ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam là một nước đang phát triển, phần lớn dân số hoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp. Trong nông nghiệp,ngành Thú y chiếm một vị trí quan trọng, Ngành Thú y được xem là ngành bảo vệ sức khỏe, không những cho con vật mà còn cho con người. Ngành Thú y giải quyết các vấn đề về thực phẩm từ gốc. Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển cho nên các ngành khoa học ứng dụng ngày càng được ứng dụng vào thực tế, từ đó giúp cho cuộc sống ngày càng nâng cao và hoàn thiện.
Trong đó, lĩnh vực sản xuất và nghiên cứu về enzyme đặc biệt phát triển, là mục tiêu nghiên cứu của nhiều đề tài mang tính ứng dụng cao và khoa học. Enzyme có bản chất là protein, nó có khả năng xúc tác sinh học không những bên trong cơ thể mà còn có thể thực hiện bên ngoài cơ thể khi tạo cho chúng điều kiện thích hợp để hoạt động. Nhân tố quan trọng để thúc đẩy ngành công nghiệp enzyme phát triển là khả năng to lớn của vi sinh vật. Các vi sinh vật có tốc độ phát triển cực kỳ nhanh đồng thời enzyme do chúng tạo ra có hoạt lực cao.
Bên cạnh đó, môi trường nuôi cấy vi sinh vật chúng ta có thể tận dụng phế thải của ngành khác. Sử dụng enzyme trong sản xuất và đời sống là một vấn đề được các nhà khoa học và kỹ thuật chú ý từ lâu. Ngày nay, việc sử dụng này đã trở thành phổ biến ở nhiều nước mang lại lợi ích kinh tế khá lớn. Ngoài số enzyme đã được sử dụng rộng rãi và lâu đời (amylaza, proteaza.), còn có hàng chục loại enzyme khác đã được nghiên cứu và áp dụng vào thực tế.
Trước đây, các enzyme dùng nghiên cứu hoặc áp dụng trong sản xuất, thường thu nhận từ động vật, thực vật. Nhưng vài chục năm gần đây, người ta đã chú ý đến một nguồn enzyme vô cùng phong phú và rẻ tiền, đó là nguồn n 2 enzyme từ vi sinh vật. Thực ra đây là một nguồn enzyme rất quen thuộc đối với một số nước phương đông (Trung Quốc, Nhật Bản). Để mở rộng việc sử dụng các enzyme vào thực tế cuộc tế ở nước ta và đáp ứng yêu cầu của một số cơ sở sản xuất trong những năm qua, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu tách và chọn chủng vi sinh vật có tính enzyme cao, nghiên cứu các điều kiện thích hợp cho việc tổng hợp mạnh mẽ enzyme của chúng, thu nhận chế phẩm enzyme Amylaza và Cellulaza là những enzyme có nhiều ứng dụng quan trọng và phổ biến trong đời sống, Bên cạnh đó, chúng cũng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành và lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, nông nghiệp…hoạt tính chung của enzyme nói chung đều bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố.
Do đó để thu nhận enzyme có hiệu quả nhất cần khảo sát điều kiện tối ưu. Để giúp động vật nhai lại nói riêng và động vật nói chung tận dụng triệt để nguồn dinh dưỡng trong thức ăn, người ta thêm vào khẩu phần ăn của chúng các chế phẩm enzyme chứapectinase, cellulase, xylanase, hemicellulase. Từ đó, cung cấp đầy đủ hơn chất dinh dưỡng giúp cho gia súc nhai lại có thể tăng trọng nhanh, đạt năng suất cao, phẩm chất tốt, tăng sức đề kháng. Từ những mục đích trên tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm sinh học của vi khuẩn có khả năng sinh enzyme amylaza và cellulaza cao ứng dụng trong chế biến thức ăn cho gia súc nhai lại” nhằm tìm ra được các chủng vi sinh vật có khả năng sinh enzyme amylaza và cellulaza cao để góp phần đưa vào quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc.
* Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: - Phân lập và tuyển chọn được các chủng vi khuẩn có khả năng sinh enzyme amylaza và cellulase cao. - Tuyển chọn được bộ giống vi sinh vật của vi khuẩn có khả năng sinh các chất hoạt động sinh học mạnh(các enzyme ngoại bào) ứng dụng trong việc chế biến thức ăn cho gia súc nhai lại. - Nghiên cứu điều kiện nuôi cấy thích hợp cho sự sinh trưởng và sinh tổng hợp amylaza và cellulase. n 3 - Định loại các chủng vi khuẩn thu được - Sơ bộ nghiên cứu đặc tính của enzyme amylaza và cellulase.
* Mục đích nghiên cứu: - Phân lập và tuyển chọn được các chủng vi sinh vật có hoạt tính enzyme cao. - Nghiên cứu các đặc tính sinh học của các chủng trên - Các chủng vi sinh vật phải an toàn với người, động vật và môi trường - Dễ dàng nuôi cấy * Ý nghĩa của đề tài: - Ý nghĩa khoa học: Tìm ra các chủng vi sinh vật và khai thác nguồn gen của các chủng bản địa. - Ý nghĩa thực tiễn: Tìm ra các chủng vi sinh vật bản địa, không độc hại với vật nuôi và môi trường lại có khả năng tổng hợp các chất sinh học có hoạt tính cao, đặc biệt là các enzyme ngoại bào để đưa vào sản xuất công nghiệp. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
ENZYME VI SINH VẬT 2. Enzyme Trong cơ thể sống (các tế bào) luôn luôn xảy ra quá trình trao đổi chất. Sự trao đổi chất ngừng thì sự sống không còn tồn tại. Quá trình trao đổi của một chất là tập hợp của rất nhiều các phản ứng hóa học phức tạp.
Các phản ứng này có liên quan chặt chẽ với nhau và điều chỉnh lẫn nhau. Enzyme là hợp chất protein xúc tác cho các phản ứng hóa học đó. Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống. Enzyme có trong hầu hết các loại tế bào của cơ thể sống.
Chính do những tác nhân xúc tác có nguồn gốc sinh học nên Enzyme còn được gọi là các chất xúc tác sinh học (biocatalysators) nhằm để phân biệt với các chất xúc tác hóa học. Chúng là chất xúc tác sinh học không chỉ có vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng, phát triển của mọi sinh vật mà nó còn giữ vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm, trong y học, trong kỹ thuật phân tích, trong công nghệ gen và bảo vệ môi trường Theo Apun K. và cs (2000)[15] thì Enzyme là những protein có chức năng xúc tác, không thể thiếu trong hoạt động duy trì sự sống. Tất cả các phản ứng hóa học diễn ra trong cơ thể sống đều cần có hoạt động xúc tác của enzyme, vì thế enzyme được gọi là chất chuyển hóa sinh học.
Trong khoảng hai mươi năm trở lại đây, enzyme được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau của nền kinh tế quốc dân: hoá học, y học, trong nhiều ngành công nghiệp nhẹ và đặc biệt là trong ngành công nghệ thực phẩm. Sở dĩ enzyme được sử dụng phổ biến như vậy do chúng có các đặc điểm sau: Theo Nguyễn Sỹ Lê Thanh, Quyền Đình Thi (2009)[11] thì Enzyme có tính đặc hiệu cao, mỗi enzyme chỉ tác dụng lên một cơ chất nhất định. Tính chất này rất quan trọng đặc biệt là khi chế biến các nguyên liệu có nguồn gốc sinh vật, có thành phần hoá học phức tạp. n 5 - Enzyme hoạt động trong những điều kiện tương đối bình thường và phản ứng do enzyme xúc tác lại dễ dàng điều chỉnh.
- Enzyme có nguồn gốc tự nhiên, không độc. Đặc điểm này có ý nghĩa quan trọng đối với các ngành thực phẩm và y học. Dựa trên những đặc tính đó mà trong công nghiệp có thể sử dụng enzyme nhằm hợp lý hoá hoặc rút ngắn các quá trình sản xuất, sử dụng quy trình kỹ thuật mới, mở rộng phạm vi sử dụng nguyên liệu, giảm nhẹ điều kiện lao động, tiết kiệm nguyên vật liệu. Và cũng chính vì vậy mà việc tìm kiếm các enzyme hiện nay còn là cuộc chạy đua giữa các ngành công nghiệp trên thế giới.
Hệ thống enzyme vi sinh vật Tất cả các quá trình chuyển hóa hóa sinh trong cơ thể vi sinh vật đều có sự tham gia của enzyme, dưới tác dụng của enzyme các phản ứng xảy ra nhanh chóng mà không đòi hỏi những điều kiện về nhiệt độ, áp suất cao, môi trường axít hay bazơ như những chất xúc tác khác. Enzyme vi sinh vật có khả năng hoạt động cả trong và ngoài tế bào vi sinh vật. Tế bào các sinh vật chứa nhiều loại enzyme khác nhau, enzyme có thể được sản xuất từ động vật, thực vật như: amylaza từ hạt đại mạch nẩy mầm, dứa hoặc từ dạ dày, tụy tạng… Nhưng quá trình sản xuất này còn gặp nhiều khó khăn và giá thành rất đắt. Trong vòng 30 năm gần đây, người ta tìm thấy được nguồn enzyme mới vô cùng phong phú, đó là enzyme từ vi sinh vật.000 loại enzyme khác nhau đã biết, nhưng chỉ những enzyme có khả năng thủy phân mới được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế.
Vi khuẩn có khả năng tạo ra một lượng enzyme lớn với nhiều ứng dụng. Tế bào vi sinh vật có khả năng tạo ra cho mình một tập hợp những enzyme xúc tác các phản ứng sinh học xảy ra trong và ngoài tế bào nhằm thỏa mãn các đặc điểm sinh hóa, nhu cầu sinh lý của tế bào. Đây chính là tính ưu việt của vi sinh vật mà các cơ thể động vật hay thực vật khác không có được. Chính vì vậy, enzyme từ vi sinh vật đang thu hút sự quan tâm, chú ý của các nhà khoa học và các ngành kinh tế, nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng n 6 sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của con người.
Tế bào vi sinh vật sản xuất ra hai loại enzyme: enzyme nội bào và enzyme ngoại bào. Theo Lê Trần Bình và cs (2003)[2] thì Enzyme nội bào là những enzyme hoà tan và khu trú trong tế bào chất, chúng tham gia vào quá trình trao đổi chất trung gian của tế bào như -galactosidase, các enzyme của quá trình đường phân, asparaginase, penicillinase. Enzyme ngoại bào là những enzyme sau khi tổng hợp được tiết ra môi trường bên ngoài qua màng tế bào, chủ yếu là các hydrolase như: amylaza, protease. Enzyme ngoại bào có tác dụng phân giải các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất có khối lượng nhỏ hơn phù hợp cho mục đích sử dụng của tế bào, một số enzyme ngoại bào được sinh ra đóng vai trò là tác nhân gây bệnh như: coagulase, exotocines… Hai enzyme được đề cập trong khoá luận là hai enzyme ngoại bào.
Nhiều vi sinh vật rất giầu enzyme và có thể tạo nên những enzyme có giá trị đối với đời sống con người, có ứng dụng rộng rãi trong sản xuất.