nghiên cứu công nghệ sản xuất thức ăn cho cá mú chấm cam (epinephelus coioides) nuôi thương phẩm

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng công nghệ sản xuất thức ăn công nghiệp cho cá mú chấm cam ở Việt Nam phù hợp với thực trạng, qui mô và

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

Nguyễn Văn Nguyện

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỨC ĂN CÔNG NGHIỆP CHO CÁ MÚ

CHẤM CAM (Epinephelus coioides) NUÔI

THƯƠNG PHẨM

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm đại cương

Mã số: 2.11.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Tp Hồ Chí Minh - Năm 2011

Công trình được hoàn thành tại Khoa kỹ thuật hóa học, Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TSKH Lê Xuân Hải

2 TS Nguyễn Văn Hảo

Cán bộ phản biện độc lập:

1 GS.TS Hoàng Đình Hòa

2 GS.TS Trần Thị Luyến

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thanh Phương

Phản biện 2: GS.TS Hoàng Đình Hòa

Phản biện 3: PGS.TS Hoàng Tùng

Luận án sẽ được bảo vệä trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước tổ chức tại:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Vào hồi … giờ……….ngày ………tháng …… năm 2011

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Đại Học Quốc Gia

- Thư viện Trường Đại Học Bách Khoa

- Thư Viện Viện Nghiên Cứu Nuôi Trồng Thủy Sản 2

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Một trong những đối tượng cá biển có giá trị kinh tế cao đã và đang được phát triển nuôi ở nước ta trong những năm qua là cá mú

chấm cam (E.coioides) Tuy nhiên, thực trạng cho thấy rằng cá tạp

hiện đang là nguồn thức ăn chủ yếu cho cá và đây chính là nguyên nhân của hàng loạt các hệ lụy phát sinh làm giảm hiệu quả nuôi và tác động ô nhiễm môi trường Vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ sản xuất thức ăn là vấn đề cấp thiết, mang tính thời sự đối với việc phát triển nuôi loài cá này

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng công nghệ sản xuất thức ăn công nghiệp cho cá mú chấm cam ở Việt Nam phù hợp với thực trạng, qui mô và xu thế phát triển theo hướng hiệu quả- bền vững với các mục tiêu cơ bản của công trình bao gồm:

ƒ Xây dựng được công nghệ sản xuất thức ăn nuôi cá mú chấm cam phù hợp với thực trạng, qui mô và điều kiện của VN trên cơ sở nghiên cứu về sinh học và khả năng tiêu hóa của cá

ƒ Tạo được viên thức ăn nuôi cá mú chấm cam đảm bảo cá phát triển tốt, tỉ lệ sống cao và hệ số tiêu tốn thức ăn thấp

Các nội dung nghiên cứu đã được tiến hành như sau:

ƒ Nghiên cứu đặc điểm sinh học của cá mú chấm cam và đặc tính lý, hóa của nguyên liệu làm cơ sở xây dựng công thức thức ăn

ƒ Nghiên cứu xây dựng công thức thức ăn nuôi cá mú chấm cam

ƒ Nghiên cứu qui trình và chế độ công nghệ tạo viên thức ăn nuôi cá mú chấm cam

ƒ Nuôi khảo nghiệm, đánh giá hiệu quả thức ăn

Tính mới, ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của luận án như sau:

Các điểm mới của luận án

1 Lần đầu tiên đã ứng dụng phương pháp vùng cấm để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu trong xây dựng công thức thức ăn cho cá

mú chấm cam đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng và có giá thành hợp lý

2 Xác định được chế độ công nghệ ép đùn tối ưu cho phép tạo được viên thức ăn có tốc độ chìm chậm, độ bền trong nước phù hợp với tập tính, thói quen ăn của cá

Ý nghĩa khoa học

1 Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu một cách chuẩn xác và chặt chẽ về phương diện toán học, cho phép thiết lập cơ sở khoa học về sinh học, toán học để thiết lập công thức thức ăn nuôi cá mú chấm cam nói riêng và vật nuôi thủy sản nói chung

2 Khai thác, xử lý và vận dụng triệt để phương pháp mô hình hóa toán học, mô phỏng, tối ưu hóa đa mục tiêu với chuẩn tối ưu tổ hợp R trong việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ ép đùn đến đặc tính vật lý của viên thức ăn, cho phép kiểm soát và nâng cao chất lượng viên thức ăn nuôi cá

Ý nghĩa thực tiễn

1 Xây dựng được công nghệ sản xuất thức ăn nuôi cá mú chấm cam phù hợp với thực trạng, qui mô và điều kiện phát triển nuôi cá mú ở nước ta

2 Chủ động hoàn toàn trong việc xây dựng công thức thức ăn và tạo được thức ăn công nghiệp dạng viên phù hợp với sự phát triển của cá mú chấm cam Đồng thời có thể mở rộng việc áp dụng kết quả nghiên cứu cho các đối tượng cá biển nuôi khác Luận án đã giải quyết khá toàn diện vấn đề sản xuất thức ăn trên

cơ sở khoa học về sinh học, tiêu hóa của cá, kết hợp với bài toán xây dựng công thức thức ăn và tối ưu hóa công nghệ sản xuất Luận án được trình bày trong 116 trang bao gồm Mở đầu- 04 trang, Chương 1- Tổng quan tài liệu: 33 trang; Chương 2- Vật liệu và phương pháp nghiên cứu: 15 trang; Chương 3 - Kết quả va thảo luận: 62 trang, Kết luận và kiến nghị: 02 trang Danh mục các công trình, tài liệu tham khảo tiếng Việt, Anh, Nga gồm 14 trang và các phụ lục

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Cá mú chấm cam (E.coioides) thuộc họ Serranidae, họ phụ

Epinephelus, tên khoa học là Epinephelus coioides Các nghiên

cứu cho rằng cá mú chấm cam giống có nhu cầu protein từ 44 - 47%, nhu cầu carbohydrate từ 16 -28%, lipid từ 8 -10% và năng lượng khoảng 3700 - 4100 kcal/g

Đối với hầu hết các động vật thì các đặc tính vật lý, cảm quan của thức ăn tác động trực tiếp đến các cơ quan phản ứng tiếp nhận thức ăn như thị giác, thính giác và vị giác Những yếu tố tác động đến việc nhận biết thức ăn của thủy sản như kích thước viên, sự chuyển động, hình dạng, màu sắc, sự tương phản và chất hấp dẫn, mùi vị Thành phần nguyên liệu và chế độ công nghệ, kỹ thuật chế biến là những yếu tố quyết định đến các đặc tính chất lượng của thức ăn Đặc tính lý, hóa của nguyên liệu và khả năng tiêu hóa của đối tượng nuôi là những dữ liệu rất quan trọng dùng làm

cơ sở cho việc xác định, lựa chọn nguyên liệu trong xây dựng công thức thức ăn vật nuôi Các tác giả khác nhau cho rằng công thức thức ăn phải được xây dựng sao cho thức ăn phải đáp ứng được nhu cầu dinh dưỡng của cá và có giá thành hợp lý

Qui trình sản xuất thức ăn vật nuôi thủy sản bao gồm một số các thiết bị để sản xuất nhiều loại thức ăn khác nhau bao gồm các thiết bị cơ bản như máy nghiền nguyên liệu, thiết bị trộn, thiết bị chuyển tải, tạo viên, sấy hoặc làm nguội, phun dầu, máy cắt viên và lò hơi Quá trình tạo viên là một trong những công đoạn then chốt, quyết định đến các đặc tính chất lượng của sản phẩm Trong đó, dung trọng và độ bền trong nước của viên thức ăn có ý nghĩa

quyết định đến việc sử dụng thức ăn của cá và hiệu quả nuôi cá

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phân tích và xác định đặc tính lý, hóa của nguyên liệu và thức ăn bằng các phương pháp phân tích lý, hóa phổ biến Phát hiện hoạt tính enzyme tiêu hóa bằng điện di SDS-PAGE và xác định hoạt tính protease, amylase bằng các phương pháp đo mật độ quang Dựa vào tỉ lệ acid amin trong cơ thịt cá, xác định nhu cầu các acid amin thiết yếu (EAAs) và tyrosine, cystine trong thức ăn bằng phương pháp Wilson & Cowey (1985) Sử dụng phương pháp luận tiếp cận hệ thống để phân tích hệ thống ép đùn tạo viên thức ăn, các yếu tố tác động đến các hàm mục tiêu (HMT) dung trọng và độ bền trong nước của viên thức ăn là độ ẩm vật liệu M (%), tốc độ cấp liệu F (%), nhiệt độ vùng ép T (oC) và chiều cao viên H (mm) Xác định dung trọng theo phương pháp đo khối lượng thức ăn trên một đơn vị thể tích (Harper, 1979); độ bền trong nước của

viên thức ăn được xác định theo phương pháp 28TCN 102:2004

Mô hình hóa toán học quá trình ép đùn tạo viên trên cơ sở ma trận

qui hoạch tối ưu D, sử dụng phương pháp vùng cấm để tối ưu hóa

đa mục tiêu xây dựng công thức thức ăn (CTTA) và xác định chế

độ công nghệ ép đùn Phương pháp vùng cấm cho rằng giả sử các

HMT thành phần là bài toán cực tiểu, thì điều kiện ràng buộc có

dạng:

Ij(Z) < Cj , j = 1÷m (2.5)

Các ràng buộc (2.5) tạo thành vùng cấm C = { Ij(Z) > Cj } đối

với HMT I(Z), BTTƯ đa mục tiêu được thực hiện với chuẩn tối ưu

và rj(Z) = 0 khi Ij(Z) > Cj (2.8)

BTTƯ đa mục tiêu được xác định theo hướng HMT R(Z) đạt

Nghiệm tối ưu ZR là một nghiệm paréto-tối ưu với hiệu quả

paréto-tối ưu IP,R = (I1P,R, I2P,R, ,ImP,R) xa vùng cấm C nhất

Nuôi đánh giá hiệu quả thức ăn thông qua đánh giá các chỉ tiêu môi trường, tăng trưởng, tỉ lệ sống của cá và hệ số chuyển đổi

thức ăn (FCR) Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 02 nghiệm

thức (NT) thức ăn bao gồm thức ăn FON và đối chứng UP, lặp lại

04 lần cho mỗi NT Cá giống (8-12 g/con) được thả với mật độ 25

con/bể trong 8 bể composite (0,5 m3/bể) Thời gian nuôi thử

nghiệm là 60 ngày

3.1.1 Đặc điểm sinh học của cá mú chấm cam

3.1.1.1 Đặc điểm về thành phần khối lượng:

Đối với cá có khối lượng thân khoảng từ 650 - 1100 g/con thì

tỉ lệ phi lê/khối lượng thân cá có giá trị từ 0,34 - 0,42 và cá càng

lớn thì tỉ lệ phi lê càng cao

3.1.1.2 Thành phần hóa học: Số liệu phân tích thành phần hóa

học cho thấy hàm lượng ẩm của cơ thịt cá xấp xỉ 78% Đặc biệt

hàm lượng lipid (1,51%), tro (1,27%) thấp, đồng thời thể hiện sự

vượt trội của hàm lượng protein so với lipid và tro

3.1.1.3 Thành phần acid amin của cá giống nguyên con: Số

liệu phân tích a.a cho thấy, trong cơ thịt cá mú giống nguyên con

có mặt hầu hết các a.a và chứa đầy đủ các acid amin thiết yếu

Các dữ liệu thu được là cơ sở cần thiết cho việc thiết lập hàm

lượng các a.a thiết yếu có trong khẩu phần thức ăn cho cá

3.1.1.4 Thành phần acid amin thiết yếu của cá giống:

Số liệu phân tích a.a thiết yếu của cá giống nguyên con được

mô tả ở bảng 3.3

Bảng 3.3 Thành phần EAAs của cá giống (% trong 100 g mẫu)

Thành phần Cá giống nguyên con (*) Cá giống (50 g/con)

(*) Millamena & Toledo (2004)

Từ bảng 3.3 cho thấy cá mú giống chấm cam chứa đầy đủ các

acid amin thiết yếu trong cơ thịt và có tỉ lệ (%) xấp xỉ và độ chênh

lệch khá nhỏ với kết quả phân tích của Millamena & Toledo

(2004) Sự khác biệt không nhiều về hàm lượng các EAAs là hoàn

toàn phù hợp với khẳng định của Winson & Cowey (1985); Meyer

& Fracalossi (2005) rằng thành phần các a.a trong cơ thể cá hầu

như không thay đổi, hoặc thay đổi rất nhỏ trong cùng một loài cá

Với các kết quả phân tích về thành phần các EAAs được mô tả

từ bảng 3.3 và thành phần tyrosin, cystine của cá mú giống chấm

cam nguyên con, dựa vào phương pháp xác định thành phần EAAs

có mặt trong cơ thể cá, thành phần EAAs và tyrosine, cystine của

cá mú chấm cam được xác định và mô tả ở bảng 3.4

Bảng 3.4 Thành phần (%) EAAs và tyrosine, cystine

Thành phần Cá mú Cá chép (*) Cá hồi (**)

Kết quả nghiên cứu thành phần EAAs, tyrosine, cystine (bảng 3.4) của cá mú giống cho thấy các đại lượng này có giá trị xấp xỉ với kết quả nghiên cứu của Ogino (1980), Wilson & Cowey (1985) về thành phần EAAs, tyrosine và cystine của cá chép và cá hồi Atlantic Dữ liệu về các EAAs là cơ sở quan trọng để xác định

hàm lượng EAAs có trong thức ăn, đáp ứng nhu cầu a.a của cá

3.1.1.5 Thành phần acid béo của cá: Số liệu phân tích acid béo

được mô tả ở bảng 3.5

Bảng 3.5 Thành phần acid béo (% tổng acid béo)

Kết quả phân tích cho thấy cơ thịt cá chứa các acid béo no (SFA) với tỉ lệ 35,58%, acid béo không no (MUFA) 28,74%, acid béo cao không no (PUFA) 35,01% và acid béo (HUFA) 15,89% Thành phần DHA>EPA và tỉ lệ DHA/EPA là 1,65

3.1.1.6 Đặc điểm cấu tạo hệ tiêu hóa chính của cá mú chấm cam:

Kết quả khảo sát và giải phẫu cơ thể cá cho thấy cá có hàm to, rộng và nhiều răng nhọn, cấu tạo hệ tiêu hóa chính của cá mú chấm cam bao gồm dạ dày, manh tràng, ruột Từ đặc điểm hệ tiêu hóa chứng tỏ cá mú chấm cam là loại chuyên ăn mồi động vật

3.1.1.7 Điện di phát hiện hoạt tính enzyme tiêu hóa

Hình 3.2: Điện di manh tràng

Dữ liệu (hình 3.2) thể hiện băng protein có khối lượng phân tử

khoảng 25 - 35 kDa ở bản zymoprotein và 03 băng với khối lượng phân tử từ 24 - 45 kDa trên bản zymogram

3.1.1.8 Hoạt tính enzyme ở các cơ quan tiêu hóa

Bảng 3.4 Hoạt tính enzyme trong các cơ quan tiêu hoá

Hoạt độ enzyme

Trypsin (U/mg protein)

Chymo- trypsin (U/mg protein)

(-): Không tìm thấy, số liệu thể hiện là giá trị trung bình và độ lệch chuẩn

1- Kích thước protein (marker)

2 - Băng protein (zymoprotein) 3- Băng enzyme (zymogram).

Kết quả phân tích phù hợp với nghiên cứu hoạt tính trypsin, chymotrypsin, pepsin trong cơ quan tiêu hóa của một số loài cá biển ăn thịt có manh tràng (Alarcon & cộng sự, 1998; Chong & cộng sự, 2004;Orhan & cộng sự, 2008)

3.1.2 Nguyên liệu trong sản xuất thức ăn vật nuôi thủy sản 3.1.2.1 Mô hình nguyên liệu trong sản xuất thức ăn vật nuôi thủy sản: Nguồn nguyên liệu (hình 3.3) trong sản xuất thức ăn vật

nuôi được chia thành 05 nhóm cơ bản bao gồm: nhóm protein, nhóm carbohydrate, nhóm lipid, nhóm khoáng -vitamin vàø nhóm phụ gia, chất bổ sung

Hình 3.3 Mô hình nguyên liệu dùng trong sản xuất thức ăn vật nuôi

3.1.2.2 Đặc tính lý, hóa của một số nguyên liệu chính:

Kết quả phân tích cho thấy các loại bột cá có hàm lượng protein từ 55 - 65%, độ ẩm 7,35 - 9,82%, béo thô 6,02 -8,04%, tro thô 16,9 - 24,38%, xơ thô 1,1 - 1,61% Bã nành có protein từ 41,37

46,53%, lipid từ 1,0 1,86%, tro từ 6,3 8,08% và ẩm từ 8,7 10,61%, dẫn xuất không đạm (NFE) từ 28,53 -34,36%, xơ thô từ 4,95 - 6,47% Bột cá Peru 65%, bã nành Ấn Độ 43% là những nguyên liệu cung cấp protein chính được sử dụng Bột mì là nguyên liệu giàu NFE 72,80%, có protein 11,70% và còn có vai trò như là chất kết dính Chất béo được lựa chọn là dầu gan mực, lecithin, các phụ gia bao gồm premix vitamin-khoáng, di-calcium phosphate và các chất chống oxy hóa, chống mốc

-NL CUNG CẤP

Carbohydrate

VITAMIN, KHOÁNG

NL CUNG CẤP PROTEIN

CHẤT BỔ SUNG, PHỤ GIA:

Ezymes

Probiotic Hấp dẫn

Kết dính

Tạo màu

THỨC ĂN

NL Lipid

3.1.3 Khả năng tiêu hoá biểu kiến của cá mú chấm cam:

Khả năng tiêu hóa protein (ACPD) và chất khô (ADMD) biểu kiến của cá mú chấm cam đối với 05 nghiệm thức (NT) thức ăn được thể hiện ở bảng 3.13

Bảng 3.13 Tiêu hóa ACPD và ADMD (%)

Kết quả nghiên cứu tiêu hóa in vivo đối với một số NT thức ăn

có hàm lượng protein từ 37 - 46% khá cao với ACPD từ 84 - 91,46% và ADMD từ 51,57 - 72,79% Đồng thời có thể khẳng định rằng chất lượng, loại, tỉ lệ, thành phần nguyên liệu trong khẩu phần thức ăn có vai trò rất quan trọng ảnh hưởng đến khả

năng hấp thu, tiêu hóa của cá mú chấm cam

3.2 Nghiên cứu xây dựng công thức thức ăn nuôi cá mú chấm cam

3.2.1 Lựa chọn nguyên liệu

Từ các kết quả nghiên cứu về đặc điểm sinh học của cá, mô hình nguyên liệu trong sản xuất thức ăn và các đặc tính lý, hóa của nguyên liệu… Các nguyên liệu được lựa chọn để xây dựng CTTA được mô tả ở bảng 3.14

Bảng 3.14 Thành phần nguyên liệu trong CTTA

3.2.2 Thiết lập hàm mục tiêu cho bài toán tối ưu hóa CTTA

Các hàm mục tiêu (HMT) được xác định là hàm lượng protein (Y1), hàm lượng lipid (Y2), hàm lượng NFE (Y3) và chi phí của các nguyên liệu (Y4) trong CTTA Nguyên liệu được ký hiệu:

Xi, i = 1-7 tương ứng với bột cá (X1), bột gan mực (X2), bã nành (X3), gluten bột mì (X4), bột mì (X5), dầu gan mực (X6), lecithin (X7) và m là hàm lượng premix khoáng - vitamin và chất bổ sung

3.2.3 Tỉ lệ và vai trò của nguyên liệu trong xây dựng CTTA

Từ thành phần hóa học của nguyên liệu, các HMT trong

CTTA được xác định theo các biểu thức sau:

3.2.4 Tối ưu hóa đa mục tiêu trong bài toán xây dựng CTTA

Các HMT trung gian và các ràng buộc được mô tả như sau: