Ứng dụng enzyme trong nông nghiệp_1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG NÔNG NGHIỆP 1 (TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI) GVHD TS ĐỖ VIỆT HÀ THÀNH VIÊN NHÓM 6 Mai Trọng Hiệu 18139057 Cao Thị Bích Hợp 18139060 Võ Thị Mỹ Huệ 18139061 Huỳnh Thị Thu Hương 18139064 Nguyễn Thị Hường 18139066 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 Tổng quan về Enzyme CHƯƠNG 2 Phương thức và vai trò của enzyme trong chăn nuôi CHƯƠNG 3 Kết luận và hướng phát triển T.

T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C N Ô N G L Â M T P H C M

K H O A C Ô N G N G H Ệ H Ó A H Ọ C V À T H Ự C P H Ẩ M

ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG NÔNG NGHIỆP 1 (TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI)

GVHD: TS ĐỖ VIỆT HÀ

THÀNH VIÊN NHÓM 6:

Mai Trọng Hiệu 18139057 Cao Thị Bích Hợp 18139060

Võ Thị Mỹ Huệ 18139061 Huỳnh Thị Thu Hương 18139064 Nguyễn Thị Hường 18139066

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: Tổng quan về Enzyme CHƯƠNG 2: Phương thức và vai trò của enzyme trong chăn nuôi

CHƯƠNG 3: Kết luận và hướng phát triển

TỔNG QUAN

VỀ ENZYME

1 Enzyme– chất xúc tác sinh học

 Enzyme là chất xúc tác sinh học có thành phần cơ bản

là protein Mục tiêu cuối cùng của enzyme là phân giải các phân tử thành những phân tử nhỏ hơn để dễ dàng hấp thu trong quá trình tiêu hóa

 Enzyme được tiết ra ở động vật được gọi là enzyme nội sinh, nhưng khi được bổ sung vào thức ăn thì được gọi

là enzyme ngoại sinh, giúp cải thiện quá trình tiêu hóa một cách tự nhiên.

2 Quy trình sản xuất enzyme

Lựa chọn enzyme.

1

Lựa chọn chủng sản xuất.

Xây dựng một chủng biến đổi gen.

Xây dựng một sản phẩm cuối cùng ổn định.

Tối ưu hóa các quá trình phục hồi và

3

3 Chức năng của một số loại enzyme

1 Xylanase Thủy phân Polysaccharide không phải tinh bột NSP

2 Glucanase Tiêu hóa chất xơ Thủy phân vách của tế bào cellulose, loại bỏ

các độc tố được tích tụ trong thành ruột

3 Amylase Phân giải Carbohydrate phức tạp thành đường đơn

4 Protease Cắt đứt các liên kết peptide trong các phân tử polypeptide

5 Phytase Xúc tác cho phản ứng thủy phân acid phytic thành myo-inositol

và một số gốc phosphate vô cơ tự do

6 Invertase Thủy phân Saccharose thành glucose và fructose Cải thiện

mức năng lượng của động vật

● Phân giải các chất kháng dinh dưỡng trong nguyên liệu.

● Tăng cường cung cấp cho động vật nguồn protein, tinh bột.

● Bổ sung các enzyme nội sinh cho động vật còn non.

● Giảm những biến đổi vốn có trong thức ăn chăn nuôi nâng cao tính thống nhất của các loài động vật do đó tăng lợi

nhuận.

● Giảm ô nhiễm môi trường.

4 Lợi ích cơ bản của enzyme trong chăn nuôi

● Khẩu phần ngũ cốc bao gồm ngô, đậu nành, cám

gạo, lúa mì, … được xem là nguồn năng lượng chính

của khẩu phần thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm

● Thành phần chủ yếu của ngũ cốc là carbonhydrate

thực vật bao gồm tinh bột, polysaccharide phi tinh bột

(Non-Starch Polysaccharide – NSP) và lignin.

● Trong đó, nhóm NSP có các thành phần: cellulose,

oligosaccharides, hemicellulose, pectins lại được coi

là các yếu tố kháng dinh dưỡng hoặc các yếu tố làm

hạn chế khả năng tiêu hóa thông qua cơ chế gia tăng

độ nhớt tiêu hóa, trói chặt và hạn chế các chất dinh

dưỡng và ảnh hưởng tiêu cực đến hệ vi sinh đường

ruột.

5 Khẩu phần thức ăn chăn nuôi hiện nay – thực trạng nguyên liệu

5 Đối tượng sử dụng

- Các giống gia súc, gia cầm lớn rất nhanh, do đó nhu

cầu dinh dưỡng của chúng rất cao, nhưng trái lại khả

năng tiêu hóa thức ăn rất kém, nên việc sử dụng khẩu

phần nhiều tinh bột thường không được tiêu hóa hết.

- Động vật có dạ dày đơn khó tiêu hóa chất xơ do các

enzyme nội sinh tiết ra từ bộ máy tiêu hóa không có khả năng phân giải được các đường có liên kết beta trong

6.

6 Cơ chế tác động của enzyme

Thiếu Enzyme sự tiêu hóa thức ăn bị rối loạn dẫn đến rối loạn hấp thu

Bổ sung thêm các enzyme ngoại sinh vào cơ thể vật nuôi sẽ kết hợp với enzyme nội sinh.

Phân giải các hợp chất thành những chất có kích thước đủ nhỏ để động vật dễ hấp thu, tạo thuận lợi cho vi khuẩn đường ruột phát triển (tác động gián tiếp),

thủy phân một số cơ chất có hại cho cơ thể vật nuôi.

Enzyme ngoại sinh bổ sung làm giảm độ nhớt sinh ra trong quá trình tiêu hóa

thức ăn, vì độ nhớt sinh ra trong quá trình tiêu hóa sẽ cản trở sự hấp thu thức ăn.

Để tăng cường hai cơ chế trên, enzyme ngoại sinh thường được sản xuất dưới dạng những chế phẩm đa enzyme để phân giải đồng thời nhiều hợp chất.

ONE

THREE TWO

7 Thời điểm sử dụng enzyme có hiệu quả

Sử dụng enzyme ngoại sinh bổ sung vào thức ăn cho thú ở những giai đoạn

mà cơ thể không có khả năng tiết đủ enzyme tiêu hóa thức ăn như:

8 Đặc tính của enzyme khi bổ sung

vào thức ăn

◎ Các enzyme ngoại sinh khi bổ sung vào phải được sản

xuất bằng con đuờng công nghệ sinh học dưới dạng các chế phẩm có hoạt lực enzyme cao, chịu được nhiệt độ cao của quá trình enzyme, thích ứng với pH rộng (từ pH acid dạ dày tới pH trung tính, bazo của ruột) và bền khi bảo quản trong điều kiện sản xuất.

◎ Nên bổ sung enzyme ngoại sinh dưới dạng hợp chất đa

enzyme để có thể phân giải đồng thời nhiều cơ chất.

9 Hạn chế khi sử dụng

Bổ sung thêm quá liều lượng sẽ tạo nên hiệu

ứng phản hồi ầm, ức chế cơ thể tổng hợp

những enzyme.

Làm động vật lệ thuộc vào nguồn enyzme

ngoại sinh, chăn nuôi không có hiệu quả

kinh tế.

Các enzyme là những protein, thường

không bền dưới tác động nhiệt độ cao (trên

60 o C)

Chế phẩm enzyme bổ sung cho thức ăn

chăn nuôi đều được trích ly ở dạng enzyme

đơn Do đó, sử dụng nhiều enzyme đơn

hoặc sử dụng những chế phẩm sinh học hệ

đa enzyme là tùy vào lựa chọn của người

chăn nuôi.

10 Mục đích khi sử dụng enzyme trong chăn

nuôi

Khả năng

tiêu hóa

Tăng trọng lượng

Giảm chi phí thức ăn

Ngăn tác hại của chất kháng dinh dưỡng

Giảm thải chất dinh dưỡng

Nâng cao

tỷ lệ tiêu hóa

PHƯƠNG

THỨC HOẠT ĐỘNG VÀ

VAI TRÒ CỦA ENZYME

TRONG

CHĂN NUÔI

ENZYME PHYTASE

Myo–inositol (1,2,3,4,5,6) hexakisphosphate phosphohydrolase hay

còn gọi là enzyme phytase, giúp xúc tác quá trình thủy phân acid

phytic thành myo-inositol và phốt-phát tự do.

Myo–inositol (1,2,3,4,5,6) hexakisphosphate phosphohydrolase hay

còn gọi là enzyme phytase, giúp xúc tác quá trình thủy phân acid

phytic thành myo-inositol và phốt-phát tự do.

NGUỒN GỐC

Nấm Lúa mì Vi khuẩn E Coli

CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG

LỢI ÍCH ĐỐI VỚI VẬT NUÔI

ăn

Cải thiện

tỷ lệ chuyển đổi thức

ăn

Tăng năng suất trong trứng

Tăng năng suất trong trứng

Cải thiện tăng trưởng, khoáng xương

Cải thiện tăng trưởng, khoáng xương

Tăng canxi và

sử dụng photpho

Tăng canxi và

sử dụng photpho

ENZYME XYLANASE

Xylanase (Endo – 1,4 – ß – xylanase) là

enzyme quan trọng nhất tham gia thủy phân

xylan Xylanase thủy phân xylan bằng cách

cắt đứt các liên kết ß – 1,4– glycoside, tạo

thành các xylo – oligo

Xylanase (Endo – 1,4 – ß – xylanase) là

enzyme quan trọng nhất tham gia thủy phân

xylan Xylanase thủy phân xylan bằng cách

cắt đứt các liên kết ß – 1,4– glycoside, tạo

thành các xylo – oligo

penicillium Aspergillus Cryptococcus   Bacillus

NGUỒN GỐC

Bacillus StrinCryptococcus gattii

Aspergillus NigerPenicillium italicum

CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG

Xylose

• Giảm độ nhớt trong đường tiêu hóa

• Giảm rối loạn tiêu hóa

• Tăng cường hấp thu thức ăn

• Cải thiện hệ vi sinh đường ruột , giúp phân thải ra khô hơn

LỢI ÍCH ĐỐI VỚI VẬT NUÔI

ENZYME GLUCANASE

Glucanase là các enzym phân hủy các polysaccharid lớn thông

qua quá trình thủy phân Sản phẩm của phản ứng thủy phân

được gọi là glucan, một polysaccharide mạch thẳng được tạo

ra từ 1200 đơn phân glucose, được tổ chức với nhau bằng các

liên kết glycosidic.

Glucanase là các enzym phân hủy các polysaccharid lớn thông

qua quá trình thủy phân Sản phẩm của phản ứng thủy phân

được gọi là glucan, một polysaccharide mạch thẳng được tạo

ra từ 1200 đơn phân glucose, được tổ chức với nhau bằng các

liên kết glycosidic.

NGUỒN GỐC

Có nhiều trong thành tế bào nội nhũ của ngũ cốc

như lúa mạch, lúa miến, gạo và lúa mì

Có nhiều trong thành tế bào nội nhũ của ngũ cốc

như lúa mạch, lúa miến, gạo và lúa mì

CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG

LỢI ÍCH ĐỐI VỚI VẬT NUÔI

Cải thiện tăng trọng hằng ngày trên heo con

Cải thiện hình thái ruột và chiều cao lông nhu của gà

Hạn chế sự phát triển của salmonella trong gan và lách,

thể cho vật nuôi

ENZYM AMYLASE

Là enzyme thủy phân tinh bột thành đường

Giúp vật nuôi tiêu hóa tinh bột, làm tăng năng hấp thụ, tăng năng suất vật nuôi

ENZYM PROTEASE

Có bản chất là protein do vi sinh vật tổng hợp

nên, tham gia vào các phản ứng hóa sinh

ỨNG DỤNG

Protease cải thiện quá trình tiêu hóa protein và tăng tính khả dụng của acid amin, giúp giải phóng các chất dinh

dưỡng có giá trịProtease giúp giảm lượng thải ammonia

ENZYME LIPASE

Xúc tác quá trình thủy phân chất béo

Tụy tạng của bò,cừu, lợn

Ngũ cốc hạt nảy mầm như lúa mạch, hạt có

dầu

Vi sinh vật và nấm sợi

Bacillus acidocaldarius

Pyrococcus

Lipase đóng vai trò thiết yếu trong quá trình tiêu hóa, vận chuyển và xử lý các chất béo trong khẩu phần dinh dưỡng của động vật nuôi cũng như trong xử lý môi trường chứa

nhiều hợp chất lipid

ỨNG DỤNG

ỨNG DỤNG ENZYME ĐỐI VỚI CHẤT XƠ

TIÊU HÓA TỐT HƠN

GIẢI PHÓNG ĐƯỢC NHIỀU

AXIT AMIN GIA TĂNG KHẢ NĂNG TIÊU

HÓA Ở RUỘT NON

5 Enzyme

Cellulase

Cellulase là thành phần cơ bản

của tế bào thực vật vì vậy nó có

mặt trong mọi loại rau quả

,nguyên liệu ,phế liệu của các

ngành trồng trọt,lâm nghiệp Tuy

nhiên , người và động vật không

có khả năng phân hủy

Cellulose Nó chỉ có giá trị làm

tăng tiêu hóa , nhưng với lượng

lớn nó trở nên vô ích hoặc cản

trở tiêu hóa

a Nguồn gốc enzyme Cellulase

Từ vi sinh vật : các loại xạ khuẩn ,vi khuẩn , nấm sợi ,nấm men,

b Cơ chế hoạt động của Enzyme Cellulase: c Ý nghĩa của enzyme Cellulase trong

chăn nuôi

Trong chế biến thức ăn chăn nuôi , thành phần thức ăn chứa một hàm lượng lớn chất xơ -Cellulase Để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng từ nguồn thức ăn này người ta thường

bổ sung thêm lượng enzyme cellulase vào thức ăn Enzyme này tham gia phân giải các chất xơ ,tinh bột thành đường ,các sản phẩm hòa tan ,giúp quá trình chuyển hóa thức ăn được tốt hơn

Cellulase là phức hệ enzyme có tác

dụng thủy phân cellulose thông qua

việc thủy phân liên kết β-1,4-glucoside

trong cellulose

Công thức cấu tạo cơ chất cellulose của

enzyme cellulase như sau:

Hình6: Cấu trúc của cơ chất

cellulose Cellulase có bản chất là protein

được cấu tạo từ các đơn vị là axit

amin, các axit amin được nối với

nhau bằng liên kết peptid – CO –

NH-

C , coa thời gian bán

hủy là 34 giờ tại

Tuy nhiên, việc sử dụng mannanase trong các ngành công nghiệp còn hạn chế do hiệu suất sinh tổng hợp enzym này của vi sinh vật tự nhiên còn thấp, chi phí sản xuất enzym còn cao

b Vai trò và cơ chế tác dụng của enzyme Mannanase : c Ý nghĩa của enzyme đối với môi trường

Enzyme đã có vai trò trong việc cải thiện khả năng sử dụng thức ăn nên giảm được lượng chất thải Khi tăng khả năng tiêu hóa từ 85% lên 90% thì lượng vật chất khô trong phân giảm 33%

Tương tự như vậy, ta có thể ước lượng khả nặng

ô nhiễm môi trường tiềm tàng của các thành phần khác trong khẩu phần, ví dụ như nitơ và phốt pho Một trong những lợi ích mà enzyme mang lại là hàm lượng dinh dưỡng trong phân giảm đáng kể Sự giảm lượng dinh dưỡng bài tiết qua phân nhờ bổ sung enzyme trong khẩu phần đặc biệt quan trọng vì phân thải vào đất và nước làm ô nhiễm môi trường

Enzyme Beta-Mannanase làm loãng chất nhầy

trong đường ruột ,giúp vật nuôi khỏe mạnh và hấp

thụ thức ăn tốt hơn Cải thiện hệ số chuyển đổi

thức ăn ,trọng lượng ,tăng tỉ lệ sống và tỉ lệ đồng

đều của heo gà

Enzyme Mannanase giúp phân cắt chất xơ khác

của vách tế bào tạo điều kiện cho enzyme nội sinh

của ống tiêu hóa như Amylase , protease, lipase,

tiếp cận và phân giải các chất như tinh bột

,protein,lipid, thành những phân tử nhỏ dễ hấp

thu nhờ vậy giá trị dinh dưỡng của thức ăn tăng

lên ,tỉ lệ tiêu hóa acid amin tăng 1,5-2,3%

.

Enzym là thành phần không thể thiếu được trong mọi tế bào sinh vật

Chúng đóng vai trò quyết định cho mọi chuyển hóa vật chất trong tế bào và quyết định mối quan hệ giữa cơ thể sống và môi trường sống.

Chính vì vai trò to lớn của chúng trong sự sống của tế bào và sự chuyển hóa vật chất ngoài tê bào nên enzym đã trở thành đối tượng rất quan trọng trong nghiên cứu không chỉ các nhà khoa học sinh bọc, công nghệ sinh học mà còn

là mối quan tâm rất lớn của những nhà khoa học trong nhiều lĩnh vực khoa học có liên quan

Có thể dùng enzyme để sản xuất thức ăn cho động vật nhằm tăng giá trị dinh dưỡng của thức ăn thô, tăng hệ số sử dụng thức ăn Các enzyme được sử

dụng với mục đích này thường là các enzyme thuỷ phân như amylase,

proteinase, đặc biệt là cellulase, hemicellulase Chúng thủy phân các chất

phân tử lớn thành dạng dễ hấp thụ hơn nên thường làm tăng hiệu quả sử

dụng thức ăn, tăng khối lượng đàn gia súc Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi chuẩn bị thức ăn cho các loài động vật còn non như bê con, lợn con, vì hệ thống tiêu hóa của chúng còn chưa thật thích hợp với việc ăn loại

thức ăn thô. 

Kết luận

Hướng phát

enzym bằng kỹ thuật tái tể hợp gen Những nghiên cứu khởi phát này sẽ là nền tảng cho sự bùng phát tạo ra giống mới cho công nghệ enzym Thế kỷ 21 sẽ là thế kỷ kỹ thuật tái tổ hợp Khi đó, chúng ta sẽ có nhỉều giống vi sinh vật được lắp ghép gen có khả năng vừa tăng sinh khối mạnh vừa có thể sinh tống hợp nhiều enzym có giá trị theo ý muốn.Việc tạo giống vi sinh vật sinh tổng hợp enzym cao có ý nghĩa kinh tế rất lớn trong công nghệ enzym Nó quyết định tới vốn đầu tư, quyết định đến chất lượng enzym, quyết định đến số lượng enzym và quyết định cả đến giá thành enzym Do

đó, thế kỷ thứ 21 sẽ là thế kỷ tạo giống vi sinh vật Trong đó, các giống vi sinh vật đặc biệt được quan tâm và phát triển rất mạnh

Thế kỷ 21 sẽ là thế kỷ hoàn thiện và phát triển nhiều loại máy móc cảm ứng sinh học (biosenssion) và sẽ tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong việc thiết lập các phương tiện phân tích nhạy cảm, cho kết quả phân tích rất nhanh để ứng dung trong y học, trong phân tích chất độc, trong phân tích thành phần thực phẩm và cả phân tích vsv gây bệnh trong thực phẩm, trong y học

TÊN ENZYME NGUỒN GỐC CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG VAI TRÒ

Phytase Nấm ascomycetesLúa mì

Cải thiện tăng trưởng, khoáng xương Tăng canxi và sử dụng photpho

Xylanase Vi khuẩn Bacillus Strin, Cryptococcus gattii, Aspergillus

Niger, Penicillium italicum

Xylanase (endo-1, 4-β-xylanase) cắt các liên kết glycosidic trong mạch chính của xylan và tạo ra các xylo-oligomer

Xylanase thủy phân arabinoxylan thành xylooligosaccharides (XOS) và

arabinoxylooligosaccharides (AXOS)

Giảm độ nhớt trong đường tiêu hóa, giảm rối loạn tiêu hóa, tăng cường hấp thu thức ăn, nhờ vậy cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột, giúp phân thải ra khô hơn

Glucanase Lúa mạch, lúa mạch đen, lúa miến, gạo và lúa mì Phân hủy polysaccharide lớn tạo thành Beta-Glucanase

Có khả năng liên kết và làm bất hoạt một số loại độc tố nấm mốc như:

Aflatoxin B1 Cải thiện tăng trọng hằng ngày trên heo con , giúp cải thiện đáng

kể hình thái ruột của gà thịt về chiều cao lông nhung

Amylase Động vật, thực vậtNấm ascomycetes Tham gia xúc tác vào quá trình thủy phân tinh bột tạo maltose Giúp vật nuôi tiêu hóa tinh bột, làm tăng năng suất vật nuôi

TÊN ENZYME NGUỒN GỐC CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG VAI TRÒ

Protease Tuyến tiêu hóa của Động vậtThực vật bậc cao

Lipase Tụy tạng của bò, ngũ cốcVi khuẩn và nấm như Bacillus

acidocaldarius, Bacillus strin

Tham gia xúc tác quá trình thủy phân chất béo tạo triglyceride, chuyển hóa

triglyceride tạo thành monoglyceride và 2 acid béo

Điều trị các chứng khó tiêu, đầy hơi của vật nuôi, hỗ trợ tiêu hóa

Cellulase Nấm mốc: Aspergillus nigerXạ khuẩn: Actinomices griseus Tham gia cắt đứt liên kết β-1,4-glucoside của cellulose tạo thành các

phân tử glucose

Tăng năng suất vật nuôi, tăng cường

sử dụng ngũ cốc, giảm chi phí thức ăn, loại bỏ các yếu tố cản trở hấp thu chất dinh dưỡng Giảm ô nhiễm môi trường bằng cách phân hủy các

polysaccharide trong nước thải

Mannanase Vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, tảo biển, hạt nảy mầm và cả

độ nhớt dịch ruột, dễ hấp thu các chất dịnh dưỡng