Sản xuất chế phẩm dinh dưỡng bổ sung cho heo con từ dịch thủy phân protein trùn quế (perionyx excavatus)

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: SẢN XUẤT CHẾ PHẨM DINH DƯỠNG BỔ SUNG CHO HEO CON TỪ DỊCH THUỶ PHÂN PROTEIN TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus) Mã số đề tài: 194.TP02 Chủ nhiệm đề tài: TS Phạm Tấn Việt Đơn vị thực hiện: Viện Công nghệ Sinh học Thực phẩm LỜI CÁM ƠN Đề tài “SẢN XUẤT CHẾ PHẨM DINH DƯỠNG BỔ SUNG CHO HEO CON TỪ DỊCH THUỶ PHÂN PROTEIN TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus)” thực Viện Công nghệ Sinh học Thực phẩm - Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Tơi xin chân thành cảm ơn Đảng uỷ, Ban giám hiệu nhà trường có sách phù hợp để động viên tạo điều kiện cho cán giảng viên trường có hội vào điều kiện thực ý tưởng để đáp ứng nhu cầu thân yêu cầu xã hội Để hồn thành q trình nghiên cứu tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện Ban lãnh đạo Viện Công Nghệ Sinh Học Thực Phẩm Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới Lãnh đạo Chi nhánh Trang trại chăn nuôi Vĩnh Khánh (địa chỉ: ấp Trung Bình Tiến, xã Vĩnh Trạch, huyện Thoại Sơn, tỉnh An Giang) thuộc Công ty Cổ phần Xuất nhập nông sản thực phẩm An Giang tồn thể anh, chị, em trại chăn ni nhiệt tình hướng dẫn, hỗ trợ nhân lực vật lực suốt thời gian qua Cuối cùng, xin cám ơn đồng nghiệp sinh viên, học viên tơi thực thí nghiệm khuôn khổ đề tài Trân trọng cảm ơn! PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Sản xuất chế phẩm dinh dưỡng bổ sung cho heo từ dịch thuỷ phân protein trùn quế (Perionyx excavatus) 1.2 Mã số: 194.TP02 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề tài Phạm Tấn Việt – Tiến sĩ Viện CN SH&TP Chủ nhiệm Nguyễn Thj Diệu Hạnh – Tiến sĩ Viện CN SH&TP Thành viên – thư ký Nguyễn Ngọc Ẩn – Tiến sĩ Viện CN SH&TP Thành viên Chi cục An tồn vệ sinh thực phẩm An Giang Thành viên Viện CN SH&TP Thành viên TT Nguyễn Ngọc Huy – Thạc sĩ Hứa Huỳnh Minh Thảo – Kỹ sư 1.4 Đơn vị chủ trì: 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2019 đến tháng 01 năm 2020 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng 08 năm 2020 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 06 năm 2019 đến tháng 06 năm 2020 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Khơng có thay đổi 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 25,0 triệu đồng II Kết nghiên cứu 2.1 Đặt vấn đề: Ở nước ta, vào năm 2017 tổng số đàn heo có khoảng 27,4 triệu định hướng đến năm 2020 30,3 triệu Toàn quốc có khoảng 245 sở sản xuất thức ăn chăn ni cơng nghiệp, có 71 sở có vốn đầu tư nước ngồi, 03 sở liên doanh 171 sở sản xuất nước với tổng sản lượng 19,3 triệu Lợi nhuận nghề chăn ni phụ thuộc nhiều vào nguồn thức ăn, định hướng đến năm 2020 đàn heo nước ta 30,3 triệu tổng sản lượng thức ăn chăn ni cơng nghiệp có 19,2 triệu Chăn nuôi heo Việt Nam chuyển động nhanh từ mơ hình chăn ni với quy mơ nhỏ lẻ sang mơ hình chăn ni với quy mơ công nghiệp, trang trại tập trung nhằm đáp ứng nhu cầu thực phẩm thân thiện với môi trường ngày cao người tiêu dùng Nguồn lượng cho hoạt động sống tăng trưởng gia súc, gia cầm cung cấp từ bột Bột chiếm tỷ lệ lớn phần ăn gia súc gia cầm Hàm lượng bột chủ yếu có ngũ cốc, chiếm khoảng 50÷65% phần ăn heo Tỷ lệ đạm chiếm khoảng 21÷23% phần thức ăn heo Tuy nhiên đạm lại có vai trị quan trọng việc cung cấp nguyên liệu cho trình chuyển hoá hoá sinh Bên cạnh nguồn đạm động vật truyền thống bột cá, bột thịt, …, đạm trùn quế ngày sử dụng nhiều chăn nuôi Hàm lượng đạm cao, chứa đầy đủ acid amin thiết yếu, giàu khoáng chất lý mà nhiều nhà chăn nuôi xem trùn quế nguồn thực phẩm bổ sung cao cấp cho nhiều loại vật nuôi Với vấn đề trên, chọn đề tài “Sản xuất chế phẩm dinh dưỡng bổ sung cho heo từ dịch thuỷ phân protein trùn quế (Perionyx excavatus)” nhằm cung cấp thêm nguồn dưỡng chất tinh giúp đàn heo hấp thu nhanh amino acid, từ giúp heo lớn nhanh, khỏe mạnh thân thiện môi trường 2.2 Mục tiêu 2.2.1 Mục tiêu tổng quát Xác định điều kiện thủy phân trùn quế sản xuất chế phẩm giàu dinh dưỡng bổ sung thức ăn cho heo điều kiện nuôi công nghiệp 2.2.2 Mục tiêu cụ thể Xác định điều kiện thủy phân protein trùn quế enzyme thương mại SEBNeutral PL Sản xuất dịch thủy phân protein từ trùn quế Sản xuất chế phẩm giàu dinh dưỡng từ protein trùn quế để bổ sung cho heo Ứng dụng chế phẩm protein từ trùn quế heo điều kiện nuôi công nghiệp 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp lên men để thuỷ phân thịt trùn quế Phản ứng lên men thực cốc thuỷ tinh 100ml Hỗn hợp lên men cho vào cốc thuỷ tinh với thành phần theo bảng 3.1 đặt máy khuấy từ gia nhiệt (IKA C-MAG HS 7) Phản ứng thuỷ phân thực 37 ℃ với tốc độ khuấy 130 v/p 24 Bảng 3.1: Thành phần hỗn hợp lên men Thành phần Khối lượng/thể tích Tỷ lệ Thịt trùn (g) 20 50 % 0,5M Dung dịch đệm pH 7,5 (ml) 50 mM NaCl (g) 5% Rỉ đường (g) 5% Enzyme (µl) 200 Đủ 40 H2O (g) Đủ 40 g 2.3.2 Phương pháp xác định hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế Sau thời gian lên men, g dịch thuỷ phân hút vào ống ly tâm 1,6 ml Sau 10 phút ly tâm ℃, 14000 v/p, dịch loại bỏ, phần cặn thu nhận xác định khối lượng Hiệu suất thuỷ phân tính theo công thức: Hiệu suất thủy phân (%) = [(M0 – Mt)/M0 ] × 100% Trong đó: M0: khối lượng chất khô ban đầu Mt: khối lượng chất khô cân theo thời gian phản ứng 2.3.3 Phương pháp khảo sát điều kiện thuỷ phân thịt trùn quế 2.3.3.1 Phương pháp khảo sát điều kiện lên men Thịt trùn quế xử lý theo cách trước thực phản ứng lên men – để nguyên trùn xay nát Quá trình thực điều kiện có khuấy trộn khơng có khuấy trộn Phản ứng có khuấy trộn thực cốc thuỷ tinh 100 ml máy khuấy từ gia nhiệt 37 ℃ với 130 v/p, 24 Phản ứng khơng có khuấy trộn thực cốc thuỷ tinh 100 ml máy khuấy từ gia nhiệt 37 ℃ tốc độ khuấy không 24 Hiệu suất thuỷ phân đánh giá sau phản ứng 2.3.3.2 Phương pháp khảo sát nồng độ rỉ đường Rỉ đường yếu tố quan trọng công nghệ lên men Chúng tiến hành khảo sát nồng độ rỉ đường phù hợp cho việc thuỷ phân thịt trùn quế Nồng độ rỉ đường thay đổi 0%, 1%, 2%, 5%, 10%, 20% 40% Thành phần hỗn hợp lên men trình bày bảng 3.1 Trong dung dịch đệm sử dụng từ kết thí nghiệm trước Phản ứng thực cốc thuỷ tinh 100 ml máy khuấy từ gia nhiệt 37 ℃ với 130 v/p, 24 Hiệu suất thuỷ phân đánh giá sau phản ứng 2.3.3.3 Phương pháp khảo sát nồng độ enzyme Sau xác định pH nồng độ rỉ đường phù hợp, tiến hành khảo sát nồng độ enzyme thích hợp cho phản ứng thuỷ phân thịt trùn quế Thành phần phản ứng trình bày bảng 3.1 Trong đó, nồng độ enzyme thay đổi 0%, 0,02%, 0,1%, 0,2%, 0,4%, 1%, 2% 4% tổng khối lượng thịt trùn Phản ứng thực cốc thuỷ tinh 100 ml máy khuấy từ gia nhiệt 37 ℃ với 130 v/p, 24 Hiệu suất thuỷ phân đánh giá sau phản ứng 2.3.3.4 Phương pháp khảo sát ảnh hưởng ion kim loại Các ion kim loại có ảnh hưởng lớn đến hoạt động enzyme Chúng tiến hành khảo sát ảnh hưởng loại ion kim loại phổ biến Al3+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+ Zn2+ Các loại ion kim loại dược bổ sung vào hỗn hợp lên men bảng 3.1 với nồng độ 5,0 mM tổng thể tích phản ứng Thí nghiệm thực với pH dung dịch, nồng độ rỉ đường nồng độ enzyme xác định hiệu từ thí nghiệm trước Phản ứng thực cốc thuỷ tinh 100 ml máy khuấy từ gia nhiệt 37 ℃ với 130 v/p, 24 Hiệu suất thuỷ phân đánh giá sau phản ứng 2.3.3.5 Phương pháp khảo sát nhiệt độ lên men quy mô pilot Phản ứng lên men quy mô lớn thực hệ thống lên men bán tự động thiết kế sản xuất nhóm nghiên cứu Chúng tơi tiến hành khảo sát hiệu suất thuỷ phân nhiệt độ 30 ℃, 35 ℃, 40 ℃, 45 ℃, 50 ℃, 55 ℃ 60 ℃ Thành phần hỗn hợp lên men bổ sung vào nồi lên men với tổng khối lượng 10 kg theo tỷ lệ trình bày bảng 3.1 Trong đó, dung dịch đệm, nồng độ rỉ đường, nồng độ enzyme, ion kim loại bổ sung điều chỉnh theo kết thí nghiệm trước Tốc độ khuấy 100 v/p Quá trình lên men thực 24 hiệu suất thuỷ phân đánh giá sau phản ứng 2.3.3.6 Phương pháp khảo sát tốc độ khuấy trộn trình lên men quy mô pilot Phản ứng lên men quy mô lớn thực hệ thống lên men bán tự động thiết kế sản xuất nhóm nghiên cứu Chúng tơi tiến hành khảo sát hiệu suất thuỷ phân tốc độ khuấy trộn 70 v/p, 100 v/p, 130 v/p 160 v/p Thành phần hỗn hợp lên men bổ sung vào bồn lên men với tổng khối lượng 10 kg theo tỷ lệ trình bày bảng 3.1 Trong đó, dung dịch đệm, nồng độ rỉ đường, nồng độ enzyme, ion kim loại bổ sung điều chỉnh theo kết thí nghiệm trước Q trình lên men thực 40 ℃, 24 hiệu suất thuỷ phân đánh giá sau phản ứng 2.3.4 Phương pháp sản xuất bột dinh dưỡng từ dịch thuỷ phân thịt trùn quế Sấy phun công nghệ sấy đại có tác dụng chuyển nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột cách đơn giản Công nghệ sấy phun áp dụng đặc tính dễ kiểm sốt nhiệt độ định hình hạt sản phẩm cách xác Công nghệ giúp tách ẩm khỏi vật liệu có độ ẩm cao cách nhanh chóng, giúp tăng độ bền bảo quản sản phẩm lâu Dịch thuỷ phân bổ sung 20% Maltodextrin (M100 - cung cấp công ty Brenntag) sấy phun hệ thống sấy phun công nghiệp công ty Cổ phần BV pharma Hệ thống sấy phun vận hành với tốc độ cấp dịch 100 ml/phút, nhiệt độ buồng sấy 135ºC, nhiệt độ thu hồi 85ºC 2.3.5 Phương pháp kiểm tra hiệu bột dinh dưỡng lên đàn heo 2.3.5.1 Phương pháp bố trí thực nghiệm bổ sung bột dinh dưỡng vào phần ăn đàn heo Đàn heo sau cai sữa (26 ngày tuổi) khơng biệt giới tính, có trọng lượng trung bình 7,0±1,0 kg chia thành lô Mỗi lô 12 cá thể chia thành ngăn Mỗi nghiệm thức lặp lại lần Bột đạm bổ sung phối trộn trực tiếp vào cám cung cấp cho đàn heo theo nghiệm thức: ➢ Lô A: lô đối chứng, cho ăn thức ăn trại ➢ Lô B: bổ sung 10g bột đạm/kg thức ăn trại ➢ Lô C: bổ sung 20g bột đạm/kg thức ăn trại ➢ Lô D: bổ sung 30g bột đạm/kg thức ăn trại Thí nghiệm tiến hành tuần, đàn heo đủ tuổi trọng lượng chuyển qua giai đoạn nuôi thịt 2.3.5.2 Phương pháp xác định tăng trọng đàn heo số lượt tiêu chảy Đàn heo cho ăn lần/ngày Mỗi lần thức ăn đổ thành nhiều đợt vào máng Lượng thức ăn thay đổi theo ngày phù hợp với nhu cầu thực tế đàn heo Bột dinh dưỡng bổ sung cấp vào lần đổ lần cho ăn để đảm bảo đàn heo ăn hết chất bổ sung Trọng lượng heo xác định tuần/lần cách cân tổng đàn heo ngăn (12 cá thể) Số lượt tiêu chảy ghi nhận theo máng ăn (2 ngăn chuồng – 12 cá thể) suốt q trình ni chia thành tuần 2.3.5.3 Phương pháp xác định số lượng bạch cầu Sau tuần nuôi, tiến hành thu mẫu máu cá thể heo để xác định lượng bạch cầu tổng số phương pháp đếm buồng đếm bạch cầu 2.3.6 Phương pháp thống kê xử lý số liệu Giá trị kết thí nghiệm trung bình lần lặp lại Số liệu tính tốn, vẽ biểu đồ Microsoft Excel 2013 xử lý thống kê phương pháp ANOVA phần mềm GraphPad Prism 2.4 Tổng kết kết nghiên cứu 2.4.1 Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế ảnh hưởng yếu tố Thịt trùn quế thuỷ phân dung dịch có bổ sung enzyme, rỉ đường nước Kết khảo sát cho thấy, thịt trùn đươc xay nhuyễn lên men điều kiện khuấy đảo cho hiệu suất cao nghiệm thức khác Sau 18 lên men có khuấy đảo hiệu suất thuỷ phân cao lên men tĩnh với trùn nguyên gấp lần (hình 4.1.a), điều phù hợp với hoạt động enzyme Hoạt tính enzyme tốt tiếp xúc nhiều bề mặt lớn khối chất Việc khuấy đảo giúp nhiệt độ phản ứng đồng đều, hiệu suất phản ứng ổn định Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế cao sau 18 lên men khơng có khác biệt bổ sung 1% hay 5% rỉ đường Cả nghiệm thức cho hiệu suất thuỷ phân 80% (hình 4.1.b) Tuy nhiên, nghiệm thức sử dụng 1% rỉ đường, sản phẩm lên men có mùi thối, dịch lên men đục, có biểu nhiễm khuẩn nghiêm trọng Ở nghiệm thức bổ sung 5% rỉ đường, sản phẩm lên men có màu nâu cánh gián đẹp có mùi thơm Với việc bổ sung 40% rỉ đường, hiệu suất thuỷ phân giảm mạnh Như vậy, việc thuỷ phân thịt trùn quế có tham gia hệ vi sinh vật tự nhiên Tuy nhiên, vi sinh vật việc thuỷ phân protein từ thịt trùn quế thành dịch đạm tạo nhiều sản phẩm phụ gây cảm quan chí gây độc sản phẩm lên men Nồng độ rỉ đường tăng cao giúp ức chế hoạt động hệ vi sinh vật phân giải protein nồng độ cao ức chế hoạt động enzyme protease bổ sung Hình 4.1: Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế xay nhuyễn có khuấy trộn (a) thay đổi nồng độ rỉ đường phản ứng (b) Từ thực nghiệm, nhận thấy với 4% enzyme bổ sung, tốc độ phản ứng đẩy mạnh từ đầu trình lên men (hình 4.2.a) Tuy nhiên, sau 18 lên men, hiệu suất thuỷ phân nghiệm thức bổ sung 1%, 2% 4% khơng cịn khác biệt chất lượng sản phẩm thuỷ phân thịt trùn quế nghiệm thức Chính vậy, bổ sung 1% enzyme protease vào sản xuất quy mơ lớn nhằm tiết kiệm chi phí Hình 4.2: Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế thay đổi nồng độ enzyme protease bổ sung (a) thay đổi ion kim loại cho hoạt động protease (b) Trong phạm vi nghiên cứu này, khơng có điều kiện xác định cấu trúc trung tâm hoạt động enzyme protease SEB-Neutral PL Để xác định ảnh hưởng ion kim loại lên hoạt động enzyme tiến hành kiểm tra tác động số ion kim loại Zn2+, Al3+, Fe2+, Ca2+, Mg2+ Mn2+ với nồng độ bổ sung 5mM Ngay từ đầu thực nghiệm, ion Ca2+ Mg2+ cho thấy hiệu rõ rệt lên hoạt tính thuỷ phân thịt trùn quế protease (hình 4.2.b) Trong đó, muối calcium phổ biến có giá thành thấp Việt Nam Ngồi ra, calcium thành phần dinh dưỡng thiếu cho vật ni việc hình thành xương, tham gia dẫn truyền thần kinh Chính vậy, chúng tơi chọn muối calcium nguồn cofactor cho trình lên men quy mô lớn 2.4.2 Sản xuất dịch thuỷ phân thịt trùn quế với thiết bị lên men bán tự động Với thông số khảo sát thực nghiệm, tiến hành thiết kế hệ thống lên men quy mô lớn, bán tự động Hệ thống bao gồm nồi lớp có dung tích bên 15 lít Hệ thống ổn nhiệt nước chứa khoảng lớp nồi Nước cấp nhiệt điện trở đốt nóng có thơng số kỹ thuật 220V-800W, nhiệt độ nước kiểm soát cảm biến nhiệt độ NDK-1M5C lập trình điều khiển TZN4S Autonics Bộ điều khiển xác định nhiệt độ lên men theo yêu cầu tắt nguồn với sai số ±2ºC Hệ thống cánh khoáy điều khiển động giảm tốc mini pha 120W thay đổi tốc độ Động kiểm soát biến tần, đảm bảo số vòng quay phù hợp với yêu cầu q trình lên men Tồn hệ thống điều khiển thiết kế hộp điều khiển trung tâm Hình 4.3: Bản vẽ kỹ thuật hệ thống lên men bán tự động (a) hệ thống lên men đưa vào sử dụng (b) soát nhiệt độ định hình hạt sản phẩm cách xác Công nghệ giúp tách ẩm khỏi vật liệu có độ ẩm cao cách nhanh chóng, giúp tăng độ bền bảo quản sản phẩm lâu Đặc tính ưu việt cơng nghệ sấy phun nhiệt độ sản phẩm sấy thấp, sản phẩm thu nhận có cấu trúc hạt nhỏ, độ hồ tan lớn Thời gian sấy nhanh nên giảm thiểu thất chất dinh dưỡng có sản phẩm, bảo tồn chất dinh dưỡng mẫn cảm với nhiệt độ cao Chính ưu điểm nêu trên, chúng tơi chọn phương pháp sấy phun để sản xuất bột dinh dưỡng từ dịch thuỷ phân thịt trùn Dịch thuỷ phân bổ sung 20% Maltodextrin (M100 - cung cấp công ty Brenntag) sấy phun hệ thống sấy phun công nghiệp công ty Cổ phần BV pharma Hệ thống sấy phun vận hành với tốc độ cấp dịch 100 ml/phút, nhiệt độ buồng sấy 135ºC, nhiệt độ thu hồi 85ºC 5.6 Phương pháp kiểm tra hiệu bột dinh dưỡng lên đàn heo 5.6.1 Phương pháp bố trí thực nghiệm bổ sung bột dinh dưỡng vào phần ăn đàn heo Đàn heo sau cai sữa (26 ngày tuổi) khơng biệt giới tính, có trọng lượng trung bình 7,0±1,0 kg chia thành lô Mỗi lô 12 cá thể chia thành ngăn Mỗi nghiệm thức lặp lại lần Bột đạm bổ sung phối trộn trực tiếp vào cám cung cấp cho đàn heo theo nghiệm thức: Lô A: lô đối chứng, cho ăn thức ăn trại Lô B: bổ sung 10g bột đạm/kg thức ăn trại Lô C: bổ sung 20g bột đạm/kg thức ăn trại Lô D: bổ sung 30g bột đạm/kg thức ăn trại Thí nghiệm tiến hành tuần, đàn heo đủ tuổi trọng lượng chuyển qua giai đoạn nuôi thịt 5.6.2 Phương pháp xác định tăng trọng đàn heo số lượt tiêu chảy Đàn heo cho ăn lần/ngày Mỗi lần thức ăn đổ thành nhiều đợt vào máng Lượng thức ăn thay đổi theo ngày phù hợp với nhu cầu thực tế đàn heo Bột dinh dưỡng bổ sung cấp vào lần đổ lần cho ăn để đảm bảo đàn heo ăn hết chất bổ sung 30 Trọng lượng heo xác định tuần/lần cách cân tổng đàn heo ngăn (6 cá thể) Số lượt tiêu chảy ghi nhận theo máng ăn (2 ngăn chuồng – cá thể) suốt trình ni chia thành tuần 5.6.3 Phương pháp xác định số lượng bạch cầu Sau tuần nuôi, tiến hành thu mẫu máu cá thể heo để xác định lượng bạch cầu tổng số phương pháp đếm buồng đếm bạch cầu Tiến hành: Vệ sinh buồng đếm ống trộn Dùng ống trộn bạch cầu hút máu đến vạch 0,5 Hút tiếp dung dịch trộn bạch cầu đến vạch 10 (máu pha loãng 20 lần) Lắc ống trộn bạch cầu, bỏ giọt đầu, cho giọt lên buồng đếm hồng cầu xác định số bạch cầu buồng đếm Đếm số bạch cầu 25 ô lớn (400 ô nhỏ) buồng đếm giá trị B Đếm lập lại lần Số lượng tế bào 1mm3 máu: N = B x 200 5.7 Phương pháp thống kê xử lý số liệu Giá trị kết thí nghiệm trung bình lần lặp lại Số liệu tính tốn, vẽ biểu đồ Microsoft Excel 2013 xử lý thống kê phương pháp ANOVA phần mềm GraphPad Prism Kết nghiên cứu 6.1 Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế ảnh hưởng yếu tố Thịt trùn quế thuỷ phân dung dịch có bổ sung enzyme, rỉ đường nước Kết khảo sát cho thấy, thịt trùn đươc xay nhuyễn lên men điều kiện khuấy đảo cho hiệu suất cao nghiệm thức khác Sau 18 lên men có khuấy đảo hiệu suất thuỷ phân cao men tĩnh với trùn nguyên gấp lần (hình 6.1.a) Điều phù hợp với hoạt động enzyme Hoạt tính enzyme tốt tiếp xúc nhiều bề mặt lớn khối chất Việc khuấy đảo giúp nhiệt độ phản ứng đồng đều, hiệu suất phản ứng ổn định [23] Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế cao sau 18 lên men khơng có khác biệt bổ sung 1% hay 5% rỉ đường Cả nghiệm thức cho hiệu suất thuỷ phân 80% (hình 6.1.b) Tuy nhiên, nghiệm thức sử dụng 1% rỉ đường, sản phẩm lên men có mùi thối, dịch lên men đục, có biểu nhiễm khuẩn nghiêm trọng Ở nghiệm thức bổ sung 5% rỉ đường, sản phẩm lên men có màu nâu cánh gián đẹp có mùi thơm Với việc bổ sung 40% rỉ đường, hiệu suất thuỷ phân giảm mạnh Như vậy, việc 31 thuỷ phân thịt trùn quế có tham gia hệ vi sinh vật tự nhiên Tuy nhiên, vi sinh vật việc thuỷ phân protein từ thịt trùn quế thành dịch đạm cịn tạo nhiều sản phẩm phụ gây cảm quan chí gây độc sản phẩm lên men Nồng độ rỉ đường tăng cao giúp ức chế hoạt động hệ vi sinh vật phân giải protein nồng độ cao ức chế hoạt động enzyme protease bổ sung Điều phù hợp với nghiên cứu Wang cộng (2019) khảo sát ảnh hưởng mật rỉ đường hoạt động chủng vi sinh vật phân giải carbonhydrate [24] Hình 6.1: Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế xay nhuyễn có khuấy trộn (a) thay đổi nồng độ rỉ đường phản ứng (b) Nồng độ enzyme bổ sung vào trình lên men yếu tố quan trọng sản xuất, yếu tố định mạnh đến tốc độ lên men giá thành sản phẩm [15] Từ thực nghiệm, nhận thấy với 4% enzyme bổ sung, tốc độ phản ứng đẩy mạnh từ đầu trình lên men (hình 6.2.a) Hình 6.2: Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế thay đổi nồng độ enzyme protease bổ sung (a) thay đổi cofactor cho hoạt động protease (b) Tuy nhiên, sau 18 lên men, hiệu suất thuỷ phân nghiệm thức bổ sung 1%, 2% 4% khơng cịn khác biệt chất lượng sản phẩm thuỷ phân thịt trùn quế nghiệm thức Chính vậy, chúng tơi bổ sung 1% enzyme protease vào sản xuất quy mơ lớn nhằm tiết kiệm chi phí Nirmal cộng (2014) bổ sung 1% 32 protease nghiên cứu nhóm [25] Năm 2016, Berg cơng sử dụng tỷ lệ bổ sung nghiên cứu công thức thuỷ phân protein thực phẩm [26] Protease nhóm enzyme lớn thuộc lớp – enzyme thuỷ phân – nhóm enzyme hoạt động nhiều điều kiện phản ứng tuỳ thuộc vào cấu trúc không gian đặc biệt cấu trúc trung tâm hoạt động enzyme [27] Tuỳ vào loại protease với hoạt tính riêng đặc hiệu mà chúng cần nhiều loại cofactor hỗ trợ cho hoạt động thuỷ phân protein [28] Trong phạm vi nghiên cứu này, chúng tơi khơng có điều kiện xác định cấu trúc trung tâm hoạt động enzyme protease SEB-Neutral PL Để xác định cofactor phù hợp enzyme tiến hành kiểm tra tác động số ion kim loại Zn2+, Al3+, Fe2+, Ca2+, Mg2+ Mn2+ với nồng độ bổ sung 5mM Ngay từ đầu thực nghiệm, ion Ca2+ Mg2+ cho thấy hiệu rõ rệt lên hoạt tính thuỷ phân thịt trùn quế protease (hình 6.2.b) Trong đó, muối calcium phổ biến có giá thành thấp Việt Nam Ngoài ra, calcium thành phần dinh dưỡng thiếu cho vật nuôi việc hình thành xương, tham gia dẫn truyền thần kinh [29] Chính vậy, chúng tơi chọn calcium làm nguồn cofactor cho q trình lên men quy mơ lớn 6.2 Sản xuất dịch thuỷ phân thịt trùn quế với thiết bị lên men bán tự động Với thông số khảo sát thực nghiệm, tiến hành thiết kế hệ thống lên men quy mô lớn, bán tự động Hệ thông thiết kế đảm bảo ổn định thơng số q trình lên men (hình 6.3.a) Hệ thống bao gồm nồi lớp có dung tích bên 15 lít Hệ thống ổn nhiệt nước chứa khoảng lớp nồi Nước cấp nhiệt điện trở đốt nóng có thơng số kỹ thuật 220V-800W, nhiệt độ nước kiểm soát cảm biến nhiệt độ NDK-1M5C lập trình điều khiển TZN4S Autonics Bộ điều khiển xác định nhiệt độ lên men theo yêu cầu tắt nguồn với sai số ±2ºC Hệ thống cánh khoáy điều khiển động giảm tốc mini pha 120W thay đổi tốc độ Động kiểm soát biến tần, đảm bảo số vòng quay phù hợp với yêu cầu trình lên men Tồn hệ thống điều khiển thiết kế hộp điều khiển trung tâm 33 Nồi lên men đặt giàn khung di chuyển được, thân nồi gắn vịng bi, giúp người dùng nghiêng nồi để rót sản phẩm vệ sinh nồi cách dễ dàng Hình 6.3: Bản vẽ kỹ thuật hệ thống lên men bán tự động (a) hệ thống lên men đưa vào sử dụng (b) Với hệ thống lên men qui mô lớn này, tiến hành khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tốc độ khuấy trộn đến thuỷ phân thịt trùn quế Nhiệt độ tốc độ khuấy trộn thiết lập theo phương pháp đề mục 5.4.5 5.4.6 Kết thực nghiệm cho thấy hoạt động enzyme thuỷ phân phù hợp với khuyến nghị nhà cung cấp Với thông số xác định từ thí nghiệm trước đây, chúng tơi nhận thấy enzyme protease hoạt động tốt nhiệt độ khoảng từ 40 ºC đến 60 ºC Ở 60 ºC, protease hoạt động mạnh 12 đầu Trong đó, khả hoạt động protease 40 ºC yếu khoảng 7% lên men so với 60 ºC Tuy nhiên từ khoảng sau 18 lên men hiệu suất thuỷ phân protease nhiệt độ Hiệu suất thuỷ phân hệ thống lớn lúc tương đương với thí nghiệm quy mơ nhỏ (hình 6.4.a) Để giảm chi phí lượng chúng tơi định thực q trình lên men 40 ºC Mặc dù hiệu suất thuỷ phân enzyme nhiệt độ thấp lên men nhiệt độ cao việc tiêu hao lượng trường hợp không cần thiết Chúng tiếp tục khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn đến hiệu suất thuỷ phân protease Hiệu suất thuỷ phân có khác biệt rõ rệt thực khuấy đảo 130 v/p 160 v/p so với khuấy trộn 70 v/p 100 v/p Sự khuấy trộn tăng cường khả tiếp cận chất enzyme tạo điều kiện cho phản ứng xảy hiệu 34 Hiệu suất thuỷ phân khuấy trộn 160 v/p không thật cao so với khuấy trộn 130 v/p (hình 6.4.b) Khi tăng tốc độ khuấy lên cao, nhiệt độ độ rung máy tăng, ảnh hưởng đến độ bền khả hoạt động hệ thống Do đó, chúng tơi chọn 130 v/p cho trình sản xuất dịch thuỷ phân với hệ thống lên men bán tự động chúng tơi Hình 6.4: Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế hệ thống lên men bán tự động thay đổi nhiệt độ lên men (a) thay đổi tốc độ khuấy trộn (b) Sau 24 thuỷ phân, ghi nhận hiệu suất thuỷ phân tối đa đạt gần tiệm cận 100% Kết thể hình 6.4.b cho thấy hiệu suất thuỷ phân đạt gần 90% Tuy nhiên, kiểm tra phần cặn lắng lại sau ly tâm, nhận thấy thành phần chủ yếu bột gỗ cát mịn Chúng cho phần cịn xót lại đường ruột trùn quế ngun liệu Qua đó, chúng tơi cho hiệu suất thuỷ phân đạt tiệm cận 100% 6.3 Lên men thịt trùn quế với enzyme protease quy mô lớn thử nghiệm sản xuất bột dinh dưỡng Với thông số khảo sát thực nghiệm, tiến hành mẻ lên men quy mô lớn thiết bị lên men bán tự động thiết kế đảm bảo ổn định thông số trình lên men (hình 6.3.b) Thành phần mẻ lên men bao gồm: 40% thịt trùn quế, 1% enzyme protease, 5% rỉ đường, 5mM Ca2+ Quá trình lên men tiến hành 18 giờ, nhiệt độ ổn định khoảng 40℃, pH dao động 6,5-7,0 tốc độ cánh khuấy 130 vòng/phút Với thiết bị lên men bán tự động thiết kế hoàn toàn inox 304 sử dụng cho công nghệ thực phẩm, hiệu suất thuỷ phân tăng lên đáng kể so với kết thí nghiệm Sau 18 lên men, tồn dịch lên men lọc qua màng lọc chuyên dụng đảm bảo kích thước hạt phù hợp để nạp vào hệ thống sấy phun (hình 6.5.a) Hiệu suất thuỷ phân đạt 90% 35 Hình 6.5: Dịch thuỷ phân thịt trùn sau qua lọc chuẩn bị cấp vào máy sấy (a), máy sấy phun công nghiệp công ty Cổ phần BV pharma (b), sản phẩm bột thịt trùn (c) Dịch thuỷ phân bổ sung 20% Maltodextrin (M100 - cung cấp công ty Brenntag) sấy phun hệ thống sấy phun công nghiệp cơng ty Cổ phần BV pharma (hình 6.5.b) Các thông số sấy điều chỉnh phù hợp với thông số máy, hiệu suất thu hồi bột sấy cảm quan sản phẩm sấy (hình 6.5.c) Bột sấy (bột đạm từ thịt trùn quế) tiến hành phân tích hàm lượng thành phần amino acid Trung tâm Sắc ký Hải Đăng So sánh kết phân tích dịch thuỷ phân thịt trùn quế bột đạm từ thịt trùn quế với dịch thuỷ phân thịt trùn quế thị trường - NUTRI-T, cung cấp công ty TNHH Thương mại Đầu tư Renabeco, thấy hàm lượng amino acid tổng mẫu cao gần lần thành phần amino acid thiết yếu cho heo cao (kết phân tích bổ sung phụ lục) Đặc biệt hàm lượng threonin cao khoảng gấp lần Theo nghiên cứu Nguyễn Thị Mỹ Hương cộng năm 2014, tiến hành thủy phân đầu xương cá chẽm enzyme thương mại Flavourzyme với tỉ lệ 0,5% nguyên liệu sau thu hàm lượng amino acid tổng: 37,7 ± 0,28 g/100 g bột protein, cao gấp lần so với chế phẩm bột đạm [30] Liaset cộng (2003) thực thủy phân xương cá hồi với enzyme thương mại ProtamexTM Novozymes với tỉ lệ 0,12% so với chất, sau 60 phút thủy phân pH 6,5, 55ºC thu 7,88 mg/g amino acid tổng dịch protein, thấp gần lần so với mẫu dịch đạm thủy phân từ trùn quế [31] Kechaou cộng (2009) thực thủy phân mực cá mòi enzyme Alcalase cung cấp công ty 36 Novozymes với tỉ lệ 0,1% so với chất, đồng mẫu với nước cất tỉ lệ 1:1, pH 8,0, 50ºC, 300 v/p 24 cho hàm lượng amino acid tổng cao 3,508 mmol/mg (mực) 2,751 mmol/mg (cá mịi) khơng thu nhận histidine - amino acid thiết yếu cho heo [32] Với thành phần hàm lượng amino acid thiết yếu khơng thiết yếu có mẫu bột đạm, nhận thấy chế phẩm bột đạm hồn tồn phù hợp có triển vọng việc sử dụng làm nguồn thức ăn bổ sung cho heo, đặc biệt heo giai đoạn cai sữa Sản phẩm sau sấy phun kiểm tra đánh giá thơng số lý, hố sinh học để đảm bảo đáp ứng yêu cầu chế phẩm dinh dưỡng bổ sung cho đàn heo Các tiêu chứng kiểm tra bao gồm: ➢ Hàm lượng kim loại nặng Asen, Camidi, Chì, Thuỷ ngân ➢ Độc tố Aflatoxin ➢ Tồn dư độc chất nông nghiệp Chloropyrifos-methyl, Cypermethrin, Deltamethrin, Dicofol, Endosulfan, Fenitrothioon, Methidathion, Permethrin, Flucythrinate, Propargite ➢ Tổng số vi sinh vật hiếu khí ➢ Tổng số nấm men ➢ Tổng số nấm mốc ➢ Coliforms Salmonella Các tiêu thực Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm thành phố Hồ Chí Minh (CASE) Kết cho thấy bột đạm từ thịt trùn quế đáp ứng quy chuẩn để làm thức ăn bổ sung cho gia súc, gia cầm - QCVN 01 - 78: 2011/BNNPTNT Với kết chúng tơi thực thêm nhiều nghiên cứu đối tượng vật ni Ngồi ra, bột đạm cịn sử dụng nguồn cao thịt để làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật So với giá thành số loại cao thịt luu hành thị trường giá thành sản phẩm bột đạm thấp phù hợp cho hoạt động phòng thí nghiệm vi sinh vật học 37 6.4 Bước đầu thử nghiệm hiệu bột thịt trùn quế đàn heo lai sau cai sữa Đàn heo sau cai sữa khoẻ mạnh, khơng phân biệt giới tính, có trọng lượng trung bình khoảng 7,0 kg/con chia thành lơ thí nghiệm Mỗi lơ phân thành ngăn nhỏ, ngăn nhỏ có cá thể heo Heo con, chuồng trại thức ăn cung cấp trại chăn nuôi Vĩnh Khánh thuộc Công ty Cổ phần xuất nhập nông sản thực phẩm An Giang Đàn heo cân trọng lượng nhập chuồng sau tuần thực nghiệm Trọng lượng đàn heo ghi nhận bảng 6.1 Từ chúng tơi xác định tốc độ tăng trưởng đàn heo so với nhập chuồng (bảng 6.2) Theo kết ghi nhận được, đàn heo cho ăn với phần có bổ sung 2% bột thịt trùn quế có tăng trưởng nhỉnh đàn heo khác Chúng tơi tiến hành phân tích kết chương trình phân tích ANOVA yếu tố có lặp (GraphPad Prism 8), kết phân tích cho thấy có khác biệt lơ thí nghiệm C so với lơ thí nghiệm khác Mặc dù khác biệt khơng q lớn có ý nghĩa cao thực nghiệm Bảng 6.1: Khối lượng đàn heo (12 cá thể/đàn) sau tuần nuôi thực nghiệm (đvt: kg) Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Lô A 82,66 ± 4,06 96,96 ± 3,90 Lô B 86,70 ± 2,47 102,23 ± 0,61 129,47 ± 0,92 156,78 ± 1,21 187,55 ± 6,90 Lô C 86,03 ± 3,61 104,03 ± 1,27 137,23 ± 0,14 170,84 ± 0,54 201,04 ± 4,52 Lô D 83,92 ± 4,10 99,39 ± 5,32 118,35 ± 3,23 146,59 ± 2,12 176,30 ± 5,75 125,26 ± 3,88 157,47 ± 1,80 185,11 ± 2,40 Bảng 6.2: Tốc độ tăng trưởng đàn heo (đvt: %) Tuần Tuần Tuần Tuần Lô A 17,36 ± 3,36 43,28 ± 3,29 77,69 ± 10,58 113,78 ± 15,87 Lô B 17,99 ± 4,11 49,42± 5,24 80,93 ± 6,02 116,53 ± 12,99 Lô C 21,03 ± 3,93 59,71 ± 6,77 98,82 ± 8,66* 133,84 ± 6,79** Lô D 18,43 ± 1,39 49,66 ± 12,21 87,98 ± 10,21 120,87 ± 8,83 Phân tích ANOVA yếu tố có lặp với α = 0,05 cho thấy khơng có khác biệt lơ thí nghiệm tuần đầu, từ tuần thứ tăng trọng đàn heo lơ C có khác biệt với lơ cịn lại (* P=0,0451