Xử lý carotenoprotein thu hồi từ quá trình sản xuất chitin và bước đầu thử nghiệm phối trộn trong thức ăn cá

Bài viết trình bày việc tận thu, đánh giá chất lượng và có biện pháp ứng dụng phù hợp carotenoprotein từ quá trình sản xuất chitin, nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn lợi vừa góp phần bảo vệ môi trường. Trong bài viết này, kết quả nghiên cứu xử lý carotenoprotein thu hồi từ quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm và bước đầu thử nghiệm phối trộn carotenoprotein vào việc thay thế một phần bột cá trong chế biến thức ăn cho cá được trình bày.

XỬ LÝ CAROTENOPROTEIN THU HỒI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN VÀ BƯỚC ĐẦU THỬ NGHIỆM PHỐI TRỘN TRONG THỨC ĂN CÁ

PROCESSING OF CAROTENOPROTEIN FROM CHITIN PRODUCTION AND THE POTENTIAL FOR USING IN FISH FEED

KS Phạm Thị Đan Phượng (1) , KS Phạm Thị Minh Hải (1) ,

TS Trang Sĩ Trung (1) , KS Trình Văn Liễn (2) , KS Ngô Văn Lực (2)

(1) Khoa Chế biến, (2) Viện Nguyên cứu Nuôi trồng Thủy sản -

Trường Đại học Nha Trang

Tóm tắt

Carotenoprotein ở dạng bột nhão có hàm lượng nước cao trên 69% thu nhận từ quá trình chế biến chitin được xử lý thành dạng bột khô với độ ẩm 13-14% Phương pháp tách nước bột carotenoprotein thích hợp là sấy ở nhiệt độ 35oC Phương pháp phơi khô có thể được sử dụng với sự

bổ sung 0,1% chitosan làm chất bảo quản, chống lại tác động xấu của ánh nắng Bột carotenoprotein sau khi xử lý chứa trên 58% protein với đầy đủ các acid amin thiết yếu, 5% chitin, và khoảng 14% khoáng, và một lượng astaxanthin đáng kể Sự thay thế bột cá bằng bột carotenoprotein trong chế bíến thức ăn viên cho cá được thực hiện với kết quả bước đầu cho thấy viên thức ăn chứa carotenoprotein có độ ổn định thấp, cần sử dụng chitosan để tăng độ ổn định, ngoài ra độ chấp nhận của cá Chẽm khi cho ăn bằng thức ăn có carotenoprotein tăng dần theo thời gian nuôi nhưng thấp hơn so với thức ăn công nghiệp đã sử dụng

Từ khóa: carotenoprotein, chitin,tách nước, thức ăn cá

Abstract

Carotenoprotein recovered from chitin production has been processed into dry powder with moisture content from 13-14% Carotenoprotein contained more than 58% protein with all essential amino acids, 5% chitin, approximately 14% minerals and a significant amount of astaxanthin Suitable dehydration process of carotenoprotein was drying at low temperature (35oC) Sundrying can

be used but adding 0.1% chitosan as protectant for astaxanthin Replacement of fish meal by the carotenoprotein in preparation of fish feed has been tested Preminary results showed that feed containing carotenoprotein has lower stability than that of making from fish meal, but feed stability can be increased by using chitosan for encapsulation Besides, the intake of carotenoprotein containing feed by Seabass increased significantly with time but lower than that compared with commercial feed

Keywords: carotenoprotein, chitin, dehydration, fish feed

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Các nhà máy chế biến thủy sản xuất khẩu

sản xuất khoảng 200.000 tấn tôm/năm Quá

trình chế biến tôm tạo ra một lượng phế liệu

(đầu, vỏ tôm) khoảng 100.000 tấn Hiện nay,

phế liệu tôm chủ yếu làm nguyên liệu để sản

xuất chitin Các qui trình sản xuất hiện nay chỉ

tập trung thu hồi chitin mà chưa thu hồi được

Ở các phân xưởng sản xuất chitin, carotenoprotein thường được thải trực tiếp ra môi trường nên gây ô nhiễm trầm trọng Vì vậy, việc tận thu, đánh giá chất lượng và có biện pháp ứng dụng phù hợp carotenoprotein

từ quá trình sản xuất chitin là rất cần thiết, vừa nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn lợi vừa góp phần bảo vệ môi trường Trong bài báo này,

VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

hồi từ quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm

và bước đầu thử nghiệm phối trộn

carotenoprotein vào việc thay thế một phần bột

cá trong chế biến thức ăn cho cá được trình

bày

II NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

1 Nguyên vật liệu

Carotenoprotein ở dạng bột nhão với độ

ẩm 69% ± 3% thu nhận từ quá trình chế biến

chitin từ phế liệu tôm bằng thiết bị trống quay

tại Trường Đại học Nha Trang

Chitosan được chiết rút từ đầu vỏ tôm thẻ

chân trắng (Penaeus vannamei) được sản

xuất tại Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Chế

biến, Trường Đại Học Nha Trang Chitosan với

các tính chất: độ deacetyl hóa = 86%, độ nhớt:

120 cPs, độ tan: 99,8%, hàm lượng tro và

protein <1,0%

Các loại hóa chất sử dụng trong nghiên

cứu thuộc loại hóa chất phân tích

2 Phương pháp nghiên cứu

2.1 Nghiên c
u nh hưng ca quá

trình làm khô đn cht lư ng ca

carotenoprotein

Carotenoprotein thu hồi ở dạng bột nhão

được làm khô loại nước ở hai phương pháp

khác nhau: sấy ở 35oC hoặc phơi nắng Hàm lượng ẩm của bột carotenoprotein sau khi xử

lý được chọn cố định ở 14-15% Ngoài ra, chitosan được sử dụng làm chất bảo quản với nồng độ phối trộn: 1 g chitosan pha trong 50

ml 1% acid lactic phối trộn vào 1kg bột nhão carotenoprotein Bột carotenoprotein sau khi

xử lý loại nước bằng các phương pháp khác nhau được phân tích các thành phần cơ bản (protein, astaxanthin, tro) và đánh giá ảnh hưởng của từng phương pháp xử lý đến chất lượng bột carotenoprotein thu được Phương pháp sấy bột nhão carotenoprotein bằng phương pháp sấy đông khô được chọn làm đối chứng

2.2 Nghiên c
u kh năng thay th mt

ch bin th
c ăn viên cá Chm và đánh giá m
c đ chp nhn ca cá

Đối với thí nghiệm này, 3 công thức thức

ăn được xác lập với các thành phần được trình bày ở Bảng 1 Trong đó, công thức 1 là công thức sử dụng 100% bột cá (đối chứng),

và công thức 2 và 3 thì thay thế 20% và 50% bột cá bằng bột carotenoprotein tương ứng Các thành phần khác giữ cố định ở các công thức thức ăn

Bảng 1 Công thức thức ăn* (%g/g) với sự thay thế bột cá bằng bột carotenoprotein ở mức 20% và 50%

Thành phần nguyên liệu (%) Công thức 1 Công thức 2 Công thức 3

* Trong các công thức chế biến thức ăn

còn có bổ sung chất kết dính, thành phần vi

lượng và chất bảo quản vừa đủ 100% Bột cá

có hàm lượng protein thô: 57%

Sau khi phối trộn các thành phần, tạo viên

bằng thiết bị ép đùn, hấp 5 phút và sấy ở nhiệt

độ 40oC, 8 giờ Các viên thức ăn với các công

thức phối trộn khác nhau sẽ được đánh giá độ

ổn định và độ chấp nhận của cá

Phương pháp phân tích

- Độ ẩm, hàm lượng tro và protein được

phân tích theo phương pháp AOAC (1990)

Xác định hàm lượng astaxanthin bằng phương

pháp quang phổ Hàm lượng acid amin được

xác định bằng phương pháp sắc ký Độ ổn

định của viên thức ăn được xác định theo

phương pháp của Obaldo, 2002

- Độ chấp nhận của cá Chẽm đối với thức

ăn chế biến có bổ sung carotenoprotein được

thực hiện ở qui mô thí nghiệm Cá Chẽm sử

dụng trong nghiên cứu là cá 70 ngày tuổi, thực

hiện cho cá ăn thức ăn thử nghiệm ngày 2 lần,

vào lúc 6 giờ và 16 giờ Việc đánh giá độ

chấp nhận của cá thông qua lượng thức ăn sử

dụng trong thời gian 2 tháng Thí nghiệm được

bố trí 4 bể, mỗi bể 30 con, với kích thước bể:

1x1x1,2 (m) và trong đó: Bể 1 sử dụng thức ăn

theo công thức 1: sử dụng 100% bột cá

(không bổ sung carotenoprotein); Bể 2 sử dụng thức ăn theo công thức 2: thay thế 20% bột cá bằng bột carotenoprotein; Bể 3 sử dụng thức ăn theo công thức 3: thay thế 50% bột cá bằng bột carotenoprotein; Bể 4: sử dụng thức

ăn cá công nghiệp

III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1 Kết quả nghiên cứu xử lý carotenoprotein từ dịch thủy phân trong quá trình chế biến chitin từ phế liệu tôm

Bột nhão carotenoprotein thu được từ quá trình chế biến chitin từ phế liệu tôm bằng thiết bị trống quay có độ ẩm trung bình từ 69%

± 3% Vì vậy, công đoạn đầu tiên của quá trình chế biến carotenoprotein là tiến hành loại nước Trong thí nghiệm này, ảnh hưởng của quá trình tách nước được thực hiện bằng quá trình sấy ở nhiệt độ thấp (35oC) và phơi nắng được xác định Độ ẩm cuối cùng của mẫu cần đạt là 13% ± 1% Để đạt được độ ẩm này, thời gian xử lý là 48 giờ đối với sấy ở nhiệt độ thấp

và 36 giờ đối với phơi nắng Ngoài ra, việc phối trộn chitosan vào bột carotenoprotein ở tỷ

lệ 1% làm chất bảo quản, hạn chế ảnh hưởng xấu của quá trình phơi nắng cũng được nghiên cứu Kết quả phân tích chất lượng của bột carotenoprotein sau khi xử lý ở các chế độ khác nhau được trình bày Bảng 2

Bảng 2 Các chỉ tiêu chất lượng* của carotenoprotein ở các chế độ sấy khác nhau

Chỉ tiêu khô (đối chứng) Mẫu sấy đông Sấy ở 35o

C Phơi nắng Phơi nắng có bổ sung

chitosan

trưng của bột tôm

Mùi tanh đặc trưng của bột tôm

Mùi tanh rất nhẹ

Mùi tanh rất nhẹ

* Kết quả trình bày ở trên là kết quả trung bình của 3 lần lặp lại, với độ lệch chuẩn được trình bày kèm theo

Kết quả ở Bảng 2 cho thấy

carotenoprotein có thành phần chủ yếu là

protein, khoáng, chitin và astaxanthin, trong đó

thành phần protein khá cao khoảng 55%

Trong đó, có chứa một lượng caroten, cụ thể

là astaxanthin với hàm lượng lên đến trên 140

mg/kg Vì astaxanthin là một chất có hoạt tính

sinh học cao, có nhiều ứng dụng trong thức ăn

thủy sản (Kittikaiwan và cộng tác viên, 2007)

nên đây là một ưu điểm rõ rệt của bột

carotenoprotein so với bột cá không có thành

phần caroten

Về ảnh hưởng của phương pháp xử lý

loại nước bằng sấy ở nhiệt độ thấp và phơi

nắng, kết quả cho thấy sấy ở nhiệt độ 35oC thì

không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng bột

carotenoprotein, thể hiện rất rõ ở hàm lượng

astaxanthin còn lại so với phương pháp sấy

đông khô (đối chứng) Ngược lại, làm khô bằng phơi nắng ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng astaxanthin Sự tác động xấu do phơi nắng xảy ra vì astaxanthin rất dễ bị phân hủy dưới tác dụng của nhiệt và ánh sáng (Kittikaiwan và cộng sự, 2007) Tuy nhiên, mẫu carotenoprotein thu được bằng phương pháp phơi khô có bổ sung 0,1% chitosan có hàm lượng astaxanthin trên 80 mg/kg, cao hơn rõ rệt so với mẫu phơi nắng không bổ sung chitosan Chitosan cho thấy là một chất bảo quản thích hợp, hạn chế đáng kể sự oxy hóa astaxanthin do ánh sáng và nhiệt gây nên (Higuera-Ciapara và cộng sự, 2004) Tóm lại,

để đảm bảo chất lượng carotenoprotein, việc loại nước cần thực hiện ở chế độ sấy ở nhiệt

độ 35oC hoặc phơi nắng thì nên bổ sung chitosan làm chất bảo quản

Bảng 3 Thành phần acid amin của mẫu carotenoprotein thu được sau khi xử lý bằng phương pháp sấy ở nhiệt độ 40 o C

Để đánh giá chất lượng protein trong bột

carotenoprotein, thành phần acid amin được

xác định và trình bày ở Bảng 3

Carotenoprotein chứa đầy đủ các acid amin,

leucine, isoleucine, methionine, phenylalanine, histidine

Tuy nhiên, một nhược điểm của carotenoprotein thu được là thành phần chitin

(Bảng 2) Hàm lượng chitin cao có thể gây khó

khăn cho quá trình tiêu hóa của động vật nuôi,

cần hạn chế ở mức thấp hơn (Schoemaker,

2005) Vì vậy, việc loại bớt thành phần chitin

trong bột carotenoprotein được thực hiện Kết

quả thí nghiệm cho thấy việc loại bỏ thành

phần chitin này có thể thực hiện bằng phương

pháp cơ lý, cụ thể bột carotenoprotein được

nghiền nhỏ và sau đó sàn qua sàn kích thước

lỗ (80 meshes- 0.21 mm), phần bột

carotenoprotein sẽ lọt sàn, phần trên sàn là

chủ yếu là chitin Quá trình phân riêng này

dựa trên tính chất cơ lý của chitin và protein là

khác nhau, chitin có độ dai cao hơn so với

protein nên khi xay thì bột protein sẽ mịn hơn,

kích thước nhỏ hơn, còn chitin thì kích thước

lớn hơn nên có thể phân riêng Kết quả phân

tích cho thấy, áp dụng phương pháp này,

lượng chitin được loại khỏi bột carotenoprotein

khoảng trên 50%, nên hàm lượng chitin còn lại

trong mẫu chỉ còn 5-6%, đồng thời carotenoprotein sau khi xử lý có hàm lượng protein được nâng lên trên 58% protein Kết quả này cho phép kết luận rằng carotenoprotein thu được từ quá trình sản xuất chitin có thể ứng dụng trong chế biến thức ăn gia súc, đặc biệt trong chế biến thức ăn động vật thủy sản

2 Bước đầu ứng dụng carotenoprotein vào chế biến thức ăn cá Chẽm và đánh giá

độ ổn định và mức độ chấp nhận của cá Chẽm đối với thức ăn có bổ sung bột carotenoprotein

Thức ăn viên có bổ sung carotenoprotein

để thay thế bột cá ở mức 20% và 50% (xin tham khảo Bảng 1) được chế biến bằng phương pháp ép đùn với hàm lượng protein được xác định là 45% Độ ổn định của thức ăn

sử dụng bột carotenoprotein để thay thế bột cá được xác định và trình bày ở Hình 1

Hình 1 Độ ổn định của thức ăn khi thay thể một phần bột cá bằng bột carotenoprotein Kết quả trình bày là kết quả trung bình của 3 lần lặp lại, với độ lệch chuẩn được thể hiện trên đồ thị

Hình 1 cho thấy, độ ổn định của mẫu thức

ăn (được thể hiện qua phần thức ăn còn lại)

giảm dần khi tỷ lệ thay thế bột cá bằng bột

carotenoprotein tăng lên Khi tỷ lệ thay thế bột

cá bằng bột carotenoprotein tăng lên 50% thì

độ ổn định giảm xuống khoảng 20% Điều này

còn chứa một lượng chitin, khoáng đáng kể nên mức độ đồng nhất không cao, dẫn đến khả năng kết dính không tốt Vì vậy, muốn tăng độ

ổn định của viên thức ăn cần sử dụng polyme

để tạo màng bọc viên thức ăn Dưới đây, kết quả nghiên cứu ứng dụng chitosan làm màng

0 20 40 60 80 100

Thời gian (h)

Carotenoprotein-0%

Carotenoprotein-20%

Carotenoprotein-50%

Hình 2 Độ ổn định của thức ăn có thay thể một phần bột cá bằng bột carotenoprotein (50%) có

sử dụng chitosan ở các nồng độ (0,1; 0,2; 0,3%) để làm màng bao Kết quả trình bày là kết quả

trung bình của 3 lần lặp lại, với độ lệch chuẩn được thể hiện trên đồ thị

Kết quả trên Hình 2 cho thấy khi dùng

chitosan làm màng bao bọc viên thức ăn tăng

độ ổn định của viên thức ăn Khi tăng nồng độ

chitosan sử dụng thì độ ổn định của thức ăn

tăng lên đáng kể Tuy nhiên, khi sử dụng nồng

độ chitosan là 0,3% thì viên thức ăn hình

thành một lớp vỏ cứng, không phù hợp tính

chất của thức ăn động vật thủy sản Vì vậy,

nồng độ 0,2% được chọn là nồng độ thích hợp

cả về độ ổn định và thỏa mãn yêu cầu của

thức ăn động vật thủy sản Ngoài ra, việc bổ

sung chitosan vào thức ăn làm tăng độ ổn định

thành phần dinh dưỡng và tính an toàn của

thức ăn trong quá trình chế biến và bảo quản

vì chitosan có tính chất kháng nấm, kháng

khuẩn và chống oxy hóa (Hirano, 1996; Kim và

cộng sự, 2007)

Mức độ chấp nhận thức ăn được xác định

thông qua việc xác định lượng thức ăn sử

dụng của cá Kết quả cho thấy, lúc mới bắt

đầu cho ăn thì cá sử dụng ít thức ăn chứa

carotenoprotein, nhưng sau 2 tuần, thì cá bắt

carotenoprotein và lượng thức ăn sử dụng tăng dần Mức độ chấp nhận của cá đối với mẫu thức ăn viên chứa carotenoprotein cao hơn so với mẫu sử dụng 100% bột cá Tuy nhiên, mức độ chấp nhận của cá đối với thức

ăn có bổ sung carotenoprotein thì thấp hơn so với thức ăn công nghiệp (Hình 3) Kết quả này

có thể do cá đã quen trước đó việc sử dụng thức ăn công nghiệp Các công thức thức ăn

sử dụng đều đạt được tỷ lệ sống cao (100%) Kết quả này tương tự kết quả nghiên cứu sử dụng phế liệu tôm làm nguồn protein trong thức ăn cá Hồi và gà (Okoye và cộng sự, 2005) Tuy nhiên kết quả tính toán về hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) cho thấy, các loại thức ăn khi có bổ sung carotenoprotein đều thấp hơn thức ăn công nghiệp Điều này có thể do cá trước khi thử nghiệm đã quen với loại thức ăn công nghiệp

0 20 40 60 80 100

Thời gian (h)

Carotenoprotein-50%

Carotenoprotein-50% + Chitosan -0,3%

Carotenoprotein-50%+Chitosan-0,2%

Carotenoprotein-50% + Chitosan-0,1%

Hình 3 Mức độ sử dụng thức ăn của cá Chẽm của mỗi bể theo thời gian nuôi Trong đó: Bể 1

sử dụng thức ăn theo công thức 1: sử dụng 100% bột cá; Bể 2 sử dụng thức ăn theo công thức 2: thay thế 20% bột cá bằng bột carotenoprotein; Bể 3 sử dụng thức ăn theo công thức 3: thay thế 50% bột cá bằng bột carotenoprotein; Bể 4: sử dụng thức ăn cá công nghiệp

IV KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy

carotenoprotein ở dạng bột nhão thu nhận từ

quá trình chế biến chitin có thể xử lý thành bột

carotenoprotein vẫn giữ được chất lượng bằng

phương pháp sấy khô ở nhiệt độ thấp (35oC)

hoặc phơi nắng nhưng có bổ sung 0,1%

chitosan làm chất bảo quản Bột

carotenoprotein có thể sử dụng để thay thế bột

cá trong việc chế biến thức ăn viên cho cá

Chẽm Thức ăn viên chế biến có bổ sung

carotenoprotein để thay thế bột cá nhận được

sự chấp nhận của cá Chẽm tăng dần theo thời gian nuôi tuy nhiên vẫn thấp hơn thức ăn công nghiệp Tuy nhiên, phần đánh giá về tốc độ phát triển, tỷ lệ sống, hệ số sử dụng thức ăn của cá cần được tiếp tục thực hiện ở qui mô lớn hơn để có thể đánh giá một cách chính xác hiệu quả sử dụng carotenoprotein thay thế bột cá Ngoài ra, vai trò của caroten trong dinh dưỡng cho cá cũng cần được nghiên cứu

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 AOAC, 1990 Official Method of Analysis, 15th ed Arlington, VA: Association of Official Analytical Chemists

2 Hirano, S., 1996 Chitin biotechnology application Biotechnology Annual Review, 2, 237-258

3 Higuera-Ciapara, I., Valenzuela, L F., Goycoolea, F M., & Monal, W A (2004)

Microencapsulation of astaxanthin in a chitosan matrix Carbohydrate Polymers, 56, 41–45

4 Kim, W K., Thomas, R L., 2007 Antioxidative activity of chitosan with varying molecular

weights Food Chemistry, 101, 208-213

5 Kittikaiwan, P., Powthongsook, S., Pavasant, P., Shotiprut, A., 2007 Encapsulation of

Haematococcus pluvialis using chitosan for astaxanthin stability enhancement Carbohydrate Polymers, 70, 378-385

6 Obaldo, L G., Divakaran, S., Tacon, A G., 2002 Method for determing the physical stability of

shrimp feed in water Aquaculture Research, 33, 369-377

7 Okoye, F.C., Ojewola, G.S and Nioku-Onu, K., 2005 Evaluation of shrimp waste meal as a

probable animal protein source for broiler chickens International Journal of Poultry Science, 4,7,

458-461

8 Schoemaker, 2004 Tận dụng phế liệu tôm Biên dịch: Dự án Cải thiện Chất lượng và Xuất khẩu

0 10 20 30 40 50 60 70

Thời gian nuôi (ngày)

Bể 1

Bể 2

Bể 3

Bể 4