Đánh Giá Chất Thuỷ Phân Như Một Thành Phần Chức Năng Trong Thức Ăn Của Tôm Thẻ Chân Trắng Thái Bình Dương

Kết quả cho thấy sự ảnh hưởng của các loại peptit, hàm lượng của các phân đoạn có trọng lượng phân tử thấp và sự hình thành của các axit amin tự do

Nghiên cứu này tổng quan về việc xem chất thủy phân như một thành phần chức năng trong thức ăn của tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương ở Ecuador. Kết quả cho thấy chi phí – lợi ích, tính sẵn có, chất lượng và hiệu quả là tất cả các yếu tố cần được xem xét khi lựa chọn một sản phẩm thủy phân để đưa vào chế độ ăn của L. vannamei.

Tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương (Litopenaeus vannamei) là một trong những loài nuôi trồng thủy sản phát triển nhanh nhất và mang lại lợi nhuận cao nhất trên toàn cầu, với sản lượng năm 2018 đạt 4,9 triệu tấn. Sản lượng tôm L. vannamei chiếm 70% tổng sản lượng tôm nuôi trên toàn cầu và đạt 35 tỷ USD vào năm 2019. Ecuador – quốc gia sản xuất 550.000 tấn tôm thẻ chân trắng vào năm 2018 và tăng lên đến 663.073 tấn vào năm 2020. Do đó, Ecuador được xem là nước xuất khẩu tôm thẻ chân trắng hàng đầu trên toàn cầu vào năm ngoái.

Thức ăn thủy sản công nghiệp là một trong những yếu tố quan trọng trong việc phát triển ngành nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất đối với ngành sản xuất thức ăn thủy sản là phải giảm việc sử dụng các nguyên liệu có nguồn gốc từ biển nhưng phải tăng tính bền vững của thức ăn. Những cải tiến trong công thức chế biến thức ăn đã mang lại lợi ích trực tiếp trong việc sản xuất tôm và điều này rất quan trọng đối với lợi nhuận của nó, vì thức ăn thủy sản sản xuất chiếm từ 40 đến 60% chi phí sản xuất.

Với sự quan tâm ngày càng tăng trong việc tạo ra nhiều loại thức ăn thủy sản hơn dựa trên nguồn protein thực vật và các nguồn thay thế khác để thay thế bột cá. Có một số thách thức liên quan đến các đặc tính dẫn dụ của những loại thức ăn này, vì một số nguồn protein thực vật không có khả năng dẫn dụ như bột cá. Khả năng dẫn dụ này liên quan trực tiếp đến khả năng cảm thụ hóa học – một cơ chế cảm thụ cực kỳ nhạy bén ở nhiều loài sinh vật biển. Tuy nhiên, có rất ít thông tin liên quan đến đặc tính cụ thể của các chất tạo ra phản ứng qua trung gian hóa học đối với thức ăn cho một số loài. Các sản phẩm thủy phân protein khác nhau từ biển đã được sử dụng rộng rãi, tiết kiệm chi phí và tạo ra tính dẫn dụ trong thức ăn thủy sản.

Bài báo này được chỉnh sửa và tóm tắt từ bài báo gốc (theo Molina Poveda, Cesar và Manuel Espinoza Ortega năm 2021. Chất thủy phân được xem như là thành phần chức năng trong thức ăn cho tôm thẻ chân trắng. Nuôi trồng thuỷ sản, số 140, trang 50-55) – thảo luận về tiềm năng sử dụng chất thủy phân trong thức ăn cho tôm, quá trình thủy phân, mức độ liên quan của nó đối với chất lượng sản phẩm cuối cùng và trình bày một số kết quả thử nghiệm về việc sử dụng chất thủy phân trong thức ăn cho tôm.

Thủy phân

Thủy phân là một quá trình mà các liên kết hóa học giữa các axit amin tạo nên protein bị “bẻ gãy”. Các sản phẩm thủy phân thu được là các chất có trọng lượng phân tử thấp giúp hấp thụ các chất dinh dưỡng, làm cho chúng dễ tiêu hóa hơn và cải thiện các đặc tính chức năng như khả năng dẫn dụ.

Các chất thủy phân không chỉ có đặc tính dẫn dụ mà còn là cơ sở để phát triển các chất chống oxy hóa, chất điều hòa miễn dịch, chất nhũ hóa, chất tạo hương vị và chất kháng khuẩn. Ví dụ, hoạt động chống oxy hóa đã được báo cáo trong sản phẩm thủy phân của cá và tôm, giúp vô hiệu hóa hoạt động của các gốc tự do (các phân tử hoặc nguyên tử không ổn định có thể làm hỏng các tế bào trong cơ thể sống). Các hợp chất chịu trách nhiệm cho các đặc tính chống oxy hóa này được giải phóng sau quá trình thủy phân protein nội sinh (bên trong) hoặc ngoại sinh (bên ngoài).

Về hoạt tính kháng khuẩn của chất thuỷ phân, Tiến sĩ George Flick báo cáo rằng sản phẩm thủy phân cá cơm được tạo ra bằng enzyme pepsin có tác dụng kháng khuẩn lớn hơn so với các sản phẩm thủy phân khác, chúng thu được nhờ hoạt động của các enzyme khác như papain, trypsin, protease kiềm hoặc protease axit. Phương thức hoạt động là ức chế hiệu quả sự phát triển của các vi khuẩn khác nhau như Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens, Proteus vulgaris và Bacillus megaterium – với nồng độ tối thiểu – MIC (nồng độ tối thiểu của kháng sinh có tác dụng ức chế sự phát triển của vi khuẩn ở mức có thể nhìn thấy được) tương ứng là 28, 38, 56 và 75 μg / ml.

Quá trình thủy phân được thực hiện bằng phương pháp hóa học và enzym. Trong quá trình thuỷ phân hoá học, kiềm hoặc axit hoạt động dựa trên các liên kết phân tử và tạo ra các phân đoạn protein nhỏ hơn. Các enzym được thêm vào sau quá trình xử lý nhiệt các phụ phẩm để làm biến tính các enzym nội sinh (Hình 1). Mặc dù phương pháp thủy phân hóa học tương đối rẻ và đơn giản hơn so với phương pháp thủy phân bằng enzym, nhưng nó có một số nhược điểm như khó kiểm soát, và tạo ra các sản phẩm thủy phân có sự biến đổi lớn về chất lượng.

Hình 1: Quá trình thủy phân hóa học các phụ phẩm từ biển trong quy mô công nghiệp (Phỏng theo Shrotri và cộng sự, năm 2017; https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b03918).

Trong quá trình thủy phân bằng enzym (Hình 2), các nguyên liệu thô được xử lý nhiệt trước; sau đó, các enzym ngoại sinh từ nhiều nguồn khác nhau như động vật, thực vật hoặc vi sinh vật được thêm vào. Quá trình thủy phân hóa protein bằng enzyme trở nên phổ biến hơn vì khả năng linh hoạt của chúng. Thêm vào đó, chúng còn có khả năng thiết lập chính xác “kích thước” của các peptit (những chuỗi ngắn gồm 2 – 50 axit amin liên kết) cần thiết mà không ảnh hưởng đến chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm, mà ngược lại còn cải thiện nó. Do đó, quá trình thủy phân bằng các enzym ngoại sinh có thể tương đối nhanh hơn và dễ kiểm soát hơn quá trình thủy phân hóa học.

Hình 2: Quá trình thủy phân bằng enzym các phụ phẩm từ biển (Phỏng theo Wubshet và cộng sự, năm 2019; https://doi.org/10.1016/b978-0-12-816695-6.00008-8).

Quá trình thủy phân protein tạo ra các axit amin và các phân đoạn có trọng lượng phân tử thấp, với các enzym tham gia “cắt” các liên kết phân tử tại các vị trí cụ thể. Các quá trình enzyme hóa bị ảnh hưởng đặc biệt bởi pH, thời gian và nhiệt độ của phản ứng, những yếu tố này quyết định mức độ thủy phân và chất lượng của các sản phẩm thu được.

Sản phẩm thủy phân của các phụ phẩm có nguồn gốc từ các động vật trên cạn

Một trong những chiến lược phổ biến nhất để quản lý dư lượng và chất thải chế biến từ ngành công nghiệp thực phẩm là sử dụng các phụ phẩm được tạo ra làm nguyên liệu cho việc chế biến thức ăn chăn nuôi bằng cách biến đổi chúng thành các hợp chất có giá trị dinh dưỡng cao. Một khi lượng chất cặn này được làm khô và nghiền nhỏ, chúng có thể được sử dụng thông qua các quá trình khác nhau như thủy phân.

Năm 2020, Soares và cộng sự đã báo cáo các thử nghiệm về khả năng tiêu hóa và tính dẫn dụ trong khẩu phần ăn của ấu trùng L. vannamei với chất thủy phân protein từ bã gia cầm (CPH) và sự kết hợp của chất thủy phân này với gan lợn (PHPPL). Hai nguyên liệu thô này đã được sử dụng để thay thế cho các phụ phẩm của cá hồi. Kết quả nghiên cứu cho thấy hai sản phẩm thủy phân có tỷ lệ tiêu hóa protein, chất khô, năng lượng và các axit amin thiết yếu cao hơn so với mẫu đối chứng. Trong khi đó, không có sự khác biệt nào trong thử nghiệm về tính dẫn dụ. Trong giai đoạn thứ hai của nghiên cứu, sự kết hợp PHPPL đã được sử dụng trong một thử nghiệm về sự tăng trưởng trong 42 ngày, với các mức độ thay thế bao gồm 0%, 25%, 50%, 75% và 100%. Kết quả cho thấy không có sự khác biệt đáng kể nào về tỷ lệ sống của tôm giữa các thí nghiệm. Tuy nhiên, tôm được cho ăn với chế độ ăn có mức thay thế 25% cho thấy sự tăng trưởng tốt hơn so với nhóm đối chứng.

Sản phẩm thủy phân của các phụ phẩm có nguồn gốc từ biển

Các chất thải được thải ra từ ngành công nghiệp chế biến cá được coi là một vấn đề lớn, nhưng việc tái chế các chất thải này đúng cách cũng có thể trở thành những thành phần có giá trị đóng góp vào nền kinh tế và hướng bền vững của ngành. Trong sản xuất thức ăn thủy sản cho tôm, một số thành phần từ biển như (mực, cá ngừ, động vật giáp xác), khi được thủy phân trong các điều kiện thích hợp, có thể tạo ra một hàm lượng cao các thành phần nitơ rất ngon miệng, chứa các đặc tính hoạt tính sinh học, dinh dưỡng và chức năng giúp cải thiện năng suất tôm nuôi.

Các chất thủy phân của động vật giáp xác đến từ các bộ phận cơ thể như đầu và bộ xương ngoài (vỏ) thường được coi là chất thải, vì vậy việc sử dụng chúng được xem như một cách thực tế để tránh lãng phí và chuyển đổi các bộ phận cơ thể thành các thành phần có giá trị, tùy thuộc vào quá trình biến đổi được sử dụng, có thể tạo ra các phân tử có đặc tính kháng khuẩn, chống oxy hóa và khả năng dẫn dụ. Một số nhà nghiên cứu đã báo cáo về việc sử dụng các chất thủy phân từ biển và tác động tích cực của chúng đối với sự tăng trưởng, tỷ lệ sống, khả năng miễn dịch và các lợi ích khác của tôm.

Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu 1

Sử dụng một hệ thống tuần hoàn được thiết kế cho ấu trùng L. vannamei, nghiên cứu đã đánh giá sự tăng trưởng và hiệu suất cho ăn của tám chế độ ăn được chuẩn bị với tỉ lệ bằng nhau từ sản phẩm thủy phân có nguồn gốc từ biển và động vật trên cạn. Để đối chứng, một thành phần không bị thủy phân (dịch cá) với các đặc tính dẫn dụ đã được sử dụng. Các chế độ ăn được xây dựng để đáp ứng các yêu cầu dinh dưỡng đã thiết lập theo hướng dẫn của NRC (Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia) và được sản xuất ở điều kiện phòng thí nghiệm. Nguyên liệu thô được nghiền để đảm bảo đường kính của các mảnh vụn này đạt mức thích hợp (<250 µm) và sau đó, chúng sẽ được tạo thành viên.

Các sản phẩm thủy phân A, B, C, D và E có nguồn gốc từ biển như chất thải của cá và động vật có vỏ, trong khi sản phẩm thủy phân F và G được lấy từ các phụ phẩm của động vật trên cạn; tất cả các sản phẩm thủy phân đều có chất lượng thương mại. Về các quá trình thủy phân được sử dụng để sản xuất các sản phẩm thủy phân này, chúng được phân loại theo mức độ thủy phân như cao, trung bình và thấp.

Sản phẩm thuỷ phân C được sản xuất bằng các enzym ngoại sinh và trải qua một quá trình thủy phân để phân đoạn protein thành các trọng lượng phân tử tương đối thấp. Sản phẩm thủy phân D được sản xuất từ các phụ phẩm của động vật giáp xác, được xử lý bằng các enzym ngoại sinh và trải qua một quá trình thủy phân được coi là vừa phải, trong khi sản phẩm thủy phân E dựa trên các phụ phẩm từ cá giàu chất béo. Sản phẩm thủy phân F và G được tạo ra từ các phụ phẩm của các động vật trên cạn.

Trong suốt 61 ngày nghiên cứu, tôm bột (trọng lượng trung bình là 4,36 gam) được cho ăn với ad libitum 3 lần một ngày. Vào cuối thử nghiệm, sự khác biệt đáng kể đã được quan sát thấy về trọng lượng cuối cùng, tốc độ tăng trưởng hàng tuần và FCR. Kết quả về tỉ lệ sống dao động từ 84% đến 96 % và không có sự khác biệt đáng kể giữa các nghiệm thức.

Đối với tôm được sử dụng sản phẩm thuỷ phân A, trọng lượng cuối cùng cao hơn có thể dẫn đến tỷ lệ sống thấp hơn (84%). Sản phẩm thủy phân này được sản xuất bằng các enzym nội sinh, trong đó việc kiểm soát quá trình thuỷ phân này trở nên khó khăn hơn do hỗn hợp enzym ban đầu không xác định được nồng độ. Trong số tất cả các sản phẩm, sản phẩm thủy phân D tạo ra tốc độ tăng trưởng, sinh khối và tỷ lệ sống cao nhất, và các nhà nghiên cứu cho rằng điều này là do sản phẩm thủy phân này có hơn 90% thành phần được tạo thành từ các phân đoạn protein có trọng lượng phân tử thấp hơn 1000 Dalton (Dalton (Da) – là thước đo trọng lượng phân tử hoặc khối lượng phân tử. Ví dụ, một nguyên tử hydro có khối lượng phân tử là 1 Da), và nó cũng trải qua quá trình làm khô cẩn thận trong quá trình sản xuất. Theo các nhà nghiên cứu khác, các chất dẫn dụ trong chất thủy phân có trọng lượng phân tử trung bình khoảng 700 Da. Trong số các sản phẩm thủy phân được thử nghiệm từ động vật trên cạn, sản phẩm thủy phân F – với các phân đoạn protein có trọng lượng phân tử trung bình 10.000 Da – có trọng lượng cuối cùng, sinh khối cuối cùng và tốc độ tăng trưởng hàng tuần thấp nhất.

Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp các chất thủy phân trong thức ăn cho tôm có tác động tích cực đến sự tăng trưởng của chúng. Việc đạt được hiệu quả này có thể là do sự cải thiện khả năng hấp thụ của các sản phẩm thủy phân và sự giải phóng các axit amin và các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp trong quá trình thủy phân, giúp thể cải thiện độ dẫn dụ của thức ăn đối với tôm, đồng thời giúp tăng khả năng sử dụng thức ăn và trọng lượng của tôm.

Kết quả có thấy có sự liên kết chặt chẽ giữa chất lượng của nguyên liệu thô và quá trình thủy phân. Để có được thành phần chức năng với các phân đoạn protein cụ thể, việc kiểm soát quá trình thủy phân là rất quan trọng – bao gồm nhiệt độ, độ pH, thời gian và một số thành phần khác – để các enzym được sử dụng có thể hoạt động tốt với mong muốn tạo ra một số thành phần nhất định có các đặc tính có lợi cho vật nuôi.

Nghiên cứu 2

Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của việc đưa các loại chất dẫn dụ thương mại khác nhau vào chế độ ăn của tôm thẻ bột L. vannamei (4,13 ± 0,11 gam) trong một hệ thống tuần hoàn. Năm chế độ ăn thử nghiệm đã được chuẩn bị trong phòng thí nghiệm với các sản phẩm thương mại như: pheromone (FN); hỗn hợp chất dẫn dụ tự nhiên và nhân tạo (MNA); sản phẩm thủy phân từ biển (HM); hỗn hợp các axit amin tự do (AL); dịch cá (FS) theo liều lượng được khuyến nghị bởi mỗi nhà sản xuất. Chế độ ăn được thiết kế để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của tôm thẻ chân trắng, với 35% protein và 6% lipid.

Tôm được cho ăn thủ công ba lần một ngày trong 55 ngày. Vào cuối thí nghiệm, trọng lượng cuối cùng, tỷ lệ sống, sinh khối, tốc độ tăng trưởng hàng tuần và FCR được phân tích thống kê (phân tích phương sai, ANOVA) để xác định bất kỳ sự khác biệt đáng kể nào (p <0,05) giữa các khẩu phần. Các thông số chất lượng nước trong quá trình thử nghiệm được theo dõi hàng ngày, với nồng độ oxy hòa tan được duy trì trên 5 ppm, nhiệt độ 28,9 ± 0,9 độ C và độ mặn 29,9 ± 0,5 ppt.

Ngoại trừ tỷ lệ sống, sự khác biệt được tìm thấy ở các kết quả về hiệu suất trong kỹ thuật chăn nuôi. Tôm sử dụng khẩu phần ăn chứa các thành phần có nguồn gốc từ biển (FS và HM) có kết quả tốt hơn so với khẩu phần có các thành phần có đặc tính dẫn dụ (FN, MNA và AL).

Trong số các chế độ ăn chứa chất dẫn dụ có nguồn gốc từ biển, kết quả của nghiên cứu cho thấy chế độ ăn HM có kết quả tốt hơn so với chế độ ăn FS về trọng lượng cuối cùng (tương ứng là 10,94 gam so với 10,12 gam). Các chế độ ăn bao gồm FN, MNA và AL có kết quả tương tự như kết quả trong kỹ thuật chăn nuôi. FCR thấp nhất được quan sát thấy ở tôm cho ăn chế độ ăn HM, khác biệt đáng kể so với chế độ ăn FN và MNA.

Quan điểm

Kết quả của nghiên cứu cho thấy các phản ứng khác nhau tùy thuộc vào chất thủy phân protein được lựa chọn, có thể liên quan đến nguyên liệu thô được sử dụng làm chất nền và quy trình được sử dụng để đạt được mức độ thủy phân nhất định. Điều này cho thấy chức năng của sản phẩm dựa trên các loại peptit được tạo thành từ quá trình thủy phân, hàm lượng phân tử thấp và các axit amin tự do thu được.

Mối tương quan giữa chi phí – lợi ích, tính sẵn có, chất lượng và hiệu quả là tất cả các yếu tố cần được xem xét khi lựa chọn sản phẩm thủy phân làm thành phần chức năng cho thức ăn thủy sản cho L. vannamei. Chất thuỷ phân chắc chắn là một phần của giải pháp để nâng cao hiệu quả và tính bền vững của ngành nuôi tôm.

Theo Tiến sĩ César Molina Poveda và Thạc sĩ Khoa học tự nhiên Manuel Espinoza Ortega

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/evaluating-hydrolysates-as-functional-ingredients-in-pacific-white-shrimp-feeds/

Biên dịch: Huyền Thoại – Công ty TNHH PTTS Bình Minh

“Tôm Giống Gia Hóa – Chìa Khóa Thành Công”

Xem thêm:

Tin Tức