Nghiên cứu đặc điểm dinh dưỡng và hoàn thiện công nghệ sản xuất thức ăn nuôi tôm sú (penaeus monodon)

Nghiên cứu đặc điểm dinh dưỡng và hoàn thiện công nghệ sản xuất thức ăn nuôi tôm sú (penaeus monodon)

NGUYỄN TIẾN LỰC

VÀ HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

THỨC ĂN NUÔI TÔM SÚ (PENAEUS MONODON)

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm đại cương Mã số: 2.11.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

1 GS.TSKH NGUYỄN VĂN THOA

2 PGS.TSKH LÊ XUÂN HẢI

TP Hồ Chí Minh – 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi Các số liệu, kết quả

nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác

Người cam đoan

NGUYỄN TIẾN LỰC

LỜI CẢM ƠN

Báo cáo luận án được hoàn thiện là nhờ sự giúp đỡ tận tình và phối hợp của nhiều cơ quan, đơn vị, các cơ sở sản xuất, các đồng nghiệp và bạn bè Tác giả luận án bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tất cả các tổ chức và cá nhân đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu của mình

Trước hết tôi xin gửi đến Ban lãnh đạo trường Đại học Quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, Ban giám hiệu trường Đại học Bách khoa, phòng Quản lý sau Đại học và bộ môn Công nghệ thực phẩm sự kính trọng và lòng tự hào được học tập nghiên cứu trong những năm qua

Sự biết ơn sâu sắc nhất xin được dành cho: GS.TSKH Nguyễn Văn Thoa, PGS.TSKH Lê Xuân Hải là hai người thầy hướng dẫn tận tình và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án

Xin cảm ơn các thầy cô Bộ môn Thực phẩm, Khoa Kỹ thuật Hĩa học đã hết lòng giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả thực hiện thành công luận án

Xin cảm ơn lãnh đạo Viện Nghiên cứu nuơi trồng Thuỷ sản II, Trung tâm công nghệ sau thu hoạch, Viện công nghệ sinh học đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện tốt luận án

Cuối cùng xin được ghi nhớ tình cảm và sự giúp đỡ ấm áp của các các anh chị em đồng nghiệp Viện nghiên cứu, các bạn nghiên cứu sinh, cao học những người luôn hỗ trợ, chia sẻ, động viên và tạo điều kiện giúp đỡ để hoàn thiện công trình nghiên cứu này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về tôm sú (Penaeus monodon) 1.1.1 Tôm sú (Penaeus monodon)

1.1.2 Cấu tạo và hoạt động cơ quan tiêu hoá 1.1.3 Vai trò của các chất dinh dưỡng đối với tơm sú 1.2 Những kết quả nghiên cứu về dinh dưỡng

1.2.1 Tình hình nghiên cứu về dinh dưỡng trên thế giới 1.2.2 Nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng tôm

1.2.3 Những nghiên cứu trong nước

1.3 Bài toán tối ưu hoá trong nghiên cứu tạo viên

1.3.1 Một số khái niệm cơ sở phương pháp tiếp cận hệ thống 1.3.2 Tối ưu - mục tiêu thường trực của tiếp cận hệ thống 1.3.3 Các thành phần cơ bản của bài toán tối ưu

1.3.4 Bài toán tối ưu

1.3.5 Bài toán tối ưu đa mục tiêu

1.4 Thức ăn nuôi tôm và đặc tính thức ăn nuôi tôm 1.4.1 Thức ăn nuôi thuỷ sản

1.4.2 Thành phần và chất lượng thức ăn nuôi tôm

1.5 Công nghệ và thiết bị chế biến thức ăn nuôi tôm sú 1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

1.5.2 Tình hình nghiên cứu và thực trạng thức ăn trong nước

1.5.3 Aûnh hưởng của quá trình chế biến tới chất lượng thức ăn viên 15.4 Định hướng phát triển

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng và nguyên liệu nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 2.1.2 Nguyên vật liệu

Trang i ii v vi vii

1 5 5 5 7 9 11 11 14 23 26 27 28 28 31 32 35 35 36 37 37 38 39 40 42 42 42 42

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu tách chiết dịch enzyme nghiên cứu

2.2.2 Phương pháp xác định thành phần khối lượng và xác định thành phần hóa học cơ bản

2.2.3 Phương pháp xác định họat tính enzyme tiêu hóa của tôm sú 2.2.4 Phương pháp xác định họat tính enzyme protease

2.2.5 Phương pháp xác định họat tính trypsin

2.2.6 Phương pháp xác định họat tính chymotrypsin 2.2.7 Phương pháp xác định họat tính amilase 2.2.8 Phương pháp xác định họat tính lipase

2.2.9 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của pH và thời gian đến họat tính protease của tôm sú

2.2.10 Phương pháp nghiên cứu in vitro đánh giá khả năng tiêu hóa 2.2.11 Phương pháp đánh giá hoạt độ urease, protein tan của đậu nành 2.2.12 Phương pháp đánh giá hiệu quả việc thủy phân cá tạp

2.2.13 Phương pháp tối ưu hóa thành phần dinh dưỡng thức ăn 2.2.14 Phương pháp nghiên cứu tối ưu hĩa quá trình tạo viên

2.2.15 Phương pháp phân tích thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng 2.2.16 Phương pháp đánh giá chất lượng thức ăn

2.3 Phương pháp xử lý số liệu

3.1.5 Lipid và năng lượng 3.1.6 Thảo luận

3.2 Thành phần và giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu sản xuất thức ăn 3.2.1 Giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu động vật

3.2.2 Giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu thực vật 3.2.3 Nguồn nguyên liệu cung cấp lipid

3.2.4 Đánh giá nguồn nguyên liệu

3.3 Nghiên cứu khả năng tiêu hố thức ăn của tơm sú 3.3.1 Xác định mức độ thủy phân protein của nguyên liệu 3.3.2 Ảnh hưởng của axit amin đến tiêu hĩa tơm sú 3.3.3 Ảnh hưởng của tinh bột tới khả năng tiêu hĩa tơm sú 3.4 Một số giải pháp nâng cao chất lượng thức ăn 3.4.1 Xử lý đậu nành nâng cao hệ số tiêu hĩa

3.4.2 Thủy phân cá tạp nâng cao chất lượng thức ăn

42 42 43 44 45 45 45 45 46 46 47 50 51 52 53 56 57 59 60 60 60 61 64 66 68 70 73 73 77 79 80 81 81 84 87 89 89 93

3.5 Tối ưu hóa thành phần dinh dưỡng với giá thành thức ăn thấp 3.5.1 Đặt vấn đề bài toán tối ưu

3.5.2 Thiết lập và giải bài toán

3.5.3 Xác định công thức thức ăn nuôi tôm sú các giai đoạn khác nhau 3.6 Tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình tạo viên

3.6.1 Công nghệ tạo viên thức ăn với bài toán tối ưu 3.6.2 Thiết lập bài toán quá trình tạo viên

3.6.3 Giải bài toán tối ưu từng mục tiêu

3.6.4 Bài toán tối ưu đa mục tiêu theo phương pháp vùng cấm 3.7 Công nghệ sản xuất thức ăn nuôi tôm

3.7.1 Quy trình công nghệ sản xuất thức ăn viên 3.7.2 Đánh giá chất lượng thức ăn tôm

3.7.3 Đánh giá khả năng tiêu hóa thức ăn tôm

3.8 Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào nuôi tôm sú 3.8.1 Nuôi tôm sú quy mô công nghiệp

3.8.2 Đánh giá kết quả nuôi

3.9 Mô hình thiết bị sản xuất thức ăn công nghiệp

3.9.1 Sơ đồ mô hình thiết bị công nghệ sản xuất thức ăn nuôi tôm 3.9.2 Một số thiết bị trong dây chuyền sản xuất thức ăn

3.9.3 Đánh giá và thảo luận

145 148 149 161

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN

BTTƯ Bài tốn tối ưu

QHTN Quy hoạch thực nghiệm PTHQ Phương trình hồi quy TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TCN Tiêu chuẩn ngành PL Post larvae

XTH Xoang tiêu hĩa

TNBS Trinitrobenzen sulfonic axit

DH Dgree of protein Hydrolysis

FCR Feed conversion ratio

BOD Biochemical oxygen Demand

COD Chemical Oxygen Demand

Ca Calcium

P Phosphorus

Bột cá CM Bột cá Cà Mau Bột cá KG Bột cá Kiên Giang

Bột cá VT Bột cá Vũng Tàu

TYT Thực nghiệm yếu tố tồn phần

DGR Tốc độ tăng trưởng ngày

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Độ tiêu hĩa protein và axit amin ở tơm biển và cá da trơn Bảng 1.2 Nhu cầu vitamin trong thức ăn tơm

Bảng 2.1 Hệ số cho pH stat, ở điều kiện nhiệt độ khác nhau Bảng 2.2 Các mức của thơng số đầu vào

Bảng 3.1 Hoạt tính enzyme trong xoang tiêu hĩa tơm sú Bảng 3.2 So sánh giá trị dinh dưỡng của một số lồi tơm

Bảng 3.3 Thành phần axít amin của tơm sú (% so khối lượng) Bảng 3.4 Nhu cầu dinh dưỡng của tơm sú các giai đoạn phát triển Bảng 3.5 Thành phần axit amin cĩ trong nguyên liệu động vật Bảng 3.6 Thành phần axit amin cĩ trong nguyên liệu thực vật

Bảng 3.7 Chỉ tiêu chất lượng các loại dầu dùng trong sản xuất thức ăn Bảng 3.8 So sánh mức độ thủy phân protein của một số lồi thủy sản Bảng 3.9 Ảnh hưởng lysine và arginine đến độ thủy phân tiêu hĩa protein Bảng 3.10 Tỷ lệ lysine và arginine ảnh hưởng đến độ thủy phân protein Bảng 3.11 Kích thước vịng phân giải tinh bột (cm) theo thời gian Bảng 3.12 Họat độ urease và hàm lượng protein hịa tan

Bảng 3.13 So sánh khả năng tiêu hĩa của tơm sú với các loại đậu nành Bảng 3.14 Thành phần dinh dưỡng của cá tạp tươi

Bảng 3.15 Chất khơ hịa tan và khối lượng riêng của dịch đạm thủy phân Bảng 3.16 Kết quả thủy phân cá bằng protease

Bảng 3.17 Tỷ lệ sống và hệ số chuyển đổi thức ăn của tơm sú Bảng 3.18 Nhu cầu dinh dưỡng của tơm sú giống

Bảng 3.19 Thành phần dinh dưỡng các nguyên liệu làm thức ăn Bảng 3.20 Thành phần dinh dưỡng thức ăn số 1

Bảng 3 21 Các axit amin thiết yếu trong thành phần thức ăn số 1 Bảng 3.22 Thành phần dinh dưỡng các loại thức ăn từ số 1-6 Bảng 3.23 Mã hĩa các biến số của hàm mục tiêu

Bảng 3.24 Các mức cơ sở theo phương án quy hoạch thực nghiệm

Bảng 3.25 Ma trận QHTN phương án quay bậc 2, ba yếu tố (Box-Hunter) Bảng 3.26 Thành phần hĩa học thức ăn của tơm sú

Bảng 3.27 Thành phần axit amin của thức ăn tơm sú Bảng 3.28 Khả năng tiêu hĩa thức ăn hỗn hợp của tơm sú Bảng 3.29 Kết quả nuơi tơm sú trong ao

Trang 15 22 47 54 64 66 67 72 76 78 79 83 85 86 88 91 92 93 94 95 97 99 100 104 104 107 113 114 115 129 130 131 134

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Tơm sú (Penaeus monodon)

Hình 2.1 Quy trình thu dịch enzyme tơm sú

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý điện di SDS - PAGE phát hiện họat tính enzyme Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý phương pháp xác định độ thủy phân bằng TNBS Hình 2.4 Đánh giá vịng phân giải tinh bột

Hình 3.1 Tuyến tiêu hĩa tơm sú

Hình 3.2 Tỷ lệ thành phần xoang tiêu hĩa tơm sú Hình 3.3 Zymogram protease tơm sú

Hình 3.4 Zymogram amilase tơm sú

Hình 3.5 Ảnh hưởng của pH tới độ thủy phân protein trong XTH tơm sú Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình thủy phân protein trong

XTH tơm sú

Hình 3.7 Đồ thị thành phần dinh dưỡng nguyên liệu động vật Hình 3.8 Đồ thị thành phần dinh dưỡng nguyên liệu thực vật Hình 3.9 Mức độ thủy phân protein nguyên liệu ở tơm sú Hình 3.10 Vịng phân giải tinh bột của amilase tơm sú

Hình 3.11 Thành phần dịch đạm thủy phân Hình 3.12 Thiết bị tạo viên kiểu trục vít

Hình 3.13 Bề mặt đáp ứng tỷ lệ lượng vitamin C Hình 3.14 Bề mặt đáp ứng tỷ lệ lượng vitamin C

Hình 3.15 Bề mặt đáp ứng hàm lượng protein tan của viên thức ăn Hình 3.16 Bề mặt đáp ứng hàm lượng protein tan của viên thức ăn Hình 3.17 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất thức ăn viên

Hình 3.18 Quy trình sản xuất thức ăn cĩ sử dụng dịch đạm thủy phân cá Hình 3.19 Các loại thức ăn viên nuơi tơm sú

Hình 3.20 Khả năng tiêu hĩa thức ăn của tơm sú Hình 3.21 Đồ thị tăng tưởng của tơm sú

Hình 3.22 Sơ đồ dây chuyền thiết bị sản xuất thức ăn cơng nghiệp Hình 3.23 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy nghiền mịn

Hình 3.24 Thiết bị trộn khơ và tải liệu Hình 3.25 Thiết bị trộn ẩm và hồ hĩa Hình 3.26 Thiết bị tạo viên kiểu ép vít Hình 3.27 Thiết bị ép viên kiểu con lăn Hình 3.28 Thiết bị tạo viên thức ăn

Hình 3.29 Thiết bị làm nguội đối lưu

Trang 5 43 44 48 49 60 61 62 63 65

65 75 77 82 87 95 109 119 119 120 120 125 125 128 132 135 138 139 140 140 141 142 142 143

MỞ ĐẦU

Thủy sản là ngành hàng có vị trí quan trọng trong nền kinh tế thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Đối với nước ta thủy sản đã có những bước phát triển khá nhanh và toàn diện về khai thác, nuôi trồng, chế biến và xuất khẩu Những bước tiến đáng kể là năng suất, chất lượng và sản lượng thủy sản ngày một tăng, đưa thủy sản trở thành ngành kinh tế mũi nhọn với tốc độ phát triển cao, quy mô ngày càng lớn và giá trị ngày càng tăng Từ năm 1990 đến nay tốc độ tăng trưởng bình quân của ngành thủy sản là 5%/năm về sản lượng, 17-18% về giá trị xuất khẩu, chiếm tỷ trọng 10-11% kim ngạch xuất khẩu cả nước Đặc biệt nuôi trồng thủy sản nước ta đã phát triển nhanh về diện tích lẫn sản lượng, đã chuyển từ thu hoạch thụ động sang thực sự đầu tư để khai thác, từ nuôi trồng đến chế biến xuất khẩu Nếu như năm 1980 nuơi trồng thủy sản chỉ đạt 160 ngàn tấn, năm 1990 đạt 307 ngàn tấn, thì năm 2000 nuôi trồng đạt 723 ngàn tấn, năm 2005 đạt sản lượng là 1.437 ngàn tấn kinh ngạch xuất khẩu đạt 2.650 triệu USD và năm 2008 sản lượng nuôi đạt trên hai triệu tấn kinh ngạch xuất khẩu đạt 3.850 triệu USD Trong đĩ cĩ thể nĩi tơm sú Việt Nam là đối tƣợng chủ lực trong nuơi, chế biến và xuất khẩu, chiếm trên 60% kinh ngạch xuất khẩu Vì vậy phát triển nghề nuơi tơm là nhiệm vụ chiến lƣợc hiện nay

Để phát triển nghề nuơi tơm bền vững thì phải đổi mới phương thức nuôi, theo hướng thâm canh, tăng năng suất, không ngừng nâng cao chất lượng thức ăn, hạ giá thành sản phẩm, đảm bảo vệ sinh và an toàn thực phẩm Nuôi theo phương pháp thâm canh năng suất cao là con đường phát triển nghề nuôi của hầu hết các nước Muốn đạt năng suất cao trong nuôi trồng thủy sản cần phải giải quyết các vấn đề cùng một lúc là: con giống, kỹ thuật nuôi, môi trường và thức ăn công nghiệp

Thức ăn là một yếu tố quan trọng trong sự phát triển đồng bộ nghề nuôi tơm, đảm bảo tính bền vững và hiệu quả nuôi Bởi vì tỷ trọng thức ăn trong giá thành sản

phẩm nuôi tơm chiếm khoảng 50 - 60% Nếu chất lượng thức ăn kém sẽ dẫn đến lãng phí lớn, tôm chậm phát triển gây ô nhiễm môi trường nước nuôi và là một trong những nguyên nhân gây bệnh cho tôm Thức ăn nuôi tôm phải là thức ăn hỗn hợp dạng viên sản xuất theo phương pháp công nghiệp có đủ và cân đối các thành phần dinh dưỡng giúp tơm phát triển tốt, ngồi ra thức ăn cơng nghiệp cịn giúp người nuơi tồn trữ và chủ động trong nuôi tôm

Thực trạng nuơi tơm trong những năm qua cho thấy người nuơi luơn đối mặt với tình trạng tơm chết, dịch bệnh và chậm lớn Trong đĩ cĩ thức ăn nuơi tơm chất lượng chưa cao, hệ số tiêu hĩa thấp, thức ăn tan nhanh trong nước, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường nuôi Để chế biến được thức ăn đáp ứng nhu cầu sinh trưởng của tôm sú cần nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng nhất là nghiên cứu hệ enzyme tiêu hoá của tôm làm cơ sở khoa học xây dựng khẩu phần thức ăn và các giải pháp nâng cao chất lượng thức ăn nuôi tôm là hết sức cần thiết Từ những vấn đề nêu trên chúng tôi tiến

hành đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm dinh dưỡng và hoàn thiện công nghệ sản xuất

thức ăn nuôi tôm sú.” nhằm nâng cao chất lượng, giảm tổn thất trong chế biến, tăng

độ bền trong nước, giảm hệ số thức ăn Đáp ứng yêu cầu chất lượng thức ăn công nghiệp nuôi tôm, nhằm phát triển nghề nuôi bền vững và hiệu quả Vì vậy nghiên cứu dinh dưỡng và hoàn thiện công nghệ sản xuất thức ăn cho tôm sú là cần thiết và cấp bách

Mục tiêu của luận án

Nghiên cứu đặc điểm tiêu hóa tôm sú và các điều kiện tối thích cho enzyme hoạt động nhằm xác định khả năng tiêu hóa của tôm sú Đồng thời tìm các giải pháp tối ưu trong chế biến để nâng cao hiệu quả việc sử dụng thức ăn, hoàn thiện công nghệ sản xuất thức ăn nuôi tôm trong điều kiện Việt Nam, đáp ứng yêu cầu thức ăn nuôi thủy sản

Nội dung nghiên cứu

1 Nghiên cứu đặc điểm dinh dưỡng, tiêu hĩa của tôm sú và các điều kiện ảnh

hưởng tới khả năng tiêu hóa của tôm sú (Penaeus monodon)

2 Khảo sát nguồn nguyên liệu dùng sản xuất thức ăn Đánh giá thành phần hĩa học và giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu, làm cơ sở cho việc xây dựng khẩu phần thức ăn nuơi tơm

3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng thức ăn và các giải pháp nâng cao chất lượng thức ăn nuôi tôm

4 Nghiên cứu cơng nghệ tạo viên và tối ưu hóa quá trình tạo viên 5 Đánh giá chất lượng thức ăn và ứng dụng kết quả vào sản xuất

Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, kết hợp nghiên cứu hĩa sinh cĩ sự hỗ trợ của cơng cụ tốn học và thuật tốn tối ưu để phát hiện các tính chất mới và mối quan hệ giữa các đại lượng, xử lý thống kê với sự hỗ trợ của phần mềm Microsoft Excel, lập trình Matlab V.7.01 và được kiểm chứng bằng thực tế

Đĩng gĩp mới về mặt khoa học của luận án

1 Lần đầu tại Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu enzyme trong xoang tiêu hóa nhằm đánh giá khả năng tiêu hóa của tơm sú Những kết quả này là tiền đề về cơ sở khoa học cho phép xây dựng một phương pháp nghiên cứu mới để xác định nhu cầu dinh

dưỡng vật nuơi thủy sản

2 Đã phát hiện thấy trong xoang tiêu hĩa ở tơm sú Việt Nam các enzyme amilase và enzyme thuộc nhĩm protease là trypsin, chymotrypsin Xác định được ảnh hưởng của tỷ lệ lysine và arginine tới khả năng tiêu hóa làm cơ sở khoa học cho việc hồn thiện chế độ dinh dưỡng tơm sú

3 Sử dụng phương pháp in vitro để đánh giá khả năng tiêu hóa của nguyên liệu, thức ăn giúp chọn được các loại nguyên liệu, thức ăn thích hợp Phương pháp này cho

phép rút ngắn quá trình thử nghiệm thức ăn, không phải bố trí quá nhiều thí nghiệm trên động vật nuôi

4 Đã nghiên cứu ứng dụng một số biện pháp cơng nghệ để nâng cao chất lượng nguyên liệu sử dụng trong sản xuất thức ăn tơm như xử lý đậu nành bằng nhiệt để chống chất kháng dinh dưỡng trypsin nâng cao độ thủy phân protein từ 13,68% lên 27,85% Sử dụng protease để thủy phân cá tạp vào thức ăn, làm tăng khả năng tiêu hĩa và độ bắt mồi của tơm sú

5 Tối ưu hóa thành phần dinh dưỡng để xây dựng khẩu phần thức ăn nuơi tơm, đảm bảo cân đối nhu cầu dinh dưỡng với giá thành thấp Đồng thời sử dụng tối ưu hóa đa mục tiêu (phương pháp vùng cấm) đối với công nghệ tạo viên nhằm lựa chọn phương án công nghệ giảm tổn thất trong chế biến, nâng cao chất lượng thức ăn

Ý nghĩa thực tiễn

- Đã xác định được các thành phần hĩa học cơ bản của tơm, các axit amin của tơm sú và khả năng tiêu hĩa thức ăn của tơm Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện chế độ dinh dưỡng tôm sú

- Xác định chế độ cơng nghệ, kết hợp mô hình toán học và các nghiên cứu thực nghiệm để giảm tổn thất trong chế biến, nâng cao chất lượng thức ăn

- Hoàn thiện công nghệ, sản xuất các loại thức ăn nuôi tôm và nuơi thực nghiệm cho kết quả tốt Góp phần chủ động nguồn thức ăn có chất lượng cao phục vụ nghề nuơi tơm sú cơng nghiệp

- Xây dựng được mô hình thiết bị sản xuất thức ăn nuôi tôm sú quy mô 1.000kg/h phù hợp với điều kiện sản xuất của Việt Nam

Bố cục của luận án: Luận án được trình bày 147 trang nội dung chính của luận án

được thể hiện các chương: Chương 1 Tổâng quan tài liệu; Chương 2 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu; Chương 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận; Phần cuối là Kết luận và đề xuất Ngồi ra luận án cĩ phụ lục 63 trang và 156 tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 GIỚI THIỆU VỀ TÔM SÚ (Penaeus monodon)

Tôm sú có giá trị kinh tế, đang được phát triển ở nhiều địa phương trong cả nước Nhu cầu thức ăn công nghiệp chất lượng cao để phát triển nuôi tôm sú là rất quan trọng và cần thiết Thức ăn là yếu tố quan trọng quyết định sự thành công nghề nuôi, nếu thức ăn chất lượng thấp, hệ số thức ăn cao, khả năng tiêu hoá thức ăn của tôm thấp, sẽ gây lãng phí và ô nhiễm môi trường nuôi Vì vậy để chế biến được thức ăn đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của tôm sú cần nghiên cứu khả năng tiêu hóa nhất là nghiên cứu hệ enzyme tiêu hoá của tôm sú với các giai đoạn phát triển làm cơ sở khoa học xây dựng công thức thức ăn và các giải pháp nâng cao chất lượng thức ăn nuôi tôm.

1.1.1 Tôm sú (Penaeus monodon) là loài ăn tạp thuộc nhóm động vật giáp xác

được xếp theo hệ thống phân loại của Holthuis (1980) và Barnes (1987)

Đặc điểm sinh trưởng Chu kỳ tăng trưởng của tôm sú (Penaeus monodon) thường

được chia thành các giai đoạn, từ trứng đến khi tôm trưởng thành, tôm trải qua nhiều

thời kỳ biến thái khác nhau (Nauplius, Zoea, Mysis, Post larvae và tôm trưởng thành)

[2],[10]

- Giai đoạn trứng và ấu trùng nauplius

Ở nhiệt độ 28 – 30oC, sau 13 – 14 giờ trứng nở ra ấu trùng Nauplius Quá trình biến thái của ấu trùng Nauplius trải qua 6 giai đoạn từ Nauplius N1 đến Nauplius N6

với thời gian trung bình 2 - 3 ngày, trong thời kỳ này do còn noãn hoàn nên ấu trùng Nauplius không có nhu cầu về thức ăn

- Giai đoạn ấu trùng Zoea

Ngày thứ 4 từ khi trứng nở, ấu trùng Nauplius chuyển sang giai đoạn Zoea Aáu trùng Zoea đã hình thành vỏ giáp đầu ngực, kích thước ấu trùng dài từ 0,9 -1,48 mm

Aáu trùng đã bắt đầu biết ăn nhưng chưa chủ động, thức ăn chủ yếu là các loại tảo đơn bào có kích thước nhỏ khoảng 10 m, gồm các giống: Skeletonema costatum, Chaetoceros sp, Perdium sp, navicula sp

- Giai đoạn ấu trùng Mysis

Sau 3 lần lột xác ấu trùng Zoea chuyển sang giai đoạn ấu trùng Mysis Cơ thể đã

phát triển thành dạng tôm con, có vỏ giáp đầu ngực, chuỳ, các chân ngực dạng hai nhánh, chân bụng đã nhú mọc, chân đuôi hình thành Kích thước trung bình là

2,46mm, thời kỳ ấu trùng Mysis dài khoảng 3 - 4 ngày Aáu trùng giai đoạn này ăn các loại tảo đơn bào và thức ăn động vật như: luân trùng Brachionus plicatilis, Copepode, giun nhiều tơ, Artemia

- Giai đoạn ấu trùng Post larvae

Giai đoạn Post larvae kéo dài 15 – 20 ngày, giai đoạn này ấu trùng Post larvae đã

hoàn chỉnh tôm con, bao gồm phần đầu ngực (Cephalothorax) gắn liền thành một khối có giáp cứng, phía lưng có mai thấm chất chitine che chở gọi là mai đầu ngực, phía mai kéo dài gọi là chùy, hai bên chùy là hai mắt kép và có hai mang thất ở hai bên mai đầu ngực, các đôi chân phụ phát triển dài ra gọi là râu, phần đầu ngực gồm

5 đốt đầu và 8 đốt ngực Phần bụng (Abdomen) gồm bảy đốt khớp với nhau, có bảy đôi chân bụng và phần cuối là đuôi dùng làm nhiệm vụ lái Lúc này ấu trùng Post larvae có độ dài từ 5 – 10 mm [82] Thức ăn chính là ấu trùng của Artemia, luân trùng Brachionus plicatilis, ấu trùng tôm, các loài giáp xác nhỏ, thực vật phù du: Chaetoceros sp, Spirulina, skeletonema

- Giai đoạn tôm trưởng thành

Sau giai đoạn Post larvae là giai đoạn tôm trưởng thành, kéo dài 3 – 4 tháng Khi

tơm đã trưởng thành khoảng 6 - 8 tháng tôm sẽ thành thục và có khả năng tham gia sinh sản Trong giai đoạn nuôi tôm sú từ PL15 (Post larvae15) đến giai đoạn trưởng thành, thức ăn là khâu quan trọng, quyết định sự tăng tưởng và phát triển của tôm vì vậy tôm đòi hỏi sự cân đối các thành phần dinh dưỡng để có khả năng tiêu hóa cao Trong luận án này chúng tôi tập trung nghiên cứu các giai đoạn phát triển của tôm sú PL15 đến tôm trưởng thành, nhằm tối ưu hóa các thành phần dinh dưỡng, xây dựng các công thức chế biến thức ăn cho các giai đoạn phát triển của tôm sú PL15 đến tôm trưởng thành Đồng thời tìm các giải pháp để nâng cao chất lượng, hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất thức ăn nuôi tôm

1.1.2 Cấu tạo và hoạt động của cơ quan tiêu hoá tôm sú [10][128]

Tôm sú (P monodon) là loài ăn tạp, giải phẫu hệ thống tiêu hĩa cho thấy ruột

tơm thẳng với 3 phần chính: ruột trước, ruột giữa, ruột sau Ruột trước và ruột sau cĩ phủ một lớp chitin Thực quản ngắn theo sau là dạ dày mà bao gồm 2 phần: phần gần tim và phần gần môn vị Phần dạ dày gần tim có chức năng là một máy xay tiết dịch vị, trong khi phần gần môn vị có chức năng co bóp và lọc Ruột giữa ngắn và cĩ những ống tiêu hĩa tiết dịch tiêu hĩa, đổ vào ruột giữa cịn cĩ một tuyến tiêu hĩa đặc biệt (tuyến ruột giữa) cĩ chức năng như gan và tụy của động vật bậc cao, dịch tiết của

tuyến tiêu hĩa này cịn cĩ khả năng tiêu hĩa protein, lipid, gluxit… ngồi ra cịn cĩ khả năng thực bào các mảnh vụn thức ăn khác

Sự tiêu hóa của các lồi tơm biển là sự kết hợp của quá trình cơ học và hĩa học Quá trình cơ học bao gồm nhu động, các chất trong ruột được đẩy tới nhờ sự nhu động, hoạt động của nhu động xảy ra trong thực quản, ruột giữa và ruột cuối Hoạt động chính của quá trình tiêu hĩa xảy ra tại ruột giữa, thức ăn sau khi được cắt sơ bộ bằng đơi chân hàm, một lần nữa được nghiền lại thành từng mảnh được đưa vào thực quản Việc nghiền thức ăn là một phần chức năng của bộ phận xay tiết dịch vị, bộ phận này bao gồm răng lẫn những phiến xương nhỏ có thể chuyển động Khi quá trình này kết thúc, thức ăn sẽ băng qua một hệ thống lọc phức tạp Những mảnh nghiền nhỏ sẽ đi trực tiếp qua một ống phễu vào ruột giữa theo hướng tiêu hóa hạt mịn, sau đó được thủy phân dưới tác động của các enzyme tiêu hóa

Điểm khác nhau chính yếu về tiêu hóa giữa giáp xác với động vật có xương sống là enzyme được tiết ra một phần trong dịch tiêu hóa, một phần trong nội tạng là hệ gan tụy, trong khi ở động vật có xương sống enzyme được tiết ra một phần còn lại là ở các tuyến khác

Hệ gan tụy tôm đóng vai trò trung tâm trong quá trình trao đổi chất Nĩ là nơi chứa glycogen, lipid, calcium và chứa enzyme cho các phản ứng trao đổi chất khác nhau Như vậy, hệ gan tụy của giáp xác có vai trò giống như gan của động vật có xương sống Chức năng tiết enzyme của nó thì ngang với chức năng tiết enzyme ở tuyến tụy động vật có xương sống Nĩ đĩng một vai trị quan trọng trong việc thẩm thấu chất dinh dưỡng thiết yếu mà ở động vật cĩ xương sống xảy ra ở ruột Để thực hiện tất cả các chức năng này, khối lượng của hệ gan tụy ở tôm thường lớn hơn nhiều so với các phần khác của bộ máy tiêu hóa, bao gồm ruột, dạ dày [128]

Hoạt động của hệ enzyme tiêu hóa phản ảnh thói quen ăn uống của thủy sinh vật và tương quan với khả năng chúng sử dụng những thành phần thức ăn Trong

xoang tiêu hĩa của tơm đã phát hiện thấy một số enzyme tiêu hĩa chủ yếu: proteolytic enzyme, cacboxypeptidase A và B, enzyme khơng đặc hiệu esterase, khơng tìm thấy họat tính pepsine và lipase (Jeckel 1990) [92] Theo Kanazawa [95] khi so sánh hoạt động của enzyme thủy phân casein và -amilase của các loại tơm: M rosenbergii, P monodon và P japonicus cho thấy nhu cầu các lồi khác nhau sử dụng thành phần thức

ăn khác nhau và nhu cầu protein trong thức ăn là: 35, 40 - 60, 52 - 55% Khi nghiên

cứu ở lồi tơm P penicillatus có hệ enzyme thủy phân casein và -amylase cùng hoạt động mạnh, cho thấy loài giáp xác này sử dụng cả protein lẫn tinh bột đều hiệu

quả Tuy nhiên hoạt động của enzyme thủy phân casein ở tơm M rosenbergii thấp

hơn so với tơm biển

Mặt khác nghiên cứu của Akiyama [53], Dimes [71], Ezquerra [76], Lazo [102], cho thấy các protease như trypsin, carboxypeptidases và aminopeptidase đều được tìm thấy ở bộ máy tiêu hóa vài loài giáp xác Cũng giống như các loài động vật không xương sống, giáp xác cũng không có pepsine Theo nghiên cứu của Lemos [103] cho thấy hoạt tính protease họat động mạnh ở trong vùng pH từ 7 – 8,5 nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của enzyme protease trong vùng 250C Việc nghiên cứu họat tính enzyme và các điều kiện hoạt động của các enzyme trong bộ máy tiêu hĩa tơm nhằm giúp các nhà sản xuất chế tạo được những loại thức ăn tổng hợp cĩ đủ các thành phần dinh dưỡng, phù hợp kích thước và đặc tính bắt mồi của tơm

1.1.3 Vai trò của các chất dinh dưỡng đối với tôm sú

a) Vai trò của protein và axit amin

Protein là thành phần chính đóng vai trò trung tâm trong cấu trúc của cơ thể sống, protein tạo thành từ các chuỗi peptit Peptit là hợp chất chứa từ 2-50 gốc axit amin liên kết với nhau bởi các liên kết peptit Axit amin là hợp chất hữu cơ, phân tử chứa đồng thời nhĩm amino (NH3) và nhĩm carboxyl (COOH) Nhu cầu protein trong thức ăn nuôi tôm nhìn chung cao hơn nhiều so với các loại gia súc, gia cầm và thủy

sản nước ngọt khác Tuy nhiên nhu cầu sử dụng protein còn phụ thuộc giống, loài và các giai đoạn phát triển Tốc độ tăng trưởng của tôm không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng protein mà còn phụ thuộc vào tính chất và tỷ lệ các axit amin có trong loại protein đó Nhu cầu protein của tôm biển khoảng 35 - 50% trong khi đó tôm nước ngọt chỉ khoảng 20 - 35% [128] Đối với những loại protein có nguồn gốc khác nhau và phương pháp chế biến khác nhau cũng cho tỷ lệ tiêu hóa khác nhau

b) Vai trò của lipid

Lipid là nguồn năng lượng quan trọng cung cấp hoạt động sống của tơm và axit béo cần thiết cho sự tăng trưởng thường ngày của tôm Lipid cũng là phương tiện cho sự thẩm thấu các vitamin tan trong chất béo và sterol Cholesterol thêm vào thức ăn chứa lipid tự do được hấp thu không đáng kể [70], sự có mặt của lipid đánh dấu sự cải thiện độ thẩm thấu cholesterol và đồng thời tăng sự đồng hóa hiệu quả Lipid đặc biệt là photpholipids và ester sterol đóng một vai trò rất quan trọng trong cấu trúc của các hợp chất sinh học ở cả mức độ tế bào lẫn dưới tế bào Tôm sú cũng như các loài giáp xác, không chịu đựng được hàm lượng lipid cao quá trong khẩu phần, hàm lượng lipid cao gây cản trở việc sử dụng thức ăn và giảm tính hấp dẫn bắt mồi của tôm Trong lipid thì thành phần các axit béo không no trong thức ăn mới là nhân tố quyết định giá trị sử dụng của thức ăn tôm [138]

c) Vai trò của vitamin

Ở tôm vitamin tham gia quá trình đồng hóa các chất dinh dưỡng, quá trình lột xác và lớn lên Khả năng sinh tổng hợp vitamin ở tôm rất hạn chế không đủ cung cấp nhu cầu cho sinh vật chủ Phần lớn các vitamin không được tổng hợp trong cơ thể mà phải lấy từ thức ăn Nhìn chung nhóm vitamin B, C, E rất cần thiết trong khẩu phần thức ăn tôm và các loài giáp xác khác, vitamin B tham gia quá trình trao đổi điện tử trong ty thể và một số quá trình oxy hóa trong mạng lưới nội chất, vitamin E có ảnh hưởng lớn tới các hoạt động sinh sản và tham gia vào quá trình

oxy hyóa khử, giảm bớt nhu cầu oxy của cơ bắp, nhu cầu vitamine E trong thức ăn tôm khoảng 200mg/kg Axit ascorbic (vitamin C) là yếu tố kép trong chu trình hydroxyl chuyển proline thành hydroxylproline, tiền thân của collagen Như vậy, sự thiếu hụt axit ascorbic gây ra sự suy yếu quá trình trao đổi collagen Vitamin C rất cần thiết cho nhiều loài tơm, cá [53] [118]

e) Vai trò của chất khoáng

Cho đến nay nhu cầu về chất khoáng trong thức ăn nuôi tôm vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu sâu Hiện tại người ta xác định có bảy nguyên tố khoáng đa lượng và mười năm nguyên tố vi lượng giữ một vai trò sinh lý cần thiết cho sự dinh dưỡng trên hầu hết động vật Riêng đối với cá và tôm chỉ xác định nhu cầu khoáng của bốn nguyên tố đa lượng (Ca, P, K, Mg) và bảy nguyên tố vi lượng (Fe, Zn, Cu, Mn, I, Co, Se) [21] Việc bổ sung khoáng trong thành phần thức ăn nuôi tôm phải tính đến hàm lượng các chất khoáng có trong môi trường nuôi vì tôm có khả năng hấp thu trực tiếp các chất khoáng vào cơ thể bằng con đường thẩm thấu qua màng

1.2 NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DINH DƯỠNG 1.2.1 Tình hình nghiên cứu về dinh dưỡng trên thế giới

Việc nghiên cứu và sử dụng thức ăn chế tạo sẵn để nuôi các loài thủy sản đã có từ đầu những năm 1950, khi vấn đề chăn nuôi gia súc gia cầm thế giới đã ở vào thời kỳ phát triển công nghiệp mạnh Song việc nghiên cứu bắt đầu đi vào chiều sâu từ thập niên 70 khi một số nước Bắc Aâu, Tây Đại Tây Dương và Nam Thái Bình Dương có nghề nuôi cá nội địa ở đây phát triển mạnh và mang lại kết quả bất ngờ Về nhu cầu dinh dưỡng các đối tượng nuôi để sản xuất thức ăn, nhiều nước đã nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng của các đối tượng nuôi theo từng lứa tuổi, nghiên cứu sử dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền và các biện pháp xử lý nguyên liệu (thủy phân, lên men, tinh chế) để nâng cao chất lượng và khả năng hấp thu tiêu hóa nguyên liệu, tận

dụng nguồn phế phụ phẩm từ nhà máy chế biến lương thực thực phẩm Ngoài ra còn có nhiều công trình nghiên cứu về sử dụng các chất bổ sung giúp chuyển hóa thức ăn Khi nghiên cứu hệ enzyme tiêu hóa của các loài tôm khác nhau (tôm thẻ, tơm he, tôm càng xanh) người ta nhận thấy nó liên quan chặt chẽ với nhu cầu các thành phần dinh dưỡng trong thức ăn [53], [101] cũng trên cơ sở nghiên cứu hoạt tính tiêu hóa (-amilase, lipase, chitinase, protease và các caseinnolytics) có kết luận là hoạt tính enzyme phản ánh tập tính ăn của động vật dưới nước liên quan đến khả năng sử dụng các nguồn thức ăn, cụ thể là hoạt tính của enzyme nào tăng thì nhu cầu về đối chất đó trong thức ăn cũng tăng

Vì vậy nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng của một loài động vật là rất phức tạp, nhất là nghiên cứu đặc điểm sinh học, nhu cầu dinh dưỡng và thức ăn động vật thủy sản lại càng phức tạp hơn, đòi hỏi nhiều khoa học cùng thực hiện một lúc Nghiên cứu thành phần dinh dưỡng của nguyên liệu, hoạt tính enzyme tiêu hoá, nhu cầu dinh dưỡng của các đối tượng nuôi, xác định hệ số tiêu hoá thức ăn, các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng tiêu hoá và các giải pháp nâng cao chất lượng thức ăn nuôi thủy sản luôn là vấn đề bức thiết, được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu Hàng loạt công trình nghiên cứu về đặc điểm, thành phần hoạt tính enzyme tiêu hoá được tiến hành trên nhiều đối tượng thủy sản khác nhau: cá hồi của Dimes L.E [71], Torrissen K.R

[148], Tôm P vannamei của LeMoullac G [106]; Ezquerra J.M [76]; Garcia Carreno [84] Lazo J P [102]; Tôm P japonicus của Galgani F [80], Muramoto, K, [118]; cá

rô phi, cá da trơn của Elsaidy D [74], Hara S [88], Stewart Anderson [141]; nghiên cứu về tơm sú cĩ Akiyama [53], Millamena [116], Phillip [128], Williams [156].v.v Nhƣ vậy nghiên cứu dinh dƣỡng trên thế giới tập trung vào đối tƣợng cá hồi, cá da trơn, cá rơ phi, đốivới giáp xác các nghiên cứu tập trung về tơm he, tơm thẻ, tôm càng xanh, tơm sú và thẻ chân trắng Hầu hết công thức thức ăn nuơi tôm Đài Loan được

dựa trên nhu cầu dinh dưỡng của tôm P japonicus, nó được nghiên cứu bởi những

nhà nghiên cứu Nhật Bản Những nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng của tôm sú tại Việt nam chưa cĩ cơng trình nào được cơng bố

Nhiều phương pháp phân tích mới dựa trên các kỹ thuật tiên tiến được phát triển: phương pháp điện di cơ chất SDS-PAGE phát hiện các thành phần có hoạt tính enzyme của Garcia Carreno [84]; Lemos D [105]; Torrissen [149] Phương pháp xác định độ thủy phân bằng TNBS được ứng dụng nhiều trong nghiên cứu tiêu hoá in vitro đối với nhiều loại thức ăn cho động vật trên cạn [52] Phương pháp pH-stat xác định tiêu hoá nguyên liệu in vitro ở tôm thẻ chân trắng [84] Phương pháp in vitro sử dụng enzyme hệ tiêu hoá để xác định nhanh khả năng tiêu hĩa thủy phân protein của nguyên liệu, thức ăn là phương pháp giúp lựa chọn nguyên liệu, đánh giá được chất lượng thức ăn ở phịng thí nghiệm giúp cải tiến nhanh chất lượng thức ăn Tùy theo giống loài, lứa tuổi khác nhau mà số lượng thành phần hoạt tính của các loại enzyme thay đổi khác nhau Các nghiên cứu về hệ enzyme tiêu hoá ở cá cho thấy ở nhóm cá có dạ dày thì quá trình tiêu hoá protein bắt đầu từ khi thức ăn vào dạ dày, tuyến dạ dày tiết enzyme pepsin có pH từ 2,2 - 4, các protein được cắt thành các peptit nhỏ hơn, tiếp theo là quá trình tiêu hoá ở ruột, các enzyme protease kiềm pH từ 7-10 do các tuyến tụy, manh tràng tiết ra Đối với các loài cá ăn thịt và các protease do manh tràng tiết ra là các enzyme trypsin và chymotrypsin có vai trò quan trọng trong tiêu hoá Hoạt tính protease ở manh tràng cá hồi, cá vược có thể chiếm tới 50% tổng hoạt tính enzyme protease, tiếp theo dạ dày 30%, ruột 20% [147] Ở một số loài cá ăn tạp (rô phi, cá da trơn) protease kiềm ở tuyến tụy hoặc tuyến ruột tiết ra và hoạt tính phụ thuộc vào thời gian sau khi cho ăn

Các kết quả nghiên cứu điều kiện tối ưu cho hoạt động của các enzyme tiêu hoá như pH, nhiệt độ, thời gian sẽ giúp cho việc xác định điều kiện mơi trường nuơi, thời gian sử dụng thức ăn

Các axit amin không thay thế trong khẩu phần thức ăn có ảnh hưởng đến quá trình tiêu hoá và hấp thu thức ăn Mỗi đối tượng khác nhau chịu ảnh hưởng của một số loại axit amin khác nhau theo Kanazawa [95] và Lemos [105]: với tôm quan trọng là tỷ lệ lysine/arginine, với cá isoleucine/luecine, đây là các axit amin có tính chất cạnh tranh đối kháng, nếu mất cân đối trong khẩu phần sẽ ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của vật nuôi Theo Millamena, 1988 [116] khi tỷ lệ lysine/arginine có tỷ lệ 1/1 sẽ cho tốc độ tăng trưởng của tôm cao

1.2.2 Nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng Tôm

- Nhu cầu protein và axit amin: Protein cần thiết cho tăng trưởng khi không đủ

năng lượng được cung cấp từ lipid và carbohydrate, thì cơ thể sử dụng protein để cung cấp nhu cầu năng lượng cần thiết cho sự phát triển cơ thể Ấu trùng tơm đòi hỏi khẩu phần chứa protein cao như tảo và artemia để cung cấp năng lƣợng và tăng trưởng Akiyama [53], Millamena [116] phát hiện rằng khẩu phần thức ăn tơm giống cần khoảng 40% protein Đối với tôm bố mẹ thì nhu cầu thành phần protein trong khẩu phần chứa 50% protein dường như là cần thiết Trong một nghiên cứu của Bautista cho thấy, hàm lượng protein 40 – 50% mang tốc độ tăng trưởng nhanh và tỷ lệ sống cao với sự hiện diện 20% carbohydrate và 5 – 10% lipid thì tốc độ tăng nhanh và tỉ lệ sống cao Shi-Yen Shiau [137] tìm ra rằng 55% protein với 15% carbohydrate trong thức ăn nuôi tơm thịt thì tốc độ tăng trưởng nhanh nhất Tuy nhiên, khi hàm lượng carbohydrate tăng tới 25%, khẩu phần 45% protein có thể mang lại kết quả có thể so sánh được với khẩu phần chứa 55% protein Ezquerra J,M [76] thí nghiệm khả năng tiêu hóa protein bằng phương pháp in vitro đánh giá sự tăng trưởng của tôm thẻ chân trắng với 6 công thức thức ăn có hàm lượng protein khác nhau (30-41%), kết quả cho thấy trong khẩu phần thức ăn cĩ hàm lƣợng protein 35% cho khả năng tiêu hóa của tơm thẻ chân trắng tốt nhất

Các kết quả phân tích axit amin của Kanazawa[95] và Teshima[145] trên tôm

Penaeid và tôm he Nhật P japonicus cho thấy hàm lượng 10 loại axit amin thiết yếu

của 2 loại tôm này gần tương đương nhau Coloso và Cruz, 1980 bằng phương pháp đánh dấu đồng vị (C14) nhận thấy Penaeus monodon không thể tổng hợp arginine,

histidine, isoleucine, leucine, methionine, phenylalanine, valine, threonine và tryptophan Các axit amin thiết yếu này được phối chế trong thức ăn đã cho kết quả tăng trưởng và tỉ lệ sống tốt trên tôm sú thí nghiệm các nguồn gốc protein khác nhau (casein, gelatin và thịt tôm được khử béo) trong khẩu phần 55% protein, cho thấy nghiệm thức có thành phần axit amin giống như axit amin trong tôm lứa cho phần trăm tăng trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn cao nhất Akiyama 1992 sử dụng các axit amin tinh khiết đã xác định nhu cầu đối với protein trong khẩu phần thức ăn tôm biển với tỷ lệ là: histidine (2,2%), isoleucine (2,7%), leucine (4,3%), phenylalamine (3,7%) và tryptophan (0,5%) và valine (3,4%) Còn đối với tôm thịt nhu cầu của các axit amin thiết yếu là: agrinine (5,3%), histidine (2,1%), isoleucine (3,5%), leucine (4,2%), lysine (5,2%), methionine (2,4%) hay methionine+cystine (3,5%), threonine (3,5%), valine (3,4%) Mặt khác Galgani [80] lại đề nghị nhu cầu L-methionine tối thiểu là 1,64% trong khẩu phần thức ăn chung cho tôm Theo Akiyama [53] tiêu hoá protein và axit amin của một số nguyên liệu trên tôm biển và cá da trơn đƣợc nêu trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Độ tiêu hoá protein và axit amin ở tôm biển và cá da trơn (%)

( Akiyama et al, 1991)

Thành phần Prot Arg Lys Leu Ile Thr Val His Phe

Tơm biển

Đậu nành 89,9 91,4 91,5 88,4 90,2 89,3 87,9 86,3 89,6 Bột cá 80,7 81,0 83,1 80,7 80,4 80,6 79,4 79,0 71,1 Bột mực 79,7 79,4 78,6 79,4 77,2 79,7 79,3 73,6 74,1 Bột tôm 74,6 81,8 85,7 82,1 81,6 83,7 79,0 75,4 75,6

Cá da trơn

Bột cá 87,0 90,9 86,4 89,1 87,2 87,6 87,0 84,8 87,4 Đậu nành 77,0 96,7 94,0 83,5 79,8 81,9 78,7 87,9 84,4 Bột đậu phộng 74,0 97,8 94,4 95,2 93,2 93,1 93,1 89,5 96,1

Alava và Pascual [56] sử dụng bột mực, bột cá, bột tôm, casein và bột đậu nành là nguồn protein quan trọng trong các thí nghiệm với hàm lượng protein từ 25 – 60% sẽ cho tốc độ tăng trưởng nhanh Khi so sánh với các khẩu phần 30%, 35%, 40% và 45% Pascual (1987) nhận thấy tăng trưởng tôm sú đạt kết quả tốt với khẩu phần 40% protein được phối chế từ các nguồn nguyên liệu rẻ tiền nhƣ: bột đầu tôm, bột cá, bột đậu nành, bột trùn đất và bột mực Một số nghiên cứu khác cho thấy trong thức ăn sử dụng các nguồn protein khác nhau sẽ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của tôm nuôi cũng như tính hiệu quả của thức ăn công nghiệp Theo Gerard Cuzon (1997) do tôm sống trong môi trường nước nên năng lượng cần ít hơn so với động vật trên cạn, năng

lượng cần thiết cho tôm Penaeus monodon thường là 2.850 – 3.700kcal/kg, năng

lượng được lấy từ thức ăn dựa trên protein, carbonhydrate và chất béo trong thức ăn [82] Theo Alava và Pasual (1987) tăng trưởng, tỉ lệ sống cao khi trong khẩu phần cĩ: 40 - 50% protein, 5 - 10% lipid và trên 20% carbohydrate [56]

- Nhu cầu lipid và axit béo

Lipid hoặc axit béo cần thiết ngoài giá trị năng lượng, chúng còn có vai trò quan trọng trong dinh dưỡng vì nó tham gia cấu trúc màng tế bào, đồng thời vận chuyển những chất hòa tan trong lipid như các vitamin A, D, E, K, Theo Sargent [134] với ấu trùng tôm thì PUFA có vai trò quan trọng cho độ lớn và thúc đẩy quá trình biến hình Do khả năng sinh tổng hợp PUFA của tôm hạn chế, những axit béo cần thiết phải được cung cấp trong thức ăn để đảm bảo sự sống và phát triển Theo Teshima [144] thành phần axit béo của ấu trùng tôm nói chung liên quan đến hàm lượng axit béo của thức ăn, axit béo cần thiết cho sự tăng trưởng của tôm, sự có mặt của lipid đánh dấu sự cải thiện độ thẩm thấu cholesterol và làm cho sự đồng hóa hiệu quả hơn Lipid đặc biệt là phospholipids và ester sterol đóng vai trò rất quan trọng trong cấu trúc của các hợp chất sinh học ở cả mức độ tế bào lẫn dưới tế bào Bassompierre

[58] cũng chỉ ra là hàm lượng 10% lipid trong thức ăn thì việc bảo đảm sự sống và tốc độ tăng trưởng nhanh

Chim P, Delaporte M và các đồng sự [66] cho tôm sử dụng các loại axit béo với các hàm lượng khác nhau trên tôm cĩ trọng lượng (0,2 – 0,5 g) trong 35 ngày, tỉ lệ các axit béo trung tính và axit béo không no được phân tích và cho kết quả polyenoic axit (20:4 n-6; 20:5 n-3; 22:6 n-3) cao sẽ làm tôm tăng trưởng tốt Sargent và ctv

[134] cho thấy không có sự khác biệt trong tăng trưởng tôm sú Penaeus monodon với

khẩu phần sử dụng từ 4 -11% dầu gan cá trích kết hợp với dầu bắp Theo Teshima và Kamazawa (1984) tăng trưởng tơm sú nhanh trong 26 nghiệm thức thí nghiệm khi trong thành phần axit béo có 14% linoleic và 21% linolenic và đặc biệt sự cần thiết

của n-3 PUFA cho sự tăng trưởng và sống của giai đoạn ấu trùng tôm P Japonicus

Hàm lượng cholesterol tổng cộng khoảng 1% sẽ kích thích tăng trưởng nhanh nhất, hệ số chuyển đổi thức ăn, hiệu quả sử dụng protein và tỉ lệ sống cao, đồng thời duy trì hàm lượng cholesterol ổn định trong cơ thể tôm ở các giai đoạn nuôi khác

nhau và giúp tôm Postlarvae chịu được sự thay đổi độ mặn đột ngột Tuy nhiên, thức

ăn đối chứng cũng chứa đựng một hàm lượng cholesterol nhất định nên khẩu phần bổ sung 1% cholesterol cần được xác định hàm lượng chính xác[145] Theo Uzogara [153] thì hàm lượng cholesterol 0,6-1% trong khẩu phần thức ăn chứa 6% dầu gan cá và đậu nành tỷ lệ 3:1 là cần thiết cho tôm tăng trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn Sargent và ctv [134] kết luận không có sự khác biệt trong tăng trưởng khi cho tôm sú ăn thức ăn có chứa cholesterol 0,2% - 0,8% và hàm lượng này càng cao thì khả năng tăng trưởng của tôm càng giảm Nhu cầu cholesterol trên tôm sú bố mẹ là 75mg/kg cơ thể/ngày và nhu cầu trong khẩu phần thức ăn là 1,7g/kg thức ăn Sự kết hợp giữa cholesterol (0,41 – 0,47%) và phospholipid (0,75 – 1,46%) trong khẩu phần thí nghiệm của Jeckel và ctv [92] cho thấy: tỉ lệ hấp thu, tốc độ tăng trưởng và tỉ lệ sống tốt nhất đối với tôm sú giống

Lecithin với hàm lượng 3% trong khẩu phần chứa 62% phospholipid, phosphatidyl choline, phosphatidyl inositol và phosphatidyl ethanolamine được chứng minh là cần thiết cho nuôi tôm Hàm lượng lecithin từ dầu đậu nành với hàm lượng 4% cho tôm tăng trưởng và tỉ lệ sống cao hơn so với 4,6% [95] Tỷ lệ tăng trọng và hiệu quả sử dụng thức ăn giảm, khi tăng hàm lượng này vượt quá 4% trong khẩu phần thức ăn Teshima và ctv (1984) cũng cho biết hàm lượng 4% lecithin trong khẩu phần thức ăn tôm bố mẹ là cần thiết cho sinh sản và tỉ lệ nở của trứng Khi nghiên cứu ảnh hưởng phospholipid đối với khả năng tiêu hóa lipid trung tính trên tôm sú, kết quả cho thấy phospholipid cải thiện khả năng tiêu hóa lipid trung tính tăng đáng kể với hàm lượng 27g/kg thức ăn [145]

Thành phần các axit béo trong cơ thể tôm liên quan đến khẩu phần thức ăn của chúng trong tự nhiên cũng như trong nuôi thí nghiệm, tôm tăng trưởng tốt khi hàm lượng C20:5n-3 và C22:6n-3 cao hơn C18:2n-6 hay C18:2n-3 và tôm sú có thể chuyển đổi C18:2n-6 sang C20:4n-6 Kanazawa (1991) kết luận C22:6n-3 giúp tôm tăng trưởng tốt hơn C20:5n-3 và trong cùng một nhóm carbons thì C20:5n-3 cho kết quả tốt hơn C20:4n-6 Sự tương tác giữa n-3 và n-6 là yếu tố quan trọng cho dinh dưỡng axit béo của tôm Nghiên cứu khả năng tiêu hóa của lipid và các axit béo cho thấy rằng tôm tiêu hóa các axit béo bão hòa, chuỗi càng dài thì càng kém, ngược lại với các axit béo không no thì khả năng tiêu hóa cao nhất là C20:5n-3 và C22:6n-3 Việc bổ sung axit arachidonic vào khẩu phần khi axit béo đã thích hợp thì không cải thiện tăng trưởng của tôm, điều này có thể do sự cân bằng n-3 và n-6 trong thức ăn đã bảo hòa Nghiên cứu nhu cầu axit eicosapetaenoic (C20:5n-3) và axít docosahexaenoid (C22:6n-3) trong khẩu phần thức ăn tôm sú chứa 7,5% lipid, kết quả cho thấy tôm tăng trưởng tốt khi có sự kết hợp giữa hai khẩu phần nói trên và sự tăng tưởng tốt nhất ở tỉ lệ mỗi thành phần là 4% tổng số axit béo [95],[145]

Các axit béo trong trứng, trong hệ tụy tạng và cơ đuôi của tôm sú bố mẹ chủ yếu chứa axit béo không bão hịa mạch dài: axit arachidonic (20:4n6), axit eicosapentaenoic (20:5n-3) và axit docosahexaenoic (22:6n-3) [106] Nhiều loại lipid cần thiết cho tôm như cholesterol với hàm lượng khoảng 1% là giúp tơm tăng trưởng nhanh, khi đó độ chuyển hóa thức ăn nhanh và hiệu quả sử dụng protein cao

- Nhu cầu Carbohydrate

Carbohydrate trong thức ăn tôm không chỉ hữu dụng vì giá trị năng lượng và chức năng tiết kiệm protein mà còn do tính chất kết dính của chúng [54] Giữa những loại carbohydrate được nghiên cứu là sucrose, dextrin, maltose, mật rỉ đường, bột sắn, tinh bột bắp, bột cọ, trehalose, glucose thì sucrose và bột cọ ở tỷ lệ 10% trong thức ăn cho kết quả tỷ lệ sống của tôm cao hơn những loại carbohydrate khác được thử nghiệm ở cùng hàm lượng Trong một nghiên cứu khác của Alava và Pascual cho thấy sucrose và trehalose tiêu hóa tốt hơn glucose Ơû tỷ lệ 20% trong thức ăn, glucose đường đơn giản, sẽ dễ dàng được đồng hóa và duy trì trong hemolymph

trong thời gian 24h và như vậy có hại cho tôm P Japonicus[137]

Cahu và Infante [64] cho rằng các đường đơn được hệ tiêu hóa hấp thu nhanh chóng vào máu và tăng hàm lượng đường glucose trong máu và gia tăng tỉ lệ tử vong của tôm trong điều kiện thí nghiệm Shi-Yen Shiau [137] nghiên cứu khả năng sử dụng các nguồn carbohydrate (glucose, dextrin và starch) và khả năng kết hợp với protein trong khẩu phần thức ăn sẽ làm ảnh hưởng đến sự tăng trưởng, việc bắt mồi và sử dụng thức ăn, cũng như tỷ lệ sống tôm sú giống Nhu cầu protein sẽ thấp hơn nếu như có sự hiện diện của tinh bột Nhu cầu carbohydarate trong tôm phải thấp hơn 35% khẩu phần nếu nguồn carbohydrate sử dụng là bột mì

Marc Cousin 1996 [113] phát hiện carbohydrate thực vật hiện diện với hàm

lượng thấp trong tôm P.vannamei và P.stylrotris và glycogen trong tôm có thể được

lấy từ thức ăn Mặt khác khi nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng protein và tinh

bột đối với tốc độ tăng trưởng và tỷ lệ sống của tôm giống P monodon được nuôi

bằng thức ăn chứa 10% lipid, hàm lượng protein ở mức 25, 35, 45, 55%; hàm lượng tinh bột ở mức 10, 20, 30, 40% kết quả cho thấy tốc độ tăng trưởng của tôm không bị ảnh hưởng bởi hàm lượng tinh bột trong thức ăn nhưng lại liên quan với hàm lượng protein Tỷ lệ sống của tôm cũng liên quan đến tỷ lệ protein/tinh bột trong thức ăn

- Nhu cầu Vitamin

Vitamin cần thiết cho các quá trình hoạt động sinh lý bình thường của cơ thể Vitamin B cần thiết cho sự tiêu thụ hiệu quả protein, carbohydrate, chất béo trong khi vitamin A và C quan trọng trong việc xây dựng hệ miễn dịch Vitamin D cùng với khoáng là calcium, phosphorus cần thiết cho sự hình thành của exoskeleton hoặc tế bào Tất cả những chất này mặc dù rất cần thiết nhưng với hàm lượng nhỏ là đủ cho việc tiêu hoá hiệu quả thức ăn của tôm Như vậy, vitamin đòi hỏi phải có trong thức ăn với đầy đủ các hàm lượng thích hợp Tuy nhiên cho đến nay, những nghiên cứu về tác dụng của vitamin đối với sự phát triển tôm sú chỉ mới ở bước đầu

Choline chloride hỗ trợ quá trình phân giải và hấp thu lipid của tôm sú, làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn và chúng có mối tương quan với hàm lượng lipid trong thức ăn Tuy nhiên theo Shiau Shi Yen [137] thì chưa xác định các thành phần nào trong lipid chịu sự hỗ trợ của choline chloride Kết quả nghiên cứu cho thấy là ở khẩu phần thức ăn 5% lipid thì sự kết hợp hiệu quả nhất của choline là 0,64 g/kg thức ăn; tương tự đối với khẩu phần 10% lipid là 0,78g/kg thức ăn Theo Shiau và Yuhung (2001) choline giúp gia tăng hiệu quả sử dụng protein ở khẩu phần thích hợp là 0,62g/kg thức ăn Mặt khác theo Shiau thì Biotin kích thích sự tăng trưởng và hàm lượng tối thiểu đối với nhu cầu của tôm sú là 2,0-2,4 mg/kg thức ăn [137]

Vitamin C (axit L-ascorbic) với hàm lượng cân bằng hoặc cao hơn cho thấy tôm sú tăng trưởng nhanh, hiệu quả sự dụng thức ăn và tỉ lệ sống cao hơn so với các hợp chất của chúng Trong các hợp chất của ascorbic thì C2PP, C2MP-Na trong thức ăn thử nghiệm cho thấy tôm tăng trưởng, hiệu quả sử dụng thức ăn và hệ miễn dịch cao hơn các hợp chất khác [53] Tuy nhiên trong thí nghiệm của Shiau [137] cho thấy sử dụng 1000mg ascorbic-2-polyphosphate/kg thức ăn giúp tôm sú tăng trưởng tốt hơn so với 500mg/kg thức ăn, nhưng hàm lượng ascorbic trong gan và huyết thanh (haemolymphatic) luôn thấp hơn so với mức bão hòa Như vậy có thể nhu cầu axit ascorbic trong tơm cĩ thể cịn cao hơn Trong khi đó thí nghiệm của Deshimaru [70] cho rằng 16,2mg C2MP-Na/kg hay 144,2mg C2MP-Mg/kg cho vào thức ăn sẽ thoả mãn sự tích lũy trong gan tụy tôm sú Vitamin C giúp giảm được hàm lượng đồng và sắt trong gan tụy và cơ, khi tôm được bổ sung vitamin C với hàm lượng thích hợp thì gia tăng tỷ lệ sự sống và tăng tưởng [137] Shiau và Huang (2001) xác định nhu cầu axit folic trên tôm sú và chỉ ra rằng nồng độ hợp lý trong khẩu phần để kích thích tăng trưởng là 1,9 – 2,1 mg/kg thức ăn

Vitamin E ((DL-alpha-tocopheryl acetate) chỉ tồn tại trong các tổ chức cơ và gan tôm sú khi khẩu phần thức ăn có chứa chúng Vitamin K cần cho nhu cầu của tôm sú là 30-40mg/kg thức ăn [128] Tổng hợp nghiên cứu [53],[70],[143] nhu cầu vitamin trong thức ăn nuôi tôm được thể hiện trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Nhu cầu vitamin trong thức ăn tơm Thành phần Akiyama

1992

Conklin 1997

Lemo 2000

Tacon và Conklin1999

Roche 2000

- Nhu cầu chất khoáng

Về mặt dinh dưỡng các nguyên tố kim loại chỉ chiếm một lượng rất nhỏ nhưng vai trò của chúng trong cơ thể rất quan trọng Các khoáng chất có vai trò quan trong trong quá trình tạo hình, trong việc hình thành và kiến tạo nên các tổ chức cơ thể, chẳng hạn như Ca là hợp phần cấu trúc chính có ý nghĩa rất lớn tạo nên vỏ giáp xác, các kim loại cũng có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc không gian và hoạt tính sinh học của protein, axit nucleic, hoocmon và đặc biệt là enzyme, chẳng hạn vai trò của kẽm có vai trò quan trọng trong việc hình thành hoạt động của hóc môn isulin, đồng tham gia cấu trúc của ascorbioxydaza Ngoài ra các khoáng chất còn duy trì cân bằng axit kiềm ở trong mô cơ và tế bào, trong dịch gian bào, tạo nên áp suất thẩm thấu cần thiết để tiến hành các quá trình chuyển hóa [70] Các chất khồng cịn có mối quan hệ hữu cơ về cấu trúc và điều hòa các hoạt động sống, khi nghiên cứu mối tương quan giữa hàm lượng calcium và phosphorus đối với sự tăng trưởng tôm sú

(P.monodon) ở 10 nghiệm thức với 5 mức độ bổ sung phosphorus (0,0; 0,5; 1,0; 1,5 và

2,0%) kết hợp với ba mức độ calcium (0,0; 1,0 và 1,5%), đã có kết quả cho thấy nhu cầu chất khống trong tơm thường chiếm tỷ lệ 10 - 12% trong đĩ lượng calcium cĩ tỷ lệ 1,0 - 2,3% và phosphorus chiếm tỷ lệ 1,0 - 1,5% so với khẩu phần thức ăn, tỷ lệ Ca/P = 1 - 1,5 sẽ cho tăng trọng tốt [70] Và theo Deshimaru nhu cầu trong khẩu phần thức ăn đối với tôm biển cần hàm lượng calcium tối thiểu là 0,53% cho tôm tăng trưởng và sẽ giảm hệ số chuyển đổi thức ăn

1.2.3 Những nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu cơ bản về thành phần, hoạt tính enzyme tiêu hóa và các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số tiêu hóa của các đối tượng thủy sản nuôi ở trong nước ít được quan tâm nhất là các nghiên cứu sâu về dinh dưỡng và tiêu hóa của tơm sú còn rất ít Các nghiên cứu chủ yếu là điều tra khai thác nguồn lợi, đặc tính sinh học của các loài thủy sản kinh tế, kỹ thuật nuôi, công nghệ sản xuất giống, công nghệ sản xuất tảo, luân trùng, artemia, ngoài ra có một số nghiên cứu chế biến và sản xuất thức ăn hỗn hợp nuôi tôm, thức ăn ấu trùng [31], [32] Phần lớn những nghiên cứu về chất lượng thức ăn, hệ số tiêu hóa thường được tiến hành trên động vật thực nghiệm, thời gian cho kết quả dài và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan Để sản xuất được thức ăn nuôi thủy sản đạt chất lượng cao cần phải xác định được nhu cầu dinh dưỡng, khả năng tiêu hĩa nguyên liệu, thức ăn và các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng tiêu hóa của các đối tượng thủy sản nuôi tại Việt Nam

Thức ăn công nghiệp được nghiên cứu ở Việt Nam thực tế rất muộn so với các quốc gia phát triển của thế giới và khu vực Cơng trình nghiên cứu về thức ăn nuơi tơm đầu tiên được triển khai vào những năm 1988 khi nhà nước cĩ chương trình xuất khẩu các mặt hàng chế biến thủy sản với đề tài nghiên cứu trọng điểm cấp Nhà nước mã số 08A – 0405 “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thức ăn hỗn hợp dạng viên nuôi tôm” do GS.TSKH Nguyễn Văn Thoa – Viện Nghiên cứu nuơi trồng Thủy sản II làm chủ nhiệm, kết thúc đề tài năm 1990 là đã xây dựng được quy trình công nghệ sản

xuất thức ăn nuôi tôm ở quy mô 500 kg/ngày [31]; kế tiếp là đề tài cấp bộ “Nghiên cứu sản xuất thức ăn công nghiệp cho ấu trùng tôm” với đề tài này bước đầu đã sản xuất thức ăn cho ấu trùng tơm [32] và năm 1997 Viện Nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản II tiếp tục triển khai đề tài “Nghiên cứu công nghệ cải tiến thức ăn tôm cá các giai đoạn”; năm 2002 đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ và thiết bị sản xuất thức ăn nuôi tôm sú quy mô nông hộ” của Lê Đức Trung Đặc biệt trong chương trình trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2001 - 2005 về chương trình sản xuất các sản phẩm chủ lực phục vụ cho xuất khẩu, đề tài “Nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ sản xuất thức ăn công nghiệp chất lượng cao cho một số đối tượng nuôi xuất khẩu (tôm, cá)” Mã số KC.06.12.NN do Nguyễn Tiến Lực - Viện Nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản II chủ nhiệm [27] đề tài đã đi sâu nghiên cứu công nghệ và sản xuất thức ăn nuôi tôm cá ở quy mô công nghiệp, thành cơng của đề tài bước đầu xác định được nhu cầu dinh dưỡng tơm sú, tơm càng xanh, cá mú, cá giị, cá basa, cá rơ phi và đề tài đã triển khai được dây chuyền sản xuất thức ăn chìm cho tơm và thức ăn viên nổi cho cá vào sản xuất Song song đĩ Viện Nghiên cứu nuơi trồng Thủy sản II cịn cĩ các đề tài “Nghiên cứu sinh sản nhân tạo tơm sú”; “Nghiên cứu một số bệnh virus thường gặp trên tơm sú ở các giai đoạn khác nhau và biện pháp phịng bệnh”; “Nghiên cứu mơ hình nuơi tơm sú cơng nghiệp” của Nguyễn Văn Hảo [19] v.v…

Các tác giả và đơn vị khác cũng có những nghiên cứu liên quan như Đặng Đình Kim (1994) ứng dụng sinh khối vi tảo trong sản xuất thức ăn tổng hợp nuơi ấu trùng tơm [22] Nguyễn Hoàng Uyên, Nguyễn Chí Thuận, Nguyễn Tài Lương [40] “Sử dụng enzyme trong cơng nghệ sản xuất thức ăn nuôi tôm” đề tài đã ứng dụng enzyme protease vào trong cơng nghệ sản xuất thức ăn năm 1995 Năm 1998 Lại Văn Hùng đã cĩ cơng trình nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng protein và lipid khác nhau lên tốc độ tăng trưởng và tỷ lệ sống của tơm sú giống với kết quả nghiên cứu này tác giả đã xác định được vai trị của protein và lipid trong các nghiệm thức thức ăn nuơi tơm giống tại trường đại học Nha Trang [20] Ngồi ra một số cơng trình nghiên cứu của

Khoa thủy sản - Trường Đại học Nơng lâm TP HCM, Khoa thủy sản - Trường Đại học Cần Thơ v.v… Nhiều cơng trình nghiên cứu trên đã được ứng dụng vào sản xuất đĩng gĩp cho sự phát triển phong trào nuơi tơm sú trong những năm qua tại Việt Nam

Những nghiên cứu trong nước bước đầu đã xây dựng được các quy trình cơng nghệ, xác định được các nghiệm thức nuơi tơm cá, xác định được nhu cầu dinh dưỡng cho các đối tượng nuơi Tuy nhiên thực tế phong phú của nghề nuôi thủy sản cũng như sự cạnh tranh gay gắt trên thị trường xuất khẩu và yêu cầu nuôi thủy sản bền vững, cho thấy những tồn tại trong sản xuất thức ăn nuôi thủy sản giai đoạn vừa qua như thức ăn vẫn nhanh tan trong nước, giá thành thức ăn cơng nghiệp cao, người nuơi lãi suất thấp và vẫn luơn đối mặt với tôm bị bệnh, thức ăn chất lượng kém và ô nhiễm môi trường nuôi Để thức ăn công nghiệp đạt chất lượng cao, các nghiên cứu cần đi sâu vào bản chất từng đối tượng nuôi cụ thể, xác định nhu cầu dinh dưỡng, cải tiến cơng nghệ, tối ưu hĩa các giải pháp để giảm giá thành, đánh giá hiệu quả nuôi và tác động môi trường cũng như an toàn vệ sinh thú y trong nuôi, đảm bảo chất lượng sản phẩm Liên quan đến sản xuất thức ăn công nghiệp là bột cá, các phụ phế phẩm, các chế phẩm sinh học, các nguồn nguyên liệu khác như bột mực, bột ruốc, đậu nành khá phong phú và cần được xử lý tăng khả năng tiêu hĩa, nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn trong nước

Về bản thân nghiên cứu sinh được tham gia nghiên cứu cơng nghệ sản xuất thức ăn nuơi tơm từ đề tài trọng điểm cấp nhà nước “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thức ăn hỗn hợp dạng viên nuôi tôm” mã số 08A – 0405 do giáo sư TSKH Nguyễn Văn Thoa chủ nhiệm, đã cùng nhĩm đề tài nghiên cứu và triển khai quy trình cơng nghệ sản xuất thức ăn hỗn hợp nuơi tơm 500kg/ca vào sản xuất, nhĩm đề tài được cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số HI – 0078 ngày 02/5/1991 Ngồi ra nghiên cứu sinh đã cùng nhĩm đề tài tiếp tục các nghiên cứu để nâng cao chất lượng như: cải tiến nâng cao chất lượng thức ăn, xác định nhu cầu dinh dưỡng của tơm sú, lựa chọn các chất kết dính, cải tiến các cơng đoạn trong thiết bị sản xuất thức ăn Đặc biệt năm 2002 bản thân

nghiên cứu sinh được làm chủ nhiệm đề tài “Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất thức ăn công nghiệp chất lượng cao cho một số đối tượng nuôi thủy sản xuất khẩu (tôm, cá)” Mã số: KC.06.12.NN đây là đề tài chủ lực, trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2001-2005; thành cơng của đề tài đã xây dựng được quy trình cơng nghệ sản xuất viên thức ăn cơng nghiệp cho tơm sú, tơm càng xanh và quy trình cơng nghệ sản xuất thức ăn viên nổi nuơi cá; đồng thời xây dựng các nghiệm thức thức ăn, xác định được nhu cầu dinh dưỡng của tơm sú, tơm càng xanh, cá rơ phi, cá basa, cá mú, cá giị Với đề tài luận án “Nghiên cứu đặc điểm dinh dưỡng và hồn thiện cơng nghệ sản xuất thức ăn nuơi tơm sú” là sự kế thừa các cơng trình nghiên cứu trên về sản xuất thức ăn nuơi tơm Đồng thời nghiên cứu sinh đi sâu nghiên cứu hệ enzyme tiêu hĩa, tối ưu hĩa các giải pháp nhằm tiếp tục hồn thiện cơng nghệ, nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm

Kết luận Thơng qua các nghiên cứu trên về tiêu hĩa và nhu cầu dinh dưỡng của

tơm đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ nhiều năm nay trên nhiều loại tơm khác nhau và trong những điều kiện thí nghiệm cũng hết sức phong phú Kết quả thu được từ các nghiên cứu cũng thật đa dạng, tuy vậy cĩ thể nhận ra rằng những nghiên cứu về hệ

enzyme tiêu hĩa, nhu cầu dinh dưỡng của tơm sú (Penaeus monodon) mà đặc biệt là

tơm sú Việt Nam cịn rất ít Điều này cho thấy cần phải cĩ nhiều nghiên cứu hơn trên đối tượng này để hồn thiện những kiến thức về tơm sú, một đối tượng rất quan trọng trong ngành thủy sản ở nước ta cũng như trên thế giới

1.3 BÀI TOÁN TỐI ƯU HĨA TRONG NGHIÊN CỨU TẠO VIÊN

Mục đích bài toán tối ưu trong luận án này là xác định hàm lượng dinh dưỡng thích hợp cĩ giá thành thấp, đồng thời tìm được chế độ công nghệ thích hợp cho công nghệ tạo viên nhằm chọn phương án công nghệ tối ưu nâng cao chất lượng thức ăn viên, giảm tổn thất trong quá trình chế biến, tạo viên thức ăn bền trong nước, không bị ô nhiễm môi trường nuôi, giảm hệ số thức ăn, tăng hiệu suất sử dụng thức ăn và

giảm chi phí

1.3.1 Một số khái niệm cơ sở phương pháp tiếp cận hệ thống [15]

Tiếp cạân hệ thống là một phương pháp luận mang tính chiến lược để nghiên cứu và tác động lên các đối tượng công nghệ Các quá trình hóa học và công nghệ hóa học hiểu theo nghĩa rộng bao gồm các hệ thống thực hiện biến đổi vật chất trên cơ sở các tương tác phân tử Không chỉ riêng các quá trình biến đổi hóa học của công nghệ sản xuất hóa chất mà cả các quá trình sản xuất vật liệu (ceramic, polymer, kim loại và hợp kim … ), các quá trình chế biến thực phẩm, các quá trình sản xuất dược phẩm, các quá trình sản xuất trong công nghệ sinh học, các quá trình xử lý chất thải bảo vệ môi trường … đều có thể được xem xét như các đối tượng có

chung một thuật ngữ biểu đạt: hệ thống các quá trình và thiết bị công nghệ [15]

Khái niệm hệ thống, có thể hiểu hệ thống bằng mệnh đề sau:

Hệ thống S nằm trong môi trường E là tập hợp các phần tử si tương tác với nhau tạo thành cấu trúc nội tại của S và tương tác với E tạo thành quan hệ với môi trường bên ngoài

Ngắn gọn hơn có thể phát biểu: Hệ thống là tập hợp các phần tử tạo thành cấu trúc bên trong và tương tác với môi trường bên ngoài [15]

Cấu trúc bên trong của hệ thống được hình thành từ sự tương tác giữa các phần tử thuộc hệ thống Các tương tác này làm cho các phần tử có quan hệ với nhau và vì vậy một hệ thống được đặc trưng bởi các phần tử của hệ thống, các quan hệ giữa các phần tử trong hệ thống và các quan hệ với môi trường bên ngoài

Với khái niệm hệ thống, tiếp cận hệ thống đĩng vai trị phương pháp luận nghiên cứu, phương pháp luận giải quyết các vấn đề đặt ra trên hệ thống công nghệ Trên cơ sở đĩ các chuyên gia công nghệ tự tin hơn, nghiên cứu công nghệ một cách dễ dàng hơn, khai thác các ứng dụng toán học hiệu quả hơn, vì mục đích nghiên cứu, phát triển công nghệ [15]

1.3.2 Tối ưu - Mục tiêu thường trực của tiếp cận hệ thống

Khi tiến hành sản xuất, điều khiển các hệ thống và thiết kế kỹ thuật mà biết dựa trên nguyên tắc cực trị ta sẽ tiết kiệm được vật tư tiền vốn, tài nguyên, sức lao động, thời gian và tăng được hiệu quả giải quyết các vấn đề đặt ra.v.v… Khuynh hướng thường trực trong mọi hoạt động trên hệ thống công nghệ luôn luôn nhằm tìm kiếm sự tốt hơn, để cuối cùng đạt đến kết quả tốt Do vậy có thể khẳng định rằng bài toán tìm kiếm tối ưu là bài toán phổ biến, liên quan đến tất cả các nội dung của tiếp cận hệ thống

Triển khai phép tiếp cận hệ thống trên một đối tượng công nghệ bao gồm nhiều tác vụ cụ thể khác nhau nhằm đạt được các mục đích đã được đặt ra Vận dụng lý thuyết tối ưu vào quá trình tạo viên thức ăn như một công cụ để giải quyết các vấn đề đặt ra là một tác vụ nhằm giảm tổn thất trong chế biến, nâng cao chất lượng thức ăn

1.3.3 Các thành phần cơ bản của bài toán tối ưu

- Đối tượng công nghệ

Trong công nghệ, điều khiển vận hành các thiết bị nhằm tạo ra những sản

phẩm có chất lượng tốt và ổn định là vô cùng quan trọng trong sản xuất thực tiễn, đó là điều các nhà quản lý công nghệ luôn hướng đến Do đối tượng đang nghiên cứu là tôm nuôi trong môi trường nước, tôm bắt mồi và ăn chậm nên yêu cầu thức ăn phải bền trong nước vì vậy công nghệ sản xuất thức ăn phải đáp ứng viên thức ăn có độ chắc, chậm tan và các chất dinh dưỡng ít tan trong môi trường nước

Chất lượng thức ăn viên luôn phụ thuộc vào quá trình hình thành viên, nếu viên thức ăn không đạt yêu cầu công nghệ sẽ làm chất lượng viên thức ăn giảm, làm tăng chi phí giá thành, lãng phí thiết bị và công lao động Ngoài ra nếu viên thức ăn tạo ra không đảm bảo quy cách, kích thước theo đặc tính bắt mồi của tôm, viên thức ăn dễ tan, sẽ gây lãng phí và ô nhiễm môi trường nuôi, dẫn tới tôm bị

bệnh Có nhiều cách tạo viên thức ăn như phương pháp ép vít, phương pháp tạo viên theo kiểu lồng sóc.v.v…Quá trình tạo viên với mục đích tạo ra sản phẩm có kết cấu, định hình viên, trong bài toán tối ưu nghiên cứu ở đây là công đoạn tạo viên bằng thiết bị ép vít

Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng viên là: yếu tố của nhiệt độ nguyên liệu, độ ẩm nguyên liệu, tính chất của nguyên liệu như tỷ lệ thành phần, độ mịn, các thông số thiết bị ảnh hưởng như: đường kính ngoài trục vít, đường kính bên trong trục vít, độ dày cánh vít, bước vít

và tốc độ tiếp liệu đều ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của thức ăn

Các thông số cho kỹ thuật trên máy ép trục vít bao gồm hàm lượng ẩm của nguyên liệu, vận tốc trục vít, bước vít, vận tốc nhập liệu Những thay đổi của các thông số này sẽ làm thay đổi moment quay, sự ma sát, áp suất lên lỗ khuôn tạo viên và nhiệt độ sản phẩm Những tính chất của sản phẩm nhìn thấy như tỷ lệ giãn nở, độ dài viên, tỷ trọng khi thay đổi, đều làm ảnh hưởng đến chất lượng viên thức ăn

- Các đại lượng và quan hệ toán học biểu đạt trong bài toán tối ưu

Khi nói đến tối ưu cần nhấn mạnh rằng tối ưu trước hết là toán học, là khoa học thao tác trên các đại lượng nên nói tối ưu là nói tới các đại lượng [1],[9],[51]

Trong công nghệ thực phẩm để nâng cao hiệu quả, chúng ta phải xác định chế độ công nghệ, kiểm soát, điều khiển một cách chuẩn xác để đảm bảo đạt được giá trị tối ưu của đại lượng đã được chọn làm tiêu chí đánh giá hiệu quả của công nghệ

Đó chính là đại lượng đóng vai trò hàm của hàm mục tiêu Sau khi đã thực sự phân

biệt các khái niệm “đại lượng hàm” , “đại lượng biến số của hàm” và “quan hệ hàm

số” chúng ta sẽ gọi tắt “đại lượng đóng vai trò hàm của hàm mục tiêu” là “hàm

mục tiêu” (lưu ý rằng bản thân quan hệ hàm tạo thành hàm mục tiêu cũng được gọi

là hàm mục tiêu) Vậy đại lượng đầu tiên và là đại lượng đặc trưng nhất của mọi bài toán tối ưu là hàm mục tiêu [47]

a) Hàm mục tiêu

Hàm mục tiêu là một đại lượng phải có giá trị bằng số (đại lượng thuộc tập số thực) và giá trị số đó phải phản ánh được chất lượng (mức độ “tốt” hoặc “xấu”) của đối tượng đang xét ứng với nội dung mà đại lượng đó biểu đạt

Xác định hàm mục tiêu là việc quan trọng hàng đầu trong bài toán tối ưu, hay nói cách khác không có hàm mục tiêu không có bài toán tối ưu

b) Các biến của hàm mục tiêu

Các đại lượng biến số của hàm mục tiêu là các đại lượng có quan hệ ảnh hưởng tới hàm mục tiêu Ví dụ với hàm mục tiêu biểu diễn thơng qua phương trình hồi quy y = b0 + b1 x1 + b2x2 +…+ bkxk, ylà hàm mục tiêu, các đại lượng x1 , x2 … xk gọi là đại lượng biến số của hàm mục tiêu Trong công đoạn tạo viên, nếu hàm mục tiêu là chất lượng viên thì đại lượng biến ở đây là độ ẩm nguyên liệu, tốc độ trục vít, bước vít là đại lượng biến số của hàm mục tiêu, vì khi những đại lượng biến

số này thay đổi sẽ làm hàm mục tiêu thay đổi theo

c) Quan hệ hàm mục tiêu

Hàm mục tiêu bản thân nó là một hàm phụ thuộc vào nhiều đại lượng khác (các biến) Quan hệ hàm biểu diễn sự phụ thuộc vào hàm mục tiêu ví dụ trong bài toán tối ưu tạo viên thức ăn là quan hệ giữa chất lượng với độ ẩm, tốc độ trục vít quay và khoảng cách bước vít

Các đại lượng quan hệ với hàm mục tiêu là các đại lượng có ảnh hưởng trực tiếp đến hàm mục tiêu, mỗi biến đổi của đại lượng biến số đều thay đổi kết quả hàm mục tiêu Ví dụ trong công đoạn tạo viên khi thay đổi tốc độ chuyển động trục vít sẽ làm khả năng đưa nguyên liệu thay đổi, vì vậy chất lượng tạo viên thay đổi Hàm mục tiêu đã biến đổi phụ thuộc vào tốc độ quay của trục vít, nếu trục vít quay nhanh làm khả năng tiếp liệu cao hoặc khi trục vít quay chậm khả năng tiếp liệu chậm đều ảnh hưởng đến chất lượng tạo viên

d) Các quan hệ giữa các đại lượng khác

Các đại lượng khác ảnh hưởng gián tiếp tới hàm mục tiêu Các đại lượng này ngoài ảnh hưởng tác động tới hàm mục tiêu chúng còn tác động lẫn nhau Ví dụ trong công đoạn tạo viên thì đại lượng: đường kính trục vít, số lỗ khuôn tạo viên hoặc thành phần nguyên liệu, tỷ lệ thành phần nguyên liệu đều ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng viên thức ăn

Tổng hợp tất cả các quan hệ giữa các đại lượng được xét đến đối với đối tượng công nghệ đang nghiên cứu sẽ tạo thành mô tả toán học của đối tượng công nghệ e) Các quan hệ tạo ra giới hạn của bài toán tối ưu

Các quan hệ tạo ra giới hạn của bài toán tối ưu đang xét là quan hệ cho phép xác định giới hạn miền đang xét của bài tốn tối ưu đối với các đại lượng liên quan Với phương trình hồi quy y1 = b0 + b1 x1 + b2x2 + ,…, + bkxk

trong đó: y (x1 , x2 , …., xk ) là hàm mục tiêu

x1 , x2 … xk các biến số của hàm mục tiêu

Nếu bài toán tối ưu chỉ được đặt ra và giải quyết với các xi nằm trong một miền X thì X sẽ là miền giới hạn của các biến x1 , x2 ,…., xk được tạo ra bởi các quan hệ ràng buộc x j min ≤ xj ≤ xj max , j = 1÷ n

Xác định hàm mục tiêu, các biến của hàm mục tiêu, các quan hệ hàm, cũng như xác định rõ miền và giới hạn là cơ sở để thiết lập bài toán tối ưu Đó là phần trình bày phát biểu bài toán tối ưu

1.3.4 Bài toán tối ưu

Trong khuôn khổ của bài toán công nghệ là các bài toán tối ưu hóa tổng quát thường được phát biểu dưới dạng bài toán cực đại hoặc bài toán cực tiểu

a) Với bài toán cực đại

y max = max y (x1, x2, … , xn) (1.1)

 , j = 1÷ n (1.2)