enzyme trong thức ăn gia súc

Thức ăn được bổ sung bằng cách thêm các sản phẩm enzyme thương mại để khắc phục vấn đề này, và như thế sẽ giảm các mức độ hiện diện của ANFs trong thức ăn chăn nuôi và ảnh hưởng của chún

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KTMT

CÔNG NGHỆ ENZYME

ĐỀ TÀI:

ENZYME TRONG THỨC ĂN GIA SÚC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1: Thử nghiệm heo con để hiển thị các hiệu ứng của một sản

Bảng 2: Thành phần dinh dưỡng cho thử nghiệm trình bày

Bảng 3 : Việc sử dụng các β-glucanase cho khẩu phần ăn của thịt gà dựa

Bảng 4: Thành phần dinh dưỡng cho các thử nghiệm báo cáo trong Bảng 3 11

Bảng 5: Sử dụng amylase, protease và xylanase trong chế độ ăn có chứa ngô 16

Bảng 6: Thành phần dinh dưỡng cho các thử nghiệm báo cáo 16

C.

M C L C Ụ Ụ

I Giới thiệu

Hiện tại, việc sử dụng enzyme trong thức ăn chăn nuôi được chấp nhận trên toàn ngành công nghiệp Trong một thuật ngữ đơn giản đã công nhận rằng việc bổ sung enzyme vào thức ăn gia súc sẽ nâng cao việc tiêu hóa thức ăn thô của động vật

Thành phần lớn nhất trong thức ăn chăn nuôi là dưới dạng ngũ cốc, và tùy thuộc vào đặc điểm của từng địa phương mà có thể là ngũ cốc dạng sệt (lúa mì, lúa mạch, lúa mạch đen, hoặc triticale – một dạng lai của lúa mì và lúa mạch đen) hoặc ngũ cốc không

ở dạng sệt (ngô hoặc lúa miến) Các loại ngũ cốc với việc bổ sung sữa bột đậu nành và các nguồn protein khác, chứa nhiều yếu tố ANFs (yếu tố kháng dinh dưỡng), điều đó hạn chế giá trị của thức ăn đối với động vật Mặc dù động vật sản xuất enzymes nội sinh của riêng mình, nhưng chúng không đủ để tiêu hóa tất cả các nguồn thức ăn; chẳng hạn, heo không thể tiêu hóa khoảng 15% khẩu phần ăn hằng ngày của nó Thức ăn được bổ sung bằng cách thêm các sản phẩm enzyme thương mại để khắc phục vấn đề này, và như thế

sẽ giảm các mức độ hiện diện của ANFs trong thức ăn chăn nuôi và ảnh hưởng của chúng đối với việc tăng năng suất vật nuôi, enzyme có thể đạt mục tiêu hiệu quả hơn

Nói chung, có rất nhiều lý do cho việc sử dụng sản phẩm enzyme thương mại trong thức ăn chăn nuôi

1. Để phá vỡ các ANFs vốn có trong thức ăn gia súc, theo đó có thể cải thiện năng suất của động vật, hoặc là tăng cân cao hơn, hoặc là sử dụng thức ăn tốt hơn

2. Để phá vỡ các cấu trúc hóa học căn bản của ngũ cốc trong chế độ ăn uống, và do

đó giải phóng thêm chất dinh dưỡng, điều đó làm tăng giá trị dinh dưỡng của ngũ cốc

3. Để tăng cường cung cấp cho động vật nguồn protein, tinh bột, và khoáng từ những nguồn khác lạ

4. Để bổ sung các enzyme nội sinh của động vật còn nhỏ

5. Để giảm những biến đổi vốn có trong thức ăn chăn nuôi, và nâng cao tính thống nhất của các loài đôngj vật, do đó làm tăng lợi nhuận

6. Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường gây ra bởi sự bài tiết (vì không tiêu hóa hết thức ăn), đặc biệt là phytase Làm giảm bài tiết phosphor

Enzyme đầu tiên được sử dụng một cách thương mại trong thức ăn gia súc ở Phần Lan vào những năm 1980, khi một β-glucan được thêm vào để cung cấp vào nguồn thức ăn chứa lúa mạch cho gia cầm, và nó được các ngành công nghiệp nhìn thấy được sử dụng nhiều nhất trong các enzyme cho thức ăn chăn nuôi Ngành chăn nuôi lợn đang theo xu hướng đó, và đến một cấp độ thấp hơn ngành động vật nhai lại Quy mô sản xuất thức ăn gia súc được định nghĩa là có tiềm năng rất lớn cho enzyme, và hiện tại tỉ lệ thâm nhập

vào khoảng 10% của tất cả nguồn thức ăn có cấu tạo đơn giản [779], điều đó cho thấy

rằng nó thích hợp cho sự tăng trưởng Tuy nhiên, ở EU mức độ sử dụng đã rất cao, với

thành phần chính trong thức ăn gia cầm luôn được bổ sung enzyme

Enzyme được bổ sung trong thức ăn chăn nuôi phải có khả năng tấn công các hợp

chất nền tương ứng một cách nhanh chóng, như việc thông qua hệ thống tiêu hóa của

động vật, đặc biệt cho gà thịt Enzyme cũng phải có khả năng làm việc dưới điều kiện pH

thấp trong đường tiêu hóa, cũng như có khả năng chịu được quá trình chế biến trước khi

đưa thức ăn vào động vật Hầu hết thức ăn dạng viên, một quá trình liên quan đến điều

kiện chế biến thức ăn bằng hơi nước, sau đó đưa qua khuôn để tạo hình Nhiệt độ mà tại

đó quá trình này xảy ra khác nhau là 65 - 1000C Enzyme có thể thêm trực tiếp vào thức

ăn như một sản phẩm khô, trong một hỗn hợp có chứa vitamin và khoáng, hoặc áp dụng

sau khi vo viên như một chất lỏng nếu chế độ của nhà máy thức ăn chăn nuôi là quá khắc

nghiệt và có thể làm mất hoạt tính của enzyme

Phần này tập trung vào các enzyme hiện có (khoảng 2003) để sử dụng trong thức ăn

gia súc, chế độ hoạt động của chúng, và phương pháp phân tích Vẫn còn một số tranh

luận về phương pháp phân tích nào là chính xác mà tại đó enzyme mang lại lợi ích cho

động vật nhất, nhưng điều đó nằm ngoài phạm vi của bài viết này Trong các đánh giá

toàn diện gần đây, các điều kiện của việc sử dụng các enzyme đặc biệt trong chế độ ăn

của động vật được tranh luận cụ thể [780], [781]

II Các enzyme sử dụng trong thức ăn gia súc

Theo mục đích của phần này thì gần đây các enzyme được dùng được đưa ra thảo

luận dựa trên nền tảng mục tiêu của nó

1 Fiber-Degrading Enzymes

Trong khẩu phần ăn lúa mì , lúa mạch, lúa mạch đen, hoặc triticale themain yếu tố antinutritive là chế độ ăn uống có lượng chất xơ cao và tỷ lệ độ nhớt lớn Gia cầm và lợn không

có các enzym nội sinh cần thiết để tiểu hóa chất xơ, do đó dựa vào chế độ ăn uống của nó để bổ sung lượng enzyme cần thiết Chất xơ và độ nhớ bao gồm chủ yếu của nonstarch polysaccharides - arabinoxylan ( pentosan ) trong lúa mì và lúa mạch đen, và β -glucan trong lúa mạch và yến mạch - với mức mỗi phụ thuộc vào nhiều yếu tố , bao gồm môi trường , nhiệt độ,

và các loài

Các polysaccharides nonstarch là antinutritive bởi vì trong formthey hòa tan có thể tăng

độ nhớt của digesta trong ruột non của động vật và do đó làm giảm mức độ và tỷ lệ tiêu hóa chất dinh dưỡng và làm giảm hiệu suất tiêu hóa của động vật Enzyme mục tiêu chống lại các yếu tố

antinutritional hình thành cơ sở ban đầu của sản phẩm tiêu hóa , với xylanases nhằm xương sống arabinoxylan của lúa mì chế độ ăn dựa, và β- glucanase tại xương sống β-glucan lúa mạch

Xylanases

Xylanases hoặc endo -1,4- β - xylanases (EC 3.2.1.8 ) là phổ biến nhất enzyme thức ăn đã qua sử dụng [782] Bề mặt chính của chúng là cấu trúc xylan được tìm thấy trong thành tế bào thực vật (Hình 1) Enzyme này bao gồm 1, 4- liên kết đường trục D - xylose β-1 có chuỗi bên của một - arabinose, và mức độ khác nhau của sự thay thế, ví dụ, với axit ferulic, galactose, hoặc axit coumaric [783] Các sản phẩm phân hủy của xylanase là đường chuỗi ngắn

Hình 1: Cấu trúc hóa học của Xylanase Phương thức hoạt động mà xylanases tăng khả năng tiêu hóa các loại ngũ cốc là chủ đề của cuộc tranh luận Một giả thuyết cho rằng xylanases phân hủy tinh bột và protein phân tử được giữ bên trong cấu trúc xylan, sau đó được sử dụng bởi các động vật Các lý thuyết khác là các thành phần tế bào bị phân giải trong điều kiện hiện đường tiêu hóa của gia cầm và lợn, và sau đó tạo thành hỗn hợp dạng sệt Sự gia tăng độ nhớt trong ruột là một vấn đề đặc biệt ở gia cầm [782], và dẫn đến giảm hiệu quả tiêu hóa Trong lý thuyết này xylanase hoạt động bằng cách giảm độ nhớt trong đường tiêu hóa, như các oligomer được sản xuất bởi các hoạt động của enzyme ít nhớt, và do đó cho phép tăng tỷ lệ tiêu hóa Xylanases được sản xuất bởi nhiều loại vi khuẩn và nấm Nguồn gốc của xylanases sử dụng trong thức ăn chăn nuôi chủ yếu là nấm, với loài Trichoderma và Aspergillus là một trong những chủng phổ biến nhất được sử dụng Xylanases Trichoderma đã được chứng minh là có optimumtemperature dao động giữa 45 và 65 8Cand pHranges giữa 3.5 và 6.5[784] Xylanases vi khuẩn, chủ yếu là từ các loài vi khuẩn Bacillus, đã được nghiên cứu và một số có sẵn trên thị trường Các hoạt động xúc tác của xylanases khác nguồn, và trong ống nghiệm dữ liệu sẽ phụ thuộc vào các chất nền được sử dụng

Những lợi ích của việc thêm một xylanase cho một chế độ ăn uống dựa trên lúa mì có thể được nhìn thấy trong Bảng 1, trong đó chứng minh việc bổ sung một xylanase Trichoderma để một chế độ ăn uống của lợn con với tốc độ 5000 đơn vị mỗi kg thức ăn Kết quả cho thấy sự gia

tăng trọng lượng cuối cùng của heo con, làm giảm lượng thức ăn: tăng tỷ lệ hấp thu, cả hai đều

có tác động kinh tế lớn đối với người nông dân Trong gà thịt, tăng cân, một sự cải tiến trong thức ăn chuyển đổi, và giảm độ nhớt trong ruột được thường xuyên quan sát

Bảng 1 Thử nghiệm heo con để hiển thị các hiệu ứng của một sản phẩm xylanase

trong khẩu phần ăn lúa mì

Pietran lợn x DL đã được sử dụng trong thử nghiệm tốc độ tăng trưởng, với 9 lần lặp lại mỗi lần điều trị và 2 lợn / ô Castrates và lợn con đại diện đồng đều Tất cả các chế độ ăn (Bảng 2) được ăn viên (khoảng 80 8C) và được cung cấp tự do

Bảng 2: Thành phần dinh dưỡng cho thử nghiệm trình bày trong bảng 29

Protein % 19.9

NSP = non-starch polysaccharide

Phân tích thức ăn chăn nuôi có chứa xylanses thì rất quan trọng cả trong sản phẩm

và sau đó được bổ sung vào thức ăn Phân tích cần thiết cho việc kiểm soát chất lượng

của sản phẩm và cho phép tìm ra nguồn gốc thông qua quá trình sản xuất thức ăn chăn

nuôi Như một số sản phẩm xylanase có sẵn, có một số xét nghiệm, với mỗi định nghĩa

riêng về một đơn vị xylanase Phương pháp phổ biến nhất để phân tích sản phẩm là dùng

axit dinitrosalicyclic đo màu (DNS) [785] hoặc phương pháp thuốc nhuộm liên kết [786]

Trong các độ pH, nhiệt độ, và sử dụng tất cả bề mặt khác nhau

Vì vậy, rất khó sử dụng một xét nghiệm tiêu chuẩn để so sánh hai xylanases Đo enzyme sau khi nó đã được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi và thức ăn chăn nuôi đã được xử lý là rất khó khăn Bất kỳ phương pháp sử dụng sẽ phải vượt qua những điều vấn đề sau đây:

1 Hoạt động thấp trong thức ăn thành phẩm Một sản phẩm xylanase điển hình (ví dụ, Avizyme 1302, Finnfeeds quốc tế) được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi ở mức 2.5*106 đơn vị xylanase mỗi tấn Khi khảo nghiệm mẫu 10g thức ăn chỉ chứa 25 đơn vị

2 Chất ức chế enzyme xylanase được biết là tồn tại trong lúa mì [787]

3 Như chất nền của các thức ăn chăn nuôi phức tạp, liên kết của các enzyme đến

các thành phần thức ăn chăn nuôi có thể xảy ra, và chiết xuất đặc biệt có thể cần thiết để

giải phóng xylanases

Một trong những phương pháp thường được sử dụng để phân tích thức ăn chăn

nuôi là các xylazine được nhuộm liên kết ngang phương pháp arabinoxylan lúa mì [788],

có thể đo được spectrophotometrically Đây là phương pháp được báo cáo là hiệu quả và

nhanh hơn (có nghĩa phương pháp arabinoxylan hiệu quả và nhanh hơn các phương pháp khác) hơn khảo nghiệm sử dụng chất sinh màu, ví dụ arabinoxylan azo-lúa mì [786] (arabinoxylan là một trong những các nonstarch polysaccharides chính trong ngũ cốc, chiếm 60-70% thành tế bào lúa mì và 2-3%trong bột ngũ cốc, enzyme này được sử dụng một cách thíc hợp trong các quy trình công nghiệp như nướng bánh mì, làm giấy và bột giấy và trong chế biến thức ăn cho gia súc và thực phẩm (chất phụ gia))

Β - glucanases

Lúa mì chứa khoảng 3-4% β - glucan, có tác dụng như một yếu tố ANFs cho gia cầm và lợn bằng cách tăng độ nhớt trong ruột, và thông qua đó để tăng tỷ lệ phân dính ở gia cầm Nó hiện diện trong lớp aleurone và nội nhũ của lúa mạch và yến mach Β-glucan bao gồm một đơn vị glucose mạch thẳng liên kết bằng liên kết β-1,3 và β-1,4 ( Hình 2), liên kết được phân cắt bởi enzyme β-glucanases (E.C.3.2.1.6) để sản xuất đường đơn giản

và đường oligosaccharides

Việc dùng β-glucan trong thức ăn gia súc được thiết lập từ lâu và nó đã mang lại những lợi ích nhất định Nhìn chung việc dùng β-glucan giúp cải thiện cân nặng và hiệu quả thức ăn của cả gia cầm và lợn Trong thức ăn lượng lúa mạch chứa khoảng 30% hoặc nhiều hơn Thịt gà là mục tiêu lớn nhất với việc cải thiện 50% cân nặng.[790] Một kết quả thử nghiệm điển hình sử dụng β-glucanases trong chế độ ăn uống của gà thịt được trình bày ở bảng 3, với sự gia tăng đáng kể trong việc tăng trọng lượng và cải thiện thức

ăn chăn nuôi: đạt được tỷ lệ

Như với enzyme xylanases hầu hết β - glucanases thương mại thường có nguồn gốc

là một trong hai nấm, chủ yếu là Trichoderma hoặc loài Aspergillus, hoặc Bacterial, thường là loài Bacillus

Hình 2: Cấu trúc hóa học của β-glucan

Bảng 3 Việc sử dụng các β-glucanase cho thịt gà ăn khẩu phần dựa trên lúa

mạch

Bảng 4: Thành phần dinh dưỡng cho các thử nghiệm báo cáo trong Bảng 31

(21–42 d)

Các vấn đề liên quan đến việc phân tích thức ăn chứa β-glucanases cũng tương tự như của enzyme xylanases, với cấp độ thấp hơn của các hoạt động sử dụng tạo ra nhiều vấn đề hơn nữa cần nghiên cứu Trong một sản phẩm β-glucanases thương mại cho heo con (Porzyme 8100) mức đề nghị của thu nhận là 600 đơn vị của β-glucanases trên kilogam, trong khi cho gà nó có xu hướng thấp hơn Khảo nghiệm chung nhất cho β-glucanases trong thức ăn sử dụng chất thuốc nhuộm có nhãn, hoặc hòa tan hoặc không hòa tan [791], mặc dù vấn đề nhạy cảm ở các mức độ thấp hơn vẫn còn Chất thuốc nhuộm không hòa tan thì nhạy cảm hơn và là cơ sở trong liên kết ngang polysaccharides

Giống như với khảo nghiêm enzyme xylanase, các công ty khác nhau sử dụng các điều kiện khác nhau để thử nghiệm sản phẩm của họ, với một phạm vi của mức độ pH, nhiệt độ, và cơ chất, và định nghĩa khác nhau của hoạt động Ví dụ, Finnfeeds

International sử dụng pH 5.0 và 3.0 để khảo nghiệm β-glucanases của họ và định nghĩa một đơn vị cũng như lượng mà sẽ giải phóng 1.0 mol glucose/ phút Novozymes sử dụng cùng một định nghĩa nhưng điều kiện sử dụng trong khảo nghiệm cuả họ là pH 5.5 và 37, trong khi Roche sử dụng pH 5.0 và 40 và định nghĩa của họ đơn vị cũng như lượng β-glucanases cần để giải phóng 0.1mmol glucose / phút

2 Enzyme Phytase

Phytic acid (myo-inositol hexakis-dihydrogenphosphate) hiện diện như hình thức

dự trữ phosphot trong rất nhiều ngũ cốc và cây họ đậu làm thực ăn cho động vật và hoạt động như nguồn gốc chính của inositol Các bản chất khác nhau từ cây này đến cây khác, với việc hình thành phytate 60% của tổng phosphot trong bột đậu tương, 72% trong bắp,và 77% trong lúa mì [792] Động vật dạ dày đơn có thể chỉ tiêu hóa một phần, nó như là chúng thiếu các enzym nội sinh cần thiết Điều này dẫn đến sự bài tiết của phytic acid không tiêu, mà nó chịu trách nhiệm cho tình trạng ô nhiễm phosphot phytate [792] đáng chú ý nhất ô nhiễm nguồn nước sau khi dòng chảy từ đất nông nghiệp

Phosphot là một phần quan trọng của chế độ ăn cho gia cầm và heo như nó được

sử dụng trong sự hình thành và duy trì của cấu trúc xương và liên quan đến nhiều quá trình trao đổi chất Do đó, do không có các chất phosphot trong dạng acid phytic, và những ảnh hưởng của mức độ thiếu hụt phosphot, bao gồm biếng ăn dẫn đến tăng cân thấp, chứng rối loạn chân, giảm khả năng sinh sản, khi chế độ ăn ở gia cầm và lợn được xây dựng họ phải bổ sung bằng nguồn phosphot vô cơ Tuy nhiên, mức độ của phosphot trong chế độ ăn sau đó thường vượt mức cần thiết cho động vật do số lượng ước đoán có sẳn của phosphot thực vật Do đó, nhiều phosphot bổ sung cũng được bài tiết bởi các loài động vật, một lần nữa dẫn đến tăng ô nhiễm môi trường

Bất lợi khác, ở mức độ cao của phytic acid trong chế độ ăn đó là khả năng chelate kali, Ca, Cu, Zn, Mg [793], do đó là giảm khả năng tận dụng chúng đến động vật và tạo phytic acid thành một ANF

Vậy Chelate là gì? Chelate là phức chất vòng càng (càng cua) giữa các hợp chất hữu cơ dẫn xuất từ amino axit, Polycacboxylic axit với các ion kim loại Ion kim loại