CHƯƠNG 1. Đặt van đề Bột cá (FM) được xem là nguồn protein và chất béo động vật phô biến trong nuôi trồng thủy sản. Cung cấp một lượng lớn các chất đinh dưỡng quan trọng hỗ trợ sự phát triển và sức khỏe của thủy sản như protein chat lượng cao, axit béo không bão hòa đa omega-3 chuỗi dài (n-3 LC-PUFA) và axit amin cân bằng, cũng như nó có khả năng tiêu hóa cao, ngon miệng và ít các yếu tổ kháng dinh dưỡng. Tuy nhiên, vào năm 2030, chi phí bột cá được dự đoán sẽ tăng 30% so với năm 2018 về giá trị do nhu cầu trên toàn thế giới ngày càng tăng.
Trong khi sản lượng nuôi trồng thủy sản cũng sẽ tăng 42% (FAO, 2020), chi phí giá thành cao sẽ gây ra gánh nặng kinh tế đáng kê cho ngành nuôi trồng thủy sản. Trong nuôi trồng thủy sản và chăn nuôi, côn trùng đang dần trở thành một nguồn thay thế khả thi cho các nguồn protein động vật và thực vật trên cạn. Việc tiêu thụ côn trùng ăn được, thực sự có tiềm năng trở thành một trong những giải pháp thân thiện với môi trường, tiết kiệm chỉ phí và lâu dài nhất cho dinh dưỡng động vật và cá (DeFoliart, 1989; Koutsos et al. Rudi lính đen (BSF, Hermetia illucens) là một nguồn protein đặc biệt hấp dẫn vì nó cung cấp hiệu quả về chi phí khi biến chat thải sinh học thành protein chất lượng cao và kết quả là sản xuất quy mô công nghiệp đã tăng lên đáng kể trong thập kỷ qua (Silva và Hesselberg, 2020).
Bột ấu trùng BSF (BSFLM) thường được sử dụng làm nguyên liệu thức ăn trong nuôi trồng thủy sản do thành phần dinh dưỡng thuận lợi của nó. Trên cơ sở chất khô, BSFLM chứa khoảng 42-60% protein thô và 10— 35% lipid thô phụ thuộc vào chất nền (Diener et al., 2009; Newton et al. Thành phan axit amin thiết yếu của BSFLM giống với thành phần của FM nên việc sử dụng BSFLM dé tao ra các sản phẩm giàu dinh dưỡng phục vụ trong chăn nuôi thủy sản là mục tiêu hướng đến trong nghiên cứu. Mục tiêu đề tài: Tối ưu hóa các điều kiện thủy phân và bảo quản dung dịch giàu dinh dưỡng từ ấu trùng ruôi lính đen (Hermetia illucens) bằng enzyme Alcalase.
Nội dung thực hiện: Nội dung 1: Nghiên cứu khảo sát tối ưu hóa các điều kiện tạo dung dịch giàu dinh dưỡng từ ấu trùng ruồi lính den bang enzyme Alcalase Nội dung 2: Nghiên cứu các điều kiện bảo quản phù hợp trong quá trình bảo quản dung dịch sau thủy phân. TONG QUAN TÀI LIEU 2. Tổng quan về Rudi lính den (Hermetia illucens) 2. Phan loai khoa hoc Ruồi lính đen có tên khoa học là Hermetia illucens thuộc họ Stratiomyidae, có nguồn gốc ở các vùng nhiệt đới và ôn đới ấm.
Rudi lính den (Hermetia illucens) Rudi lính den trưởng thành có mau đen, dài 15-20 mm với màu den khoi,chia thành ba phan riêng biệt là phần đầu, ngực và bung. Rudi cái trưởng thành thường lớn hơn con đực và có đầu bụng màu đỏ trong khi con đực có đầu bụng màu đồng bạc và thường đẻ trứng ở gần hoặc trên nền hữu cơ am và chat thải 4m ướt và trong trường hợp không có môi trường như vậy, con cái không thé đẻ trứng. Trứng ruồi lính đen có hình bầu dục và có kích thước xấp xỉ 1mm (chiều dài). Trứng vừa mới đẻ có mau trắng sau đó chuyền sang màu vàng nhạt hoặc trắng kem.
Âu trùng ruồi lính đen mới nở nhỏ, màu trắng và dai khoảng 1,8 mm. Theo thời gian, mau sắc ấu trùng dần dan thay đổi từ sáng đến xám. Au trùng có hình ngư lôi va det ở mặt dưới. Đầu âu trùng chứa phần miệng nhai trong khi phần lưng được phân đoạn chứa lỗ chân lông đề thở.
Cơ thể ấu trùng được bao phủ bởi một làn da săn chắc, déo dai và độ dẻo dai phụ thuộc vào độ tuôi. Rudi lính đen có vòng đời trong vòng 40 — 45 ngày, chia làm 4 giai đoạn: Trứng, ấu trùng, nhộng và ruồi trưởng thành được mô tả ở hình 2. Vòng đời ruôi lính đen Trứng ruôi lính den rất nhỏ, khi được đẻ ra trứng ấp từ 2 — 3 ngày nở thành ấu trùng con. Au trùng phát triển trong khoảng 18 ngày để trở thành nhộng trong đó, ấu tring 14 — 15 ngày tudi duoc goi la tién nhộng va được sử dung dé làm thức ăn cho vật nuôi hoặc dùng để làm các sản phẩm ứng dụng trong chăn nuôi.
Nhộng sẽ phát triển trong khoảng 10 — 15 ngày dé trở thành ruồi. Giai đoạn này nhộng có xu hướng di chuyển dé tìm nơi đóng và phát triển kén, sau khi đóng kén, nhộng sẽ nằm im không hoạt động. Phôi sẽ phát triển bên trong lớp vỏ cứng và hình thành nên ruồi. Rudi có tuổi thọ từ 5 — 12 ngày, trong thời gian này, chúng giao phối và đẻ trứng.
Mỗi con cái sinh sản từ 500 — 1200 trứng tùy vào chế độ ăn uống và nuôi dưỡng. Giá trị dinh dưỡng của ấu trùng ruồi lính đen Thành phần dinh dưỡng của ATRLĐ đã có nhiều công bồ và phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng cũng như số lượng chất nền làm thức ăn. Số liệu bảng 2. cho thấy ATRLD chứa hàm lượng protein thô (CP) dao động từ 38 — 63% và chất béo thô (CF) dao động từ 7 — 42%.
Protein của ATRLĐ chứa rất nhiều các axit amin thiết yêu và không thiết yếu, các khoáng chất như Ca nhiều hơn so với hầu hết các loại côn trùng khác từ 6,6 — 9,3% vật chất khô (Makkar và ctv., 2014; Paul và ctv. Điều đó mang lại một lợi thé đáng ké về mặt dinh dưỡng trong việc cung cấp day đủ các khoáng chất và vitamin thiết yêu so với các loài côn trùng khác. Hàm lượng protein thô (CP) và chất béo (CF) trong âu trùng ruồi lính đen Chất nên CP (%) CF (%) Nguồn tài liệu Trái cây và rau quả 38,5 6,63 Nguyen và ctv. (2015) Chất thải hữu cơ 39,8 30,1 Mutafela va ctv.
(2015) Phu pham ché bién 38 — 46 21-35 Ooninex va ctv. (2015) Rau qua thai 39,9 SLs] Spranghers va ctv. (2017) Chất thai nhà ăn 43,1 38,6 Spranghers va ctv. (2017) Phan lon 432-43,6 26,4-28 St-Hilaire va ctv.
(2007) Phan gia cầm 37,9 —42,1 18,73 —34,8 Newton va ctv. (2005) Phan bo -- 21,42 St-Hilaire va ctv. (2007) Thức ăn ga 412-479 14,6 —33,6 Spranghers va ctv. (2017) Ooninex va ctv.
(2015) Phu pham ché bién ca 57,9 34,6 Nguyen va ctv. (2015) Gan động vat 62,7 25,1 Nguyen va ctv. Ứng dung ấu trùng ruồi lính den 2. Nuôi trồng thủy sản Bột ấu trùng BSF đã được coi là nguồn cơ chất thay thé bột cá trong nuôi trồng thủy san do hàm lượng protein và lipid cao (Kroeckel và ctv, 2012).
Nhiều nghiên cứu đã sử dụng ATRLĐ trong nuôi trồng thủy sản như: Nuôi Cá héi van (Oncorhynchus mykiss) cho thay không có sự sai khác về tốc độ tăng trưởng và phát triển của cá so với khâu phần ăn bột cá (Sealey và ctv, 2011). Nghiên cứu bồ sung 40% ATRLD đã khử chất béo trong khẩu phan ăn của cá hồi vân mà không có bất kỳ ảnh hưởng tiêu cực nào đến sinh lý hoặc chất lượng thịt. Bồ sung tỷ lệ ATRLĐ dưới 15,78% đã cải thiện tăng trưởng và cân bằng hệ vi sinh đường ruột của lươn (Monopterus albus) (YayunHu va ctv, 2020). Theo Shakil va ctv, (2015) thay thé 50% 5 bột cá bằng ATRLD trong khẩu phan ăn cá rô phi (Oreochromis niloticus) giúp tăng tỷ lệ sống, năng suất và giảm hệ số chuyền hóa thức ăn.
Nhìn chung, nhiều tác giả kết luận rằng ATRLD đóng góp ý nghĩa trong nuôi trồng thủy sản bền vững, có thé thay thé một phần bột cá trong khẩu phan ăn. Bột ATRLĐ đã khử chất béo cũng được đánh giá cao không chỉ không ảnh hưởng đến năng suất, chỉ số sinh lý và chất lượng thịt mà còn cải thiện khả năng chống oxy. Chăn nuôi gia súc gia cầm Au trùng ruồi lính đen cũng đã được sử dụng trong thức ăn gia cầm thay thế một phần thức ăn công nghiệp. Nhiều nghiên cứu đã sử dụng ATRLĐ trong chăn nuôi như: Nuôi chim cut (Coturnix coturnix japonica) cho thay không có sự khác biệt về năng suất, khối lượng thịt ức và năng suất thịt giữa đối chứng và hai tỷ lệ bổ sung ATRLD vào khẩu phan ăn (Cullere va ctv, 2016).
Cũng theo Cullere và ctv cho rằng việc b6 sung ATRLD vào khẩu phan ăn không ảnh hưởng đến cảm quan cũng như hương vị, thành phần cholesterol và cải thiện hàm lượng axit amin của thịt ( tang axit aspartic, axit glutamic, alanin, serine, tyrosine và threonine). Theo nghiên cứu của Maurer va ctv (2016) cho thay việc bổ sung 50% ATRLD hoặc thay thé khẩu phan ăn gà đẻ không anh hưởng đến sức khỏe hoặc cân nặng của gà mái và ít hoặc không ảnh hưởng đến khối lượng và chất lượng trứng. Theo Chia và ctv (2019) sử dụng bột BSFLM chưa khử chất béo thay thế bột cá không ảnh hưởng đến sinh trưởng của lợn thịt và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Vì vậy, ATRLĐ là một thành phần tiềm năng cho khâu phần ăn phục vụ trong chăn nuôi bền vững, cung cấp nguồn protein cho sự tăng trưởng và phát triển vật nuôi.
Tổng quan về enzyme protease 2. Khái niệm về enzyme Enzyme là nhóm protein chuyên biệt hóa cao có hoạt tính xúc tác sinh học do tế bào sống tiết ra có tác dụng tăng tốc độ và hiệu suất phản ứng hóa sinh. Các quá trình hóa học xảy ra trong cơ thê là những phản ứng có hiệu quả cao lả nhờ tác dụng xúc tác của enzyme. Protease là nhóm enzyme xúc tác quá trình thủy phân liên kết peptide trong phân tử protein, polypeptide đến sản phẩm cuối cùng là các acid amin.
Ngoài ra, có nhiều protease còn có khả năng phân hủy liên kết este và vận chuyên acid amin. Protease trong quá trình thủy phân sẽ cắt protein ở hai vị trí: cắt từ bên ngoài cắt vào trong và cắt từ bên trong ra bên ngoài, do đó, protease được chia làm hai nhóm: exopeptidase và endopeptidase. Exopeptidase được chia làm hai loại dựa trên vi trí tác động trên mach polypeptide: Aminopeptidase liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi polypeptide dé giải phóng ra một amino aicd, một dipeptide hoặc tripeptide. Carboxypeptidase liên kết peptide ở đầu C của chuỗi polypeptide và giải phóng ra một amino aicd hoặc một dipeptide.
Endopeptidase cắt protein từ trong ra ngoài. Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, nhóm này được chia làm bốn nhóm nhỏ: Serin protease là những protease chứa nhóm -OH của gốc serine trong trung tâm hoạt động và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc tác enzyme. Nhóm này bao gồm hai nhóm nhỏ là chymotrypsin và subtilisin. Nhóm chymotrypsin bao gồm các enzyme động vật như chymotrypsin, trypsin, elastase.