Chương 1 – TỔNG QUAN 1.1. Xylanase và ứng dụng trong công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi

Chương 1 – TỔNG QUAN

1.1. Xylanase và ứng dụng trong công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi

1.1.1. Xylanase và sự phân hủy sinh học xylan

Xylan là thành phần chính cấu tạo nên hemicellulose của thành tế bào thực vật và là một trong số hợp chất polysaccharide quan trọng nhất trong tự nhiên [12, 28]. Xylan chủ yếu tìm thấy trong cấu trúc thứ cấp của thành tế bào thực vật và tạo thành pha giữa giữa lignin và các hợp chất polysaccharide khác [29]. Xylan cũng là một trong những polysaccharid phổ biển nhất trong các loài thực vật thông thường, chiếm 30% tổng trọng lượng khô trong sinh khối thực vật nhiệt đới. Với cây gỗ mềm ở vùng ôn đới, xylan ít phổ biến hơn và chiếm khoảng 8% tổng trọng lượng khô [29]. Như vậy, vô tình xylan đã trở thành một trong những thành phần có trong thức ăn chăn nuôi [28].

Xylan đa dạng về cấu trúc và khối lượng phân tử. Xylan là polymer không đồng nhất, mạch thẳng, gồm các đơn phân d – xylose được liên kết với nhau bằng liên kết ß – 1,4 – glycoside. Trong tự nhiên, chúng được thay thế một phần bằng acetyl 4 – 0 – methyl – d – glucuronosyl và arabinofuranosyl tạo thành cấu trúc polymer không đồng nhất. Tác động của xylan về mặt cấu trúc vẫn còn chưa rõ ràng bởi những khó khăn trong việc tách chiết xylan từ nguyên liệu trong tự nhiên mà không bị biến đổi hay mất đi một số cấu trúc ban đầu của xylan cũng như sự liên kết của nó với các thành phần khác [18, 23, 29].

Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc phân hủy xylan, đặc biệt là vi sinh vật tiết ra enzyme xylanase. Ứng dụng của xylanase đã được Hoppe - Seyler báo cáo từ hơn một trăm năm qua [18]. Sự phân hủy sinh học bộ khung cấu tạo nên xylan phụ thuộc chủ yếu vào hai lớp enzyme: endo – 1,4 – ß - xylanase (1,4 – ß – D – xylanohydrolase; EC 3.2.1.8), lớp enzyme này thủy phân liên kết 1,4 – ß - Glucosid nối với xylose và ß – xylosidases (1,4 – ß – D – xylan xylanohydrolase; EC 3.2.1.37), lớp enzyme này thủy phân xylobiose và xylooligosaccharid ngắn nhờ hoạt động của enzyme endo – xylanase. Các enzyme loại mạch nhánh (debranching enzyme) chẳng hạn như α – glucuronidase và α – L – arabinifuranosidase và esterase chẳng hạn như acetylxylan esterases và ferulyl và p – coumaroyl esterase sẽ loại bỏ mạch nhánh acetyl và mạch nhánh phenol [29]. Ở cây gỗ rắn, xylan có công thức O – acetyl – 4 – O – methylglucuron – oxylan. Arabino – 4 – O – methylglucuroxylan tìm thấy trong cây gỗ mềm và arabinoxylan rất điển hình trong cây cỏ và thực vật bình thường khác [13].

Sự đa dạng của xylan dẫn đến sự đa dạng của enzyme xylanase [13]. Xylanase tiết ra từ vi sinh vật được chia làm hai họ enzyme thủy phân chính: họ 10 và họ 11 dựa trên trình tự tương đồng của amino acid [28]. Xylanase thuộc họ 10 nhìn chung có khối lượng phân tử lớn (>30 kDa), đa dạng và phức tạp hơn (có thể thủy phân cellulose và xylan), trong khi xylanase thuộc họ 11 có khối lượng phân tử nhỏ hơn (khoảng 20 kDa) và đặc hiệu hơn đối với xylan [13, 29].

Xylanase có trong nhiều loài sinh vật trong tự nhiên, ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn và đã được tìm thấy cả trong vi khuẩn ở nước, nấm, tảo biển, côn trùng. Cho đến nay, hầu hết xylanase được chiết xuất từ vi khuẩn và nấm [13, 29]. Trong đó, nấm sợi là nguồn vi sinh vật tiềm năng nhất để chiết xuất xylanase với hàm lượng cao [13, 29]. Trong nhiều thập kỉ gần đây, xylanase còn được tách chiết từ nấm gây bệnh trên các cây ngũ cốc nói riêng và vi sinh vật gây bệnh thực vật nói chung [29]. Hơn nữa, nhiều vi sinh vật tiết enzyme xylanase phân hủy xylan cũng có thể phân hủy cellulose do sự tương đồng của các liên kết (1,4 – ß – glucosid) giữa hai enzyme celllulase và xylanase. Một số loài Bacillus chỉ tiết ra xylanase, trong khi nhiều loài nấm sợi lại tiết ra lượng lớn protein ngoại bào và tạo thành xylanase thường kèm theo cả enzyme phân hủy cellulose, chẳng hạn như một số loài thuộc Trichoderma, Penicillium và Aspergillus [29]. Do đó, để ứng dụng xylanase đạt hiệu quả cao nhất cần phải loại bỏ ảnh hưởng của cellulase, hoạt động và bền vững với nhiệt độ. Ngày nay, xylanase đã và đang được chú trọng nghiên cứu rộng rãi trên toàn thế giới, từ Châu Âu, đến Châu Á và được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp [13, 30].

1.1.2. Ứng dụng xylanase trong sản xuất thức ăn chăn nuôi

Xylanase được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Xylanase hỗ trợ quá trình tẩy trắng trong công nghiệp sản xuất giấy thay vì phải sử dụng các hóa chất độc hại; xylanase tham gia quá trình xử lý rác thải nông, lâm nghiệp [8]; trong công nghiệp sản xuất bánh, xylanase được dùng để làm tăng độ phồng và giảm độ dính của bánh; xylanase được dùng trong công nghiệp sản xuất đồ uống, sản xuất nhiên liệu [20, 29].

Một trong những ứng dụng quan trọng của xylanase là được dùng để bổ sung vào thức ăn chăn nuôi. Sự có mặt của xylanase trong thức ăn chăn nuôi làm giảm độ nhớt trong đường tiêu hóa, giảm rối loạn tiêu hóa, tăng cường hấp thu thức ăn, nhờ vậy cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột, giúp phân thải ra khô hơn [4, 5, 13, 27].

Ngoài xylanase, một số enzyme khác cũng được dùng để bổ sung vào thức ăn chăn nuôi, bao gồm: mananase, ß – glucanase và cellulase, α – amylase, protease và phytase. Các loại enzyme này đều được sử dụng rộng rãi trong nhiều năm qua trên toàn thế giới, từ Châu Âu, đến Châu Mĩ và Châu Á [5, 13, 27].

Do tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực mà xylanase đã thu hút mạnh mẽ sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Xylanase tách chiết từ Aspergillus đã được tách dòng và biểu hiện thành công. Đặc tính của enzyme này cũng đã được phân tích [13]. Những thành tựu trên là cơ sở để nghiên cứu tạo sinh vật chuyển gen mã hóa xylanase vào vật chủ mong muốn với mục đích thu lượng lớn enzyme phục vụ cho các ngành sản xuất công nghiệp.

Каталог: jspui -> bitstream -> 123456789 -> 4150
123456789 -> Vò Quúnh Thu Cao häc K18
123456789 -> Khoa Báo chí Đhkhxh&NV
123456789 -> Acknowledgements
123456789 -> Danh mục chữ viết tắT
123456789 -> Chương TỔng quan vật liệu mao quản trung bình (mqtb) trật tự 1 Giới thiệu chung
123456789 -> Khoa hóa họC (141 142 báo cáo)
4150 -> LỜi cảM Ơn trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới pgs. Ts. Nông Văn Hải – Phó Viện trưởng, Giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ gen, Trưởng phòng Công nghệ adn ứng dụng

tải về 369.54 Kb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: