Tài liệu Nghiên cứu tận dụng phế thải bia sau quá trình lên men làm thức ăn chăn nuôi

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆPĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Phạm Quỳnh Trang_CHK18 TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------&--------- Phạm Quỳnh Trang NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG PHẾ THẢI BIA SAU QUÁ TRÌNH LÊN MEN LÀM THỨC ĂN CHĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------&--------- Phạm Quỳnh Trang NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG PHẾ THẢI BIA SAU QUÁ TRÌNH LÊN MEN LÀM THỨC ĂN CHĂN NUÔI MÃ SỐ: 60 85 02 CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN MẠNH KHẢI Hà Nội – 2012 2 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 5 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN............................................................................. 6 1.1. TỔNG QUAN VỀ PHẾ THẢI BIA ----------------------------------------------- 6 1.1.1. Tổng quan về nấm men bia ....................................................................... 6 1.1.2. Thành phần dinh dưỡng của nấm men ...................................................... 9 1.1.3. Tổng quan về ngành sản xuất bia và sử dụng nguồn sinh khối nấm men bia dư thừa trên thế giới ................................................................................... 13 1.1.4. Tổng quan về sản xuất bia và sử dụng nguồn sinh khối nấm men bia dư thừa ở Việt Nam ............................................................................................... 20 1.1.5. Tổng quan về các phương pháp tận thu sinh khối nấm men bia sau quá trình lên men để làm thức ăn gia súc……………………………………………………… 22 1.2. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU PHỤC VỤ CHO NGÀNH SẢN XUẤT THỨC ĂN CHĂN NUÔI ----------------------------------------------------- 29 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 36 2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU --------------------------------------------------- 36 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................. 36 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH ------------------------ 36 2.2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu…………………… 36 2.2.2. Địa điểm nghiên cứu............................................................................... 37 2.2.3. Xử lý bã nấm men bia............................................................................. 37 2.2.4. Phương pháp vi sinh ............................................................................... 37 2.2.5. Phương pháp lý học ................................................................................ 38 2.2.6. Phương pháp phân tích hóa lý ................................................................ 38 2.2.7. Thử nghiệm hiệu quả dinh dưỡng trên gà ............................................... 42 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 43 3.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA BÃ NẤM MEN BIA ---------------------------------------- 43 3.2. TIỀN XỬ LÝ BÃ NẤM MEN BIA --------------------------------------------- 43 3.2.1. Nghiên cứu điều kiện lọc bã nấm men bia .............................................. 44 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 3.2.2. Nghiên cứu phương thức rửa sinh khối nấm men bia .............................. 45 3.2.3. Nghiên cứu phương pháp tách đắng trong bã nấm men bia .................... 46 3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độc khuấy đến hiệu quả tách đắng ......... 52 3.2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu quả tách đắng.................. 50 3.2.6 Điều kiện nhiệt độ và thời gian cho quá trình rửa đắng và lắng sinh khối nấm men bia ..................................................................................................... 55 3.2.7. Kết quả chất lượng bã nấm men sau quá trình tiền xử lý ............................. 56 3.2.8. Kết quả đánh giá chất lượng của bã nấm men bia sau khi sấy ................ 58 3.3. NGHIÊN CỨU THAY THẾ DINH DƢỠNG TRONG THỨC ĂN CHĂN NUÔI --------------------------------------------------------------------------------------- 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 65 PHỤ LỤC........................................................................................................ 68 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 DANH MỤC BẢNG BIỂU SƠ ĐỒ Bảng 1.1. Lượng bia tiêu thụ theo các vùng của thế giới năm 2008 và 2009… 14 Bảng 1.2. Thị trường các sản phẩm gia vị tự nhiên tại Nhật Bản[11]………… 15 Bảng 1.3. Một số sản phẩm nấm men bia thương mại sử dụng trong chăn nuôi19 Bảng 1.4. Sản lượng và mức tiêu thụ bình quân đầu người trong năm 2005 và 2010 ở Việt Nam……………………………………………………………… 20 Bảng 1.5. Nhu cầu dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng của lợn (90% vật chất khô) (Nutrient Requirements of Swine,the National Research Council (NRC), 1998)…………………………………………………………………………... 32 Bảng 3.1. Đặc điểm của sinh khối nấm men sau quá trình lên men chính……..43 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của quá trình lọc đến chất lượng của bã nấm men bia….44 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước sử dụng cho quá trình lọc bã nấm men bia……………………………………………………………………………... 45 Bảng 3.4. Ảnh hưởng số lần rửa men đến chất lượng của nấm men…………. 46 Bảng 3.5. Các phương pháp xử lý vị đắng của sinh khối nấm men bia………. 50 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch NaOH 0,1N: sinh khối nấm men…. 49 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của cường độ khuấy đến hiệu quả tách đắng trong quá trình xử lý sinh khối nấm men bia bằng NaOH 0,1N………………………… 52 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu quả tách đắng và tỷ lệ tế bào sống của nấm men bia…………………………………………………. 53 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến quá trình rửa và lắng men.56 Bảng 3.10. Thành phần hóa học của bã nấm men trước khi lọc ………………… 57 Bảng 3.11. Thành phần hóa học của bã nấm men sau khi lọc, rửa đắng…………. 57 Bảng 3.12. Thành phần hóa học của bã nấm men sấy hầm …………………... 59 Bảng 3.13. Kết quả phân tích thành phần hóa học của bột bã nấm men bia không được tách đắng của công ty cổ phần thức ăn chăn nuôi miền Bắc……………. 59 Bảng 3.14. Bảng so sánh kết quả phân tích thành phần hóa học của bã nấm men bia đã qua quá trình tách đắng và không qua quá trình tách đắng ……………. 60 Bảng 3.15. Công thức thức ăn cho gà………………………………………… 59 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 Bảng 3.16. Kết quả đánh giá trọng lượng của gà sau 2 tháng cho ăn 2 loại thức ăn khác nhau…………………………………………………………………... 61 Biểu đồ 3.1. Biểu đồ thành phần hóa học của bã nấm men sau khi lọc …………. 58 Biểu đồ 3.2 : Biểu đồ tốc độ tăng trưởng của gà ăn hai loại thức ăn khác nhau 62 Sơ đồ 1.1. Các tạp chất trong sinh khối nấm men bia (Paul, 2006]……………23 Sơ đồ 2.1 Buồng đếm Thoma…………………………………………………37 Sơ đồ 3.1: Các thành phần nhựa chính của hoa huoblon …………………….. 47 Sơ đồ 3.2. Qui trình công nghệ tách đắng và thu nhận sinh khối nấm men bia 55 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 MỞ ĐẦU Nấm men là một nguồn thức ăn bổ sung có giá trị cao và không cholesterol. Hàm lượng protein trong nấm men đạt từ 40 – 60%, với axit amin không thay thế gần giống protein của động vật [5,10,15]. Hệ số hấp phụ của protein này cũng rất cao. Hàm lượng vitamin trong nấm men với hoạt tính cao hơn gấp 2 – 3 lần so với vitamin tổng hợp [,15]. Nấm men còn cung cấp vitamin B tự nhiên phong phú, chứa nhiều enzym kích tố có ảnh hưởng tốt tới quá trình trao đổi chất, nhưng không gây độc hại cho cơ thể [5,10,]. Thành phần khoáng trong nấm men rất đa dạng với tỷ lệ phù hợp với nhu cầu và khả năng hấp thu, chuyển hóa của cả người và động vật. Ở Việt Nam, nấm men bia thu được từ các nhà máy bia rất lớn. Ước tính trung bình cứ 1000 lít bia thu được 1,5 kg nấm men khô, trong đó chứa khoảng 700g protein [4,15]. Năm 2005 sản lượng bia của cả nước đạt 1,5 tỷ lít, tương ứng với 18 triệu tấn sinh khối nấm men thải ra. Đến năm 2010 sản lượng bia của cả nước đạt 2,5 tỷ lít và nấm men thải ra là 30 triệu tấn [15]. Như vậy, lượng protein có chất lượng cao từ nấm men thải ra của quá trình sản xuất bia nếu tận dụng được là không nhỏ. Tuy nhiên, nấm men thải ra từ các nhà máy bia chỉ một phần nhỏ được bán cho các hộ chăn nuôi gia súc sử dụng làm thức ăn trực tiếp, còn lại được thải ra ngoài môi trường gây ô nhiễm môi trường. Trong khi đó, ngành thức ăn chăn nuôi phải nhập khẩu hàng triệu tấn khô đậu tương và các nguyên liệu giàu đạm khác (chiếm 60 – 70% nhu cầu của ngành), riêng khô đậu tương năm 2006 đã nhập 1,7 triệu tấn [13]. Việc nghiên cứu chế biến và sử dụng bột nấm men còn rất ít và hiện nay ở Việt Nam chỉ sử dụng nấm men bia thải ở dạng tươi nên lượng sử dụng không được nhiều, chỉ thường sử dụng làm thức ăn gia súc mà khả năng tiêu hóa không cao [13]. Việc bảo quản khó khăn của phụ phẩm này là cản trở chính cho việc sử dụng. Xuất phát từ tình hình thực tế trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu tận dụng phế thải bia sau quá trình lên men làm thức ăn chăn nuôi”. 7 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ PHẾ THẢI BIA Quá trình sản xuất bia thải ra rất nhiều loại phế liệu: phế liệu hạt, mầm malt, bã malt, cặn protein, nấm men bia và CO2. Ngoài CO2 là nguồn phế liệu có thể tái sử dụng để tăng chất lượng bia thì bã malt, mầm malt và nấm men bia là nguồn phế liệu có ý nghĩa quan trọng trong thực phẩm và thức ăn gia súc cả về số lượng và giá trị dinh dưỡng. Bã nấm men bia là một phế phẩm của sản xuất, được nằm lại trong các thùng lên men và các hầm chứa sau khi lên men chính và lên men phụ. Men bia có giá trị dinh dưỡng cao và chữa bệnh tốt. 1.1.1. Tổng quan về nấm men bia a. Đặc tính  Đặc điểm hình thái Tế bào nấm men có hình dạng và kích thước đa dạng, phụ thuộc vào giống, loài. Tế bào nấm men thường có hình ovan hoặc hình cầu, khi nấm men già có hình ovan dài hoặc hình sợi [5]. Tùy vào chủng nấm men mà tế bào có kích thước khác nhau. So với các vi sinh vật khác tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn: đường kính khoảng 7µm và chiều dài từ 8 – 12µm [5].  Đặc điểm cấu tạo Tế bào nấm men là tế bào có nhân thật được cấu tạo từ các thành phần chủ yếu sau: - Thành tế bào [5,7] Thành tế bào nấm men dày khoảng 15 – 25nm, có độ bền chắc, có nhiều lỗ nhỏ li ti đường kính khoảng 3,6nm để chất dinh dưỡng có thể đi qua. Trong thành tế bào có chứa 10% protein (tính theo khối lượng chất khô), trong số protein này có một phần là các enzym. Trên thành tế bào còn thấy một lượng lipit nhỏ. 8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 Thành tế bào được cấu tạo gồm có ba lớp: Lớp trong cùng có cấu tạo từ β – Glucan không tan trong kiềm, lớp giữa cấu tạo từ β – Glucan hòa tan, lớp ngoài cùng được cấu tạo từ mannanphosphoryl, ngoài ra còn có kitin. Mannan là hợp chất cao phân tử của D – mananoza, rất phân nhánh. Thường mannan liên kết với protein theo tỷ lệ 2:1 tạo thành hợp chất polyme peptidomannan – có vai trò trong việc kết lắng của nấm men vì có khả năng gắn với ion Ca2+ nhờ nhóm phosphat hoặc nhóm cacboxyl của nó. Glucan là hợp chất cao phân tử của D – glucoza có cấu trúc phân nhánh góp phần tạo nên độ cứng cho thành tế bào. Giữa lớp ngoài cùng và lớp giữa có chứa các enzym: invertaza, phosphataza, β – glucosidaza, proteaza… Kitin là hợp chất cao phân tử của N – acetylglucosamin thường tập trung ở phía bầu mô, rất bền vững, không bị phá hủy nên có tác dụng bảo vệ chồi khi chồi còn non. Hàm lượng của chúng trong tế bào khoảng 1%. - Màng nguyên sinh chất Màng nguyên sinh chất nằm sát tế bào, chiều dày không quá 0,1nm, thành phần chủ yếu là: protein, phospholipit, enzym permeaza [5]. Đây là một màng bán thấm điều chỉnh sự thấm qua tế bào các chất dinh dưỡng cần thiết và có lợi cho tế bào (đường đơn giản, nitrogen, phosphorous…) đồng thời thải ra ngoài các chất cặn bã (CO2, rượu, axit…). - Nguyên sinh chất Nguyên sinh chất là hệ keo được cấu tạo chủ yếu từ protein, hydratcacbon, lipit, chất khoáng, nước và các hợp chất khác nữa [5]. Nước trong tế bào chất chiếm tới 90% ở dạng tự do để hòa tan các chất trước khi tham gia vào các phản ứng trao đổi chất và dạng liên kết [5]. Nguyên sinh chất thường có màu xám và có thể thay đổi trong quá trình sinh trưởng, phát triển của nấm men. Lúc tế bào còn non, nguyên sinh chất tương đối đồng nhất, càng về già nguyên sinh chất càng không đồng nhất do xuất hiện nhiều không bào, các giọt chất béo, các hạt polyphosphat và lipoit [5]. Nguyên sinh chất có nhiệm vụ hòa tan các chất dinh dưỡng và liên kết các cơ quan với nhau, là nơi xảy ra các phản ứng sinh hóa nội bào. 9 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 - Nhân Tế bào nấm men có nhân thật, nhân thường có hình bầu dục hoặc hình cầu. Nhân tế bào nấm men được bao bọc bởi một vỏ có có hai màng: Màng phía trong có tác dụng giới hạn nhân, màng phía ngoài liên hệ mật thiết với mạng lưới nội chất. Trong nhân chứa AND, ARN và 16 đôi nhiễm sắc thể [5]. - Mạng lưới nội chất Ở nấm men mạng lưới nội chất có chiều dày khoảng 40 – 50 µm [6,7]. Trên bề mặt của chúng có định vị nhiều loại enzym khác nhau. Mạng lưới nội chất có vai trò quan trọng trong việc vận chuyển và đồng hóa thức ăn ở tế bào nấm men. - Không bào Trong mỗi tế bào nấm men có một hoặc nhiều không bào [5]. Không bào có tính thẩm thấu cao, là nơi tích lũy các sản phẩm trao đổi chất trung gian, các enzym thủy phân, enzym oxy hóa – khử, các polyphosphat, lipit, các hợp chất trung gian của tế bào có phân tử lượng thấp và các ion kim loại [5,6]. Ngoài tác dụng của một kho dự trữ, không bào còn có chức năng điều hòa áp suất thẩm thấu của tế bào. - Ty thể Ty thể được xem như nhà máy cung cấp năng lượng cho tế bào hoạt động. Ty thể chứa nhiều enzym khác nhau như: oxydaza, xytocromoxydaza, peroxydaza, phosphataza… [7]. Ty thể của nấm men có cấu tạo chủ yếu từ khoảng 30% chất béo và 60 – 70% protein, trong số protein này có khoảng 25 – 75% ở dạng protein cấu trúc [5]. - Bộ máy Golgi Có vai trò trong việc đào thải các sản phẩm dị hóa và có liên quan đến quá trình sinh tổng hợp các bộ phận của thành tế bào. b. Ứng dụng Nấm men được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: sản xuất rượu, bia, sản xuất men bánh mỳ, sản xuất các chế phẩm enzym, sản xuất protein đơn bào, sản xuất dược phẩm, sản xuất thực phẩm dinh dưỡng, sản xuất thức ăn gia súc… 10 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 Với hàm lượng cao về protein cùng những chất có giá trị như: vitamin và các chất khoáng, nấm men đóng vai trò quan trọng như là một nguồn bổ sung các chất dinh dưỡng có giá trị vào thức ăn cho người và cho gia súc [10]. Những sản phẩm chế biến từ nấm men cũng được ứng dụng rộng rãi trong y dược do nó có thể tăng cường sức khỏe cho con người, tăng khả năng chịu đựng và chống đỡ các bệnh truyền nhiễm, giảm sự mệt nhọc khi làm việc quá sức [7]. Ngoài ra nấm men là một nguồn cung cấp protein đáng kể cho sản phẩm bột dinh dưỡng trẻ em, góp phần khắc phục tình trạng thiếu protein và năng lượng trường diễn ở trẻ nhỏ [11]. Trong công nghiệp thực phẩm, nấm men được sử dụng trong công nghiệp sản xuất bia, rượu, nấm men bánh mỳ để tăng cường mùi vị, giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm. Người ta cũng dùng nấm men để để điều trị một số bệnh thiếu chất dinh dưỡng hoặc bệnh phá hoại cân bằng trao đổi chất ở trong cơ thể . Đặc biệt nếu chiếu các tia tử ngoại vào nấm men người ta sẽ thu được vitamin D – dùng để ngăn chặn bệnh còi xương ở trẻ em. Một số phân tích cho biết trong mỗi gam nấm men khô đã chiếu tia tử ngoại thường chứa đến 10.000 – 20.000 IU vitamin D [6]. Nấm men còn được dùng để sản xuất các chế phẩm trong công nghiệp dược và hóa chất như: vitamin, enzym, axit nucleic, glutation, các dịch protein hòa tan, các dịch nước chiết của nấm men… [7]. Đây là là những chế phẩm có vai trò quan trọng, không những phục vụ cho mục đích nâng cao sức khỏe của con người mà còn là nguồn nguyên liệu thiết yếu trong ngành công nghệ sinh học. 1.1.2. Thành phần dinh dưỡng của nấm men Người ta chia các hợp chất trong tế bào nấm men ra thành nước và các chất khô gồm: protein, gluxit, lipit, tro, vitamin, nguyên tố vi lượng và một số chất có hoạt tính sinh học. a. Protein Protein là thành phần quan trọng nhất của tế bào nấm men, chiếm chủ yếu trong phần chất khô của tế bào, thường là 40 – 60% trọng lượng chất khô, gồm 11 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 protein đơn giản và protein phức tạp (lipoprotein và nucleprotein) [10,12]. Protein ở hầu hết các bộ phận của tế bào nấm men trong đó tập trung chủ yếu ở vách tế bào và ở màng nguyên sinh chất của tế bào (chiếm 10% trọng lượng khô của vách tế bào và 50% trọng lượng khô của màng nguyên sinh chất) [5,7]. Về tính chất, protein của nấm men gần giống protein nguồn gốc động vật, có chứa khoảng 20 loại axit amin, trong đó có đủ các loại axit amin không thay thế với thành phần cân đối hơn so với lúa mì, kém ít hơn so với sữa bột, bột cá và các sản phẩm động vật nói chung [5,10,12]. b. Gluxit Gluxit chiếm 10 – 30% chất khô tế bào nấm men, trong đó 2 – 3% là riboza, còn lại phần lớn là các polysaccarit thường gặp như: glucogen, trehaloza, mana, glucan, kitin, xenluloza, hemixenluloza và D – mananoza [11]. Manan, glucan là hai thành phần hóa học chủ yếu của vách tế bào, ngoài ra còn có kitin là thành phần hidratcacbon lớn thứ ba trong thành tế bào và là một polyme của N, acetyl – glucosamin [5,7]. c. Lipit Lipit rất phụ thuộc vào thành phần môi trường thức ăn và loài nấm men. Có khoảng 1 – 3% lipit ở dạng trung tính như: các este phức tạp của glyceryl, lipit, phospholipit, steroit, và các axit béo bậc cao [11]. Lipit trong tế bào ở dạng tự do hay kết hợp. Chúng đóng vai trò quan trọng vì trong nguyên sinh chất chúng liên kết với nhau tạo thành hệ sợi mixel hay kết hợp với protein tạo thành lipoprotein, cơ sở chính để xây dựng nên tế bào. d. Vitamin Nấm men rất giàu vitamin, chủ yếu là vitamin nhóm B và vitamin nhóm D. Trong 1g chất khô của nấm men chứa khoảng: 300μg vitamin B1, 40μg vitamin B2, 50μg vitamin B6, 600μg vitamin PP, 80μg axit pantotenic, 25μg axit foleic,1μg biotin và 500μg inozit [2]. Ngoài ra trong nấm men còn có vitamin E và nhiều hợp chất khác. Tất cả các chất hoạt tính sinh học này được chứa trong nấm men với một tỉ lệ hết sức hài hòa, chính vì thế mà tác dụng của chúng đến trạng thái sinh lý của các cơ thể sống là rất rõ nét. 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 e. Enzym Tế bào nấm men chứa một tập hợp các enzym rất phong phú, đa dạng như enzym dehydrogenaza, phosphoglycerat kinaza, alcohol dehydrogenaza... [5]. Các enzym này thường nằm trong một bộ phận nào đó của tế bào như ty thể, nhân, vách tế bào hay hòa tan trong nguyên sinh chất. Enzym trong tế bào gồm hai loại chính: enzym nội bào và enzym ngoại bào. Enzym nội bào làm tăng các phản ứng hóa học của các quá trình hô hấp lên men và các phản ứng dẫn đến tạo thành nguyên sinh chất của tế bào. Enzym ngoại bào chuẩn bị thức ăn trong môi trường xung quanh, chuyển các hợp chất không hòa tan thành các chất hòa tan và dễ đồng hóa. f. Các nguyên tố khoáng và vi lƣợng Ngoài các nguyên tố hữu cơ C, N, O, H, trong tế bào nấm men còn có các nguyên tố tro P, S, K, Ca, Mg, Fe, Na, Cl, Ba và các nguyên tố vi lượng B, Mo, Zn, Cu, I [5]. Các nguyên tố này tuy chỉ chiếm 2 – 14% tổng lượng chất khô có trong tế bào nấm men nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng [11]. 1.1.3. Tổng quan về ngành sản xuất bia và sử dụng nguồn sinh khối nấm men bia dư thừa trên thế giới Cùng với các ngành công nghiệp khác, sản xuất bia trên thế giới là một ngành công nghiệp có bước phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, có sự phân bố không đồng đều về sản lượng bia giữa các châu lục. Trong những thập niên cuối của thế kỉ XX, sản lượng bia tập trung chủ yếu ở khu vực Châu Âu và Bắc Mỹ [1]. Trong những năm gần đây, do có sự chuyển dịch từ phương thức thâm nhập thị trường bằng hàng hóa sang đầu tư sản xuất ở các nước sở tại, kết quả đã làm thay đổi cơ cấu sản lượng bia trên thị trường thế giới. Châu Á trở thành khu vực đứng đầu về sản lượng bia trên thế giới [18]. Bảng 1.1 cho thấy sản lượng bia ở một số khu vực trong năm 2008 và năm 2009. 13 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 Bảng 1.1. Lƣợng bia tiêu thụ theo các vùng của thế giới năm 2008 và 2009 Khu vực 2008 2009 180 181 Châu Á – Thái Bình Dương (tỷ lít) 55,44 58,67 Châu Âu (tỷ lít) 57,96 55,15 Tổng sản lượng (tỷ lít) (Nguồn: Theo số liệu của Viện nghiên cứu Lối sống và Thực phẩm Kirin ) Như vậy, trong khi sản xuất bia ở các nước Châu Âu có chiều hướng giảm thì sản lượng bia của các nước Châu Á lại tăng nhanh. Tính đến năm 2009, tổng sản lượng bia thế giới 181 tỷ lít, phá vỡ kỉ lục trong 25 năm qua [18]. Với mức tăng trưởng này của ngành công nghiệp sản xuất bia thì lượng nấm men dư thừa thải ra ngày một nhiều. Khi lên men 1 hectolit dịch đường thường nhận được khoảng 2 lít men đặc bẩn. Sau khi rây và rửa sạch, lượng đó còn lại là 1,5 lít. Tuy nhiên, chỉ có 0,5 lít trong đó được dùng để lên men mẻ sau, 1 lít còn lại là dư thừa. Nếu công suất của một nhà máy bia là 10 triệu lít/năm thì hàng ngày lượng sinh khối đặc dư thừa sẽ là từ 300 – 350 lít [2]. Tận thu được lượng phế liệu đó không những góp phần làm giảm sự ô nhiễm môi trường mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Việc tận dụng nguồn sinh khối nấm men bia đã và đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm chú ý đến. Trong đó Nhật Bản là nước sản xuất và sử dụng nhiều nhất nấm men bia và các sản phẩm có chứa bột nấm men bia. Tại đây, bột nấm men được xếp vào nhóm các loại sản phẩm gia vị tự nhiên. Mức tiêu thụ bột nấm men chiết suất so với các loại gia vị khác được trình bày ở bảng sau: 14 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 Bảng 1.2. Thị trƣờng các sản phẩm gia vị tự nhiên tại Nhật Bản[11] 1997 Loại Nguồn gốc Sản xuất (tấn/năm) Dịch chiết Axit amin Bột nấm men chiết xuất 2000 Số lƣợng bán (tỷ yên) Sản xuất (tấn/năm) Số lƣợng bán (tỷ yên) Cá 28 000 25,0 42 000 38,0 Động vật 50 000 26,5 85 000 42,5 Rau 5 100 5,9 6 900 6,9 Tổng 83 100 5,4 133 900 87,4 Rau thủy phân 20 830 20,0 14 490 14,14 Động vật thủy phân 13 500 13,5 11 220 11,2 7 940 7,9 Hợp chất Tổng 34 330 33,5 33 650 33,5 Nội địa 5 590 5,6 7 500 7,5 Nhập khẩu 1 100 1,1 1 500 1,5 Tổng 6 690 6,7 9 000 9,0 Tổng cộng 124 120 97,6 176 550 129,9 Nhật Bản đã có nhiều cố gắng tận thu nguồn nguyên liệu quý báu này từ các nhà máy bia trong nước, hằng năm thu được 7 574 tấn dưới các dạng khác nhau [11]. Trong công nghiệp thực phẩm, tại Nhật cũng như nhiều nước khác, sinh khối nấm men được sản xuất thành xì dầu, được bổ sung vào các sản phẩm mỳ ống, bánh mì, bánh nướng làm tăng hàm lượng protein trong sản phẩm. Đặc biệt ở Nhật, các sản phẩm tăng lực như viên đạm được sản xuất và tiêu thụ nhiều. Sử dụng viên đạm để nấu các bữa ăn nhanh hay sử dụng như các chất gia vị được chế biến sẵn có nhiều tiện ích như tiết kiệm được thời gian, tái tạo năng lượng nhanh, không sợ béo phì… Nấm men khô bổ sung vào thức ăn có thể ở dạng hoạt động (active) hoặc dạng bất hoạt (nonactive) tùy theo mục đích sử dụng. Men bia khô là dạng 15 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 không hoạt động bao gồm những tế bào nấm men chết, không có khả năng lên men và thường được bổ sung vào thức ăn của lợn và gia cầm với tỷ lệ 2 – 5% để cung cấp protein, lysine và vitamin nhóm B cho động vật nuôi. Còn nấm men khô dạng hoạt động là những tế bào nấm men sống có vai trò như những probiotic giúp tăng cường sức khỏe hệ tiêu hóa cho vật nuôi. Ngoài ra, một dạng chế phẩm nữa từ nấm men cũng được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi đó là chiết xuất polysaccharide từ thành tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae, có khả năng thu hút và loại thải ra ngoài phần lớn các vi khuẩn đường ruột có hại như E.coli, Salmonella, các độc tố nấm như Alflatoxin. Theo nghiên cứu của LeMiuex (2010), các thí nghiệm đã được tiến hành để đánh giá ảnh hưởng của men bia khô như một nguồn protein trong khẩu phần của lợn con trước và sau cai sữa đến hiệu suất tăng trưởng. Trong thí nghiệm 1, lợn nái và lợn nái non được cung cấp khẩu phần giống với lợn nái đang nuôi con. Các lứa lợn con 5 ngày tuổi được chia thành 3 nhóm với chế độ ăn như sau: 1 - chỉ bú mẹ; 2 - ăn khẩu phần đối chứng và 3 - ăn khẩu phần đối chứng bổ sung thêm 4% men bia khô để thay thế bột đậu tương cho đến khi lợn đạt tuổi cai sữa là 21 ngày. Vào giai đoạn cai sữa, những con lợn cùng lứa tiếp tục được chia thành 2 lô: ăn khẩu phần đối chứng và ăn khẩu phần đối chứng có bổ sung 4% men bia khô tạo thành 6 lô thí nghiệm. Các số liệu thu được cho thấy lợn con ăn men bia khô trong suốt giai đoạn theo mẹ và giai đoạn cai sữa có giá trị ADG (tăng trọng) cao hơn so với lợn con chỉ ăn men bia khô trong giai đoạn trước cai sữa (P<0,09). Như vậy, men bia khô có tác dụng tốt đến hiệu suất tăng trưởng của lợn con theo mẹ, nhưng cần phải cho lợn tiếp xúc sớm với men bia khô trong giai đoạn theo mẹ để đạt được hiệu quả cao. Một nghiên cứu khác của Jurgens được tiến hành gần đây vào năm 2012, ba mươi lợn nái lai chéo và con của chúng được xác định ảnh hưởng của việc bổ sung men khô (dạng active) vào khẩu phẩn ăn cùng với bột đậu tương và ngô đến hiệu suất sinh sản và sinh trưởng. Khả năng sinh sản của lợn cái mang thai 93 ngày đến giai đoạn cho con bú 21 ngày và các thành phần của sữa đã được đánh giá. Hiệu suất tăng trưởng của lợn được tính từ khi sinh ra đến 28 ngày sau 16 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 cai sữa. Hàm lượng men khô hoạt hóa bổ sung vào khẩu phần ăn là 0; 0,1 hoặc 0,2% cho lợn nái mang thai, 0, 0,15 hoặc 0,3% cho lợn nái đang cho con bú là 0; 0,2 hoặc 4% cho lợn trong thời kỳ tập ăn (một tuần trước và sau cai sữa) và 0; 0,125 hoặc 0,25% trong 3 tuần cuối của giai đoạn bú. Nguồn nấm men bao gồm các tế bào nấm men sống của chủng Saccharomyces cerevisiae chứa hơn 15x109 tế bào sống/g. Trọng lượng của lợn nái tại thời điển mang thai 93 ngày và cho con bú 21 ngày không có sự khác nhau (P>0,10) giữa các nhóm thí nghiệm. Sữa của lợn nái ăn men khô hoạt hóa có hàm lượng cao hơn của chất khô tổng số (P<0,05), protein thô (P<0,10) và gama globulin (P<0,06) so với sữa của lợn nái ăn khẩu phần ăn đối chứng. Bổ sung men khô hoạt hóa vào khẩu phần của lợn nái và lợn giúp nâng cao khả năng tăng trưởng của lợn sau cai sữa và hiệu suất sử dụng thức ăn. Đồng thời, bổ sung men khô hoạt hóa vào khẩu phần ăn của lợn nái đang cho con bú còn tăng hàm lượng gama globulin trong sữa lợn nái tại thời điểm 21 ngày. Như vậy, năng suất của lợn sau cai sữa có thể được nâng cao bằng cách bổ sung men bia khô vào chế độ ăn của lợn nái nuôi con và lợn con sau cai sữa. - Nấm men được bổ sung vào thức ăn gia súc như một giải pháp thay thế thuốc kháng sinh. Trong chăn nuôi lợn, cai sữa là giai đoạn khủng hoảng đối với lợn con vì thức ăn được chuyển từ dạng lỏng sang dạng khô. Sự chuyển đổi này có thể ảnh hưởng đến sự hệ vi sinh vật đường tiêu hóa của lợn. Kết quả là giảm số lượng các vi sinh vật có lợi kéo theo giảm năng suất. Phương pháp phổ biến nhất để hạn chế những vi khuẩn có hại là sử dụng các chất kháng khuẩn [23]. Tuy nhiên, bổ sung kháng sinh vào thức ăn chăn nuôi dẫn đến dư lượng thuốc trong sản phẩm thịt quá cao so mức cho phép đồng thời kích thích sự phát triển của thể thực khuẩn có khả năng kháng kháng sinh. Trước những tác động xấu của kháng sinh, thế giới đã và đang từng bước bãi bỏ, nghiêm cấm việc bổ sung kháng sinh cho gia súc nói chung và lợn nói riêng. Để giải quyết vấn đề này, sử dụng nấm men là một giải pháp hiệu quả để thay thế các chất kháng sinh trong thức ăn bởi vì nấm men còn có chứa các mannan oligosaccharide (MOS), có thể 17 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 hạn chế sự phát triển của các vi khuẩn gây hại trong đường tiêu hóa của lợn và gia cầm. Chiếm khoảng 75% trọng lượng khô, thành tế bào nấm men cấu tạo chủ yếu từ các polysaccharide. Chúng thực hiện nhiều chức năng của tế bào, từ vận chuyển các phân tử miễn dịch đặc hiệu, các phân tử chỉ thị giúp tế bào nhận ra nhau và tương tác với môi trường xung quanh đến các chất xương để tạo ra hình thái ổn định của các tế bào. Trong nấm men Saccharomyces cerevisiae, có hai loại polysacharide chiếm tới 90% trọng lượng khô của thành tế bào bao gồm alpha – D - manna và beta – D- glucan. Chúng có những tính chất quan trọng là tương tác với hệ thống miễn dịch của vật chủ. Sự điều tiết của miễn dịch niêm mạc là nhờ vào liên kết của hai polysaccharide này với các thụ thể đặc hiệu của tế bào miễn dịch đem lại tác dụng tốt cho sức khỏe động vật và khả năng ngăn ngừa bệnh tật. Các polysaccharid của thành tế bào nấm men ở dạng thương phẩm được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi có khả năng giữ chặt nhung mao của vi khuẩn gây bệnh do vậy ngăn chúng bám vào niêm mạc biểu mô. Bởi vì bám vào niêm mạc biểu mô giai đoạn xâm nhập đầu tiên của vi khuẩn, việc khóa các thụ thể có thể ngăn cản hoặc hạn chế nhiễm bệnh. Nấm men cũng có thể hấp thụ các chất độc do đó giảm bớt ảnh hưởng độc hại hoặc làm trung gian loại bỏ chất độc ra khỏi các cơ quan (Kogan, 2007). Nhờ vào những ưu điểm của nấm men, hiện nay trên thị trường các sản phẩm thức ăn chăn nuôi có bổ sung chế phẩm nấm men đã được sản xuất ở qui mô lớn và phân phối rộng rãi. Trung Quốc là thị trường cung cấp bột nấm men bia khô nhiều nhất với hơn 30 nhà sản xuất với sản lượng hàng vài trăm nghìn tấn/năm. Các quốc gia khác như Mỹ, Chi Lê, Braxin cũng sản xuất và sử dụng rất nhiều các sản phẩm thực phẩm giàu dinh dưỡng này cho chăn nuôi. Bảng 1.3 trình bày một số sản phẩm nấm men bia khô thương mại sử dụng để bổ sung vào thức ăn chăn nuôi. 18 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phạm Quỳnh Trang_CHK18 Bảng 1.3. Một số sản phẩm nấm men bia thƣơng mại sử dụng trong chăn nuôi Sản phẩm Pekin Xuất xứ Brewrs Williams Đặc tính Công dụng Bio Protein: 45,0% Cung cấp đạm và Độ ẩm:  6,0% nâng cao hiệu quả Dried yeast 43 -P Products - USA thức ăn chăn nuôi Pekin Brewrs Williams Bio Protein: 45,8% Dried yeast 62 -P Products - USA Cung cấp đạm và Lipit: 8,0% nâng cao hiệu quả Carbohydrat: thức ăn chăn nuôi 28,7% Độ ẩm: 4,5% Brewr’s Yeast Desro(Desarrollo Protein:43% De Cung cấp protein Proteinas Carbohydrat: 40% trong thức ăn chăn S.A) Tro: 3% Chile Xơ: 3% nuôi. Độ ẩm: 8% Bio-Mos Altech, Được chiết xuất từ Austraulia vách tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae có khả năng thu hút và loại thải ra ngoài phần lớn các vi khuẩn đường ruột có hại như E.coli, Salmonella, các độc tố nấm như Aflatoxin. 19 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Brewers yeast Hebei, powder Phạm Quỳnh Trang_CHK18 China Độ ẩm: ≤8.5% (Mainland) Protein Bổ sung hàm lượng thô: cao ≥40.0% protein trong thức ăn gia súc. Tro ≤8.0% PH 4.5-6.5 NaCl ≤5.0% Brewers Yeast Shanghai, China Protein thô: ≤35% Tăng cường hệ miễn Powder (Feed Carbohydrate: dịch cho động vật ≥65% nuôi và tăng khả Grade) Beta-glucan: 20- năng chống chịu với 40 vi khuẩn, virut và các Mannan- thể thực khuẩn khác. oligosaccharide: ≥20% Độ ẩm: ≤2.0% 1.1.4. Tổng quan về sản xuất bia và sử dụng nguồn sinh khối nấm men bia dư thừa ở Việt Nam Những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất bia ở Việt Nam cũng đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Năm 2009, sản lượng bia tăng 24,3% so với năm 2008 [18]. Căn cứ vào mức tăng dân số, ngành rượu bia nước giải khát dự kiến trong những năm tới, nhu cầu về bia ở nước ta còn tăng [1]. Mức tiêu thụ bình quân đầu người và tổng sản lượng bia ở Việt Nam trong chiến lược phát triển của ngành được thể hiện ở bảng 1.3. Bảng 1.4. Sản lƣợng và mức tiêu thụ bình quân đầu ngƣời trong năm 2005 và 2010 ở Việt Nam Chỉ tiêu Đơn vị Mức tiêu thụ bình quân Sản lượng Năm 2005 2010 Lít/người 15 28 Tỷ lít 1,5 3,0 (Nguồn: Bộ công nghiệp [1]) 20