Sản xuất chế phẩm dinh dưỡng bổ sung cho heo con từ dịch thủy phân protein trùn quế (perionyx excavatus)

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: SẢN XUẤT CHẾ PHẨM DINH DƯ

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài:

SẢN XUẤT CHẾ PHẨM DINH DƯỠNG BỔ SUNG CHO HEO CON

TỪ DỊCH THUỶ PHÂN PROTEIN TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus)

Mã số đề tài: 194.TP02

Chủ nhiệm đề tài: TS Phạm Tấn Việt

Đơn vị thực hiện: Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm

LỜI CÁM ƠN

Đề tài “SẢN XUẤT CHẾ PHẨM DINH DƯỠNG BỔ SUNG CHO HEO CON TỪ

DỊCH THUỶ PHÂN PROTEIN TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus)” được thực hiện tại

Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm - Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh

Tôi xin chân thành cảm ơn Đảng uỷ, Ban giám hiệu nhà trường đã có những chính sách phù hợp để động viên và tạo điều kiện cho cán bộ giảng viên của trường có cơ hội vào điều kiện thực hiện các ý tưởng của mình để đáp ứng nhu cầu của bản thân và yêu cầu của xã hội

Để hoàn thành quá trình nghiên cứu tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện của Ban lãnh đạo Viện Công Nghệ Sinh Học và Thực Phẩm

Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới Lãnh đạo Chi nhánh Trang trại chăn nuôi Vĩnh Khánh (địa chỉ: ấp Trung Bình Tiến, xã Vĩnh Trạch, huyện Thoại Sơn, tỉnh An Giang) thuộc Công ty Cổ phần Xuất nhập khẩu nông sản thực phẩm An Giang cùng toàn thể anh, chị, em trong trại chăn nuôi đã nhiệt tình hướng dẫn, hỗ trợ về nhân lực và vật lực trong suốt thời gian qua

Cuối cùng, tôi xin cám ơn các đồng nghiệp và các sinh viên, học viên đã cùng tôi thực hiện các thí nghiệm trong khuôn khổ đề tài

Trân trọng cảm ơn!

PHẦN I THÔNG TIN CHUNG

I Thông tin tổng quát

1.1 Tên đề tài: Sản xuất chế phẩm dinh dưỡng bổ sung cho heo con từ dịch thuỷ phân

protein trùn quế (Perionyx excavatus)

1.2 Mã số: 194.TP02

1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

(học hàm, học vị) Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 Phạm Tấn Việt – Tiến sĩ Viện CN SH&TP Chủ nhiệm

2 Nguyễn Thj Diệu Hạnh – Tiến sĩ Viện CN SH&TP Thành viên chính – thư ký

3 Nguyễn Ngọc Ẩn – Tiến sĩ Viện CN SH&TP Thành viên chính

4 Nguyễn Ngọc Huy – Thạc sĩ

Chi cục An toàn vệ sinh thực phẩm An Giang

Thành viên chính

5 Hứa Huỳnh Minh Thảo – Kỹ sư Viện CN SH&TP Thành viên chính

1.4 Đơn vị chủ trì:

1.5 Thời gian thực hiện:

1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2019 đến tháng 01 năm 2020

1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng 08 năm 2020

1.5.3 Thực hiện thực tế: từ tháng 06 năm 2019 đến tháng 06 năm 2020

1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Không có thay đổi

1.7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 25,0 triệu đồng

II Kết quả nghiên cứu

2.1 Đặt vấn đề:

Ở nước ta, vào năm 2017 tổng số đàn heo có khoảng 27,4 triệu con và định hướng đến năm 2020 là trên 30,3 triệu con Toàn quốc có khoảng 245 cơ sở sản xuất thức ăn chăn nuôi công nghiệp, trong đó có 71 cơ sở có vốn đầu tư nước ngoài, 03 cơ sở liên doanh và

171 cơ sở sản xuất trong nước với tổng sản lượng 19,3 triệu tấn Lợi nhuận của nghề chăn nuôi phụ thuộc nhiều vào nguồn thức ăn, vì thế mặc dù định hướng đến năm 2020 đàn heo cả nước ta là 30,3 triệu con nhưng tổng sản lượng thức ăn chăn nuôi công nghiệp chỉ

có 19,2 triệu tấn

Chăn nuôi heo ở Việt Nam đang chuyển động nhanh từ mô hình chăn nuôi với quy mô nhỏ lẻ sang mô hình chăn nuôi với quy mô công nghiệp, trang trại tập trung nhằm đáp ứng nhu cầu thực phẩm sạch và thân thiện với môi trường ngày càng cao của người tiêu dùng

Nguồn năng lượng chính cho các hoạt động sống và tăng trưởng của gia súc, gia cầm được cung cấp từ bột Bột chiếm tỷ lệ khá lớn trong khẩu phần ăn của gia súc và gia cầm Hàm lượng bột chủ yếu có trong ngũ cốc, chiếm khoảng 50÷65% khẩu phần ăn của heo con

Tỷ lệ đạm chỉ chiếm khoảng 21÷23% trong khẩu phần thức ăn của heo con Tuy nhiên đạm lại có vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp nguyên liệu cho các quá trình chuyển hoá hoá sinh

Bên cạnh những nguồn đạm động vật truyền thống như bột cá, bột thịt, …, đạm trùn quế ngày càng được sử dụng nhiều trong chăn nuôi Hàm lượng đạm cao, chứa đầy đủ các acid amin thiết yếu, giàu khoáng chất là những lý do mà nhiều nhà chăn nuôi xem trùn quế là nguồn thực phẩm bổ sung cao cấp cho nhiều loại vật nuôi

Với những vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài “Sản xuất chế phẩm dinh dưỡng bổ

sung cho heo con từ dịch thuỷ phân protein trùn quế (Perionyx excavatus)” nhằm

cung cấp thêm một nguồn dưỡng chất tinh giúp đàn heo hấp thu nhanh các amino acid, từ

đó giúp heo con lớn nhanh, khỏe mạnh và thân thiện môi trường

SEB-Sản xuất dịch thủy phân protein từ trùn quế

Sản xuất chế phẩm giàu dinh dưỡng từ protein trùn quế để bổ sung cho heo con

Ứng dụng chế phẩm protein từ trùn quế trên heo con trong điều kiện nuôi công nghiệp

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp lên men cơ bản để thuỷ phân thịt trùn quế

Phản ứng lên men được thực hiện trong cốc thuỷ tinh 100ml Hỗn hợp lên men được cho vào cốc thuỷ tinh với thành phần theo bảng 3.1 và được đặt trên máy khuấy từ gia

nhiệt (IKA C-MAG HS 7) Phản ứng thuỷ phân được thực hiện ở 37 ℃ với tốc độ khuấy

2.3.2 Phương pháp xác định hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế

Sau thời gian lên men, 1 g dịch thuỷ phân được hút vào các ống ly tâm 1,6 ml Sau 10 phút ly tâm ở 4 ℃, 14000 v/p, dịch nổi được loại bỏ, phần cặn được thu nhận và xác định khối lượng Hiệu suất thuỷ phân được tính theo công thức:

Hiệu suất thủy phân (%) = [(M0 – Mt)/M0 ] × 100%

Trong đó: M0: khối lượng chất khô ban đầu

Mt: khối lượng chất khô cân được theo thời gian phản ứng

2.3.3 Phương pháp khảo sát các điều kiện thuỷ phân thịt trùn quế

2.3.3.1 Phương pháp khảo sát điều kiện lên men cơ bản

Thịt trùn quế được xử lý theo 2 cách trước khi thực hiện phản ứng lên men – để nguyên con trùn và xay nát Quá trình cơ bản được thực hiện trong điều kiện có khuấy trộn và không có khuấy trộn Phản ứng có khuấy trộn được thực hiện trong cốc thuỷ tinh

100 ml trên máy khuấy từ gia nhiệt ở 37 ℃ với 130 v/p, trong 24 giờ Phản ứng không có khuấy trộn cũng được thực hiện trong cốc thuỷ tinh 100 ml trên máy khuấy từ gia nhiệt ở

37 ℃ nhưng tốc độ khuấy bằng không trong 24 giờ Hiệu suất thuỷ phân được đánh giá sau mỗi 6 giờ phản ứng

2.3.3.2 Phương pháp khảo sát nồng độ rỉ đường

Rỉ đường là yếu tố quan trọng công nghệ lên men Chúng tôi tiến hành khảo sát nồng

độ rỉ đường phù hợp cho việc thuỷ phân thịt trùn quế Nồng độ rỉ đường được thay đổi lần

lượt 0%, 1%, 2%, 5%, 10%, 20% và 40% Thành phần của hỗn hợp lên men được trình bày trong bảng 3.1 Trong đó dung dịch đệm được sử dụng từ kết quả thí nghiệm trước

đó Phản ứng được thực hiện trong cốc thuỷ tinh 100 ml trên máy khuấy từ gia nhiệt ở 37

℃ với 130 v/p, trong 24 giờ Hiệu suất thuỷ phân được đánh giá sau mỗi 6 giờ phản ứng

2.3.3.3 Phương pháp khảo sát nồng độ enzyme

Sau khi xác định được pH và nồng độ rỉ đường phù hợp, chúng tôi tiến hành khảo sát nồng độ enzyme thích hợp cho phản ứng thuỷ phân thịt trùn quế Thành phần phản ứng được trình bày trong bảng 3.1 Trong đó, nồng độ enzyme được thay đổi lần lượt là 0%, 0,02%, 0,1%, 0,2%, 0,4%, 1%, 2% và 4% trên tổng khối lượng thịt trùn Phản ứng được thực hiện trong cốc thuỷ tinh 100 ml trên máy khuấy từ gia nhiệt ở 37 ℃ với 130 v/p, trong 24 giờ Hiệu suất thuỷ phân được đánh giá sau mỗi 6 giờ phản ứng

2.3.3.4 Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của các ion kim loại

Các ion kim loại có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của enzyme Chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một loại ion kim loại phổ biến như Al3+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+,

Fe3+ và Zn2+ Các loại ion kim loại trên dược bổ sung vào hỗn hợp lên men trong bảng 3.1 với nồng độ 5,0 mM trên tổng thể tích phản ứng Thí nghiệm được thực hiện với pH dung dịch, nồng độ rỉ đường và nồng độ enzyme được xác định là hiệu quả từ các thí nghiệm trước đó Phản ứng được thực hiện trong cốc thuỷ tinh 100 ml trên máy khuấy từ gia nhiệt

ở 37 ℃ với 130 v/p, trong 24 giờ Hiệu suất thuỷ phân được đánh giá sau mỗi 6 giờ phản ứng

2.3.3.5 Phương pháp khảo sát nhiệt độ lên men ở quy mô pilot

Phản ứng lên men ở quy mô lớn hơn được thực hiện trong hệ thống lên men bán tự động được thiết kế và sản xuất bởi nhóm nghiên cứu

Chúng tôi tiến hành khảo sát hiệu suất thuỷ phân ở các nhiệt độ 30 ℃, 35 ℃, 40 ℃,

45 ℃, 50 ℃, 55 ℃ và 60 ℃

Thành phần của hỗn hợp lên men được bổ sung vào nồi lên men với tổng khối lượng

là 10 kg theo tỷ lệ được trình bày ở bảng 3.1 Trong đó, dung dịch đệm, nồng độ rỉ đường, nồng độ enzyme, ion kim loại được bổ sung và điều chỉnh theo kết quả của các thí nghiệm trước đó Tốc độ khuấy 100 v/p Quá trình lên men được thực hiện trong 24 giờ

và hiệu suất thuỷ phân được đánh giá sau mỗi 6 giờ phản ứng

2.3.3.6 Phương pháp khảo sát tốc độ khuấy trộn trong quá trình lên men ở quy mô pilot

Phản ứng lên men ở quy mô lớn hơn được thực hiện trong hệ thống lên men bán tự động được thiết kế và sản xuất bởi nhóm nghiên cứu

Chúng tôi tiến hành khảo sát hiệu suất thuỷ phân ở các tốc độ khuấy trộn 70 v/p, 100 v/p, 130 v/p và 160 v/p

Thành phần của hỗn hợp lên men được bổ sung vào bồn lên men với tổng khối lượng

là 10 kg theo tỷ lệ được trình bày ở bảng 3.1 Trong đó, dung dịch đệm, nồng độ rỉ đường, nồng độ enzyme, ion kim loại được bổ sung và điều chỉnh theo kết quả của các thí nghiệm trước đó Quá trình lên men được thực hiện ở 40 ℃, trong 24 giờ và hiệu suất thuỷ phân được đánh giá sau mỗi 6 giờ phản ứng

2.3.4 Phương pháp sản xuất bột dinh dưỡng từ dịch thuỷ phân thịt trùn quế

Sấy phun là một công nghệ sấy hiện đại có tác dụng chuyển nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột một cách đơn giản Công nghệ sấy phun được áp dụng do đặc tính dễ kiểm soát nhiệt độ và định hình hạt sản phẩm một cách chính xác Công nghệ này giúp tách ẩm khỏi vật liệu có độ ẩm rất cao một cách nhanh chóng, giúp tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn

Dịch thuỷ phân được bổ sung 20% Maltodextrin (M100 - được cung cấp bởi công ty Brenntag) và được sấy phun trong hệ thống sấy phun công nghiệp của công ty Cổ phần

BV pharma Hệ thống sấy phun được vận hành với tốc độ cấp dịch 100 ml/phút, nhiệt độ buồng sấy 135ºC, nhiệt độ thu hồi 85ºC

2.3.5 Phương pháp kiểm tra hiệu quả của bột dinh dưỡng lên đàn heo con

2.3.5.1 Phương pháp bố trí thực nghiệm và bổ sung bột dinh dưỡng vào khẩu phần

ăn của đàn heo con

Đàn heo con sau cai sữa (26 ngày tuổi) không biệt giới tính, có trọng lượng trung bình 7,0±1,0 kg được chia thành 4 lô Mỗi lô 12 cá thể được chia thành 2 ngăn Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần

Bột đạm bổ sung được phối trộn trực tiếp vào cám và cung cấp cho đàn heo theo các nghiệm thức:

➢ Lô A: lô đối chứng, chỉ cho ăn thức ăn của trại

➢ Lô B: bổ sung 10g bột đạm/kg thức ăn của trại

➢ Lô C: bổ sung 20g bột đạm/kg thức ăn của trại

➢ Lô D: bổ sung 30g bột đạm/kg thức ăn của trại

Thí nghiệm được tiến hành trong 4 tuần, cho đến khi đàn heo đủ tuổi và trọng lượng chuyển qua giai đoạn nuôi thịt

2.3.5.2 Phương pháp xác định sự tăng trọng của đàn heo con và số lượt tiêu chảy

Đàn heo được cho ăn 4 lần/ngày Mỗi lần thức ăn được đổ thành nhiều đợt vào máng Lượng thức ăn được thay đổi theo từng ngày phù hợp với nhu cầu thực tế của đàn heo Bột dinh dưỡng bổ sung được cấp vào ngay lần đổ đầu tiên của mỗi lần cho ăn để đảm bảo đàn heo ăn hết chất bổ sung này

Trọng lượng heo được xác định 1 tuần/lần bằng cách cân tổng đàn heo trong từng 2 ngăn (12 cá thể)

Số lượt tiêu chảy được ghi nhận theo từng máng ăn (2 ngăn chuồng – 12 cá thể) trong suốt quá trình nuôi và được chia thành 4 tuần

2.3.5.3 Phương pháp xác định số lượng bạch cầu

Sau 4 tuần nuôi, tiến hành thu mẫu máu của các cá thể heo để xác định lượng bạch cầu tổng số bằng phương pháp đếm trên buồng đếm bạch cầu

2.3.6 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu

Giá trị kết quả của các thí nghiệm là trung bình của 3 lần lặp lại Số liệu được tính toán, vẽ biểu đồ trên Microsoft Excel 2013 và được xử lý thống kê bằng phương pháp ANOVA bằng phần mềm GraphPad Prism 8

2.4 Tổng kết về kết quả nghiên cứu

2.4.1 Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế dưới ảnh hưởng của các yếu tố

Thịt trùn quế được thuỷ phân trong dung dịch cơ bản có bổ sung enzyme, rỉ đường và nước Kết quả khảo sát cho thấy, khi thịt trùn đươc xay nhuyễn và được lên men trong điều kiện khuấy đảo cho hiệu suất cao hơn các nghiệm thức khác Sau 18 giờ lên men có khuấy đảo hiệu suất thuỷ phân cao hơn sự lên men tĩnh với trùn nguyên con gấp 3 lần (hình 4.1.a), điều này phù hợp với hoạt động của enzyme Hoạt tính của enzyme sẽ tốt hơn khi tiếp xúc nhiều và trên bề mặt lớn của khối cơ chất Việc khuấy đảo còn giúp nhiệt

độ của phản ứng đồng đều, hiệu suất phản ứng ổn định

Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế cao nhất sau 18 giờ lên men không có sự khác biệt khi bổ sung 1% hay 5% rỉ đường Cả 2 nghiệm thức này đều cho hiệu suất thuỷ phân trên 80% (hình 4.1.b) Tuy nhiên, ở nghiệm thức chỉ sử dụng 1% rỉ đường, sản phẩm lên men

có mùi thối, dịch lên men đục, có biểu hiện của sự nhiễm khuẩn nghiêm trọng Ở nghiệm

thức bổ sung 5% rỉ đường, sản phẩm lên men trong có màu nâu cánh gián đẹp và có mùi thơm Với việc bổ sung 40% rỉ đường, hiệu suất thuỷ phân giảm mạnh Như vậy, việc thuỷ phân thịt trùn quế có sự tham gia của hệ vi sinh vật trong tự nhiên Tuy nhiên, các vi sinh vật này ngoài việc thuỷ phân protein từ thịt trùn quế thành dịch đạm còn tạo ra nhiều sản phẩm phụ có thể gây mất cảm quan thậm chí gây độc trên sản phẩm lên men Nồng

độ rỉ đường tăng cao giúp ức chế hoạt động của hệ vi sinh vật phân giải protein nhưng nồng độ cao này cũng ức chế hoạt động của enzyme protease bổ sung

Hình 4.1: Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế khi xay nhuyễn có khuấy trộn (a) và khi thay đổi nồng độ rỉ đường trong phản ứng (b)

Từ thực nghiệm, chúng tôi nhận thấy với 4% enzyme bổ sung, tốc độ phản ứng được đẩy mạnh ngay từ đầu quá trình lên men (hình 4.2.a) Tuy nhiên, sau 18 giờ lên men, hiệu suất thuỷ phân của các nghiệm thức bổ sung 1%, 2% và 4% không còn khác biệt chất lượng sản phẩm thuỷ phân thịt trùn quế như nhau trong các nghiệm thức này Chính vì vậy, chúng tôi sẽ bổ sung 1% enzyme protease vào sản xuất quy mô lớn nhằm tiết kiệm chi phí

Hình 4.2: Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế khi thay đổi nồng độ enzyme protease bổ sung (a) và khi thay đổi ion kim loại cho hoạt động của protease (b)

Trong phạm vi nghiên cứu này, chúng tôi không có điều kiện xác định cấu trúc trung tâm hoạt động của enzyme protease SEB-Neutral PL Để xác định ảnh hưởng của các ion

kim loại lên hoạt động của enzyme này chúng tôi đã tiến hành kiểm tra tác động của một

số ion kim loại như Zn2+, Al3+, Fe2+, Ca2+, Mg2+ và Mn2+ với nồng độ bổ sung 5mM Ngay

từ đầu thực nghiệm, ion Ca2+ và Mg2+ đã cho thấy hiệu quả rõ rệt lên hoạt tính thuỷ phân thịt trùn quế của protease này (hình 4.2.b) Trong đó, các muối calcium khá phổ biến và

có giá thành thấp ở Việt Nam Ngoài ra, calcium cũng là một thành phần dinh dưỡng không thể thiếu cho vật nuôi trong việc hình thành xương, tham gia dẫn truyền thần kinh Chính vì vậy, chúng tôi chọn muối calcium như nguồn cofactor cho quá trình lên men quy mô lớn

2.4.2 Sản xuất dịch thuỷ phân thịt trùn quế với thiết bị lên men bán tự động

Với các thông số khảo sát thực nghiệm, chúng tôi tiến hành thiết kế hệ thống lên men quy mô lớn, bán tự động Hệ thống bao gồm 1 nồi 2 lớp có dung tích bên trong 15 lít Hệ thống được ổn nhiệt bằng nước chứa trong khoảng giữa 2 lớp nồi Nước được cấp nhiệt bằng 1 điện trở đốt nóng có thông số kỹ thuật 220V-800W, nhiệt độ của nước được kiểm soát bởi cảm biến nhiệt độ NDK-1M5C và được lập trình bằng bộ điều khiển TZN4S Autonics Bộ điều khiển có thể xác định nhiệt độ lên men theo yêu cầu và sẽ tắt nguồn với sai số ±2ºC

Hệ thống cánh khoáy được điều khiển bởi 1 động cơ giảm tốc mini 1 pha 120W có thể thay đổi được tốc độ Động cơ này được kiểm soát bởi 1 bộ biến tần, đảm bảo được số vòng quay phù hợp với yêu cầu của quá trình lên men

Toàn bộ hệ thống điều khiển được thiết kế trong 1 hộp điều khiển trung tâm

Hình 4.3: Bản vẽ kỹ thuật hệ thống lên men bán tự động (a) và hệ thống lên men được đưa vào sử dụng (b)

Nồi lên men được đặt trên 1 giàn khung có thể di chuyển được, thân nồi được gắn trên

2 vòng bi, giúp người dùng có thể nghiêng nồi để rót sản phẩm và vệ sinh nồi một cách

dễ dàng

Với hệ thống lên men qui mô lớn này, chúng tôi đã tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ khuấy trộn đến sự thuỷ phân thịt trùn quế Nhiệt độ và tốc độ khuấy trộn được thiết lập theo phương pháp đã đề ra ở mục 3.3.5 và mục 3.3.6 Kết quả thực nghiệm cho thấy hoạt động của enzyme thuỷ phân phù hợp với khuyến nghị của nhà cung cấp Với các thông số đã được xác định từ các thí nghiệm trước đây, chúng tôi nhận thấy enzyme protease hoạt động tốt ở nhiệt độ khoảng từ 40 ºC đến 60 ºC Ở 60 ºC, protease hoạt động mạnh trong 12 giờ đầu Trong khi đó, khả năng hoạt động của protease ở 40 ºC yếu hơn khoảng 7% khi lên men so với 60 ºC Tuy nhiên từ khoảng sau

18 giờ lên men hiệu suất thuỷ phân của protease là như nhau ở các nhiệt độ Hiệu suất thuỷ phân trong hệ thống lớn lúc này tương đương với khi thí nghiệm trên quy mô nhỏ (hình 4.4.a) Để giảm chi phí năng lượng chúng tôi quyết định thực hiện quá trình lên men ở 40 ºC Mặc dù hiệu suất thuỷ phân của enzyme ở nhiệt độ này thấp hơn khi lên men ở nhiệt độ cao nhưng việc tiêu hao năng lượng trong trường hợp này là không cần thiết

Hình 4.4: Hiệu suất thuỷ phân thịt trùn quế trên hệ thống lên men bán tự động khi thay đổi nhiệt độ lên men (a) và khi thay đổi tốc độ khuấy trộn (b)

Chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến hiệu suất thuỷ phân của protease Hiệu suất thuỷ phân có sự khác biệt rõ rệt khi thực hiện khuấy đảo ở 130 v/p và 160 v/p so với sự khuấy trộn ở 70 v/p và 100 v/p Sự khuấy trộn đã tăng cường khả năng tiếp cận cơ chất của enzyme và tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra hiệu quả hơn Hiệu suất thuỷ phân khi khuấy trộn ở 160 v/p không thật sự cao hơn so với sự khuấy trộn

ở 130 v/p Khi tăng tốc độ khuấy lên cao, nhiệt độ và độ rung của máy cũng tăng, có thể

ảnh hưởng đến độ bền và khả năng hoạt động của hệ thống Do đó, chúng tôi chọn 130 v/p cho quá trình sản xuất dịch thuỷ phân với hệ thống lên men bán tự động của chúng tôi

Sau 24 giờ thuỷ phân, chúng tôi ghi nhận hiệu suất thuỷ phân tối đa đạt được gần tiệm cận 100% Kết quả được thể hiện trong các hình 4.4.b cho thấy hiệu suất thuỷ phân đạt được gần 90% Tuy nhiên, khi kiểm tra phần cặn lắng còn lại sau ly tâm, chúng tôi nhận thấy thành phần chủ yếu là bột gỗ và cát mịn Chúng tôi cho rằng đây là phần còn xót lại trong đường ruột của trùn quế nguyên liệu Qua đó, chúng tôi có thể cho rằng hiệu suất thuỷ phân đã đạt được tiệm cận 100 %

2.4.3 Lên men thịt trùn quế với enzyme protease quy mô lớn và thử nghiệm sản xuất bột dinh dưỡng

Với các thông số khảo sát thực nghiệm, chúng tôi tiến hành các mẻ lên men quy mô lớn trên thiết bị lên men bán tự động được thiết kế đảm bảo ổn định các thông số cơ bản của quá trình lên men (hình 3.a)

Hình 4.5: Dịch thuỷ phân thịt trùn sau khi qua lọc và chuẩn bị cấp vào máy sấy (a), máy sấy phun công nghiệp của công ty Cổ phần BV pharma (b), sản phẩm bột thịt trùn (c)

Thành phần của mỗi mẻ lên men bao gồm: 40% thịt trùn quế, 1% enzyme protease, 5% rỉ đường, 5mM Ca2+ Quá trình lên men tiến hành trong 18 giờ, nhiệt độ ổn định khoảng 40 ºC, pH dao động 6,5-7,0 và tốc độ cánh khuấy 130 vòng/phút Với thiết bị lên men bán tự động được thiết kế hoàn toàn bằng inox 304 sử dụng cho công nghệ thực phẩm, hiệu suất thuỷ phân tăng lên đáng kể so với kết quả thí nghiệm Sau 18 giờ lên

men, toàn bộ dịch lên men được lọc qua màng lọc chuyên dụng đảm bảo kích thước hạt phù hợp để nạp vào hệ thống sấy phun Hiệu suất thuỷ phân đạt hơn 90%

Dịch thuỷ phân (hình 4.5.a) được bổ sung 20% Maltodextrin (M100 - được cung cấp bởi công ty Brenntag) và được sấy phun trong hệ thống sấy phun công nghiệp của công ty

Cổ phần BV pharma (hình 4.5.b) Các thông số sấy được điều chỉnh phù hợp với thông số máy, hiệu suất thu hồi bột sấy và cảm quan của sản phẩm sấy Bột sấy (bột đạm từ thịt trùn quế - hình 4.5.c) được tiến hành phân tích hàm lượng và thành phần amino acid tại Trung tâm Sắc ký Hải Đăng

So sánh kết quả phân tích dịch thuỷ phân thịt trùn quế và bột đạm từ thịt trùn quế của chúng tôi với dịch thuỷ phân thịt trùn quế trên thị trường - NUTRI-T, cung cấp bởi công

ty TNHH Thương mại Đầu tư Renabeco, chúng tôi thấy rằng hàm lượng amino acid tổng trong mẫu của chúng tôi cao hơn gần 5 lần và thành phần amino acid thiết yếu cho heo cũng cao hơn (kết quả phân tích được bổ sung trong phụ lục) Đặc biệt hàm lượng threonin cao khoảng gấp 8 lần

Với thành phần và hàm lượng amino acid thiết yếu và không thiết yếu có trong mẫu bột đạm, chúng tôi nhận thấy rằng chế phẩm bột đạm này hoàn toàn phù hợp và có triển vọng trong việc sử dụng làm nguồn thức ăn bổ sung cho heo, đặc biệt là heo con giai đoạn đang cai sữa

Sản phẩm sau sấy phun được chúng tôi kiểm tra đánh giá các thông số lý, hoá và sinh học để đảm bảo đáp ứng được yêu cầu của một chế phẩm dinh dưỡng bổ sung cho đàn heo con

Các chỉ tiêu trên được thực hiện bởi Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm thành phố Hồ Chí Minh (CASE) Kết quả cho thấy bột đạm từ thịt trùn quế của chúng tôi đáp ứng được các quy chuẩn để làm thức ăn bổ sung cho gia súc, gia cầm

Với kết quả này chúng tôi đã có thể thực hiện thêm nhiều nghiên cứu trên các đối tượng vật nuôi Ngoài ra, bột đạm này còn có thể được sử dụng như nguồn cao thịt để làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật So với giá thành của một số loại cao thịt đang được luu hành trên thị trường thì giá thành của sản phẩm bột đạm của chúng tôi thấp hơn và phù hợp cho hoạt động của các phòng thí nghiệm vi sinh vật học

2.4.4 Bước đầu thử nghiệm hiệu quả của bột thịt trùn quế trên đàn heo con lai sau cai sữa

Đàn heo con sau cai sữa khoẻ mạnh, không phân biệt giới tính, có trọng lượng trung bình khoảng 7,0 kg/con được chia thành 4 lô thí nghiệm Mỗi lô được phân thành 2 ngăn nhỏ, mỗi ngăn nhỏ có 6 cá thể heo con Heo con, chuồng trại và thức ăn nền được cung cấp bởi trại chăn nuôi Vĩnh Khánh thuộc Công ty Cổ phần xuất nhập khẩu nông sản thực phẩm An Giang

Đàn heo được cân trọng lượng khi nhập chuồng và sau mỗi tuần thực nghiệm Trọng lượng của đàn heo được ghi nhận trong bảng 1 Từ đó chúng tôi xác định được tốc độ tăng trưởng của mỗi đàn heo so với khi nhập chuồng (bảng 2) Theo kết quả ghi nhận được, đàn heo được cho ăn với khẩu phần có bổ sung 2% bột thịt trùn quế có sự tăng trưởng nhỉnh hơn các đàn heo khác Chúng tôi tiến hành phân tích kết quả bằng chương trình phân tích ANOVA 2 yếu tố có lặp (GraphPad Prism 8), kết quả phân tích cho thấy

có sự khác biệt giữa lô thí nghiệm C so với các lô thí nghiệm khác Mặc dù sự khác biệt này không quá lớn nhưng có ý nghĩa rất cao trong thực nghiệm của chúng tôi

Bảng 4.1: Khối lượng đàn heo (12 cá thể/đàn) sau mỗi tuần nuôi thực nghiệm (đvt: kg)

Tuần 0 Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3 Tuần 4

Lô A 82,66 ± 4,06 96,96 ± 3,90 118,35 ± 3,23 146,59 ± 2,12 176,30 ± 5,75

Lô B 86,70 ± 2,47 102,23 ± 0,61 129,47 ± 0,92 156,78 ± 1,21 187,55 ± 6,90

Lô C 86,03 ± 3,61 104,03 ± 1,27 137,23 ± 0,14 170,84 ± 0,54 201,04 ± 4,52

Lô D 83,92 ± 4,10 99,39 ± 5,32 125,26 ± 3,88 157,47 ± 1,80 185,11 ± 2,40

Bảng 4.2: Tốc độ tăng trưởng của mỗi đàn heo (đvt: %)

Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3 Tuần 4

Heo con sau cai sữa cần được cung cấp đầy đủ dinh dưỡng với thành amino acid cân đối Tuy nhiên việc cung cấp khẩu phần ăn quá nhiều đạm sẽ khiến heo con đi phân lỏng

do hệ thống lông ruột chưa thật sự phát triển Việc đi phân lỏng có tác động xấu đến sự

tăng trưởng của heo đặc biệt là giai đoạn sau cai sữa Đây cũng là giai đoạn quyết định đến sự tăng trưởng vượt bật của heo sau này Lô D được cho ăn với khẩu phần ăn có 3% bột thịt trùn quế cao hơn lô C nhưng tốc độ tăng trưởng của lô D thấp hơn Trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi ghi nhận những heo con ở lô D có tỷ lệ đi phân lỏng cao hơn các lô thực nghiệm khác (bảng 3) Đăc biệt tỷ lệ heo con đi phân lỏng ở lô C thấp chỉ bằng ½ so với lô D Tuy nhiên việc đi phân lỏng của đàn heo chỉ được ghi nhận nhiều vào

2 tuần đầu Hiện tượng này không còn được ghi nhận ở tuần thứ 4 Xét về khía cạnh thống kê, sự tăng trọng của đàn heo trong lô C không quá khác biệt so với các lô còn lại Tuy nhiên, trong ngành chăn nuôi tỷ lệ khác biệt này thật sự có ý nghĩa

Bảng 4.3: Tỷ lệ tiêu chảy ở các đàn heo trong 3 tuần đầu được nuôi với chế độ bổ sung bột đạm

Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3

Lô A 12,70 % 15,86 % 3,78 %

Lô B 10,32 % 14,29 % 3,38 %

Lô C 8,94 % 10,08 % 1,59 %

Lô D 17,06 % 21,83 % 5,97 % Bảng 4.4:Số lượng bạch cầu trung bình ở mỗi cá thể lợn trong các lô thực nghiệm

ở các lô heo thí nghiệm (bảng 4) Việc cho heo con ăn thêm bột đạm từ thịt trùn quế không gây tác động xấu lên hoạt động sinh lý cũng như không gây kích ứng miễn dịch ở bầy heo con

2.5 Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận

Trùn quế là nguồn nguyên liệu dồi dào, hàm lượng đạm cao và hữu ích Việc nghiên cứu chế biến thịt trùn quế thành các dạng sản phẩm thương mại có giá trị cao luôn là nhu cầu cấp thiết Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi đã thành công trong việc sản xuất được bột đạm từ thịt trùn quế bằng công nghệ thuỷ phân sinh học và kỹ thuật sấy phun Sản phẩm tạo ra có giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan phù hợp với việc bổ sung cho đàn heo con sau cai sữa Điều này đã được chứng minh thông qua việc thực nghiệm trên đàn heo con sau cai sữa của trại chăn nuôi Vĩnh Khánh thuộc Công ty Cổ phần xuất nhập khẩu nông sản thực phẩm An Giang Đàn heo có ăn bột đạm bổ sung đã có sự tăng trưởng đáng ghi nhận và có sức khoẻ ổn định sau giai đoạn thực nghiệm Chúng tôi sẽ tiếp tục thực hiện các nghiên cứu trên nhiều đối tượng khác để có thể thương mại hoá sản phẩm bột đạm từ thịt trùn quế

2.6 Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

Tóm tắt: Trùn quế (Perionyx excavatus) là loài sinh vật phổ biến và có ích trong việc

tham gia cải tạo và cung cấp dưỡng chất cho đất nông nghiệp Bên cạnh đó, hàm lượng đạm cao trong thịt trùn quế cũng là nguồn dưỡng chất dồi dào cho ngành chăn nuôi Chúng tôi đã tiến hành thuỷ phân thịt trùn quế bằng hệ thống lên men bán tự động trong

18 giờ ở nhiệt độ 40℃, tốc độ khuấy 130 vòng/phút, pH 6,5 Hỗn hợp lên men được bổ sung 5% rỉ đường, 1% enzyme protease SEB-Neutral PL, 5mM Ca2+ và 40% thịt trùn quế Dịch thuỷ phân được sấy phun với 20% maltodextrin M100 để tạo bột đạm hoà tan nhằm dể dàng bảo quản, vận chuyển và bổ sung cho chăn nuôi Đàn heo sử dụng 2% bột đạm từ thịt trùn quế trong khẩu phần ăn có tốc độ tăng trưởng tốt nhất Các đàn heo sử dụng bột đạm từ thịt trùn quế đều có sức khoẻ và hoạt động sinh lý ổn định Nghiên cứu này sẽ tiếp tục được thực hiện trên nhiều đối tượng khác để nhằm thương mại hoá sản phẩm bột đạm từ thịt trùn quế

Abstract: Perionyx excavatus, a common earthworm species plays an important role

in improving soil structure and fertility In addition, the high protein content of earthworm is also a valuable source of nutrients for the livestock industry In this study, earthworm hydrolysis was prepared in a homemade semi-automatic fermentation system The preliminary optimal fermentation conditions were found to be 18 hours at 40 ℃, 130 revolutions per minute, pH 6.5, and in the presence of 5% molasses, 1% SEB-Neutral PL protease, 5mM Ca2+ for 40% earthworm meat as starting raw material Hydrolysate

solution was mixed with 20% maltodextrin M100 and subjected to spray dried to create soluble protein rich powder for easy storage, transport and used as breeding supplement

We showed that weaners piglets supplemented with 2% protein rich powder displayed the best growth with good health and stable physiological activities Undergoing farm-scale studies have been carried out on many other domestic animals in order to commercialize

this Perionyx excavatus processed protein rich powder product

III Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo

3.1 Kết quả nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3)

Đầy đủ các thông số cơ bản

3 Bài báo khoa học 1 bài báo công bố

trên tạp chí Khoa học

và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh

Công bố bài báo “Thử nghiệm sản xuất và bước đầu ứng dụng bột đạm từ trùn quế (Perionyx excavatus) lên đàn heo

con lai (Yourshire và Landrace) sau cai sữa” trên tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh

Ghi chú:

- Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chỉ được chấp nhận nếu có ghi nhận địa chỉ và cảm ơn trường ĐH Công Nghiệp Tp HCM đã cấp kính phí thực hiện nghiên cứu theo đúng quy định

- Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm trong phần phụ lục minh chứng ở cuối báo cáo (đối với ấn phẩm là sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang chính và trang cuối kèm thông tin quyết định và số hiệu xuất bản)

3.2 Kết quả đào tạo

Thời gian thực hiện đề tài

Học viên cao học:

Nguyễn Ngọc Huy 8/2018 – 8/2019 Nghiên cứu sử dụng dịch

thủy phân Protein từ trùn

quế (Perionyx excavatus)

và chế phẩm enzyme phytase làm nguồn dinh dưỡng bổ sung cho heo

IV Tình hình sử dụng kinh phí

T

Kinh phí được duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí thực hiện

(triệu đồng)

Ghi chú

A Chi phí trực tiếp

1 Thuê khoán chuyên môn

V Kiến nghị

Trong điều kiện hạn chế về kinh phí và thời gian nghiên cứu, chúng tôi chưa thật sự thiết kế được một hệ thống lên men tốt nhất Chúng tôi mong muốn tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện hệ thống lên men để gia tăng hiệu suất và tiết kiệm chi phí

Các enzyme thương mại được sử dụng hoàn toàn có thể được sản xuất tại phòng thí nghiệm Công nghệ vi sinh của trường Đại học Công nghiệp Tp Hồ Chí Minh, chúng tôi rất mong muốn được nghiên cứu và sản xuất các chế phẩm enzyme này để phục vụ các nghiên cứu tiếp theo

Đề tài chỉ mới khảo nghiệm hiệu quả sử dụng trên đàn heo con sau cai sữa, chúng tôi

đề nghị tiếp tục nghiên cứu đánh giá chế phẩm bổ sung ở heo tại các giai đoạn sinh trưởng khác nhau để gia tăng hiệu quả chăn nuôi

Đồng thời chúng tôi kiến nghị đánh giá hiệu quả sử dụng chế phẩm bổ sung trên các đối tượng vật nuôi khác nhau

VI Phụ lục sản phẩm (liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)

6.1 Bột đạm từ thịt trùn quế: 3 kg sản phẩm đã trình cho chủ tịch hội đồng

6.2 Quy trình sản xuất bột dinh dưỡng giàu protein từ trùn quế:

Bước 1: Trùn tươi rửa sạch bằng nước, để ráo nhẹ và phân chia thành từng túi 5kg, có thể dùng làm nguyên liệu lên men ngay hoặc trữ đông cho các đợt lên men sau đó

Bước 2: Chuẩn bị các loại phụ gia bổ sung cho phản ứng lên men bao gồm 500 gr mật

rỉ đường, 500 gr NaCl, 57 gr NaH2PO4, 219 gr Na2HPO4, 5 gr CaCl2, 100 ml Protease và nước sạch

Bước 3: Rửa sạch hệ thống lên men bán tự động, cho trùn tươi hoặc trùn đông lạnh vào bồn lên men, dùng máy xay cầm tay xay nát khối nguyên liệu

Bước 4: Bổ sung các phụ gia và enzyme đã chuẩn bị trước đó và bổ sung nước sạch vào bồn cho vừa đủ 10 lít (có vạch xác định thể tích trong bồn lên men)

Bước 5: Cài đặt các thông số (130 v/p, 40℃, khởi động hệ thống và theo dõi hoạt động của thiết bị cho đến khi các thông số ổn định và xác định thời gian thu sản phẩm – sau 18 giờ

Bước 6: Thu nhân dịch lên sau lên men (hỗn hợp thuỷ phân)

Bước 7: Lọc loại bỏ phần cặn phi protein, thu nhận dịch lọc và cho vào các bình nhựa

10 lít để bảo quản, có thể sử dụng trực tiếp như một sản phẩm của quy trình hoặc làm nguyên liệu cho quá trình sấy

Bước 8: Bổ sung 20 % maltodextrin M100 khuấy tan đều và lọc lại với vải lọc chuyên dụng

Bước 9: Cài đặt các thông số (tốc độ cấp dịch 100 ml/p, nhiệt độ buồng sấy 135 ºC, nhiệt độ thu hồi 85 ºC), khởi động hệ thống và theo dõi hoạt động của máy sấy phun Sản phẩm được thu hồi theo từng đợt và đóng gói để tránh hút ẩm

Bước 10: Bột trùn được bảo quản ở nơi khô ráo và thoáng mát

Hình 6.1: Quy trình Sản xuất chế phẩm dinh dưỡng bổ sung cho heo con từ dịch thuỷ

phân protein trùn quế (Perionyx excavatus)

6.3 Bài báo công bố trên tạp chí khoa học và Công nghệ trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh:

Được chấp nhận đăng 1 bài báo trên tạp chí Khoa học và Công nghệ trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh với tựa bài báo “Thử nghiệm sản xuất và bước đầu

ứng dụng bột đạm từ trùn quế (perionyx excavatus) lên đàn heo con lai (Yourshire và

Landrace) sau cai sữa”