vi sinh vật để lên men phế liệu tôm nhằm mục đích thu protein, astaxanthin và sử dụng astaxanthin bổ sung vào thức ăn cho cá
1.5.1. Nghiên cứu trong nước
Các nghiên cứu trong nước về việc sử dụng vi sinh để lên men phế liệu tôm nhằm thu dịch lên men chứa hàm lượng astaxanthin, protein và phần bã sau khi ép được sử dụng làm chitin – chitosan chưa nhiều.
Công ty phát triển công nghệ và tư vấn đầu tư Đà Nẵng đã thực hiện đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men lactic trong bảo quản và chế biến phế thải thủy sản đã nghiên cứu đã phân lập các chủng vi khuẩn lactic từ nem chua và chọn ra chủng lên men thích hợp để áp dụng vào việc lên men phế liệu tôm và cá. Kết quả sau khi tiến hành bổ sung rỉ đường, chế phẩm vi sinh, chất bổ sung thì sau một thời gian ủ thu được sản phẩm có mùi thơm đặc trưng, chua của acid lactic và có màu nâu đỏ. Thời gian bảo quản kéo dài 60 ngày nhưng sản phẩm vẫn có cảm quan tốt, màu nâu đỏ, mùi chua và không hôi [28].
Trang Sĩ Trung và cộng sự đã dụng enzyme flavouzyme để tiến hành thủy phân phế liệu tôm. Tại nhiệt độ 50 oC, 6 giờ , tỷ lệ enzyme bổ sung là 0,1%; pH 6,5, thì hiệu suất thu hồi protein khoảng 92 – 95% [31]. Đặng Thị Hiền đã nghiên cứu sử dụng
enzyme protease để tiến hành thủy phân phế liệu tôm và tận thu protein và astaxanthin
trong công nghệ sản xuất chitin - chitosan. Tại nhiệt độ 54 oC, 8 giờ, tỷ lệ enzyme bổ sung là 0,22%; pH 8, tỷ lệ nước/nguyên liệu là 1/1 thì thu hồi được 52,7% protein so với ban đầu [12]. Việc sử dụng trực tiếp enzyme để khử protein và astaxanthin ra khỏi vỏ tôm và tiếp tục sử dụng bã đi sản xuất chitin – chitosan cho kết quả cao nhưng thấp hơn khi sử dụng chất hóa học. Sử dụng enzyme sẽ hạn chế được ơ nhiễm môi trường, tuy nhiên giá thành khi sử dụng enzyme sẽ cao vì vậy chưa áp dụng phương pháp trên một cách rộng rãi.
1.5.2. Nghiên cứu trên thế giới
Những nghiên cứu về thu chất màu và protein đã được nghiên cứu rất sớm trên thế giới, cho đến nay đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về nó:
Takeda và Abe [89], Shimahara và cộng sự [84] đã loại protein bằng vi khuẩn có khả năng phân giải protein. Dưới tác dụng của enzyme thủy phân, protein bị phân giải
thành các acid amin hòa tan trong nước. Những tác nhân này tuy không làm ảnh hưởng đến chitin nhưng việc loại hồn tồn protein khó có thể đạt được.
Theo Torrisen và cộng sự, Chen và Meyers đã khẳng định quá trình lên men lactic có thể thu được carotenoid đặc biệt là astaxanthin [91], [51].
Hall và De Silva đã sử dụng lên men lactic để loại bỏ protein có trong giáp xác và hàm lượng protein đã giảm đi lên đến 50% [55].
Theo Simpson và cộng sự thì chitosan cũng có thể được tạo từ chitin bằng cách sử dụng những enzyme vi sinh vật. Những vi sinh vật có khả năng sinh ra enzyme deacetylase như: Aspergillus niger, Mucor meehei, Phycomycetes nitens, Rhizopus
acetoinu, Rhizopus microsporus,…[88].
Keiko Shirai và cộng sự nghiên cứu được rằng từ hai chủng Lactobacillus
pentosus và Lactobacillus sp thì Lactobacillus pentosus sinh acid lactic tốt hơn trong
q trình ủ chua chất thải tơm và khẳng định nồng độ glucose ban đầu là yếu tố quan trọng trong q trình lên men chất thải tơm. Việc lên men lactic làm giảm pH nên đã ngăn cản sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng [87].
Rao và Stevens đã sản xuất được chitin bằng cách ủ xi lô đầu và vỏ tôm với
Lactobacillus plantarum 541. Hiệu suất thu hồi chitin từ đầu và vỏ tôm là 4,5% và
13% với đầu tôm đã khử được 83% protein và 88% khoáng, khử được 66% protein và 63% khoáng từ vỏ tôm [77].
Kết quả nghiên cứu khác của Rao và Stevens đã chỉ ra rằng có thể khử được khống và protein từ đầu, vỏ tơm phế liệu bằng cách ủ xi lô với L. plantarum 541 và A6 ở nồng độ muối 2%. Khi ủ xi lô đầu, vỏ tôm phế liệu sử dụng chủng L. plantarum 541 khử được 81,4% khống, 59,8% protein; trong khi đó L. plantarum A6 khử được, 5% khoáng và 52,2% protein [76].
Bhaskar, Suresh, Sakhare, Sachindra đã nghiên cứu được kết quả là lên men lactic phế liệu tôm và thu được carotenoid từ 72,4 – 78,5% trong dịch lên men [80].
Năm 2007 Sachindra và cộng sự đã tiến hành phương pháp lên men chất thải tơm đã được chuẩn hóa bằng cách sử dụng một thử nghiệm có ba biến cụ thể là: Mức độ glucose và văn hóa khởi động và thời gian lên men. Mức tối ưu hóa để đạt được pH mong muốn là 20,5% glucose, 19,5 × 104 tế bào/g và thời gian lên men là 70 giờ. Năng suất của carotenoids đầu khai thác với sản lượng ban đầu là 31,30 mg/g trong thức ăn ủ chua lên
men và 26,18 mg/g trong thức ăn ủ chua axit. Kết quả cho thấy sự hữu dụng của lên men như một phương pháp để ổn định và phục hồi carotenoid trong chất thải nuôi tôm [81].
Năm 2007 trong tóm tắt kết quả trong nhiều năm nghiên cứu đã cho rằng sử dụng vi khuẩn lên men có thể loại bỏ protein trong giáp xác, giảm đi việc sử dụng kiềm trong quá trình sản xuất chitin và acid tạo ra trong q trình ủ chua có thể khử khống [59]. Phần dịch lên men chứa protein, khoáng chất, astaxanthin và một phần nhỏ chitin rắn, phần dịch lên men này có thể làm thức ăn trong chăn nuôi [74].
Jo, Jung, Park đã thu enzyme từ nguồn sinh vật Serratia marcescens để khử protein trong vỏ cua để thu chitin, khử được 84% protein, 47% khoáng. Những kết quả cho thấy việc sử dụng S. marcescens FS – 3 loại bỏ protein trong vỏ cua có thể được áp dụng cho q trình sản xuất chitin [58].
Keiko Shiraia và cộng sự nghiên cứu sự phục hồi chitin và astaxanthin bằng cách lên men lactic phế liệu tôm (Litopenaeus sp) được thực hiện tại nhiệt độ 15, 20, 25, 30, 35, 40 và 45 °C. Các phương pháp tối ưu bề mặt cho thấy rằng quá trình lên men được thực hiện trong 27 – 36 °C với lacticacid trên 0,319 mmol/g trong việc khử khoáng cao nhất. Khử protein tối đa đạt được từ 30 đến 40 °C. Việc khai thác miễn phí astaxanthin khơng hiện sự khác biệt đáng kể giữa 20 và 35 oC [71].
Bên cạnh những nghiên cứu về việc sử dụng vi sinh vật để lên men phế liệu tơm góp phần trong việc sản xuất chitin – chitosan và thu protein, astaxanthin có trong dịch lên men thì cũng đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng astaxanthin vào trong thức ăn với nhiều mục đích khác nhau. Theo Bernhard thì astaxanthin khơng phải là hormone nên khơng gây hại đến khả năng sinh sản của cá. Cá sẽ chuyển hóa astaxanthin trong thức ăn thành tuaxanthin và tích lũy dưới da cá. Hiện nay, trong công nghệ nuôi cá cảnh, để nhuộm màu cho cơ, da hay làm cho cá chuyển màu vàng cam, màu đỏ, trong thức ăn cá cảnh thường được bổ sung astaxanthin hay canthaxanthin để cá có màu sắc đẹp hơn và dễ tiêu thụ hơn [40].
Ngồi ra, chất tạo màu astaxanthin cịn giúp tăng hoạt động sinh trưởng, phát triển tuyến sinh dục, tăng khả năng chịu sốc, nâng cao giá trị thương phẩm của vật ni. Do vậy, Astaxanthin chính là nhân tố vi lượng khá quan trọng đối với động vật thủy sinh. Trong một nghiên cứu về cá hồi Atlantic salmon, khi nuôi cá với các nồng độ astaxanthin khác nhau (từ 0 đến 200 mg/kg), Torrissen và cộng sự đã kết luận rằng
khơng có sự sai khác về màu sắc trong thịt cá fillet khi tăng hàm lượng astaxanthin trên 60 mg/kg [92].
Olsen và Mortensen đã nghiên cứu ảnh hưởng chế độ dinh dưỡng có astaxanthin và nhiệt độ đến thịt cá hồi Salvelinus alpinus L. Tác giả sử dụng cá có khối lượng trung bình 150 g được ni trong 6 nghiệm thức astaxanthin (hàm lượng từ 19, 48, 70, 94, 192 mg/kg) tại 2 nhiệt độ khác nhau (8 oC và 12 oC). Kết thúc thí nghiệm, khối lượng cá đạt được trung bình 320 g (sau 102 ngày ni tại nhiệt độ 12 oC và 126 ngày nuôi tại nhiệt độ 8 oC) và thấy ảnh hưởng rõ rệt nhất trên phần cơ đỏ của cá khi nuôi cá với chế độ dinh dưỡng kết hợp astaxanthin với hàm lượng 70 mg/kg [72].
Chatzifotis và cộng sự đã nghiên cứu trộn astaxanthin tỷ lệ 1,58% vào thức ăn cho cá Pagrus pagrus ăn và sau 2,5 tháng thấy khu vực da phần vây lưng cá, sắc tố đỏ tăng lên rõ rệt tương ứng với hàm lượng astaxanthin tăng cao trong cơ cá so với các lơ thí nghiệm khác [50].
Như vậy, qua các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước ta nhận thấy có nhiều nghiên cứu được ghi nhận, đóng góp lớn trong q trình sản xuất chitin – chitosan và thu hồi protein, astaxanthin để ứng dụng vào trong chăn nuôi bằng phương pháp vi sinh. Nhiều nghiên cứu đã công bố các chủng vi sinh có khả năng làm loại protein, chất màu, khống tuy nhiên hiệu suất khử thấp hơn so với việc sử dụng hóa chất nhưng việc sử dụng các chủng vi sinh sẽ hạn chế ơ nhiễm mơi trường. Bên cạnh đó chất màu astaxanthin có trong dịch lên men đóng vai trị quan trọng trong ngành chăn nuôi. Do vậy việc nghiên cứu điều kiện thích hợp để vi sinh phát triển tốt từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và từ đó bổ sung vào thức ăn cho động vật là điều cần thiết.
Chương 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu đầu tôm thẻ chân trắng thải ra trong q trình sản xuất tại Cơng ty F17, phường Vĩnh Hải, Nha Trang – Khánh Hòa.
Cá Tứ Vân đạt 25 ngày tuổi được mua tại địa chỉ Cá Cảnh số 10, phường Vĩnh Hải, Nha Trang – Khánh Hịa.
2.1.2. Dụng cụ, hóa chất
Dụng cụ chứa các mẻ lên men là các hủ thủy tinh, bọc nhựa có dung tích 0,5 – 1 kg được mua trên thị trường. Bể thủy tinh 160 lit chia thành 20 ngăn để nuôi cá Tứ Vân.
Dụng cụ thủy tinh như: Ống nghiệm, bình tam giác, bình cầu, ống nhỏ giọt, cốc nung, bình định mức, ống đong, pipet, buret, phễu thủy tinh, đĩa peptri,…
Máy móc và thiết bị: Cân phân tích, máy đo độ hấp phụ quang học, lị nung, máy đo pH, ... Hóa chất sử dụng như: Mơi trường MRS, aceton, hexan, NaCl, Natri benzoat, Kali sorbate, HCOOH 2%, cồn, rỉ đường, thức ăn tổng hợp ...