Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm multienzymes từ nấm mốc và đánh giá độ an toàn của chúng dùng cho chăn nuôi

..

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
------    ------

TỐNG THỊ MƠ

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ
PHẨM MULTIENZYMES TỪ NẤM MỐC VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ
AN TỒN CỦA CHÚNG DÙNG CHO CHĂN NI

LUẬN VĂN THẠC SỸ: CƠNG NGHỆ SINH HỌC

Thái Ngun, Năm 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



i


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
------    ------

TỐNG THỊ MƠ

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ
PHẨM MULTIENZYMES TỪ NẤM MỐC VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ
AN TỒN CỦA CHÚNG DÙNG CHO CHĂN NI

Chun ngành: CƠNG NGHỆ SINH HỌC – VI SINH
Mã số: 60 42 80

LUẬN VĂN THẠC SỸ: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.MAI THỊ HẰNG

Thái Nguyên, Năm 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



ii


3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




LỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian làm việc và học tập tại Phịng thí nghiệm Bộ
mơn Cơng nghệ Sinh học – Vi sinh tơi đã hồn thành cơng trình: “Nghiên
cứu quy trình cơng nghệ sản suất chế phẩmMultienzym từ nấm mốc và
đánh giá độ an toàn của chúng dùng cho chăn ni”
Để hồn thành được cơng trình này, tơi đã nhận được nhiều sự giúp
đỡ, chỉ bảo và đóng góp ý kiến q báu từ các thầy cơ, gia đình và các
bạn đồng nghiệp.

Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc Tiến sĩ Mai Thị Hằng, người đã
dạy dỗ tơi trong q trình học tập, người đã dìu dắt những bước đi đầu
tiên trong con đường khoa học và ln sát cánh cùng tơi trong q
trình nghiên cứu!
Tơi xin chân thành cảm ơn các anh chi em bộ môn Vệ sinh Thú y,
Viện Thú y trung ương đã giúp đỡ tơi trong q trình làm thí nghiệm tại Viện!
Tơi chân thành cảm ơn tất cả anh, chị em phòng Công nghệ Sinh
học – Vi sinh đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua!
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 09 năm 2010

Tống Thị Mơ

i
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... i
1. Lý do chọn đề tài............................................................................................................. 1
2.Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 2
4. Nội dung của đề tài: ....................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................ 4
1. Vai trò của enzyme trong chăn ni........................................................................... 4
1.1 Các enzyme tiêu hóa chủ yếu sử dụng trong chăn nuôi...................................... 4
1.1.1 a-Amylase................................................................................................................... 5
1.1.1.1. Đặc tính của enzym α-amylase .......................................................................... 5

1.1.1.2. Cơ chế tác dộng của enzym α-amylase ............................................................. 7
1.1.2 Cellulase...................................................................................................................... 9
1.1.2.1 Hệ enzyme phân giải cellulose ......................................................................... 10
1.1.2.2. Endoglucanase (EC.3.2.1.4,b-Dglucan-glucanolhydrolase hay
carboxymethylcellulase viết tắt là CMCase) ............................................................... 10
1.1.2.3. Exoglucanase (EC.3.2.1.91. 1,4 b - glucan – celobiohydrolase .......... 11
1.1.2.4. b-1,4 glucosidase (EC.3.2.1.21 b-1,4 glucosidase hay cellobiase): ............ 11
1.1.2.5. Exoglucohydrolase (EC.3.2.1.74): 1,4 b -D glucan – glucohydrolase) .... 12
1.1.3. Xylanase ............................................................................................................... 12
1.1.3.1. Cấu trúc hoá học của xylan ...................................................................... 12
1.1.3.2. Hệ thống enzyme phân giải xylan và sự hình thành tổ
hợp xylanase ở vi sinh vật ........................................................................................... 14
1.1.4. Phytase ..................................................................................................................... 16
1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng enzyme trong chăn nuôi ............................... 17
2. Các phương pháp lên men enzyme vi sinh vật ...................................................... 21
2.1. phương pháp lên men chìm .................................................................................... 21
ii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




2.2. Phương pháp lên men rắn ...................................................................................... 22
3. Ảnh hưởng của một số yếu tố lên quá trình sinh tổng hợp enzyme .................. 23
3.1. Ảnh hưởng nguồn dinh dưỡng.............................................................................. 23
3.2. Ảnh hưởng của các điều kiện nuôi cấy ................................................................ 25
4. Tính an tồn của các chế phẩm enzyme từ Aspegillus ......................................... 26
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 29
2.1.Vật liệu ......................................................................................................................... 29
2.1.1.Chủng vi sinh vật .................................................................................................... 29

2.1.2. Mơi trường sử dụng trong nghiên cứu.............................................................. 29
2.1.3. Hố chất................................................................................................................... 29
2.1.4. Thiết bị ................................................................................................................... 30
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 30
2.2.1. Phương pháp vi sinh ........................................................................................ 30
2.2.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn tinh bột đến khả năng sinh
amylase trên cơ chất bã sắn của chủng A. oryzae NM1 ........................................... 31
2.2.1.2. Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến khả năng sinh amylase .................... 31
2.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ KNO3 và KH2PO4 lên khả năng sinh
amylase .............................................................................................................................. 32
2.2.1.4 Ảnh hưởng của thời gian lên men đến khả năng sinh amylase................. 32
2.2.1.5 Ảnh hưởng của pH đến hoạt động của amylase ........................................... 32
2.2.1.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của amylase .................................. 33
2.2.1.7 Ảnh hưởng của lượng giống (bào tử/g) ban đầu đến khả năng sinh
amylase ............................................................................................................................... 33
2.3. Xác định ảnh hưởng của H2O2 đến hoạt động của amylase ............................ 33
2.4. Phương pháp nghiên cứu enzyme..................................................................... 34
2.4.1. Xác định hoạt tinh một số loại enzyme thuỷ phân ngoại bào .............. 34
3. Đánh giá độ an toàn của chế phẩm enzyme trên động vật ................................. 40

iii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




3.1 Đánh giá độ độc cấp tính .......................................................................................... 40
3.2. Đánh giá độc tính cấp khi sử dụng enzyme liều cao trong 7-14 ngày ........... 43
3.3. Đánh giá độc tính chậm khi sử dụng enzyme liều cao trong 90 ngày ......... 44
3.4. Tính tốn và xử lý số liệu......................................................................................... 44

3.5 Các phương pháp khác............................................................................................ 45
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................. 46
3.1 Ảnh hưởng các yếu tố dinh dưỡng đến sinh tổng hợp amylase........................ 46
3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn tinh bột đến khả năng sinh amylase
trên cơ chất bã sắn của chủng A. oryzae NM1 ........................................................... 46
3.1.2 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến khả năng sinh amylase......................... 48
3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian lên men đến khả năng sinh amylase ............. 49
3.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến khả năng sinh amylase .................... 51
3.1.5 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến khả năng sinh amylase .............................. 52
3.1.6. Ảnh hưởng của nồng độ KNO3 và KH2PO4 đến khả năng sinh
amylase ............................................................................................................................... 53
3.1.7 Ảnh hưởng của số lượng bào tử ban đầu đến khả năng sinh amylase............. 54
3.2 Xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm amylase thô .......................................... 56
3.3 Phối trộn enzyme thô từ chủng A. niger ĐB106 và enzyme thô từ chủng
A. oryzae NM1................................................................................................................... 60
3.4. Đánh giá độ an toàn của chế phẩm enzyme multienzyme trên động vật ....... 62
3.4.1.Đánh giá cấp độ độc cấp tính ............................................................................... 62
a. Dị ứng da ....................................................................................................................... 62
b. Dị ứng mắt ..................................................................................................................... 63
c. Dị ứng đường thở ......................................................................................................... 63
3.4.2 Đánh giá độc tính cấp chậm 14 ngày.................................................................. 64
3.4.3. Đánh giá độc tính 90 ngày .................................................................................. 64

iv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




3.4.4. Kết quả kiểm tra mẫu máu: Kiểm tra tại Khoa huyết học của Bệnh

viện Bạch Mai Hà Nội (Bảng 3.4.4) ............................................................................. 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 68
I. KẾT LUẬN .................................................................................................................... 68
II. KIẾN NGHỊ................................................................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 69

v
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CMC

Carboxyl methyl cellulose

CNSH

Công nghệ sinh học

Cs

Cộng sự

DNS

Dinitro Salysilic

IU

International units

KLPT

Khối lượng phân tử

OD

Optical Density

OSX

Oat Spelt Xylan

CTM

Công thức máu

RNM

Rừng ngập mặn

VSV

Vi sinh vật

RBC

Hồng cầu

WBC

Bạch cầu

PLT

Tiểu cầu

TN

Thí nghiệm

MT

Mơi trường

MTCS

Mơi trường cơ sở

DANH MỤC HÌNH

Hình

Tên hình

Trang

vi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Hình 1

Cấu trúc hố học của cellulose

9

Hình 2

Cấu trúc của xylan với các chuỗi bên

14

Hình 3

Sơ đồ tác động của các loại enzyme thủy phân xylan trình bày tóm tắt

15

Hình 4

Muối phytate và các liên kết với ion kim loại và protein

16

Hình 2.4

35

Đồ thị tinh bột chuẩn

Hình 2.5

Đồ thị chuẩn xác định hàm lượng D-glucose bằng DNS

37

Hình 2.6

Đồ thị chuẩn D-xylose (Theo phương pháp DNS)

39

Hình 3.1.2 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến khả năng sinh amylase

49

Hình 3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian lên men đến khả năng sinh amylase

50

Hình 3.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến khả năng sinh amylase

52

Hình 3.1.5 Ảnh hưởng của pH dịch khống ban đầu đến khả năng sinh amylase

53

Hình 3.2

59

Quy trình sản xuất chế phẩm amylase thô từ A. oryzae NM1

vii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




DANH MỤC BẢNG

Bảng
Bảng 2.4

Tên bảng

Trang
35

Kết quả thực nghiệm khi đo OD ở bước sóng 560nm

Bảng 3.1.1 Ảnh hưởng của nguồn tinh bột đến khả năng sinh amylase

47

Bảng 3.1.2 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến khả năng sinh amylase

48

Bảng 3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian lên men đến khả năng sinh amylase

50

Bảng 3.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến khả năng sinh amylase

51

Bảng 3.1.5 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến khả năng sinh amylase

52

Bảng 3.1.6 Ảnh hưởng của nồng độ KNO3 và KH2PO4 đến khả năng sinh amylase

54

Bảng 3.1.7

Ảnh hưởng của số lượng bào tử ban đầu đến khả năng sinh amylase

55

Bảng 3.2

Các loại enzyme thô từ chủng A. oryzae NM1 sau khi đông khô -200C

60

Thành phần các enzyme có mặt trong sinh khối lên men (10kg/mẻ) của

61

Bảng 3.3.1

Bảng 3.3.2
Bảng a

Bảng c
Bảng 3.4.2

các chủng Aspergillus
Thành phần chế phẩm mulltienzyme sử dụng trên động vật thí nghiệm

Theo dõi trọng lượng trước và sau thí nghiệm (dị ứng trên da)

63

Trọng lượng của các lơ trước và sau thí nghiệm (dị ứng đường thở)

63

Trọng lượng của các lô trước và sau thí nghiệm (14 ngày)

Bảng 3.4.3 Trọng lượng của các lơ trước và sau thí nghiệm (90 ngày)

Bảng 3.4.4

62

Sự thay đổi của hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu dưới tác động E sau 90 ngày

viii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



64
65
66


loại bỏ hết Ca2+ thì nó sẽ hồn tồn bị mất hết khả năng thủy phân cơ chất. αamylase bền với nhiệt độ hơn các enzyme khác. Đặc tính này có lẽ liên quan
đến hàm lượng Ca2+ trong phân tử và nồng độ Mg2+. Tất cả các amylase đều
bị kiềm hãm bởi các kim loại nặng như Cu2+, Ag+, Hg2+. Một số kim loại như
:Li+, Na+, Cr3+, Mn2+, Zn2+, Co 2+, Sn2+, Cr3+, khơng có ảnh hưởng mấy đến αamylase.
Thành phần amino acid của α-amylase ở nấm mốc Aspegillus như sau
(g/100 g protein): alamine = 6,8 ; glycine = 6,6; valine = 6,9, leucine = 8,3;
Isoleucine = 5,2; prolin = 4,2, phenylalanine = 4,2; tyrosine = 9,5; trytophan =
4,0; xetin = 6,5; trionin = 10,7, cystein + cystine = 1,6; glutamic acid = 6,9;
amide = 1,5 (Akabori et amiloza, 1954). Khơng giống các α-amylase khác,
amylase của A. oryzae có chứa phần phi protein là polysaccharide. Polyose
này bao gồm 8 mol maltose, 1 mol glucose, 2 mol hexozamin trên 1 mol
enzyme (Akabori et amiloza, 1965). Vai trò của polyose này vẫn chưa rõ,
song đã biết được rằng nó khơng tham gia vào thành phần của trung tâm hoạt
động và nằm ở phía trong phân tử enzyme.

Điều kiện hoạt động của α-amylase từ các nguồn khác nhau thường
không giống nhau. pH tối thích cho hoạt động của α-amylase từ nấm sợi là
4,0-4,8 ( có thể hoạt động tốt trong vùng pH từ 4,5-5,8 ). Theo số liệu của
Liphis,1989 pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa và đường hóa của chế
phẩm amylase từ A. oryzae trong vùng 5,6-6,2. Còn theo số liệu của Fenixova
1991 thì pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa của nó là 6,0-7,0. Độ bền đối
với tác dụng của acid cũng khác khác nhau. α-amylase của A. oryzae bền
vững đối với acid tốt hơn là α-amylase của malt và vi khuẩn Bacillus subtilis.
Ở pH= 3,6 và 0 oC, α-amylase của malt bị vơ hoạt hồn tồn sau 15-30 phút;
α-amylase vi khuẩn bị bất hoạt đến 50%, trong khi đó hoạt lực của α-amylase
của nấm sợi hình như khơng giảm bao nhiêu (Fenilxova, Rmoshinoi 1989 ).
Trong dung dịch α-amylase nấm sợi bảo quản tốt ở pH= 5,0-5,5; α-amylase

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6




+ Sau đó, các polyglucose này bị phân cắt tiếp tục tạo nên các mạch
polyglucose 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 khơng 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, ngồi các đường nói trên (72% maltose và 19% glucose)
cịn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%[28].
Tóm lại, dưới tác dụng của α-amylase, tinh bột có thể chuyển thành
maltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp. Tuy nhiên, thông
thường α-amylase chỉ thủy phân tinh bột thành chủ yếu là dextrin phân tử
thấp không cho màu với Iodine và một ít maltose. 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.
Việc phát hiện ra Amylase và sản xuất ở quy mơ cơng nghiệp đã góp
phần quan trọng cho nhiều ngành cơng nghiệp chế biến thực phẩm. Amylase có
thể tìm thấy ở nhiều nguồn khác nhau như từ thực vật, động vật và VSV. Hiện
nay, các nhà sản xuất có thể sử dụng amylase có khả năng chịu nhiệt cao mà
khơng bị mất hoạt tính, chẳng hạn amylase được tách chiết từ VSV, cụ thể là các
chủng vi khuẩn chịu nhiệt được phân lập từ những suối nước nóng. Ngồi ra,
amylase cịn có nhiều ưu điểm hơn khi sử dụng acid để thuỷ phân tinh bột: Năng
lượng xúc tác thấp, không yêu cầu cao về thiết bị sử dụng, giảm chi phí cho q
trình tinh sạch dịch đường.
Nguồn amylase có thể lấy từ mầm thóc, mầm đại mạch (malt), hạt bắp
nảy mầm, hay từ nấm mốc,… Nguyên liệu cho sản xuất amylase là gạo, bắp,
khoai mì,… đây là những nguồn ngun liệu dễ tìm, rẻ tiền có thể tìm thấy dễ
dàng ở nước ta. Do đó, đây là một lợi thế và là hướng phát triển mạnh làm cơ
sở cho nhiều ngành khác phát triển[14].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8




xylan trong các loại cỏ và các thực vật một năm chủ yếu là arabinoxylan. Xylan
dạng chuỗi không phân nhánh cũng đã được tìm thấy trong cỏ giấy (espato
grass), cây thuốc lá và trong một số tảo nước mặn. Những loại xylan này có chứa
đi xylopyranosyl bao gồm cả liên kết 1,3-β và 1,4-β-glucoside. Mức độ
polyme hoá của xylan cũng thay đổi, chẳng hạn như xylan của gỗ cứng có chứa
150-200 gốc β-xylopyranosyl trong khi đó ở gỗ mềm là khoảng70-130 [37].
Dựa trên thành phần các nhóm thế phổ biến mà xylan được phân thành
các loại sau: xylan đơn thuần mạch thẳng, arabinoxylan, glucuronoxylan, và

glucuronoarabinoxylan. Ngay trong mỗi loại xylan này cũng có một số sai khác
nhỏ về mức độ và bản chất của nhánh bên. Bộ khung chính và nhánh bên của
xylan nói chung được thể hiện ở hình 2.Ở nhiều thực vật một phần nhỏ xylan là
ở dạng axetyl hóa (acetylate). Các nhóm O-acetyl có mặt ở các điểm C2 và C3
của vịng xylosyl. Sự phân cắt hồn tồn các acetylxylan bởi các xylanase là
khó khăn, có lẽ là do sự cản trở bởi phân bố không gian của các phân từ này. Để
có thể thuỷ phân hồn toàn các acetylxylan cần sự phối hợp tác động của cả
acetylxylanesterase và các endo-xylanase. Sự có mặt của một lượng nhỏ các axit
feruloyl và pcoumaroyl liên kết với các vòng α-L- arabinose trong cấu trúc của
xylan cũng đã được thông báo trong một vài nghiên cứu. Các axit
hydrocinnamic này liên kết với C5 của vịng arabinose.
Sự có mặt của các liên kết đồng hố trị giữa lignin và cellulose thơng qua
mối liên kết với các nhóm thế của xylan trong nhiều trường hợp đã được
chứng minh. Những bằng chứng về liên kết ete giữa arabinose và lignin hay
giữa axit glucuronic với lignin cũng đã được cơng bố. Các nhóm feruloyl
cũng có thể hình thành liên kết ngang giữa xylan và lignin. Các chuỗi bề mặt
(nhóm thế) quyết định khả năng hoà tan, cấu trúc vật lý và khả năng phản ứng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13




- α- Arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55) thuỷ phân các đầu chứa
nhóm không khử α – L - arabinofuranosyl của

arabinan,

arabinoxylan

và arabinogalactan của các nhóm bên.
- a-D-glucuronidase (EC 3.2.1.1) thuỷ phân các liên kết α-1,2glycosidic giữa xylose và axit D- glucuronic, kể cả các liên kết với 4-Omethyl của các nhóm bên.
- Các acetyl xylan esterase (EC 3.1.1.6) bẻ gãy liên kết giữa xylose và
axit axetic của các nhóm bên.
Sơ đồ tác động của các loại enzyme thủy phân xylan trình bày tóm tắt ở
hình3

Hình.3
a/ Các vùng tác động của các enzyme thuỷ phân xylan (Ac - Nhóm
acetyl; α-araf - alpha- arafinose; alpha- arabinofuranose; alpha-4-O-Me-GlcUA
- alpha-4-O-methylglucuronic; pcou- p-coumaric axit; fer - ferulic axit).
b/ Q trình phân cắt xylo-oligosaccharide thành xylose bởi βxylosidase

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15




giảm khả năng hấp thu dinh dưỡng và gây tiêu chảy. Nếu thêm một lượng
enzyme phù hợp vào thức ăn có thành phần tối ưu có thể giải quyết được các
vấn đề này. Vì vậy người ta bổ sung chế phẩm enzyme chứa a-amylase,
lipase và protease vào thức ăn để giúp lợn con tiêu hoá được tốt hơn.
Thức ăn vật nuôi thường chứa nhiều hợp chất polysaccharide không
phải tinh bột (Non-starch polysaccharides, NSP). Chúng là chất kháng dinh
dưỡng (ANF-anti nutrient factor) do tạo độ nhớt trong ruột, ngăn cản sự
hấp thu các chất, tạo điều kiện cho VSV có hại phát triển. Xylanase,
phytase, a-galactosidae là những enzyme chính khắc phục được nhược điểm
này. Bổ sung xylanase vào thức ăn vật ni có tác dụng nhiều mặt. Như
các enzyme tiêu hố, xylanase cắt cơ chất phức tạp thành các phân tử nhỏ dễ
tiêu nên tăng giá trị hữu dụng của thức ăn. Đặc biệt xylanase làm giảm độ

nhớt của ruột do đó kéo theo những tác dụng tích cực khác. Sự hấp thụ các
chất dinh dưỡng bị ngăn cản bởi hợp chất NSP được tăng cường khi có
xylanase, ví dụ tiêu hoá của a m i n o acid tăng 1,7-7,9%. Nó giúp cải
thiện hệ VSV đường ruột theo hướng có lợi như giảm Salmonella do vậy
giảm rối loạn tiêu hoá. Đối với môi trường, xylanase làm giảm lượng phân
thải ra, chất lượng phân khơ hơn, góp phần giảm ơ nhiễm môi trường [8].
Bổ sung xylanase làm tăng khả năng tiêu hố NSP tổng số ở lợn có
chế độ ăn chính là ngũ cốc bổ sung đậu tương. Bổ sung chỉ xylanase hoặc
hỗn hợp xylanase, α-galactosidase, protease làm tăng sự tiêu hoá
carbohydrate, protein và chất béo. Khi nghiên cứu ở lợn cai sữa giai đoạn
sớm cũng thấy bổ sung xylanase cùng với β-glucanase và amylase làm tăng
khả năng tiêu hoá tinh bột, protein và phân giải chất khô[7].
Phytase phân giải phytate có trong thức ăn, giải phóng Pvc, inulin, các
muối khống (Mg, Ca, Fe, Cu…). Việc bổ sung phytase vào thức ăn chăn
nuôi động vật không những mang lại hiệu quả to lớn về mặt dinh dưỡng và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18




kinh tế mà cịn góp phần bảo vệ mơi trường. Đó chính là nhờ hoạt động của
phytase làm giảm mức độ kháng dinh dưỡng của axit phytic, tăng hiệu quả
hấp thu chất dinh dưỡng của vật ni, giảm chi phí khẩu phần ăn vì khơng
cần thiết bổ sung phốt pho vô cơ vào trong thức ăn, đồng thời làm giảm ô
nhiễm môi trường do giảm lượng phytate dư thừa thải qua phân mà sau đó bị
VSV phân giải thành Pvc gây ô nhiễm môi trường [Simell và CS, 1989].
Các alpha- a-glactosidase phân giải các mối liên kết a-galactosil trong
galactan, galactomannans, galactolipid và galactoprotein có trong thức ăn của
vật ni (đặc biệt là trong đậu tương), để giải phóng galactose, manose, protein

và lipit.
Protease kết hợp với amylase và cellulase được bổ sung vào thức ăn
làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn lên tới 10%, tăng trọng đàn gia súc trung
bình 10-15% [9]. Đối với lợn nái, muốn nâng cao khả năng sinh sữa và chất
lượng sữa người ta cũng bổ sung amylase và protease vào khẩu phần thức ăn
[60].
Enzyme cũng được bổ sung vào thức ăn của trâu, bò. Quá trình tiêu hố
thức ăn trong dạ cỏ trâu bị được gắn liền với hoạt động enzyme của các vi
sinh vật sống ở đó. Dùng chế phẩm có hoạt tính amylase, protease, cellulase,
pectinase,.. .đều thu được kết qủa tăng trọng của trâu bị có thể đạt đến 1217%. Ở Mỹ có nhiều thí nghiệm dùng chế phẩm amylase và protease từ nấm
mốc Aspergillus bổ sung vào thức ăn vỗ béo trâu bò tơ từ năm 1961, với liều
dùng 2-9g chế phẩm cho 1 đầu vật ni / 1 ngày thì tăng trọng so với đối
chứng là 110g/ 1 ngày. Trong trường hợp vỗ béo bò bằng chế phẩm trên với
liều 3.5g/ 1 đầu vật nuôi/ 1 ngày cho tăng trọng sau 49 ngày ni là 12.8-14%
và sau 56 ngày ni có khi tới 20-23% so với đối chứng [30].
Nghiên cứu bổ sung xylanase vào khẩu phần ăn của gà cho kết quả tốt
hơn lợn. Nó có khả năng làm tăng tiêu hố nitơ, axít amin, chuyển hóa chất

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19




béo, tăng năng lượng chuyển hoá, tăng trọng lượng vật nuôi và phân thải ra
khô hơn [Bedford, 1995; Hew, 1998; Hew, 1999; Danicke, 1999; Wu, 2004].
Như vậy, rõ ràng hiệu quả của các chế phẩm enzyme với chăn nuôi ở
các nước phát triển là không thể nghi ngờ. Với mọi đối tượng của ngành chăn
nuôi, enzyme làm tăng tỉ lệ tiêu hố, làm giảm chi phí thức ăn. Tuy nhiên, tất
cả các chế phẩm enzyme được dùng ở nước ta hiện nay đều là enzyme nhập
ngoại do đó giá thành cịn cao, vì vậy việc nghiên cứu sản xuất các enzyme

cho chăn nuôi trong nước là vấn đề cấp bách.
Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu thử nghiệm về sự ảnh hưởng của
enzyme thương mại: phytase hoặc tổ hợp các enzyme (amylase, protease,
xylanase, cellulase...) đến khả năng tăng trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn
của lợn con cai sữa [1]. Kết quả thử nghiệm cho thấy khi trong thức ăn có bổ
sung chế phẩm phytase và tổ hợp enzyme thì tăng trọng hơn so với đối chứng
tương ứng là 13.3% và 32% . Nếu sử dụng phối hợp cả 2 chế phẩm này thì tăng
trọng hơn so với đối chứng là 50% [Trần Quốc Việt và Cs, 2005]
M.T.Hằng và CS, 2008 đã thử nghiệm hiệu quả của chế phẩm Enzyme từ
các chủng Aspergillus phân lập từ Việt nam trên gà giò cho kết quả tăng trong từ
15-27% lượng thức ăn tiêu thụ/ kg tăng khối lượng cơ thể gà giảm tương ứng
11,2-112,7% . Chế phẩm trên cũng đã được thử nghiệm trên lợn từ 8-72kg với
hiệu quả tăng trọng cao (12%) và giảm lượng thức ăn /kg tăng trọng cơ thể 916% (đặc biệt là đối với lợn 8-20 kg) tăng gần tương đương với chế phẩm SSF
của Mỹ, đồng thời làm giảm đáng kể chi phí thức ăn cho vật nuôi [2]
Trần Quốc Việt và Ninh Thị Len (Viện Chăn nuôi) đã nghiên cứu sử

dụng chế phẩm phytase thương mại (Natuphos, BASF) đến năng suất và hiệu
quả sử dụng thức ăn của lợn con cai sữa và lợn nuôi thịt. Theo các tác giả, sử
dụng phytase giúp lợn tăng trọng 16,4% và giúp giảm chi phí thức ăn được
8% so với lô đối chứng. Tương tự như vậy, Nguyễn Thị Hồi Trâm và CS

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20




Đối với α- amylase: tinh bột > dextrin > maltozơ > lactozơ > sacaroszơ
> galactozơ > manozơ > arabinozơ.
Đối với glucoamylase: tinh bột > dextrin > maltozơ > sacaroszơ >
gluctozơ > lactozơ > arabinozơ > galactozơ > manozơ .

Nộng độ nguồn cacbon trong môi trường cũng ảnh hưởng lớn đến sự
tạo thành enzyme. Mỗi lồi VSV chỉ có thể tạo lượng amylase cao nhất ở một
nồng độ hydratcacbon nhất định. Ví dụ trên mơi trường Czapek nồng độ tinh
bột có ảnh hưởng rõ rệt tới sinh tổng hợp amylase, nồng độ tinh bột tối thích
cho sinh tổng hợp α- amylase là 6%, còn đối với glucoamylase là 3%.
* Ảnh hưởng của nguồn nitơ
Nitơ cần cho sự hình thành các axit amin để cấu tạo nên các protein cấu
trúc cũng như các enzyme. Nguồn nitơ bổ sung vào môi trường nuôi cấy có
thể là nitơ vơ cơ hoặc nitơ hữu cơ. Nguồn nitơ vô cơ thường dùng là nitrat
amôn, sunfat amôn, hay urê. Các hợp chất hữu cơ có thể là nguyên liệu giàu
đạm như cao ngô, bột đậu tương, khô lạc, khơ đậu. Ngồi ra một số axit amin,
bazơ purin (adenin, guanin), pyrimidin cũng thường được bổ sung vào môi
trường ni cấy VSV[2]. Các axit amin có tác dụng khác nhau đối với VSV
cũng như đối với sinh tổng hợp enzyme, nhiều axit amin có khả năng tăng
cường sinh tổng hợp enzyme, một số khác lại kìm hãm hoặc khơng có ảnh
hưởng gì rõ rệt. Ngun nhân tăng cường là do hàm lượng của một số axit
amin trong tế bào thấp hơn các axit amin khác, nếu thêm chúng vào môi
trường dinh dưỡng chúng sẽ làm tăng hàm lượng axit amin cần thiết để sinh
tổng hợp enzyme do vậy đã kích thích được sinh tổng hợp enzyme [3] .
Ngồi hai nhân tố cơ bản cacbon và nitơ trong môi trường dinh dưỡng
của VSV sinh enzyme nói chung cần phải có mặt nhiều nguyên tố khoáng ở
dạng muối magiê, photpho, kali, cũng như cần các vết mang iơn mangan, kẽm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24




sắc. Các bào tử này, dễ bị gió cuốn bay xa và rõi vào đâu khi gặp điều kiện
thuận lợi sẽ mọc thành mốc mới.

Enzyme từ Aspegillus niger đã được sử dụng trong sản xuất thực phẩm
từ nhiều thập kỷ trước (AMFEP, 1997). Protease enzyme có nguồn gốc từ A.
niger thường chứa một loạt các peptidases để cho phép các sinh vật phân hủy
protein trong thực vật. Thí nghiệm đã cho thấy một trong những peptidases này
thuộc nhóm amin peptidases và đóng vai trị quan trọng trong làm bánh mì và
pho mát. Vì vậy, chủng A. niger có khả năng sản xuất enzym đặc biệt này đã
được tuyển chọn.
Các sản phẩm từ A. niger đã được sử dụng từ nhiều thập kỷ trước,
nhưng khơng có bằng chứng rằng chủng cơng nghiệp được sử dụng có thể gây
độc. Các tiền enzyme không độc của A. niger đã được kiểm tra trong rất nhiều
thử nghiệm độc tính, tương tự các thử nghiệm độc tính với các sản phẩm cuối
khác. Những nghiên cứu độc tính xác định trên nhiều tiền enzyme khác nhau
từ A. niger cung cấp cơ sở cho sự đánh giá an toàn của các chuyên gia Uỷ ban
hỗn hợp trên Phụ gia thực phẩm (JECFA) của FAO / WHO (FAO / WHO,
1975, 1987 và 1990). Mặc dù các kết quả của nghiên cứu gây độc khơng
chính thức, JECFA lần đầu tiên phân bổ 1 số ADI tới tiền enzyme của
A.niger, dựa trên những lo sợ rằng một số chủng có thể sản xuất các độc tính
chưa rõ (FAO / WHO, 1987). Tuy nhiên, 1 thời gian dài sử dụng A. niger như
1 nguồn enzyme thực phẩm, đã có số lượng đáng kể các nghiên cứu về an
toàn, giống như các báo cáo khoa học tại JECFA cho thấy, sản phẩm có độc
rất hiếm gặp. Vì vậy, JECFA đã xem xét lại quyết định của mình vào năm
1990 và thay đổi ADI cho tách tiền enzym từ A. niger thành `` khơng
độc''(FAO /WHO, 1990). Ngồi một đánh giá tích cực của JECFA, hầu hết
các nước quy định việc sử dụng enzym, như Mỹ, Pháp, Đan Mạch, Úc và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27

Canada, đã chấp nhận việc sử dụng enzym từ A. niger trong một số thực
phẩm.
Để đánh giá được độ an toàn của chế phẩm Multienzyme trước hết
chúng ta phải biết được các thành phần có trong enzyme. Sau đó chúng ta mới
thử các độc tính của enzyme với đối tượng là chuột và thỏ. Trên thế giới
người ta cũng dựa vào các tiêu chuẩn để đánh giá độ an toàn của chế phẩm
enzyme như tiêu chuẩn của FAO [45]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28




*Lập đồ thị chuẩn: Pha loãng dung dịch 1% tinh bột đã chuẩn bị ở trên
sao cho đạt nồng độ 2, 4 , 6, 8 và 10mg trong 1ml. Lấy 0.1ml dung dịch tinh
bột đã chuẩn bị như trên, thêm 0,1ml dung dịch 1% NaCl ; 0,2ml dung dịch
đệm Na-acetat 0.01 M; 0,4ml nước cất; 0,2ml dung dịch 15% axit
trichloroacetic lắc đều, thêm 9ml dung dịch I2 đã pha loãng 150 lần, so màu ở
bước sóng 560nm, sau đó dựng đồ thị chuẩn giống như dựng đồ thị đường
chuẩn. Kết quả được trình bày ở bảng 2.4 và hình 2.4.
Bảng 2.4. Kết quả thực nghiệm khi đo OD ở bước súng 560nm

OD(560nm) Tinh bt(mg)
0.004

0

0.137

2

0.265

4

0.375

6

0.487

8

0.597

10

Đồ thị tinh bột chuẩn

Tinh bột(mg/ml)

10
8

2

98

6

2

R

.9
=0

4
2
0
0

0.1

0.2

0.3
OD(560nm)

0.4
0.5
0.6
y = 16.94x - 0.2655

Hình 2.4. Đồ thị tinh bột chuẩn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35

Phương trình hồi quy tuyến tính giữa tinh bột và độ hấp thụ ở 560nm
là: y=16.94x-0.2655, trong đó x là độ hấp phụ của dung dịch tinh bột ở bước
sóng (560nm), y là hàm lượng tinh bột (mg/ml).
*Cách tiến hành thí nghiệm xác định hàm lượng tinh bột bị phân
giải.
Cho vào ống nghiệm 1ml dung dịch 1% NaCl, 1ml dung dịch 1% tinh
bột, 2ml dung dịch đệm phù hợp 0.05M Na-acetate, pH 5,5 ,3ml nước cất.
Lắc đều và giữ ở nhiệt độ 300C trong 10 phút, sau đó cho vào hỗn hợp này
1ml enzyme ở độ pha lỗng thích hợp đã giữ ở 30oC. Lắc đều, tiếp tục giữ ở
30oC trong 30 phút. Thêm ngay 2ml dung dịch 15% axit trichloroacetic để
làm ngừng phản ứng, giữ vài phút sau đó li tâm 4000v/phút loại bỏ cặn.
Song song với mẫu thí nghiệm ta làm mẫu đối chứng cũng tương tự
như trên nhưng cho dung dịch axit trichloacetic vào trước rồi mới cho dung
dịch enzyme.
Lấy 1ml dịch lọc ở mẫu thí nghiệm cũng như ở mẫu đối chứng cho vào
ống nghiệm, thêm 9ml dung dịch iôt đã chuẩn bị ở trên. So màu ở bước sóng
560nm.
Tính số mg tinh bột bị phân hủy dựa vào đồ thị chuẩn đã thu được ở
trên.
Quy ước: Đơn vị hoạt độ của enzim (1 IU) là lượng enzim cần thiết để
phân giải hết 1mg tinh bột trong một phút ở điều kiện thí nghiệm.
b. Xác đinh hoạt tính Cacboxymethylcellulase (CMC-ase)[41]
- Nguyên lý: CMC-ase phân cắt cacboxymethylcellulose (CMC) thành các
oligosacaride và glucose có tính khử có khả năng bắt màu vàng cam đặc trưng với
thuốc thử DNS khi đun nóng.
+ Pha dung dịch cơ chất: dung dịch 0.5% CMC trong đệm 50mM Naaxetat.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36

+ Thuốc thử DNS: Hoà tan 2g phenol và 10g NaOH trong 300ml nước
cất, sau đó thêm tiếp 0,5g Na2SO 3, 200g KNaC4H4O6.4H2O, 10g DNS,
khuấy đều cho các hoá chất tan hoàn toàn. Bổ sung thêm nước cất để đạt
1000ml.
+ Dựng đường chuẩn D-glucose: Pha dung dịch mẹ 10µmol/ml Dglucose trong đệm 50 mM Na-axetat. Từ đó pha lỗng thành các nồng độ
0; 2; 4; 6; 8; 10 (µmol/ml). Lấy 50 µl dịch D-glucose ở mỗi nồng độ trên +
450µl dịch 0,5% CMC (hoặc 1% tinh bột ngơ) + 750µl dịch thuốc thử DNS.
Đun cách thuỷ trong 5 phút, làm lạnh và đo ở bước sóng λ540nm. Đường
chuẩn thể hiện mối liên quan giữa nồng độ D-glucose và giá trị OD được xây
dựng nhờ chương trình Microsoft Excel (Hình 2.5)

Hình 2.5 . Đồ thị chuẩn xác định hàm lượng D-glucose bằng DNS

Phương trình thể hiện mối tương quan giữa hàm lượng D-glucose và
giá trị OD540nm thu được là là y = 15,759x+0,5181.
Trong đó: y là hàm lượng D- glucose trong 1ml dịch; x là giá trị
OD540nm tương ứng. Hệ số tương quan R2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37




= 0,9912 chứng tỏ mối liên quan giữa x và y là rất chặt chẽ.
♦ Đặt thí nghiệm xác định hoạt tính của CMC-ase và amylase.
- Thí nghiệm: 450 µl dung dịch 1% tinh bột ngô (hoặc 0,5% CMC ) +
50 µl dịch enzyme đã pha lỗng thích hợp. Ủ ở điều kiện 50oC trong 30

phút, sau đó bổ sung 750 µl dung dịch DNS để dừng phản ứng.
- 450 µl dung dịch 0,5% CMC (hoặc 1% tinh bột ngô) + 750 µl dung dịch
DNS
+ 50 µl dịch enzyme đã pha lỗng thích hợp. Ủ ở điều kiện 50 o C
trong 30 phút.
Đun cách thuỷ mẫu thí nghiệm và đối chứng trong 5 phút, cho qua
nước lạnh. Đo độ hấp phụ ở bước sóng λ540nm. Từ giá trị OD ta tính được
lượng đường khử được tạo ra nhờ đường chuẩn đã xác định ở trên.
Quy ước: Một đơn vị hoạt tính của CMC-ase (IU) là lượng enzyme
cần thiết để giải phóng 1µmol đường khử trong một phút ở điều kiện thí
nghiệm, với glucose là dường chuẩn.
c/Xác định hoạt tính Xylanase (Bailey và Cs, 1992) [19]
• Nguyên lý: Xylanase (endo-xylanase 1,4-β xylanase) phân cắt cơ
chất xylan thành các oligoxylose và xylose có tính khử, có khả năng bắt màu
vàng cam đặc trưng với thuốc thử DNS khi đun nóng.
• Các bước tiến hành:
♦ Chuẩn bị hóa chất:
- Dịch cơ chất 1% oat spelts xylan (OSX): Cân 1 gam OSX pha trong đệm
50mM Na-axetat, pH 5,5.
- Thuốc thử DNS: Hoà tan 2g phenol và 10g NaOH trong 300ml nước
cất, sau đó thêm tiếp 0,5g Na2SO 3, 200g KNaC4H4O6.4H2O, 10g DNS,
khuấy đều cho các hố chất tan hồn tồn. Bổ sung thêm nước cất để đạt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38