Đối tác marketing
VTV Youtube Bao Nguoi chan nuoi TH Ben Tre
CARBOHYDRASES SẼ LÀ ENZYMES CỦA TƯƠNG LAI TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI
CARBOHYDRASES SẼ LÀ ENZYMES CỦA TƯƠNG LAI TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI
Cập nhật 2020-06-30 02:58:02

Giới thiệu

Theo Liên Hợp Quốc, đến năm 2050 sẽ có dân số thế giới là 9.700 triệu dân. Những tác động của biến đổi khí hậu với hạn hán kéo dài sẽ ảnh hưởng mạnh đến sản xuất ngũ cốc. Sự cạn kiệt của dự trữ năng lượng hóa thạch không thể tái tạo (dầu, khí) sẽ gây áp lực cho việc sản xuất ethanol ngũ cốc. Có một cuộc cạnh tranh chưa từng có giữa con người và vật nuôi về tài nguyên thực phẩm (bắp, lúa mì, lúa miến, đậu nành, v.v.). Nhà sản xuất sẽ buộc phải tăng cường sử dụng các sản phẩm phụ dạng xơ và tỷ lệ tiêu hóa thấp ở gia cầm, heo và nuôi trồng thủy sản (Bã bắp, cám lúa mì, cám gạo, trấu, đậu tương, vỏ củ cải đường, bã mía, bột rong biển, thậm chí chất tồn dư mặt đất sau thu hoạch).

Bài tóm tắt lược dịch trong tạp chí en.engormix.com do Paulino biên soạn (12/2019) với tựa đề “Carbohydrases are the enzymes of the future in animal feed” viết về sẽ có cuộc cạnh tranh gay gắt giữa con người và vật nuôi trong tương lai về nguồn thức ăn. Vì vậy, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để tận dụng các nguồn carbohydrate khó tiêu thành thực phẩm dễ tiêu cung cấp cho người và vật nuôi. Nội dung tóm tắt của bài viết được trình bày ở các phần dưới đây.

Hình minh họa: Các phụ sản sau thu hoạch và chế biến.

Enzyme tiêu hóa chất xơ

6 Enzyme sẽ rất quan trọng trong tương lai để cải thiện khả năng tiêu hóa các thành phần xơ, bao gồm:

  • Cellulases - Cellulose
  • hemicellulases - hemicellulose
  • Pectinases - Pectin
  • Ligninases - Lignin
  • Xylanases - arabinoxylanes
  • Beta-Glucanases - Beta-Glucans
  • α-Amylases - Tinh bột

Cellulose là polysaccharide phong phú nhất trong tự nhiên

Cellulose là thành phần chính của thành tế bào của hầu hết các loại thực vật. Một tế bào thực vật non chứa khoảng 40% cellulose và 50% gỗ. Ví dụ tiêu biểu nhất là bông chứa hơn 90% cellulose.

Có tính đến cấu trúc hóa học của nó, nó được định nghĩa là một polysaccharide tuyến tính được hình thành bởi dư lượng glucose được liên kết bởi các liên kết beta 1-4 (β-1,4). Cấu hình β allows cho phép cellulose tạo thành các chuỗi dài, tuyến tính, được nối với nhau bằng liên kết cầu hydro, dẫn đến sự hình thành các vi sợi. Các tầng này, được gọi là tầng tinh thể, được sắp xếp theo thứ tự cao và cung cấp các đặc tính của tính không hòa tan, độ cứng và khả năng chống lại sự tấn công của enzyme.

Ở một số tầng nhất định của bó vi sợi, các chuỗi bị phá vỡ bởi các liên kết hydro và các tầng được gọi là vô định hình được hình thành, chúng được thủy hóa cho phép một số enzyme nhất định tấn công và làm phân giải cellulose.

Mặc dù nó được tạo thành từ các đơn vị glucose, động vật không thể sử dụng cellulose làm nguồn năng lượng, vì chúng không có các enzyme cần thiết để phá vỡ các liên kết β-1,4-glucosidic. Tuy nhiên, trong ruột của động vật nhai lại, động vật ăn cỏ và mối, có những vi sinh vật có một enzyme gọi là cellulase phá vỡ liên kết này. Khi phân tử cellulose bị thủy phân, các phân tử glucose sẵn có mà nó có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng.

Ngoài các động vật nhai lại và động vật ăn cỏ (nhai lại giả như ngựa, thỏ, v.v.), chúng ta phải nghiên cứu quá trình tiêu hóa của các loài ấn tượng như xylophages: mối, sâu đục gỗ, ngài gỗ và nấm thối trắng (Botryosphaeria dothidea) mà nó có khả năng mở lignin ra (các enzyme phân giải lignin).

Các chất xơ không hòa tan (cellulose, hemiaellulose và lignin) có ít đóng góp dinh dưỡng ở vật nuôi dạ dày đơn, vi khuẩn phân giải xơ lên men ở manh tràng và ruột già (cellulase) và tạo ra các acid béo dễ bay hơi, butyric, acetic và propionic mà chúng có thể được hấp thu vào máu. Lignin thì khó tiêu hóa.

Hình minh họa: Trichoderma reesei là nấm được sử dụng rộng rãi để sản xuất cellulase và xylanase.

Kết luận

Một quy trình mới cho phép chuyển đổi cellulose không ăn được thành chất giàu tinh bột. Trong khi glucose, chúng ta biết, là nguồn năng lượng chính của carbohydrate.

Lượng glucose mà thực vật tạo ra mỗi năm dưới dạng cellulose được ước tính vào khoảng một trăm tám mươi tỷ tấn. Rõ ràng, tất cả glucose đó không thể được sử dụng cho thực phẩm, nhưng chúng ta có thể làm gì để biến cellulose thành tinh bột không? Việc đạt được sự chuyển đổi này có nghĩa là thực hiện một bước quan trọng, nếu không loại bỏ, ít nhất là làm giảm nạn đói trên thế giới, đồng thời, tạo ra nguyên liệu thô để sản xuất nhiên liệu sinh học.

Một nhóm các nhà nghiên cứu của Mỹ và Trung Quốc đang giải quyết vấn đề này và đã thiết kế một cách để biến cellulose thành tinh bột, mà hiện tại, không quá hiệu quả, nhưng điều đó có thể cải thiện rất nhiều trong tương lai. Ý tưởng cơ bản bao gồm: Sử dụng các kỹ thuật sinh học phân tử, các nhà nghiên cứu đưa vào một loạt gen vào vi khuẩn Escherichia coli, được biết từ lâu đến từ các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới. Một trong những gen này tạo ra một loại enzyme có khả năng phá vỡ cellulose và phá vỡ nó thành các mảnh của hai phân tử glucose, tuy nhiên, những mảnh đó vẫn khó tiêu hóa.

Một gen khác tạo ra một loại enzyme mà hiện tại có thể tách hai phân tử glucose đó thành các phân tử riêng lẻ. Cuối cùng, những phân tử glucose riêng lẻ đó có thể được sử dụng bởi một enzyme thứ ba, mà bây giờ liên kết chúng lại với nhau theo cách phù hợp để tạo thành tinh bột. Chiết xuất của những vi khuẩn này có khả năng biến đổi cellulose thành tinh bột.

Mặc dù phương pháp này hoạt động, nhưng tại thời điểm này nó rất tốn kém. Nó sẽ tốn một triệu đô la để chuyển đổi 200 kg cellulose thành 20 kg tinh bột, chỉ đáp ứng nhu cầu năng lượng của một người trong 80 ngày.

PGS Bùi Xuân Mến, Trung tâm RD Vemedim.

Tài liệu tham khảo

Paulino, J.A.P.2019. Carbohydrases are the enzymes of the future in animal feed.

https://en.engormix.com/poultry-industry/articles/carbohydrases-are-enzymes-future-t44657.htm.

t g
0775 009 169
m