MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngành chế biến thủy sản xuất khẩu được đánh giá là ngành kinh tế mũi nhọn
của cả nước, hàng năm ngành đã đóng góp kim ngạch xuất khẩu đáng kể, năm 2012
kim ngạch xuất khẩu đạt gần 6,2 tỷ USD. Trong đó ngành chế biến tôm có kim ngạch
xuất khẩu đạt 2,25 tỷ USD (VASEP). Vì thế, có thể thấy rằng mặt hàng tôm là mặt
hàng chiến lược của ngành chế biến thủy sản xuất khẩu. Song song với vấn đề trên thì
hàng năm trên lĩnh vực này cũng thải ra trên 200.000 tấn phế liệu đầu, vỏ tôm và xu
hướng ngày càng tăng (sản lượng tôm nguyên liệu khai thác biển và nuôi trồng cả
nước trong 2 năm trở lại đây, năm 2011: 482,2 nghìn tấn (VASEP, 2011), năm 2012:
476.424 tấn (VASEP, 2012), gây ra vấn đề ô nhiễm môi trường nên chúng ta cần giải
quyết tốt vấn đề này thì mới có thể làm tăng giá trị sử dụng của nguyên liệu và giúp
phát triển bền vững ngành thủy sản nói chung và ngành nuôi tôm nói riêng.
Theo các tài liệu thì thành phần của protein trong đầu tôm chiếm khoảng 10%
trọng lượng tươi và để sản xuất được 1 kg chitin thì thu hồi từ 1,5 đến 2 kg protein, bên
cạnh đó trong đầu tôm có chứa hàm lượng chất màu astaxanthin, tuy hàm lượng nhỏ
nhưng có giá trị lớn vì vậy nếu không có biện pháp thu hồi lượng protein, astaxanthin
này thì gây lãng phí rất lớn trong công nghệ sản xuất chitin, chitosan và đây cũng là
nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường. Có nhiều cơ sở sản xuất chitin – chitosan
sử dụng công nghệ chế biến hóa học, sử dụng nhiều hóa chất và chưa có một hệ thống
xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn, dẫn đến nhiều cơ sở sản xuất gây ô nhiễm ngày càng
trầm trọng. Nguyên nhân gây ô nhiễm chủ yếu là do hàm lượng chất lơ lửng, trong đó chủ
yếu là dư lượng hóa chất và các chất có nguồn gốc từ protein, gây khó khăn trong quá
trình xử lý. Bên cạnh đó, hiện nay cũng đã có nhiều nghiên cứu thành công việc ứng dụng
vi sinh vật ở công đoạn đầu trong sản xuất chitin – chitosan, phương pháp này làm giảm
gây ô nhiễm môi trường đáng kể vì vậy ta nên kết hợp ứng dụng vi sinh vật ở giai đoạn
đầu trong sản xuất chitin – chitosan và thu hồi dịch lên men chứa hàm lượng protein,
astaxanthin để từ đó có thể tận dụng được nguồn chất dinh dưỡng trong phế liệu vỏ tôm
để chế biến thức ăn cho gia súc, gia cầm, đối tượng thủy sản, nâng cao được giá trị của
nguyên liệu và giúp giảm tải quá trình xử lý nước thải, hạn chế ô nhiễm môi trường.
Nguồn lợi từ tôm
Hiện nay nuôi tôm đã phát triển ở nhiều địa phương trên cả nước Việt Nam và tôm
nuôi đã đóng góp vào tỷ trọng xuất khẩu thủy sản suốt một thập kỷ vừa qua. Phần lớn
diện tích nuôi tôm ở Việt Nam tập trung ở ĐBSCL, rải rác dọc các cửa sông, kênh, lạch
ven biển miền Trung và ở ĐBSH, sông Thái Bình ở miền Bắc. Ngành hàng tôm nước lợ ở
ĐBSCL giữ vai trò quan trọng trong lĩnh vực NTTS của Việt Nam, năm 2011 ngành công
nghiệp tôm tại vùng này đã chiếm 92% diện tích nuôi và 75% sản lượng tôm nuôi cả nước
[10]. Giá trị xuất khẩu của tôm thường chiếm tỉ lệ cao trong tổng giá trị xuất khẩu thủy
sản của Việt Nam. Tính trong năm 2012 thì giá trị xuất khẩu tôm đạt 2,25 tỷ USD
(VASEP). Tôm Việt Nam chủ yếu được xuất khẩu dưới dạng tôm đông lạnh, đóng hộp và
chế biến [13]. Ngành NTTS nói chung và ngành nuôi tôm xuất khẩu nói riêng đã trở
thành ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước ta hiện nay.
Diện tích nuôi trồng, sản lượng và thị trường xuất khẩu tôm ở Việt Nam
Nghề nuôi tôm xuất hiện ở Việt Nam cách đây khoảng 100 năm trước. Số liệu
ghi chép được cho thấy vào thập kỉ 70 cả miền Bắc và miền Nam Việt Nam đều tồn
tại hình thức nuôi tôm quảng canh. Diện tích nuôi tôm ở ĐBSCL thời kì này đạt
khoảng 70.000 ha. Ở Miền Bắc, trước năm 1975 có 15.000 ha nuôi tôm nước lợ [24].
Từ đó cho đến nay diện tích nuôi tôm ở Việt Nam đã tăng lên đáng kể và trở thành
một trong những nước có diện tích nuôi tôm thuộc vào loại lớn nhất trên thế giới.
Phần lớn diện tích nuôi tôm ở Việt Nam tập trung ở ĐBSCL bao gồm 6 tỉnh thuộc
ĐBSCL, trong đó Cà Mau có diện tích thả tôm lớn nhất.
Bảng 1.1: Thống kê diện tích nuôi tôm 2010 tại 6 tỉnh ĐBSCL [3]
Stt Địa phương Diện tích thả tôm (ha)
1 Kiên Giang 80.000
2 Cà Mau 266.592
3 Bạc Liêu 122.254
4 Sóc Trăng 47.896
5 Trà Vinh 23.986,2
6 Bến Tre 32.878
Tổng 573.606,2
thải ra từ 35.000 tấn đến 40.000 tấn, một phần chất thải này làm thức ăn cho gia súc
nhưng hầu hết đều gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái [86].
Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu tôm rất dồi dào, khả năng khai thác từ 25.000 –
30.000 tấn/năm. Toàn vùng biển Nam Bộ có trữ lượng và khả năng khai thác lớn nhất
nước ta, ước tính khả năng khai thác bằng 50% sản lượng của cả nước. Đặc biệt, nuôi
tôm đã phát triển trong những năm gần đây và trở thành ngành kinh tế mũi nhọn. Diện
tích nuôi tôm đã tăng từ 250.000 ha năm 2000 lên đến 478.000 ha năm 2001. Qua đó
thì lượng phế liệu thải ra của tôm cũng vô cùng lớn, theo thống kê của Trung tâm
Nghiên Cứu Chế Biến Thủy Sản, Đại học Thủy Sản thì lượng phế liệu năm 2004 tại
Việt Nam ước tính khoảng 45.000 tấn phế liệu, năm 2005 ước tính khoảng 75.000
tấn/năm và tiếp tục tăng trong những năm tiếp theo. Năm 2008 Việt Nam đứng hàng
đầu thế giới về nuôi tôm sú, tôm sú là đối tượng nuôi rất quan trọng trong lĩnh vực
nuôi trồng và chế biến xuất khẩu ở nước ta (chủ yếu tập trung ở khu vực Đồng bằng
Sông Cửu Long trên 90% sản lượng). Theo Bộ Thủy Sản (2008), tổng sản lượng tôm
nuôi 392.000 tấn, trong đó tôm sú khoảng 360.000 tấn. Cùng với việc tăng sản lượng
tôm sú xuất khẩu sẽ là sự gia tăng lượng phế liệu đầu, vỏ tôm [2].
Với sản lượng tôm hàng năm mà nước ta đạt được như trên đã đem lại giá trị
kinh tế rất cao cho đất nước nhưng chính vì vậy mà phế liệu từ tôm bị thải ra môi
trường cũng ngày càng nhiều do đó nếu không có hướng giải quyết vấn đề trên thì môi
trường sẽ ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng từ đó gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe
con người. Hiện nay phế liệu tôm thải ra từ các cở sở chế biến tôm bao gồm: Đầu, vỏ
và đuôi tôm ngoài ra còn có tôm gãy thân, tôm lột vỏ sai quy cách hoặc tôm bị biến
màu. Tùy thuộc vào loài và phương pháp xử lý mà lượng phế liệu có thể vượt quá 60%
khối lượng sản phẩm, ví dụ: Tôm càng xanh Macrobrachium rosenbergii đầu tôm
chiếm tới 60% trọng lượng tôm, tôm sú: Đầu tôm sú Penaeus monodon cũng chiếm tới
40% trọng lượng tôm. Với sản phẩm tôm lột vỏ, rút chỉ lưng, lượng đuôi và vỏ đuôi
của tôm chiếm khoảng 25% trọng lượng tôm. Đối với tôm thẻ thì lượng phế liệu đầu
tôm chiếm 28% và vỏ chiếm 9%, như vậy tổng lượng phế liệu vỏ đầu tôm thẻ là 37%
[21]. Nguồn phế liệu này ngày càng tăng lên do đó nếu không được giải quyết sẽ gây
protein thành acid amin. Lipase phân giải lipid thành glyxeryl và acid béo. Đối với
Tyrozinaza thì khi có mặt của oxi không khí thì sẽ biến đổi tyrozin thành melanin có
màu đen ảnh hưởng đến giá trị cảm quan và chất lượng của sản phẩm.
Chitin: Tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng, và những hợp chất hữu
cơ khác, chủ yếu là CaCO
3
là thành phần chính cấu tạo nên vỏ tôm. Chính sự liên kết
này đã gây khó khăn trong việc tách chiết và tinh chế.
Canxi: Trong thành phần vỏ, đầu tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ
yếu là cacbonat canxi (CaCO
3
).
Astaxanthin: Là sắc tố chủ yếu trong vỏ tôm, astaxanthin là dẫn xuất của
caroten, thường ở dạng liên kết với acid béo (ester hóa) hay với protein tạo nên một
phức hợp chặt chẽ có màu xanh đặc trưng cho tôm. Khi liên kết này bị phá vỡ thì
astaxanthin dễ dàng bị oxy hóa thành astaxin. Trong đầu tôm có chứa một lượng nhỏ
sắc tố nhưng nó cực kỳ có giá trị vì vậy người ta đã có nhiều nghiên cứu nhằm thu hồi
sắc tố một cách triệt để nhất trong phế liệu tôm và đi kèm với nó là việc thu hồi protein
để từ đó làm tăng giá trị sản phẩm, tạo sản phẩm mới và cải thiện môi trường đáng kể.
Lipid: Chứa một lượng đáng kể, chủ yếu gồm các acid béo chưa no bão hòa như
EPA, DHA. Đây là những acid béo rất có lợi cho sức khỏe con người và có nhiều ứng
dụng khác trong y học.
Chất ngấm ra ở đầu tôm: Trymethylamin (TMA), Trymethinlaminoyt (TMAO),
Betain, bazo purin, các acid amin tự do, ure…
Từ thành phần, tính chất nguồn phế liệu đầu, vỏ tôm, nhận thấy đây là nguồn
nguyên liệu phong phú không chỉ sản xuất chitin - chitosan mà còn chứa một lượng
protein, astaxanthin và các acid béo không no có lợi cho cơ thể cần được thu hồi.
Vậy trong phế liệu tôm có chứa rất nhiều thành phần giá trị nên cần có chế độ xử
lý thích hợp đối với nguồn phế liệu tôm bao gồm đầu và vỏ nhằm thu được thành phẩm có
phytochemical tecpen, là chất sắc tố màu vàng đỏ. Giống như nhiều carotenoid, nó là một
chất màu hòa tan trong mỡ hoặc dầu. Astaxanthin có thể được tìm thấy trong vi tảo, men
bia, cá hồi, cá, loài nhuyễn thể, tôm, tôm càng, động vật giáp xác, và những chiếc lông
của một số loài chim. Trong các loài giáp xác thủy sản, astaxanthin chủ yếu tập trung ở
phần vỏ ngoài. Astaxanthin thường tồn tại ở dạng tự do, dạng mono hay di-ester với các
acid béo không no mạch dài, hoặc dưới dạng phức hợp carotenoprotein của đồng phân
quang học (3S, 3’S). Hàm lượng astaxanthin trong vỏ tôm, cua thay đổi đáng kể theo tùy
loài (từ 10-140 mg/kg trọng lượng ướt hay là khoảng 50 – 700 mg/kg trọng lượng khô),
chứng tỏ ở vỏ các loài giáp xác chứa một nguồn astaxanthin tự nhiên đáng kể [21].
Astaxanthin được thu nhận từ các loài sinh vật biển, có ảnh hưởng rất lớn đối với cơ thể
con người, như có khả năng ngăn chặn sự oxy hóa của các acid béo không no có lợi, ngăn
chặn ảnh hưởng của tia cực tím, tăng khả năng miễn dịch, hình thành chất màu, quá trình
sao chép và truyền dẫn thông tin [63]. Astaxanthin là chất chống oxy hóa rất hiệu quả, có
khả năng bảo vệ phospholipid của màng tế bào khỏi sự peroxid hóa, hoạt tính chống oxy
Hình 1.3: Các liên kết hóa học của astaxanthin trong tôm [26]
hóa của astaxanthin lớn hơn gấp 10 lần các carotenoid khác như zeaxanhin, lutein,
canthaxanthin và β-caroten. Ngoài ra, astaxanthin cũng có tác dụng tăng cường khả năng
miễn dịch.
Các hướng tận dụng phế liệu tôm hiện nay
Sản xuất chitin – chitosan: Chitin – chitosan có nguồn gốc khác nhau như từ
tôm, cua, mực… chúng đóng một vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp.
Hiện nay chitin – chitosan được nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau
như ứng dụng vào trong việc xử lý nước thải, công nghiệp dệt nhuộm, giấy, cố định
enzyme, tạo viên bọc tế bào trong y học, làm chất ổn định trong mỹ phẩm… Có rất
nhiều ứng dụng dựa vào chitin – chitosan do vậy nguồn phế liệu tôm hiện nay được sử
dụng nhiều trong việc sản xuất chitin và chitosan.
Sản xuất bột màu astaxanthin: Thành phần hóa học của tôm rất giàu protein nên
trước khi sản xuất chitin chúng ta nên thu hồi protein lại. Trong thành phần của vỏ phế
liệu cũng chứa sắc tố astaxanthin, tuy nó có hàm lượng nhỏ nhưng giá thành lại cao
Làm các sản phẩm định hình: Thịt tôm vụn hoặc không đạt chuẩn có thể được
chế biến thành các sản phẩm định hình. Sản phẩm này được định hình lại thành những
hình con tôm hay các hình dạng trang trí như bánh tròn, viên, khoanh tôm. Bằng cách
tạo ra các hình dạng khác nhau, ướp tẩm gia vị hay bao bột, ta có thể làm ra rất nhiều
sản phẩm tôm đẹp mắt. Các sản phẩm định hình này được làm chín trong các lò
thường hoặc lò vi sóng giống như các sản phẩm từ tôm khác.
Tổng quan về vi khuẩn lactic
Tác nhân lên men lactic [23]
Khái quát chung
Tác nhân lên men lactic là vi khuẩn lactic. Tế bào của chúng hình cầu (hoặc hình
hơi oval) và hình que. Đường kính của các dạng cầu khuẩn từ 0,5 – 1,5 µm. Cầu khuẩn
đứng riêng lẽ, cặp đôi hoặc chuỗi (Streptococcus) có chiều dài khác nhau. Kích thước
dạng hình que từ 1– 8 µm. các tế bào trực khuẩn đứng riêng rẽ hoặc kết thành chuỗi.
Tất cả các vi khuẩn lactic đều không chuyển động và không sinh bào tử, Gram
dương (+), kị khí tùy tiện. Trực khuẩn lactic nhạy cảm hơn cầu khuẩn với oxy [22].
Vi khuẩn lactic có thể lên men được mono và disaccarit. Một số chủng không lên
men được saccarose, số khác là maltose, lactose. Tinh bột và các polysaccarit khác các
vi khuẩn lactic không lên men được. Số chủng dị hình sử dụng được pentose và acid
[22].
Phần lớn vi khuẩn lactic, đặc biệt là chủng trực khuẩn lên men đồng hình, có
nhu cầu lớn về tập hợp các acid amin hoặc các nitơ hữu cơ có cấu tạo phức tạp. Hầu
hết vi khuẩn lactic đều có nhu cầu các vitamin (trong đó có B1, B2, B6, PP, acid
pantotenic và folic) [22].
Vi khuẩn lactic có hoạt tính protelytic, chúng có thể thủy phân protein thành
peptid và các acid amin, chủng trực khuẩn có hoạt tính cao hơn những loài khác [22].
Các tế bào vi khuẩn lactic dễ chuyển sang dạng khô héo, bền vững với CO
2
và
etylic, nhiều loại sống trong môi trường 10 – 15% cồn hoặc cao hơn, một số trực
nhiệt độ sinh trưởng là 10
o
C đến 36 – 38
o
C, thích hợp là 25
o
C. Một số chủng sinh
baterioxinở dạng diplococxin [22].
Str. thermophilus: Chuỗi hình cầu dài, phát triển mạnh ở nhiệt độ 40 – 45
o
C,
tích tụ trong môi trường khoảng 1% acid, được sử dụng cùng với Lactobacillus trong
chế biến sữa chua và phomat [22].
Lactobacillus bungaricus: Hình que lớn (đôi khi ở dạng hạt), thường kết chuỗi
dài, không lên men saccarozơ. Vi khuẩn ưa nhiệt, nhiệt độ thích hợp phát triển là 40 –
45
o
C, nhiệt độ tối thích là 15 – 20
o
C, tạo nhiều acid, tích tụ trong sữa tới 2,5 – 3,5%
acid lactic, được dùng trong sản xuất sữa chua Địa Trung Hải, Cumic [22].
L. casein: Thường gặp ở dạng chuỗi dài hoặc ngắn khác nhau, tích tụ tới 1,5%
acid, nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng là 30 – 35
o
C. Trực khuẩn này dùng trong sản
xuất phomat [22].
L. acidophilus: Vi khuẩn ưa nhiệt, nhiệt độ tối thiếu là 20
o
C, nhiệt độ thích hợp
30 – 40
muối của acid citric [22].
1.2.2. Cơ chế lên men lactic
Lên men lactic là sự chuyển hóa kị khí các chất glucid thành acid lactic nhờ
hoạt động sống trực tiếp vi sinh vật. Lên men lactic là một trong những quá trình
chuyển hóa phát triển nhất trong tự nhiên. Có hai dạng lên men lactic: lên men đồng
hình và lên men dị hình.
Lên men đồng hình (lên men điển hình) cho sản phẩm chủ yếu là acid lactic (80
– 90%). Chỉ một lượng nhỏ pyruvat bị khử carbon để tạo thành acid acetic, ethanol,
CO
2
, aceton. Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ thuộc vào sự có mặt của oxy.
C
6
H
12
O
6
2CH
3
CHOHCOOH + 22,5 Kcal
Quá trình chuyển hóa glucose đến acid pyruvic vi khuẩn lactic đồng hình xảy ra
như ở các loại vi khuẩn kị khí khác, theo con đường đường phân. Ở những vi khuẩn
không có enzyme pyruvatdecacboxylaza, acid pyruvic không bị phân giải mà lại là
chất nhận điện tử cuối cùng (H+). Acid pyruvic tương tác với NADH
2
thành chất nhận
điện tử tạm thời được tách ra trong quá trình oxy hóa photphoglyxerinaldehyt thành
acid photphoglyxerinic. Acid pyruvic được khử thành acid lactic, NADH
2
bị oxy hóa
(decacboxyl) rồi đi vào con đường pentophotphat. Cuối cùng enzyme
photphoxentalaza tham gia biến đổi thành aldehytphotphatglyxerin và được chuyển
hóa thành acid pyruvic, tiếp tục khử tạo acid lactic. Axetylphotphat bị khử photphoryl
thành acid acetic hoặc rượu etylic. Chất điện tử cuối cùng theo con đường này là acid
pyruvic và aldehyt axetic.
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi khuẩn lactic
Nguồn carbon: Nguồn carbon tốt nhất là các loại đường nhưng ở một mức độ nhỏ,
các đường chứa nhóm rượu, còn polysacarit thì thực chất không thể lên men. Tốc độ lên
men các loại monosaccarit, disaccarit và oligosaccarit của các loại khác nhau là khác nhau
đến mức có thể dùng tiêu chuẩn này để phân biệt giữa các loài. Nếu khi nhân giống người
ta dùng một lượng đường thông thường hiếm khi được dùng làm nguồn carbon thì vi
khuẩn có thể thích nghi được đối với loại đường đó và về sau chúng có thể phát triển có
hiệu quả trên môi trường chứa loại đường này, mà vẫn không làm ảnh hưởng tới khả năng
lên men của các loại đường thông thường. Nồng độ đường glucose ban đầu cao sẽ làm
giảm thời gian và tăng lượng acid lactic tạo ra trong quá trình lên men [87], [23].
Vitamin B6: Một vitamin quan trọng trong sự sinh tổng hợp các acid amin của
vi khuẩn lactic cũng có thể thay thế bởi một số acid amin. Tuy nhiên phụ thuộc vào
từng loại vi khuẩn lactic, nhiều acid amin vẫn được coi là acid amin không thể thay
thế. Các peptid và các amid cũng có thể được dùng làm nguồn N
2
và trong nhiều
trường hợp các hợp chất này vẫn mang đặc tính của những nhân tố sinh trưởng. Tốc độ
sinh trưởng khi có mặt chúng có thể gấp nhiều lần so với khi có mặt acid amin tự do.
Sự phụ thuộc của tốc độ sinh trưởng vào nồng độ các vitamin có thể được sử dụng cho
phép định lượng các vitamin này nhờ vi khuẩn, những phép thử này thường rất nhạy,
chẳng hạn có thể phát hiện hàm lượng B12 nhỏ tới picogam/ml [23].
Các acid béo: Cũng ảnh hưởng lên sinh trưởng của các vi khuẩn lactic nhờ
những cơ chế còn chưa được biết rõ.
Phosphate: Là loại muối quan trọng nhất mà các vi khuẩn lactic yêu cầu. Các muối
L. fermentum
L. viridescens
Pediococcus Đồng hình Cầu khuẩn P. acidilacti
P. damnosus
(cerevisiae)
P. pentosaceus
E. faecalis
Enterococcus Đồng hình Cầu khuẩn E. faecium
Streptococcus Đồng hình Cầu khuẩn S. bovis
Leuconostoc Dị hình Cầu khuẩn L. mesenteroides
Trong nông nghiệp, người ta sử dụng ủ lên men cho nguyên liệu cây nông
nghiệp, cỏ tươi để làm thức ăn cho động vật nuôi: Trâu, bò, heo, gà… Trong môi
trường lên men, người ta thường bổ sung muối, rỉ đường thích hợp, nồng độ acid để ức
chế vi sinh vật gây thối, gây hư hỏng nguyên liệu. Nguyên liệu sau khi lên men bên
trong sẽ tạo thêm một số sản phẩm có giá trị như chất thơm, vitamin, kháng sinh
(Nizin, diplocacxin…) [28]. Do đó, kích thích cho gia súc, động vật nuôi ăn ngon
miệng, tiêu hóa tốt, chóng lớn, lên cân, và đồng thời kéo dài thời gian bảo quản
nguyên liệu hơn so với nguyên liệu tươi ban đầu.
Ngoài việc áp dụng lên men trên nguyên liệu thuộc cây nông nghiệp, người ta
còn tiến hành lên men đối phế liệu cá, nội tạng bào ngư, phế liệu đầu vỏ tôm, để sử
dụng làm thức ăn cho động vật nuôi [28].
Cá sau khi ủ lên men làm thức ăn động vật ở dạng lỏng, có thể sử dụng cá nguyên
liệu hay phế liệu cá, với sự tham gia của enzyme nội tại trong bản thân nguyên liệu, các
thành phần acid hay vi khuẩn lactic bổ sung vào trong quá trình ủ. Một thử nghiệm với cá
ủ lên men bắt đầu tại Thụy điển năm 1963, sử dụng acid chlohydric, acid sunfuric, acid
formic và rỉ đường [65], đã cho kết quả là ức chế vi sinh vật gây thối, tăng khả năng
phân giải protein, khoáng. Ở Việt Nam năm 2002, dự án nghiên cứu ứng dụng công nghệ
lên men lactic trong bảo quản và chế biến phế thải thủy sản đã sử dụng rỉ đường, chế
nồng độ và tỷ lệ thích hợp trong quá trình ủ. Bã tôm sau khi được tách riêng khỏi dịch ép,
sẽ sử dụng cho việc sản xuất chitin. Có thể minh họa bằng sơ đồ quy trình Hình 1.4.
Quá trình lên men phế liệu tôm bằng vi sinh vật là một phương pháp sinh học,
sản phẩm ủ chua dựa trên quá trình lên men tự nhiên của vi khuẩn lactic, sản phẩm tạo
ra trong điều kiện yếm khí chủ yếu là acid lactic kết quả làm cho pH trong mẻ ủ giảm
xuống so với pH ban đầu. pH giảm làm ức chế vi khuẩn yếm khí có hại do đó sản
phẩm lên men phế liệu tôm có thể làm thức ăn gia súc và được bảo quản lâu. Quá trình
biến đổi pH trong thời gian lên men phế liệu tôm có thể chia thành các giai đoạn sau
và các giai đoạn này có đặc tính riêng biệt:
• Giai đoạn đầu, giai đoạn hiếu khí: khi lên men thì vẫn tồn tại khí oxi trong mẻ ủ, lúc
này pH của phế liệu tôm tương đối cao, pH từ 6,9 – 7. Trong điều kiện này thì các vi
sinh vật hiều khí, hiếu khí tùy ý như nấm, nấm men và Enterobacteria vẫn hoạt động,
giai đoạn này thường mất khoảng một vài giờ.
• Quá trình lên men kéo dài trong thời gian vài ngày sau khu ủ và trở thành kị khí. Vi
khuẩn lactic phát triển và trở thành vi khuẩn chiếm ưu thế. Acid lactic và các acid khác
được tạo ra làm pH giảm xuống còn 3,8 – 3,5.
• Giai đoạn này ổn định, hầu hết các vi sinh vật giai đoạn 2 từ từ giảm số lượng. Một số
vi sinh vật có khả năng chịu acid tồn tại trong thời gian này gần như không hoạt động,
những vi sinh vật khác như Clostridia và trực khuẩn thì tồn tại dưới dạng bào tử, chỉ
có một số enzyme như protease chịu acid và một số vi sinh vật chẳng hạn như
Lactobacillus Buchneri tiếp tục hoạt động ở mức thấp.
• Sau một thời gian lên men pH trong môi trường lại có xu hướng tăng lên vì khi acid lactic
tích tụ khá cao thì chính các vi khuẩn lactic cũng bị ức chế, lúc này một số nấm men, nấm
mốc có khả năng phân hủy acid lactic cũng phát triển mạnh như nấm mốc Oidium lactic
và nấm men Mycodema. Các loài vi sinh vật này có khả năng phân hủy acid lactic bằng
cách oxy hóa acid lactic để cung cấp năng lượng cho chúng nên bắt đầu lượng acid lactic
giảm xuống thì lại tạo điều kiện cho vi sinh vật gây thối phát triển. Bên cạnh đó, sau khi ủ
thì mẻ lên men sẽ được lấy ra thì bắt đầu có sự tiếp xúc với không khí. Điều này làm kích
hoạt các vi khuẩn hiếu khí hoạt động mà chủ yếu là nấm men, nấm mốc, trực khuẩn làm
acid sunfuric với các nồng độ khác nhau [7].
Sự hiện diện của acid hữu cơ do chủng vi khuẩn lactic tạo ra và acid vô cơ bổ
sung vào trong quá trình lên men lactic sẽ làm giảm pH của môi trường, ức chế sự phát
triển của vi khuẩn gây thối rữa, và do đó kéo dài thời gian bảo quản cho nguyên liệu.
Việc hạ pH môi trường ủ bằng acid vô cơ và lên men bằng chủng vi khuẩn lactic trong
quá trình ủ có những tác dụng sau:
+ Khi hạ pH bằng acid vô cơ ở giai đoạn đầu tiên trong quá trình lên men có tác
dụng thủy phân đường thành những đường đơn nhằm cung cấp nguồn cacbon dồi dào
cho sự phát triển của vi khuẩn lactic. Đồng thời ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây
thối rữa, tạo môi trường thích hợp cho vi khuẩn lactic phát triển.
+ Tác dụng thủy phân protein trong phế liệu tôm do hoạt động của enzyme
protease trong bản thân nguyên liệu, hạ pH thúc đẩy lên mem lactic nhờ quá trình ủ có
bổ sung rỉ đường.
+ Ức chế hoạt động, sự phát triển của vi sinh vật gây thối, nấm mốc, bảo quản
cho vỏ tôm không bị hư hỏng, đảm bảo chất lượng chitin sau này.
+ Với acid hữu cơ do vi khuẩn lactic tạo ra có tác dụng kháng khuẩn, decalxi
hóa, tách khoáng ra khỏi vỏ tôm tạo điều kiện thuận lợi khi sản xuất chitin.
+ Mặt khác còn tạo thành dịch chứa protein, astaxanthin lỏng có giá trị về mặt
dinh dưỡng khi thu hồi tận dụng làm thức ăn cho gia súc động vật nuôi, có tác dụng
ngăn chặn sự oxy hóa astaxanthin, ổn định hàm lượng này để có thể tận thu dịch.
Như vậy, có thể sử dụng phương pháp lên men lactic cho nguyên liệu đầu tôm
nhằm tách protein, astaxanthin và khoáng trước khi sử dụng sản xuất chitin. Dịch lên
men thu được sẽ chứa các sản phẩm được tách từ phế liệu tôm như khoáng, protein và
astaxanthin có hàm lượng cao trong dịch ủ [80]. Bên cạnh đó là việc lợi dụng bản thân
enzyme protease trong phế liệu tôm để thủy phân protein; kết hợp với một lượng acid
lactic sinh ra trong quá trình lên men và ủ trong một thời gian nhất định thì sẽ có bã tôm
với hàm lượng khoáng, protein, sắc tố,… tách ra đáng kể do đó quá trình sản xuất chitin
tiếp theo sẽ ít tốn kém hóa chất hơn, thời gian sản xuất ngắn.
Vai trò của enzyme có trong phế liệu tôm
vào, nhờ số lượng vượt trội này mà vi khuẩn lactic sẽ hấp thu cơ chất để hạ pH của
môi trường. Vì vậy, trong giai đoạn này cần tạo điều kiện tốt cho vi khuẩn lactic phát
triển. Vi khuẩn lactic hô hấp yếm khí tuyệt đối nên tạo ra môi trường không có oxy
[27]. Trong công nghệ lên men lactic người ta thường nghiền nguyên liệu nhỏ để tăng
bề mặt tiếp xúc, hạn chế oxy. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển
của vi khuẩn lactic là: Nguồn dinh dưỡng cacbon, nitơ, vitamin, các hợp chất vô cơ,
oxy, nhiệt độ, pH môi trường.
Sau khi lên men lactic một thời gian thì chính môi trường pH thấp sẽ ức chế
hoạt động của vi khuẩn lactic, vi khuẩn lactic sẽ bị dừng hoạt động ở pH môi trường
nhỏ hơn 3. Do vậy việc kiểm soát quá trình lên men lactic là vô cùng quan trọng.
Trong thực tế, người ta có thể khắc phục hiện tượng này bằng cách tăng pH môi
trường để tạo điều kiện cho vi khuẩn lactic tiếp tục hoạt động sinh tổng hợp enzyme.
Các dạng hư hỏng thường gặp trong lên men lactic
Gây biến mốc: Nấm mốc là tên chung để chỉ các loại nấm có cấu trúc hình sợi.
Chúng thuộc loại thực vật hạ đẳng không có bào tử, không có diệp lục, không có khả năng
tổng hợp chất hữu cơ từ khí CO
2
mà sử dụng trực tiếp chất hữu cơ để sinh sống [8]. Nấm
mốc sẵn có ở khắp nơi trong tự nhiên. Trong môi trường yếm khí và có đường làm thức
ăn, nấm mốc phát triển rất mạnh, không đòi hỏi nghiêm khắc về nhiệt độ. pH thích hợp
với nấm mốc nói chung từ 1,2 – 3,0 [33]. Đa số nấm hoại sinh phát triển tốt ở nhiệt độ 28
– 30
o
C, ở những nhiệt độ cao hơn thì phát triển kém hoặc có khi không mọc [8].
Khi ủ lên men thì phần trên bề mặt của mẻ ủ thường có nấm mốc gây hại phát
triển. Sự sản sinh của nấm mốc làm sản phẩm bị biến màu, mùi và mất chất dinh dưỡng
(do sự phân giải của các hợp chất chứa nitơ) thậm chí sản phẩm dịch lên men chứa nấm
mốc có thể gây độc cho vật nuôi. Để hạn chế nấm mốc phá hoại trong quá trình lên men
cần nén chặt nguyên liệu, hạn chế không khí lọt vào, thời gian xếp nén giữa các tầng
nguyên liệu. Lượng vi khuẩn lactic bổ sung quá ít sẽ dẫn đến vi khuẩn lactic phát triển
chậm, lượng acid sinh ra ít không ức chế được vi khuẩn gây thối làm chúng sản phẩm lên
men hư hỏng.
Như vậy, để thu được dịch lên men đạt chất lượng thì cần phải hạn chế những yếu tố
ảnh hưởng xấu trong quá trình lên men và tạo những điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn lactic
phát triển. Sản phẩm dịch lên men thu được sẽ bổ sung vào thức ăn cho động vật chăn nuôi
và phần bã được sử dụng sản xuất chitin – chitosan.
Tổng quan về thành phần dinh dưỡng cho cá cảnh
Vai trò của protein và các sắc tố trong việc đối tượng cá cảnh
Vai trò dinh dưỡng của thành phần protein trong thức ăn dành cho cá [14]
Protein là vật chất hữu cơ chủ yếu xây dựng nên các tổ chức mô của cá cũng
như của động vật, protein chiếm khoảng 60 – 75% tổng số vật chất khô của cơ thể. Cá
sử dụng protein để đáp ứng nhu cầu amino acid. Protein sau khi được các enzyme
protease thực hiện quá trình tiêu hóa hóa học giải phóng các amino acid tự do. Các
amino acid này sẽ được hấp thụ qua thành ống tiêu hóa và đi vào máu, được máu vận
chuyển đến các tổ chức cơ quan, các tổ chức mô khác nhau, ở đó chúng sẽ tham gia
vào quá trình tổng hợp protein mới. Nhu cầu protein phụ thuộc vào việc sử dụng các
amino acid để xây dựng nên các protein mới (xảy ra đối với động vật trong thời kỳ sinh
trưởng và sinh sản) hoặc để thay thế các protein già cũ (chức năng duy trì). Thức ăn
thiếu protein sẽ làm giảm tốc độ sinh trưởng của cá và các loại động vật vì chúng phải
huy động các nguồn protein trong các tổ chức cơ thể để đáp ứng nhu cầu amino acid,
dẫn đến khối lượng bị sút giảm. Ngược lại nếu thức ăn quá dư thừa protein thì chỉ một
phần từ protein thức ăn sẽ được sử dụng để tổng hợp nên các protein mới trong cơ thể,
phần còn lại sẽ được chuyển hóa thành năng lượng, hoặc bài tiết ra ngoài cơ thể. Protein
là thành phần có giá thành cao nhất trong thức ăn vì vậy nếu hàm lượng protein trong
thức ăn quá cao sẽ gây ra lãng phí làm giảm hiệu quả nuôi. Cá sử dụng protein cũng như
các động vật có xương sống ở trên cạn, quá trình tổng hợp protein và quá trình dị hóa
protein diễn ra đồng thời trong suốt quá trình sống [14] được thể hiện ở Hình 1.5.
Vai trò dinh dưỡng của thành phần sắc tố trong thức ăn dành cho cá [14]
- carotene : loại carotenoids này là một trong những loại phổ biến rộng rãi
nhất trong tự nhiên. Cấu trúc của chúng bao gồm hai đơn vị mang điện tích ở hai đầu.
Canthaxanthin : sắc tố này có hai nhóm ketone ở vị trí 4 và 4’.
Astaxanthin : sắc tố màu đỏ này có hai nhóm OH ở vị trí 3 và 3’ và có 2 nhóm
keton ở vị trí 4 và 4’. Đây là thành phần sắc tố chính ở cá hồi và các loại giáp xác.
Ngoài các sắc tố trên, còn một số sắc tố khác cũng được phát hiện nhưng với
hàm lượng rất nhỏ, một số trong các sắc tố này mà sản phẩm trung gian trong quá trình
trao đổi sắc tố. Một số dạng tự do của canthaxanthin và astaxanthin có thể được tổng
hợp dạng công nghiệp và chúng được sử dụng trong nuôi thâm canh [14].
Khả năng tiêu hóa của carotenoids của cá [14]
Sau khi tiêu hóa và hấp thu, sắc tố carotenoids có thể bài tiết ra ngoài theo con
đường phân. Tuy nhiên, các sản phẩm tiêu hóa carotenoids cũng có thể bị hấp thu trở
lại bởi tế bào niêm mạc ruột. Carotenoids là thành phần tan trong chất béo vì vậy khả
năng hấp thu của chúng có liên quan chặt chẽ đến lipid và khả năng tiêu hóa được của
chúng bị ảnh hưởng bởi thành phần lipid trong thức ăn. Astaxanthin trong các loại dầu
có khả năng tiêu hóa, hấp thụ cao hơn 85 – 90% so với trong bột tôm 75 – 80%. Khả
năng tiêu hóa được của carotenoids phụ thuộc chủ yếu vào dạng và sự tồn tại trong tự
nhiên của carotenoids. Vì vậy, khả năng tiêu hóa được của astaxanthin có thể dao động
từ 10% đến 60% và phụ thuộc rất nhiều vào nguồn gốc, trong khi khả năng tiêu hóa
được của canthaxanthin chỉ có thể đạt từ 20 – 30%. Astaxanthin thường có khả năng
tiêu hóa, hấp thụ tốt hơn khi chúng tồn tại dưới dạng ester so với dạng tự do [14].
Người ta cũng có thể nghiên cứu khả năng tiêu hóa được của carotenoids có trong
thức ăn thông qua việc xác định hàm lượng sắc tố có trong máu cá. Canthaxanthin được
tìm thấy trong serum 3 giờ sau khi cho cá ăn. Hàm lượng tối đa sau 24 giờ cho ăn. Sau
Astaxanthin
Copyright: Tài liệu đại học ©