Link xem tivi trực tuyến nhanh nhất xem tivi trực tuyến nhanh nhất xem phim mới 2023 hay nhất xem phim chiếu rạp mới nhất phim chiếu rạp mới xem phim chiếu rạp xem phim lẻ hay 2022, 2023 xem phim lẻ hay xem phim hay nhất trang xem phim hay xem phim hay nhất phim mới hay xem phim mới link phim mới

Link xem tivi trực tuyến nhanh nhất xem tivi trực tuyến nhanh nhất xem phim mới 2023 hay nhất xem phim chiếu rạp mới nhất phim chiếu rạp mới xem phim chiếu rạp xem phim lẻ hay 2022, 2023 xem phim lẻ hay xem phim hay nhất trang xem phim hay xem phim hay nhất phim mới hay xem phim mới link phim mới

intTypePromotion=1
ADSENSE

Luận án Tiến sĩ Chăn nuôi: 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

Chia sẻ: Hoamaudon | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:192

15
lượt xem
7
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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" được hoàn thành với mục tiêu 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.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Chăn nuôi: 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

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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 4.20. Ảnh hưởng tương tác giữa khẩu phần với các mức sử dụng BSLM và tính 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 4.22. Ảnh hưởng tương tác giữa khẩu phần với các mức sử dụng BSLM và tính 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 4.24. Ảnh hưởng tương tác giữa khẩu phần với các mức sử dụng BSLM và tính biệt đến thành phần hoá học (LSM) của thịt lợn F1(LandracexYorkshire) 88 viii
  11. 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- amylase và cellulase của chủng đột biến Aspergillus niger GA15 59 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- amylase và cellulase của chủng đột biến Aspergillus niger GA15 61 4.11. Ảnh hưởng của nguồn nitơ bổ sung đến sinh tổng hợp glucoamylase, α- amylase và cellulase của chủng đột biến Aspergillus niger GA15 63 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
  12. 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 45oC). 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 107cfu/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
  13. 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 30oC, 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
  14. 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 45oC). 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 107cfu/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
  15. (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 30oC, 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2