SO SÁNH ĐỘ TIÊU HÓA PROTEIN CỦA MỘT SỐ NGUYÊN LIỆU THỨC ĂN TRÊN CÁ RÔ PHI (Oreochromis) BẰNG PHƯƠNG PHÁP INVIVO VÀ INVITRO

SO SÁNH ĐỘ TIÊU HÓA PROTEIN CỦA MỘT SỐ NGUYÊN LIỆU THỨC ĂN TRÊN CÁ RÔ PHI Oreochromis BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN -VIVO VÀ IN-VITRO Thực hiện bởi NGUYỄN THỊ BÍCH CHI Luận văn được đệ trình để

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SO SÁNH ĐỘ TIÊU HÓA PROTEIN CỦA MỘT SỐ NGUYÊN LIỆU THỨC ĂN TRÊN CÁ RÔ PHI (Oreochromis) BẰNG

PHƯƠNG PHÁP IN-VIVO VÀ IN-VITRO

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Thị Bích Chi Ngành : NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Niên khóa : 2008 - 2010

Tháng 07/2010

SO SÁNH ĐỘ TIÊU HÓA PROTEIN CỦA MỘT SỐ NGUYÊN LIỆU THỨC ĂN TRÊN CÁ RÔ PHI (Oreochromis) BẰNG PHƯƠNG PHÁP

IN -VIVO VÀ IN-VITRO

Thực hiện bởi

NGUYỄN THỊ BÍCH CHI

Luận văn được đệ trình để hoàn tất yêu cầu cấp bằng Kỹ sư nuôi trồng thuỷ sản

Giáo viên hướng dẫn: LÊ THANH HÙNG

ONG MỘC QUÝ

Thành phố Hồ Chí Minh

Năm 2010

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu“So sánh độ tiêu hóa protein của một số nguyên liệu thức ăn

trên cá rô phi (Oreochromis) bằng phương pháp In-vivo và In-vitro” được tiến hành từ

ngày 01/04/2010 đến ngày 02/07/2010, tại trại thực nghiệm và phòng thí nghiệm khoa Thủy Sản, Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh

Thí nghiệm 1: Với phương pháp invivo xác định độ tiêu hóa protein của 03 nguyên liệu: Bột cá, bánh dầu đậu nành và cám gạo trên cá rô phi bằng cách nuôi cá trong bình thu phân, cho cá ăn thức ăn thí nghiệm có bổ sung chất đánh dấu Cr2O3 vào trong thức ăn để xác định độ tiêu hóa protein của từng nguyên liệu trên cá rô phi Kết quả thí nghiệm cho thấy độ tiêu hóa protein của bột cá và bánh dầu đậu nành (87,96%; 94,82%) có độ tiêu hóa cao và khi bổ sung bột cá hoặc bánh dầu đậu nành vào khẩu phần thức ăn làm tăng độ tiêu hóa của thức ăn (bổ sung 30% bột cá hoặc bánh dầu đậu nành vào thức ăn cơ bản thì độ tiêu hóa của thức ăn tăng từ 65,65% lên 68,52% và 65,65% lên 71,52%) Đối với cám gạo có độ tiêu hóa protein thấp 69,74%, khi bổ sung vào khẩu phần thức ăn với tỉ lệ cao 30% sẽ làm giảm độ tiêu hóa của thức ăn từ

65,65% xuống 56,30%

Thí nghiệm 2: Xác định độ tiêu hóa protein của 03 nguyên liệu: Bột cá, bánh dầu đậu nành và cám gạo với phương pháp invitro dựa trên nguyên tắc thủy phân protein bởi enzyme pepsin Kết quả thí nghiệm cho thấy bột cá có độ tiêu hóa protein cao nhất (88,61%), kế đến là bánh dầu đậu nành (82,93%) và thấp nhất là cám gạo (61,54%)

Từ kết quả độ tiêu hóa protein của 03 nguyên liệu với phương pháp In-vivo và

In-vitro trên hai thí nghiệm cho thấy phương pháp invitro sử dụng enzyme pepsin thủy

phân protein cho kết quả độ tiêu hóa protein của nguyên liệu bột cá không có sự khác biệt so với độ tiêu hóa protein được xác định trên phương pháp invivo Đối với nguyên liệu bánh dầu đậu nành và cám gạo thì độ tiêu hóa protein thấp hơn so với độ tiêu hóa

protein được xác định trên cá rô phi (In-vivo) vì hoạt tính của enzyme pepsin bị hạn

chế bởi hàm lượng carbohydrat và một số yếu tố ức chế có trong nguyên liệu protein thực vật bánh dầu đậu nành và cám gạo

LỜI CẢM TẠ

Chúng tôi xin chân thành cảm tạ:

Ban Giám Hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh

Ban Chủ Nhiệm Khoa Thủy Sản, cùng toàn thể quý Thầy Cô trong khoa đã tận tình giảng dạy, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Thanh Hùng, Thầy Ong Mộc Quý đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Đồng thời, xin gởi lòng biết ơn đến các cán bộ, kỹ thuật viên của Trại Thực Nghiệm Thủy Sản, Trường Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này

Các bạn sinh viên trong và ngoài lớp đã động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

Do hạn chế về thời gian, kinh phí và kiến thức nên đề tài chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô và các bạn sinh viên

MỤC LỤC

Trang tựa i

Tóm tắt ii

Lời cảm tạ iii

Mục lục iv

Danh sách các chữ viết tắt vi

Danh sách các hình vii

Danh sách các bảng và biểu đồ viii

I GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt Vấn Đề 1

1.2 Mục Tiêu Đề Tài 2

II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Một Số Đặc Điểm Của Cá Rô Phi 3

2.1.1 Giới thiệu chung về cá rô phi 3

2.1.2 Đặc điểm sinh học 4

2.1.2.1 Phân loại 4

2.1.2.2 Hình thái 4

2.1.2.3 Đặc điểm môi trường sống 5

2.1.2.4 Đặc điểm sinh trưởng và phát triển 6

2.1.2.5 Đặc điểm sinh sản 6

2.1.2.6 Đặc điểm dinh dưỡng 6

2.1.2.7 Nhu cầu về protein và acid amin 7

2.1.2.8 Một số nguồn nguyên liệu cung cấp protein 9

2.1.2.9 Độ tiêu hóa protein trên cá rô phi 10

2.2 Tổng Quan Về Enzyme 11

2.2.1 Khái niệm enzyme 11

2.2.2 Enzyme tiêu hóa protein 11

2.2.2.1 Pepsin 12

2.2.2.2 Cơ chế thủy phân protein của pepsin 14

2.2.2.3 Điều kiện hoạt động của enzyme 15

2.2.2.4 Một số nghiên cứu xác định độ tiêu hóa protein trong thành phần thức ăn bằng phương pháp In-vitro 16

III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

3.1 Thời Gian Và Địa Điểm Nghiên Cứu 18

3.2 Vật Liệu Thí Nghiệm 18

3.2.1 Đối tượng nghiên cứu 18

3.2.2 Hệ thống thí nghiệm 18

3.2.3 Dụng cụ và nguyên liệu thí nghiệm 19

3.2.4 Nguyên liệu thức ăn 20

3.3 Phương Pháp Bố Trí Thí Nghiệm 20

3.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định độ tiêu hóa protein của 03 loại nguyên liệu thức ăn bột cá, bánh dầu đậu nành, cám gạo bằng phương pháp In-vivo 20

3.3.1.1 Bố trí thí nghiệm 20

3.3.1.2 Các chỉ tiêu theo dõi 22

3.3.1.3 Phương pháp đo độ tiêu hóa protein 22

3.3.2 Thí nghiệm 2: Xác định độ tiêu hóa protein của 03 loại nguyên liệu thức ăn bột cá, bánh dầu đậu nành, cám gạo bằng phương pháp In-vitro 23

3.3.2.1 Bố trí thí nghiệm 23

3.3.2.2 Các chỉ tiêu theo dõi 25

3.3.2.3 Đo độ tiêu hóa protein 25

3.4 Phương Pháp Phân Tích Các Chỉ Tiêu Và Số Liệu 26

IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 Độ Tiêu Hoá Protein Của 03 Loại Nguyên Liệu Thức Ăn: Bột Cá, Bánh Dầu Đậu Nành, Cám Gạo Bằng Phương Pháp In-vivo 27

4.1.1 Các thông số môi trường 27

4.1.2 Thành phần sinh hoá của thức ăn và phân cá ở các nghiệm thức thức ăn 28

4.1.3 Độ tiêu hóa của nguyên liệu trong các nghiệm thức thí nghiệm 28

4.2 Độ Tiêu Hóa Protein Của 03 Loại Nguyên Liệu Thức Ăn: Bột Cá, Bánh Dầu Đậu Nành, Cám Gạo Bằng Phương Pháp In-vitro 32

4.3 So Sánh độ tiêu hóa protein của các nguyên liệu thức ăn bằng phương pháp In-vivo và In-vitro 33

V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 35

5.1 Kết Luận 35

5.2 Đề Nghị 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

Tài Liệu Tiếng Việt 36

Tài Liệu Nước Ngoài 37

PHỤ LỤC 39

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ADC : Apparent Digestibility Coefficient

AD : Apparent Digestibility

AOAC : Association of Official Analytical Chemists

LVTN : Luận Văn Tốt Nghiệp

NRC : National Research Council

NT : Nghiệm Thức

DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ

Bảng 2.1 Nhu cầu protein điển hình của cá rô phi .8

Bảng 2.2 Độ tiêu hoá protein của một số nguyên liệu thức ăn trên cá rô phi 11

Bảng 3.1 Hàm lượng protein của 03 loại nguyên liệu thức ăn 20

Bảng 3.2 Thành phần nguyên liệu của nghiệm thức thức ăn cơ bản (T0) 21

Bảng 4.1 Các thông số môi trường 27

Bảng 4.2 Thành phần sinh hoá trong thức ăn và trong phân cá của các nghiệm thức thức ăn 28

Bảng 4.3 Độ tiêu hóa thức ăn của các nghiệm thức thí nghiệm 29

Bảng 4.4 Độ tiêu hóa protein của nguyên liệu thức ăn 30

Bảng 4.5 Độ tiêu hóa nguyên liệu và protein của nguyên liệu thức ăn 32

Bảng 4.6 So sánh độ tiêu hóa protein của các nguyên liệu bằng phương pháp In-vivo và In-vitro 33

Biểu đồ 4.1 So sánh độ tiêu hóa protein của các nguyên liệu bằng phương pháp In-vivo và In-vitro 34

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Hình dạng ngoài của cá rô phi 5

Hình 2.2 Cấu trúc của enzyme pepsin 13

Hình 3.1 Hệ thống bình thu phân 19

Hình 3.2 Máy ép viên thức ăn 19

Hình 3.3 Tủ sấy thức ăn và phân cá 19

Với mô hình nuôi thâm canh chi phí thức ăn chiếm tỉ lệ rất lớn trong tổng chi phí đầu tư Do đó, để đạt được hiệu quả cao trong sản xuất thì việc sử dụng những nguồn nguyên liệu làm thức ăn giữ vai trò rất quan trọng: Thức ăn phải có chất lượng, đảm bảo nhu cầu dinh dưỡng, dễ tiêu hoá, hấp thu tốt nhằm nâng cao năng suất, sản lượng nhưng đồng thời giảm giá thành sản xuất

Trong các thành phần hóa học của nguyên liệu thức ăn protein là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sự tăng trưởng và sức đề kháng của cá Thêm vào

đó giá trị dinh dưỡng của thức ăn phụ thuộc vào giá trị dinh dưỡng của từng thành phần nguyên liệu có trong thức ăn và khả năng tiêu hoá, hấp thu các dưỡng chất đó vào trong cơ thể vật nuôi Vì vậy, xác định độ tiêu hóa là một trong những khâu quan trọng trong quá trình đánh giá một thành phần nguyên liệu được sử dụng trong khẩu

phần thức ăn cho cá Phương pháp xác định độ tiêu hóa thức ăn trực tiếp In-vivo đã

được áp dụng trên nhiều đối tượng vật nuôi như trên gia súc, gia cầm, các loài động vật thủy sản (tôm, cua, cá tra, cá rô phi, cá hồi) bằng cách trộn chất đánh dấu vào trong thức ăn để xác định độ tiêu hóa Trong khi đó có rất ít nghiên cứu xác định độ tiêu hóa

bằng phương pháp In-vitro với enzyme pepsin trên đối tượng cá rô phi Phương pháp

này được xem là một phương pháp mới với nhiều ưu điểm, cho phép đánh giá nhanh một số lượng lớn mẫu thức ăn với sự giảm chi phí thời gian, tiền bạc và có độ chính xác tương đối cao

Do đó, đề tài nghiên cứu: “So sánh độ tiêu hóa protein của một số nguyên liệu

thức ăn trên cá rô phi (Oreochromis) bằng phương pháp In-vivo và In-vitro” được

chúng tôi thực hiện tại Khoa Thủy Sản trường Đại Học Nông Lâm, Tp Hồ Chí Minh

1.2 Mục Tiêu Đề Tài

Xác định độ tiêu hóa protein của 03 loại nguyên liệu thức ăn: bột cá, bánh dầu

đậu nành, cám gạo trên cá rô phi bằng phương pháp In-vivo

Xác định độ tiêu hóa protein của 03 loại nguyên liệu thức ăn: bột cá, bánh dầu

đậu nành, cám gạo trên cá rô phi bằng phương pháp In-vitro với sự xúc tác thủy phân

của enzyme pepsin

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Một Số Đặc Điểm Của Cá Rô phi

2.1.1 Giới thiệu chung về cá rô phi

Hiện nay, cá rô phi thuộc giống (Oreochromis) có nguồn gốc từ Châu Phi được nuôi phát tán rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước nhiệt đới

và cận nhiệt đới Châu Á là nơi nuôi cá rô phi nhiều nhất Cá rô phi có khoảng 100 loài, những loài được nuôi phổ biến là rô phi vằn, rô phi đen, rô phi xanh và rô phi đỏ trong đó loài nuôi phổ biến nhất là rô phi vằn

- Rô phi đen (O mossambicus) loài cá này chậm lớn, chu kỳ sinh sản ngắn,

hiện nay không được quan tâm

- Rô phi vằn (O niloticus) được nhập từ Đài Loan vào nước ta từ năm 1973

Loài cá này lớn nhanh, chu kỳ sinh sản kéo dài Tuy nhiên, do sự tạp giao giữa cá rô phi đen và cá rô phi vằn đã làm suy thoái chất lượng con giống

- Rô phi vằn dòng GIFT, rô phi vằn dòng Thái Lan là những dòng cá thuần chủng có sức lớn nhanh, chất lượng thịt thơm ngon được nhập vào nước ta năm 1994

- Rô phi đỏ (con lai giữa O mossambicus và O hornorum) được nhập từ

Malaysia vào nước ta năm 1975, loài cá này có sức lớn nhanh, màu sắc đẹp, thịt ngon Hiện nay loài cá rô phi vằn và rô phi đỏ được phát triển nuôi rộng rãi và còn được xem là loài cá nuôi xóa đói giảm nghèo ở nước ta nhờ vào các ưu điểm của chúng như: tính ăn đơn giản, sinh trưởng nhanh, kháng bệnh và được chấp nhận cao ở người tiêu dùng

Loài rô phi đen (O mossambicus): Toàn thân phủ vẩy, vẩy ở phần lưng có

màu xám tro đậm hoặc xanh đen nhạt, phần bụng có màu trắng xám hoặc màu xám ngà Trên thân có từ 6 – 8 vạch sắc tố màu xanh đen xen lẫn chấm sắc tố màu tím chạy

từ lưng tới bụng Những vạch sắc tố ở vây không rõ ràng (Dương Nhật Long, 2004)

Loài rô phi vằn (O niloticus): Toàn thân phủ vẩy, vẩy ở phần lưng có màu

sáng vàng nhạt hoặc xám nhạt, phần bụng có màu trắng ngà hoặc màu vàng nhạt Trên thân có từ 6 – 8 vạch sắc tố chạy từ lưng tới bụng Các vạch sắc tố ở các vây như vây đuôi, vây lưng rỏ ràng (Dương Nhật Long, 2004)

Rô phi đỏ (điêu hồng) là một dạng đột biến của loài O niloticus: Vẩy trên

thân có màu vàng đậm hoặc vàng nhạt hoặc đỏ hồng, cũng có thể gặp những cá thể có màu vàng, màu hồng xen lẫn những đám vẩy đen nhạt (Dương Nhật Long, 2004)

Hình 2.1: Hình dạng ngoài của cá rô phi

2.1.2.3 Đặc điểm môi trường sống

Rô phi là loài cá nhiệt đới, thích sống ở những nơi có mực nước cạn, có khả năng chịu đựng tốt hơn so với các loài cá nuôi nước ngọt phổ biến khác về độ mặn,

nhiệt độ cao, hàm lượng oxy hòa tan thấp và nồng độ ammonia cao

Nhiệt độ: Cá rô phi thuộc nhóm cá rộng nhiệt, có thể chịu đựng được nhiệt độ xuống tới 8 - 10oC trong một thời gian ngắn mặc dù sự tăng trưởng và sinh sản giảm đi rất nhiều khi nhiệt độ xuống dưới 20oC Cá rô phi cũng có thể chịu đựng được nhiệt độ cao tới 35oC, cá chết ở nhiệt độ 39 - 42oC (Balarin và Haller, 1982)

Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của loài O mossambicus là 20 - 35oC và

loài O niloticus là 31 - 36oC (Balarin và Haller, 1982)

Oxy hòa tan (DO): Có khả năng chịu đựng sự thiếu oxy tốt, tồn tại được ở DO

= 0,3 mg/L Cá sinh trưởng tốt với oxy trên 2 mg/L Quá trình biến dưỡng, tăng trưởng, khả năng kháng bệnh giảm nếu DO thấp hơn 1 mg/L (Huỳnh Phạm Việt Huy, 2006)

pH: Cá rô phi có khả năng chịu đựng khoảng pH rộng từ 5 -10 pH cho cá sinh trưởng tốt nhất là 6 – 9 (Huỳnh Phạm Việt Huy, 2006)

Khả năng chịu mặn: Cá rô phi có thể sinh trưởng và phát triển tốt trong môi trường nước ngọt, lợ và mặn Có khả năng thích ứng với độ mặn từ 0 - 32‰, khoảng

độ mặn thích hợp cho cá phát triển tốt từ 0 - 25‰ Khả năng thích ứng của cá với độ mặn khác nhau tùy theo loài (Huỳnh Phạm Việt Huy, 2006)

2.1.2.4 Đặc điểm sinh trưởng và phát triển

Tốc độ sinh trưởng của cá rô phi phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, thức ăn, mật độ thả và kỹ thuật chăm sóc Do tính ăn tạp và khả năng bắt mồi lớn nên cá rô phi

có tốc độ tăng trưởng nhanh chóng trong điều kiện nuôi bình thường

Sau 1 tháng tuổi cá con có thể đạt trọng lượng từ 2 – 3 g/con và sau khoảng 2 tháng tuổi có thể đạt 10 – 12 g/con

Cá cái sẽ lớn chậm hơn sau khi tham gia sinh sản trong khi đó cá đực vẫn lớn bình thường Vì vậy, trong đàn cá rô phi thì cá đực có kích thước lớn hơn cá cái Sau 5 – 6 tháng tuổi cá rô phi vằn đực có thể đạt trọng lượng 200 – 250 g/con và cá cái có thể đạt 150 – 200 g/con (Dương Nhật Long, 2004)

2.1.2.5 Đặc điểm sinh sản

Sau khoảng 4 – 5 tháng tuổi cá rô phi vằn tham gia sinh sản còn cá rô phi đen chỉ cần khoảng 3 tháng tuổi Tập tính chung của cá rô phi là làm tổ đẻ trứng ở đáy ao

và ấp trứng trong xoang miệng Cá thường chọn những nơi có mực nước từ 0,3 – 0,6

m, đáy ao có ít bùn để làm tổ, sau khi tổ làm xong cá tự ghép đôi và tiến hành sinh sản

Hầu hết các loài cá rô phi sinh sản nhiều lần trong năm, chu kỳ sinh sản ngắn khoảng 20 – 30 ngày Trung bình một cá cái có trọng lượng 200 – 250 g/con sinh sản được 1000 – 2000 trứng

Sau khi đẻ xong cá cái ngậm trứng và cá con mới nở trong miệng (cá con được giữ trong miệng đến khi tiêu hết noãn hoàng) Trong thời gian ngậm trứng và nuôi con cá cái không bắt mồi vì vậy cá không lớn, cá chỉ bắt mồi trở lại khi đã giải phóng hết con trong miệng (Dương Nhật Long, 2004)

2.1.2.6 Đặc điểm dinh dưỡng

Hầu như tất cả các loài rô phi thuộc giống Oreochromis đều ăn tạp, có chế độ dinh dưỡng thấp, thức ăn ưa thích của chúng là những sinh vật thủy sinh lơ lửng trong nước: tảo, động vật phù du, động vật không xương sống nhỏ, ấu trùng cá, mùn bã hữu

cơ và một phần thực vật bậc cao

Cá rô phi thường ăn lọc thức ăn bởi vì chúng có thể sử dụng rất hiệu quả những phiêu sinh thực vật trong nước, ở mang cá tiết ra một chất nhầy các phiêu sinh thực vật sẽ bị dính vào chất nhầy này tạo thành cục và được cá rô phi nuốt vào bụng

Ở giai đoạn cá con từ cá bột lên cá hương thức ăn chủ yếu là động vật và thực vật phù du Từ giai đoạn cá hương đến trưởng thành thức ăn chủ yếu là mùn bã hữu cơ

và thực vật phù du

Nhìn chung, cá rô phi là loài ăn tạp thiên về thực vật, trong điều kiện nuôi nhân tạo cá rô phi có khả năng thích nghi cao với những loại thức ăn chế biến do con người cung cấp như cám gạo, tấm, bột bắp, các loại rong bèo và những phụ phẩm nông nghiệp khác

Nhu cầu dinh dưỡng của cá rô phi gần giống với nhu cầu dinh dưỡng của cá chép về thành phần tinh bột (< 40%), canxi (1,5 – 2%), P (1 – 1,5), K, Na, chỉ khác

là hàm lượng protein trong thức ăn của cá rô phi (28%) nhỏ hơn yêu cầu về hàm lượng protein của cá chép (30%) (Trần Văn Vỹ, 2002)

2.1.2.7 Nhu cầu về protein và acid amin

Theo quan điểm hóa học protein là một hợp chất hữu cơ rất lớn, có hai đặc điểm quan trọng:

- Trong thành phần cấu trúc luôn chứa nitrogen (N) với tỷ lệ ổn định ≈ 16%

- Có trọng lượng phân tử cao nên gọi là đại phân tử protein (Nguyễn Phước Nhuận và ctv., 2003)

Protein là thành phần rất quan trọng của cơ thể, nó có mặt trong nhân, nguyên sinh chất, màng tế bào, là hợp chất bắt buộc, thường trực Quá trình sống là sự trao đổi chất, đổi mới liên tục của protein Vì vậy, protein là thành phần không thể thiếu trong khẩu phần ăn hằng ngày của cả con người và động vật

Nhu cầu protein là lượng protein tối thiểu có trong thức ăn, nhằm thỏa mãn yêu cầu các acid amin để đạt tăng trưởng tối đa (NRC, 1993)

Nhu cầu protein trên cơ thể cá: Protein ảnh hưởng rất lớn đến sự tăng trưởng

và phát triển của cá, nếu bị thiếu hụt làm cá chậm lớn, dễ bị nhiễm bệnh Protein được hấp thu, chuyển hóa thành các acid amin và được sử dụng bởi các mô, cơ quan để làm thành những protein mới (phát triển chức năng) hay thay thế những protein đã già cõi

(duy trì chức năng) (SEAFDEC/AQD, 1994) Các loài cá thường có nhu cầu protein

rất cao so với gia súc và gia cầm Trung bình nhu cầu protein của cá là 30%

Protein trong thành phần càng cao thì càng kích thích sự tăng trưởng, nhưng

trong nhu cầu dinh dưỡng của cá nếu cung cấp vượt quá nhu cầu thì protein không tích

lũy ở dạng protid mà sẽ được ưu tiên tích lũy trong cơ thể ở dạng năng lượng so với

lipid và carbohydrate Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra khẩu phần cho cá rô phi vằn khoảng

30% trong ao nuôi cá thịt và hơn 45% trong ao nuôi cá hương lên cá giống Ngoài ra,

trong thời kỳ sinh sản đòi hỏi một hàm lượng protein cao để tăng quá trình tái sản xuất

có hiệu quả (Santiago và ctv., 1985; Chang và ctv., 1988; trích bởi Hồ Tấn Cường,

2009)

Bảng 2.1: Nhu cầu protein điển hình của cá rô phi

<0,02 gam 45 – 50 % 0,02 – 2,0 gam 40 % 2,0 – 35 gam 35 %

>35 gam 30 – 32 % (Nguồn: Fitzsimmons, 2004; trích bởi Phạm Ngọc Tịnh, 2005)

Nhu cầu về protein thật sự là nhu cầu về các amino acid Trong 20 amino acid

thì có khoảng 10 amino acid thiết yếu (arginine, histidine, isoleucine, leucine, lysine,

threonine, trytophan, valine, methionine, phenyalanine) là những amino acid không tự

tổng hợp được bởi cá hay không thể tổng hợp với số lượng đủ để cung cấp cho nhu cầu

của cá Cá rô phi cũng có nhu cầu về 10 amino acid thiết yếu giống như những loài cá

khác

Nhu cầu protein của cá phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: năng lượng trong

thức ăn, chất lượng và loại thức ăn sử dụng, trạng thái sinh lý cá, môi trường nuôi

dưỡng và lượng thức ăn hằng ngày của cá Nhu cầu protein cho sự tăng trưởng lớn

nhất tùy thuộc vào chất lượng protein, kích cỡ của cá và chiếm tới 50% trong khẩu

phần ăn của cá giống nhỏ Tuy nhiên, trong nuôi cá với mục đích thương mại thì hàm

lượng protein thô của thức ăn thường từ 26 – 30% (Popma và Masser, 1999; trích bởi

Hồ Tấn Cường, 2009)

Nhìn chung, cá rô phi có khả năng tiêu hóa protein động vật giống như cá da trơn nhưng hiệu quả hơn trong tiêu hóa protein thực vật, đặc biệt là những protein thực vật có chuỗi sợi dài Năng lượng tiêu hóa đòi hỏi cho sự tăng trưởng tốt nhất của cá rô phi thì giống những cá da trơn và ước lượng khoảng 8,2 – 9,4 kcal trên 1 gram của khẩu phần protein

2.1.2.8 Một số nguồn nguyên liệu cung cấp protein

a Nguồn protein động vật

Bột cá, cá tạp, bột huyết, bột xương thịt, bột nhuyễn thể, bột phụ phẩm gia cầm là những nguồn cung cấp protein chất lượng cao có nguồn gốc động vật thường được sử dụng trong công nghệ chế biến thức ăn cho gia súc, gia cầm và động vật thủy sản với hàm lượng protein từ 27 – 85% và khả năng tiêu hóa cũng tốt hơn so với protein có nguồn gốc thực vật (Lê Thanh Hùng, 2000)

Trong các nguồn nguyên liệu cung cấp protein có nguồn gốc động vật, bột cá được xem là nguồn nguyên liệu có giá trị dinh dưỡng cao nhất và được ưa chuộng nhất

vì hàm lượng protein trong bột cá cao (40 – 60% nhưng tùy thuộc nguồn gốc và phương pháp chế biến), chứa đầy đủ các acid amin và acid béo thiết yếu, giàu muối khoáng, vitamin đặc biệt là vitamin A (vitamin tan trong lipid) Ngoài ra, bột cá còn chứa các chất dẫn dụ, ngon miệng kích thích tiêu hóa tốt (85 – 90%), giúp tăng trưởng nhanh

Nhưng hiện nay, nguồn nguyên liệu cung cấp bột cá có một số hạn chế do sản lượng cá đánh bắt ngày càng giảm sút, nhu cầu sử dụng tương đối cao nên xảy ra tình trạng khan hiếm, giá cả biến động, giá thành cao hơn nhiều so với các nguồn protein thực vật (Lê Thanh Hùng, 2000)

b Nguồn protein thực vật

Protein có nguồn gốc thực vật thường bắt nguồn từ những cây họ đậu và các hạt có chứa dầu như: đậu nành, đậu phộng, lúa mì, hạt bông vải, hạt hoa hướng dương, phần lớn hàm lượng đạm trong các nguyên liệu này từ 15 – 55%

Bánh dầu đậu nành là một trong những nguồn protein thực vật chính cung cấp protein trong thức ăn thủy sản, với hàm lượng protein khá cao 44 – 48%, chứa tương

đối đầy đủ các acid amin thiết yếu nhưng hàm lượng methionine và cystine (chứa S), thấp so với nhu cầu của cá, hàm lượng arginine và phenylalanine rất dồi dào trong bã dầu đậu nành, đây là nguồn cung cấp nguyên liệu ổn định, giá cả hợp lý và ngày càng được nghiên cứu, sử dụng

Trong hạt đậu nành sống có chứa một số yếu tố kháng dinh dưỡng gồm: hoạt chất ức chế sự tiêu hóa protein, haemagglutinin, phytates, … đáng quan tâm nhất là soyin Đây là những acid amin không thiết yếu, liên kết với enzyme tiêu hóa protein, ngăn cản hoạt động tiêu hóa của enzyme này Tuy nhiên, những yếu tố ngăn cản này

dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao (>105oC) nhưng khi nhiệt độ lên quá cao thì một số acid amin thiết yếu nhạy cảm với nhiệt độ như lysine sẽ tạo thành phức hệ với đường theo phản ứng Millard nên giá trị dinh dưỡng của lysine sẽ bị giảm đi rất nhiều (Lê Thanh Hùng, 2000)

Đã có rất nhiều nghiên cứu sử dụng bã đậu nành thay thế phần lớn bột cá trong thức ăn của các loài thủy sản Trong thực tế sản xuất, bã dầu đậu nành sẽ được phối trộn với một tỷ lệ nhất định bột cá hay các nguồn protein động vật để bổ sung những khiếm khuyết của bã dầu nành khi sử dụng với tỉ lệ cao trong thức ăn Ở cá rô

phi có thể sử dụng bã dầu nành thay thế 70 – 75% bột cá trong thức ăn

2.1.2.9 Độ tiêu hóa protein trên cá rô phi

Khi so sánh với các thành phần hoá học khác trong thức ăn thì protein có độ tiêu hóa khá cao từ 50 – 95% Tuy nhiên, độ tiêu hóa này phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng loại protein Những loại protein có nguồn gốc động vật thường có độ tiêu hóa tốt hơn so với protein nguồn gốc thực vật vì hàm lượng cellulose, hemicellulose tồn tại trong thành phần hóa học của protein thực vật ngăn cản các enzyme nội sinh, đồng thời có các yếu tố kháng dinh dưỡng ức chế sự hoạt động của một số enzyme tiêu hoá protein

Bảng 2.2: Độ tiêu hoá protein của một số nguyên liệu thức ăn trên cá rô phi

Nguyên liệu Độ tiêu hoá (%)

Bột xương thịt (50%) 77,7

Bột lông vũ thuỷ phân _

Bột phế phẩm gia cầm _ Bột huyết (81%) 84,8

2.2.1 Khái niệm enzyme

Trong cuộc sống sinh vật xảy ra rất nhiều phản ứng hóa học, với một hiệu suất

rất cao, mặc dù ở điều kiện bình thường về nhiệt độ, áp suất, pH Sở dĩ như vậy vì nó

có sự hiện diện của chất xúc tác sinh học được gọi chung là enzyme

Enzyme có thành phần cơ bản là protein, nó được cơ thể sinh vật tổng hợp

nên, tham gia xúc tác cho tất cả các phản ứng sinh hóa bên trong cơ thể và ngoài tế bào

(In-vitro) Trong các phản ứng này, các phân tử lúc bắt đầu của quá trình được gọi là

cơ chất (substrate), enzyme sẽ biến đổi chúng thành các phân tử khác nhau Tất cả các

quá trình sinh hóa trong tế bào đều cần enzyme

2.2.2 Enzyme tiêu hóa protein

Tiêu hóa là quá trình qua đó thức ăn trong ống tiêu hóa được thủy phân thành

các hợp chất đơn giản, để được hấp thu ở ruột và đi vào hệ thống mao mạch Các

enzyme tiêu hóa thực hiện sự phân cắt khi thức ăn đi qua ống tiêu hóa (Lê Thanh

Hùng, 2008)

Người ta tìm thấy enzyme thủy phân protein thức ăn trong dạ dày, tụy tạng và

lớp tuyến ở thành ruột của các loài cá, tôm Những enzyme này được thành lập từ các

tiền chất Do đó, nguy cơ tự phân hủy các mô sản sinh ra các enzyme này không thể xảy ra Enzyme protease là một loại enzyme tham gia xúc tác quá trình thủy giải liên kết peptid (-CO-NH-)n trong phân tử protein để tạo thành các peptide ngắn, cuối cùng

là tạo thành các acid amin và NH3

R R R R -NH CH - C-NH-CH- C- + H2O -NH-CH-COOH + NH2-CH- C-

║ ║ ║

O O O

Dựa vào tính đặc hiệu với cơ chất có thể phân protease thành 2 nhóm:

- Endopeptidase (pepsin, trypsin, chymotrypsin, collagenase và elastase) thủy phân protein và các chuỗi polypeptides dài thành các chuỗi polypeptides ngắn hơn

- Exopeptidase (carboxypeptidae, aminopeptidase) thủy phân các polypeptide, tạo sản phẩm cuối cùng cắt các liên kết peptid ở đầu mạch tạo thành amino acid

Hoạt tính enzyme tiêu hóa protein trong cơ thể cá thay đổi theo nhiều yếu tố: tuổi, trạng thái sinh lý, mùa vụ, thành phần thức ăn và các yếu tố môi trường như nhiệt

độ, pH dịch tiêu hóa Hoạt tính của enzyme đạt mức tối đa ở nhiệt độ nhất định, khi nhiệt độ thay đổi vượt quá mức hoạt tính tối đa của enzyme sẽ giảm đột ngột, ngoài ra hoạt tính của enzyme còn bị ảnh hưởng bởi pH của môi trường như pepsin có hoạt tính tối đa ở pH = 2 – 3, trypsin có hoạt tính tối đa khi pH đạt 7 – 8

2.2.2.1 Pepsin

Enzyme thủy phân protein điển hình trong dạ dày, thủy phân các nối peptide trong chuỗi protein

Về thành phần hóa học: phân tử pepsin có chứa 14,7% nitrogen Ngoài ra, còn

có chứa lưu huỳnh tạo 3 cầu disulfua và 1 gốc acid phosphoric kết hợp với nhóm hydroxyl của một gốc serin

Hình 2.1: Cấu trúc của enzyme pepsin

Hoạt tính của pepsin ở cá cao hơn pepsin các loài hữu nhũ Ví dụ như hoạt tính pepsin của loài cá cao gấp 150 lần hoạt tính pepsin động vật hữu nhũ Pepsin hoạt

động trong môi trường acid và trị số pH tối ưu, ở loài O niloticus có pH tối ưu là 1,5

(Moriarty, 1973)

Pepsin được sản sinh từ tế bào tiết trong vách dạ dày dưới dạng các tiền enzyme pepsinogen bất hoạt và chỉ trong môi trường acid chúng mới chuyển thành pepsin hoạt động Ở những loài cá có dạ dày, hydrochloric acid (HCl) được tiết ra từ các tế bào tiết HCl, làm pH dịch vị hạ thấp Sự tiết HCl tăng lên sau khi cá ăn

Sự tiết HCl ở cá rô phi O niloticus thay đổi theo nhịp ngày đêm Dịch vị có

pH giảm dần khi cá bắt đầu ăn vào buổi sáng, pH cá đạt cực trị 1,4 – 1,6 vào buổi trưa,

ở cá rô phi sự tiêu hóa và hấp thu được tảo lam là nhờ dịch dạ dày acid (Moriarty, 1973)

Pepsin dạ dày tác dụng được trên các protein nguyên trạng cũng như trên các protein đã bị biến tính pH tối ưu của pepsin ≈ 2, hoạt động mạnh trong vùng acid khá rộng (2 – 4) Với những protein đã bị biến tính, pH hoạt động tối ưu của enzyme chuyển về vùng pH cao hơn so với protein nguyên thể

Pepsin ở trạng thái khô khá bền, ngay cả ở điều kiện nhiệt độ thường Trong môi trường dung dịch pepsin kém bền hơn đặc biệt là khi ở nhiệt độ thấp do xảy ra sự

tự phân của enzyme kèm theo sự tạo thành các sản phẩm phân tử thấp

2.2.2.2 Cơ chế thủy phân protein của pepsin

Quá trình thủy phân protein thành các acid amin là một quá trình rất phức tạp với sự tham gia xúc tác của enzyme pepsin

Trong quá trình xúc tác của enzym chỉ có một phần tham gia trực tiếp vào phản ứng để kết hợp với cơ chất gọi là "trung tâm hoạt động”

Các cơ chất kết hợp với trung tâm hoạt động tạo phức hợp enzym - cơ chất

E + S → ES → E + P

(enzyme + cơ chất → phức hợp enzyme – cơ chất → sản phẩm trung gian →

sản phẩm + enzyme) Trong đó:

Sự tạo thành và chuyển biến hợp chất ES qua 3 bước:

• Bước 1: Enzyme kết hợp với cơ chất protein tạo thành hợp chất trung gian (enzyme – protein), bước này xảy ra khá nhanh, liên kết không bền

• Bước 2: Xảy ra sự chuyển biến của các phân tử protein dẫn đến làm phá vỡ các mối liên kết đồng hoá trị tham gia vào phản ứng Khi đó phức chất ES đồng thời xảy ra 2 quá trình là sự dịch chuyển thay đổi electron, dẫn đến sự cực hóa của mối liên kết tham gia vào phản ứng và sự biến dạng hình học của nối liên kết đồng hóa trị trong phân tử protein cũng như trong trung tâm

pepsinogen

(chưa hoạt động) pepsin

(hoạt động )

pepton polypeptide peptide đơn giản amonoacidprotein

HCl

pH: 1,5 - 3

hoạt động của enzyme, làm cho protein hoạt động, quá trình thủy phân dễ dàng hơn

• Bước 3: Giai đoạn tạo thành các acid amin và peptid cấp thấp, giải phóng enzyme trở lại trạng thái tự do có thể xúc tác phản ứng với cơ chất mới cùng loại

2.2.2.3 Điều kiện hoạt động của enzyme

Enzyme pepsin được dùng để chuyển hoá các cơ chất protein thành các acid amin nhưng hoạt động của enzyme còn tuỳ thuộc vào những đặc tính riêng như yếu tố môi trường, đặc điểm của cơ chất, …

- pH hoạt động của enzyme: Mỗi loại enzyme hoạt động trong một khoảng pH nhất định và có một pH tối ưu Đối với pepsin hoạt động trong môi trường acid có pH tối ưu từ 1 – 4, ở pH từ 1,5 – 2,0 pepsin hoạt động tối đa với hiệu suất 90%, pH = 4,5 hiệu suất hoạt động là 35% (Bohak, 1969) Khi môi trường pH trên 5,5 thì pepsin không hoạt động vì lúc này protein enzyme đã bị biến tính

- Nhiệt độ: Tốc độ của phản ứng enzyme chịu ảnh hưởng của nhiệt độ Mỗi enzyme có một nhiệt độ tối ưu (tại nhiệt độ này enzyme có hoạt tính cao nhất) Khi chưa đạt đến nhiệt độ tối ưu của enzyme thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ phản ứng enzyme Tuy nhiên, khi đã qua nhiệt độ tối ưu của enzyme thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm giảm tốc độ phản ứng và có thể enzyme bị mất hoàn toàn hoạt tính Nhiệt độ thích hợp để pepsin hoạt động tốt: 35 – 48oC, tối ưu ở 45oC

- Nồng độ enzyme: Tốc độ phản ứng của enzyme tùy thuộc vào nồng độ enzyme trong dung dịch Với một lượng cơ chất xác định, nồng độ enzyme càng cao thì tốc độ phản ứng xảy ra càng nhanh

- Nồng độ cơ chất: Mỗi loại enzyme có tính đặc hiệu với cơ chất của nó Pepsin là enzyme protease chỉ tham gia xúc tác quá trình thủy phân protein Với một lượng enzyme xác định, nếu tăng dần lượng cơ chất trong dung dịch thì thoạt đầu hoạt tính của enzyme tăng dần nhưng đến một lúc nào đó thì sự gia tăng về nồng độ cơ chất cũng không làm tăng hoạt tính của enzyme Đó là vì tất cả các trung tâm hoạt động của enzyme đã được bão hòa bởi cơ chất

Ngoài ra, hoạt tính của enzyme còn chịu sự tác động bởi các yếu tố khác như: Chất ức chế hoặc hoạt hoá enzyme

Một số chất hoá học, các phân tử vô cơ, hữu cơ (protein) có thể làm hoạt độ của enzyme bị thay đổi (ức chế, kìm hãm hoặc có thể làm mất hoạt tính của enzyme) Ngược lại, một số chất khác như các ion kim loại (Mn2+, Zn2+,…) khi kết hợp với enzyme lại làm tăng hoạt tính của enzyme, các chất hoạt hóa thường kết hợp trực tiếp với phân tử enzyme làm thay đổi cấu hình không gian của enzyme theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác, ngoài ra còn có thể tác dụng gián tiếp thông qua loại bỏ các yếu

tố kìm hãm

2.2.2.4 Một số nghiên cứu xác định độ tiêu hóa protein trong thành phần thức ăn

bằng phương pháp In-vitro

a Ưu nhược điểm của phương pháp

Để đảm bảo cung cấp đầy đủ nhu cầu dưỡng chất cho các loài động vật thủy sản Người nuôi ngoài việc hiểu rõ đặc điểm sinh học, nhu cầu dinh dưỡng của đối tượng nuôi đồng thời phải biết được các giá trị dinh dưỡng của nguồn nguyên liệu thức

ăn Có thể xác định giá trị dinh dưỡng, giá trị năng lượng của một loại thức ăn nào đó thông qua các thí nghiệm tiêu hóa trên cơ thể vật nuôi nhưng các phương pháp này tốn nhiều thời gian, công sức và chi phí, không phù hợp cho việc đánh giá một số lượng

lớn thức ăn Vì vậy đã có nhiều phương pháp mới như kỹ thuật In-vitro sử dụng

enzyme pepsin của AOAC (1971), phương pháp pH Stat theo Equerra (1998), phương pháp xác định mức tiêu hoá protein thức ăn bằng TNBS theo Adler Niser (1986), …

đã được các nhà khoa học dinh dưỡng phát triển nhằm đánh giá nhanh tỷ lệ tiêu hóa của một số lượng lớn mẫu thức ăn vì có độ chính xác tương đối cao, dễ lặp lại, ít tốn tiền bạc và thời gian

Kỹ thuật invitro sử dụng enzyme pepsin để xác định khả năng tiêu hóa protein của thức ăn tuy có nhiều ưu điểm nhưng vẫn có mặt hạn chế vì là phương pháp enzyme, nên kết quả phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ và hoạt lực của loại enzyme sử dụng Vì vậy, khi tiến hành xác định khả năng tiêu hóa và năng lượng thức ăn bằng phương pháp này, enzyme sử dụng phải có nguồn gốc tốt và sử dụng cùng một nguồn

b Một vài nghiên cứu xác định độ tiêu hóa protein bằng phương pháp In-vitro

Trên dinh dưỡng người, Edwin và ctv., (1983) đã sử dụng phương pháp In-vitro

với enzyme pepsin để xác định giá trị dinh dưỡng, khả năng tiêu hóa protein của một

số loại ngũ cốc Kết quả nghiên cứu cho thấy: Độ tiêu hóa protein của lúa miến, lúa

mì, gạo và bột bắp được nấu chín lần lượt là: 56% – 63,3%; 85,5%; 83,8%; 85,3% Lúa mì, gạo và bột bắp đều có độ tiêu hóa protein cao Trong khi đó lúa miến cũng được xem là một trong những nguồn protein và năng lượng quan trọng đối với người dân ở vùng nhiệt đới, nhưng với phương pháp nấu chín có độ tiêu hóa thấp Sau đó, lúa miến được xử lý, xay nhuyễn, gia nhiệt và chế biến thành dạng thực phẩm bột sữa cho khả năng tiêu hóa protein gia tăng từ 59,8% - 79%

Trên tôm sú (Penaeus monodon), sử dụng phương pháp In-vitro với enzyme hệ

tiêu hóa được ly trích từ xoang tiêu hóa của tôm để xác định khả năng tiêu hóa của các loại nguyên liệu có nguồn gốc khác nhau và phương pháp chế biến khác nhau: bột cá (Kiên Giang), bột cá (Vũng Tàu), bột mực, bột đậu nành rang vàng và khô đậu nành Kết quả nghiên cứu cho thấy trong xoang tiêu hóa của tôm có một số enzyme proteolytic chủ yếu là trypsin, chymotrypsin có hoạt tính protease kiềm (pH = 8) và tỷ

lệ tiêu hóa của các nguyên liệu: bột cá, bột mực dao động trong khoảng (20,22% - 23,09%), đối với bột đậu nành và khô đậu nành tỷ lệ tiêu hóa có sự khác biệt rất lớn (20,07% và 13,68%) như vậy với phương pháp invitro có thể xác định được khả năng tiêu hoá của thức ăn và hoạt động của hệ enzyme tiêu hóa liên quan chặt chẽ tới thành phần dinh dưỡng trong thức ăn, độ tiêu hoá của thức ăn phụ thuộc vào chất lượng dinh dưỡng, nguồn gốc và công nghệ xử lý nguyên liệu (www.vietlinh.com.vn)

Trên gia súc nhai lại, Aert và ctv (1975); De Bover và ctv (1986); Andrigetto

và ctv (1992); Anfere và Michalet – Doreau (1988); De Bover và ctv (1988); De Bover và ctv (1996, 1997) đã sử dụng phương pháp In-vitro với tổ hợp enzyme pepsin

– cellulase được phân lập từ nấm để tiêu hóa thức ăn trong các điều kiện phòng thí nghiệm và tìm cách hồi qui các kết quả thu được, đưa ra phương trình chuẩn đoán tỷ lệ tiêu hóa thực và hàm lượng năng lượng của thức ăn dựa trên tỷ lệ tiêu hóa invitro Trong những nghiên cứu này, hầu như tất cả các nhóm thức ăn dùng cho gia súc nhai lại đều được đánh giá: Thức ăn thô, phụ phế phẩm công nông nghiệp, thức ăn ủ chua, thức ăn tinh (www.enzyme.com.vn)