Nghiên Cứu Phát Triển Chủng Nấm Sợi Và Tối Ưu Điều Kiện Lên Men Sản Xuất Đa Enzyme (Α-Amylase, Glucoamylase, Cellulase) Ứng Dụng Trong Chế Biến Thức Ăn Chăn Nuôi.doc

Nhận viết đề tài trọn gói – ZL: 0973.287.149 – Luanvanmaster.com
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
DƯƠNG THU HƯƠNG
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CHỦNG NẤM SỢI
VÀ TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN LÊN MEN SẢN XUẤT ĐA ENZYME
(α-AMYLASE, GLUCOAMYLASE, CELLULASE)
ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHĂN NUÔI
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2022

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
DƯƠNG THU HƯƠNG
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CHỦNG NẤM SỢI VÀ TỐI
ƯU ĐIỀU KIỆN LÊN MEN SẢN XUẤT ĐA ENZYME (α-
AMYLASE, GLUCOAMYLASE, CELLULASE) ỨNG DỤNG
TRONG CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHĂN NUÔI
Chuyên ngành : Chăn nuôi
Mã số : 9.62.01.05
Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Vũ Văn Hạnh 2.
PGS.TS. Phạm Kim Đăng
HÀ NỘI - 2022

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên
cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ
lấy bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám
ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày… tháng… năm…
Tác giả luận án
Dương Thu Hương
i

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn
bè, đồng nghiệp và gia đình.
Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết
ơn sâu sắc tới PGS.TS. Vũ Văn Hạnh và PGS.TS. Phạm Kim Đăng đã tận tình hướng
dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập
và thực hiện đề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo,
Bộ môn Sinh lý - tập tính động vật, Khoa Chăn nuôi, Học viện Nông nghiệp Việt Nam
đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức phòng Các chất
chức năng sinh học, Viện Công nghệ sinh học - Viện Hàn lâm và Khoa học công nghệ
Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành
luận án./.
Hà Nội, ngày... tháng... năm 20...
Nghiên cứu sinh
Dương Thu Hương
ii

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 ix
Trích Yếu Luận Án x
Thesis abstract xii
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1
1.2. Mục tiêu của đề tài 2
1.2.1. Mục tiêu chung 2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể 2
1.3. Phạm vi nghiên cứu 2
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu 2
1.3.2. Địa điểm nghiên cứu 2
1.3.3. Thời gian nghiên cứu 3
1.4. Những đóng góp mới của đề tài 3
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3
1.5.1. Ý nghĩa khoa học 3
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn 3
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
2.1. Tổng quát về enzyme amylase và cellulase 4
2.1.1. Enzyme amylase 4
2.1.2. Enzyme cellulase 5
2.1.3. Nguồn thu nhận enzyme 6
2.1.4. Tổng quan về nấm sợi Aspergillus niger 7
2.2. Cải tiến chủng vi sinh vật và lên men sản xuất enzyme 10
2.2.1. Sự cần thiết phải cải tiến các chủng vi sinh vật 10
2.2.2. Phương pháp cải tiến chủng vi sinh vật để tăng sản xuất enzyme 10
2.2.3. Lên men sản xuất enzyme 13
iii

2.2.4. Sự cần thiết phải tối ưu môi trường lên men 19
2.2.5. Thành tựu về cải tiến chủng và tối ưu môi trường lên men sản xuất amylase
và cellulase 19
2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng enzyme trong chăn nuôi 20
2.3.1. Nghiên cứu và sử dụng enzyme trong chăn nuôi trên thế giới 20
2.3.2. Nghiên cứu và sử dụng enzyme trong chăn nuôi ở Việt Nam 24
2.4. Sử dụng thức ăn lên men trong chăn nuôi 26
2.4.1. Đặc tính và vai trò của các vi sinh vật sử dụng trong lên men thức ăn
chăn nuôi 26
2.4.2. Các vi sinh vật sử dụng trong lên men thức ăn 27
2.4.3. Hiệu quả của sử dụng thức ăn lên men trong chăn nuôi 27
2.5. Tình hình nghiên cứu và sử dụng bã sắn trong chăn nuôi 28
PHẦN 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31
3.1. Nội dung nghiên cứu 31
3.2. Phương pháp nghiên cứu 31
3.2.1. Gây đột biến chủng Aspergillus niger A45.1 và tối ưu điều kiện lên men
chủng nấm sợi đột biến chọn lọc để sinh tổng hợp đa enzyme (α- amylase,
glucoamylase và cellulase) cao 31
3.2.2. Xử lý bã sắn thành thức ăn chăn nuôi bằng bằng công nghệ đường hóa và
lên men đồng thời 36
3.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng bã sắn lên men trong khẩu phần ăn
đến năng suất chăn nuôi lợn thịt 38
3.2.4. Xử lý số liệu 41
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43
4.1. Gây đột biến chủng Aspergillus niger a45.1 và tối ưu điều kiện lên men
chủng đột biến chọn lọc cho sinh tổng hợp đa enzyme
(α-amylase, glucoamylase và cellulase) cao 43
4.1.1. Hoạt hóa giống 43
4.1.2. Ảnh hưởng của tia UV và NTG đến khả năng sống sót của chủng nấm sợi
Aspergillus niger A45.1 44
4.1.3. Hoạt tính enzyme của các các chủng đột biến 47
4.1.4. Tính ổn định của các chủng đột biến chọn lọc 50
iv

4.1.5. Tối ưu điều kiện lên men xốp chủng nấm đột biến chọn lọc cho sinh tổng
hợp đa enzyme (glucoamylase, α-amylase, cellulase) 51
4.2. Xử lý bã sắn thành thức ăn chăn nuôi bằng đường hóa và lên men đồng thời 64
4.2.1. Thành phần hóa học của bã sắn tươi 64
4.2.2. Đường hóa bã sắn 65
4.2.3. Tối ưu thời gian đường hóa bã sắn 68
4.2.4. Đường hóa và lên men đồng thời bã sắn bằng enzyme và vi sinh vật 69
4.2.5. Đánh giá chất lượng của bã sắn sau lên men 72
4.3. Ảnh hưởng của bã sắn lên men trong chăn nuôi lợn thịt 75
4.3.1. Ảnh hưởng của bã sắn lên men đến khả năng sinh trưởng và chuyển hóa
thức ăn của lợn F1 (Landrace x Yorkshire) 75
4.3.2. Ảnh hưởng của tương tác giữa khẩu phần ăn và tính biệt đến khả năng sinh
trưởng của lợn F1 (LandracexYorkshire) 79
4.3.3. Ảnh hưởng của mức sử dụng BSLM đến năng suất thân thịt của lợn thịt
F1 (Landrace x Yorkshire) 81
4.4.4. Ảnh hưởng của mức sử dụng BSLM đến chất lượng thịt và thành phần hóa
học của thịt lợn F1 (Landrace x Yorkshire) 84
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90
5.1. Kết luận 90
5.2. Kiến nghị 91
Danh mục các công trình công bố liên quan đến luận án 92
Tài liệu tham khảo 92
Phụ lục 108
v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt
ADF (Acid detergent fiber) Xơ không hòa tan trong axit
ADG (Average daily gain) Tăng trọng bình quân hàng ngày
ADN Axit deoxyribonucleic
ARN Axit ribonucleic
Aspergillus A.
BQ Bảo quản
BSLM Bã sắn lên men
CB Chế biến
cs. Cộng sự
CMCase Carboxymethyl cellulase
DNS 3,5 dinitrosalysilic
ĐC Đối chứng
ĐVT Đơn vị tính
FCR (Feed conversion ratio) Hệ số chuyển hóa thức ăn
KL Khối lượng
LSM (Least Square Mean) Trung bình bình phương nhỏ nhất
LY Landrace x Yorkshire
NDF (Neutral Detergent Fiber) Xơ không tan trong dung dịch trung tính
NLTĐ Năng lượng trao đổi
NRC (National Research Council) Hội đồng nghiên cứu Quốc gia
NTG N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine
PDA Potatose Dextrose Agar
SE (Standard error) Sai số tiêu chuẩn
SmF (submerged fermentation) Lên men chìm
SSF (Solid state fermentation) Lên men xốp
TACN Thức ăn chăn nuôi
TN Thí nghiệm
U Unit
UV Ultraviolet
VCK Vật chất khô
vi

DANH MỤC BẢNG
STT Tên bảng Trang
2.1. Một số enzyme công nghiệp và nguồn vi sinh vật sản xuất enzyme 7
2.2. Các tác nhân gây đột biến để phát triển chủng 12
3.1. Xác định hoạt tính enzyme 34
3.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 39
3.3. Thành phần và giá trị dinh dưỡng khẩu phần thí nghiệm 39
4.1. Hoạt tính enzyme của các chủng đột biến 47
4.2. Hoạt tính α-amylase, glucoamylase và cellulase của chủng đột biến
Aspergillus niger GA15 qua các thế hệ nuôi cấy 50
4.3. Ảnh hưởng của loại cơ chất đến khả năng sản xuất enzyme của chủng đột
biến Aspergillus niger GA15 51
4.4. Hoạt tính enzyme của chủng đột biến Aspergillus niger GA15 ở các độ
ẩm cơ chất khác nhau 53
4.5. Hoạt tính enzyme của chủng đột biến Aspergillus niger GA15 ở các nhiệt
độ lên men khác nhau 55
4.6. Hoạt tính enzyme của chủng Aspergillus niger GA15 trên môi trường có
pH khác nhau 57
4.7. Hoạt tính enzyme của chủng Aspergillus niger GA15 khi lên men xốp ở
các thời gian khác nhau 58
4.8. Hoạt tính enzyme của chủng Aspergillus niger GA15 khi lên men với các
tuổi giống khác nhau 60
4.9. Hoạt tính enzyme của chủng Aspergillus niger GA15 khi bổ sung các
nguồn carbon khác nhau vào môi trường lên men xốp 61
4.10. Hoạt tính enzyme của chủng Aspergillus niger GA15 khi bổ sung các
nguồn nitơ khác nhau vào môi trường lên men xốp 62
4.11. Thành phần hóa học của bã sắn tươi 64
4.12. Hàm lượng đường khử, tinh bột và xơ của bã sắn ở các nồng độ enzyme
khác nhau 67
4.13. Hàm lượng đường khử khi đường hóa bã sắn ở thời gian khác nhau 68
4.14. Hàm lượng Protein của bã sắn sau lên men khi bổ sung (NH4)2SO4 ở các
nồng độ khác nhau 70
vii

4.15. Hàm lượng protein thực ở các thời điểm lên men khác nhau (n=3) 71
4.16. Thành phần dinh dưỡng và cảm quan của bã sắn lên men và không lên men 73
4.17. Ảnh hưởng của mức sử dụng BSLM đến sinh trưởng và chuyển hóa thức
ăn của lợn thí nghiệm 76
4.18. Ảnh hưởng tương tác giữa khẩu phần với các mức sử dụng BSLM và tính
biệt đến khả năng sinh trưởng của lợn F1 (LxY) giai đoạn từ 20 kg đến
xuất bán 80
4.19. Ảnh hưởng của mức sử dụng BSLM trong khẩu phần đến năng suất thân
thịt của lợn F1 (Landrace x Yorkshire) 81
biệt đến năng suất thân thịt (LSM) của lợn F1(LandracexYorkshire) 83
4.21. Ảnh hưởng của mức sử dụng BSLM trong khẩu phần đến chất lượng thịt
(LSM) của lợn F1(LandracexYorkshire) 84
biệt đến chất lượng thịt (LSM) của lợn F1(LandracexYorkshire) 87
4.23. Ảnh hưởng của mức sử dụng BSLM trong khẩu phần đến thành phần hoá
học (LSM) thịt lợn F1(LandracexYorkshire) 88
biệt đến thành phần hoá học (LSM) của thịt lợn F1(LandracexYorkshire) 88
viii

DANH MỤC HÌNH
STT Tên hình Trang
4.1a. Giống hoạt hóa sau 5 ngày (A), 10 ngày (B) và 15 ngày (C) 43
4.1b. Hình ảnh hiển vi cấu tạo bào tử và sợi nấm của chủng nấm sợi Aspergillus
niger A45.1 (dưới vật kính 40X). 44
4.2. Mối quan hệ giữa tỷ lệ (%) bào tử nấm Aspergillus niger A45.1 còn sống
sót và thời gian chiếu tia UV và xử lý NTG 45
4.3. Các khuẩn lạc chủng Aspergillus niger A45.1 sau xử lý bởi tia UV và NTG
(A: 0 phút; B: 30 phút; C: 60 phút; D: 90 phút; E: 120 phút; F: 180 phút) 46
4.4. Ảnh hưởng của loại cơ chất đến sinh tổng hợp enzyme của chủng đột biến
Aspergillus niger GA15 52
4.5. Ảnh hưởng của độ ẩm cơ chất đến sinh tổng hợp glucoamylase α-amylase
và cellulase của chủng đột biến Aspergillus niger GA15 54
4.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến sinh tổng hợp glucoamylase, α-amylase
và cellulase của chủng đột biến Aspergillus niger GA15 55
4.7. Ảnh hưởng của pH môi trường đến sinh tổng hợp glucoamylase, α-
amylase và cellulase của chủng đột biến Aspergillus niger GA15 57
4.8. Ảnh hưởng của thời gian lên men đến sinh tổng hợp glucoamylase, α-
4.9. Ảnh hưởng của tuổi giống đến sinh tổng hợp glucoamylase, α-amylase và
cellulase của chủng đột biến Aspergillus niger GA15 60
4.10. Ảnh hưởng của nguồn carbon bổ sung đến sinh tổng hợp glucoamylase, α-
4.11. Ảnh hưởng của nguồn nitơ bổ sung đến sinh tổng hợp glucoamylase, α-
4.12. Hàm lượng đường khử, tinh bột và xơ của bã sắn ở các nồng độ enzyme
khác nhau 67
4.13. Hàm lượng đường khử theo thời gian đường hóa bã sắn bằng enzyme 69
4.14. Hàm lượng protein thực ở các thời điểm lên men khác nhau 71
ix

TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
Tên tác giả: Dương Thu Hương
Tên Luận án: Nghiên cứu phát triển chủng nấm sợi và tối ưu điều kiện lên men sản
xuất đa enzyme (α-amylase, glucoamylase, cellulase) ứng dụng trong chế biến thức ăn
chăn nuôi.
Chuyên ngành: Chăn nuôi Mã số: 9 62 01 05
Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu chung
Nâng cao hiệu quả sử dụng phụ phẩm trồng trọt và chế biến nông sản bằng ứng
dụng chế phẩm sinh học.
Mục tiêu cụ thể
Chọn lọc được 1 dòng đột biến từ chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 có khả
năng sinh đa enzyme (α-amylase, glucoamylase và cellulase) với hoạt tính cao.
Tìm được điều kiện lên men xốp tối ưu cho sản xuất đa enzyme (α-amylase,
glucoamylase và cellulase) của dòng đột biến chọn lọc.
Đánh giá được hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm đa enzyme (α-amylase,
glucoamylase và cellulase) trong chế biến bã sắn làm thức ăn chăn nuôi lợn thịt.
Phương pháp nghiên cứu
1. Gây đột biến ngẫu nhiên chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 đồng thời
bằng NTG và tia UV. Lựa chọn chủng có khả năng sinh α-amylase, glucoamylase và
cellulase với hoạt tính cao nhất.
2. Tối ưu điều kiện lên men xốp của chủng đột biến chọn lọc: Các thông số tối
ưu: Cơ chất (cám mì, cám gạo, vỏ trấu, mùn cưa). Độ ẩm cơ chất (20, 30, 40, 50, 60 và
70%, w/v). Nhiệt độ lên men (20, 25, 30, 35, 40 và 45o
C). pH ban đầu của cơ chất lên
men (3,0; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,0; 6,5 và 7). Thời gian lên men (từ 2 đến 8 ngày), tuổi
giống (1 đến 4 ngày). Nguồn cacbon (glucose, maltose, tinh bột gạo, sucrose), nguồn
nitơ (ure, cao nấm men, tryptone, peptone, NH4Cl, NH4NO3).
3. Đường hóa và lên men đồng thời bã sắn bằng chế phẩm đa enzyme (α-amylase,
glucoamylase và cellulase) và probitic: Bã sắn tươi hòa vào nước với tỷ lệ 30%, bổ sung chế
phẩm enzyme thô với tỷ lệ 8%, 0,5% chế phẩm probiotic (S. cerevisiae, Lactobacillus
sp. và Bacillus sp. mật độ 107
cfu/g mỗi loại). Nguồn nitơ (NH4)2SO4 được bổ sung với hàm
lượng từ 0 đến 1,5%. Thời gian lên men thích hợp được chọn lựa. Một số thành phần hóa
x

học và sinh học của bã sắn sau lên men được xác định.
4. Các thí nghiệm được bố trí để đánh giá ảnh hưởng của sử dụng BSLM vào
khẩu phần ăn cho 144 lợn thịt F1 (LxY) giai đoạn từ 20kg đến xuất chuồng. Các chỉ tiêu
về sinh trưởng, tiêu tốn thức ăn, năng suất thân thịt và thành phần hóa học của thịt lợn
được nghiên cứu.
Kết quả chính và kết luận
- Chủng Aspergillus niger GA15 có hoạt tính glucoamylase, α-amylase và cellulase
cao nhất được tạo ra bằng gây đột biến đồng thời bởi tia UV và NTG từ chủng hoang dại
Aspergillus niger A45.1. So với hoạt tính enzyme của chủng hoang dại, hoạt tính của α-
amylase cao gấp 1,97 lần, glucoamylase cao gấp 2,2 lần, cellulase cao gấp 1,9 lần
- Điều kiện lên men xốp thích hợp đối với chủng Aspergillus niger GA15 là: cơ chất
cám mì, độ ẩm 50%, pH 5,5, nhiệt độ lên men 30o
C, thời gian lên men 5 ngày, giống 2 ngày
tuổi, glucose 1%, ure 1%, với hoạt tính α-amylase, glucoamylase và cellulase đạt lần lượt là
76,75 ; 50 và 40,11 (U/g), hoạt tính này cao gấp 2; 1,9 và 3,3 lần so với lên men xốp ở
điều kiện chưa được tối ưu.
- Giá trị dinh dưỡng của bã sắn sau khi đường hóa và lên men đồng thời bằng lên
men lỏng với tỷ lệ 30% cơ chất, 8% đa enzyme thô, 0,5% chế phẩm probiotic, 1%
(NH4)2SO4, thời gian lên men 48 giờ được cải thiện rõ rệt, protein thô tăng 7,3 lần, protein
thực tăng 5,5 lần so với bã sắn tươi không lên men, đồng thời HCN giảm còn 1,4 g/kg, hàm
lượng axit hữu cơ tăng 5,9 lần, pH 3,7. Bã sắn có màu vàng tương đỗ, mùi thơm, độ chua
vừa phải, không có độc tố aflatoxin B1. Vì vậy, bã sắn sau đường hóa và lên men có thể
được sử dụng làm thức ăn cho gia súc.
- Sử dụng BSLM trong khẩu phần ăn đã cải thiện tốc độ sinh trưởng, hiệu quả sử
dụng thức ăn của lợn. Ở mức sử dụng 20% BSLM cho hiệu quả tốt nhất, ADG
(g/con/ngày) tăng lên 8,97% và 34,46% so với lô đối chứng ở giai đoạn 1 và 2. FCR ở 2
giai đoạn tương ứng là 2,1 và 2,45. Khối lượng móc hàm và khối lượng thịt xẻ tăng lên
11,15% và 11,19 % so với lô ĐC. Việc sử dụng BSLM trong khẩu phần ăn không ảnh
hưởng đến năng suất thân thịt, chất lượng thịt và thành phần hóa học của thịt lợn.
Đề nghị
Thử nghiệm lên men một số nguồn phụ phẩm nông nghiệp khác bằng chế phẩm
đa enzyme của đề tài để làm thức ăn cho các đối tượng vật nuôi khác nhau.Tiến hành
trên quy mô rộng hơn và xác định hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng phụ phẩm làm
thức ăn chăn nuôi.
xi

THESIS ABSTRACT
PhD candidate: Duong Thu Huong
Title: Research on strain development of filamentous fungi and optimization of
fermentation conditions to produce multi- enzymes (α-amylase, glucoamylase,
cellulase) for processing of animal feed.
Major: Animal Science Code: 9 62 01 05
Educational organization: Vietnam National University of Agriculture
(VNUA) Research Objectives
General objective: Improving the efficiency of using crop by-products and
processing agricultural products by applying probiotics.
Specific objective:
Selecting a mutant of Aspergillus niger A45.1 which can produce highly active
multi-enzymes (α-amylase, glucoamylase and cellulase).
Investigating the optimal soild state fermentation conditions for the selected
mutant strain to produce multi enzymes.
Evaluating the effect of a multi enzymes preperation consisting α-amylase,
glucoamylase and cellulase to degrade byproducts of cassava starch processing as pig
feeding.
Materials and methods
1. Inducing random mutagenesis of Aspergillus niger A45.1 by simultaneous
treatment of NTG and UV rays. Isolating a mutant of Aspergillus niger A45.1 which can
produce multi enzymes (α-amylase, glucoamylase and cellulase) having high activity.
2. Optimizing solid state fermentation conditions for the selected mutant strain:
Optimal parameters: Substrate (wheat bran, rice bran, rice husk, sawdust). Substrate humidity
(20, 30, 40, 50, 60, 70 and 80%, v/w). Fermentation temperature (20, 25, 30, 35, 40 and 45o
C).
Initial pH of the fermentation substrate (3,0; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,0; 6,5 and 7). Culture time
(from 2 to 8 days), age of the wild strain (1÷4 days). Carbon source (glucose, maltose, rice
starch, sucrose), nitrogen source (ure, yeast extract, tryptone, peptone, NH4Cl, NH4NO3).
3. Simultaneous saccharification and fermentation of cassava by products by a multi
enzymes preparation and microorganisms: Fresh cassava by products were mixed with
water at the rate of 30% (w/v), then the crude multi enzymes preparation was added at an
appropriate concentration. 0,5% probiotic (S. cerevisiae, Lactobacillus sp. and Bacillus sp.
at a concentration of 107
cfu/ml) were added to the mixture. Nitrogen source (NH4)2SO4
was added at a specific concentration and the suitable fermentation time was selected.
The chemical compositions of cassava by-products after fermentation were analysed.
4. Experimental design: Effect fermented cassava starch processing by-products
xii

(BSLM) supplementation to the diet of 144 crossbred pigs F1 (LxY) from 20 kg to
slaughter. Recored growth parameters, feed consumption, carcass yield, quality and
chemical compostions of the carcass.
Main findings and conclusions
- A mutant of Aspergillus niger A45.1 was obtained by simultaneous treatment
of NTG and UV rays, named Aspergillus niger GA15, with the enhanced ability to
produce multi enzymes (α-amylase, glucoamylase and cellulase) having the highest
activity. The activity of the α-amylase, glucoamylase and cellulase were 1,97; 2,2 and
1,9 times, respectively higher than that of the wild strain.
- Suitable soild state fermentation conditions for a mutant Aspergillus niger GA15
were wheat bran, moisture 50%, pH 5,5, fermentation temperature 30o
C, fermentation
period 5 days, the age of the wild strain: 2 days old, glucose 1%, ure 1%. At these
fermentation conditions, the activity of the α-glucoamylase, α-amylase and cellulase were
76,75; 50 and 40,11 (U/g), respectively. These values were 1,97; 1,85 and 3,3 folds higher
compared to those recorded under the fermentation conditions are not optimal.
- Simultaneous saccharification and fermentation cassava by-products by liquid
fermentation for 48h (30% cassava by-products, 8% a multi enzymes preparation, 0,5%
probiotic, 1% (NH4)2SO4) improved the quality of fermented cassava by-products.
Crude and real protein increased by 7,3 and 5,5 times, respectively compared to those of
the unfermented cassava by-products. Similarly, organic acids concentration increased
5,9 times. However, the HCN concentration reduced to 1,4 g/kg. The sensory quality of
the fermented cassava by-products was yellow-brown, fragrant, sour, without aflatoxin
B1. Therefore, the fermented cassava by-products could be use as animal feed.
- Using of BSLM to the diet enhanced the growth performance and FCR of pigs.
Supplemented at 20% BSLM to the diet resulted in the highest improvement. At the
stage 1 and 2, the ADG (g/head/day) increased by 8,97% and 34,46%, respectively
compared to the control group. At the 2 feeding stages, the FCR of the BSLM group
was 2,1 and 2,45 respectively. Slaughter weight and carcass weight of the BSLM group
increased by 11,15% and 11,19% compared to the control. Supplementation of BSLM
to the diet did not alter the quality and chemical composition of carcass.
Recommendation: Further work is warranted to explore the potential impacts of
the multi enzymes preparation to ferment others agricultural by-products, which can be
used as animal feed. Large-scale experiments should be conducted to determine the
economic efficiency of using agricultural by-products as animal feed.
xiii

PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ở nước ta, chăn nuôi lợn đóng vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thống sản
xuất nông nghiệp cũng như đối với nền kinh tế. Trong nhiều năm trở lại đây, ngành
chăn nuôi nước ta đã và đang đẩy mạnh phát triển chăn nuôi lợn, nhưng thực trạng
ngành chăn nuôi lợn ở Việt Nam vẫn còn gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt là giá thức
ăn cao và thường xuyên biến động do phải phụ thuộc nguồn nguyên liệu nhập khẩu,
vì vậy đã ảnh hưởng bất lợi cho phát triển chăn nuôi lợn. Trong khi đó, Việt Nam là
một nước nông nghiệp với nguồn phụ phẩm dồi dào từ trồng trọt, chế biến nông sản
như rơm rạ, bã sắn, bã dong riềng, bã mía…Hiện nay Việt Nam có khoảng 100 nhà
máy chế biến tinh bột sắn có quy mô lớn với sản lượng từ 1,8 tấn đến 2 triệu tấn tinh
bột/ngày, lượng chất thải rắn thải ra từ các nhà máy này khoảng 0,6 triệu tấn/ngày
(Nguyễn Thị Hằng Nga & cs., 2016). Lượng bã sắn này phần lớn được thải ra ngoài
môi trường, gây lãng phí và ô nhiễm nghiêm trọng. Một số ít được phơi khô hoặc ủ
chua làm thức ăn cho gia súc, nhưng hiệu sử dụng thức ăn chưa cao, do trong bã sắn
có hàm lượng protein thấp, còn chứa nhiều chất xơ và chất kháng dinh dưỡng như
hydrogen cyanide (HCN). Vì vậy nếu xử lý
được những hạn chế đó, chế biến đúng cách thì bã sắn có thể trở thành nguồn thức
ăn chăn nuôi có giá trị, góp phần quan trọng vào việc giảm phụ thuộc nguyên liệu
nhập khẩu và giảm giá thành sản xuất từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh của
ngành Chăn nuôi Việt Nam.
Lên men được xác định là một trong số ít các phương pháp hiệu quả trong
việc chế biến, bảo quản phụ phẩm thành thức ăn chăn nuôi giàu dinh dưỡng
(Ubalua, 2007; Aro, 2008). Tuy nhiên, thực tế nghiên cứu đã chỉ ra phần lớn các
nguồn phụ phẩm đều chứa hàm lượng xơ cao, hầu hết các vi sinh vật không thể
sử dụng trực tiếp. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả của quá trình lên men cần bổ
sung thêm các enzyme phân giải tinh bột và xơ như amylase, glucoamylase,
cellulase, hoặc các chủng vi sinh vật có khả năng sản sinh các enzyme này để
dịch hóa, tạo cơ chất cho sự sinh trưởng, phát triển của các vi sinh vật và loại bỏ
các yếu tố kháng dinh dưỡng, phân hủy các thành phần thức ăn để cải thiện giá trị
dinh dưỡng của nguyên liệu làm thức ăn chăn nuôi.
Hiện nay, enzyme amylase và cellulase thương mại chủ yếu được thu nhận từ
nguồn nấm mốc với các loài thuộc chi Trichoderma, Humicola, Penicillium,
1

Aspergillus (Sukumaran & cs., 2005; Ariffin & cs., 2006; Ghani & cs., 2013). Do
nhu cầu về sử dụng enzyme trong chăn nuôi cũng như các lĩnh vực công, nông
nghiệp và thực phẩm ngày càng tăng nên việc nghiên cứu nhằm tăng cường, cải
thiện chất lượng cũng như nâng cao sản lượng thông qua việc cải tiến chủng, tối
ưu thành phần môi trường, điều kiện lên men hiệu quả và giảm chi phí sản xuất là
rất cần thiết. Xuất phát từ những lý do trên, nghiên cứu này tiến hành phát triển
chủng nấm sợi, tối ưu thành phần môi trường và điều kiện lên men để nâng cao
hiệu quả sinh tổng hợp (α-amylase, glucoamylase, cellulase) ứng dụng trong chế
biến thức ăn chăn nuôi.
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
1.2.1. Mục tiêu chung
Nâng cao hiệu quả sử dụng phụ phẩm trồng trọt và chế biến nông sản bằng
ứng dụng chế phẩm sinh học.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
Chọn lọc được 1 chủng đột biến từ chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 có
khả năng sinh đa enzyme (α-amylase, glucoamylase và cellulase) với hoạt tính cao.
Tối ưu được điều kiện lên men xốp cho sản xuất đa enzyme (α-amylase,
glucoamylase và cellulase) của chủng đột biến chọn lọc.
Đánh giá được hiệu quả của việc sử dụng thức ăn lên men tạo ra từ bã thải
chế biến tinh bột được xử lý bằng đa enzyme (α-amylase, glucoamylase và
cellulase) ở lợn thịt.
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Chủng nấm sợi Aspergillus niger A45.1 được sàng lọc từ bộ giống của
phòng Các chất chức năng Sinh học, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Bã sắn tươi: được thu gom trực tiếp từ các cơ sở chế biến tinh bột thuộc xã
Cát Quế, huyện Hoài Đức, Hà Nội.
Lợn lai F1 (Landrace x Yorkshire): 72 lợn cái và 72 lợn đực thiến giai
đoạn 20 kg đến xuất chuồng.
1.3.2. Địa điểm nghiên cứu
Phòng Các chất chức năng sinh học, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2

Phòng Thí nghiệm trung tâm, Khoa Chăn nuôi, Học Viện Nông nghiệp
Việt Nam.
Phòng thí nghiệm bộ môn Di truyền giống, khoa Chăn nuôi, Học Viện
Nông nghiệp Việt Nam.
Trung tâm Giống lợn chất lượng cao, Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
1.3.3. Thời gian nghiên cứu
Thời gian nghiên cứu: tháng 6 năm 2015 - tháng 6 năm 2019
1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài đã cải tiến chủng dại Aspergillus niger A45.1 bằng đột biến ngẫu
nhiên và chọn lọc được 1 chủng đột biến Aspergillus niger GA15 có khả năng
sinh đa enzyme (α-amylase, glucoamylase và cellulase) với hoạt tính cao.
Chế biến được bã thải tinh bột sắn thành thức ăn giàu dinh dưỡng cho
chăn nuôi lợn thịt bằng đường hóa và lên men đồng thời sử dụng chế phẩm chứa
đa enzyme từ chủng đột biến và lợi khuẩn.
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài đã tạo ra được một chủng nấm sợi đột biến có khả năng sinh đa
enzyme (α-amylase, glucoamylase và cellulase) với hoạt tính cao và tối ưu môi
trường lên men xốp cho sản xuất đa enzyme.
Đề tài đã chế biến được bã thải tinh bột sắn thành thức ăn giàu dinh dưỡng
cho gia súc bằng đường hóa và lên men đồng thời sử dụng chế phẩm đa enzyme
và vi sinh vật probiotic.
Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp thêm tư liệu phục vụ cho giảng dạy
và nghiên cứu về phát triển chủng bằng kỹ thuật đột biến, chế biến thức ăn chăn
nuôi giàu dinh dưỡng từ bã thải tinh bột bằng đa enzyme và lợi khuẩn.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Có thể cung cấp chủng giống đột biến cho sản xuất enzyme công nghiệp,
giảm thiểu chi phí, đáp ứng nhu cầu sử dụng enzyme ngày càng tăng trong chăn
nuôi cũng như các lĩnh vực công nghiệp.
Tận dụng được nguồn phụ phẩm rẻ tiền từ các cơ sở sản xuất tinh bột sắn
thành nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng làm thức ăn chăn nuôi, góp phần giảm
chi phí về thức ăn trong chăn nuôi và ô nhiễm môi trường.
3

PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. TỔNG QUÁT VỀ ENZYME AMYLASE VÀ CELLULASE
Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein, có nguồn gốc từ
sinh vật. Nó không chỉ tham gia xúc tác nhanh các phản ứng hóa học bên trong
cơ thể mà còn có thể xúc tác cho các phản ứng bên ngoài tế bào.
Enzyme đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của các
ngành công nghiệp, xử lý môi trường, công nghệ thực phẩm.... Ngày nay với xu
hướng phát triển của công nghệ sinh học đã tạo ra nhiều ứng dụng mới của
enzyme (Sharada & cs., 2013)
2.1.1. Enzyme amylase
Amylase là tên gọi của một nhóm enzym thủy phân, xúc tác phân giải các
liên kết glucoside của polysaccharide với sự tham gia của nước. Cơ chất tác dụng
của amylase là tinh bột và glycogen. Sản phẩm tạo thành của quá trình thủy phân
là glucose, maltose và dextrin là các chất có phân tử lượng thấp.
Các loại amylase có nguồn gốc khác nhau thì thường khác nhau về tính chất,
cơ chế tác dụng cũng như sản phẩm cuối cùng của sự thủy phân. Các amylase chủ
yếu thủy phân tinh bột thường gặp là: α-amylase, β-amylase và γ-amylase, trong đó
2 nhóm quan trong nhất là α-amylase và γ-amylase (Singh & cs., 2011)
2.1.1.1. α-Amylase (EC 3.2.1.1)
-amylase là một metaloenzyme. Mỗi phân tử-amylase đều có chứa từ 1
đến 30 nguyên tử gam Ca/mol, Ca tham gia vào sự hình thành, ổn định cấu trúc
bậc 3 và duy trì hoạt động của enzyme. Enzyme-amylase có khả năng phân cắt
các liên kết α-1,4 glucoside trong mạch amylose và amylopectin của tinh bột
hoặc glycogen một cách ngẫu nhiên không theo trật tự nào cả, nó không tấn công
liên kết α-1,6 glucoside của amylopectin, sản phẩm thủy phân cuối cùng của-
amylase là tạo ra maltotriose và maltose từ amylose, hoặc maltose, glucose và
dextrin tới hạn phân nhánh từ amylopectin. α-amylase có khuynh hướng hoạt
động nhanh hơn β-amylase vì nó có thể hoạt động bất cứ nơi nào trên cơ chất.
Khả năng dextrin hóa cao của α-amylase là tính chất đặc trưng của nó. Vì vậy,
người ta thường gọi loại amylase này là amylase dextrin hóa hay amylase dịch
hóa. Trong cơ thể người, cả amylases nước bọt và tuyến tụy đều là α-amylase.-
amylase cũng tìm thấy trong thực vật, nấm (Ascomycetes và Basidiomycetes) và
vi khuẩn (Bacillus) (Singh & cs., 2011).
4

2.1.1.2. β-Amylase (EC 3.2.1.2)
β-amylase là một dạng khác của amylase được tổng hợp bởi vi khuẩn,
nấm và thực vật. β-amylase xúc tác quá trình thủy phân liên kết β-1,4 glycosidic
thứ hai, làm việc từ đầu không khử, tách hai đơn vị glucose (maltose) một lần.
Trong quá trình chín quả, β-amylase phá vỡ tinh bột thành maltose, dẫn đến
hương vị ngọt của trái chín. Cả-amylase và β-amylase đều có trong hạt; β-
amylase có mặt ở dạng không hoạt động trước khi nảy mầm, trong khi α-amylase
xuất hiện khi quá trình nảy mầm bắt đầu. Các mô động vật không chứa β-amylase
(Singh & cs., 2011).
2.1.1.3. γ-Amylase hay glucoamylase (EC 3.2.1.3)
Đây là enzyme đường hóa quan trọng nhất trong hệ amylase. γ-amylase cắt
các liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside bắt đầu từ đầu không khử trên mạch amilose và
amilopectin tạo sản phẩm cuối cùng là glucose. γ-amylase có khả năng thủy phân
hoàn toàn tinh bột, glucogen, dextrin và maltose thành glucose. Không giống như
các dạng amylase khác, γ-amylase có hiệu quả nhất trong môi trường axit và có độ
pH tối ưu là 3. Trong số các vi sinh vật có khả năng sinh γ-amylase đã được biết cho
đến nay, chi Aspergillus là chi được biết đến nhiều nhất bởi khả năng sinh
glucoamylase rất cao, đặc biệt là loài Aspergillus niger (Singh & cs., 2011).
2.1.2. Enzyme cellulase
Cellulase thủy phân cellulose, cắt liên kết 1,4 - β - glycosidic trong
cellulose và các dẫn xuất oligosaccharide liên quan. Cellulase là một phức hệ
enzyme bao gồm 3 loại chính là: C1 [(EC 3.2.1.9), (Exo- β-1-4, glucanase)], Cx
[(EC 3.2.1.4), (Endo-β-1-4, glucanase, carboxymethyl cellulase, hay CMCase)]
và Cb [(EC 3.2.1.21), (β- glucosidase)], chúng tham gia vào những phản ứng kế
tiếp nhau để thủy phân cellulose tạo thành oligosaccharides và glucose (Hameed
& cs., 2005; Sharada & cs., 2013).
Enzyme (exo- 1,4-β-D- glucanase) (EC 3.2.1.9): Có tác dụng cắt đứt liên kết
hydro ở đầu không khử của chuỗi cellulose và liên tục loại bỏ các đơn vị glucose
đơn, biến cellulose tự nhiên thành cellulose phản ứng (cellulose vô định hình).
Enzyme endo-1,4-β-D-glucanase ((EC3.2.1.4): Tấn công ngẫu nhiên vào các
liên kết β-1-4 ở bên trong, thủy phân cellulose phản ứng thành cellobiose. Enzym
này được chia thành hai loại là: Endocellulase hay Endoglucanase (EG) có tác dụng
thủy phân liên kết β-1,4-glucoside tại các điểm bất kỳ trên mạch phân tử cellulose.
Exocellulase hay exoglucanase (CBH) có khả năng phân giải chuỗi
5

trên thành disaccaride gọi là cellobiose từ đầu không khử. Bao gồm hai loại
CBHI và CBHII.
β-glucosidase (EC 3.2.1.21): Thủy phân cellobiose thành glucose. Là
nhóm enzym khá phức tạp, có khả năng hoạt động ở pH rất rộng từ 4,4 đến 8,4.
Trọng lượng phân tử 50- 95 KD, có thể hoạt động ở nhiệt độ cao.
2.1.3. Nguồn thu nhận enzyme
Amylase, celullase cũng như các enzyme khác có thể được thu nhận từ
nhiều nguồn khác nhau như dịch tiêu hóa động vật, hạt nẩy mầm và các vi sinh
vật. Việc sản xuất, thu nhận enzyme từ động vật và thực vật rất phức tạp do
nguồn thu nhận nguyên liệu khó khăn, hiệu suất thấp, giá thành cao. Ngày nay đa
số các enzyme công nghiệp đều được thu nhận từ vi sinh vật do các ưu điểm của
nó mang lại như sau: Vi sinh vật có chu kỳ sinh trưởng, phát triển ngắn, quá trình
tổng hợp enzyme diễn ra rất nhanh, do đó rút ngắn thời gian thu nhận enzyme và
làm giảm giá thành sản xuất. Hoạt tính enzyme từ vi sinh vật rất cao, chỉ cần sử
dụng một lượng nhỏ enzyme có thể chuyển hóa một lượng cơ chất lớn. Hệ
enzyme của vi sinh vật rất phong phú, có khả năng tổng hợp nhiều loại enzyme
khác nhau, trong đó một số enzyme động vật và thực vật không tổng hợp được.
Vi sinh vật không đòi hỏi nghiêm ngặt về mặt dinh dưỡng, có thể sinh trưởng
trên nhiều nguồn cơ chất đơn giản, rẻ tiền do đó có thể tận dùng các nguồn phế
thải nông nghiệp làm nguồn cơ chất để sản xuất enzyme làm giảm giá thành sản
xuất. Vi sinh vật chịu ảnh hưởng lớn của thành phần môi trường dinh dưỡng và
các tác nhân lý hóa của môi trường. Do đó, người ta có thể thay đổi thành phần
dinh dưỡng của môi trường nuôi cấy hoặc các tác nhân lý hóa của môi trường,
nhằm tạo ra các chủng vi sinh vật sản xuất ra enzyme với hàm lượng lớn và có
hoạt tính xúc tác cao. Có thể cải tiến và phát triển chủng để tạo ra các chủng đột
biến sản xuất enzyme cao sản bằng nhiều phương pháp. Dễ dàng sản xuất hàng
loạt trên quy mô công nghiệp (Singh & cs., 2011; Ciloci & cs., 2012).
Các loại vi sinh vật được sử dụng rộng rãi và phổ biến cho việc thu nhận và
sản xuất các enzyme công nghiệp bao gồm: vi khuẩn, nấm sợi và nấm men. Một số
enzyme công nghiệp phổ biến được sản xuất bởi các vi sinh vật như bảng 2.1.
6

Bảng 2.1. Một số enzyme công nghiệp và nguồn vi sinh vật sản xuất enzyme
Nguồn Enzyme Vi sinh vật
Protease Bacillus subtilis
Vi khuẩn Amylase Bacillus subtilis
Pencilinase Bacillus subtilis
Nấm men
Lactase Saccharomyces flagilis
Invertase Saccharomyces cerevisiae
Protease Aspergillus niger
Amylase Aspergillus oryzae
Cellulase Aspergillus niger
Nấm sợi Pectinase Aspergillus niger
Catalase Aspergillus niger
Glucose oxidase Penicillium notatum
Glucosidases Aspergillus flavus
Nguồn: Vittaladevaram & cs. (2017)
2.1.4. Tổng quan về nấm sợi Aspergillus niger
2.1.4.1. Đặc điểm sinh thái và phân loại của Asperillus niger
Chi Aspergillus được chia thành các nhóm theo màu sắc của bào tử.
Aspergilli có bào tử từ nâu đến đen được xếp vào nhóm Aspergillus niger (A.
niger). Mặc dù các loài trong nhóm này khác nhau đáng kể, chỉ có một vài khác
biệt rõ ràng để phân loại các loài riêng biệt (Schuster & cs., 2002). Nhóm
Aspergillus niger (Aspergilli đen) bao gồm 18 loài, trong đó A. niger, A.
tubingensis, A. brasiliensis, A. acidus, A. carbonarius, và A. ibericus là phổ biến
nhất, các loài còn lại rất hiếm và được tìm thấy chủ yếu ở các vùng nhiệt đới
(Nielsen & cs., 2009). Nhiều loài của Aspergilli đã được phân lập từ khắp nơi
trên thế giới. A. niger là một loại nấm sợi sinh trưởng hiếu khí trên cơ chất hữu
cơ. Trong tự nhiên, nó được tìm thấy trong đất, chất độn chuồng và thực vật đang
phân hủy. A. niger có thể phát triển trong khoảng nhiệt độ rộng từ 6-47°C, nhiệt
độ tối ưu tương đối cao ở 35-37°C. Hoạt độ nước giới hạn cho sự phát triển là
0,88, tương đối cao so với các loài Aspergillus khác. A. niger có thể phát triển
trong phạm vi pH cực kỳ rộng: 1,4-9,8. Với những đặc điểm đó và khả năng sinh
và phát tán bào tử trong không khí, làm cho chúng có khả năng xuất hiện nhiều
và phổ biến với tần suất cao ở khắp mọi nơi, đặc biệt là ở những ấm ấp và ẩm ướt
(Schuster & cs., 2002).
7

2.1.4.2. Ứng dụng của Asperillus niger
A.niger có khả năng trao đổi chất mạnh, vì vậy nó được coi là một trong
những sinh vật quan trọng được sử dụng trong công nghệ lên men. Từ năm 1923,
A.niger đã được khai thác thương mại cho sản xuất axit citric, hầu hết sử dụng
trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Ngoài việc sản sinh ra axit citric,
A.niger còn là nguồn phong phú các enzyme. Pectinase, protease và
amyloglucosidase là những enzyme đầu tiên được khai thác bằng nuôi cấy bề
mặt. Để sản xuất nhiều sản phẩm, tinh bột - một trong những nguồn cacbon dồi
dào nhất phải được thủy phân thành glucose, maltose và các dextrin phân tử
lượng thấp. Amyglucosidase còn được gọi là glucosamylase có khả năng xúc tác,
cắt các đơn vị glucose từ đầu không khử của tinh bột. Các ngành công nghiệp sản
xuất siro và rượu sử dụng chính các amyglucosidase do A.niger sản xuất. Pectin
là một heteropolysaccharide, là thành phần chính trong rau củ và trái cây. Một số
enzyme được sản xuất bởi A.niger như pectin esterases, endo và exo-
polygalacturonidases và pectin có khả năng phân hủy pectin; chúng được sử dụng
trong sản xuất rượu vang, nước trái cây để làm giảm độ nhớt của trái cây trước
khi chế biến và cải thiện độ trong của sản phẩm (Schuster & cs., 2002).
Các chuyên gia của FAO/WHO đã công nhận các chế phẩm enzyme từ
A.niger gồm chính các sinh vật (FAO/WHO 1972, 1978, 1981, 1987, 1990). FDA
Hoa Kỳ đã chấp nhận nhiều enzyme sử dụng cho thực phẩm: vào đầu những năm
1960 FDA đã thừa nhận rằng α-amylase, cellulase, amyloglucosidase, catalase,
glucose oxidase, lipase và pectinase từ A. niger có thể được coi là an toàn (GRAS
- generally regarded as safe), với điều kiện các chủng không gây bệnh, không độc,
hoạt động tốt trong điều kiện sản xuất. Tiếp sau đó, một loạt các enzyme từ A.niger
được công nhận là an toàn và sử dụng cho các lĩnh vực thực phẩm, công nghiệp,
dược phẩm như: Carbohydrase, cellulase từ A. niger (Schuster & cs., 2002).
Với sự phát triển của công nghệ sinh học, việc sản xuất enzyme của
A.niger được cải thiện rõ rệt. Sản xuất phytase tăng 1000 lần nhờ công nghệ tái tổ
hợp và nhiều sản phẩm enzyme có sẵn trên thị trường từ các chủng A. niger tái tổ
hợp như α-amylase, arabinofuranosidase, catalase, chymosin, glucoamylase,
glucose oxidase, pectin esterase, phospholipase A2, phytase và xylanase (Pariza
& Johnson, 2001).
Ngày nay trong sản xuất amylase và cellulase thương mại, người ta chủ yếu
8

thu nhận nguồn enzyme này nấm sợi với các loài thuộc chi Trichoderma, Humicola,
Penicillium, Aspergillus (Sukumaran & cs., 2005; Ariffin & cs., 2006; Ghani & cs.,
2013). Nhiều loài nấm sợi có khả năng sản sinh các loại enzyme như α-amylase,
glucoamylase và cellulase ở các điều kiện và công nghệ lên men khác nhau. Các loài
thường được sử dụng là Aspergillus niger, Rhizopus oryzae, Aspergillus awamori và
Aspergillus oryzae (Ciloci & cs., 2012; Imran & cs., 2012; Ho & Ho, 2015).
Công nghệ enzyme nhằm mục đích sản xuất các enzyme bởi các chủng vi
khuẩn và nấm khác nhau bằng phương pháp lên men lỏng và rắn. Trong những năm
gần đây, việc sản xuất enzyme cellulase, α-amylase và glucoamylase bằng lên men
rắn đang được quan tâm vì chi phí thấp, hiệu suất cao và có triển vọng trong việc sử
dụng nhiều loại phụ phẩm công - nông nghiệp làm cơ chất (Park & cs., 2002). Các
phụ phẩm nông nghiệp khác nhau như cám lúa mì, cám gạo, vỏ trấu, bã mía, cám
yến mạch, bột hạt bông có thể dùng được cho việc chuyển hóa chúng thành các sản
phẩm có giá trị kinh tế bởi đa enzyme từ nấm sợi (Parbat & Singhal, 2011).
Phức hợp cellulase của Aspergillus niger đã được nghiên cứu đầy đủ nhất.
Nó có thể chuyển đổi cellulose tự nhiên cũng như cellulose tổng hợp thành
glucose (Devi & Kumar, 2017). Devi & Kumar (2017) đã tối ưu điều kiện môi
trường, thu nhận và tinh sạch được cellulase của A.niger bằng lên men trên mùn
cưa và bã thải giấy và cho rằng các chủng A.niger có khả năng phân hủy các bã
thải lignocellulosic sinh học. A.niger tạo ra cellulase hoạt tính cao khi nuôi trong
môi trường lỏng bằng cả phương pháp lên men bề mặt và lên men chìm, gần đây
là bằng lên men bề mặt rắn (Ikram-Ul-Haq & cs., 2005).
Nhiều nghiên cứu trong nước cũng cho biết các chủng nấm sợi Aspergillus
có khả năng sinh ra nhiều loại enzyme và được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh
vực công nghiệp khác nhau. Nhóm enzym amylase (α-amylase, glucoamylase)
được tạo ra bởi Aspergillus oryzae và Aspergillus niger được ứng dụng trong làm
bánh mì, ủ bia rượu và bánh kẹo. Enzym cellulase, β-glucanase được tiết ra bởi
Aspergillus niger ứng dụng để thúc đẩy sự tiêu hoá của thực phẩm có sợi, sự tinh
lọc nước trái cây và bia. Glucose oxidase được tạo ra bởi Aspergillus niger đã có
nhiều ứng dụng trong thực phẩm và y học (Hoàng Kim Anh, 2012). Dương Thị
Hương & Nguyễn Hiền Trang (2018) đã tạo ra chế phẩm hỗn hợp Aspergillus
oryzae KZ3 và Aspergillus awamori HK1 có khả năng sinh protease cao trên môi
trường bán rắn. Đỗ Thị Hiền & Huỳnh Phan Phương Trang (2019) đã tạo ra chế
phẩm pectinase dạng bột từ Aspergillus niger bằng phương pháp sấy phun. Đặng
9

Minh Nhật & Bùi Viết Cường (2012) nghiên cứu thu nhận chế phẩm enzyme
glucose oxidase từ Aspergillus niger ở dạng đông khô có hoạt độ riêng 7000 UI/g.
2.2. CẢI TIẾN CHỦNG VI SINH VẬT VÀ LÊN MEN SẢN XUẤT ENZYME
2.2.1. Sự cần thiết phải cải tiến các chủng vi sinh vật
Trong những thập kỷ gần đây với sự tăng lên theo cấp số nhân về ứng
dụng của enzyme trong nhiều lĩnh vực khác nhau đã đặt ra yêu cầu cấp thiết là
phải mở rộng và tăng cường cả việc cải tiến chất lượng và nâng cao về số lượng
thông qua việc cải tiến chủng, tối ưu môi trường, và tìm kiếm quá trình lên men
hiệu quả để tăng sản lượng enzyme.
Tăng sản lượng enzyme có thể đạt được bằng tối ưu môi trường nuôi cấy
và điều kiện sinh trưởng nhưng cách tiếp cận này bị giới hạn trong khả năng tổng
hợp sản phẩm của cơ thể. Việc cải tiến chủng được thực hiện để giảm giá thành
bằng cách tăng năng suất hay giảm chi phí sản xuất vì vậy nó có vai trò quan
trọng trong công nghiệp lên men. Cải thiện chủng là quá trình cải tiến và thao tác
trên các chủng vi sinh vật để tăng cường khả năng trao đổi chất cho các ứng dụng
của công nghệ sinh học (Gonzalez & cs., 2003). Do hệ thống kiểm soát vốn có
của mình, các vi sinh vật thường sản sinh ra các chất trao đổi thương mại ở nồng
độ rất thấp chỉ đủ có lợi cho chúng, do đó việc tăng cường sản xuất các chất trao
đổi hiếm khi xảy ra và mặc dù năng suất có thể tăng lên bởi việc tối ưu hóa điều
kiện môi trường, tuy nhiên năng suất cuối cùng vẫn được kiểm soát bởi bộ gen
(genome) của sinh vật (Pathak & cs., 2015). Việc cải tiến chủng chủ yếu tập
trung vào sự gia tăng hiệu suất của quá trình lên men, giảm chi phí và tăng các lợi
ích kinh tế và cũng có thể có thêm một số đặc tính mong muốn khác (Prabakaran
& cs., 2009; Singh & cs., 2011).
Nghiên cứu về biến đổi gen trong những năm qua đã đóng góp lớn để hiểu
cơ chế ổn định và hoạt động cho cải tiến của enzyme công nghiệp. Hầu hết các
chủng dại mà có tiềm năng sử dụng trong quá trình lên men công nghiệp bắt
buộc phải cải tiến để việc lên men đạt hiệu quả kinh tế cao (Mishra & cs., 2014).
2.2.2. Phương pháp cải tiến chủng vi sinh vật để tăng sản xuất enzyme
Việc tăng cường sản xuất các sản phẩm của vi sinh vật có thể đạt được thông
qua gây đột biến, chọn lọc/sàng lọc và ứng dụng của kỹ thuật tái tổ hợp ADN. Cải
tiến các chủng vi sinh vật quan trọng cho công nghiệp được thực hiện bằng nhiều
phương pháp khác nhau như đột biến, dung hợp tế bào trần, công nghệ tái tổ hợp
10

ADN và tạo dòng gene. Gây đột biến ngẫu nhiên và dung hợp tế bào trần là đơn
giản hơn và được sử dụng phổ biến như là công cụ của kỹ thuật protein để đạt
được các chủng với hiệu suất sinh tổng hợp enzyme cao hoặc các đặc tính mong
muốn (Singh & cs., 2011; Pathak & cs., 2015).
Đột biến là một công cụ thường được sử dụng để cải tiến chủng. Đây là
phương pháp có hiệu quả trong cải tiến các vi sinh vật công nghiệp và phải được
tiến hành lặp lại bởi các tác nhân đột biến, lựa chọn và sàng lọc những cá thể
sống sót thích hợp. Đột biến đã được nhiều nhà khoa học sử dụng như một công
cụ của kỹ thuật protein để đạt được những chủng có hiệu suất enzyme cao hoặc
những đặc tính mong muốn. Sàng lọc đột biến hoặc các chủng sản xuất enzyme
cao sản là rất quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và tính kinh tế trong quá
trình sản xuất công nghiệp (Zhao & cs., 2014). Đột biến xảy ra có thể là tự phát
(đột biến tự nhiên) hoặc sau khi gây nhiễm (đột biến nhân tạo, đột biến cảm ứng)
với các nhân tố đột biến.
a. Đột biến tự nhiên
Tỷ lệ của đột biến tự nhiên thường thấp nhưng có thể tăng lên do sử dụng
các tác nhân đột biến. Tỷ lệ đột biến tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện sinh
trưởng của sinh vật và tần số đột biến (tỷ lệ đột biến trong quần thể) có thể tăng
đáng kể bằng cách sử dụng các tác nhân đột biến.
b. Đột biến nhân tạo
Các tác nhân làm tăng tần số đột biến cao hơn mức tự nhiên được gọi là
các tác nhân gây đột biến, gồm các tác nhân vật lý và hóa học. Các đột biến loại
này được gọi là đột biến nhân tạo hay đột biến cảm ứng. Đối với các vi sinh vật,
các tác nhân gây đột biến chủ yếu là tia tử ngoại và một số hóa chất.
Các tác nhân vật lí như phóng xạ, tia X, tia tử ngoại. Nhiều hóa chất là tác
nhân gây đột biến như các đồng đẳng của các bazơ nitric, HNO2 (nitro axit), các
chất alkyl hóa mạch...
Nhân tố gây đột biến vật lý
Nhân tố gây đột biến vật lý bao gồm tia UV, tia gamma, tia X. Trong số
đó tia UV được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp vì nó rất hiệu quả và
không đòi hỏi máy móc hay các thiết bị phức tạp (Pathak & cs., 2015).
11

Bảng 2.2. Các tác nhân gây đột biến để phát triển chủng
Tác nhân đột biến Đột biến phát sinh Tác động đến ADN Hiệu ứng
Bức xạ
Bức xạ ion hóa
1. Tia X, tia gamma Phá hủy mạch đơn hoặc Mất, thay đổi cấu trúc Cao
mạch kép của ADN
Bước sóng ngắn
2. Tia tử ngoại (UV) Hình thành Pyridimine Chuyển, mất, lặp, thay Trung
dimer và liên kết ngang thế từ GC -> AT bình
trong phân tử ADN
Hóa học
Base analogs
3. 5-Chlorouracil, Kết cặp nhầm ChuyểnAT->GC, Thấp
5-Bromouracil GC->AT
4. 2-Aminopurine Lỗi trong sao chép Thấp
deaminating agents ADN
5.Hydroxylamine Đề amin cytosine Chuyển GC -> AT Thấp
(NH2OH)
6. Nitrous acid Đề amin của A, C và G Bi-directional Trung
(HNO2) traslation, mất, chuyển bình
AT ->GC và/hoặc GC-
>AT
Yếu tố alky hóa
7. N-methyl-N’-nitro Methyl hóa, pH cao Chuyển GC -> AT Cao
N-Nitrosoguanidine
(NTG)
8.Ethyl Alkyl hóa C và A Chuyển GC -> AT Cao
methaneusulfonate
9. Mustards di-(2- Alkyl hóa C và A Chuyển GC -> AT Cao
chloroethyl)-sulfide
Nhân tố xen vào
10. Ethidium bromide, Xen vào giữa 2 cặp bp Dịch khung Thấp
acridinedyes
Nhân tố sinh học
11. Phage, plasmid, Thay thế, phá hủy các Mất, thêm, thay thế Thấp
ADN transposing bazo
Nguồn: Pathak & cs. (2015)
12

Tia UV có độ dài bước sóng 200-300nm, ADN có khả năng hấp thu cực đại
bước sóng 254nm, đây chính là bước sóng làm tăng tần số đột biến ở vi sinh vật. Tia
UV kích thích các electron trong phân tử dẫn đến sự hình thành của liên kết giữa các
phân tử pyrimidine lân cận, kết quả là tạo ra các các dimer (thymine-thymine,
thymine-cytosine và cytosine-cytosine) hoặc giữa các pyrimidine của các chuỗi bổ
sung đẫn đến sự hình thành các crosslink. Tia UV chủ yếu gây ra các đột biến
chuyển, mất, lặp, thay thế các bazơ nitơ (Pathak & cs., 2015). Tia UV được biết đến
là thường gây hại, nhưng chúng có khả năng tạo ra các đột biến để cải thiện hiệu suất
do thích ứng tốt hơn với môi trường sống (Pathak & cs., 2015). Agrawal & cs.
(1999) đã chỉ ra rằng tia UV là một tác nhân đột biến mạnh. Hầu hết việc sản xuất
các enzyme công nghiệp đều được tăng lên chủ yếu do phương pháp xử lý UV.
Nhân tố gây đột biến hóa học
Có nhiều hóa chất có khả năng gây ra biến dị di truyền, đến nay tìm ra những
hóa chất cho hiệu quả đột biến cao hơn cả phóng xạ. Các tác nhân gây đột biến hóa
học có thể kể đến gồm: Các chất ức chế tổng hợp nitơ bazơ trong cấu trúc ADN như
coffein, ethyl uretan...; Các chất đồng đẳng với nitơ bazơ như coffein, 5-bromuracil,
các chất gần giống với nitơ bazơ, nên nó làm ADN gắn nhầm khi tổng hợp; Các chất
alkyl hóa làm đứt mạch ADN như etyl metan sunlfonat (EMS), metyl metaulfonat
(MMS), etylen imine (EI), nitrosoguanidin (NG),...; Các chất khác như nhóm oxy
hóa, khử. Ngược với sai hỏng sao chép, các tác nhân gây đột biến như nitrous axit và
khí ngạt nitơ (nitơ mustard) có thể gây biến đổi trực tiếp trên ADN. Các chất chêm
vào ADN (proflavine, acridine…).
Đột biến điểm trực tiếp
Gần đây, nhiều nghiên cứu cho thấy tỷ lệ đột biến của các gen đặc thù được tăng
lên bởi phương pháp gây đột biến trực tiếp. Điều này được thực hiện để thu được tần số
tối đa các đột biến mong muốn và đòi hỏi kiến thức rộng về gen điều khiển sản phẩm
đích và bản đồ gen của cơ thể sinh vật. Gần đây các đột biến invitro được sử dụng bằng
tái tổ hợp cùng với kỹ thuật di truyền để làm biến đổi gen được tách ra hay một phần
của gen. Nó bao gồm thay đổi trình tự bazo của ADN và thay đổi codon trong gene mã
hóa cho các axit amin. Nó có thể được thực hiện bằng phương pháp kỹ thuật protein.
Mong muốn cải thiện có thể được tăng khả năng chịu nhiệt, thay đổi dải cơ chất, giảm
ức chế phản hồi tiêu cực, thay đổi dải pH (Pathak & cs., 2015).
2.2.3. Lên men sản xuất enzyme
Trong quá trình sản xuất enzyme, có nhiều phương thức lên men được các
nhà sản xuất chấp nhận, trong đó có hai phương pháp chính là lên men chìm
13

(Submerged fermentation - SmF) và lên men bề mặt rắn (Solid state fermentation
- SSF). Trong những thập kỷ gần đây, các nhà nghiên cứu và sản xuất có xu
hướng sử dụng kỹ thuật lên men bề mặt rắn (SSF) để sản xuất ra nhiều enzyme từ
các vi sinh vật (Singh & cs., 2011).
2.2.3.1. Lên men bề mặt rắn/Lên men xốp (Solid state fermentation - SSF)
Lên men bề mặt rắn được định nghĩa là quá trình lên men gồm cơ chất rắn
và được thực hiện trong điều kiện không hoặc gần như không có mặt của nước tự
do; tuy nhiên cơ chất phải có đủ độ ẩm để cung cấp cho sự sinh trưởng và quá
trình trao đổi chất của vi sinh vật (Singhania & cs., 2009). Tiềm năng của SSF
nằm trong việc đưa vi sinh vật nuôi cấy trong môi trường có nồng độ cơ chất cao
nhất để lên men, hệ thống SSF giống với môi trường sống tự nhiên của các vi
sinh vật do đó đây là lựa chọn thích hợp cho sự sinh trưởng và tạo ra các sản
phẩm có giá trị (Singhania & cs., 2009). Quá trình lên men SSF có tiềm năng to
lớn trong việc sản xuất enzyme. Ngoài các ứng dụng thông thường trong các
ngành công nghiệp thực phẩm và lên men, enzyme của vi sinh vật còn có vai trò
quan trọng trong chuyển hóa sinh học các dung môi hữu cơ, chủ yếu cho các chất
có hoạt tính sinh học (Pandey & cs., 1999).
a. Ưu nhược điểm của lên men bề mặt rắn
Lên men bề mặt rắn nhận được nhiều sự quan tâm của của các nhà nghiên
cứu cho sản xuất nhiều loại enzyme công nghiệp do những ưu điểm của nó đem lại
như sau: Lên men bề mặt rắn dễ thực hiện, quy trình công nghệ thường không phức
tạp, yêu cầu đối với các thiết bị lên men đơn giản, không tốn kém, do đó giảm thiểu
chi phí trong quá trình sản xuất. Môi trường nuôi cấy trong lên men rắn đơn giản.
Một số cơ chất có thể được sử dụng trực tiếp như là môi trường rắn hoặc được bổ
sung thêm một số chất dinh dưỡng. Lên men bề mặt rắn cho năng suất cao hơn trong
một khoảng thời gian ngắn hơn, lượng enzyme được tạo thành từ lên men bề mặt
thường cao hơn rất nhiều so với lên men chìm. Đây là đặc điểm ưu việt rất quan
trọng trong giải thích tại sao phương pháp nuôi cấy bề mặt hiện nay phát triển mạnh
trở lại. Sản phẩm thu hồi sau lên men với lượng dung môi ít, hạn chế nước thải ra
môi trường. Mặt khác, sản phẩm sau khi thu nhận dễ sấy khô và dễ bảo quản và dễ
tinh sạch. Hàm lượng ẩm thấp, do đó hạn chế sự lây nhiễm của các
visinh vật khác. Dễ dàng xử lý khi bị tạp nhiễm trong quá trình lên men
(Singhania & cs., 2009).
Lên men bề mặt rắn mặc dù có nhiều ưu điểm song vẫn còn một số nhược
điểm như sau: Các vi sinh vật nuôi cấy bởi phương pháp SSF bị hạn chế bởi rào
14

cản về hàm lượng ẩm của môi trường. Khó khăn trong việc xác định các thông số
của môi trường lên men như pH, oxy tự do, CO2 (Singhania & cs., 2009).
b.Vi sinh vật sử dụng cho sản xuất enzyme bằng lên men bề mặt rắn
Trong lên men SSF, hầu hết các nhóm vi sinh vật (nấm men, nấm sợi, vi
khuẩn) đều có thể sinh trưởng và phát triển trên bề mặt môi trường rắn để sinh ra
các nhóm enzyme khác nhau. Việc lựa chọn một chủng đặc thù tùy thuộc vào
mục đích, yêu cầu và một số yếu tố, đặc biệt là tính chất của cơ chất và điều kiện
môi trường. Tuy nhiên, nấm sợi là thích hợp cho lên men SSF vì cơ chất và các
điều kiện trong SSF gần giống với điều kiện sống tự nhiên của nấm sợi
(Tengerdy & Szakacs, 2003).
Các enzyme thủy phân như cellulase, xylanase, pectinase... hầu hết đều
được tạo ra bởi các loài nấm sợi, vì các enzyme đó được sử dụng trong tự nhiên
cho sự sinh trưởng của chúng. Trichoderma sp. và Aspergillus niger đã được sử
dụng rộng rãi nhất cho các enzym này. Các enzyme phân giải tinh bột cũng
thường được tạo ra bởi nấm sợi và các chủng ưa thích thuộc về các loài thuộc chi
Aspergillus và Rhizopus. Mặc dù việc sản xuất thương mại của amylases được
thực hiện bằng cách sử dụng cả các chủng nấm và vi khuẩn, α- amylase của vi
khuẩn thường dùng để phân giải tinh bột do sự ổn định với nhiệt độ cao của nó.
Để đạt được hiệu suất cao với chi phí sản xuất thấp, dường như các dòng biến đổi
gen sẽ đóng vai trò chính trong việc sản xuất enzyme (Pandey & cs., 1999).
c. Cơ chất sử dụng trong lên men bề mặt rắn để sản xuất enzyme
Trong môi trường lên men bề mặt rắn, các vi sinh vật sẽ phát triển trên bề
mặt môi trường, nhận chất dinh dưỡng từ hạt môi trường và sinh tổng hợp ra
enzyme nội bào và ngoại bào. Các enzyme ngoại bào sẽ thẩm thấu vào trong các
hạt môi trường, còn các enzyme nội bào nằm trong sinh khối vi sinh vật.
Việc lựa chọn cơ chất cho sản xuất enzyme bằng lên men SSF phụ thuộc vào
nhiều yếu tố, chủ yếu liên quan đến chi phí và sự tiện lợi của cơ chất, do đó có thể
bao gồm việc lựa chọn một số loại phế thải nông nghiệp. Trong quá trình SSF, cơ
chất không chỉ cung cấp chất dinh dưỡng cho sự sinh trưởng của vi sinh vật mà còn
còn đóng vai trò như vị trí neo giữ cho các tế bào. Cơ chất mà cung cấp tất cả các
chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật phát triển được coi là cơ chất lý tưởng. Tuy
nhiên, một số các chất dinh dưỡng có thể có ở nồng độ dưới mức tối ưu, hoặc thậm
chí không có trong các cơ chất. Trong những trường hợp như vậy, cần thiết
15

phải bổ sung thêm các chất dinh dưỡng khác ở bên ngoài. Một số loại cơ chất
cũng cần phải được xử lý trước trước khi được sử dụng cho SSF (hóa học hoặc
cơ học) như ligno-xenlulose, để cho vi sinh vật dễ sử dụng hơn cho sự sinh
trưởng của chúng (Pandey & cs., 1999).
Trong số các yếu tố cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật và sản xuất
enzyme việc sử dụng cơ chất đặc thù, kích thước hạt và độ ẩm/hoạt độ nước là
yếu tố quan trọng nhất (Pandey & cs., 1999). Vi sinh vật không chỉ phát triển trên
bề mặt môi trường, nơi ngăn cách pha rắn (môi trường) và pha khí (không khí)
mà còn phát triển trên bề mặt của các hạt môi trường nằm hẳn trong lòng môi
trường. Môi trường nuôi cấy cần vừa có độ xốp cao và vừa phải có độ ẩm thích
hợp. Các hạt cơ chất có kích thước càng nhỏ càng cung cấp diện tích bề mặt lớn
cho sự tấn công của vi sinh vật, đó là một yếu tố mong muốn. Tuy nhiên, kích
thước các hạt cơ chất quá nhỏ làm cho cơ chất bị bết lại có thể gây cản trở cho
quá trình hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí, làm cho chúng sinh trưởng kém.
Trái lại, các hạt có kích thước lớn sẽ tạo điều kiện cho hoạt động hô hấp tốt hơn
(do tăng không gian giữa các hạt), nhưng cung cấp bề mặt giới hạn cho sự tấn
công của vi sinh vật. Vì vậy kích thước của các hạt phải được xem xét, lựa chọn
cho phù hợp với từng quy trình cụ thể (Pandey & cs., 1999).
Lên men xốp khác với lên men lỏng, vì sự sinh trưởng của vi sinh vật và
sản phẩm tạo ra ở trên hoặc cạnh bề mặt của các hạt cơ chất rắn có độ ẩm thấp.
Do đó, điều quan trọng là phải cung cấp cấp một hàm lượng nước tối ưu và kiểm
soát hoạt độ nước của cơ chất cho quá trình lên men, vì sự có mặt của nước ở
nồng độ thấp hơn hoặc cao hơn sẽ ảnh hưởng xấu đến hoạt động của vi sinh vật.
Hơn nữa, nước có tác động lớn đến các tính chất lý hoá của chất rắn và điều này
ảnh hưởng đến năng suất của quá trình lên men (Pandey & cs., 1999).
Phế thải nông nghiệp được coi là nguồn cơ chất tốt nhất cho quá trình SSF.
Trong những năm gần đây, nhiều phụ phẩm công-nông nghiệp đã được sử dụng làm
cơ chất cho SSF như: bã mía, cám mì, cám gạo, cám ngô, cám đậu, rơm rạ, vỏ trấu,
bã đậu nành, xơ dừa, bã sắn, bã thải dầu cọ, bột sắn, bột mì, bột ngô, bột giấy, bột củ
cải đường, bột đậu phộng.... Trong đó, bã sắn và bã mía có nhiều lợi thế hơn
so với các cơ chất khác như rơm lúa, vì hàm lượng tro thấp, khả năng giữ nước
cao. So với bã mía thì bã sắn có lợi thế hơn là nó không yêu cầu quá trình tiền xử
lý và có thể phân hủy bởi hầu hết các vi sinh vật cho các mục đích khác nhau. Bã
sắn được sử dụng nhiều trong sản xuất axit citric, hương liệu, và các chất trao đổi
16

khác (Pandey & cs., 1999).
d. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất enzyme trong các hệ thống lên men bề mặt rắn
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự tổng hợp enzyme của vi sinh vật trong
hệ thống lên men xốp gồm: lựa chọn cơ chất và vi sinh vật phù hợp; tiền xử lý cơ
chất; kích thước hạt (khoảng trống giữa các hạt và diện tích bề mặt) của cơ chất;
hàm lượng nước và hoạt độ nước của cơ chất; độ ẩm tương đối; loại và lượng của
vi sinh vật cấy vào; kiểm soát nhiệt độ của vật chất lên men/loại bỏ nhiệt của quá
trình trao đổi chất; duy trì tính đồng bộ trong môi trường của hệ thống lên men
xốp và môi trường không khí xung quanh, như tốc độ hấp thụ oxy và giải phóng
CO2 (Pandey & cs., 1999).
2.2.3.2. Lên men chìm/lên men lỏng (Submerged Fermentation- SmF/ Liquid
Fermentation - LF)
Lên men chìm là quá trình nuôi cấy vi sinh vật trong môi trường lỏng, tất
cả các chất dinh dưỡng có trong môi trường cho sự phát triển của vi sinh vật
trong quá trình lên men phải ngập nước. Các yếu tố cần kiểm soát trong lên men
chìm là: nhiệt độ, pH, tốc độ khuấy, nồng độ oxy...Các hợp chất hoạt tính sinh
học được tiết ra trong môi trường lên men. Cơ chất trong quá trình lên men được
sử dụng khá nhanh do đó cần phải được thay thế hoặc bổ sung chất dinh dưỡng
liên tục (Subramaniyam & cs., 2012). Lên men chìm là phương pháp được sử
dụng phổ biến trong quy trình lên men công nghiệp vì có thể kiểm soát được toàn
bộ các thông số của quá trình lên men, do đó có thể lên men lớn với thể tích thay
đổi từ hàng nghìn đến hàng trăm nghìn lít.
a. Ưu nhược điểm của lên men chìm
So với phương pháp lên men bề mặt rắn, thì lên men chìm có nhiều ưu
điểm đó là: Tốn ít diện tích, vi sinh vật chỉ cần nuôi cấy trong một thiết bị với thể
tích lớn, diện tích mặt thoáng nhỏ, do đó việc kiểm soát độ vô trùng tốt, dễ dàng
kiểm soát được toàn bộ quy trình, dễ cơ giới hóa và tự động hóa trong quá trình
theo dõi, ít cần sử dụng nhân lực và đảm bảo độ đồng nhất của sản phẩm (do
chúng cùng được thu từ một thiết bị).
Tuy nhiên phương pháp lên men chìm có một số nhược điểm như sau: Đòi
hỏi đầu tư nhiều kinh phí cho trang thiết bị. Trong lên men chìm cần phải khuấy
và sục khí liên tục vì vi sinh vật chỉ sử dụng được ôxy hoà tan trong môi trường.
Khí được nén qua một hệ thống lọc sạch tạp trùng, hệ thống này tương đối phức
tạp và dễ gây nhiễm cho môi trường nuôi cấy. Nếu một mẻ lên men vì một lý do
17

nào đó bị xử lý thì không thể xử lý cục bộ được, đa phần phải hủy bỏ cả quá trình
lên men, gây tốn kém lớn. Phế liệu của quá trình lên men thải ra phải kèm theo
công nghệ xử lý chống ô nhiễm môi trường.
b. Vi sinh vật sử dụng trong lên men chìm
Phương pháp này dùng cho cả vi sinh vật kị khí và hiếu khí. Đối với nuôi
vi sinh vật kị khí trong quá trình nuôi không cần sục khí chỉ thỉnh thoảng khuấy
trộn còn với vi sinh vật hiếu khí thì phải sục khí liên tục. Đây là phương pháp
hiện đại đã được dùng trong khoảng nửa cuối thế kỉ XX và cho kết quả rất to lớn
đối với công nghệ vi sinh.
c. Cơ chất sử dụng trong lên men chìm
Một số cơ chất phổ biến được sử dụng trong quá trình lên men chìm là các
loại đường hòa tan, rỉ mật, các loại môi trường lỏng, nước ép trái cây, rau quả, và
nước thải
d. Các yếu tố ảnh hưởng đên lên men chìm
Nuôi cấy chìm hay nuôi cấy bề sâu dùng môi trường dịch thể. Chủng vi
sinh vật cấy vào môi trường được phân tán khắp mọi điểm và chung quanh bề
mặt tế bào được tiếp xúc với dịch dinh dưỡng. Đặc điểm này đòi hỏi trong suốt
quá trình nuôi cấy phải khuấy và cung cấp ôxy bằng cách sục khí liên tục.
Ngày nay phương pháp nuôi cấy chìm được dùng phổ biến trong công nghệ
vi sinh để sản xuất men bánh mì, protein đơn bào, các chế phẩm vi sinh làm phân
bón, thuốc trừ sâu, các enzyme, các acid amin, vitamin, các chất kháng sinh, các
chất kích thích sinh học v.v...
Lên men xốp được đánh giá là con đường tốt nhất để sản xuất enzyme và các
sản phẩm bền nhiệt khác. Lên men xốp ngày càng được sử dụng rộng rãi trong sản
xuất cũng như trong nghiên cứu vì những ứng dụng mang tính thực tiễn và kinh tế
của nó. Lên men xốp được dùng trong công nghiệp chế biến và sản xuất thực phẩm
chủ yếu là lĩnh vực sản xuất các loại hương liệu, sản xuất enzyme (a-amylase,
fructosyl transferase, lipase, pectinase, xylanase), các acid hữu cơ (acid lactic, acid
citric) và các loại kẹo cao su. Trước đây, trong sản xuất enzyme người ta thường sử
dụng kỹ thuật lên men dịch thể. Tuy nhiên, khi tiến hành so sánh hiệu quả của các
loại hình lên men, người ta thấy hàm lượng enzyme vi sinh vật có thể sinh ra trong
lên men xốp cao hơn nhiều lần so với trong lên men dịch thể khi sử dụng cùng một
chủng vi sinh vật trong cùng điều kiện lên men (Zambare, 2010).
18

2.2.4. Sự cần thiết phải tối ưu môi trường lên men
Để quá trình lên men vận hành ổn định, đạt hiệu quả, năng suất cao, chất
lượng tốt, chi phí thấp, cần phải đáp ứng các yêu cầu sau: (1) Chủng vi sinh vật dùng
trong lên men phải có hoạt tính mạnh, ổn định. Thông thường đó là các vi sinh vật
đã được tuyển chọn, thuần hóa, và cải biến để phù hợp với điều kiện sản xuất. (2) Vi
sinh vật cần được cung cấp đầy đủ các dưỡng chất cho sự sinh sản, phát triển và hoạt
động. Các dưỡng chất này gồm các nguồn cung cấp carbon, nitơ, vitamin, khoáng
cũng như các nguyên tố vi lượng khác. (3) Môi trường lên men cần được duy trì
thường xuyên ở điều kiện tối ưu. Các thông số như nhiệt độ, áp suất, pH, lượng oxy
phải được thường xuyên theo dõi và khống chế ở giá trị tối ưu. (4) Cần phải có
những biện pháp để có sự đồng nhất trong toàn bộ môi trường lên men. Điều này đặc
biệt quan trọng khi thùng lên men có kích thước lớn, các thành phần của môi trường
lên men có khối lượng riêng chênh lệch đáng kể. (5) Cần hạn chế sự nhiễm tạp đến
mức thấp nhất. Môi trường lên men, thùng lên men, các thiết bị phụ trợ, không khí
cần được tiệt trùng một cách nghiêm ngặt (Singh & cs., 2017)
Trong quá trình sản xuất enzyme công nghiệp, việc tối ưu môi trường lên
men luôn được tiến hành để tăng sản lượng của sản phẩm mong muốn. Hiện tại,
còn có ít nghiên cứu về vai trò của các yếu tố, nồng độ của chúng trong việc kiểm
soát sản xuất các chất trao đổi bởi các chủng vi sinh vật khác nhau, các nhà
nghiên cứu đã nghiên cứu về nhu cầu dinh dưỡng cho sự sản xuất các chất trao
đổi thứ cấp và nhu cầu dinh dưỡng là rất khác nhau giữa các chủng. Số lượng và
chất lượng của các chất dinh dưỡng và khả năng đồng hóa thành công là những
yếu tố quyết định chính đến sức sống và hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật.
Do đó, trong suốt quá trình tối ưu môi trường, phải cân nhắc đến nhu cầu sinh
trưởng tối thiểu của vi sinh vật có thể sản xuất được tối đa sản phẩm mong muốn
(Singh & cs., 2017).
2.2.5. Thành tựu về cải tiến chủng và tối ưu môi trường lên men sản xuất
amylase và cellulase
Bên cạnh việc sàng lọc các chủng vi sinh vật tự nhiên có khả năng sinh
enzyme cao, việc cải tiến chủng và tối ưu môi trường lên men đã tạo ra những
chủng vi sinh vật có khả năng sản sinh enzyme cao trong điều kiện và môi trường
lên men thích hợp, làm tăng hiệu suất sản sinh enzyme lên gấp nhiều lần so với
chủng dại ở điều kiện thông thường.
Raju & cs. (2012) đã nghiên cứu sự cải tiến của A.niger cho sản xuất
glucoamylase bằng tác nhân vật lý (UV) và hóa học (Ethyl methyl sulphonate và
19

ethidium bromide) và báo cáo rằng các chủng đột biến của A.niger có khả năng sản
xuất glucoamylase tốt hơn. Vu & cs. (2010) đã nghiên cứu việc sản xuất cao sản
enzyme phân hủy tinh bột sống (RSDE) bằng việc gây đột biến chủng lặp lại chủng
nấm sợi Aspergillus niger và nhận thấy rằng sự sản sinh RSDE được cải thiện cao
hơn 2 lần so với chủng dại. Sự kết hợp đa dạng các nhân tố đột biến như tia γ (Co
60), UV và NTG được kết trong việc đã cho hiệu quả cao hơn trong việc gây đột
biến các chủng nấm sợi để lám tăng khả năng sản xuất RSDE. Và lên men xốp ở
điều kiện tối ưu đã làm tăng hiệu quả sản xuất RSDE cao gấp 19,23 lần so với kiểu
dại ở cùng điều kiên. Raju & cs. (2012) nghiên cứu tác nhân đột biến UV đối với
A.niger cho sản xuất enzyme bằng lên men chìm. Zhao & cs. (2014) nghiên cứu sự
kết hợp của tia UV và 60 Co-γ-ray trong gây đột biến A.niger để tăng cường hoạt độ
của glucoamylase. Svensson & Søgaard (1993) đã nghiên cứu ảnh hưởng của đột
biến đến cấu trúc và chức năng của glucoamylase và các enzyme liên quan. Tiếp
theo là những phương pháp đột biến để tăng cường sự sản sinh α-amylase của vi sinh
vật. Một số chiến lược gây đột biến đã được sử dụng để cải thiện sự sản xuất các
enzyme này và các nhân tố gây đột biến truyền thống là công cụ quan trọng để tạo ra
các chủng đột biến sản xuất cao hơn (Ghani & cs., 2013).
Fawzi & Hamdy (2011) tiến hành gây đột biến chủng nấm Chaetomium
cellulolyticum NRRL 18756 bằng tia gamma tạo ra chủng đột biến có khả năng
sản sinh CMCase gấp 1,6 lần so với chủng dại. Tối ưu hóa điều kiện sản xuất
CMCase bởi chủng đột biến sử dụng lên men xốp đã làm tăng sản lượng
CMCase hơn 4 lần so với chủng dại ở môi trường cơ bản. Vu & cs. (2011) cải
tiến chủng nấm sợi Aspergillus niger SU14 bằng tia Co60, UV và N-methyl-N’-
nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) đã lựa chọn được một chủng đột biến có khả
năng sản sinh cellulase tăng gấp 2,2 lần so với chủng dại. Khi tối ưu điều kiện
sản xuất cellulase của chủng đột biến, sản lượng enzyme tăng 8,5 lần so với
chủng dại ở môi trường cơ bản.
2.3. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG ENZYME TRONG CHĂN NUÔI
2.3.1. Nghiên cứu và sử dụng enzyme trong chăn nuôi trên thế giới
Trong số tất cả các chất phụ gia trong thức ăn chăn nuôi, enzyme là những
sản phẩm được nghiên cứu nhiều nhất, đặc biệt trong thức ăn của lợn và gia cầm.
Việc sử dụng enzyme trong khẩu phần ăn của động vật bắt đầu từ những năm 1980
và bùng nổ vào những năm 1990. Thị trường enzyme thức ăn chăn nuôi toàn cầu
được dự đoán sẽ đạt tỷ lệ tăng trưởng hàng năm kép (CAGR - Compounded Annual
Growth rate) là 7,3% trong giai đoạn 2021 - 2026. Enzyme có thể được sử dụng
20

trong công thức thức ăn của động vật để nâng cao khả năng tiêu hóa chất xơ, suy giảm
các thành phần có hại hoặc không có giá trị dinh dưỡng trong thức ăn. Ngoài ra, giá trị
protein cho động vật cũng có thể được nâng cao nhờ việc bổ sung các enzyme vào khẩu
phần ăn. Nhận thức và nhu cầu về dinh dưỡng của động vật ngày càng cao cùng với việc
cấm sử dụng kháng sinh ở nhiều khu vực trên thế giới đã thúc đẩy ngành chăn nuôi và
các nhà máy sản xuất thịt sử dụng chất dinh dưỡng bổ sung trong chăn nuôi. An toàn
thực phẩm đã trở thành vấn đề tối quan trọng đối với chính phủ nhiều nươc trên thế giới,
đặc biệt là các nước ở Bắc Mỹ và Châu Âu. Châu
Á - Thái Bình Dương nổi lên như một trong những thị trường phát triển nhất về thức
ăn chăn nuôi và chủ yếu là cho gia súc lớn. Enzyme trong chăn nuôi được đánh giá
là chiến lược bổ sung thích hợp để duy trì chức năng đường ruột của vật nuôi, là phụ
gia thức ăn được sản xuất thương mại. Khi được cho ăn với tỷ lệ thích hợp sẽ cải
thiện một số đặc tính như trọng lượng, chuyển hóa thức ăn và thu nhận thức ăn
(Chapman & cs., 2018; Fasim & cs., 2021)
Enzyme được sử dụng trong chăn nuôi để giúp vật nuôi tiêu hóa tốt hơn
và đảm bảo cho động vật có chế độ dinh dưỡng đầy đủ. Nhu cầu về protein động
vật ngày càng cao, đặc biệt là các sản phẩm từ sữa như sữa, pho mát, sữa chua và
các sản phẩm khác. Liên minh Châu Âu là một trong những thị trường tiêu thụ
sữa lớn nhất. Vì vậy sản lượng thức ăn chăn nuôi bò sữa tăng trung bình 2% ở
khu vực Châu Âu. Hoa Kỳ, Trung Quốc và Ấn Độ là những nhà sản xuất thức ăn
cho gia súc nhai lại lớn nhất do có số lượng lớn gia súc nhai lại và nhu cầu cao về
sữa và thịt. Theo Alltech Feed Survey, Hoa Kỳ đã sản xuất 19 triệu tấn thức ăn
hỗn hợp cho bò sữa và 21 triệu tấn cho bò thịt vào năm 2018 và trở thành thị
trường chính về enzyme thức ăn cho bò sữa và bò thịt (Fasim & cs., 2021).
Thị trường Châu Á - Thái Bình Dương dự kiến sẽ đạt CAGR cao trong
giai đoạn tới. Trung Quốc và Ấn Độ là thị trường lớn ở khu vực Châu Á, dân số
lớn là một trong những yếu tố giúp châu Á - Thái Bình Dương tiếp tục là thị
trường lớn nhất trên thế giới. Trung Quốc và Ấn Độ ước tính có khoảng 7,200
nhà máy thức ăn chăn nuôi, sản xuất gần 227 triệu tấn thức ăn hỗn hợp. Trung
Quốc đóng góp gần 18% sản lượng thức ăn hỗn hợp toàn cầu. Nhu cầu và sản
xuất thức ăn hỗn hợp cao ở các nước này được kỳ vọng sẽ thúc đẩy thị trường
enzym thức ăn chăn nuôi ở khu vực Châu Á - Thái Bình Dương.
Các enzyme thức ăn chủ yếu được sử dụng cho gia cầm là phytase, protease,
α-galactosidases, glucanases, xylanases, α-amylases và polygalacturonases (Adrio &
Demain, 2014). Phytase, phân đoạn enzyme lớn nhất trong ngành công nghiệp
21

thức ăn chăn nuôi, được sử dụng để tận dụng phốt pho tự nhiên liên kết với axit
phytic trong thức ăn làm từ ngũ cốc (Lei & Stahl, 2000; Bhat, 2000). Động vật dạ
dày đơn không thể tiêu hóa thức ăn từ thực vật có chứa nhiều cellulose và
hemicellulose. Xylanase và β-glucanase được thêm vào thức ăn của chúng khi
các enzym này phân giải hoàn toàn và tiêu hóa lượng tinh bột cao (Bhat, 2000).
Protein cũng được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi để khắc phục các yếu tố
kháng dinh dưỡng bằng cách phân giải protein thành các axit amin cấu thành của
chúng. Ngoài việc cải thiện giá trị dinh dưỡng của thức ăn để động vật chuyển
hóa thức ăn tốt hơn, các enzym thức ăn này đang trở nên quan trọng vì vai trò
của chúng trong việc giảm chi phí thức ăn và cải thiện chất lượng thịt (Lei &
Stahl, 2000; Adrio & Demain, 2014). Thị trường enzyme chăn nuôi trên thế giới
tăng trưởng đều đặn để đáp ứng nhu cầu về sữa và thịt của con người.
Hầu hết các enzyme được sản xuất bởi các loại nấm như: Aspergillus,
Trichoderma, Penicillium hoặc bởi các vi khuẩn như Streptomyces, Bacillus
Subtilis hoặc Bacillus licheniformis. Hiện nay, các quy trình sản xuất dựa trên
việc sử dụng các vi sinh vật biến đổi gen.
Hiện nay, bã thải từ các cơ sở chế biến tinh bột từ nguyên liệu (ngô, sắn, củ
rong) chứa hàm lượng cao tinh bột (30-50%), chất xơ (cellulose, hemicellulose), đây
là nguồn cơ chất tốt để sản xuất enzyme phân hủy tinh bột sống (α-amylase,
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 thức ăn chăn nuôi (TACN). Việc sản xuất TACN cho động vật sử
dụng nguyên liệu sắn lát, bã sắn/cám mì, rỉ đường 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 hoạt chất sinh học. 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 cơ chất (sắn lát, cám, hạt cốc, rỉ đường).
Enzyme amylase và celulase là những enzyme phổ biến, chiếm một lượng
lớn trên thị trường enzyme thế giới. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực khác nhau như công nghệ thực phẩm, dệt may, công nghệ thuộc da, sản
xuất giấy, dược phẩm, y học, chế biến thức ăn chăn nuôi, các ngành công nghiệp
lên men...(Varalakshmi & cs., 2009; Ciloci & cs., 2012). Trong chăn nuôi, ứng
dụng của enzyme amylase và celullase là đáng chú ý vì hiệu quả của nó trong
việc cải thiện giá trị của thức ăn chăn nuôi và năng suất của vật nuôi.
Trong chăn nuôi, enzyme có thể được thêm vào thức ăn theo một trong hai
22

cách. Lựa chọn thứ nhất là xây dựng lại công thức thức ăn để giảm chi phí chăn
nuôi và giúp động vật duy trì được khả năng sinh trưởng, năng suất trứng và
chuyển hóa thức ăn ở mức tối thiểu; ví dụ, thay thế một số lúa mì, lúa mạch, ngô
với giá thấp hơn, phụ phẩm xơ cao hơn và/hoặc giảm sự bổ sung chất béo trong
chế độ ăn. Lựa chọn thứ hai là bổ sung enzyme vào thức ăn công thức chuẩn để
cải thiện sinh trưởng, sản xuất trứng và chuyển hóa thức ăn để tăng hiệu quả sản
xuất bằng cách cải thiện hiệu quả sử dụng thức ăn (Bedford & Partridge, 2001).
Việc sử dụng enzyme ngoại sinh tổng hợp gồm xylanase, cellulase, alpha-
amylase, protease, pectinase, phytase, β-glucanase…vào trong khẩu phần chứa
chất xơ khó tiêu có tác dụng đáng kể trong việc cải thiện khả năng tiêu hóa, tăng
trọng, giúp vật nuôi phát triển đạt độ đồng đều, ngăn cản các tác hại của các chất
kháng dinh dưỡng có trong khẩu phần, giảm chi phí thức ăn, nâng cao tỷ lệ tiêu
hóa năng lượng, protein và axít amin trong khẩu phần, đồng thời giảm thiểu các
chất dinh dưỡng dư thừa bài thải ra môi trường so với khẩu phần không bổ sung
(Colombatto & cs., 2004; Arvidsson & cs., 2009; Kuhad & cs., 2011)
Việc tiền xử lý thức ăn ủ chua và ngũ cốc bằng cellulase hoặc xylanases có
thể cải thiện giá trị dinh dưỡng của nó. Các enzym cũng có thể loại bỏ các yếu tố
kháng dinh dưỡng có trong các hạt ngũ cốc, phân hủy các thành phần thức ăn nhất
định để cải thiện giá trị dinh dưỡng, và cung cấp các enzyme tiêu hóa bổ sung như
protease, amylases và glucanases. Ví dụ, chất xơ bao gồm polysaccharides không
phải tinh bột như arabinoxylans, cellulose và nhiều thành phần thực vật khác bao
gồm các dextrin, inulin, lignin, sáp, chitin, pectin, β-glucan và oligosaccharides, có
thể hoạt động như yếu tố kháng dinh dưỡng cho một số loài động vật như lợn. Trong
trường hợp này, cellulases có hiệu quả thủy phân yếu tố kháng dinh dưỡng là
cellulose trong nguyên liệu thức ăn thành các thành phần dễ hấp thụ do đó cải thiện
sức khỏe và năng suất của vật nuôi (Kuhad & cs., 2011).
β-glucanases và xylanases đã được sử dụng trong chăn nuôi động vật dạ
dày đơn, để thủy phân polysaccharides không phải tinh bột như β-glucans và
arabinoxylans. Cellulases được sử dụng như phụ gia thức ăn một cách độc lập
hoặc cùng với protease, có thể cải thiện đáng kể chất lượng của thịt lợn.
Glucanases và xylanases làm giảm độ nhớt của thức ăn giàu chất xơ như lúa
mạch đen và lúa mạch ở gia cầm và lợn. Các enzyme này cũng có thể làm tăng
trọng ở lợn và gia cầm bởi việc cải thiện tiêu hóa và hấp thu thức ăn (Bhat, 2000;
Karmakar & Ray, 2011; Shrivastava & cs., 2011).
Hầu hết các loại thức ăn có chất lượng thấp chứa hàm lượng cao cellulose,
23

ít protein và chất béo, cùng hàm lượng cao các chất khoáng khi so sánh với thức ăn
chăn nuôi giá trị cao. Cellulases có thể được sử dụng để cải thiện việc sản xuất thức
ăn ủ chua cho trâu bò để tăng cường khả năng tiêu hóa cỏ. Thức ăn cho động vật
nhai lại chứa hàm lượng lớn cellulose, hemicellulose, pectin và lignin phức tạp hơn
so với chế độ ăn của gà và lợn. Chế phẩm enzyme có chứa hàm lượng cao cellulase,
hemicellulase, và pectinase đã được sử dụng để cải thiện chất lượng dinh dưỡng của
thức ăn cho gia súc nhai lại (Graham & Balnavel, 2008).
Cellulases và hemicellulases chịu trách nhiệm thủy phân lignocellulosic,
khử vỏ hạt ngũ cốc, thủy phân của β-glucans, làm mềm và nhũ hóa thức ăn tốt
hơn, kết quả làm cải thiện chất lượng dinh dưỡng của thức ăn chăn nuôi. Hơn
nữa, những enzyme này có thể gây ra thủy phân một phần thành tế bào thực vật
trong quá trình ủ chua và bảo quản thức ăn (Kuhad & cs., 2011).
Trong quá trình tiêu hóa các sản phảm có nguồn gốc tinh bột ở động vật, khả
năng tiêu hóa thấp của một số loại tinh bột thúc đẩy sự xuất hiện của một số bệnh
đường tiêu hóa bởi vì tinh bột không phân hủy và hấp thu ở ruột già có thể hoạt động
như cơ chất cho sự lên men của các vi khuẩn trong đó có nhiều vi khuẩn gây bệnh
nguy hiểm. Cellulases có tác động tích cực lên quá trình lên men bằng cách tăng sản
xuất axit propionic, hoạt động như một chất kìm hãm vi khuẩn do đó có thể làm
giảm số lương quần thể vi khuẩn gây bệnh (Pazarlioğlu & cs., 2005).
Chế phẩm amylase được sử dụng riêng rẽ hay phối hợp với các enzym
khác như protease, cellulase, pectinase... để sản xuất các loại thức ăn dễ tiêu hóa,
dễ hấp thu cho gia súc, gia cầm đặc biệt là động vật còn non, giúp vật nuôi tăng
trọng nhanh, sinh sản tốt, sức đề kháng cao...
Việc sử dụng các enzym trong chăn nuôi ngày càng đóng vai trò quan
trọng khi kháng sinh và hoocmon bị cấm sử dụng như chất kích thích sinh trưởng
trong chăn nuôi ở nhiều quốc gia, đây có thể được coi là một trong những lựa
chọn thích hợp để thay thế kháng sinh và hoocmon sinh trưởng để đem lại sản
phẩm chăn nuôi an toàn.
2.3.2. Nghiên cứu và sử dụng enzyme trong chăn nuôi ở Việt Nam
Theo Quyết định số 01/2006-QĐ-BNN ra ngày 06/01/2006 của Bộ Nông
nghiệp & Phát Triển Nông thôn, trên thị trường Việt Nam được phép buôn bán
các chế phẩm có chứa các loại enzyme tiêu hóa do các công ty lớn trên thế giới
sản xuất như Novozymes A/S (Đan Mạch, chế phẩm Ronozyme chứa glucanase,
xylanase, protease, phytase), Finnfeeds International Ltd; Danisco Animal
24

Nghiên Cứu Phát Triển Chủng Nấm Sợi Và Tối Ưu Điều Kiện Lên Men Sản Xuất Đa Enzyme (Α-Amylase, Glucoamylase, Cellulase) Ứng Dụng Trong Chế Biến Thức Ăn Chăn Nuôi.doc

Nghiên Cứu Phát Triển Chủng Nấm Sợi Và Tối Ưu Điều Kiện Lên Men Sản Xuất Đa Enzyme (Α-Amylase, Glucoamylase, Cellulase) Ứng Dụng Trong Chế Biến Thức Ăn Chăn Nuôi.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên Cứu Phát Triển Chủng Nấm Sợi Và Tối Ưu Điều Kiện Lên Men Sản Xuất Đa Enzyme (Α-Amylase, Glucoamylase, Cellulase) Ứng Dụng Trong Chế Biến Thức Ăn Chăn Nuôi.doc

Similar to Nghiên Cứu Phát Triển Chủng Nấm Sợi Và Tối Ưu Điều Kiện Lên Men Sản Xuất Đa Enzyme (Α-Amylase, Glucoamylase, Cellulase) Ứng Dụng Trong Chế Biến Thức Ăn Chăn Nuôi.doc (20)

More from Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562

More from Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Nghiên Cứu Phát Triển Chủng Nấm Sợi Và Tối Ưu Điều Kiện Lên Men Sản Xuất Đa Enzyme (Α-Amylase, Glucoamylase, Cellulase) Ứng Dụng Trong Chế Biến Thức Ăn Chăn Nuôi.doc