Ứng dụng tiến bộ kỹ thuật trong nông nghiệp: Thử nghiệm sản xuất men tiêu hóa giàu phytase giúp nâng cao khả năng hấp thu phosphor trong thức ăn cho gia cầm
Đây là giải pháp của tác giả Trần Ngọc Hùng, Trường đại học Thủ Dầu Một. Giải pháp đã đạt giải nhì Hội thi Sáng tạo kỹ thuật Bình Dương lần thứ IX (2019-2021)
Tóm tắt
Giải pháp giúp tạo ra một dòng sản phẩm có chứa enzyme phytase từ việc nuôi cấy các chủng vi sinh vật bản địa. Quy trình tạo sản phẩm được thiết kế theo hướng đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp nhưng vẫn đảm bảo được hiệu quả khi sử dụng. Sản phẩm giàu phytase có thể giúp gia cầm hấp thu tốt hơn lượng phosphor hữu cơ có trong thức ăn công nghiệp, từ đó làm giảm phosphor thải ra trong phân, góp phần giảm thiểu nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.
Từ các mẫu đất chuồng trại, đề tài đã phân lập và sàng lọc được chủng Trichoderma asperellum có khả năng sinh tổng hợp enzyme phytase tốt nhất. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nuôi cấy thu nhận sản phẩm cũng được khảo sát. Chủng sinh tổng hợp phytase tốt nhất trên môi trường bán rắn chứa 16% bã đậu nành và 24% bột bắp, lượng dịch khoáng chiếm khoảng 60% và pH 7.0; thời gian nuôi cấy tối ưu là 3,75 ngày. Quy mô sản xuất bước đầu có thể đạt 300 kg sản phẩm/ tháng đối với một nhân công.
Kết quả thử nghiệm trên thức ăn viên của gà cho thấy sản phẩm hoạt động tốt nhất ở pH 5,0, thích hợp với pH trong diều gà. Với tỷ lệ phối trộn 1% sản phẩm vào thức ăn viên, lượng phosphor vô cơ trong hỗn hợp có thể tăng đến 27,5% sau 2 giờ xử lý so với mẫu thức ăn không bổ sung phytase. Kết quả thử nghiệm trên gà thả vườn cũng cho thấy, lượng phosphor vô cơ trong phân gà giảm đến 39% ở lô có bổ sung sản phẩm men tiêu hóa giàu phytase, qua đó giúp hạn chế nguy cơ ô nhiễm môi trường từ quá trình chăn nuôi gà.
Đặt vấn đề
Phosphor tồn tại trong sinh vật dưới dạng phytate hay acid phytic (myo-inositol 1-6 hexadihydrogenphosphate) rất khó tiêu hóa và hấp thu. Lượng phosphor ở hai dạng này không được động vật tiêu hóa sẽ thải ra ngoài theo phân gây ô nhiễm môi trường. Do đó, lượng phosphor hữu dụng trong sinh vật rất thấp. Thêm vào đó, acid phytic còn ức chế hoạt động của các protease, cản trở quá trình hấp thu đạm của vật nuôi. Để phân giải phytate này cần có sự xúc tác của enzyme phytase, trong khi đó cơ thể động vật không tự tổng hợp được enzyme phytase. Do đó, cần phải bổ sung enzyme phytase vào thức ăn để giúp tăng cường hiệu quả tiêu hóa và hấp thu phospho cũng như các chất dinh dưỡng khác có trong thức ăn. Enzyme phytase có tác dụng thủy phân acid phytic tạo thành myo-inositol và một số gốc phosphate vô cơ tự do. Các chất này được động vật hấp thu một cách dễ dàng. Việc bổ sung phytase vào thức ăn không những giúp chúng đồng hóa tốt thành phần phosphor có sẵn trong thức ăn, tăng sự hấp thu protein và khoáng kim loại mà còn giảm được sự ô nhiễm môi trường đáng kể.
Đối với gia cầm nói chung và gà chuyên trứng nói riêng, trong khẩu phần ăn chứa một lượng lớn bắp và các loại ngũ cốc giàu phytate như cám mì và các loại đậu. Chính lượng phytate này sẽ cản trở quá trình hấp thu đạm của vật nuôi và giảm lượng phosphor hấp thu được. Hầu hết các sản phẩm men tiêu hóa dùng cho gia cầm hiện nay chỉ chứa các loại enzyme phổ biến như amylase, protease, cellulase… mà chưa quan tâm đến phytase. Trong tự nhiên, phytase có thể được tìm thấy trong thực vật (trong các loại ngũ cốc, bắp, rau diếp, khoai tây, củ cải), động vật (trong thận và máu dê; máu của động vật có xương sống bậc thấp như cá, bò sát, rùa biển), vi khuẩn (Bacillus sp., Escherichia coli, Enterobacter, Lactobacillus, Klebsiella, Pseudomonas, Citrobacter) và vi nấm (Aspergillus, Penicillium, Mucor và Rhizopus). Tại Việt Nam, chưa có nhiều các thử nghiệm về tác dụng của phytase trên gia cầm và các sản phẩm phytase có nguồn gốc từ việc nuôi cấy vi sinh vật bản địa. Chính vì thực tế trên tác giả Trần Ngọc Hùng, Trường đại học Thủ Dầu Một đã thực hiện giải pháp: “Thử nghiệm sản xuất men tiêu hóa giàu phytase giúp nâng cao khả năng hấp thu phosphor trong thức ăn cho gia cầm”.
Mục tiêu của giải pháp là tìm kiếm các chủng vi sinh vật tại địa phương, có khả năng sinh tổng hợp enzyme phytase mạnh; xây dựng quy trình sản xuất men tiêu hóa giàu phytase với chi phí đầu tư ban đầu thấy để chủ động nguồn nguyên liệu giàu phytase, bổ sung vào khẩu phần ăn của gia cầm.
Giải pháp cũng tiến hành các thử nghiệm nhằm chứng minh hiệu quả của sản phẩm men tiêu hóa trên thức ăn của gia cầm; hàm lượng phosphor trong phân thải ra, từ đó thúc đẩy nghề chăn nuôi gia cầm chuyển đổi theo hướng bền vững, thân thiện với môi trường.
Nguyên lý của giải pháp
Trong khẩu phần ăn của gia cầm luôn chứa một lượng lớn bắp và các loại ngũ cốc giàu phytate như cám mì và các loại đậu. Lượng phytate này không những gia cầm không hấp thu được mà chúng còn cản trở quá trình hấp thu đạm và các loại khoáng chất vi lượng khác. Trong tự nhiên, enzyme phytase có khả năng xúc tác thủy phân phytase thành các nhóm phosphor vô cơ mà gia cầm có thể hấp thu được. Phytase được tổng hợp nhiều bởi các vi sinh vật như Bacillus sp., Escherichia coli, Enterobacter, Lactobacillus, Klebsiella, Pseudomonas, Citrobacter, Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus… Trong đó, các vi sinh vật được phân lập tại địa phương có sự thích nghi cao với điều kiện khí hậu và phát triển tốt trên các loại phế phụ liệu nông nghiệp. Việc sàng lọc các vi sinh vật bản địa có khả năng sinh phytase cao có thể giúp sản xuất sản phẩm men tiêu hóa với nguồn nguyên liệu sẵn có và phù hợp với điều kiện chăn nuôi của địa phương. Ngoài ra, bổ sung men tiêu hóa giàu phytase vào khẩu phần ăn không chỉ giúp gia tăng hiệu quả hấp thu khoáng chất và chất dinh dưỡng mà còn hạn chế được vấn đề ô nhiễm từ phân của vật nuôi.
Các nội dung công nghệ chủ yếu
Giải pháp hữu ích đề xuất quy trình sản xuất men tiêu hóa giàu phytase từ chủng Trichoderma asperellum phân lập tại địa phương, quy trình bao gồm các bước:
Bước 1: thu giống tăng sinh nấm Trichoderma asperellum bằng cách cấy nấm từ các ống thạch nghiêng vào các bình tam giác chứa môi trường nhân giống cấp 1 (bột bắp, bã đâu nành và dung dịch khoáng); ủ ở nhiệt độ phòng (30oC) trong thời gian 5 ngày; thu giống tăng sinh;
Bước 2: chuẩn bị môi trường bán rắn: chuẩn bị môi trường lên men bán rắn có thành phần bao gồm 16% bắp xay; 24% bã đậu nành và 60% (w/w) dung dịch khoáng (pepton 0,9 g; MgSO4.7H2O 7,5 g; KCl 2,5 g; KH2PO4 5,0 g; CaCl2 10 g; nước cất vừa đủ 1 lít); pH dịch khoáng 7,0; hấp tiệt trùng môi trường trong thời gian 20 phút ở nhiệt độ 121oC, 1 atm;
Bước 3: phối trộn giống: để nguội rồi trộn đều giống tăng sinh vào môi trường bán rắn với tỷ lệ 107 bào tử/ g môi trường; phủ vải lên bề mặt môi trường nuôi để giữ ẩm;
Bước 4: nuôi cấy thu nhận hỗn hợp chứa enzyme phytase: giữ các khay môi trường lên men ở nhiệt độ 30 – 35oC; hằng ngày phun nước sạch lên bề mặt vải phủ để giữ ẫm; sau khoảng thời gian 3,75 ngày, sấy môi trường lên men ở nhiệt độ 50oC; thời gian sấy 2 – 3 ngày hoặc cho đến khi độ ẩm sản phẩm sấy còn khoảng 10%.
Bước 5: thu nhận và đóng gói sản phẩm: sản phẩm sau khi sấy khô được xay nhuyễn thành dạng bột mịn; kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm như hoạt độ phytase và độ ẩm sản phẩm; đóng gói trong các túi PE hàn kín miệng với khối lượng 1 kg/ túi; bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ phòng, nơi thoáng mát, tránh ánh sáng trực tiếp.
Sản phẩm men tiêu hóa chứa phytase đã có mặt trên thị trường nhiều năm, tuy nhiên, phần lớn trong số này sử dụng các nguồn phytase đơn lẻ ngoại nhập. Giải pháp lần đầu tiên sử dụng nguồn vi nấm phân lập từ địa phương để sản xuất thành công sản phẩm trên quy mô nhỏ với các công đoạn đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp. Ngoài ra, giải pháp cũng bao gồm các thử nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả của sản phẩm trên cơ chất là thức ăn cho gia cầm và trên gà thả vườn. Kết quả các thử nghiệm cho thấy:
Enzyme phytase trong sản phẩm thủy phân phytate trong thức ăn viên tốt nhất tại pH 5,0 với liều lượng bổ sung 1% vào thức ăn; kết quả này cũng phù hợp với điều kiện môi trường trong diều của gia cầm, làm cơ sở cho việc bổ sung vào thức ăn cho gà và thương mại hóa sản phẩm được thuận lợi hơn.
Thử nghiệm bổ sung với liều lượng 1% vào thức ăn của gà thả vườn giai đoạn từ 2 đến 7 tuần tuổi cho thấy trong lượng gà trung bình đạt 791 g/ con, không khác biệt so với lô không bổ sung sản phẩm men tiêu hóa giàu phytase. Tuy nhiên, hàm lượng phosphor vô cơ trong phân gà có sử dụng sản phẩm thấp hơn đến 39,1% so với đối chứng. Điều này cho thấy việc sử dụng sản phẩm men tiêu hóa giàu phytase thường xuyên không chỉ giúp vật nuôi hấp thu phosphor trong thức ăn tốt hơn mà còn có nhiều ý nghĩa trong việc giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường chăn nuôi.
Điểm khác biệt của giải pháp không chỉ thể hiện ở việc xây dựng quy trình tạo ra sản phẩm mà còn thiết kế các thử nghiệm cần thiết trên một đối tượng cụ thể là gà thả vườn để làm rõ hơn tính hiệu quả của sản phẩm. Những thử nghiệm này hiện vẫn chưa được tiến hành nhiều ở Việt Nam. Tuy nhiên, một trong số những hạn chế của giải pháp là cần có sự đánh giá tổng thể về nhiều yếu tố, từ lúc gà bắt đầu nuôi cho đến khi xuất chuồng để có thể thấy rõ hơn các ưu điểm của sản phẩm như độ tăng trọng, ngoại hình gà, khả năng đề kháng bệnh tật…
Khả năng áp dụng
Giải pháp đã được nghiên cứu và sản xuất ổn định trên quy mô pilot với công suất 300 kg men tiêu hóa giàu phytase với một nhân công mỗi tháng. Đông Nam Bộ hiện là vùng chăn nuôi gia cầm lớn nhất cả nước. Hằng năm cần một lượng lớn các sản phẩm men tiêu hóa phục vụ nhu cầu chăn nuôi. Giải pháp chú trọng xây dựng một mô hình sản xuất với chi phí đầu tư thiết bị máy móc giai đoạn đầu khoảng 150 triệu, chất lượng sản phẩm được kiểm chứng trên gà thả vườn và giá bán tạm tính 100.000 đồng/ kg, tương đương với các sản phẩm cùng loại trên thị trường, giải pháp được kỳ vọng sẽ sớm triển khai và cung cấp sản phẩm cho người chăn nuôi.
Kết quả
Đề tài đã phân lập và sàng lọc được chủng Trichoderma asperellum từ các mẫu đất chuồng trại thu nhận tại Bình Dương, chủng có khả năng sinh tổng hợp phytase tốt nhất trên môi trường bán rắn chứa 16% bã đậu nành và 24% bột bắp, lượng dịch khoáng chiếm khoảng 60%; pH dịch khoáng 7.0; thời gian nuôi cấy tối ưu là 3,75 ngày, hoạt độ phytase trong sản phẩm đạt 5,31 UI/ g. Chất lượng sản phẩm ổn định trong 6 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng. Quy mô sản xuất bước đầu có thể đạt 300 kg sản phẩm/ tháng đối với một nhân công.
Thử nghiệm sản phẩm trên thức ăn viên của gà cho thấy sản phẩm hoạt động tốt nhất ở pH 5,0; tỷ lệ phối trộn 1% sản phẩm vào thức ăn viên, lượng phosphor vô cơ trong hỗn hợp có thể tăng đến 27,5% sau 2 giờ xử lý so với mẫu thức ăn không bổ sung phytase. Kết quả thử nghiệm trên gà thả vườn từ 2 đến 5 tuần tuổi cũng cho thấy, lượng phosphor vô cơ trong phân gà giảm đến 39,1% ở lô có bổ sung sản phẩm men tiêu hóa giàu phytase.
Giải pháp này giúp xây dựng quy trình nuôi cấy và thu nhận men tiêu hóa giàu phytase từ chủng vi nấm Trichoderma asperellum được phân lập và sàng lọc tại địa phương, có khả năng phát triển tốt trên các loại phế phụ liệu nông nghiệp. Chứng minh tác dụng tăng cường hấp thu phosphor trong thức ăn; giảm lượng phosphor thải tra trong phân của sản phẩm trên thức ăn viên và trên gà thả vườn.
Xây dựng quy trình nuôi cấy và thu nhận sản phẩm men tiêu hóa giàu phytase với quy trình đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp mà vẫn đem lại hiệu quả khi sử dụng trong chăn nuôi. Giúp các cơ sở sản xuất men tiêu hóa, thức ăn chăn nuôi chủ động được nguồn nguyên liệu, nâng cao hiệu quả kinh doanh.
Giải pháp có thể giúp vật nuôi nói chung và gia cầm nói riêng hấp thu phosphor và các chất dinh dưỡng trong thức ăn tốt hơn, hạn chế các nguồn ô nhiễm từ phân gia súc, gia cầm qua đó thúc đẩy phát triển chăn nuôi ở địa phương theo hướng thân thiện với môi trường.
Tuyết Mai