Giới thiệu

Enzyme là các protein hoạt động như chất xúc tác hiệu quả cao cho các phản ứng sinh hóa. Chúng đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa và chuyển hóa các chất dinh dưỡng ở cả người và động vật. Trong thức ăn chăn nuôi, bổ sung thêm enzyme giúp cải thiện việc sử dụng các chất dinh dưỡng, tăng cường hiệu suất tăng trưởng và giảm chi phí sản xuất. Bài viết này cung cấp một cái nhìn toàn diện về cách các enzyme then chốt trong thức ăn chăn nuôi như phytase, xylanase, protease, amylase và beta-mannanase được sản xuất thương mại.

Phytase

Phytase là một enzyme phân hủy phytic axit, giải phóng phospho, axit amin và các chất dinh dưỡng khác bị giam cầm trong yếu tố chống dinh dưỡng này. Phytase sử dụng trong thức ăn chăn nuôi chủ yếu được chiết xuất từ nấm.

Quy trình sản xuất

Các loài nấm phytase phổ biến nhất là Aspergillus niger và Aspergillus ficuum. Quy trình sản xuất liên quan đến công nghệ lên men, nơi nấm được nuôi cấy trong bình phản ứng sinh học trong điều kiện được kiểm soát. Môi trường tăng trưởng chứa các nguồn carbon, nitơ, khoáng chất và các nguyên tố vi lượng để cho phép tăng trưởng tối ưu của nấm và sản xuất phytase.

Glucose hoặc sucrose thường được sử dụng như nguồn carbon, trong khi bột đậu tương, nước ngâm bắp hoặc sunfat amoni phục vụ như nguồn nitơ. Mức phospho được giữ ở mức thấp để kích thích tiết phytase cao. pH ban đầu được điều chỉnh ở 5-6 và nhiệt độ duy trì ở 25-37°C dựa trên chủng cụ thể. Thông khí và khuấy đều được cung cấp để đảm bảo tăng trưởng đồng đều.

Sau 3-7 ngày lên men, dịch chứa phytase ngoại bào được tiết ra bởi nấm. Nó được tách khỏi khối nấm và tập trung thông qua các kỹ thuật như siêu lọc và phun sấy. Việc tinh chế tiếp theo có thể được thực hiện thông qua sắc ký trao đổi ion nếu cần.

Các dạng sản phẩm

Các sản phẩm phytase thương mại có sẵn dưới dạng lỏng và dạng hạt. Hoạt tính được chuẩn hóa theo đơn vị hoạt tính phytase (FTU/g). Chúng cũng có thể chứa các enzyme khác như xylanase, cellulase và amylase.

Xylanase

Xylanase phân hủy xylan, một thành phần chính của thành tế bào thực vật, giải phóng xylose và cải thiện khả năng tiêu hóa ngũ cốc, cám và các thành phần khác. Các xylanase được sử dụng trong thức ăn chủ yếu có nguồn gốc từ vi khuẩn hoặc nấm.

Quy trình sản xuất

Bacillus subtilis là nguồn vi khuẩn phổ biến trong khi Trichoderma reesei và Aspergillus niger là các nhà sản xuất nấm chính. Quy trình sản xuất tương tự như phytase – lên men chìm dưới điều kiện được kiểm soát để tối ưu hóa sự phát triển và tiết xylanase.

Các phế phẩm nông nghiệp rẻ tiền như cám lúa mì, rơm lúa hoặc bắp rang cung cấp các chất nền vì chúng chứa hàm lượng xylan cao. Các muối khoáng cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu. pH ban đầu được điều chỉnh ở 5-8 và nhiệt độ ở 25-37°C dựa trên chủng.

Sau khi lên men, loại bỏ khối tế bào và tập trung, chiết xuất xylanase được chuẩn hóa về hoạt tính đơn vị (FXU/g) và tạo thành các công thức lỏng hoặc khô.

Các dạng sản phẩm

Các sản phẩm xylanase thương mại bao gồm dạng thuần hoặc các hỗn hợp với các carbohydrase khác như amylase, cellulase và glucanase. Chúng có dạng lỏng và dạng hạt.

Protease

Các protease phân hủy các phân tử protein thành các peptide và axit amin nhỏ hơn, cải thiện khả năng tiêu hóa protein. Các nguồn vi sinh vật như Bacillus được sử dụng phổ biến.

Quy trình sản xuất

Sản xuất protease sử dụng quá trình lên men chìm của các chủng Bacillus trên các môi trường tăng trưởng chứa các nguồn protein như bột đậu tương, bột hạt bông hoặc bột cá. Nhiệt độ được duy trì ở 37-45°C và pH ban đầu ở 6-8.

Sau khi lên men, dịch nước chứa protease được tách khỏi bã, tập trung và tinh chế. Sản phẩm cuối cùng được chuẩn hóa dựa trên hoạt tính protease (PU/g) và tạo thành các công thức lỏng hoặc khô.

Các dạng sản phẩm

Các sản phẩm protease thương mại bao gồm các protease kiềm, trung tính hoặc axit được sử dụng riêng lẻ hoặc trong các hỗn hợp được điều chỉnh cho các ứng dụng thức ăn. Các dạng lỏng và hạt đều có sẵn.

Amylase

Các amylase như alpha-amylase phân hủy tinh bột thành đường đơn giản, tăng khả năng tiêu hóa tinh bột trong thức ăn. Các nguồn Bacillus và nấm thường được sử dụng.

Quy trình sản xuất

Quá trình lên men chìm tạo nên nền tảng của quá trình sản xuất amylase. Các nguồn tinh bột rẻ tiền như ngô, lúa mì hoặc khoai tây phục vụ như các chất nền cùng với các khoáng chất dinh dưỡng. Các chủng Bacillus được nuôi ở nhiệt độ 30-45°C và pH ban đầu 6-7.5.

Sau khi lên men, dịch chứa amylase được tách ra, tập trung và chuẩn hóa về hoạt tính (AU/g). Nó được tạo thành các sản phẩm lỏng hoặc khô.

Các dạng sản phẩm

Các sản phẩm amylase thương mại bao gồm các alpha-amylase bền nhiệt từ các chủng Bacillus được điều chỉnh cho các ứng dụng thức ăn. Chúng có dạng lỏng và dạng hạt.

Beta-Mannanase

Beta-mannanase phân hủy beta-mannan có trong các thành phần thức ăn, cải thiện khả năng cung cấp năng lượng. Bacillus là vật chủ sản xuất chính.

Quy trình sản xuất

Quá trình lên men chìm của Bacillus được thực hiện bằng cách sử dụng môi trường chứa mannan từ các nguồn rẻ tiền như bột dừa. Các thông số lên men như nhiệt độ, pH và chất dinh dưỡng được tối ưu hóa cho mỗi chủng.

Sau khi lên men, dịch nước chứa beta-mannanase được thu hồi, tập trung và tinh chế để chuẩn hóa hoạt tính (MANU/g). Nó được chuyển thành các sản phẩm lỏng hoặc khô.

Các dạng sản phẩm

Beta-mannanase thương mại có dạng lỏng hoặc dạng hạt một mình hoặc kết hợp với các carbohydrase khác. Hoạt tính được chuẩn hóa theo MANU/g.

Xu hướng sản xuất tổng hợp

• Quá trình lên men vi sinh vật tạo thành lõi của quy trình sản xuất tất cả các enzyme thức ăn chính. Sử dụng quá trình lên men chìm trong điều kiện được tối ưu hóa.
• Các chất thải nông nghiệp rẻ tiền như cám, vỏ và bã đậu nành cung cấp các chất nền kinh tế.
• Các loài Bacillus và nấm như Aspergillus là các vật chủ sản xuất chủ đạo.
• Dịch sau lên men được xử lý qua các bước tách, tập trung và tinh chế để chuẩn hóa hoạt tính enzyme.
• Các dạng lỏng và dạng hạt khô đáp ứng các yêu cầu và ứng dụng khác nhau của người dùng.
• Các hỗn hợp với nhiều enzyme là phổ biến để cung cấp quá trình phân giải chất dinh dưỡng toàn diện.

Các yếu tố chất lượng

Các kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt trong quá trình sản xuất và công thức phù hợp đảm bảo hiệu quả và ổn định cao của các sản phẩm enzyme cuối cùng:

• Độ tinh khiết và mức hoạt tính được chuẩn hóa thông qua các xét nghiệm kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt.
• Hoạt tính enzyme được ổn định hóa bằng cách sử dụng các chất đệm, chất bảo quản và lớp phủ bảo vệ thích hợp.
• Các sản phẩm dạng hạt cung cấp độ ổn định tốt hơn trong quá trình bảo quản, xử lý và ép viên.
• Cung cấp các hướng dẫn thích hợp cho điều kiện bảo quản và sử dụng.
• Đảm bảo an toàn và tuân thủ pháp lý thông qua các xét nghiệm theo quy định.

Kết luận

Tóm lại, các enzyme thức ăn chủ yếu được sản xuất thông qua quá trình lên men chìm của các chủng vi sinh vật như nấm và Bacillus. Việc sử dụng các vật liệu nông nghiệp rẻ tiền làm cho quá trình kinh tế. Các sản phẩm cuối cùng được công thức hóa cẩn thận với các chất đệm, lớp phủ và chất bảo quản thích hợp để đảm bảo độ ổn định và hiệu quả. Kiểm tra chất lượng và an toàn nghiêm ngặt đảm bảo sự tuân thủ pháp lý và hiệu suất. Các enzyme thức ăn được sản xuất thông qua các quy trình vững chắc như vậy có thể đáng tin cậy cải thiện việc sử dụng chất dinh dưỡng, sức khỏe và năng suất ở gia súc khi được sử dụng một cách thích hợp.

Tài liệu tham khảo

[1] Lei, X.G., and Porres, J.M. (2003). Phytase enzymeology,

applications, and biotechnology. Biotechnology Letters, 25(21),

1787–1794.

[2] Mullaney, E.J., and Ullah, A.H. (2003). The term phytase comprises

several different classes of enzymes. Biochemical and Biophysical

Research Communications, 312(1), 179-184.

[3] Rutherfurd, S.M., Chung, T.K., and Moughan, P.J. (2012). Effect of a

novel phytase on growth performance, apparent metabolizable energy, and

the availability of minerals and amino acids in a low-phosphorus

corn-soybean meal diet for broilers. Poultry Science, 91(5), 1118–1127.

[4] Beg, Q.K., Kapoor, M., Mahajan, L., and Hoondal, G.S. (2001).

Microbial xylanases and their industrial applications: a review. Applied

Microbiology and Biotechnology, 56(3-4), 326–338.

[5] Collins, T., Gerday, C., and Feller, G. (2005). Xylanases, xylanase

families and extremophilic xylanases. FEMS Microbiology Reviews, 29(1),

3–23.

[6] Choct, M. (2015). Feed non-starch polysaccharides for monogastric

animals: Classification and function. Animal Feed Science and

Technology, 203, 1–14.