 Nội dung nghiên cứu 2

2 TỔNG QUAN 2

2.1 Thức ăn chăn nuôi 2

2.2 Acid phytic 3

2.3 Enzyme phytase 4

2.3.1 Nguồn gốc 4

2.3.2 Nguồn thu 4

2.3.3 Cấu trúc 5

2.3.4 Phân loại 5

2.3.5 Tính chất vật lý 7

2.3.6 Tính chất hóa học 8

2.3.7 Ứng dụng của enzyme phytase 8

3 QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PHYTASE TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI 9

3.1 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 9

3.2 Quy trình ứng dụng của enzyme phytase trong thức ăn chăn nuôi 9

3.2.1 Yêu cầu đối với enzyme phytase 9

3.2.2 Quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi 9

3.2.3 Cơ chế tác động của enzyme phytase 11

3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme phytase 12

3.3 Vai trò và ý nghĩa của enzyme phytase 13

3.3.1 Vai trò của enzyme phytase 13

3.3.2 Ý nghĩa của việc sử dụng enzyme phytase 14

4 HOẠT TÍNH PHYTASE 14

5 KẾT LUẬN 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

Tài liệu tiếng anh 16

Tài liệu tiếng việt 16

Tài liệu internet 17

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Cấu trúc acid phytic 3

Hình 2 Liên kết giữa acid phytic với khoáng chất, protein và tinh bột 4

Hình 3 Tổng quan về Phytase thương mại 5

Hình 4 Cấu trúc phytase 5

Hình 5 Phân loại các phytase dựa trên carbon trong vòng myo-inositol của phytate mà tại đó quá trình dephosphoryl hóa được bắt đầu 6

Hình 6 Giá trị pH và nhiệt độ tối ưu của phytase được sản xuất từ nguồn thu khác nhau theo các nhà sản xuất khác nhau 8

Hình 7 Quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi có bổ sung phytase 10

Hình 8 Quá trình thủy phân acid phytic (phytate) bởi phytase thành inositol, phosphate và các nguyên tố hóa trị hai khác Việc loại bỏ các nhóm phosphat bằng phytase dẫn đến việc giải phóng kim loại (khoáng đa, vi lượng), các enzym liên kết kim loại và protein 12

Hình 9 Sự thủy phân phytate của các loại phytase khác nhau 12

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Lí do chọn đề tài

Chăn nuôi là ngành có vị trí quan trọng và là ngành kinh tế sản xuất chính trongnền nông nghiệp ở nước ta Tuy nhiên, hiện nay ngành chăn nuôi còn gặp nhiều khókhăn, thách thức gây ảnh hưởng không nhỏ đến người chăn nuôi nói riêng và sự pháttriển kinh tế bền vững của nước ta nói chung Một trong những thách thức đó chính làviệc sử dụng thức ăn chăn nuôi đã và đang không được hiệu quả Như chúng ta đãbiết, thức ăn chăn nuôi chiếm khoảng 70% giá thành sản phẩm chăn nuôi Giá thức ăntăng cao mà lượng thức ăn tiêu tốn cho chăn nuôi lại lớn làm cho chí phí sản xuất tăngtrong khi hiệu suất chăn nuôi lại kém Hơn nữa, nguyên liệu để sản xuất thức ăn chănnuôi đang bị cạnh tranh gây gắt với các ngành công nghiệp khác Đây được coi là mộttrong những thách thức lớn đối với ngành chăn nuôi Và nếu như chi phí cho việc sửdụng thức ăn chăn nuôi giảm hay nói cách khác việc sử dụng thức ăn chăn nuôi cóhiệu quả, làm tăng hiệu suất chăn nuôi thì sẽ tạo điều kiện cho ngành chăn nuôi pháttriển bền vững và làm tăng lợi nhuận cho người chăn nuôi

Một trong những giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề này là bổ sung thêmenzyme vào thức ăn chăn nuôi: Phytase, protease, xylanases, β-glucanases,cellulases, như một chất phụ gia nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm Và trong bàinghiên cứu này em sẽ tập trung tìm hiểu về vai trò và ứng dụng của enzyme phytasetrong thức ăn chăn nuôi Vì trong thành phần trong thức ăn chăn nuôi chủ yếu cónguồn gốc từ protein thực vật như các loại ngũ cốc, hạt của các cây họ đậu,… mà cácloại thực vật này dự trữ nhiều acid phytic - yếu tố kháng dinh dưỡng (ANF) Do đó,enzyme phytase được bổ sung vào để thủy phân acid phytic, làm giảm hiệu lực tínhkháng dưỡng của thức ăn, tăng giá trị dinh dưỡng, cải thiện quá trình tiêu hóa của vậtnuôi và từ đó làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn Không những vậy, việc bổ sungenzyme phytase còn giúp giải quyết một vấn đề nan giải khác trong ngành chăn nuôi,

đó là giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ phân vật nuôi

Khi bổ sung enzyme phytase vào thức ăn chăn nuôi chắn chắn sẽ làm cho thức

ăn chăn nuôi mới được tạo ra mang chất lượng cao, nổi trội hơn sản phẩm cũ Và đó

chính là lí do em chọn đề tài “Ứng dụng của enzyme phytase trong thức ăn chăn nuôi”.

1.2 Mục đích và nội dung nghiên cứu

1.2.1 Mục đích nghiên cứu

- Chỉ ra được công đoạn và tác dụng của enzyme phytase trong quytrình sản xuất thức ăn chăn nuôi.

1.2.2 Nội dung nghiên cứu

phytase

2 TỔNG QUAN

2.1 Thức ăn chăn nuôi

Thức ăn chăn nuôi là những sản phẩm thức ăn (có thể ở dạng tươi, sống hoặc đãqua chế biến, bảo quản) mà vật nuôi được cho ăn, uống nhằm cung cấp các chất dinhdưỡng cần thiết để duy trì sự sinh trưởng, phát triển và sản xuất sản phẩm của vậtnuôi

Thức ăn chăn nuôi có thể chiếm tới 70% tổng chi phí sản xuất Do đó, nó là yếu

tố quan trọng quyết định chi phí sản xuất cũng như lợi nhuận thu được của người chănnuôi Sự đổi mới khoa học chính là giải pháp tiên quyết đối với tương lai của dinhdưỡng động vật nói riêng và ngành chăn nuôi nói chung Và với sự phát triển của nềnnông nghiệp hiện đại thì chất lượng của các sản phẩm thức ăn chăn nuôi ngày càngđược cải thiện

Người ta có thể bổ sung vào thức ăn chăn nuôi các phụ gia có giá trị dinh dưỡngtrong quá trình chế biến, xử lý nhằm duy trì hoặc cải thiện đặc tính nào đó của thức ănchăn nuôi nhưng vẫn phải đảm bảo an toàn cho vật nuôi Bởi vì, nếu thức ăn chănnuôi bị ô nhiễm có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe, năng suất của vật nuôi cũngnhư sự an toàn của thực phẩm có nguồn gốc động vật Vì vậy, an toàn thức ăn chănnuôi là một trong những mối quan tâm lớn của các nhà sản xuất thức ăn và người chănnuôi

Dưới áp lực kinh tế ngày càng tăng, đòi hỏi thức ăn chăn nuôi phải được sử dụnghiệu quả hơn Thị trường gần đây các xu hướng đã cho thấy rõ ràng rằng việc sử dụngcác enzym làm chất phụ gia bổ sung vào trong thức ăn chăn nuôi giúp cải thiện tiêu

hóa và hấp thu các chất dinh dưỡng sẵn có từ khẩu phần ăn của vật nuôi mà vẫn đảmbảo an toàn cho vật nuôi Vì vốn dĩ enzyme là chất xúc tác sinh học không độc hại và

có hoạt lực xúc tác mạnh

2.2 Acid phytic

Hình 1 Cấu trúc acid phytic

Acid phytic (myo-inositol, 1,2,3,4,5,6-hexakisphosphate) còn được gọi

là inositol hexakisphosphat (IP6) hoặc inositol polyphosphat, có công thức tổng quát

là C6H18O24P6

Acid phytic là ester của rượu inositol và acid phosphoric Ở pH sinh lý, phosphat

bị ion hóa một phần, tạo thành anion phytate Cấu trúc hóa học của acid phytic rất ổnđịnh, hàm lượng phosphate cao do đó tích điện âm và có phổ pH rộng

Acid phytic là hợp chất dự trữ phospho trong nhiều loại ngũ cốc (gạo, lúa mạch,mè, ), hạt của các cây họ đậu,…cho động vật ăn và nó đóng vai trò là nguồn inositolchính Nồng độ acid phytic trong các thành phần có nguồn gốc thực vật khác nhau tùythuộc vào các bộ phận của cây được sử dụng

Acid phytic có khả năng tạo phức chặt chẽ với các ion kim loại tạo nên các muối(phytate, phytin) và các hợp chất khác như acid amin, protein Và nó được coi là mộtyếu tố kháng dưỡng, tác động kháng dưỡng của acid phytic và các dạng muối của nónhư là:

khoáng chất như canxi, sắt, kẽm và magnesi khi có mặt dư thừa

- Tăng bài tiết enzyme tiêu hóa và chất nhầy mucin, làm tăng sự hao hụt, giảm sựtái hấp thụ của các acid amin nội sinh bài tiết trong ruột non.

Hình 2 Liên kết giữa acid phytic với khoáng chất, protein và tinh bột

2.3 Enzyme phytase

Nhiều loại enzym khác nhau đã được sử dụng để cải thiện hiệu suất sử dụng thức

ăn chăn nuôi và giải quyết đồng thời nhiều vấn đề thực tế khác nhau trong việc sửdụng thức ăn chăn nuôi và enzyme phytase chính là một trong số các enzyme đó

2.3.1 Nguồn gốc

Phytase (Myo-inositol (1,2,3,4,5,6) hexakisphosphate phosphohydrolases) là mộtloại phosphatase, là enzym xúc tác cho quá trình thủy phân acid phytic loại bỏorthophosphat thành phospho-myo-inositol và giải phóng 6 phân tử phosphat vô cơ.Trong tự nhiên, Phytase có thể được tìm thấy trong thực vật (Các loại ngũ cốc,các loại đậu, hạt đang nảy mầm hoặc trong hạt phấn,…), mô động vật (Từ thận, máu

dê, máu các động vật có xương sống bậc thấp, đường ruột của heo, bò, ), vi sinh vật

(vi khuẩn kị khí ở dạ cỏ động vật nhai lại, Staphylococcus, Pseudomonas spp,

Bacillus subtilis, E.coli, Aspergillus spp, Penicillum spp,…) và kể cả con người.

2.3.2.Nguồn thu

Phytase được thu nhận từ các nguồn khác nhau luôn có những đặc tính riêngbiệt, phù hợp với sinh lý của từng loại vật nuôi và các thành phần đa dạng của thức ăn.Enzyme phytase có thể được thu nhận từ thực vật, động vật nhưng tiềm năng

nhất vẫn là từ vi sinh vật như: nấm Aspergillus, B subtilis, E coli, các chủng

Pseudomonas, Klebsiella,….Phytase từ các vi khuẩn gram âm là các protein nội bào,

còn từ các vi khuẩn gram dương là các protein ngoại bào Và phần lớn phytase sản

xuất thương mại đều chủ yếu tập trung từ nấm Aspergillus niger - loại nấm mốc sản

xuất phytase nấm có hoạt tính cao nhất

Sự phát triển của kỹ thuật di truyền đã cho phép tạo ra các dòng phytase tái tổhợp hay kỹ thuật chuyển gen ở vi khuẩn làm cho các enzyme phytase được sản xuấtmang các đặc tính đặc biệt, độ bền với sự thủy phân protein cao, hiệu quả xúc tác tốt,

có thể được biểu hiện và sản xuất với số lượng lớn trong các dòng vi khuẩn an toàn và

có tiềm năng thay thế enzyme phytase từ nấm

Hình 3 Tổng quan về Phytase thương mại

2.3.3 Cấu trúc

Hình 4 Cấu trúc phytase

Phytase là một loại phosphatase có khả năng xúc tác cho phản ứng thủy phântừng bước acid phytic thành myo-inositol, các nhóm phosphate (Pi) và các myo-

cấu tạo khác nhau

2.3.4 Phân loại

 Dựa trên vị trí cắt nhóm phosphate đầu tiên trong vòng myo-inositol của quátrình khử phosphoryl hóa acid phytic:

(EC 3.1.3.8): Thủy phân liên kết ester tại vị trí thứ 3 của inositolhexakisphosphate thành D-myo-Ins 1,2,4,5,6 - pentakisphosphate vàorthophosphate Đây là dạng thường gặp đối với phytase từ vi sinh vật

(EC 3.1.3.26): Thủy phân liên kết ester tại vị trí thứ 6 của inositolhexakisphosphate thành D-myo-Ins 1,2,3,4,5 - pentakisphosphate

myo-và orthophosphate Đây là dạng thường gặp đối với phytase từ thực vật

(EC 3.1.3.72)

Hình 5 Phân loại các phytase dựa trên carbon trong vòng myo-inositol của

phytate mà tại đó quá trình dephosphoryl hóa được bắt đầu

 Histidine acid phosphatase (HAP) phytases.

2.3.5 Tính chất vật lý

hết có trọng lượng phân tử nhỏ hơn phytase của nấm

và Enterobacter cũng như một số phytase thực vật, thì tất cả các enzyme

phytase có pH tối ưu trong khoảng 4 - 6 và hầu hết phytase từ vi sinh vật có

pH 4.5 - 5.6, từ thực vật pH 4 - 7.5

pH, nhưng cấu hình hoạt động pH của chúng có thể khác nhau đáng kể

vào nguồn thu nhận là từ loài thực vật, động vật, vi sinh vật nào

Hình 6 Giá trị pH và nhiệt độ tối ưu của phytase được sản xuất từ nguồn thu

khác nhau theo các nhà sản xuất khác nhau.

2.3.6 Tính chất hóa học

liên kết với vitamin inositol

và inositol trong phytate

2.3.7.Ứng dụng của enzyme phytase

chỉnh khiếm khuyết của nguyên liệu để cải thiện dinh dưỡng phospho,nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu ô nhiễm phospho từ phânđộng vật

- Nông nghiệp: Tăng độ phì nhiêu cho đất, cải thiện sự phát triển và dinhdưỡng của thực vật, tăng năng suất cây trồng.

con người đối với các khoáng chất vi lượng thiết yếu trong thực phẩm

có nguồn gốc thực vật: Làm bánh mì giàu sắt, phospho, protein dễtiêu, rút ngắn được quá trình lên men bánh mì, gia tăng thể tích bánh,cải thiện dinh dưỡng của bánh mì,…

vành, kháng lại virus gây suy giảm miễn dịch (HIV), chống sâu răng,…

3 QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PHYTASE TRONG THỨC

ĂN CHĂN NUÔI

3.1 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

liệu nghiên cứu (Sách, giáo trình, các bài báo, tạp chí, luận văn, khóaluận,…) có liên quan đến enzyme phytase và ứng dụng của enzymephytase trên google scholar, sciencedirect, pubmed và các trang mạng cóđuôi org, gov, edu,…

3.2 Quy trình ứng dụng của enzyme phytase trong thức ăn chăn nuôi

3.2.1 Yêu cầu đối với enzyme phytase

được nhiệt độ cao trong quá trình chế biến thức ăn chăn nuôi

3.2.2.Quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi

Hình 7 Quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi có bổ sung phytase

Enzyme Phytase được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi như là một chất phụ giathực phẩm an toàn cho vật nuôi Sử dụng enzyme để chuẩn bị thức ăn cho gia súc cóthể tiến hành theo 2 cách:

Có thể thấy, việc thêm trực tiếp enzyme vào thức ăn tuy có vẻ đơn giản nhưngcách này chưa thực sự hiệu quả Thay vào đó, việc dùng enzyme để xử lý sơ bộ, phốitrộn vào thức ăn như trên quy trình ở hình 7 sẽ có lợi hơn, có thể dễ dàng tạo điều kiệnthích hợp về pH, nhiệt độ để enzyme phytase hoạt động mạnh hơn, do đó hiệu suấtphân giải acid phytic trong thức ăn cao hơn

Hầu hết các phytase được sử dụng làm chất phụ gia bổ sung vào thức ăn chănnuôi ngày nay đều thuộc nhóm histidine acid phosphatase (HAP) phytases Hiệu quảcủa việc bổ sung phytase thay đổi tùy theo nguồn sản xuất phytase, loại nguyên liệu

để sản xuất thức ăn dự trữ nhiều hay ít acid phytic, loại vật nuôi, trọng lượng, khẩuphần, mức ăn, tần suất cho ăn, nguồn phytase, lượng phytase bổ sung và tình trạngsinh lý của vật nuôi Do đó, cần xác định được liều lượng enzyme phytase thích hợp

để bổ sung vào thức ăn chăn nuôi thì mới phát huy hết tác dụng của phytase

3.2.3.Cơ chế tác động của enzyme phytase

Enzyme phytase có nhiều cơ chất đặc trưng như ADP, ATP, p-nitrophenylphosphate, phenyl phosphate, fructose 1,6 - bisphosphat, glucose 6-phosphat, α-glycerophosphat, β-glycerophosphat và 3-phosphoglycerat Các cơ chất này không cócấu trúc tương tự acid phytic nhưng đều được thủy phân bởi phytase Enzyme phytasephù hợp với nhiều cơ chất thì có tính đặc hiệu thấp với acid phytic và ngược lại,phytase có lượng cơ chất đặc hiệu thấp thì có hoạt độ cao hơn

Sự giải phóng phospho từ acid phytic (phytate) xảy ra thông qua sự phân cắt tuần

tự của các nhóm phosphat để tạo ra chất trung gian inositol phosphate và inositol Vị trí của nhóm phosphat bị phân cắt đầu tiên tùy thuộc vào tính đặc hiệu củaphytase:

quá trình loại bỏ nhóm phosphat

(IP6), theo sau đó là các IP tiếp theo theo thứ tự giảm dần (IP5, IP4,…): Sự

phosphat trong acid phytic) Tính kháng dưỡng của acid phytic là do anions

dương Dưới tác dụng của phytase sẽ làm giảm liên kết của các ion kim loại,

dưỡng có trong thức ăn tăng lên

myo-inositol, phosphat, acid amin, khoáng đa và vi lượng và các chất dinh dưỡngkhác liên kết với aicd phytic