Ủ chua hay còn gọi là lên men thức ăn cho gia súc, động vật nuôi là phương pháp để bảo quản nguyên liệu có từ lâu đời trong nhân dân. Quá trình ủ chua được thực hiện nhờ có các chủng vi khuẩn lactic có sẵn trong môi trường tự nhiên hoặc được cung cấp từ ngoài vào giúp cho sản phẩm ủ chua đạt được chất lượng mong muốn từ đó cung cấp nguồn dinh dưỡng cho động vật. Thức ăn ủ chua là một dạng thức ăn rất thiết yếu cho động vật nuôi trong nông nghiệp. Nó là kết quả của quá trình acid hóa, mà thực chất là kết quả của sự lên men trong điều kiện yếm khí. Một số loài vi khuẩn lactic được Tomas James Rees [92] tìm thấy trong thành phẩn ủ chua được nêu ra ở Bảng 1.3.
Bảng 1.3: Một số loài vi khuẩn lactic có trong sản phẩm ủ chua [92]
Giống Lên men Glucose Hình thái học Loài
Lactobacillus Đồng hình Que L.acidophilus
L.casei L. coryniformis L. curvatus L. plantarum L. salivarius Dị hình Que L. brevis L. buchneri L. fermentum L. viridescens
Pediococcus Đồng hình Cầu khuẩn P. acidilacti
P. damnosus (cerevisiae) P. pentosaceus
E. faecalis
Enterococcus Đồng hình Cầu khuẩn E. faecium
Streptococcus Đồng hình Cầu khuẩn S. bovis
Trong nông nghiệp, người ta sử dụng ủ lên men cho nguyên liệu cây nông nghiệp, cỏ tươi để làm thức ăn cho động vật nuôi: Trâu, bò, heo, gà… Trong môi trường lên men, người ta thường bổ sung muối, rỉ đường thích hợp, nồng độ acid để ức chế vi sinh vật gây thối, gây hư hỏng nguyên liệu. Nguyên liệu sau khi lên men bên trong sẽ tạo thêm một số sản phẩm có giá trị như chất thơm, vitamin, kháng sinh (Nizin, diplocacxin…) [29]. Do đó, kích thích cho gia súc, động vật nuôi ăn ngon miệng, tiêu hóa tốt, chóng lớn, lên cân, và đồng thời kéo dài thời gian bảo quản nguyên liệu hơn so với nguyên liệu tươi ban đầu.
Ngoài việc áp dụng lên men trên nguyên liệu thuộc cây nông nghiệp, người ta còn tiến hành lên men đối phế liệu cá, nội tạng bào ngư, phế liệu đầu vỏ tôm,.. để sử dụng làm thức ăn cho động vật nuôi [29].
Cá sau khi ủ lên men làm thức ăn động vật ở dạng lỏng, có thể sử dụng cá nguyên liệu hay phế liệu cá, với sự tham gia của enzyme nội tại trong bản thân nguyên liệu, các thành phần acid hay vi khuẩn lactic bổ sung vào trong quá trình ủ. Một thử nghiệm với cá ủ lên men bắt đầu tại Thụy điển năm 1963, sử dụng acid chlohydric, acid sunfuric, acid formic và rỉ đường [70], đã cho kết quả là ức chế vi sinh vật gây thối, tăng khả năng phân giải protein, khoáng. Ở Việt Nam năm 2002, dự án nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men lactic trong bảo quản và chế biến phế thải thủy sản đã sử dụng rỉ đường, chế
phẩm vi sinh L. plantarum để tạo sản phẩm lên men khi ủ chua cá nhằm cung cấp thức ăn
cho vật nuôi, kết quả cho thấy khả năng bảo quản phế thải kéo dài đến 60 ngày, sản phẩm có mùi chua, màu nâu đỏ và không hôi [29]. Tiến hành lên men cho nguyên liệu cá có thể thực hiện theo hai cách: Đó là ủ trực tiếp bằng việc bổ sung acid vào và ủ cá nhờ quá trình lên men với sự tham gia của vi khuẩn lactic, cả hai cách đều bổ sung chất dinh dưỡng cho vật nuôi nhưng thực hiện ủ cá theo phương pháp sinh học thì sẽ cho kết quả tốt hơn là ủ theo phương pháp bổ sung acid [67].
Đối với phế liệu tôm phương pháp lên men cũng được ứng dụng khá phổ biến để bảo quản và đồng thời để chế biến dịch dịch lên men và sử dụng phối trộn thức ăn gia xúc. Cũng trong dự án nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men lactic trong bảo quản và chế biến phế thải thủy sản thì người ta đã nghiên cứu trên đối tượng phế liệu tôm bằng cách bổ sung rỉ đường và chế phẩm vi sinh, dịch lên men thu được qua quá trình theo dõi 60 ngày thì thấy có mùi chua, màu nâu sẫm [29].
Sản phẩm lên men phế liệu tôm làm thức ăn cho động vật ở dạng lỏng, đôi khi còn gọi là protein lỏng. Sự hoá lỏng của mô tôm là kết quả của việc thủy phân protein nhờ hoạt động của enzyme trong bản thân nguyên liệu, ngoài ra còn được hỗ trợ bằng cách bổ sung thêm các acid hữu cơ do vi khuẩn lactic sinh ra, acid vô cơ được thêm vào. Protein thu được trong dịch lên men đánh giá chất lượng của quá trình ủ chua sản phẩm [8].
Bổ sung trực tiếp chủng vi khuẩn lactic vào mẻ ủ phế liệu tôm là phương pháp thu hồi protein, astaxanthin phổ biến hiện nay. Như vậy, khi áp dụng phương pháp này, đã tận thu phần lớn protein để làm thức ăn chăn nuôi từ nguồn phế liệu tôm, bên cạnh đó hàm lượng chất màu astaxanthin sẽ thu được trong dịch lên men, ủ chua bằng phương pháp sinh học sẽ ít làm ảnh hưởng đến thành phần astaxanthin này nên hàm lượng astaxanthin thu được cao. Đồng thời trong quá trình ủ còn có một lượng khoáng trong vỏ tôm cũng được tách ra một phần do kết hợp sử dụng lượng acid hỗn hợp gồm hữu cơ và vô cơ với nồng độ và tỷ lệ thích hợp trong quá trình ủ. Bã tôm sau khi được tách riêng khỏi dịch ép, sẽ sử dụng cho việc sản xuất chitin. Có thể minh họa bằng sơ đồ quy trình Hình 1.4.
Hình 1.3: Sơ đồ tóm tắt lên men lactic phế liệu tôm
Quá trình lên men phế liệu tôm bằng vi sinh vật là một phương pháp sinh học, sản phẩm ủ chua dựa trên quá trình lên men tự nhiên của vi khuẩn lactic, sản phẩm tạo ra trong điều kiện yếm khí chủ yếu là acid lactic kết quả làm cho pH trong mẻ ủ giảm xuống so với pH ban đầu. pH giảm làm ức chế vi khuẩn yếm khí có hại do đó sản phẩm lên men phế liệu tôm có thể làm thức ăn gia súc và được bảo quản lâu. Quá trình biến đổi pH trong thời gian lên men phế liệu tôm có thể chia thành các giai đoạn sau và các giai đoạn này có đặc tính riêng biệt:
Giai đoạn đầu, giai đoạn hiếu khí: khi lên men thì vẫn tồn tại khí oxi trong mẻ
ủ, lúc này pH của phế liệu tôm tương đối cao, pH từ 6,9 – 7. Trong điều kiện này thì Phế liệu tôm
Ủ yếm khí
Dịch lên men bổ sung vào thức ăn chăn nuôi
Bã: sản xuất chitin - chitosan
Giống vi khuẩn lactic Chất bổ sung
các vi sinh vật hiều khí, hiếu khí tùy ý như nấm, nấm men và Enterobacteria vẫn hoạt động, giai đoạn này thường mất khoảng một vài giờ.
Quá trình lên men kéo dài trong thời gian vài ngày sau khu ủ và trở thành kị
khí. Vi khuẩn lactic phát triển và trở thành vi khuẩn chiếm ưu thế. Acid lactic và các acid khác được tạo ra làm pH giảm xuống còn 3,8 – 3,5.
Giai đoạn này ổn định, hầu hết các vi sinh vật giai đoạn 2 từ từ giảm số lượng.
Một số vi sinh vật có khả năng chịu acid tồn tại trong thời gian này gần như không
hoạt động, những vi sinh vật khác như Clostridia và trực khuẩn thì tồn tại dưới dạng
bào tử, chỉ có một số enzyme như protease chịu acid và một số vi sinh vật chẳng hạn như Lactobacillus Buchneri tiếp tục hoạt động ở mức thấp.
Sau một thời gian lên men pH trong môi trường lại có xu hướng tăng lên vì khi
acid lactic tích tụ khá cao thì chính các vi khuẩn lactic cũng bị ức chế, lúc này một số nấm men, nấm mốc có khả năng phân hủy acid lactic cũng phát triển mạnh như nấm mốc
Oidium lactic và nấm men Mycodema. Các loài vi sinh vật này có khả năng phân hủy acid lactic bằng cách oxy hóa acid lactic để cung cấp năng lượng cho chúng nên bắt đầu lượng acid lactic giảm xuống thì lại tạo điều kiện cho vi sinh vật gây thối phát triển [96], bên cạnh đó sau khi ủ thì mẻ lên men sẽ được lấy ra thì bắt đầu có sự tiếp xúc với không khí. Điều này làm kích hoạt các vi khuẩn hiếu khí hoạt động mà chủ yếu là nấm men, nấm mốc, trực khuẩn... làm cho mẫu lên men hư hỏng [60].
Trong thời gian lên men, vi khuẩn acid lactic chuyển đổi cacbonhydrat thành acid lactic và giảm độ pH. Hỗn hợp lên men sẽ được bảo vệ nhờ độ pH giảm xuống thấp, tạo điều kiện cho các enzyme phân giải protein (protease) có sẵn trong phế liệu tôm, làm phá vỡ các mô protein tạo ra sản phẩm có dạng lỏng. Hầu hết protein được thủy phẩn thành các peptide ngắn, một số trong đó có thể tiếp tục chuyển hóa tạo các acid amin tự do [71]. Những sản phẩm lên men này có thể sử dụng làm thức ăn gia súc
và phân bón [58]. Những vi khuẩn gây bênh như Clostridium botulinum sẽ bị phá hủy
trong quá trình lên men [78].