(Luận văn thạc sĩ) sử dụng chế phẩm đa enzyme (α amylase, glucoamylase, cellulase) chế biến bã thải tinh bột dùng làm thức ăn chăn nuôi lợn

TRÍCH YẾU LUẬN VĂNTên tác giả: Trần Anh Tuyên Tên luận văn: “Sử dụng chế phẩm đa enzyme α - Amylase, glucoamylase, cellulase chế biến bã thải tinh bột dùng làm thức ăn chăn nuôi lợn” Tên

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

TRẦN ANH TUYÊN

SỬ DỤNG CHẾ PHẨM ĐA ENZYME

(α-AMYLASE, GLUCO(α-AMYLASE, CELLULASE) CHẾ BIẾN BÃ THẢI TINH BỘT DÙNG LÀM

THỨC ĂN CHĂN NUÔI LỢN

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 văn 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 văn này đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Trần Anh Tuyên

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn, 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 văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Kim Đăng và TS Vũ Văn Hạnh 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 văn Tôi xin chân thành cám ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức của Bộ môn Sinh lý

- Tập tính động vật và Viện Công nghệ sinh học - Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam

đã giúp đỡ và tạo điều kiện giúp 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 văn./.

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Trần Anh Tuyên

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục chữ viết tắt vi

Danh mục bảng vii

Danh mục hình viii

Trích yếu luận văn ix

Thesis abstract xi

Phần 1 Mở đầu 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Ý nghĩa của đề tài 2

1.3.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

Phần 2 Tổng quan tài liệu 3

2.1. Tổng quan về enzyme phân hủy tinh bột sống và enzyme cellulase 3

2.1.1 Enzyme thủy phân tinh bột sống 3

2.1.2 Cellulase 10

2.2 Nhu cầu dinh dưỡng và đặc điểm tiêu hóa protein của lợn thịt .10

2.2.1 Nhu cầu các chất dinh dưỡng của lợn thịt 10

2.2.2 Đặc điểm tiêu hóa protein ở lợn 17

2.3. Năng suất, chất lượng thân thịt của lợn và những yếu tố ảnh hưởng 18

2.3.1 Đánh giá năng suất và chất lượng thịt của lợn 18

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng thịt 18

2.4 Hiệu quả sử dụng enzyme trong sản xuất thức ăn chăn nuôi 21

2.5. Những vấn đề còn tồn tại của các công nghệ sản xuất enzyme thủy phân tinh bột hiện nay 23

2.6. Tình hình chế biến tinh bột và chất thải từ hoạt động chế biến tinh bột ở nước ta 24

2.7. Tổng quan tình hình nghiên cứu về sử dụng enzyme bổ sung vào thức ăn

trong và ngoài nước 26

2.7.1. Tình hình nghiên cứu về enzyme bổ sung thức ăn gia súc trên thế giới 26 2.7.2. Tình hình nghiên cứu về enzyme bổ sung thức ăn gia súc ở trong nước 28 Phần 3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 31

3.1 Địa điểm nghiên cứu 31

3.2 Thời gian nghiên cứu 31

3.3 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 31

3.4 Nội dung nghiên cứu 32

3.5 Phương pháp nghiên cứu 32

3.5.1. Phương pháp đánh giá chất lượng, độ an toàn của chế phẩm đa enzyme 32 3.5.2. Phương pháp nghiên cứu xác định mức bổ sung thích hợp chế phẩm để lên men bã thải tinh bột tạo thức ăn chăn nuôi 34

3.5.3. Phương pháp nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm đến các chỉ tiêu kỹ thuật chăn nuôi lợn thịt 35

3.5.4 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 39

Phần 4 Kết quả và thảo luận 40

4.1 Kết quả về chất lượng, độ an toàn của chế phẩm 40

4.1.1 Các chỉ tiêu về độ an toàn và cảm quan của chế phẩm 40

4.1.2 Đánh giá chất lượng của chế phẩm đa enzyme và probiotic 41

4.1.3 Khảo sát hoạt độ enzyme của chế phẩm 44

4.2. Xác định mức bổ sung thích hợp của chế phẩm trong lên men bã thải tinh bột làm thức ăn chăn nuôi45 4.2.1 Thành phần hóa học của bã sắn tươi 45

4.2.2. Biến đổi về pH và cảm quan của các công thức trước và sau khi lên men 48 4.2.3 Thành phần hóa học của bã sắn sau khi ủ 50

4.3. Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm đến các chỉ tiêu kỹ thuật chăn nuôi lợn thịt 52

4.3.1 Khối lượng cơ thể lợn qua các giai đoạn nuôi thí nghiệm 52

4.3.2 Khả năng thu nhận thức ăn của lợn thí nghiệm 60

4.3.3 Tiêu tốn thức ăn cho 1 kg khối lượng 61

4.3.4. Kết quả mổ khảo sát đánh giá năng suất, chất lượng của lợn thí nghiệm 62

Phần 5 Kết luận và kiến nghị 66

5.1 Kết luận 66

5.2 Kiến nghị 66

Tài liệu tham khảo 67

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1.Các chỉ tiêu đánh giá độ an toàn cảm quan của chế phẩm 32

Bảng 3.2.Bố trí thí nghiệm các công thức ủ trong phòng thí nghiệm 34

Bảng 3.3.Phương pháp bố trí thí nghiệm trên lợn thịt 35

Bảng 3.4.Thành phần thức ăn khẩu phần cơ sở 36

Bảng 4.1.Các chỉ tiêu về chất lượng và độ an toàn của chế phẩm 40

Bảng 4.2.Mật độ vi sinh vật trước và sau khi xử lý với muối mật 42

Bảng 4.3.Hoạt tính kháng khuẩn của các chủng probiotic 42

Bảng 4.4.Số lượng vi sinh vật probiotic của chế phẩm ở các pH khác nhau 44

Bảng 4.5.Hoạt độ enzyme của chế phẩm 44

Bảng 4.6.Thành phần hóa học của bã sắn tươi 46

Bảng 4.7.Thành phần hóa học của bã sắn ngay sau khi trộn chế phẩm ở các công thức khác nhau 47

Bảng 4.8.Biến đổi về pH và cảm quan của bã sắn ở các công thức qua các ngày ủ 49 Bảng 4.9.Thành phần hóa học của các công thức sau khi ủ 4 ngày 51

Bảng 4.10 Sinh trưởng tích lũy của lợn thí nghiệm 53

Bảng 4.11 Sinh trưởng tuyệt đối của lợn qua các giai đoạn thí nghiệm.56 Bảng 4.12 Sinh trưởng tương đối của lợn thí nghiệm 59

Bảng 4.13 Thức ăn thu nhận 60

Bảng 4.14 Tiêu tốn thức ăn /1 kg tăng khối lượng lợn thí nghiệm (kg) 61

Bảng 4.15 Kết quả mổ khảo sát lợn thí nghiệm 63

Bảng 4.16 Thành phần hóa học của thịt lợn 64

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ enzyme endoamylase và exoamylase 5

Hình 2.2 Cấu trúc không gian của α-Amylase 6

Hình 3.1 Bã sắn 31

Hình 3.2 Chế phẩm đa enzyme thô 31

Hình 4.1 Kiểm tra vi khuẩn hiếu khí của chế phẩm 41

Hình 4.2 Hoạt tính kháng khuẩn của các vi sinh vật probiotic 43

Hình 4.3 Hình ảnh xác định hoạt độ enzyme 45

Hình 4.4 Bã sắn tươi 46

Hình 4.5 Bã sắn sau lên men 50

Hình 4.6. Sự biến động của protein thô giữa các công thức trước và sau khi ủ 51 Hình 4.7 Sinh trưởng tích lũy của lợn thí nghiệm 55

Hình 4.8 Sinh trưởng tuyệt đối của lợn thí nghiệm 57

Hình 4.9 Sinh trưởng tương đối của lợn thí nghiệm 60

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả: Trần Anh Tuyên

Tên luận văn: “Sử dụng chế phẩm đa enzyme (α - Amylase, glucoamylase, cellulase) chế biến bã thải tinh bột dùng làm thức ăn chăn nuôi lợn”

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp

Việt Nam Mục đích nghiên cứu

Nâng cao chất lượng của phụ phẩm giàu bột đồng thời giảm ô nhiễm môi trường tại các khu chế biến phế phụ phẩm.

Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá chất lượng, độ an toàn của chế phẩm

- Nghiên cứu mức bổ sung thích hợp chế phẩm đa enzyme và probiotic vào bã sắn trong điều kiện phòng thí nghiệm.

- Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm đến các chỉ tiêu

kỹ thuật trong chăn nuôi lợn thịt.

Phương pháp nghiên cứu

Phân tích chế phẩm đa enzyme và probiotic tại phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Bố trí thí nghiệm chia 5 công thức ủ: CT1 (đối chứng sử dụng 30%

bã sắn); CT2 (30% bã sắn + 3% enzyme (α-amylase, Glucoamylase, Cellulase) +107 (CFU/ml) probiotic (Saccharomyces, Baclillus subtillis, Lacto-bacillus) + 1% Urê); từ CT3 - CT5 các thành phần giống với CT2 chỉ thay đổi lượng enzyme bổ sung lần lượt: 5%; 7%; 10%).

Thí nghiệm tiếp theo được bố trí theo phương pháp phân lô so sánh Chọn

240 lợn ngoại giai đoạn từ 60 - 165 ngày tuổi kiểm tra hiệu quả sử dụng bã sắn ủ với enzyme và probiotic Lợn được chia thành 4 công thức theo thiết kế khối ngẫu nhiên Công thức 1 (CT1) lợn sử dụng khẩu phần cơ sở (KPCS), CT2 lợn sử dụng KPCS có 10%BSU (Bã sắn ủ 30% + enzyme 7% + probiotic 10 7 CFU/ml: Saccharomyces, Baclillus subtillis, Lactobacillus + Urê 1%), CT3 lợn sử dụng KPCS

có 20%BSU, CT4 lợn sử dụng KPCS có 30% BSU Kết quả được xử lý theo phương pháp thống kê sinh vật học trên phần mềm Excel 2013 và Minitab 16.0.

Kết quả nghiên cứu

Chế phẩm đa enzyme có màu vàng nhạt, thơm, chua nhẹ Tổng số vi khuẩn hiếu khí có mật độ < 10 6 CFU/g không phát hiện độc tố aflatoxin, vi khuẩn E.coli và Salmonella trong chế phẩm Tỷ lệ sống sót của probiotic qua muối mật và pH = 3 cao

là Lactobacillus sp và Bacillus subtilis) Hoạt độ enzyme phân giải tinh bột sống và cellulose cao (α-amylase: 34,45 KU/g; Gluco-amylase: 45,57 KU/g; Cellulase: 16,89

màu vàng nâu, thơm, chua nhẹ, pH = 3,79, không còn HCN, hàm lượng tinh bột, xơ thô giảm lần lượt 54,6%, 56,5% so với trước khi ủ; Hàm lượng protein thô tăng gấp 3,51 lần, hàm lượng axit hữu cơ tăng hơn 39,6% so với trước khi ủ.

Kết quả cho thấy việc sử dụng 20%BSU thay thế KPCS cho sinh trưởng tích lũy tại 165 ngày, sinh trưởng tương đối giai đoạn 91 - 105 ngày, sinh trưởng tuyệt đối toàn kỳ và hiệu quả sử dụng thức tăng hơn lần lượt 5,44%; 6,78%; 5,85%; 6,26%

so với không sử dụng BSU Sử dụng 20%BSU nâng cao diện tích có thăn 7,73% và

tỷ mỡ trong thịt thăn 22,5%, thịt mông 31,90% so với không sử dụng BSU.

THESIS ABSTRACT

Master candiate: Tran Anh Tuyen

Thesis title: “Using bio-product multi-enzyme (α - Amylase, glucoamylase,

Major: Animal science Code: 60.62.01.05

Educationnal organization: Viet Nam National University of Agriculture (VNUA)

Research Objectives: To improving the quality of starch -riche by-products as well as decreasing polluted evironment in the areas of starch processing.

Research contents

- Evaluate the quality, safety levels of the bio-products

- Study on its suitable complement of the products with

multi-enzymes and probiotics to casava residue in laboratorial conditions

- Evaluate the effect of bio-products supplementation on technical parameters in pig production

Materials and Methods

Analysis of multi enzyme and probiotics in Laboratory of biotechnology Academy of science and technology in Viet Nam

The experiments were divided into 5 groups: Group 1 (the control group 10% casava residue), group 2 (30% casava residue + 3% enzyme (α-amylase, Gluco-amylase,

1% Urê) Group 3 to group 5: as the same in elements but different in the level of enzyme (α-amylase, Gluco-amylase, Cellulase) (5%, 7%, 10%).

The next experiment was arraged into group comparison Selection of 240 exotic pigs from periods 60 - 165 days to test the effective of using casava residue with enzyme and probiotics The pigs were divided into 4 groups randomly Pigs used the basic ration in the group 1 In the group 2, pigs used the basic ration with 30% casava

Lactobacillus + Urê 1%) Pigs used the basic ration with 20% casava residue in group 3 and 30% casava residue in group 4 The results were processed according to the biostatistical method in the software Excel 2013 and Minitab 16.0.

Main findings and conclusions

The results showed the products with multi-enzymes were yellowish,

sweet-smelling, sourish Total of aerobic bacteria with CFU < 10 6 CFU/g did not detected the toxin of aflatoxin Survival of probiotic soaked in bile salts and pH = 3 was high quantity >10 7 CFU/ml Enzymes analysed highly starch and cellulose (α-amylase: 34,45 KU/g; Gluco-amylase: 45,57 KU/g; Cellulase:16,89 KU/g) Casava residue after

4 days ensilaged with 7% enzyme and 10 7 CFU/ml: yellow-brown, smell, sourish, pH

= 3,79, without HCN, the level of starch and cellulose was decreased to 54,6% and 56,5%, respectively The level of crude protein was increased to 3,51 times, organic acids increased to 39,6% comparison to before ensilaging.

The results showed using 20% casava residue replacing for basic ration has accumulative growth in 165 days, relative growth in 91-105 days, completed growth and effective using feed increased to 5,44%, 6,78% and 6,26%, respectively Using 20% of casava residue improved meat areas (7,73%) and fat ration (22,5%), rump meat (31,90%) in comparison without using casava residue.

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Chăn nuôi lợn có vai trò rất quan trọng, nó cung cấp nguồn thực phẩm tiêu dùng chính và có giá trị dinh dưỡng cao cho con người Số lượng đàn lợn tăng liên tục từ năm 1990 trở lại đây và từ năm 2001 - 2007 bình quân mỗi năm tăng gần 1 triệu con Theo tổng cục thống kê thì tổng số lợn cả nước tính đến tháng 11 năm 2016 đạt khoảng 29,1 triệu con, tăng khoảng 4,8% so với cùng kỳ năm 2015 Theo số liệu thống kê (Pig Internation, 2015), Việt Nam là nước nuôi nhiều lợn, đứng thứ 3 trên thế giới.

Tuy nhiên chăn nuôi lợn vẫn còn nhiều bất ổn, khó khăn và thách thức do môi trường, dịch bệnh, biến động giá cả thị trường… Đặc biệt, giá thức ăn luôn tăng cao và cao hơn 20% so với khu vực Nguyên nhân chủ yếu do nguồn nguyên liệu làm thức ăn chăn nuôi phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu nước ngoài Hàng năm, nước ta chi cho nhập khẩu nguyên liệu là 3 tỉ USD và con số này có xu thế tăng lên mỗi năm.

Trong khi đó, các sản phẩm phụ của nông nghiệp và công nghiệp như rơm rạ, lõi ngô, vỏ lạc, trấu, thân cây, mùn cưa, bã mía đặc biệt là phế thải của nhiều làng nghề sản xuất tinh bột, các nhà máy xuất tinh bột và chế biến tinh bột sắn như bã sắn, bã ngô…được thải ra môi trường với số lượng lớn và chưa được sử dụng thích hợp, gây thiệt hại về kinh tế và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Theo số liệu thống kê của FAO, Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ hai trên thế giới, chỉ sau Thái Lan Tinh bột sắn được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, thực phẩm khác nhau Chính vì vậy trong những năm gần đây ở nước ta nhiều nhà máy sản xuất và chế biến tinh bột sắn ra đời Theo ước tính, một nhà máy chế biến tinh bột sắn có công suất 30 - 100 tấn/ngày sẽ sản xuất được 7,5 - 25 tấn tinh bột, kèm theo đó là 12 - 48 tấn bã sắn.

Thành phần bã sẵn vẫn còn dinh dưỡng khá cao gồm 5,3% protein, 56% tinh bột, 0,1% chất béo, 2,7% tro và 35,9% xơ Độ ẩm trên 80% nên khi phơi dễ bị nhiễm khuẩn, sinh mùi khó chịu ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường xung quanh Như vậy giải quyết ô nhiễm môi trường tại các nhà máy hoặc các khu chế biến bột sắn là vấn đề cấp bách.

Hơn nữa, bã sắn hiện nay chủ yếu được bán làm thức ăn gia súc ở dạng khô

hoặc tươi với hiệu quả sử dụng thấp gây lãng phí và hiệu quả không cao Vì vậy việc xử lý bã sắn làm tăng giá trị cho bã sắn tạo nguồn thức ăn giàu dinh cho vật nuôi là vấn đề cần thiết.

Chế phẩm đa enzyme (α-amylase, glucoamylase, cellulase) có khả năng thủy phân tinh bột sống không qua nấu chín để thành glucose và oligosaccharides

ở điều kiện nhiệt độ thường, cellulase phân giải các nguồn cellulose tạo đường hòa tan và glucose Phế thải của các làng nghề sản xuất và chế biến tinh bột ở

là nguồn cơ chất rất thích hợp cho hoạt động của các enzyme này.

Việc sử dụng các enzyme có khả năng phân hủy tinh bột sống và cellulose có ý nghĩa thực tiễn cao nhằm xử lý nguồn phế thải tạo thức ăn cho gia súc với giá trị dinh dưỡng cao, giá thành rẻ, công nghệ hợp lý và đặc biệt làm giảm thiểu ô nhiễm trong các làng nghề Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên việc thực hiện đề tài “Sử dụng chế phẩm đa enzyme (α - Amylase, glucoamylase, cellulase) chế biến bã thải tinh bột dùng làm thức ăn chăn nuôi lợn” là rất cần thiết 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Nâng cao hiệu quả chăn nuôi lợn bằng cách chế biến sử dụng bã sắn ủ.

- Góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường tại các khu chế biến

phế bã thải tinh bột.

1.3 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

- Kết quả của đề tài sẽ góp phần làm phong phú thêm cơ sở dữ liệu về

khả năng phân giải bã thải tinh bột của một số enzyme và probiotic bổ sung.

- Kết quả của nghiên cứu này sẽ là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo sử dụng chế phẩm đa enzyme và probiotic bổ sung vào bã sắn nâng cao năng suất chăn nuôi và giảm ô nhiễm môi trường tại các khu chế biến bã thải tinh bột.

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Tận dụng phế phụ phẩm rẻ tiền chế biến làm thức ăn chăn nuôi lợn, nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường tại các khu chế biến tinh bột.

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TỔNG QUAN VỀ ENZYME PHÂN HỦY TINH BỘT SỐNG VÀ ENZYME CELLULASE

2.1.1 Enzyme thủy phân tinh bột sống (RSDE)

Enzyme thủy phân tinh bột sống bao gồm 2 loại enzyme α- amylase và glucoamylase có khả năng thủy phân tinh bột sống không qua nấu chín để thành glucose và oligosaccharides ở điều kiện nhiệt độ thường (30 - 37 o C) mà không cần thực hiện hai bước như hiện này: (i) hồ hóa bởi nhiệt và ii) đường hóa Kelly et al (1995) Sử dụng RSDE trong thủy phân tinh bột sống cung cấp nhiều lợi thế hơn hơn việc sử dụng axit để thủy phân trong chuyển các loại polysaccharide thành đường đơn, đường đôi giảm chi phí năng lượng từ 40 - 50%, thiết bị sử dụng đơn giản không đắt tiền, thiết bị sử dụng được bền lâu hơn, tạo ra các sản phẩm chất lượng cao hơn, hiệu quả năng lượng hơn, môi trường làm việc an toàn, thân thiện với môi trường Matsumoto et al (1982) RSDE được tìm thấy trong các chủng nấm sợi như Aspergillus sp., A usami, Rhizopus sp Abe et al (1988); Abu et al (2005); Matsumoto et al (1982); Vu et al (2010, 2012), hoạt tính của enzyme thủy phân tinh bột sống mạnh ở giải nhiệt độ rộng (30 - 60 o C).

Hoạt tính mạnh nhất ở nhiệt độ tối ưu 55 o C, enzyme này đã được sử dụng nhiều trong chế biến thực phẩm, và đồ uống như sản xuất rượu bằng con đường đường hóa và lên men đồng thời, sản xuất maltose, glucose, 2.1.1.1 Enzyme α-amylase (α-1,4-glucanohydrolase)

Lịch sử phát hiện (Hoàng Ngọc Duy Quang và cs., 2010).

Năm 1814: Kirchoff, Saint Petercburg chứng minh hạt lúa mạch nảy mầm có tác dụng chuyển hóa tinh bột thành đường ở nhiệt độ từ 40 - 60 o C.

Năm 1833, Payen và Perso (Pháp) thêm cồn vào dịch chiết này, thu được kết tủa có khả năng phân giải tinh bột thành đường, và đặt tên là Diastase (xuất phát từ tiếng Hy Lạp, diastatics, có nghĩa là phân giải, đó là Amylase) Sau này theo đề nghị của Duclo, Enzyme phân giải tinh bột được gọi là Amylase.

Năm 1851: Leuchs đã phát hiện nước bọt cũng có khả năng phân giải tinh bột thành đường Sau đó, các Amylase trong nước bọt, trong dịch tiêu hóa của người và động vật, trong hạt nảy mầm, nấm mốc, nấm men và vi khuẩn bắt đầu được quan tâm nghiên cứu.

Năm 1862, Danilevxki đã tách được Amylase của tuyến tụy bằng phương pháp hấp thụ chọn lọc.

Năm 1949, Schwimmer đã xác định được số chu chuyển của Amylase là 19.000.

α-Năm 1950, Englard và Singer cho biết số chu chuyển của -Amylase là 250.000.

Đến năm 1952, người ta đã thu được 72 enzyme ở trạng thái kết tinh trong đó có 4 α-Amylase (Nguyễn Lê Hoàng và cs., 2010).

Năm 1971, Uxtinilov và cs bằng phương pháp điện di trên gel poliacrylamid đã xác định được sự có mặt của một lượng lớn α- Amylase và glucoamylase trong canh trường nấm mốc và một lượng nhỏ các phân đoạn có hoạt lực dextrinase và transglucosilase.

Hiện nay các nước trên thế giới sản xuất hàng trăm tấn chế phẩm enzyme, trong đó Nhật là nước có truyền thống lâu đời nhất, sau đó đến Anh, Pháp, Mỹ, Đan Mạch, Thụy Điển, đặc biệt hãng Novo của Đan Mạch là 1 trong những hãng sản xuất enzyme nổi tiếng trên thế giới Bên cạnh đó trong những năm gần đây các nước Đông

Âu và Trung Quốc cũng bắt đầu nghiên cứu và sản xuất enzyme.Nếu như ở Tây Âu mạch nha từ lúa mạch là nguồn enzyme chủ yếu cho việc chuyển hóa tinh bột thành đường thì ở Viễn Đông Amylase thường được sản xuất từ nấm mốc trên môi trường nuôi cấy là các loại ngũ cốc có chứa tinh bột Như hãng Novo đã có nhiều chế phẩm Amylase đang được

sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: Công nghiệp sản xuất rượu bia, công nghiệp sản xuất bột giặt, công nghiệp giấy…

- Exoamylase Đây là những enzyme thủy phân tinh bột tử đầu không khử của chuỗi polysaccharide Nhóm này gồm có:

+ β-Amylase (EC 3.2.1.2)

+ Amyloglucosidase (glucoamylase hay γ-Amylase) (EC 3.2.1.3) Amylase

cơ chế tác dụng và sản phẩm cuối cùng của quá trình thủy phân khác nhau.

+ Amylase có nguồn gốc khác nhau sẽ có thành phần, tính chất, nhiệt độ hoạt động, pH tối ưu và các đặc điểm thủy phân khác nhau.

- Cấu tạo: α-amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường nằm trong khoảng 50.000 - 60.000 Dal Có một số trường hợp đặc biệt như α-amylase của

vi khuẩn Bacillus macerans có phân tử lượng lên tới 130.000 Dal Đến nay người

ta đã biết rất rõ các chuỗi acid amin của 18 loại amylase nhưng chỉ có 2 loại amylase take-Amylase từ Aspergillus orysee và α-amylase của tụy lợn được nghiên cứu kỹ về hình thể không gian cấu trúc bậc 3 Mới đây các nghiên cứu về tính đồng nhất của chuỗi mạch acid amin về vùng kị nước cho thấy các chuỗi mạch acid amin của tất cả các α-amylase đều có cấu trúc bậc ba tương tự nhau.

α-Hình 2.2 Cấu trúc không gian của α-Amylase

- Cơ chế tác dụng của α-amylase: α-amylase từ các nguồn khác nhau có nhiều điểm rất giống nhau α-amylase có khả năng phân cắt các liên kết 1,4-α- glucoside nằm phía bên trong polysaccharide một cách ngẫu nhiên tạo ra dextrin, oligosaccharide và glucose α-amylase thủy phân cầu liên kết α- glucoside, trong các đại phân tử polysaccharides như: tinh bột và glycogen Sản phẩm thủy phân là glucose và maltose Đây là sản phẩm thủy phân chính của α- amylase ở người và động vật có vú khác Enzyme này cũng có mặt trong hạt có chứa tinh bột và ở nhiều loại nấm α-amylase được dùng nhiều trong xuất ethanol từ tinh bột, sản xuất bánh mỳ Một số hợp chất ức chế enzyme này (như Tris), để xác định hoạt tính của α-amylase dựa trên hàm lượng đường khử được giải phóng theo Miller (1959), hoặc định tính enzyme bằng thuốc thử iốt α-amylase ở tuyến nước bọt và từ một

số nấm sợi có khả năng thủy phân tinh bột thành maltose và dextrin Khả năng thủy phân tinh bột của amylase rất mạnh chuyển hóa tinh bột dạng không tan thành dạng tan (amylodextrin, erythrodextrin và achrodextrin), đặc biệt là maltose Một α- amylase hay gọi "Termamyl" được sử dụng rất phổ biến hiện nay từ B licheniformis, và cũng được sử dụng trong công nghiệp tẩy rửa, đặc biệt trong công nghiệp tẩy tinh bột.

Quá trình thủy phân tinh bột bởi α-amylase là quá trình đa giai đoạn (Hoàng Ngọc Duy Quang và cs., 2010).

- Giai đoạn dextrin hóa: Chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp (α-dextrin) độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh).

- Giai đoạn đường hóa: Các dextrin phân tử thấp tạo thành bị thủy phân tiếp tục tạo ra các tetra-trimaltose không cho màu với iodine Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi α-amylase cho tới disaccharide và thành oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucose.

- Các polyglucose bị phân cắt tiếp tục tạo nên các mạch polyglucose collagen

cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltotetrose, maltotriose và maltose Qua một thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của amylose chứa 13% glucose và 87% maltose Tác dụng của α-amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng

vì không phân cắt được liên kết α-1.6-glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì sản phẩm cuối cùng ngoài các đường nói trên còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%.

- Đặc tính của α-amylase

α-amylase từ các nguồn khác nhau có thành phần amino acid khác nhau, mỗi loại α-amylase có một tổ hợp amino acid đặc hiệu riêng, α-amylase là một loại protein giàu tyrosine, tryptophan, acid glutamic và aspartic chiếm khoảng

¼ tổng lượng amino acid cấu thành nên phân tử enzyme:

+ α-amylase có ít methionine và có khoảng 7 - 10 gốc cysteine+ α-amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng + Protein của các α-amylase có tính acid yếu và có tính chất của

globuline

+ Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH 4,2 - 5,7

Tất cả các amylase đều bị kìm hãm bởi các kim loại nặng như Cu2+, Ag+, Hg2+ Một số kim loại như: Li+, Na+, Cr3+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Sn2+,

Cr3+ không có ảnh hưởng mấy đến α-amylase Một đặc điểm cần lưu ý là hầu hết α-amylase khá bền với tác động của protease như pepsin, trypsin, papain (Hoàng Ngọc Duy Quang và cs., 2010)

α-amylase của nấm mốc hầu như chỉ tấn công những hạt tinh bột bị thương tổn Sản phẩm cuối cùng của thủy phân α-amylase là glucose và maltose, đối với nấm sợi tỉ lệ là: 1: 3,79, α-amylase của nấm sợi không tấn công liên kết α-1,6- glycoside của amylopectin nên khi thủy phân nó sẽ tạo thành các dextrin tới hạn

phân nhánh Đây là một cấu trúc phân tử tinh bột do enzyme α-amylase phân cắt tạo thành dextrin tới hạn phân nhánh Sản phẩm thủy phân cuối cùng của tinh bột dưới tác động của α-amylase nấm sợi chủ yếu là maltose, thứ đến là maltotriose Nồng độ α-amylase của vi sinh vật tương đối lớn có thể chuyển hóa 70 - 85% tinh bột thành đường lên men Còn các α-amylase của nấm mốc thì mức độ đường hóa đến glucose và maltose lên tới 84 - 87% (Nguyễn Đức Lượng, 2004).

Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúc tác của α-amylase từ các nguồn khác nhau cũng không đồng nhất, α-amylase của nấm sợi rất nhạy cảm đối với tác động nhiệt nhiệt độ tối thích của nó là 50 o C và bị vô hoạt ở 70 o C Hàm lượng đường khử tăng từ 19 mg/bã sắn ở 37 0 Cvà đạt cực đại ở 55 0 C là 49 mg/g bã sắn Tuy nhiên, khi nhiệt độ ≥ 60 0 C khả năng thủy phân tinh bột bắt dầu giảm Vũ Văn Hạnh và cs (2016) Amylase ở 50 0 C để tăng hiệu suất thu hồi lượng đường khử khi thủy phân

bã sắn Lacerda et al (2009) Gaewchingduang et al (2010) đã sử dụng amylase thương mại để thủy phân bã sắn ở 550C nhằm tăng hiệu suất thu hồi đường khử bằng việc xử lý nhiệt trước khi thủy phân bằng enzyme.

Trong dung dịch đệm pH 4,7, α-amylase của Aspergillus oryzae rất nhạy cảm với tác động của nhiệt độ cao, thậm chí ở 40 o C trong 3 giờ hoạt lực dextrin hóa của nó chỉ còn 22-29%, hoạt lực đường hóa còn 27-85%; ở

50 o C trong 2 giờ α-amylase của nấm sợi bị vô hoạt hoàn toàn (Miller, 1959).2.1.1.2 α -amylase (Enzyme Glucoamylase): Glucoamylase (1,4-α-D- glucan - glucohydrolase, EC 3.2.1.3)

- Cấu tạo: α-amylase thuộc lớp glycoside hydrolase (GH) nhóm

15 (Henrissat, 1991), là một exo-hydrolase, thủy phân cả 1,4 và 1,6- glucosidic từ đầu không khử của tinh bột, oligo- liên quan, trong olysaccharides tạo đường glucose.

α-α-amylase chủ yếu được tạo ra bởi các vi sinh vật, đặc biệt từ Aspergillus, Penicillium và Rhizopus α-amylase từ nấm mốc là các protein có khối lượng phân tử dao động rất lớn từ 27.000 đến 112.000 Dal tùy thuộc vào nguồn gốc của enzyme, nói chung thì các α-amylase đều có chứa gốc methionine, tryptophan và một nửa gốc cysteine.

Tuy nhiên mối quan hệ giữa chuỗi acid amin, cấu trúc bậc 3 và hoạt động của enzyme vẫn chưa được làm sang tỏ, tất cả các α-amylase từ nấm mốc đều

là glucoprotein chứa từ 5-20% gluxit trong đó chủ yếu là các mono sacchraride,

glucose, mannose, galactose và glucosamine, các amyloglucosidase chủ yếu được tạo nên từ hai iso enzyme và II khác nhau ở khả năng thủy phân tinh bột ở trạng thái rắn và bởi độ bền của chúng Amyloglucosidase I tự hấp thụ và thủy phân tinh bột ở trạng thái rắn, ngược lại amyloglucosidase

II không có cả hai tính chất này (Hoàng Ngọc Duy Quang và cs., 2010).

- Cơ chế hoạt động: α-amylase có thể giải phóng ra β-D-glucose bằng cách thủy phân lặp lại nhiều lần các liên kết α-1,4 của mạch α-glucan từ đầu không khử, chúng cũng thủy phân được các liên kết α-1,6 và α-1,3 nhưng rất chậm (10-30 lần) Tốc độ thủy phân cũng phụ thuộc vào bản chất của các liên kết kề cận với các liên kết glucozit được thủy phân, cũng như kích thước và cấu trúc của cơ chất bị thủy phân, nhất là với các α-glucan mạch dài (amylose và amylopectin) thì bị thủy phân nhanh hơn là cac maltodextrin và các oligosaccharide (Hoàng Ngọc Duy Quang và cs., 2010).

- Tính chất: α-amylase có khả năng thủy phân các liên kết α-1,4 lẫn α-1,6 glucoside Khi thủy phân liên kết α-1,4-glucan trong chuỗi polysaccharide, glucoamylase tách lần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của mạch để tạo ra glucose Đây là enzyme ngoại bào, ngoài các liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside, α-amylase còn có khả năng thủy phân các liên kết α-1,2 và α-,6-glucoside (Võ Văn Tuấn, 2008).α-amylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, glycogen, amylopectin, dextrin, panose, iso maltose và maltose thành glucose mà không cần có sự tham gia của các loại enzyme khác α-amylase thủy phân các polysaccharide có phân tử lớn nhanh hơn so với các chất có phân tử nhỏ Các polysaccharide có nhánh như amylopectin, glucogen, bị α-amylase thủy phân khá nhanh, đa số α-amylase có hoạt lực cao nhất ở vùng có pH 3,5 - 5,5 và nhiệt độ 50 o C Nó bền với acid hơn α-amylse nhưng kém bền hơn trong rượu, acetone và không được bảo vệ bơi Ca 2+ (Hoàng Ngọc Duy Quang và cs., 2010) Glucoamylase là enzyme thủy phân quan trọng trong công nghiệp và có ý nghĩa trong công nghệ sinh học, hiện đang được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm Glucoamylase chủ yếu được sử dụng trong sản xuất xi-rô, glucose, syrup fructose từ ngô, và trong sản xuất rượu Việc sản xuất enzyme này do nhiều chủng nấm sợi khác nhau như Aspergillus niger, A oryzae, và A Terreus, Rhizopus Độ pH và nhiệt độ tối ưu của glucoamylases

thường tương ứng trong khoảng 4,5 - 5,0 o C và 46 - 60 o C Glucoamylase là enzyme có lịch sử lâu đời nhất, đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, chế biến tinh bột và vì tầm quan trọng thương mại của nó, rất nhiều glucoamylases từ nấm sợi đã được nghiên cứu Các ứng dụng chính của glucoamylase là đường hóa một phần trong chế biến tinh bột/ dextrin thành glucose, đây là một cơ chất cơ bản cần thiết cho rất nhiều quá trình lên men trong một loạt các ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát Một đơn vị hoạt tính của GA (U/ml) được định nghĩa là lượng enzyme cần thiết để giải phóng 1 μmol glucose / phút ở điều kiện thí nghiệm Hoạt tính này cũng được thể hiện qua U/ mg sinh khối, và U/mg protein.

2.1.2 Cellulase

Cơ chất cellulose bị thủy phân tạo đường hòa tan và glucose bởi nhóm cellulase Nhiều chủng vi sinh vật bao gồm nấm mốc, nấm sợi, vi khuẩn và actinomycetes sản xuất cả ba loại cellulase chủ yếu gồm: endo- 1,4-β-D-glucanase (EC3.2.1.4), exo-1,4-β-D-glucanase (EC.3.2.1.91) và cellobiose/β-glucosidase (EC3.2.1.21) hoặc sản xuất từng enzyme riêng rẽ, mức độ hoạt tính tủy thuộc chủng giống và công nghệ lên men Trong nhiều thập kỷ qua, các enzyme dùng trong chế biến TĂCN đã được nghiên cứu ở mức độ cơ bản, tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề phải nghiên cứu sâu hơn.2.2 NHU CẦU DINH DƯỠNG VÀ ĐẶC ĐIỂM TIÊU HÓA PROTEIN CỦA LỢN THỊT

2.2.1 Nhu cầu các chất dinh dưỡng của lợn thịt

Lợn cần có năng lượng, các aminoacid, các chất khoáng, vitamin và nước

để duy trì và phát triển Sự tổng hợp cơ và mô mỡ, xương, lông, da và các thành phần khác của cơ thể, kết quả của việc tăng cường nước, protein, chất béo phụ thuộc vào việc cung cấp đầy đủ khẩu phần dinh dưỡng cho lợn.

2.2.1.1 Năng lượng

Năng lượng được sinh ra khi một phân tử hữu cơ bị oxi hóa Năng lượng trong thức ăn có thể được biểu thị bằng đơn vị calories (cal), kilocalories (kcal), hay megacalories (Mcal) của năng lượng thô (GE), năng lượng tiêu hóa (DE), năng lượng trao đổi (ME) hay năng lượng thuần (NE) Năng lượng còn được biểu thị bằng Joule (J), kilojoule (kJ), hay megajoule (MJ) (1MJ = 239 Kcal) Năng lượng thô (GE): là năng lượng được giải phóng khi đốt cháy vật chất

trong thiết bị đo calo Năng lượng thô của một loại thức ăn phụ thuộc vào tỷ

lệ của các carbohydrate, chất béo và lượng protein có trong thức ăn.

Năng lượng tiêu hóa (DE): bằng năng lượng thô trong khẩu phần trừ đi năng lượng thô đào thải qua phân Năng lượng trao đổi (ME): là năng lượng tiêu hóa trừ

đi năng lượng mất ở dạng khí và nước tiểu Năng lượng thuần (NE): là hiệu số giữa năng lượng trao đổi ME và số gia nhiệt HI Số gia nhiệt HI là tổng nhiệt lượng giải phóng do sự tiêu tốn năng lượng trong quá trình tiêu hóa và trao đổi chất Năng lượng của số gia nhiệt không được sử dụng trong quá trình tạo sản phẩm, nhưng lại được dùng để duy trì thân nhiệt trong môi trường lạnh.

Trong đó năng lượng trao đổi để duy trì, cho tăng trưởng và cho sinh sản Nguồn cung cấp năng lượng trong thức ăn là tinh bột, đường, xơ, chất béo và protein.

Nhu cầu về năng lượng đối với lợn thường được biểu thị bằng năng lượng trao đổi (ME, kcal/kg) Lợn con cần năng lượng trước tiên đáp ứng nhu cầu duy trì của cơ thể, sau đó là cần năng lượng cho sinh trưởng Ở giai đoạn bú sữa, mức năng lượng cần bổ sung cho lợn con dựa vào lượng sữa của lợn mẹ cung cấp được cho lợn con Ở hai tuần tuổi đầu lợn con hầu như đã được cung cấp đầy đủ năng lượng từ sữa mẹ Từ tuần tuổi thứ ba cần bổ sung thêm thức ăn mới đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của lợn con, do lượng sữa của lợn mẹ ở 21 ngày tuổi giảm dần Giai đoạn lợn sau cai sữa, hàm lượng năng lượng trong thức ăn cho lợn con khá cao Theo Tiêu chuẩn Việt Nam, mật độ năng lượng trong 1 kg thức ăn hỗn hợp cho lợn con giai đoạn sau cai sữa cần 3200 kcal/kg

2.2.1.2 Protein

Protein nói chung là protein thô, được xác định trong thức ăn hỗn hợp là lượng nitơ tổng số x 6,25 Protein được cấu tạo từ các acid amin, những acid amin này là những chất dinh dưỡng cần thiết Trong protein có chứa trong số 20 acid amin cơ bản Nhưng không phải tất cả số đó là thành phần thiết yếu của khẩu phần.

Một số acid amin cơ thể tự tổng hợp được từ gốc carbon (chủ yếu được chuyển hóa từ glucose và các acid amin khác, và các nhóm amino chuyển hóa từ các acid amin khác dư thừa so với nhu cầu Những acid amin được tổng hợp theo kiểu này được gọi là acid amin không thiết yếu Các acid amin không được tổng hợp hoặc không được tổng hợp ở một tỷ lệ vừa đủ cho phép đạt tăng trưởng và

sinh sản tối ưu, được gọi là acid amin thiết yếu Cả hai loại acid amin này đều cần thiết cho hoạt động sinh lý và trao đổi, các khẩu phần thông dụng của lợn đều phải chứa đủ lượng các acid amin thiết yếu hay các nhóm acid amin dễ tổng hợp nên chúng Như vậy phần quan trọng trong dinh dưỡng cho lợn là các acid amin thiết yếu.

Trong cơ thể con vật chỉ tổng hợp nên protein của nó theo một “mẫu” cân đối về acid amin Những acid amin nằm ngoài mẫu cân đối sẽ bị oxi hóa cho năng lượng Nên sử dụng khẩu phần được cân đối phù hợp với nhu cầu acid amin của vật nuôi cho sinh trưởng

và sức sản xuất sẽ có hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí thức ăn.

Lợn có 10 acid amin thiết yếu: arginine, histidine, isoleusine, leusine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophane, valine Nhu cầu protein và acid amin ở lợn thay đổi theo khối lượng cơ thể, lứa tuổi và giai đoạn nuôi Có nhiều cơ sở căn cứ để xác định như tiêu hóa hồi tràng thực, tiêu hóa hồi tràng biểu kiến, acid amin tổng số Nhu cầu protein và acid amin được trình bày tại bảng 2.1 (NRC, 1998).

Bảng 2.1 Nhu cầu acid amin trong khẩu phần cho lợn thịt

12

Lợn con bú sữa có tốc độ phát triển nhanh về hệ cơ và khả năng tích lũy protein lớn, do đó đòi hỏi về số lượng và chất lượng protein cao Trong hai tuần tuổi đầu, lợn con hầu như đã nhận đầy đủ lượng protein cần thiết cho sinh trưởng phát triển của cơ thể từ sữa mẹ Tới tuần tuổi thứ 3 cần bổ sung thêm protein để không ảnh hưởng đến sinh trưởng của lợn con Trong thức ăn gia súc người ta đã tìm được thành phần cấu tạo cơ bản của protein là axit amin Do vậy, nhu cầu về protein cũng chính là nhu cầu về axit amin Axit amin được chia làm 2 loại: Loại không thay thế được

là loại axit amin rất cần thiết cho cơ thể động vật, cho quá trình sinh trưởng

và phát triển của chúng, nó không tự tổng hợp được mà phải lấy từ bên ngoài qua thức ăn Trong khẩu phần ăn của lợn thường thiếu một số loại axit amin nên cần phải bổ sung thêm, trong thực tế người ta thường bổ sung các axit amin công nghiệp (Trần Tố và cs., 2008).

Vì vậy, việc quan tâm đến lượng protein trong thức ăn là rất quan trọng, đặc biệt, trong trường hợp chỉ sử dụng các loại thức ăn tự nhiên,

mà không có bổ sung thêm các loại axit amin công nghiệp Việc sử dụng các loại axit amin công nghiệp, không những góp phần làm giảm lượng protein trong thức ăn, tiết kiệm thức ăn protein, mà còn giảm sự bài tiết nitơ qua phân, từ đó có tác động làm giảm ô nhiễm môi trường.

Nếu muốn đạt được hiệu suất sử dụng protein cao, trong khẩu phần ăn phải

có đủ các axit amin thiết yếu với tỷ lệ cân đối Nếu tỷ lệ này càng đạt tới nhu cầu của lợn, thì việc hiệu suất sử dụng protein càng cao Còn nếu số lượng một số loại axit amin thiết yếu thấp hơn nhu cầu của lợn, thì việc sử dụng của toàn bộ lượng protein trong khẩu phần ăn sẽ bị ảnh hưởng Lợn có một vài triệu chứng lâm sàng đặc trưng khi thiếu axit amin Dấu hiệu rõ ràng nhất là lượng thức ăn ăn vào giảm, thể hiện thức ăn thừa nhiều, lợn chậm lớn, hiệu quả kinh tế thấp Lợn con cũng có thể chịu được lượng protein ăn vào cao, mà ít có biểu hiện bệnh tật đáng kể, ngoại trừ đôi khi có thể bị ỉa chảy nhẹ Tuy nhiên, khi cho lợn ăn lượng protein cao (vượt quá 25% đối với nhu cầu của lợn) là lãng phí gây ô nhiễm môi trường và kết quả là giảm tăng trọng và giảm hiệu quả sử dụng thức ăn.

Trong khẩu phần thức ăn gồm chủ yếu là ngô và đậu tương, thường có chứa một lượng axit amin nhất định, vượt quá nhu cầu cần thiết (như arginine, leucine, phenylalanine + tyrosine) để đạt được sự sinh trưởng tối ưu, nhưng lượng vượt

này ít ảnh hưởng đến kết quả nuôi dưỡng của lợn Ngược lại nếu chúng ta

bổ sung quá nhiều axit amin tinh thể như arginine, leucine, methionine có thể làm giảm lượng thức ăn ăn vào và giảm tốc độ sinh trưởng.

Lợn ăn quá nhiều một lượng axit amin riêng lẻ có thể gây nhiều triệu chứng xấu, như tính độc, tính đối kháng hay tính mất cân bằng tùy theo bản chất của ảnh hưởng Sự đối kháng thường xảy ra giữa các axit amin có quan

hệ về mặt cấu trúc Ví dụ như: đối kháng lysine – arginine ở gia cầm, khi lượng lysine trong khẩu phần vượt quá nhu cầu sẽ làm tăng nhu cầu về arginine.

Sự mất cân bằng axit amin cũng có thể xảy ra khi khẩu phần được bổ sung thêm một hay nhiều axit amin không phải là axit amin tới hạn Trong các trường hợp đó, lượng thức ăn ăn vào đều giảm Nếu chúng ta giảm lượng axit amin vượt quá khỏi khẩu phần thì lợn sẽ nhanh chóng trở lại bình thường.

Hiện nay, xu hướng sử dụng khẩu phần ăn giảm mức protein tổng số

có bổ sung thêm các axit amin tổng hợp đang được nghiên cứu nhiều trên thế giới Để áp dụng vấn đề này, chúng ta cần phải hiểu biết rõ một số nguyên tắc cơ bản khi sử dụng các axit amin tổng hợp cho lợn như sau: Thứ nhất, việc sử dụng axit amin tổng hợp sẽ không có hiệu quả trừ khi trong thức ăn thiếu loại axit amin đó, nghĩa là chúng ta không nên bổ sung thêm lysine vào khẩu phần mà đã có đủ lượng lysine cho nhu cầu của lợn Tuy nhiên khi khẩu phần có hàm lượng protein thấp và thiếu lysine thì việc bổ sung thêm lysine sẽ làm tăng thêm năng suất chăn nuôi.

Thứ hai, việc bổ sung axit amin thiết yếu thứ hai trong trường hợp axit amin thiết yếu thứ nhất vẫn bị thiếu cũng không có hiệu quả, thậm chí còn gây hậu quả xấu Ví dụ, việc bổ sung methionine vào khẩu phần mà vẫn thiếu lysine

sẽ không có hiệu quả ngay cả khi thiếu methionine Nếu trong khẩu phần mà lysine bị thiếu hụt hơn methionine thì trước hết chúng ta phải bổ sung lysine, rồi mới bổ sung methionine Đối với lợn của axit amin thiết yếu thứ nhất, nhì và

ba trong khẩu phần ngô - đậu tương là lysine, threonine và tryptophan.

Một nguyên tắc chung đối với khẩu phần ngô - khô đậu tương là, nếu chúng

ta giảm đi 45,4kg khô đậu tương trong 1 tấn thức ăn và thay thế bằng 1,75 kg lysine HCl và 43,65 kg ngô thì không ảnh hưởng đến sinh trưởng của lợn (cùng đạt 735 g/con/ngày, thí nghiệm của Cromwell (1995) Lượng lysine HCl bổ sung trong thí nghiệm này tương đương 0,15% lysine trong khẩu phần Và lượng khô

dầu đậu tương giảm đi trong 1 tấn thức ăn (45,4 kg) tương đương với giảm 2% protein tổng số trong khẩu phần.

Tuy nhiên, khi tiếp tục giảm lượng protein trong khẩu phần có bổ sung đủ lysine, chúng ta thấy sinh trưởng của lợn vẫn bị giảm Đó là do các axit amin khác đã bị thiếu khi giảm hơn 45,4 kg khô đậu tương trong

1 tấn thức ăn Chúng ta có thể khắc phục hiện tượng này bằng việc bổ sung thêm threonine, tryptophan và methionine tổng hợp cùng lysine.

Ưu điểm nổi bật của việc sử dụng khẩu phần có mức protein thấp, nhưng được bổ sung thêm axit amin tổng hợp cho lợn, là tác động tích cực đến môi trường Việc đào thải nitơ từ các trang trại chăn nuôi đã và đang là mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người bởi ô nhiễm amoniac,

ô nhiễm nitrate/nitrite trong đất và nước Người chăn nuôi hiện nay ngày càng phải đối mặt với các nguyên tắc bảo vệ môi trường nghiêm ngặt Việc giảm mức protein trong thức ăn kết hợp bổ sung thêm các axit amin tổng hợp đang là cách tốt nhất để giải quyết vấn đề ô nhiễm nitơ với chăn nuôi lợn Các nghiên cứu mới đây của trường Đại học Kentucky đã chứng minh được rằng, việc đào thải nitơ đã giảm từ 15 – 20% khi giảm đi 2% protein tổng số của khẩu phần có bổ sung thêm lysine, và lượng nitơ giảm đi 30 – 35% khi giảm 4% protein tổng số và bổ sung thêm 4 axit amin Hàm lượng amoniac và các khí thải khác từ phân cũng giảm đáng kể, khi sử dụng khẩu phần có mức protein thấp được bổ sung thêm các axit amin tổng hợp.

Ngoài ra, chúng ta cần phải tính đến hiệu quả kinh tế của việc sử dụng khẩu phần có mức protein thấp được bổ sung thêm axit amin Đối với khẩu phần có mức protein thấp vừa phải được bổ sung lysine, không gây trở ngại lớn do giá của lysine không cao Nhưng khi chúng ta giảm mức protein trong khẩu phần nhiều hơn và phải sử dụng cả lysine, methionine, threonine và tryptophan, thì giá của khẩu phần sẽ tăng lên do giá của methionine, threonine

và đặc biệt tryptophan còn khá cao Tuy nhiên chúng ta có thể thấy hiệu quả của việc sử dụng khẩu phần này trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường thông qua giảm lượng nitơ, amoniac và một số khí thải khác.

2.2.1.3 Khoáng chất

Nhu cầu khẩu phần của lợn cần một số khoáng chất Chức năng của các khoáng bao gồm: cấu tạo một số tế bào, điều hòa hoạt động của cơ thể và tế bào

khác nhờ tham gia cấu tạo một số hormone, enzyme Ngày nay, đa

số lợn được nuôi nhốt, không được chăn thả và cung cấp thêm rau xanh, môi trường chăn nuôi này làm tăng nhu cầu bổ sung khoáng chất Nhu cầu về khoáng trong khẩu phần bị ảnh hưởng bởi giá trị sinh học của chất khoáng trong nguyên liệu dung làm thức ăn.

Có hai loại khoáng: khoáng đa lượng và khoáng vi lượng Khoáng đa lượng như: Canxi (Ca), Photpho (P), Natri (Na) và Clo (Cl) Các khoáng vi lượng như:

Kali (K), Đồng (Cu), Sắt (Fe), Mangan (Mn), Selen (Se), Kẽm (Zn), Coban (Co),

Iod (I), Magiê (Mg) Các loại khoáng thường được cung cấp đầy đủ theo nhu cầu

sản xuất và nhu cầu cho duy trì của lợn để có kết quả tăng trưởng tốt nhất.TheoTừ Quang Hiển và cs (2003) gia súc non cần được cung cấp đầy đủ khoáng chất để phát triển bộ xương và đảm bảo cho các quá trình xảy ra trong cơ thể Nếu tính theo mức tăng trọng thì khoáng chất chiếm 3 - 4% khối lượng cơ thể tăng Nếu so với bộ xương thì khoáng chất chiếm 26% khối lượng xương tăng.

Khả năng sử dụng khoáng chất trong thức ăn của gia súc non tốt hơn gia súc trưởng thành Quá trình trao đổi khoáng mà chủ yếu là trao đổi canxi và photpho xảy ra mạnh mẽ ở gia súc non Khi gia súc còn non khả năng tích luỹ canxi , photpho cao Tuổi càng tăng, khả năng tích luỹ giảm Nhìn chung, gia súc non yêu cầu canxi lớn hơn photpho, càng lớn và trưởng thành nhu cầu canxi giảm, nhu cầu photpho tăng lên Để đảm bảo cho quá trình tiêu hoá hấp thu và sử dụng canxi, photpho được tốt, tránh được hiện tượng còi xương ở gia súc non cần chú ý cung cấp đầy đủ, cân đối canxi, photpho (đối với gia súc non tỷ lệ Ca/P thích hợp là 1,5-2/1).2.2.1.4 Vitamin

Nhu cầu vitamin cần một lượng nhỏ nhưng rất cần thiết cho tăng trưởng và sinh sản bình thường Vitamin được chia thành 2 nhóm: nhóm hòa tan trong chất béo như vitamin A, D, E, K và nhóm tan trong nước như vitamin B, C… Để tránh sự thiếu vitamin trong khẩu phần ăn, người ta sản xuất các loại premix vitamin và thường cho thêm vào khẩu phần của lợn.2.2.1.5 Nước

Nước là nguồn dinh dưỡng quan trọng, thực hiện một số chức năng sinh lý cần thiết cho sự sống Cần cung cấp nguồn nước sạch cho lợn uống theo nhu cầu.

2.2.2 Đặc điểm tiêu hóa protein ở lợn

Quá trình tiêu hóa protein ở lợn cũng diễn ra tương tự với các động vật

dạ dày đơn Quá trình này được thực hiện với các men trong đường tiêu hóa.

Vài ngày đầu mới sinh protein tự nhiên có khả năng thấm qua ruột, điều này cần thiết cho vận chuyển δ-globulin từ sữa mẹ Sau giai đoạn này, lúc đầu dạ dày lợn con tiết hạn chế HCl và pepsinogen nhưng tiết nhiều chymosin Enzyme này hoạt động ở pH 3,5 để bẻ gãy liên kết peptit giữa phenyalanin và methionin trong cazein.

Hàm lượng HCl và pepsinogen tiết ra tăng dần theo độ tuổi của lợn Tiêu hóa protein ở dạ dày chủ yếu là nhờ có men pepsin Men này có tác dụng phân cắt các đại phân tử protein thành các chuỗi peptit có số lượng phân tử nhỏ hơn Ngoài ra trong dạ dày còn có những men khác cũng tham gia vào quá trình thủy phân protein như cathepsin, rennin…

Khi protein và các chuỗi peptit được chuyển xuống ruột non, ở đây quá trình thủy phân lại tiếp tục và triệt để nhất, tức sản phẩm của quá trình này là các axit amin mà cơ thể hấp thu và lợi dụng được Các enzyme tiêu hóa protein có nguồn gốc từ dịch tụy và một số hormone kích thích như secretin được giải phóng từ biểu mô ruột non vào máu hay cholecystokinin làm tăng tiết các tiền enzyme phân giải protein như trypsinogen, chymotrypsinogen Các enzyme này hoạt động ở pH từ 7 - 9, trong đó trypsinogen được hoạt hóa thành trypsin bởi enzyme enterokinase.

Trypsin cũng trở thành chất xúc tác cho sự hoạt hóa tiếp theo giải phóng hexapeptit từ amino cuối cùng của trypsinogen Trypsin là enzyme chuyên thủy phân protein ở các liên kết peptit giữa nhóm carboxyl của lysine và arginine Trypsin cũng tham gia chuyển chymotrypsinogen thành chotrypsin hoạt động Enzyme này tác động vào các nối peptit giữa nhóm carboxyl của tyrosine, tryptophan, phenylalanine và leucine phân giải các peptit từ đầu cuối của chuỗi

để tách thành từng amino acid có nhóm α-carboxyl tự do.

Chỉ còn lại một lượng rất ít protein chưa được tiêu hóa chuyển xuống ruột già Ở đây phần protein còn lại sẽ có quá trình khử gốc amin của các acid amin do các vi khuẩn thực hiện.

2.3 NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG THÂN THỊT CỦA LỢN VÀ NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

2.3.1 Đánh giá năng suất và chất lượng thịt của lợn

Sinh trưởng là quá trình tự nhiên của sinh vật, sự tăng lên về kích thước, khối lượng, thể tích của từng bộ phận hay của toàn cơ thể con vật trong giai đoạn còn non cho đến thành thục về thể vóc Thực chất của sự sinh trưởng chính là sự tăng trưởng và phân chia của các tế bào trong cơ thể vật nuôi Để theo dõi các chỉ tiêu sinh trưởng của vật nuôi cần định lượng chúng định kỳ bằng cân, đo các cơ quan, bộ phận hay toàn cơ thể con vật Khoảng cách giữa các lần cân, đo này phụ thuộc vào loài vật nuôi và mục đích theo dõi.Đánh giá khả năng sinh trưởng của lợn thịt thường dùng các chỉ tiêu:

- Tuổi bắt đầu nuôi (ngày)

- Khối lượng bắt đầu nuôi (kg)

- Tuổi kết thúc nuôi (ngày)

- Khối lượng kết thúc nuôi (kg)

- Tăng trọng/ngày nuôi (g)

- Tiêu tốn thức ăn/kg tăng trọng (kg)

Đánh giá chất lượng thân thịt của lợn người ta sử dụng các chỉ tiêu về thân thịt và chất lượng thịt Đối với năng suất thân thịt, các chỉ tiêu quan trọng là: tỷ lệ móc hàm, tỷ lệ thịt xẻ, chiều dài thân thịt, tỷ lệ nạc, độ dày mỡ lưng và diện tích cơ thăn Các chỉ tiêu chất lượng thịt thường sử dụng là tỷ lệ mất nước bảo quản, tỷ lệ mất nước giải đông, tỷ lệ mất nước chế biến, màu sắc thịt, độ dai, pH của cơ thăn ở 45 phút và 24 giờ sau khi giết thịt (Reichart et al., 2001).

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng thịt

2.3.2.1 Ảnh hưởng của yếu tố di truyền

Các giống khác nhau có quá trình sinh trưởng khác nhau, tiềm năng di truyền của quá trình sinh trưởng của các gia súc được thể hiện thông qua

hệ số di truyền Hệ số di truyền đối với tính trạng khối lượng sơ sinh và sinh trưởng trong thời gian bú sữa dao động từ 0,05 - 0,21, hệ số di truyền này thấp hơn so với hệ số di truyền của tính trạng này trong thời kỳ vỗ béo.

Tăng khối lượng và tiêu tốn thức ăn có mối tương quan di truyền nghịch và

khá chặt chẽ theo Nguyễn Quế Côi và cs (1996) là -0,715 Hệ số di truyền về tiêu tốn thức ăn ở mức trung bình Tuy nhiên, tiêu tốn thức

ăn có thể dễ dàng được cải thiện thông qua chọn lọc và nó thường là một chỉ tiêu quan trọng trong chương trình cải tiến giống lợn.

Đối với các chỉ tiêu giết thịt như tỷ lệ móc hàm, chiều dài thân thịt,

tỷ lệ nạc, độ dày mỡ lưng, diện tích cơ thăn có hệ số di truyền cao (h2 = 0,3 - 0,35) (Sellier, 1998) Đối với độ dày mỡ lưng, hệ số di truyền dao động ở mức độ trung bình đến cao, từ 0,3 - 0,7 (Johnson et al., 1999), nên việc chọn lọc cải thiện tính trạng này có nhiều thuận lợi.

Chọn lọc nhằm tăng khả năng tăng khối lượng và giảm dày mỡ lưng không làm ảnh hưởng đến chỉ tiêu số con sơ sinh trên ổ Hệ số

di truyền về tỷ lệ nạc trên lợn Duroc và Yorkshire 0,63 - 0,65 Đối với các chỉ tiêu thân thịt thì hệ số di truyền của tỷ lệ móc hàm là thấp (h2

= 0,3 - 0,35) và chiều dài thân thịt là cao (h2 = 0,56 - 0,57).

Các chỉ tiêu về chất lượng thịt như tỷ lệ mất nước, màu sắc thịt, cấu trúc cơ, thành phần hoá học của cơ, pH 45 phút, pH 24 giờ sau khi giết thịt có hệ số di truyền từ 0,1 - 0,3 (Sellier, 1998) Bên cạnh hệ

số di truyền còn có một mối tương quan giữa các tính trạng.

Tương quan di truyền giữa một số cặp tính trạng là thuận và chặt chẽ như tăng trọng và thu nhận thức ăn (r = 0,65); tỷ lệ nạc với diện tích

cơ thăn (r = 0,65) Bên cạnh đó là các tương quan nghịch và chặt như tỷ

lệ nạc với độ dày mỡ lưng (r = -0,87), tỷ lệ mất nước với pH 24 giờ (r = -0,71) và với khả năng giữ nước (r = -0,94) (Sellier, 1998).

Bên cạnh yếu tố di truyền, thân thịt và chất lượng thịt cũng bị chi phối bởi tính nhạy cảm stress với gen halothan chủ yếu làm giảm nhanh pH trong cơ sau khi giết thịt Điều này làm tăng thịt PSE ở các lợn mắc hội chứng stress.

2.3.2.2 Ảnh hưởng của tính biệt

Lợn cái, lợn đực hay lợn đực thiến đều có tốc độ phát triển và cấu thành của cơ thể khác nhau Lợn đực có khối lượng nạc cao hơn lợn cái

và đực thiến Tuy nhiên một số công trình nghiên cứu khác lại cho rằng lợn đực thiến có mức độ tăng trọng cao hơn, tiêu tốn thức ăn thấp hơn.Theo Campell et al (1985), lợn đực thiến có mức tăng trọng cao hơn lợn cái

và tiêu tốn thức ăn/kg tăng trọng cũng cao hơn Cụ thể các chỉ tiêu vỗ béo và

giết thịt Landrace đạt được như sau: đối với lợn cái tăng trọng đạt 868 g/ngày, tiêu tốn thức ăn/kg tăng trọng là 2,60 kg/kg, tỷ lệ nạc đạt 53,8%, pH đạt 6,32 Các chỉ tiêu tương ứng ở lợn đực thiến là 936 g/ngày, 2,70 kg/kg, 50,9% và 6,26.

2.3.2.3 Ảnh hưởng của tuổi và khối lượng giết mổ

Khả năng sản xuất và chất lượng thịt cũng phụ thuộc vào tuổi và khối lượng lúc giết thịt Giết thịt ở độ tuổi lớn hơn thì chất lượng thịt sẽ tốt hơn

do sự tăng lên của các mô ở giai đoạn cuối của thời kỳ trưởng thành Song không nên giết thịt ở tuổi quá cao vì lợn sau 6 tháng tuổi khả năng tích lũy

mỡ lớn, dẫn đến tỷ lệ nạc sẽ thấp và hiệu quả kinh tế kém.

Chất lượng thịt lợn cũng thay đổi theo tuổi giết thịt là do thành phần cơ thể phát triển khác nhau ở từng giai đoạn Mô cơ phát triển rất mạnh ngay từ khi còn nhỏ nhưng tốc độ giảm dần, còn mô mỡ tốc độ tích lũy ngày càng tăng Tính từ khi sinh ra đến 7 tháng tuổi khối lượng lợn tăng khoảng 100 lần, trong đó mô xương chỉ tăng khoảng 30 lần, mô cơ tăng 81 lần còn mô mỡ tăng tới 675 lần.

2.3.2.4 Ảnh hưởng của cơ sở chăn nuôi và chuồng trại

Cơ sở chăn nuôi và chuồng trại cũng ảnh hưởng đến khả năng sản xuất

và chất lượng thịt Cơ sở chăn nuôi biểu thị tổng hợp chế độ quản lý, chăm sóc nuôi dưỡng đàn lợn Thông thường, lợn bị nuôi chật hẹp thì khả năng tăng khối lượng thấp hơn lợn được nuôi trong điều kiện chuồng trại rộng rãi.

Diện tích chuồng nuôi 0,56 m2/con thì lợn ăn ít hơn và tăng khối lượng cũng chậm hơn so với lợn được nuôi với diện tích 0,78 m2/con, năng suất của lợn đực thiến đạt tối đa khi nuôi ở diện tích 0,84 - 1,0 m2 Lợn nuôi đàn thì ăn nhanh hơn, lượng thức ăn trong một bữa được nhiều hơn nhưng số bữa ăn trong ngày lại giảm và lượng thức ăn thu nhận hàng ngày lại ít hơn so với lợn nuôi nhốt riêng từng ô chuồng 2.3.2.5 Ảnh hưởng của dinh dưỡng

Dinh dưỡng là một trong những nhân tố quan trọng nhất trong các nhân tố ngoại cảnh, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sinh trưởng và cho thịt ở lợn Trong chăn nuôi chi phí cho thức ăn chiếm 70 - 80% giá thành sản phẩm, do đó chỉ tiêu về tiêu tốn thức ăn/kg tăng trọng càng thấp thì hiệu quả kinh tế sẽ cao và ngược lại, qua nghiên cứu và thực tế cho thấy vật nuôi có khả năng sinh trưởng tốt do khả năng đồng hóa cao, hiệu quả sử dụng thức ăn cao thì tiêu tốn thức ăn thấp, do đó thời gian nuôi sẽ được rút ngắn Tiêu tốn thức ăn/kg tăng trọng chính

là tỷ lệ chuyển hóa thức ăn của cơ thể Chỉ tiêu về tiêu tốn thức ăn và tăng khối lượng có mối tương quan nghịch do đó khi nâng cao khả năng tăng khối lượng có thể sẽ giảm chi phí thức ăn.

Mối quan hệ giữa năng lượng và protein trong khẩu phần là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ tăng khối lượng Đảm bảo cân đối dinh dưỡng thì con vật mới phát huy được tiềm năng di truyền của nó Thức ăn và giá trị dinh dưỡng là các nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng sản xuất và chất lượng thịt của con vật Ngoài ra, phương thức nuôi dưỡng cũng có ảnh hưởng đến khả năng sản xuất của lợn Khi cho lợn ăn khẩu phần ăn tự do, khả năng tăng khối lượng nhanh hơn, tiêu tốn thức ăn thấp hơn nhưng dày

mỡ lưng lại cao hơn khi lợn được ăn khẩu phần ăn hạn chế.

2.4 HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT THỨC ĂN CHĂN NUÔI

Hiện nay, bã thải từ các cơ sở/ nhà máy chế biến tinh bột từ nguyên liệu (ngô, sắn, củ rong) chứa hàm lượng tinh bột cao, chất xơ (cellulose, hemicellulose), protein đây là nguồn cơ chất rất tốt để sản xuất enzyme phân hủy tinh bột sống (α-amylase, α-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 chế biến TĂCN.

Việc sản xuất TĂCN cho động vật dựa trên bã sắn/cám mì 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 hợp chất quan trọng dược phẩm Sau khi qua một quá trình tiền 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 giá trị của bã thải (bã sắn, bã rong riềng…).

Barrera et al (2004) bổ sung enzyme vào TĂCN trong đó lúa mỳ là nguồn cung cấp protein và năng lượng duy nhất đã cải thiện được các chỉ số khả năng tiêu hóa

rõ ràng ở ruột hồi của amino acid, ADG, và tỷ lệ thức ăn: tăng trọng Omogbenigun

et al (2004) đã bổ sung các chế phẩm sinh học vào thức ăn của lợn con và thấy rằng các chế phẩm enzyme đã cải thiện hiệu quả sử dụng dinh dưỡng và tốc độ sinh trưởng của lợn cai sữa Cowieson và Adeola (2005) các enzyme carbohydrase, protease, và phytase bổ sung TĂCN Các enzyme này có một tác dụng hiệp đồng tích cực đối với sự phát triển của gà Sử dụng hỗn hợp có α-amylase trong thức ăn cho gà cho hiệu quả kinh tế Slominski et al (2006) đã

đánh giá các công thức bổ sung enzyme riêng lẻ khác nhau và tổ hợp từ các enzyme có cellulase, xylanase, glucanase, pectinase, mannanase Kết quả thấy rằng bổ sung enzyme carbohydrase để cải thiện tình trạng sử dụng năng lượng

từ hạt lanh, nâng cao được giá trị dinh dưỡng cho gia cầm Olukosi et al (2007) nghiên cứu ảnh hưởng của dịch chiết α- amylase đơn lẻ hoặc kết hợp với enzyme khác nhau trong chăn nuôi gà giò Sự kết hợp α- amylase, cellulase và protease và phytase đã cải thiện tình hình chăn nuôi, có hiệu quả trong việc cải thiện tiêu hóa phosphorus và duy trì hấp thụ dinh dưỡng ngô và đậu nành.

Chế phẩm cellulase trong khẩu phần ăn của bò sữa cho thấy bổ sung enzyme thủy phân xơ tăng số lượng vi khuẩn dạ cỏ sử dụng các hemicellulose và sản phẩm thủy phân cellulose.

Các enzyme cùng loại từ các nguồn mới: Các môi trường cám lúa mỳ để cho sinh trưởng và sinh tổng hợp một -glucanase ngoại bào chủng Rhizomucor miehei DSM 1330 Enzyme được tinh sạch, nghiên cứu đặc hiệu cơ chất của endo-1,3(4)- -glucanase (EC 3.2.1.6) Enzyme bền nhiệt hơn các loại - glucanase thương mại, giữ được hoạt tính còn lại cao gấp hai lần so với những enzyme thương mại.

Các enzyme tái tổ hợp bổ sung cho TĂCN: Các enzyme tái tổ hợp bổ sung vào TĂCN có ba mục tiêu chính: (i) tăng năng suất tổng hợp và nâng cao hoạt tính đặc hiệu, (ii) chuyển enzyme sinh tổng hợp từ tế bào chủ gây độc sang tế bào chủ không độc hại đối với động vật chăn nuôi, (iii) môi trường đắt tiền sang tế bào chủ để dễ lên men, tận dụng các phế thải nông - công nghiệp Onderci et al (2006) đã đánh giá hiệu quả của chủng E coli sản xuất - amylase từ B stearothermophilus, để bổ sung vào ngô làm thức ăn cho gà Gà được uống nước -amylase tái tổ hợp tăng trọng hằng ngày và cải thiện sự chuyển hóa thức ăn Gà cho ăn ngô có bổ sung chủng E coli sinh -amylase tái

tổ hợp, làm cải thiện khả năng tiêu hóa thức ăn, tốc độ sinh trưởng của gà Beta-1,3-1,4-glucanase (EC 3.2.1.73), một enzyme công nghiệp quan trọng được

sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lên men và bổ sung thức ăn chăn nuôi Để cải thiện biểu hiện của -1,3-1,4-glucanase tái tổ hợp từ chủng B.licheniformis EGW039 (CGMCC 0635) trong nấm men P.pastoris GS115 chuyển hóa gốc methyl, trình tự DNA mã hóa -1,3-1,4-glucanase được thiết kế và tổng hợp dựa vào hệ thống codon của P pastoris Teng et al., (2007).

2.5 NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI CỦA CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME THỦY PHÂN TINH BỘT HIỆN NAY

Hiện nay, ở nông thôn việc chế biến thức ăn chăn nuôi vẫn theo con đường truyền thống: nấu chín các sản phẩm ngũ cốc, rau, sau đó cho lợn, gia súc ăn Do vậy, giá trị dinh dưỡng của loại thức ăn này chưa cao, hàm lượng đạm, chất béo thấp, động vật tăng cân chậm, sức chống chọi với dịch bệnh không cao, lãi ít, nếu dịch bệnh xảy người chăn nuôi luôn bị lỗ Cách chăn nuôi này, chi phí nhân lực cao, tốn nhiều năng lượng để đun (củi, than) Cho nên nhiều vùng nông thôn, mặc dù sản phẩm phụ nông nghiệp dư thừa, lao động phổ thông nhàn dỗi nhiều, nhưng họ không quan tâm đến chăn nuôi do chăn nuôi không có lãi.

Thức ăn công nghiệp giàu dinh dưỡng, dễ sử dụng, vật nuôi mau lớn Tuy nhiên, nguyên liệu để tạo thức ăn công nghiệp hiện nay phải nhập khẩu từ nước ngoài, giá thành cao, không ổn định, cho nên lợi nhuận đem lại từ chăn nuôi chưa cao, nhất là đối với chăn nuôi nhỏ lẻ,

số lượng ít Do đó chưa khuyến khích được chăn nuôi đại trà phát triển.Hiện nay, enzyme α-amylase, glucoamylase được sản xuất trong nước nhỏ lẻ để sử dụng trong xử lí nguyên liệu tinh bột nấu chín (vẫn phải qua giai đoạn hồ hóa nguyên liệu, hạ nhiệt độ rồi bổ sung enzyme này vào) để đường hóa, nên chí phí năng lượng cao, tốn công lao động, giá thành còn cao Bên cạnh đó, thị trường trong nước chưa sản xuất xuất chế phẩm sinh học chứa đa enzyme và probiotic để chế biến tinh bột sống làm thức ăn chăn nuôi.

Mục tiêu của đề tài là cần thiết và có tính ứng dụng cao vì: i) đa enzyme được sản xuất từ đề tài có khả năng thủy phân tinh bột sống ở điều kiện thường để tạo đường, như vậy nguyên liệu tinh bột ở đây được bổ sung thêm nước tùy theo nhu cầu sử dụng, tiếp đó bổ sung enzyme ủ điều kiện thường (30- 37 o C) sau 4-5 ngày thu được sản phẩm đường hóa cao; ii) trong mục tiêu cũng tạo ra các chủng lợi khuẩn Saccharomyces, Bacillus subtilis, Bacillus claussii, các chủng này sẽ sử dụng nguyên liệu đường hóa ở trên để sinh tổng hợp protein, Vitamin, ß-glucans, bacteriocin, các acid hữu cơ ức chế vi khuẩn gây bệnh phát triển, đồng thời tạo điều kiện cho lợi khuẩn phát triển trong đường ruột, tăng hấp thu dinh dưỡng trong TĂCN, góp phần khuyến khích chăn nuôi ở nông thôn và trang trại công nghiệp.

2.6 TÌNH HÌNH CHẾ BIẾN TINH BỘT VÀ CHẤT THẢI TỪ HOẠT ĐỘNG CHẾ BIẾN TINH BỘT Ở NƯỚC TA

Diện tích trồng sắn khoảng 560 ngàn ha (1/4 diện tích cây trồng toàn quốc) với sản lượng khoảng 9,6 triệu tấn củ/năm, đứng thứ 13 trên thế giới và đứng thứ 3 trong khu vực Đông Nam Á sau Thailand và Indonesia Lượng tinh bột sắn sản xuất tại các nhà máy của Việt Nam ước tính 2,2 triệu tấn/năm (khoảng 8 triệu tấn củ sắn tươi) Tổng sản lượng tinh bột khoảng 1,3 triệu tấn, dùng cho nội địa là 65% và dùng cho suất khẩu là 35% Một lượng lớn bã thải rắn chứa tinh bột khoảng 6 triệu tấn, trong đó khoảng 50% cơ chất này là nguồn quan trong để sản xuất thức ăn chăn nuôi Cả nước có 6 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học sử dụng nguyên liệu là sắn lát khô, 91 nhà máy chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp và hàng trăm cơ sở sản xuất thủ công… So với 5 năm trước đã tăng gấp đôi về số lượng nhà máy và gấp 3 lần về công suất.

Do khủng hoảng kinh tế thế giới và sự trì trệ của ngành ethanol tại Trung Quốc, các nhà máy sản xuất cồn tại đây đã đóng cửa gần 70%, một

số còn lại giảm công suất nên nhu cầu nhập khẩu sắn cũng sụt giảm mạnh Ngoài ra, giá xuất khẩu sắn của Việt Nam hiện đang giảm, lượng tồn kho sắn lại cao, nguồn cung từ các thị trường xuất khẩu khác (như Thái Lan và Indonesia) đang rất lớn, làm sụt giảm giá sắn xuất khẩu sắn sang thị trường Trung Quốc và thế giới Bởi thế, yêu cầu cấp thiết hiện nay là phải chủ động được thị trường và đặc biệt ưu tiên chính từ thị trường nội địa, sắn là nguyên liệu quan trọng để sản xuất thức ăn chăn nuôi.

Các nguồn phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp giàu tinh bột và cellulose Nguồn phụ phẩm nông nghiệp chứa hàm lượng tinh bột cao như (cám gạo, sắn lát, bã sắn, bã ngô, chất thải từ nhà máy chế biến tinh bột) Trung bình để sản xuất được 1 tấn tinh bột thương mại, phải thải ra môi trường khoảng 2-3 tấn thải rắn chứa (tinh bột, xơ, protein…) đây là nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được xử lí hiệu quả.

Nước thải từ chế biến tinh bột

Mỗi cơ sở chế biến tinh bột sắn quy mô lớn từ 50 tấn/ngày trở lên thì nước thải ra khoảng 2 ngàn - 15 ngàn m 3 /ngày Chất thải từ các cơ sở sản xuất tinh bột,

hộ gia đình tập trung, làng nghề, nhà máy chế biến tinh bột có các thành phần hữu

cơ cao như: tinh bột sống, xenlulose, Thành phần nước thải sinh ra chủ yếu từ bóc vỏ, rửa củ, băm nhỏ và lắng lọc là các nguồn ô nhiễm chính.

Bã thải rắn từ cơ sở chế biến tinh bột

Trước đây, bã khoai mì tươi sẽ được sử dụng với các mục đích làm thức

ăn gia súc cho bò, bò sữa, heo… ủ chua, hoặc được làm cơ chất cho quá trình lên men tổng hợp các chế phẩm sinh học hoặc các loại thức ăn lên men cho gia súc… tuy nhiên, với số lượng quá lớn thu được từ các cơ sở sản xuất (trung bình một cơ sở sản xuất 100 tấn tinh bột khô/ngày sẽ thải ra khoảng 300 - 400 tấn bã tươi) Thành phần, hàm lượng trong bã sắn khô (độ ẩm 13%, tinh bột 50 - 52%, chất xơ 30 - 35%, tro 2%) Phần lớn cặn bã giầu tinh bột bỏ đi hoặc được ủ làm phân bón vi sinh Do vậy rất lãng phí và ô nhiễm môi trường.

Tình hình chế biến tinh bột tại thành phố Hà Nội

Làng Minh Hồng, xã Minh Quang, Huyện Ba vì nằm cách Trung tâm Hà Nội hơn 70 km,, người dân ở làng sống chủ yếu bằng nghề chế biến tinh bột sắn và dong riềng Hiện nay, cả làng có 235 hộ với 1.245 nhân khẩu thì

có tới 203 hộ làm nghề chế biến tinh bột sắn và dong riềng Trung bình mỗi ngày, mỗi gia đình chế biến được 2 - 3 tấn nguyên liệu, thu được 1,2 - 1,5 tấn tinh bột Mỗi năm sản lượng tinh bột sản xuất ra khoảng trên 100 ngàn tấn Không chỉ có làng Minh Hồng mà hiện này có nhiều làng, xã lân cận cũng làm nghề chế biến tinh bột với công suất 2 - 4 tấn nguyên liệu/ ngày

đã thải vào môi trường một lượng chất xơ có lẫn tinh bột khá cao.

Qui mô sản xuất còn nhỏ, tập trung ở nông thôn, như xã Dương Liễu, Cát quế (Hoài Đức- Hà nội), thu hút 80 - 90% lao động Xã Dương Liễu - Hoài Đức - Hà Nội có 176 hộ dân làm nghề chế biến sắn, năng suất trung bình 1,5

- 2,0 tấn/hộ/ngày Một năm xã Dương Liễu tiêu thụ khoảng 200 ngàn tấn sắn tươi tạo ra khoảng 60 ngàn tấn tinh bột, phần còn lại là chất thải vào môi trường, dạng rắn với hàm lượng tinh bột dư thừa khá cao.

Ngoài Hà nội, cũng có một số nhà máy chế biến tinh bột ở Thái Nguyên công suất 6 ngàn tấn/năm, ở Tuyên Quang công suất 10 ngàn tấn/năm, ở Yên Bái công suất 30 ngàn tấn/năm.

Làng nghề xã Tân Hòa, và các xã lân cận - Quốc Oai, Hà nội

Trong quá trình sản xuất miến dong, khoảng 25 - 30% nguyên liệu được tạo thành phẩm, còn lại hơn 70% trọng lượng tồn tại dưới dạng chất thải rắn và lỏng (bã sắn, bã dong) thải ra trực tiếp ra môi trường (ao, kênh mương), nên hầu hết các nguồn nước ở các làng trong xã đều nhiễm kim loại nặng, asen, axít vượt

mức cho phép nhiều lần Các Làng chế biến miến dong của xã Tân Hòa, Quốc Oai phải hứng chịu mùi từ giàn miến, kênh mương, đống rác, cống rãnh bốc ra, rất khó chịu.

Tình trạng tương tự cũng thấy ở xã lân cận như Cộng Hòa,… Quốc Oai - Hà nội Khoảng 60 - 70 hộ làm nghề chế biến bột dong cao 10 - 20 tấn nguyên liệu/ngày, nên lượng chất thải lớn, nhất là 3 tháng cuối năm Trung bình mỗi ngày chế biến 550 tấn bột rong, (chất thải khoảng > 2000 tấn mỗi ngày), hàng ngàn m 3 nước thải Ông Vương Trí Kiểm, Chủ tịch UBND xã Tân Hòa cho rằng, nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường làng nghề là do sản xuất theo quy mô hộ gia đình, cơ sở nằm xen kẽ trong khu dân cư, nhiều công đoạn sản xuất thủ công nên rác thải vứt bừa bãi trên diện rộng, không được thu gom ngay Hệ thống cấp

- thoát nước sản xuất và sinh hoạt do các hộ tự xây dựng, không đạt tiêu chuẩn

vệ sinh môi trường khiến nguồn nước ô nhiễm trầm trọng Theo Sở Tài nguyên Môi trường - Hà nội, nước thải chung ở các cụm làng nghề trên địa bàn huyện Quốc Oai đang ở mức báo động UBND huyện Quốc Oai đang xây dựng dự án quy hoạch bảo vệ môi trường đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020 Theo

đó sẽ quy hoạch đưa các cụm công nghiệp làng nghề tập trung ra xa khu dân

cư với hệ thống thu gom và xử lý nước thải, chất thải rắn để xử lý tập trung Đề tài sẽ phối hợp với xã Tân Hòa để xử lí nguồn chất thải từ chế biến tinh bột làm TĂCN, góp phần giảm ô nhiễm môi trường, tăng thêm thu nhập của người chăn nuôi UBND xã cũng có cam kết sau khi đề tài kết thúc có kết quả tốt đẹp, xã sẽ ứng dụng các kết quả vào trong thực tiễn.

Từ những dự liệu dẫn chứng nêu trên ở Hà Nội, có thể thấy nguồn chất thải từ các cơ sở chế biến tinh bột là rất lớn, chứa hàm lượng tinh bột cao, đây

là nguồn cơ chất quan trọng để sản xuất TĂCN bằng công nghệ lên men vi sinh, sinh tổng hợp enzyme Hiện nay, nguồn chất thải trên không được sử dụng để làm phân vi sinh hoặc để làm thức ăn chăn nuôi mà thải trực tiếp vào môi trường sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước, không khí Do vậy, việc tận dụng nguồn bã này làm cơ chất sản xuất TĂCN là rất cần thiết.

2.7 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ SỬ DỤNG ENZYME BỔ SUNG VÀO THỨC ĂN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

2.7.1 Tình hình nghiên cứu về enzyme bổ sung thức ăn gia súc trên thế giới Trên thế giới, việc nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng các chế phẩm enzyme

vào chăn nuôi gia súc gia cầm đã diễn ra từ rất lâu và người ta đã đánh giá được