TỔNG QUAN
Cá Tra
Tên tiếng Anh: Shutchi Catfish
Tên khoa học: Pangasius hypophthalmus (Sauvage, 1878)
Tên thương mại: Tra catfish
Giống cá Tra dầu: Pangasianodon
Loài cá Tra: Pangasianodon hypophthalmus
Cá Tra là một trong số 11 loài thuộc họ cá Tra (Pangasiidae) đã đƣợc xác định ở sông Cửu Long.
Hình 1.1 Cá Tra ( Pangasius hypophthalmus ).
Cá Tra phân bố chủ yếu ở lưu vực sông Mê Kông, đặc biệt ở 4 nước Lào, Campuchia, Thái Lan và Việt Nam.
Cá Tra ở Việt Nam không sinh sản tự nhiên trong ao nuôi hay ngoài tự nhiên, mà chủ yếu sinh sản ở Campuchia Cá Tra bột theo dòng nước sông Mê Kông di chuyển về Việt Nam Hiện nay, Việt Nam đã thành công trong việc sinh sản nhân tạo giống cá Tra, đáp ứng nhu cầu giống cho nghề nuôi cá Tra thương phẩm.
Cá trưởng thành thường chỉ xuất hiện trong ao nuôi và hiếm khi gặp trong tự nhiên, vì chúng có tập tính di cư ngược dòng sông Mê Kông để tìm kiếm nơi sinh sản Một khảo sát về chu kỳ di cư của cá Tra tại Campuchia cho thấy rằng cá di chuyển ngược dòng từ tháng 10 đến tháng 5, sau đó di cư về hạ lưu từ tháng 5 đến tháng 9 hàng năm.
1.1.3 Đặc điểm sinh học của cá Tra
Cá Tra, hay còn gọi là cá da trơn, có đặc điểm nhận diện với thân dài, dẹp ngang, lưng màu xám đen và bụng hơi bạc Đặc biệt, cá có miệng rộng, đầu nhỏ vừa phải và mắt tương đối to, cùng với hai râu dài Vây lưng của cá cao với một gai cứng có răng cưa, trong khi vây ngực có ngạnh Cá Tra có 8 tia phân nhánh ở bụng, khác với các loài cá khác chỉ có 6 tia.
Cá Tra có khả năng sống trong môi trường ao tù nước đọng với nhiều chất hữu cơ và oxy hòa tan thấp nhờ vào cơ quan hô hấp phụ, cũng như khả năng hô hấp qua bóng khí và da Loại cá này có thể tồn tại trong vùng nước có nồng độ muối từ 7 - 10‰ và nước phèn với pH ≥ 5 Tuy nhiên, cá Tra dễ bị chết khi nhiệt độ giảm xuống dưới 15 o C, trong khi có thể chịu được nhiệt độ lên tới 39 o C.
1.1.4 Thành phần hóa học và dinh dƣỡng cá Tra
Thành phần hóa học và dinh dưỡng của cá Tra bao gồm nước, protein, lipít, muối vô cơ và vitamin, và có sự khác biệt tùy thuộc vào giống, loài, và giới tính Ngoài ra, các yếu tố như thức ăn, môi trường sống, kích cỡ cá và đặc tính di truyền cũng ảnh hưởng đến thành phần hóa học của cá, đặc biệt là cá nuôi.
Bảng 1.1 Thành phần dinh dƣỡng của cá Tra [2]
Năng lƣợng cung cấp/100g 124,52 cal
Năng lƣợng cung cấp từ chất béo 30,84 cal
Chất béo chƣa bão hòa (có DHA, EPA) 1,78 g
Hàm lượng protein trong cá Tra đạt khoảng 23,42%, cho thấy giá trị dinh dưỡng cao Ngoài ra, thịt cá Tra còn giàu DHA và có hàm lượng cholesterol rất thấp (0,025%), làm cho nó trở thành thực phẩm tốt cho sức khỏe, đặc biệt là cho não bộ.
Thành phần khối lƣợng của cá Tra phụ thuộc vào loài, giống, tuổi tác, giới tính,thức ăn và khu vực sinh sống.
Bảng 1.2 Thành phần phần trăm khối lƣợng cá Tra [2]
Tỉ lệ thành phần khối lượng của cá Tra thay đổi theo trọng lượng, với cá lớn có tỉ lệ thịt cao hơn so với các thành phần khác.
1.1.5 Tình hình nuôi, chế biến và xuất khẩu cá Tra Ở Việt Nam, Cá Tra đƣợc nuôi chủ yếu ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long nhƣ An Giang, Đồng Tháp, Cần Thơ, Bến Tre.
Từ năm 2015 đến 2019, diện tích nuôi cá Tra tại Việt Nam đã tăng từ 5.500 ha lên 7.127 ha, với sản lượng cá Tra thu hoạch đạt 1 triệu tấn, tăng lên 1,52 triệu tấn Giá trị xuất khẩu cá Tra cũng ghi nhận sự tăng trưởng mạnh mẽ, từ 1,57 tỷ USD năm 2015 lên 2 tỷ USD năm 2019, chiếm 23,26% tổng giá trị xuất khẩu của ngành Thủy sản Trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long, các tỉnh nổi bật về diện tích nuôi và sản lượng cá Tra gồm Đồng Tháp với 466,3 nghìn tấn (+6,0%), An Giang đạt 261,6 nghìn tấn (+5,9%) và Cần Thơ với 174,2 nghìn tấn (+6,4%).
Phế liệu cá Tra
Cá Tra là một trong những sản phẩm xuất khẩu chủ lực của ngành chế biến thủy sản Việt Nam, chỉ sau tôm Ngành chế biến cá Tra phi-lê đông lạnh tạo ra lượng lớn phế liệu, bao gồm đầu, xương, mỡ, nội tạng và da, chiếm khoảng 60% so với nguyên liệu đầu vào Phế liệu cá Tra chứa hàm lượng lipít cao từ 14,6 đến 17,5% Nếu sản lượng cá Tra đạt một triệu tấn/năm, các doanh nghiệp sẽ phải xử lý hơn 600.000 tấn phế liệu Do đó, việc tận dụng các sản phẩm có giá trị từ phế liệu không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế mà còn giúp giảm thiểu lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường.
Phế liệu cá Tra trong các nhà máy chế biến bao gồm các bộ phận như đầu, xương, vây, nội tạng, máu, mỡ và thịt vụn cá Thành phần và khối lượng phế liệu này phụ thuộc vào mùa vụ nguồn nguyên liệu và đặc trưng của từng loại hình công nghệ chế biến Ngoài ra, lượng phế liệu còn bị ảnh hưởng bởi công suất của nhà máy, loại nguyên liệu sử dụng, chất lượng nguyên liệu đầu vào, trình độ công nghệ chế biến, yêu cầu của sản phẩm cuối cùng và tay nghề của công nhân.
Bảng 1.3 Thành phần hóa học của phế liệu một số loài cá (wt%)
Phế liệu Nước (%) Protein (%) Lipít (%) Tro (%) Tham khảo Đầu cá ngừ 59,0 14,8 13,5 11,8
Nội tạng cá ngừ 77,4 16,0 3,7 1,9 [74] Đuôi cá ngừ 58,2 17,4 3,3 20,5 Đầu cá mòi 74,9 13,7 5,8 6,4 [61]
Vây, đuôi, da, [157] ruột cá thu 65,6 12,1 20,8 1,3 Đầu cá hồi 66,0 11,3 16,7 6,0
1.2.2 Tận dụng phế liệu cá
Phế liệu cá chứa nhiều thành phần giá trị như protein, lipít, khoáng chất, enzyme và các chất có hoạt tính sinh học Công nghệ hiện đại đã mở ra nhiều cơ hội tận dụng nguồn phế liệu này để sản xuất các sản phẩm có giá trị như bột cá, dầu cá, collagen, gelatin, sản phẩm protein thủy phân, bột canxi, chế phẩm enzyme, dầu diesel sinh học và HA Việc chế biến phế liệu cá không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao giá trị sử dụng, tăng hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp chế biến thủy sản và mang lại lợi ích kinh tế cho đất nước.
Dịch đạm thủy phân là sản phẩm của quá trình thủy phân, chủ yếu bao gồm các axit amin và peptit, cùng với một lượng nhỏ khoáng và lipít Thủy phân protein bằng enzyme là phương pháp hiệu quả để thu hồi protein và các peptit có hoạt tính sinh học từ phế liệu thủy sản Quá trình này không chỉ tạo ra sản phẩm protein thủy phân mà còn thu được bột khoáng và lipít Các phế liệu thủy sản như xương cá hồi đã được sử dụng để sản xuất dịch đạm thủy phân.
Các loại phế liệu từ thủy sản như đầu cá hồi, xương cá tuyết, đầu và nội tạng cá trích, phế liệu cá tầm, cũng như nội tạng và đầu cá ngừ vây vàng thường được sử dụng để thủy phân protein Các enzyme phổ biến trong quá trình này bao gồm Protamex, Alcalase, Flavourzyme và Neutrase.
Khi thủy phân protein, dịch thủy phân thu được có màu vàng nhạt, chủ yếu bao gồm axit amin và peptit với chiều dài mạch khác nhau, cùng với khoáng và một lượng nhỏ lipít Để thu được bột protein thủy phân, dịch này được sấy chân không thăng hoa hoặc sấy phun, tạo ra bột có màu trắng ngà, vàng nhạt hoặc nâu tùy thuộc vào nguyên liệu và chế độ thủy phân Sản phẩm protein thủy phân có hàm lượng protein cao và chứa nhiều axit amin không thay thế cần thiết cho cơ thể Quá trình thủy phân đầu cá ngừ vây vàng bằng enzyme Alcalase và Protamex cho thấy độ thủy phân, sự thu hồi nitơ và hàm lượng protein tăng theo thời gian thủy phân, với hàm lượng axit amin không thay thế cao Cụ thể, độ thủy phân từ đầu, nội tạng và đuôi cá ngừ vây vàng lần lượt là 32,3%, 16,8% và 22,2%, với hiệu suất thu hồi nitơ đạt 73,6%, 82,7% và 85,8%.
Bột đạm cá thủy phân là sản phẩm của quá trình thủy phân, được tạo ra từ dịch đạm thủy phân qua quá trình cô đặc và sấy khô Quy trình sản xuất sử dụng protease để phân giải protein thành peptit và axit amin, nhờ vào hệ protease tự nhiên và enzyme bổ sung Sản phẩm này có hàm lượng protein cao khoảng 70%, lipít chỉ khoảng 0,5% và tỷ lệ nitơ dễ hấp thụ cao, mang lại giá trị dinh dưỡng cao Bột đạm cá thủy phân có thể được sử dụng nguyên chất hoặc phối trộn với thực phẩm khác, với màu sắc từ trắng ngà đến vàng nâu tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu Sản phẩm có mùi thơm đặc trưng, dễ tan trong nước và có khả năng tạo gel, dẻo dính Thường được sản xuất từ các loài cá kém giá trị kinh tế hoặc phế liệu cá.
Xương cá là nguồn cung cấp canxi và photpho dồi dào, tiềm năng cho sản xuất bột canxi Để chế biến bột khoáng này, có hai phương pháp chính: thủy phân bằng hóa chất và thủy phân bằng enzyme Phương pháp thủy phân bằng hóa chất là phương pháp truyền thống đã được áp dụng từ lâu.
Trong quá trình thủy phân, các hóa chất như axit (HCl, H2SO4) hoặc kiềm (NaOH) được sử dụng để chiết tách các thành phần dinh dưỡng từ cá Tra Các bộ phận của cá như đầu, xương, vây và đuôi đã được phân tích để xác định nguyên liệu giàu canxi phù hợp Đặc biệt, xương cá có hàm lượng tro cao (20,11%) và chứa tỷ lệ canxi lớn nhất (4,49%) so với các bộ phận khác, cho thấy tiềm năng của xương cá trong việc cung cấp canxi.
Do đó, xương cá Tra được lựa chọn làm nguyên liệu để sản xuất bột canxi.
Dầu cá là lớp dầu thu được sau quá trình ly tâm hỗn hợp từ sự thủy phân, với hàm lượng phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu Dầu cá chứa nhiều DHA và EPA, hai axit béo omega-3 có lợi cho sức khỏe con người.
Dịch protein thủy phân
1.3.1 Sản xuất dịch protein thủy phân
Phế liệu cá là nguồn tài nguyên quý giá, chứa nhiều thành phần có giá trị như protein, lipít, khoáng chất, enzyme và các chất có hoạt tính sinh học Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ, nhiều phương pháp mới đã được áp dụng để tận dụng hiệu quả nguồn phế liệu thủy sản này.
Phế liệu cá có thể được chế biến thành nhiều sản phẩm giá trị như bột cá, dầu cá, collagen, gelatin, sản phẩm protein thủy phân, bột canxi, chế phẩm enzyme, dầu diesel sinh học và HA Việc tận dụng phế liệu thủy sản không chỉ giảm ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao giá trị sử dụng và hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp chế biến thủy sản, mang lại lợi ích kinh tế lớn cho đất nước Dịch protein thủy phân có thể thu hồi từ phế liệu cá Tra thông qua nhiều phương pháp như hóa học, thủy phân tự nhiên và thủy phân bằng enzyme thương mại.
Hình 1.2 Sơ đồ phát triển các sản phẩm giá trị gia tăng từ phế liệu cá
Để thu hồi dịch protein thủy phân từ phế liệu cá, nhiều tác giả đã áp dụng các phương pháp hóa học, sử dụng các tác nhân thủy phân như axit, kiềm mạnh và các muối tương ứng như HCl và NaOH.
Na6(PO3)6 có thể được thủy phân bằng các axit hữu cơ như axít formic và axít lactic, với sản phẩm thu hồi chủ yếu được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi hoặc phân bón Nguyên liệu và tác nhân hóa học cho quá trình thủy phân bao gồm phế liệu cá tuyết và cá monkfish sử dụng HCl kết hợp với natri hexametaphosphate ở pH 2–2,6, trong khi cơ thịt cá trích có thể thủy phân bằng axit hoặc kiềm Ngoài ra, phụ phẩm cá mòi khô đông lạnh cũng được thủy phân bằng NaOH ở pH 7–11.
Điều kiện thủy phân và sản phẩm thu được phụ thuộc vào loại phế liệu và tác nhân thủy phân Sản phẩm thủy phân có thể được sử dụng để sản xuất bột cá chăn nuôi với hàm lượng protein cao thông qua quá trình chiết xuất hóa học tối ưu và kết tủa để thu hồi protein Đáng lưu ý, độ hòa tan của protein từ cá monkfish thấp hơn so với protein từ cá tuyết.
Thu hồi 89% protein từ cơ thịt cá cho thấy tổng hàm lượng lipít giảm từ 0,13g/g protein xuống 0,04g/g protein qua hai quá trình chiết xuất bằng axit và kiềm, trong khi hàm lượng phốt pho lipít dao động từ 0,037 đến 0,02g/g protein Các protein chiết xuất bằng axit và kiềm tạo ra gel có độ dài và màu sắc tương tự nhau, nhưng độ bền gel protein chiết xuất bằng axit thường bằng hoặc thấp hơn so với gel protein sản xuất bằng kiềm Sử dụng nguyên liệu thô đông lạnh làm giảm độ dai và độ bền của gel.
Đa số protein trong cơ thịt cá được thu hồi với 47,5% protein và 12% gelatin Gelatin từ đầu và da cá có khối lượng phân tử, độ nhớt và độ bền gel tương tự nhau, nhưng gelatin từ đầu cá cần điều kiện nhiệt độ và độ axit cao hơn, dẫn đến sự thủy phân nhiều hơn, làm giảm tính chất keo Hàm lượng protein thu được từ phụ phẩm cá mòi khô đông lạnh đạt 83,51 mg/ml tại pH 10,56 sau 48,61 phút Phương pháp sử dụng axit mạnh (HCl) hoặc kiềm mạnh (NaOH) làm tác nhân thủy phân có ưu điểm dễ thực hiện, hiệu suất cao và chi phí thấp, nhưng cũng có nhược điểm như làm hỏng một số axit amin quan trọng và tạo ra chất thải hóa học Việc lựa chọn phương pháp thủy phân phù hợp cần dựa trên điều kiện và mục đích cụ thể.
1.3.1.2 Thu hồi dịch protein thủy phân bằng phương pháp tận dụng enzyme nội tại trong nguyên liệu
Sử dụng enzyme nội tại để thủy phân thịt cá là một phương pháp truyền thống, phổ biến trong sản xuất nước mắm, nhằm chuyển đổi protein thành axít amin thông qua quá trình lên men Nội tạng cá chứa nhiều vi sinh vật có lợi, được kích thích phát triển trong điều kiện nhiệt độ và pH thích hợp, giúp tiết ra enzyme protease thủy phân protein Các nguyên liệu như nội tạng cá tuyết và cá thu được sử dụng để thực hiện thủy phân, có thể kết hợp enzyme nội tại với các chế phẩm protease thương mại như alcalase và papain để tăng năng suất Nghiên cứu cho thấy, khi sử dụng alcalase, hàm lượng chất khô hòa tan đạt gần 95%, trong khi enzyme nội tại một mình chỉ đạt 75% Sản phẩm thủy phân từ cá thu có hàm lượng axit amin cao và hoạt tính chống oxy hóa mạnh Mặc dù quá trình thủy phân này đơn giản và chi phí thấp, nhưng nhược điểm là tốc độ thủy phân chậm và năng suất không đồng đều, do đó cần lựa chọn phương pháp phù hợp với điều kiện và mục đích cụ thể.
1.3.1.3 Thu hồi dịch protein thủy phân bằng phương pháp bổ sung enzyme từ bên ngoài.
Thủy phân bằng enzyme có nhiều ưu điểm như chỉ cần một lượng nhỏ enzyme trong điều kiện phản ứng ôn hòa (pH 6 - 8, nhiệt độ 40 - 60°C), bảo toàn axit amin và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm Quá trình này không cần xử lý hóa học để loại bỏ tác nhân thủy phân và dễ dàng kiểm soát, không yêu cầu thiết bị chịu axit, kiềm hay nhiệt độ cao, đồng thời an toàn cho người và môi trường Tuy nhiên, giá thành enzyme hiện tại còn cao và hiệu suất thủy phân thấp hơn so với phương pháp hóa học, hạn chế ứng dụng trong sản xuất quy mô lớn.
1.3.1.4 Thu hồi protein bằng phương pháp vật lý Để thu nhận đƣợc các protein nguyên thể tức là protein có tất cả tính chất tự nhiên đặc trưng của nó, thường sử dụng quá trình trích ly Các tác nhân thường sử dụng trong quá trình trích ly và thu nhận protein là sự thay đổi nhiệt độ, pH và sử dụng các dung môi hóa học Ngoài ra, các tác động khác nhƣ sóng siêu âm Sóng siêu âm là những dãy sóng có tần số lớn hơn 20 kHz, có thể dao động cơ học trong pha rắn, lỏng và khí Cơ chế của sóng siêu âm là giúp làm tăng khả năng trích ly Các phương pháp trích ly và tinh sạch protein đều dựa trên những tính chất hóa lý của protein nhƣ độ tích điện, kích thước phân tử, độ hòa tan… của protein cần thu nhận.
1.3.2 Các công bố nghiên cứu sản xuất dịch protein thủy phân Đã có nhiều công trình nghiên cứu để sản xuất dịch protein thủy phân Các tác giả đã sử dụng các tác nhân hóa học: sử dụng HCl và natri hexametaphosphate
Na6(PO3)6 HCl (pH 2–2,6) và NaOH (pH=7–11) được sử dụng để thủy phân nguyên liệu, với enzyme nội tại trong nội tạng cá tuyết (Gadus Morhua L.) và cá thu (Scomber austriasicus) Quy trình thủy phân có thể kết hợp enzyme nội tại với các chế phẩm protease thương mại như alcalase 2.4L, neutrase 0.8L, protamex TM, papain, promelain, actinidin và hỗn hợp protease thực vật Sử dụng enzyme alcalase 2.4® L và protamex, hoặc kết hợp alcalase 2.4® L với flavourzyme, và hỗn hợp protamex và flavourzyme ở pH tự nhiên với tỷ lệ nước/nguyên liệu 1/1, tỷ lệ protamex-flavourzyme 1:1, cùng với tỷ lệ hỗn hợp enzyme-cơ chất 0,3% và nhiệt độ phù hợp.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thủy phân phế liệu cá hồi có thể đạt hiệu quả cao bằng cách sử dụng enzyme trypsin 2% ở pH 8,5 và nhiệt độ 40 o C trong 2 giờ, sau đó là alcalase 2% ở pH 8,0, nhiệt độ 55 o C trong 2 giờ Ngoài ra, các loại enzyme khác như alcalase 2.4® L, esperase và papain cũng được áp dụng trong quá trình này Đặc biệt, nghiên cứu cũng cho thấy việc sử dụng ba loại enzyme khác nhau, bao gồm alcalase, flavourzyme và protamex, có thể cải thiện chất lượng sản phẩm Thủy phân phế liệu cá ngừ vây vàng ở nhiệt độ 90,25 o C trong 60,4 phút với hoạt tính enzyme 70,22 AU/kg protein cũng mang lại kết quả tích cực.
Nguyên liệu da cá hồi được thủy phân ở nhiệt độ 55,3°C, pH 8,39 và tỷ lệ enzyme/cơ chất 2,5% Phế liệu cá bóp được thủy phân trong 12 giờ với 0,1% enzyme, nhiệt độ 45°C và pH tự nhiên từ 6,3 đến 6,5 Phế liệu cá Tra được thủy phân ở nhiệt độ 60°C, pH 5, trong 180 phút, với 40% nước bổ sung, trong đó có 10% nước nóng; protein thủy phân sau đó được cô đặc ở áp suất 0,33 atm và nhiệt độ 80°C trong 137 phút Phế liệu cá rô phi được thủy phân tối ưu với nhiệt độ 50,76°C, thời gian 80 phút và tỷ lệ enzyme/cơ chất 1,2% Phế liệu cá nhám mèo đốm (nội tạng cá) được thủy phân tối ưu với nhiệt độ 90,25°C, thời gian 60,4 phút và nồng độ enzyme 70,22 AU/kg protein Cuối cùng, hai loại khung xương cá hồi cắt khúc và xay nhỏ được thủy phân với tỷ lệ enzyme/mẫu 3% trong 180 phút, thu nhận sản lượng dịch thủy phân từ 24,05% đến 26,39%.
Sản phẩm thủy phân protein có đặc tính chống oxy hóa và sinh hóa, phụ thuộc vào nguyên liệu và enzyme sử dụng Kết quả cho thấy khối lượng phân tử của dịch thủy phân bằng alcalase và flavourzyme đều dưới 5000 Da Thủy phân bằng alcalase trong thời gian dưới 1,5 giờ có thể thu được hơn 60% dịch TP với MW dưới 1000 Da, cho thấy hoạt tính chống oxy hóa tốt, như khả năng khử gốc tự do và hạn chế oxy hóa Hoạt tính này liên quan đến độ thủy phân (DH), thời gian thủy phân và trọng lượng phân tử Dịch thủy phân có phân bố khối lượng phân tử thấp hơn có khả năng khử sắt Fe 2+ mạnh hơn ở nồng độ 5,0 mg/mL Hoạt tính khử gốc tự do DPPH và khả năng hạn chế oxy hóa đạt tối đa trong khoảng 1,5 - 2,0 giờ thủy phân, tương đương với hoạt tính của α-tocopherol và carnosine Dịch thủy phân có độ hòa tan trên 75% trong phạm vi pH rộng; tuy nhiên, khi thời gian thủy phân vượt quá 3 giờ, dịch sẽ chuyển sang màu sẫm hoặc vàng, với độ thủy phân hơn 53%, hàm lượng protein cao 72,34% và lipít thấp 1,43% Thành phần axit amin trong dịch thủy phân cũng đã được xác định.
Quá trình thủy phân bằng enzyme
Enzyme protease có chức năng thủy phân liên kết peptit (-CO-NH-) giữa các axit amin trong protein Đây là một loại enzyme, tức là protein, có khả năng xúc tác cho các phản ứng hóa học diễn ra cả trong và ngoài cơ thể sinh vật, đồng thời mang đầy đủ các đặc tính của protein.
Enzyme được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm chủ yếu là enzyme thủy phân, bao gồm carbohydrate và protease, trong đó protease là loại enzyme phổ biến nhất Các chế phẩm enzyme thủy phân đóng vai trò quan trọng và hiệu quả trong ngành thực phẩm Protease được phân loại dựa trên tính đặc hiệu cắt đứt liên kết peptit và động học phản ứng, với hai loại chính là endoproteinase và exopeptidase Endoprotease cắt đứt các liên kết peptit trong protein, tạo ra các peptit lớn, trong khi exopeptidase cắt các liên kết peptit cuối, sản sinh ra axit amin Trong quá trình thủy phân protein thực phẩm, endoprotease thường được sử dụng, đôi khi kết hợp với exopeptidase để đạt hiệu quả cao hơn.
Alcalase là enzyme endoprotease kiềm được sản xuất từ acillus licheniformis và phát triển bởi Novo Nordisk, với hoạt tính 2,4 AU/g Enzyme này thuộc nhóm serine protease subtilisin A, hoạt động tốt nhất ở pH 6,5 - 8,5 và nhiệt độ 45 – 65 độ C Alcalase nổi bật trong việc thủy phân protein, đặc biệt là trong sản xuất dịch thủy phân protein từ cá, mang lại các sản phẩm với hàm lượng lipít thấp và tính chất chức năng tuyệt vời Các enzyme vi khuẩn như alcalase có ưu điểm về hoạt động xúc tác và độ ổn định cao Nghiên cứu cho thấy alcalase là enzyme hiệu quả nhất trong số các enzyme proteolytic, với khả năng thủy phân cao nhất, mang lại sản phẩm ít đắng hơn so với papain và neuTrase, đồng thời là lựa chọn tối ưu về chi phí enzyme trên mỗi đơn vị hoạt động.
Enzyme này có khả năng không hút nước từ các amino axít ở giai đoạn cuối, tạo ra sản phẩm thủy phân không có vị đắng và đảm bảo sự cân bằng của các axit amin thiết yếu.
Thủy phân từ alcalase và papain cho thấy các tính chất chức năng vượt trội và giá trị dinh dưỡng cao hơn, trong đó alcalase có hoạt tính cao hơn, dẫn đến hiệu quả thủy phân tốt hơn Nghiên cứu về quá trình thủy phân đầu cá hồi tươi bằng các enzyme Alcalase, Neutrase và Protamex cho kết quả rằng alcalase là enzyme hiệu quả nhất so với hai enzyme còn lại.
1.4.3 Cơ chế quá trình thủy phân protein
Quá trình thủy phân protein là một phản ứng hóa học diễn ra trong môi trường nước, trong đó phân tử protein bị cắt thành các phần nhỏ hơn Một phần của phân tử sẽ tương tác với cation H+ từ nước, trong khi phần còn lại liên kết với anion OH- Quá trình này chuyển đổi protein trong nguyên liệu thành axit amin thông qua tác nhân enzyme.
Protein được phân giải thành polypeptit, sau đó thành peptit và cuối cùng là axít amin nhờ tác nhân thủy phân Quá trình này diễn ra qua các giai đoạn, trong đó enzyme đóng vai trò xúc tác và giúp thủy phân cơ chất thành các mạch phân tử ngắn hơn.
Cơ chất Enzym/cơ chất/sản phẩm Enzym
Hình 1.3 Các giai đoạn xúc tác thủy phân bằng enzyme
Giai đoạn 1 của quá trình enzym là khi enzym kết hợp với cơ chất thông qua các liên kết yếu, tạo thành phức hợp enzyme–cơ chất (ES) không bền Phản ứng diễn ra nhanh chóng với yêu cầu năng lượng thấp, chủ yếu nhờ vào các tương tác tĩnh điện, liên kết hydro và liên kết Van der Waals giữa enzym và cơ chất trong phức hợp ES.
Giai đoạn 2 là quá trình biến đổi cơ chất dưới tác động của các nhóm chức tại trung tâm hoạt động của enzyme, chuyển cơ chất từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động Trong giai đoạn này, một số liên kết trong cơ chất bị kéo căng và mật độ electron trong cơ chất cũng bị thay đổi.
Giai đoạn 3 là giai đoạn cuối cùng trong quá trình phản ứng, nơi sản phẩm được hình thành từ cơ chất hoạt động Tại đây, enzyme được giải phóng dưới dạng tự do, hoàn tất chu trình phản ứng.
Lipase là enzyme quan trọng trong quá trình thủy phân triglyceride, tạo ra tri-glyceride, di-glyceride, monoglyceride, glycerol và axit béo tự do Enzyme này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như thực phẩm, hóa chất và mỹ phẩm, nhờ khả năng xúc tác trên bề mặt phân cách pha dầu nước Lipase có mặt trong hầu hết các cơ thể sống và tế bào, đóng vai trò thiết yếu trong trao đổi chất, hấp thu và vận chuyển lipít.
Lipase có thể được thu nhận từ vi khuẩn, nấm và tụy heo, với nhiệt độ tối thích thường dao động từ 30 – 60 °C, tùy thuộc vào nguồn gốc Những vi sinh vật sống trong môi trường khắc nghiệt sản xuất lipase có nhiệt độ tối thích trên 70 °C, như lipase từ Bacillus thermocatenulatus, trong khi một số lipase khác hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp, ví dụ như lipase từ vi khuẩn vùng cực Lipase được sử dụng làm chất xúc tác sinh học thường hoạt động ở pH trung tính hoặc kiềm, với pH tối ưu thường là 9,0, như trong trường hợp của lipase từ Pseudomonas và Bacillus.
Lipase, với khả năng ứng dụng làm xúc tác sinh học, nổi bật nhờ tính chọn lọc và đặc hiệu tinh tế Hầu hết các loại lipase phổ biến thường có tính đặc hiệu với nhóm hydroxyl ở vị trí 1 và 3 (sn-1,3), tương ứng với các alcohol bậc 1 trong mạch glycerol Tuy nhiên, cũng tồn tại lipase có tính đặc hiệu cho vị trí sn-2, cho phép thủy phân hoàn toàn triglyceride thành axit béo và glycerol.
Hydroxyapatite (HA - Ca10(PO4)6(OH)2)
Hình 1.4 Tinh thể HA ở dạng hạt, sợi, que, tấm [155].
Canxi hydroxyapatite còn đƣợc gọi là hydroxyapatite (HA), công thức phân tử là
Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) hoặc Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 HA là thành phần chính trong cơ thể người và động vật, trong xương khoảng 65 – 70% khối lượng và trong răng khoảng 99% [41,69,79] HA có các tính chất quan trọng như: tạo liên kết trực tiếp với xương non dẫn đến sự hình thành xương nhanh mà không bị cơ thể đào thải; có hoạt tính và khả năng tương thích sinh học cao với tế bào và mô, do vậy, hiện nay HA đang đƣợc nghiên cứu rộng rãi Hơn nữa,
HA, hay hydroxyapatite, là dạng canxi photphat dễ dàng hấp thu nhất cho cơ thể con người với tỷ lệ phân tử Ca/P là 1,67, tương ứng với tỷ lệ có trong xương và răng.
HA có thể xuất hiện với nhiều màu sắc khác nhau như trắng, trắng ngà, vàng nhạt hoặc xanh lơ, tùy thuộc vào điều kiện hình thành, kích thước hạt và cấu trúc phân tử Nhiệt độ nóng chảy của HA là 1760 độ C.
2850 o C; độ tan trong nước: 0,7 g/l; khối lượng phân tử: 1004,60 g/mol; khối lượng riêng: 3,156 g/cm 3 ; độ cứng theo thang Mohs bằng 5.
Tùy thuộc vào phương pháp điều chế mà tinh thể HA có thể ở dạng là hình cầu, hình sợi, hình que, hoặc hình tấm (Hình 1.4).
Hình 1.5 Ô mạng cơ sở của tinh thể HA [116].
Tinh thể hydroxyapatite (HA) bao gồm các ion Ca²⁺, PO₄³⁻ và OH⁻, có cấu trúc ô mạng lục phương thuộc nhóm không gian P63/m Các hằng số mạng của HA được xác định là a = 0,9423 nm và c = 0,6875 nm, với các góc α = β = 90° và γ = 120° Cấu trúc này thường được tìm thấy trong HA tổng hợp cũng như trong thành phần của xương và ngà răng.
HA bị phân hủy chậm trong khoảng nhiệt độ 800 - 1200 o C vì HA tương đối bền với nhiệt HA bị phân hủy tạo thành oxy-hydroxyapatite theo phản ứng [130].
Khi nhiệt độ lớn hơn 1200 o C, HA sẽ bị phân huỷ thành β-Ca3(PO4)2 (β-TCP) và Ca4P2O9 hoặc CaO [24,42,100].
HA không phản ứng với kiềm nhƣng phản ứng với axit tạo thành các muối canxi và nước:
Nghiên cứu tổng hợp HA đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học vật liệu trong nhiều thập kỷ nhờ vào tính tương thích sinh học tuyệt vời với tế bào động vật và khả năng tương tác tốt với các polyme sinh học HA không chỉ tương thích với xương mà còn thúc đẩy sự phát triển của xương mới mà không gây viêm, dị ứng hay độc tính Khi vật liệu gốm chứa HA được cấy ghép vào cơ thể, nó sẽ hình thành một lớp mô mới liên kết chặt chẽ với xương của mô cấy, tạo ra sự định hình vượt trội cho mô cấy Hơn nữa, HA còn được sử dụng như một hợp chất mô hình để nghiên cứu quá trình khoáng hóa sinh học trong cơ thể con người.
Hiện nay, nhiều tác giả đang nghiên cứu ứng dụng hydroxyapatite (HA) trong các lĩnh vực y sinh học đa dạng, bao gồm vật liệu nha khoa, lớp phủ hoạt tính sinh học cho miếng cấy ghép xương kim loại, điều trị bệnh loãng xương, và truyền dẫn thuốc HA cũng được sử dụng trong kỹ thuật mô, thay thế xương và khuyết tật răng, răng giả, và cấy ghép xương Ngoài ra, HA còn có tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng và trong ngành công nghiệp thuốc nhuộm.
HA kích thước nanomet đã được chứng minh là vật liệu có tính tương thích sinh học và tái hấp thu cao hơn so với HA kích thước micro Với diện tích bề mặt lớn và khả năng thẩm thấu tốt, hạt nano HA có khả năng tương tác và hoạt tính sinh học vượt trội Việc sử dụng HA kích thước nanomet có thể ức chế phản ứng khử khoáng ở men răng và xương, từ đó ngăn ngừa bệnh sâu răng và loãng xương Nano HA còn được ứng dụng để thay thế và sửa chữa khuyết tật xương do bệnh lý hoặc tai nạn Các chế phẩm chứa nano HA đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, bao gồm dạng bột cho thuốc chống loãng xương, thực phẩm chức năng bổ sung canxi, và trong nước giải khát Ở dạng màng, HA siêu mịn có thể tạo lớp men răng và bề mặt cho xương nhân tạo, trong khi HA dạng khối xốp được sử dụng để sửa chữa khuyết tật xương và răng Gần đây, HA xốp tự nhiên từ mai mực, san hô, vỏ trứng, đá vôi, da cá, và xương cá đã được phát hiện có khả năng tương thích tốt với cơ thể khi cấy ghép Ngoài ra, HA còn có khả năng vận chuyển một số loại thuốc như insulin và vitamin, bảo vệ dược phẩm khỏi tương tác không mong muốn trong cơ thể, nâng cao hiệu quả sử dụng thuốc.
1.5.3 Phương pháp điều chế hydroxyapatite Đã có rất nhiều phương pháp tổng hợp điều chế HA được phát triển Nhìn chung, có thể phân loại thành 2 nhóm phương pháp:
- Phương pháp tổng hợp bằng hóa học từ các muối vô cơ có chứa ion Ca 2+ và
, gồm: kết tủa, sol-gel, nhũ tương, siêu âm, thủy nhiệt; quá trình nhiệt độ cao gồm phân hủy và thiêu kết.
- Phương pháp thu nhận từ các nguồn tự nhiên.
1.5.3.1 Tổng hợp bằng phương pháp hóa học
Bảng 1.6 trình bày các phương pháp hóa học được sử dụng để tổng hợp HA từ các muối vô cơ có chứa ion Ca 2+ và PO4 3-
Sản phẩm thu được từ các phương pháp và điều kiện phản ứng khác nhau có hình dạng, kích thước và tính đồng đều đa dạng Trong số các phương pháp, kết tủa và sol-gel được xem là đơn giản và hiệu quả, đồng thời cho phép kiểm soát tính chất sản phẩm một cách tốt nhất.
Tùy thuộc vào mục đích ứng dụng, việc lựa chọn phương pháp điều chế phù hợp là rất quan trọng Đối với tổng hợp HA dạng bột, các phương pháp ướt thường được ưa chuộng vì cho phép điều chỉnh kích thước hạt theo yêu cầu Trong số đó, phương pháp kết tủa hóa học chiếm ưu thế, được sử dụng nhiều nhất và chiếm tới 25% tổng số nghiên cứu từ năm 1999 đến 2011 Có nhiều quy trình khác nhau để thực hiện kết tủa này.
HA từ các ion Ca 2+ và PO4 3-, có thể phân ra thành hai cách chính:
Kết tủa từ các muối chứa ion Ca2+ và PO4 3- có khả năng tan trong nước, với các muối thường được sử dụng như Ca(NO3)2, CaCl2, (NH4)2HPO4, và NH4H2PO4 Phản ứng này, theo phương trình (1.1), được coi là phương pháp cơ bản để tổng hợp hydroxyapatite (HA).
10Ca(NO3)2 + 6(NH4)2HPO4 + 8NH4OH = Ca10(PO4)6(OH)2 + 20NH4NO3 + 6H2O (1.1)
Thứ hai là kết tủa từ các hợp chất chứa Ca 2+ ít tan hoặc không tan trong nước.
Phản ứng xảy ra giữa Ca(OH)2, CaO, CaCO3… với axit H3PO4 tạo thành HA trong môi trường kiềm [142] Ví dụ:
10Ca(OH)2 + 6H3PO4 = Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H2O (1.2) Ưu nhược điểm của phương pháp
Các phương pháp tổng hợp hydroxyapatite (HA) bằng hóa học cho phép tạo ra sản phẩm với kích thước và hình dạng mong muốn, đồng thời đạt tỷ lệ Ca/P là 1,67 giống như trong xương người Tuy nhiên, quy trình này rất phức tạp, tốn thời gian và chi phí cao, dẫn đến sản phẩm HA có hoạt tính thấp.
Bảng 1.4 Các phương pháp hóa học tổng hợp HA
Phương Nguồn nguyên vật liệu Điều kiện tổng hợp Đặc tính HA thu nhân Tham pháp tổng HA chiếu
Ca(NO3)2.4H2O 0,2 M; - Tỷ lệ 1/1 khuấy ở nhiệt độ phòng, pH HA tổng hợp tương tự như sản phẩm [24]
(NH4)2HPO4 0,12 M 10 HA đã được thương mại hóa của hãng
- Sấy khô ở 120 o C trong 8 giờ Aldrich-Sigma HA có hình thái cấu
- Nung ở nhiệt độ 1000 o C, trong 5 giờ trúc xốp Ca(OH)2 0,5M và - pH được kiểm soát trong suốt phản Kích thước và đặc tính diện tích bề [43]
H3PO4 0,3M được sử dụng để thêm axit vào Ca(OH)2, trong đó bề mặt của hạt nano HA thể hiện tính nhạy cảm cao với các tốc độ phản ứng khác nhau, cũng như ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ bổ sung.
- Nhiệt độ < 60 o C chất phản ứng Đây là tham số chính
Dung dịch HA với nồng độ 2,5% được sấy khô để xác định độ tinh khiết của tinh thể phun, giúp thu được bột HA nano tổng hợp và đảm bảo sự ổn định của huyền phù.
Ca(NO3)2.4H2O và triethyl được sấy ở 120 °C và nung ở nhiệt độ 900 °C, tạo ra HA với tỷ lệ Ca/P là 1,67 Phosphate Ca(NO3)2.4H2O được xử lý trong 5 giờ, dẫn đến sự hình thành các lớp dày và xốp C6H5PCl2 cũng được sấy ở 100 °C và nung ở nhiệt độ 900 °C.
1100 o C, trong 5 giờ Calcium acetate 0,4 M, acetic 500 cm 3 nước cất Màng phim HA thu được sấy khô [116] axít 0.78 M và Na3PO4 0,24 đun nóng đến 70 o C và 50 cm 3 của 2 dung 100 o C
M, NaOH 0,8 M dịch đƣợc thêm vào pH 9,1 Tỷ lệ Ca/P là 1,63 ± 0,09 CaHPO4.2H2O/NaOH/Nước Điều kiện thủy nhiệt HA cấu trúc nano hình thái đồng nhất, [105] cất và kích thước đồng đều, phân tán nano và
((CH3(CH2)15N + (CH3)3Br - ) phân bố kích thước tập trung
Phun sấy ở nhiệt độ cao
Tổng quan thức ăn cho tôm hậu ấu trùng
Thức ăn viên cho tôm đã được nhập khẩu vào Việt Nam từ năm 1993 và trở nên phổ biến từ năm 1996, với nhu cầu hàng năm khoảng 200.000 - 250.000 tấn Hầu hết sản phẩm đều được sản xuất trong nước, với các thương hiệu nổi bật như Tomboy, CP, và Grobest, trong khi lượng nhập khẩu chỉ chiếm 4 - 5% Hiện tại, có khoảng 23 nhà máy sản xuất thức ăn viên công nghiệp, chủ yếu là các nhà máy có vốn đầu tư nước ngoài, với công suất từ 20.000 đến 60.000 tấn/năm Các nhà máy trong nước có công suất thấp hơn, khoảng 10.000 - 15.000 tấn/năm Tổng công suất của các nhà máy hiện nay đạt từ 300.000 đến 400.000 tấn/năm, vượt xa nhu cầu thực tế.
Mặc dù Việt Nam có sản xuất thủy sản phát triển, hàng năm vẫn cần nhập khẩu một lượng lớn bột cá để đáp ứng nhu cầu thức ăn cho nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là cho tôm Theo thống kê, trong tháng 9/2019, Việt Nam đã nhập khẩu 8,5 nghìn tấn bột cá, trị giá 11 triệu USD, giảm 47% về lượng và 47,3% về trị giá so với tháng trước, cũng như giảm 57,8% về lượng và 62,2% về trị giá so với cùng kỳ năm 2018 Tính chung trong 9 tháng đầu năm 2019, tổng lượng bột cá nhập khẩu đạt 122,1 nghìn tấn, trị giá 157,9 triệu USD, tăng 4,3% về lượng nhưng giảm 8,2% về trị giá so với cùng kỳ năm trước.
Bảng 1.6 Sản lƣợng bột cá nhập khẩu của Việt Nam từ 2008-2016 [87] Đơn vị tính: 1000 tấn
1.6.2 Yêu cầu thức ăn tôm [22]
Tôm thẻ chân trắng là loài ăn tạp, nhưng chúng đặc biệt ưa thích thức ăn có nguồn gốc từ động vật Hiện nay, có ba loại thức ăn chính được sử dụng cho tôm thẻ chân trắng.
- Thức ăn công nghiệp đƣợc cung cấp bởi các nhà máy sản xuất thức ăn cho tôm.
- Thức ăn tự nhiên bao gồm: các động thực vật phù du, các mùn bã hữu cơ …
- Thức ăn tự chế đƣợc sản xuất từ nguồn nguyên liệu sẵn có nhƣ ốc, cá tạp, các phế phụ phẩm trong nông nghiệp
Tôm thẻ chân trắng khi mới thả cần được nuôi bằng thức ăn công nghiệp để đảm bảo dinh dưỡng và môi trường nước ao nuôi Bên cạnh đó, việc bổ sung khoáng chất, men tiêu hóa, vitamin C, E và dầu mực là rất quan trọng để tăng cường sức khỏe và phát triển tốt cho tôm.
Thức ăn công nghiệp cho tôm thẻ chân trắng là loại thức ăn chìm, bao gồm 6 loại khác nhau, được thiết kế để phù hợp với từng giai đoạn phát triển của tôm thẻ chân trắng.
- Loại 0,1 - 1 g/con sử dụng thức ăn cỡ nhỏ hơn 0,6 mm; Loại số 1.
- Loại 1 - 3 g/con, cỡ thức ăn tối đa 0,8 mm; Loại số 2.
- Loại 3 - 8 g/con, thức ăn nhỏ hơn 1,2 mm; Loại số 3.
- Loại 8 - 12 g/con, kích cỡ tối đa 1,8 mm; Loại số 4.
- Loại 12 - 20 g/con, kích cỡ thức ăn tối đa 2,2 mm; Loại số 5.
- Loại > 20 g/con, kích cỡ thức ăn tối đa 2,5 mm Loại số 6.
Bảng 1.7 Chỉ tiêu lý, hóa của thức ăn tôm [22]
Chỉ tiêu Loại thức ăn
Số 1 Số 2 Số 3 Số 4 Số 5 Số 6
1 Kích cỡ Đường kính viên (hoặc mảnh), mm, không 0,6 0,8 1,2 1,8 2,2 2,5 lớn hơn
- Tỷ lệ chiều dài so với đường kính viên, 1,5-2 lần, trong khoảng
2 Độ ẩm, %, không lớn hơn 11 11 11 11 11 11
3 Hàm lƣợng protein thô, %, không nhỏ 38 36 34 34 33 32 hơn
4 Hàm lƣợng lipít thô, %, trong khoảng 5 - 7 5 - 7 5 - 7 4 - 6 4 - 6 4 - 6
5 Hàm lƣợng xơ thô, %, không lớn hơn 3 4 4 4 4 4
6 Tỷ lệ vụn nát, %, không lớn hơn 1 1 1 1 1 1
7 Độ bền trong nước (thời gian quan sát kể từ khi cho thức ăn vào nước), giờ, trong 1 - 2 khoảng
8 Hàm lƣợng lyzin, %, không nhỏ hơn 1,8 1,8 1,7 1,6 1,5 1,5
9 Hàm lƣợng methionin, %, không nhỏ 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 hơn
10 Hàm lƣợng tro tổng số, %, không lớn 14 14 15 15 16 16 hơn
11 Cát sạn (tro không hòa tan trong 1,0 1,2 1,3 1,5 1,5 1,7 HCl 10%), %, không lớn hơn
12 Hàm lƣợng canxi, %, không lớn hơn 2,3
13 Tỷ lệ canxi/ phospho, lần, trong khoảng 1,0 - 1,5
14 Hàm lƣợng natri clorua, % , không lớn 2,0 hơn
Chất lƣợng thức ăn tôm đƣợc đánh giá qua các chỉ tiêu:
Chất lượng cảm quan của thức ăn có màu từ vàng nâu đến nâu, với mùi đặc trưng của nguyên liệu phối chế, không có mùi mốc hay mùi lạ khác Thức ăn không bị vón cục và có độ đồng đều cao, với tỷ lệ chiều dài so với đường kính viên khoảng 1,5 - 2 lần Thức ăn viên có hình trụ, bề mặt mịn, kích thước phù hợp với miệng tôm Đối với thức ăn dạng mảnh, yêu cầu các hạt đều nhau, bề mặt mịn và kích cỡ vừa với miệng tôm, đồng thời tỷ lệ vụn, nát nhỏ hơn 1% để đảm bảo chất lượng.
1.6.3 Thành phần dinh dƣỡng và bổ sung dinh dƣỡng vào thức ăn tôm
Trong thức ăn cho tôm, các thành phần dinh dưỡng thiết yếu bao gồm protein, axit amin và khoáng, đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự tăng trưởng nhanh chóng và hiệu quả nuôi tôm Việc cung cấp đầy đủ các thành phần này sẽ giúp tôm thẻ chân trắng phát triển khỏe mạnh và đạt năng suất cao.
Tôm cần protein như một nguồn năng lượng chính, với bột cá là thành phần thiết yếu trong thức ăn, yêu cầu từ 1,8–3,8 g protein/kg tôm/ngày để duy trì hoạt động sống Các sản phẩm như bột cá, bột tôm và bột mực không chỉ có hàm lượng protein cao mà còn cung cấp đầy đủ axit amin cần thiết, cùng với nhiều axit béo không no thiết yếu, phù hợp với hệ tiêu hóa của tôm nuôi.
Nhu cầu protein cho tôm thẻ chân trắng trong giai đoạn giống đến trưởng thành khoảng 30-35% Để tôm phát triển nhanh, cần cung cấp 24g protein/kg tôm/ngày trong giai đoạn nhỏ Thực nghiệm nuôi tôm ở mật độ 60 con/m² tại Indonesia cho thấy, thức ăn có hàm lượng protein từ 30-32% có thể duy trì tốc độ tăng trưởng tốt Đối với tôm nuôi trong tháng đầu tiên, thức ăn có hàm lượng protein cao hơn sẽ phù hợp hơn.
Protein trong khẩu phần ăn của tôm cung cấp axit amin, đóng vai trò quan trọng như các khối xây dựng cho protein của thịt tôm Trong tổng số 20 loại axit amin, chỉ có 10 loại được xem là cần thiết, và mỗi loại cần có một lượng tối thiểu trong chế độ ăn của tôm Phần axit amin còn lại có thể được tôm tổng hợp từ 10 loại axit amin thiết yếu.
Nhu cầu axit amin của tôm vẫn chưa được xác định rõ ràng, do tôm không sử dụng hiệu quả các axit amin từ chế độ ăn tinh khiết trong nghiên cứu Thành phần axit amin trong thức ăn cho tôm chủ yếu dựa vào thành phần axit amin của cơ thịt tôm.
Thức ăn chăn nuôi tôm cần được phối trộn từ nhiều nguồn protein khác nhau, đảm bảo cung cấp đủ 10 axit amin thiết yếu Người lập công thức cần chú ý đến khả năng tiêu hóa và hàm lượng axit amin trong từng thành phần Bột cá là nguồn protein chất lượng cao nhất, với thành phần axit amin tương tự như tôm Mặc dù nhuyễn thể và bột Artemia có chất lượng tốt hơn bột cá trong thức ăn tôm thương mại, nhưng chúng lại có giá thành cao hơn, thường được sử dụng trong chế độ ăn cho tôm ấu trùng.
Bảng 1.8 Thành phần axit amin trong thức ăn tôm có hàm lượng protein 35% [27].
Axit amin Tỷ lệ axit amin Hàm lƣợng axit amin trong thức ăn tôm (%) so với protein (%)
Tôm cần một lượng khoáng đa dạng, đặc biệt là canxi và photpho, để hỗ trợ quá trình lột xác và tăng trưởng Canxi không chỉ cần thiết cho việc hình thành vỏ kitin mà còn tham gia vào đông máu, chức năng cơ, truyền dẫn thần kinh và điều hòa áp suất thẩm thấu Photpho, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra ATP, phospholipid, ADN, ARN và một số coenzyme, cũng là yếu tố then chốt trong quá trình chuyển hóa năng lượng, điều khiển sinh sản, sinh trưởng và duy trì pH ổn định trong cơ thể tôm.
Trong môi trường nước nuôi tôm, tôm có thể hấp thu khoáng chất trực tiếp qua mang, do đó nhu cầu khoáng của tôm phụ thuộc vào hàm lượng khoáng trong môi trường sống Mức bổ sung canxi tối đa là 2,3%, photpho từ 1 - 2% và natriclorua từ 1 - 2% trong thức ăn Kẽm đóng vai trò thiết yếu trong nhiều enzyme quan trọng cho quá trình trao đổi chất của tôm, với lượng bổ sung khoảng 15 - 18mg/kg thức ăn Đồng là thành phần cấu tạo tế bào máu của tôm, nhưng nếu ở mức cao có thể gây độc hại.