Tài liệu Giáo trình công nghệ chế biến thức ăn thủy sản (nghề công nghệ thực phẩm cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH (Ban hành theo Quyết định số /QĐ-CĐCĐ-ĐT ngày tháng năm 2017 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) MÔN HỌC/MÔ ĐUN: CÔNG NGHỆ CH BI N THỨC ĂN TH Y S N NGÀNH/NGHỀ: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Thức ăn thủy sản đã và đang phát triển mạnh ở nhiều nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam, kim ngạch xuất khẩu thủy sản nước ta hằng năm tăng không ngừng với tỷ lệ cao. Bên cạnh đó thị trường thức ăn thủy sản ngày càng đòi hỏi khắt khe, đặc biệt là vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm do đó đòi hỏi nhà chế biến phải đổi mới công nghệ để có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các nước nhập khẩu. Vì thế đẩy mạnh và phát triển nghề Chế biến và bảo quản thủy sản là góp phần tạo ra các sản phẩm có giá trị cao, đáp ứng nhu cầu của các nước nhập khẩu. Trong quá trình biên soạn giáo trình này, chúng tôi đã khảo sát thực tế ở nhiều địa phương, nhiều nhà máy chế biến thủy sản. Ngoài ra còn cập nhật những Qui chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn Quốc tế. Đối tượng học là học sinh vừa tốt nghiệp THCS với khả năng nhận thức và tư duy chậm nên cách viết ngắn gọn, dễ dàng tiếp thu, sử dụng cân xứng giữa lý thuyết và kỹ năng thực hành. Giáo trình là cơ sở cho các giáo viên soạn bài giảng để giảng dạy, là tài liệu nghiên cứu và học tập của học sinh học nghề “Công nghệ thực phẩmChế biến và bảo quản thủy sản” Tuy nhiên thực tế sản xuất luôn biến động, những quy trình công nghệ thì liên tục thay đổi vì vậy khi biên soạn chúng tôi gặp phải những khó khăn nhất định. Xong tập thể biên soạn cũng đã cố gắng để biên soạn giáo trình này bám Chúng tôi xin chân thành cám ơn các Cơ quan, đơn vị và cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi hoàn thành giáo trình này. GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN Tên môn học: Công nghệ ch i n thức ăn thủ sản Mã môn học: CN417 Thời gian thực hiện môn học: 39 giờ; (Lý thuyết: 19 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 18 giờ; Kiểm tra 2 giờ) I. Vị trí, tính chất của môn học - Vị trí: môn học chuyên môn. - Tính chất: môn học này là tự chọn trong hệ thống đào tạo bậc Cao đẳng Công nghệ thực phẩm. Nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về thức ăn thủy sản và cách chế biến thức ăn thủy sản. Sinh viên biết cách vận dụng kiến thức học được vào thực tế để chế biến và sử dụng thức ăn thủy sản. II. Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Nêu được kiến thức cơ bản về thức ăn thuỷ sản, nhu cầu dinh dưỡng của động vật thủy sản + Nêu được các nguồn nguyên liệu sản xuất thức ăn thủy sản + Biết thiết lập công thức thức ăn cho động vật thủy sản (phương pháp tính toán đơn giản) và phương pháp chế biến thức ăn thủy sản. - Về kỹ năng: vận dụng kiến thức học được để thiết lập khẩu phần thức ăn đơn giản và chế biến thức ăn thủy sản - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Thực hiện đúng các thao tác chế biến cho từng công đoạn trong quy trình chế biến thức ăn thủy sản và có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất; + Tuân thủ, cẩn thận, thực hiện đúng nội quy, quy trình, quy phạm trong quá trình chế biến thức ăn thủy sản III. Nội dung môn học: CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ DINH DƢỠNG VÀ THỨC ĂN THUỶ SẢN 1. KHÁI NIỆM VỀ DINH DƢỠNG THỨC ĂN 1.1. Dinh dƣỡng: Dinh dưỡng là sự chuyển hóa vật chất của thức ăn thành những yếu tố cấu tạo nên cơ th ể thông qua các quá trình sinh lý, hóa họ c. Quá trình dinh dưỡng được thực hiện trong cơ thể. Thức ăn là cơ sở để cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng cho quá trình dinh dưỡng. Ngày nay, 3 chất này (bột đường , mỡ và đạm) đã được thống nhất gọi theo dạng quốc tế là: Glucid, Lipid và Protein. 1.2. Thức ăn: Thức ăn là vật chất chứa đựng chất dinh dưỡng mà động vật có thể ăn, tiêu hóa và hấp thu được các chất dinh dưỡng đó để duy trì sự sống, xây dựng cấu trúc cơ thể. Trong tự nhiên, một loại vật chất có th ể là thức ăn của loài cá này, giai đoạn phát triển cơ thể này nhưng chưa hẳn đã là thức ăn của loài cá khác, giai đoạn phát triển cơ thể khác. Sự khác biệt đó hoặc là do đặc điểm dinh dưỡng khác nhau theo loài, mà nguyên nhân chính là khả năng tiếp nhận và tiêu hóa các loại thức ăn khác nhau theo loài hoặc do sự khác biệt về mức độ hoàn thiện bộ máy tiêu hóa khác nhau theo giai đoạn phát triển cơ thể. Đó cũng thể hiện đặc tính loài. * Một số khái niệm về loại thức ăn Thức ăn tự nhiên (Live food, natural food): như các loài rong tảo và các sinh vật phù du động vật là những cơ thể sinh vật sống và phát triển trong hệ thống nuôi (natural food) hoặc sinh vật được nuôi (live food) có thể dùng làm thức ăn cho động vật thuỷ sản. Thức ăn nhân tạo (Commercial feed, Pellet feed) : còn được gọ i là thức ăn khô hay thức ăn viên. Trong thức ăn công nghiệp còn đượ c chia ra: thức ăn viên chìm (rinking food) sử dụng chủ yếu nuôi giáp xác và thức ăn nổi (floating food) sử dụng nuôi cá. Thức ăn tự chế (home-made feed): Thức ăn do ngườ i nuôi tự phối chế chủ y ếu từ các nguồn nguyên liệu địa phương, qui trình chế biến đơn giản, thức ăn d ạng ẩm. Hiện nay, nhiều ngườ i nuôi cá sử dụng cả nguồn nguyên liệu tinh như bột cá, bột đậu nành làm thức ăn nuôi cá. Thức ăn tươi sống (fresh feed): Là các loại động vật tươi làm thức ăn cho cá như :tôm cá tạp, ốc, cua… Hình 1.1 Một số loại thức ăn nuôi thủy sản 2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH DINH DƢỠNG HỌC THUỶ SẢN: Antoine Lavoisier (1743-1794), nhà hoá h ọc lớn người Pháp được xem nh ư là người có công gây dựng nên ngành khoa học Dinh Dưỡng. Tiếp theo các nghiên cứ u đầu tiên về dinh dưỡng học, quá trình phát triển của ngành này rất chậm ở thế kỷ 19. Kiến thức về dinh dưỡng được phát triển mạnh vào khoảng thập niên 1920 khi một vài vitamin đầu tiên được phát hiện ra. Thời gian đó có rất nhiều khám phá về vai trò của vitamin, các acid amin, acid béo thiết yếu, các chất khoáng đại lượng và vi lượng, sự trao đổi năng lượng, nhu cầu dưỡng chất.. Tuy nhiên, dinh dưỡng học thuỷ sản chỉ mới phát triển gần đây. Những nghiên cứu đầu tiên về nhu cầu dinh dưỡ ng được thực hiện tại Corlan (Ohio, M ỹ) vào nhũng năm 40 và bắt đầu từ thập niên 60 các nghiên cứu về dinh dưỡng thuỷ sản phát triển rất nhanh. Thức ăn nhân tạo thuỷ sản đầu tiên do sự phối trộn các thành phần nguyên liệu chỉ bắt đầu từ th ập niên 50. Cuối thập niên 50 loại thức ăn viên được dùng phổ biến tại Mỹ và Châu Âu. Ở Việt nam vào thời kỳ 1954- 1975 các nhà khoa học tập trung nghiên cứu sử dụng nguồn thức ăn sẵn có, rẻ tiền phù hợp với từng địa phương nhằm tận dụng tối đa nguồn phụ phẩm trong nông nghiệp. Các nghiên cứu về sử dụng và gây nuôi thức ăn tự nhiên, nghiên cứu sử dụng phân hữu cơ ứng với các giai đoạn phát triển của cá trong ao nuôi cũng được quan tâm. Từ sau năm 1975, để nâng cao hiệu qu ả của nghề nuôi cá nước ngọt việc khuyến khích người nuôi sử dụng nguồn nguyên liệu địa phương, sẵn có, rẻ tiền để nuôi cá vẫn được tiếp tục phát triển. Tuy nhiên, trong mô hình nuôi thâm canh thì việc sử d ụng thức ăn công nghiệp đã được khuyến khích người nuôi. Nếu những năm 90, thức ăn công nghiệp chủ yếu được nhập từ nước ngoài, hoặc do các công ty nướ c ngoài đầu tư và sản xuất ở Việt Nam thì đến nay nhiều công ty sản xuất thức ăn trong cả nước đã được xây dựng, góp phần vào việc giảm giá thành thức ăn tăng hiệu quả của người nuôi. Tính đến năm 2000 cả n ước có 64 cơ sở sản xuất thức ăn nuôi trồng thủy sản với công xuất 64.000 tấn/năm, nhập thêm khoảng 40.000 tấn từ Thái Lan, Hồ ng Kông, Đài Loan (Bộ Thuỷ sản, 2000). Nhiều công trình nghiên cứu về dinh dưỡng và thức ăn cho thủ y sản được quan tâm nghiên cứu, trong đó tập trung vào nghiên cứu dinh dưỡng và thức ăn cho nhóm cá da trơn, cá đồng, tôm càng xanh và tôm biển. Ngoài thức ăn nuôi thịt nghiên cứu sử dụng thức ăn tươi sống (live food), thức ăn chế biến ương nuôi ấu trùng, tôm cá bố mẹ cũng được các nhà khoa học nghiên cứu. Nhiều công trình nghiên cứu đã được ứng dụng thực tế sản xuất. Tính đến năm 2003 s ản lượng thức ăn sản xuất trong nước đạt khoảng 250.000 tấn cho tôm và 100.000 tấn cho cá/ năm. Một trong những mục đích kỹ thuật của nuôi thuỷ sản là nâng cao sức sản xuất một cách có hiệu quả kinh tế trong một thời gian ng ắn. Sức sản xuất liên quan đến tỉ lệ đầu tư vào (ví dụ như đất, nước, lao động, con giống và thức ăn...) và sản phẩm thu được (cá, tôm, nhuyễn th ể). Một trong những giới hạn chính để nâng cao sản lượng là chi phí của thức ăn (chiếm 50- 75 % trong tổng chi phí lưu động). Giảm chi phí thức ăn thường phụ thuộc vào hiệu quả sử dụng các dưỡ ng chất của độ ng v ật nuôi. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển bền vững trong nghề nuôi thuỷ sản. Hoạt động liên quan đến chuẩn bị hệ thống nuôi bao gồm ch ọn vi trí nuôi thích hợp, xây dựng và thiết kế hệ thống nuôi (ao, bè, hệ thống nuôi nước chảy..) và chuẩn bị điều kiện cần thiết trước khi thả giống. Hoạt động liên quan đến quản lý và ch ăm sóc đối tượng nuôi bao gồm mật độ nuôi, kích cỡ, thu hoạch. Hoạt động liên quan đến đầu tư như phân bón, thức ăn tươi sống, cách cho ăn, ch ế biến thức ăn, chế độ cho ăn, chất lượng nước, chăm sóc và quản lý sức khoẻ đối tượng nuôi.... 4. VAI TRÕ CỦA THỨC ĂN ĐỐI VỚI NGHỀ NUÔI THỦY SẢN: Thức ăn là cơ sở để cung cấp ch ất dinh dưỡng cho quá trình trao đổi chất của độ ng vật thủy sản. Nếu không có thức ăn thì không có trao đổi chất. Khi đó động vật sẽ chết.Thức ăn có vai trò quyết định đến năng suất, sản lượng, hiệu quả của nghề nuôi cá.Tùy theo điều kiện nuôi mà có mức độ đầu tư khác nha. Trong các đ iều kiện nuôi cá nói chung, thức ăn chiếm tỷ lệ cao trong tổng chi phí chung (50 - 80%). Đây là vấn đề cần được quan tâm, sử dụng hợp lý cho nghề nuôi cá. Sử dụng và chế biến thức ăn cho cá cần được kết hợp với nhiều nghề khác như chăn nuôi, ch ế biến bột cá, chế biến phụ phẩm nông nghiệp, chế biến thực phẩm... Đồ ng thời khi cho cá ăn, cần đủ lượng và chất mới nâng cao được năng suất cá nuôi, mới giảm được giá thành sản phẩm. Trong cùng điều kiện nuôi (môi trường, đối tượng nuôi, các biện pháp kỹ thuật được áp dụng...) thì thức ăn có vai trò quyết định đến tốc độ tăng trưởng, đến năng suất và hiệu quả kinh tế. Ở chừng mự c nh ất định, thì “ nh hưởng của thức ăn và chế độ nuôi dưỡng còn mạnh hơn giống và tổ tiên con vật”. 4. ĐẶC ĐIỂM DINH DƢỠNG CƠ BẢN CỦA ĐỘNG VẬT THUỶ SẢN Thuỷ sản bao gồm các loài các xương và giáp xác, có những đặc điểm dinh dưỡng rất chuyên biệt và rất khác so với các động vật trên cạn: • Có nhiều thay đổi trong cấu trúc ống tiêu hoá và đa số động vật thuỷ sản trong chu kỳ sống trải qua giai đoạn ấu trùng. Trong giai đoạn này nhu cầu dinh dưỡng ấu trùng thay đổi rất lớn nên nghiên cứu dinh dưỡng sẽ khó khăn hơn so với động vật trên cạn. • Là động vật biến nhiệt nên nhu cầu năng lượng thấp hơn và lệ thuộc vào nhiệt độ môi trường sinh sống nên tỉ lệ giữa năng lượng và protein hay tỉ lệ năng lượng và các thành phần dinh dưỡng thức ăn cũng thay đổi rất nhiều. • Thuỷ sản là sinh vật ài tiết ammonia rất khác với sinh vật trên cạn bài tiết urea hay uric acid. Điều này ảnh hưởng rất nhiều đến giá trị sử dụng protein. • Động vật thuỷ sản có một số nhu cầu dưỡng chất khác với động vật trên cạn như cá có nhu cầu các acid béo họ n-3 chứa nhiều nối đôi như 20:5n-3, 226: n-3 hay tôm và giáp xác có nhu cầu sterol. • Động vật thuỷ sản có khả năng hấp thụ các muối khoáng trong nước nên nhu cầu các muối khoáng rất khác so với động vật trên cạn. • Khả năng tổng hợp một số vitamin của động vật thuỷ sản có giới hạn nên chúng lệ thuộc rất nhiều vào nguồn cung cấp từ thức ăn. • Môi trường sống của động vật thuỷ sản rất khác động vật trên cạn. Do đó độngvật thuỷ sản phải có những kiểu thích nghi như khả năng biến dưỡng ở đ iều kiện oxy th ấp, tiêu hao năng lượng thấp hơn, giảm khối lượng bộ xương và khung chống đỡ cơ thể. 5. VẤN ĐỀ SỬ DỤNG THỨC ĂN TRONG NUÔI THỦY SẢN: 5.1 Môi trƣờng sống của các đối tƣợng nuôi thủy sản là nƣớc: Khi sử dụng thứ c ăn nhân tạo, mức độ hao hụt cao (do có sự tan rã trong nước). Đây là điểm khác biệt so với việc sử dụng thức ăn trong ngành chăn nuôi gia súc, gia cầmtrên cạn. Cũng vì vậy cần có những biện pháp thích hợp trong chế biến thức ăn, sử dụng thức ăn để hạn chế hao hụt (sử dụng chất kết dính, thức ăn viên, chế biến thức ăn, cho cá ăn theo giờ và địa điểm cố định trong ao...) 5.2. Quan hệ giữa lƣợng thức ăn với chất lƣợng nƣớc: Do một phần thức ăn nhân tạo (nhất là thức ăn dạng rời) bị tan rã trong nước mà không được cá ăn nên đã ảnh hưởng đến chất lượ ng nước. Phần này sẽ phân hủy, tiêu hao O2, sinh ra nhiều loại chất độc H2S, NH3... làm h ại cá. Điều này đòi hỏi người nuôi cá phải linh hoạt cân đố i khẩu phần ăn theo loài cá, giai đoạn phát triển cơ thể, điều kiện môi trường... cho phù hợp. 5.3. Trong môi trƣờng nƣớc có thức ăn tự nhiên: Nguồn thức ăn tự nhiên đã chiếm vai trò quan trọng trong nuôi cá. Các đối tượng cá nuôi điều sử dụng thức ăn tự nhiên. Nhờ đó mà giúp người nuôi cá giảm được chi phí về thức ăn. Đây là lợi điểm của nghề nuôi cá, góp phần cho nghề nuôi cá thu lợi cao. 5.4. Ch độ cho ăn: Khẩu ph ần ăn cho cá nuôi, loại thức ăn... thay đổi theo điều kiện môi trườ ng (nhiệt độ nước, hàm lượng Oxy hòa tan, mức độ nhiểm bẩn môi trường nước, thức ăn tự nhiên trong nước...) 5.5. Các hình thức nuôi thủy sản: Ở qui mô nhỏ thường áp dụng nuôi ghép nhiều loài trong cùng thủy vực. Cá có những quan hệ khác loài về mặt dinh dưỡng, thức ăn (cạnh tranh khác loài, tương hổ khác loài, quan hệ hiền dữ...). Vì vậy việc sử dụng thức ăn nuôi cá cũng có những riêng biệt, đặc biệt là quan hệ hổ trợ khác loài. Đối với nuôi công nghiệp thì hoàn toàn phụ thuộc vào thức ăn cung cấp. 7. VẤN ĐỀ SỬ DỤNG THỨC ĂN HIỆN NAY Ở ĐBSCL Đ BSCL là đồng bằng trẻ, trũng, có nhiều dạng hình thủy vực có tổng diện tích rộng lớn rất thuận lợi cho nuôi thủy sản. Thiên nhiên đã ưu đãi ĐBSCL trong việc phát triển sản xuất nông nghiệp và thủy sản. Từ chế độ đất đai thổ nhưỡng đến chế độ khí tượng thủy văn đều thuận lợi cho nuôi thủy sản. 7.1. Nguồn thức ăn nhân tạo Thế mạnh củ a ĐBSCL là sản xuất nông nghiệp, là trung tâm lớ n nhất của cả n ước trong sản xu ất lúa. Nguồn phụ phẩm nông nghiệp dồi dào có thể dùng cho nuôi cá. So với các khu vực khác trong cả nước thì ĐBSCL có nguồn thức ăn tốt phục vụ cho nuôi trồng thủy sản. 7.2. Vấn đề thức ăn tự nhiên Thức ăn tự nhiên ở ĐBSCL rất phong phú. Các nhóm thức ăn tự nhiên đều phong phú từ tảo, động vật nổi, động vật đáy, vi khuẩn, đến các chất hữu cơ. Hàng năm vào thời gian đầu mùa mưa (tháng 5) thường có sự phát triển bùng nổ của các sinh vật thứ c ăn trong nước. S ự phát triển của thức ăn tự nhiên đã góp phần tích cực nâng cao n ăng suất cá nuôi, giảm chi phí thứ c ăn cho cá. Tuy nhiên tiềm năng thức ăn tự nhiên của ĐBSCL chỉ mới được khai thác ở mức thấp. Trong nuôi cá, chưa tận dụng tốt thức ăn tự nhiên (nhất là động vật n ổi) để dùng làm thức ă n cho cá bột mà địa vị của chúng trong rất nhiều trường hợp đã bị thay thế bằng trứng gà, bột đậu nành, bột sữa... là những thức ăn có giá trị. C ũng từ việc coi nhẹ hoặc chư a thấy hết vai trò của thức ăn tự nhiên mà nhóm thức ăn này nhìn chung chưa đượ c chú ý phát triển (k ể cả trong các cơ sở quốc doanh, tập thể, tư nhân...). Vấn đề sử dụng phân bón thúc đẩy sự phát triển của thức ăn tự nhiên chưa được coi trọng ở ĐBSCL. 7.3. Nhận thức về vị trí của thức ăn trong nuôi thủy sản: Do nh ận thức ngày càng rõ về vai trò của nghề nuôi th ủy sản trong sự phát triển kinh tế khu vực, kinh tế gia đình nên vị trí thức ăn ngày càng được đánh giá đúng mức. Những quan niệm nuôi cá không cần cho ăn hoặc cho ăn ít đã dần được thay đổi. Hiện nay đứng về toàn cụ c ở ĐBSCL, thì việc cho cá ăn đã được quan tâm, nhất là đối với hình nuôi cá trong ao, bè ở các tỉnh An Giang, Đồng Tháp. Tuy v ậy, nhiều trường hợp nuôi cá chưa đầu tư thức ăn đúng mức (hình thức nuôi cá ao, mương vườn...). 7.4. Vấn đề ch bi n thức ăn: Tiến bộ về khoa học kỹ thuật trong việc chế biến thức ăn cho cá chư a được áp dụng rộng rãi. Chế biến thức ăn chủ yếu mới tập trung ở các hình thức nuôi cá trong bè, ao thâm canh. Còn lại nhiều địa phương, nhiều cơ sở (quốc doanh, tập thể, tư nhân...) chưa áp dụng các biện pháp kỹ thu ật trong chế biến sử dụng thức ăn (thức ăn viên, vật liệu kết dính...). Một số sử dụng thức ăn tinh hiện nay là dùng thức ăn khô (bột cá, bột đậu nành, bột bắp, cám...) rãi trên mặt nước ao. Như vậy thức ăn sẽ bị lãng phí nhiều, làm giảm hiệu quả cho ăn, rất dể dàng gây ô nhiểm môi trường nước. 7.5. Vấn đề sử dụng thức ăn trong các hình thức nuôi: Hiện nay tuỳ theo đối tượng nuôi và mức độ thâm canh mà người nuôi sử dụng các dạng thức ăn khác nhau để nuôi thủy sản. Trong các mô hình VAC, VACR, hoặc nuôi ao hồ nhỏ, thức ăn chủ yếu là sẵn có từ nông hộ, mứ c đầu tư th ấp. Trong khi nuôi cá, mô hình nuôi cá tra bè và nuôi ao thâm canh, hơn 70% là sử dụng th ức ăn công nghiệp. Một số đối tượng cá đồng như cá lóc đen, lóc bông người dân sử dụng 100% là thức ăn cá tạp. Trong nuôi tôm hiện 80% là các hộ nuôi sử dụng thứ c ăn công nghiệp. Đối với mô hình quảng canh thì gần như người nuôi dựa hoàn toàn vào thức ăn tự nhiên. CHƢƠNG 2: VAI TRÕ VÀ NHU CẦU CÁC CHẤT DINH DƢỠNG ĐỐI VỚI ĐỘNG VẬT THỦY SẢN 1. VAI TRÕ CỦA NĂNG LƢỢNG Năng lượng cần thiết cho mọi hoạt động cần thiết của sinh vật. Động vật không có kh ả năng sử dụng năng lượng từ mặt trời như thực v ật mà chúng phải sử dụng năng lượng từ th ức ăn. Thức ăn sau khi được tiêu hóa sẽ được hấp thu vào cơ thể và thông qua quá trình oxy các chất này sẽ sinh ra năng lượng cho cơ thể động vật hoạt động và phát triển. Mọi quá trình tiêu hóa, trao đổi chất x ảy ra bên trong cơ th ể động vật đều liên hệ đến thay đổi năng lượng. Khả năng cung cấp năng lượng của một loại thức ăn là chức năng rất quan trọng để xác định giá trị dinh dưỡng của thức ăn đó, vì vậy cung cấp năng lượng là một chức năng quan trọng bậc nhất của thức ăn. Đối với động v ật thủ y sản quá trình trao đổi năng lượ ng cũng tương tự như động vật trên cạn, tuy nhiên động vật thủy sản sống dước nước nên không phải tốn chi phí cho quá trình điều hòa thân nhiệt và khả năng thải trực tiếp NH3 ra môi trường ngoài nên cá ít phải chi phí năng lượng hơn. 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƢỢNG SINH HỌC: Calorie (cal) số lượng nhiệt năng cần thiết để làm 1 gam nước nóng lên 1oC, tương đương với 4,184 Joul (J). Joule (J) là đơn vị năng lượng được sử dụng rộng rãi trên thế giới, dùng để diễn tả năng lượng hóa học, cơ học và điện tử cũng như khái niệm về nhiệt. Trong dinh dưỡng học, đơn vị năng lượng thường dùng là calorie g(cal) hay joule (J) hoặc Kcal, KJ. 1 Kcal= 4.19 KJ hay 1KJ = 0.24 Kcal 1 Kcal = 1000 cal; 1 kJ = 1000 J a. Năng lƣợng thô (Gross ennerg -GE) Năng lượng hóa học trong thức ăn được đo bằng phương pháp trực tiếp khi đố t cháy một lượng thức ăn trong calorie kế, nhiệt lượng sinh ra do sự đốt cháy thức ăn này gọi là năng lượng thô. Năng lượng thô tùy thuộ c vào thành phần dinh dưỡng trong thức ăn và có th ể được tính dựa vào năng lượng của protein, lipid và carbohydrate. Các thành phần khác như vitamin và khoáng thì cung cấp một lượng năng lượng không đáng kể. 1 g protein ⇒ 5,65 Kcal 1 g lipid ⇒ 9,45 Kcal 1 1 g carbohydrate ⇒ 4,2 Kcal b. Năng lƣợng thức ăn ăn vào : (Intake of food energ – IE) Khi cho động vật thuỷ sản ăn, một ph ần thứ c ăn không được cá ăn vào mà bị mất đi vào môi trường. Do đó năng lượng thứ c ăn ăn vào (IE) là năng lượng thô của thức ăn được động vật thực sự ăn vào dạ dày. Tại đây một số chất nội sinh như: emzime, tế bào chết, chất nhầy sẽ được thêm vào. Các chất này cùng với một phần thức ăn không được tiêu hóa bị thải ra ngoà c. Năng lƣợng tiêu hóa (Digesti le energy- DE) Là phần năng lượng của thức ăn thự c sự đượ c động vật tiêu hóa. Do đó năng lượng tiêu hóa sẽ bằng năng lượng thức ăn ăn vào (IE) khi trừ đi phần năng lượng thải ra qua phân (FE) DE=IE –FE Phần trăm n ăng lượng tiêu hóa được tính (DE: IE) được gọi là tỉ lệ tiêu hóa năng lượng (Apparent digectibility –AD) d. Năng lƣợng trao đổi (Metabolizable energy - ME ) Năng lượng trao đổi là phần năng lượng tiêu hóa trừ đi một phần năng lượng mất đi do sự bài tiết qua nước tiểu và mang (Waste energy – WE). Năng lượng trao đổ i chất chiếm khoảng 8% năng lượng thô và thay đổi tùy theo chất lượ ng của thức ăn. N ăng lượng trao đổi một phần sử dụng cho năng lượng duy trì (MEm) và mộ t phần sử dụng cho năng lượng sản xu ất (MEp). Năng lượng duy trì được sử dụng cho duy trì trao đổi chất cơ sở, hoạt động, các phản ứng sinh hóa… và kết quả mất nhiệt cho quá trình duy trì (Hm). Một phần của (MEp) sử dụng cho quá trình phân giải protein và lipid (Hp). Như v ậy, tổng lượng nhiệt mất đ i (n ăng lượng tỏa nhiệt - HE) bao gồm: (i) Năng lượng mất đi do quá trình duy trì (Hm); (ii) năng lượng mất đi do quá trình sản xuất (Hp). ME=IE–(FE–WE) d. Năng lƣợng sinh trƣởng (Retained energy- RE) Là phần n ăng lượng thực sự được tích lũy trong cơ thể như protein hoặc lipid. Năng lượng sinh trưởng sau cùng được phân chia thành năng lượng sinh trưởng ở dạng protein (Rep) và năng lượng sinh trưởng ở dạng lipid (Ref). 1.3. SỰ BIẾN ĐỔI NĂNG LƢỢNG TRONG CƠ THỂ ĐVTS 2 Năng lượng từ thức ăn động vật thủy sản ăn vào sẽ được sử dụng cho nhiều quá trình yêu cầu n ăng lượng. Sự phân chia năng lượng sử dụng cho từng chức năng phụ thuộc vào năng lượng ăn vào và khả năng tiêu hóa và hiệu quả sử dụng năng lượng của động vật thuỷ sản. S ự biến đổi n ăng lượng trong cơ th ể cá đượ c Smith (1976) phác họ a qua sơ đồ 3.1. Mức độ cho ăn tăng dần từ trái sang phải, từ 0 đến mứ c ăn tốt đa. Đường thẳng đứng đứt khúc là giới hạn mức cho ăn duy trì. Phía bên trái của đường này th ể hiện năng lượng lấy vào nhỏ hơ n yêu cầu duy trì và và trọng lượng của cá b ị giảm. Phía bên ph ải của đường này là mức năng lượng lấy vào cho cá có khả n ăng sinh trưởng. Xa ra khỏ i khu vực sinh trưởng, nghĩa là lượng cho ăn quá mức thì sinh trưởng của cá sinh trưởng của cũng sẽ cá bị giảm. Như vậy với động vật thủy sản, 1/3 năng lượng mất đi do quá trình bài tiết (trong phân, những phần không tiêu hóa được, nước tiểu và bài tiết qua mang), 1/3 năng lượng dùng cho các hoạt động của cơ thể và 1/3 còn lại dành cho sự sinh trưởng. Các giá trị này thay đổi tùy thuộc mức độ cho ăn và khả năng tiêu hóa thức ăn của cá (Smith, 1989). Như vậy, năng lượng trao đổi chất cơ sở càng thấp thì năng lượng tích lũy cho sinh trưởng càng cao. Đối với năng lượng tỏa nhiệt gồm: trao đổi chất cơ sở (duy trì các hoạt động của động vật TS), duy trì cho sự vận động, phản ứng tổng hợp hay phân giải, lột xác, … đo đó chi phí năng lượng cho quá trình này khác nhau tùy theo loài. Trong một phạm vi nào đó, để hạn chế mất năng lượng nên đảm bảo điều kiện môi trường thích hợp và hạn chế stress hoặc những hoạt động quá mạnh đối với cá. 4. NHU CẦU NĂNG LƢỢNG CỦA ĐỘNG VẬT THỦY SẢN Cũng như các động vật khác, động vật thủy sản cần năng lượng để duy trì hoạt động sống của cơ thể. Năng lượng này dự trữ trong các liên kết hóa học của các chất lấy từ thức ăn và chúng được giải phóng bởi quá trình oxy hóa. Con đường oxy hóa các chất 3 trong thức ăn giải phóng năng lượng ở động vật thủy sản cũng tương tự như động vật trên cạn. Năng lượng sinh ra từ thức ăn sẽ được cơ thể dự trữ lại một phần ở dạng adenosine triphosphate (ATP). Động vật thủy sản là một trong những động vật chuyển hóa năng lượng từ thức ăn để xây dựng cơ thể hiệu quả nhất. Động vật thủy sản sử dụng hiệu quả năng lượng từ thức ăn là do: - ĐVTS có khả năng thải trực tiếp amonia ra môi trường ngoài (85% tổng số N2 thải ra), nên không phải tốn năng lượng để chuyển hóa amonia thành ure hay acid uric. - Chi phí năng lượng cho thực hiện quá trình tiêu hóa và hấp thu chỉ chiếm 3-5% (ME) của năng lượng trao đổi, trong khi ở động vật hữu nhũ là 30%. - Do ĐVTS sống trong môi trường nước có lực đẩy lớn và độ nhớt nên tôm cá ít tiêu hao năng lượng cho sự duy trì thăng bằng cho cơ thể và vận động, vì thế nhu cầu duy trì thấp. - Động vật thuỷ sản là động vật biến nhiệt nên không tiêu tốn nhiều năng lượng để duy trì thân nhiệt. - Năng lượng cho phí cho trao đổi chất cơ sở thấp hơn so với động vật hữu nhũ và chim Nhu cầu năng lượng (thô) trong thức ăn cho tôm sú là khoảng 3100-4000 kcal/kg, cá trơn là 2750-3100 kcal/kg, cá rô phi 2500- 3400 Kcal/kg, cá chép: 2700-3100 kcal/kg, nhóm cá biển: 2700-3700 kcal/kg. 1.5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN NHU CẦU NĂNG LƢỢNG: 1.5.1. Hàm lƣợng protein trong thức ăn Trên thực tế, rất khó xác định nhu cầu năng lượng thực sự của cá mà người ta dựa vào tỉ lệ năng lượng và protein tối ưu. Tỉ lệ tối ưu này rất quan trọng bởi vì nếu thức ăn vượt quá nhu cầu năng lượng sẽ giảm sự bắt mồi của; ngược lại, nếu thức ăn thiếu năng lượng thì protein trước tiên sẽ được dùng để cung cấp năng lượng thỏa mãn nhu cầu của cơ thể. Hầu hết các kết quả nghiên cứu trên cá nheo Mỹ cỡ từ 3-266 g, cho ăn thức ăn nguyên chất và chế biến ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau cho thấy nhu cầu Protein/năng lượng (P/E) thích hợp là 26-30 mg protein/KJ hay 8-9 kcal/g protein (Wilson, 1996). Tỉ lệ P/E của một số loài cá trơn khác cũng tương đương với cá nheo Mỹ, từ 20-30 mg protein/KJ. Đối với tôm sú tỉ lệ P/E 28 mg protein/KJ 4 15.2. Nhiệt độ: Khi nhiệt độ môi trường giảm thấp quá mức cá phải tăng cường quá trình trao đổi chất để cung cấp năng lượng cho quá trình duy trì thân nhiệt. hầu hết cá nước ngọt thì không phải sử dụng năng lượng cho quá trình duy trì này vì khi nhiệt độ môi trường giảm thì nhiệt độ cơ thể giảm và quá trình trao đổi chất cũng giảm. Quá trình trao đổi chất giảm làm cho cá có khả năng sống một thời gian dài trong mùa đông. Phần lớn các loài khi nhiệt độ môi trường tăng quá trình trao đổi chất tăng và cá cũng ăn một lượng thức ăn lớn hơn do đó sinh trưởng của cá cũng tăng lên. Tuy nhiên nếu nhiệt độ tăng quá cao cá sẽ giảm ăn và sinh trưởng sẽ chậm lại. 1.5.3. Dòng chả : Tốc độ dòng chảy quá mạnh sẽ làm cho cá phải chi phí một lượng năng lượng rất lớn cho quá trình chống lải dòng nước. Tuy nhiên nếu dòng chảy quá yếu sẽ làm cho chất thải khó được giải thoát. Do đó trong nuôi cá bè thường FCR cao hơn trong nuôi cá ao, do cá tốn một năng lượng khá lớn cho quá trình chống lại dòng chảy. 1.5.4. Mức độ cho ăn: Mức độ cho ăn có ảnh hưởng đến chi phí năng lượng của động vật thuỷ sản. Khi mức độ cho ăn tăng, ngoài trao đổi chất cơ sở các chi phí cho mọi hoạt động khác đều tăng nhanh do đó năng lượng cũng mất đi nhiều. Tuy nhiên nguồn năng lượng dự trữ cũng được tích lũy nhiều hơn, nghĩa là sinh trưởng của động vật thuỷ sản sẽ tăng. 1.5.5. Kích thƣớc cơ thể: Động vật thuỷ sản nhỏ cần nhiều năng lượng hơn cỡ lớn tính trên một đơn vị trọng lượng do giai đoạn nhỏ là giai đoạn sinh trưởng nhanh. Vì vậy cá nhỏ nên được cho ăn một lượng thức ăn nhiều hơn (%BW) cá lớn. Một vài yếu tố khác cũng ảnh hưởng tới việc sử dụng năng lượng của động vật thuỷ sản như: mật độ nuôi, oxy thấp, lắng đọng chất thải…. 2. VAI TRÕ CỦA PROTEIN Protein là thành phần chất hữu cơ chính của cơ thể ĐVTS, chiếm khoảng 60-75% trọng lượng khô của cơ thể (Halver, 1988). Protein có cấu trúc rất phức tạp. Trong thành phần hóa học của protein có chứa: carbon (50-55%); oxy (22-26%); nitơ (12-19%); hydro (6-8%); và lưu huỳnh (0-2%). Mặc dù chúng rất khác nhau về cấu trúc, chức năng, thành phần hóa học, kích thước...nhưng khi bị thủy phân chúng đều phân hũy thành các axit amin. Nhiệm vụ chính của protein là xây dựng nên cấu trúc của cơ thể. Protein trong thức ăn cung cấp các amino acid nhờ quá trình tiêu hóa và thủy phân. Trong ống tiêu hóa, các 5 amino acid được hấp thu vào máu và đi đến các mô, cơ quan, tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein của cơ thể, phục vụ cho quá trình sinh trưởng, sinh sản và duy trì cơ thể. Do đó, nếu thức ăn không cung cấp đủ nhu cầu protein cho cá sẽ dẫn đến cá chậm lớn, hoặc ngừng tăng trưởng, thậm chí có thể giảm trọng lượng. Mặt khác, nếu lượng protein trong thức ăn vượt quá nhu cầu thì chỉ một phần được sử dụng để tạo protein mới, phần còn lại sẽ được chuyển sang dạng năng lượng, điều này sẽ làm tăng giá thành thức ăn không cần thiết. Chính vì vậy, các nhà khoa học rất chú ý và đã nghiên cứu nhu cầu protein và amino acid của cá, bắt đầu từ những năm 50, đến nay, phần lớn các đối tượng nuôi quan trọng và phân bố rộng trên toàn thế giới đã được nghiên cứu về lĩnh vực này. 2.1. VAI TRÕ CỦA PROTEIN - Là thành phần chủ yếu tham gia cấu tạo cơ thể, thay tổ chức cũ xây dựng tổ chức mới. - Các acid amin (AA) sẽ tham gia vào các sản phẩm protein đặc biệt có hoạt tính sinh học cao (hormon, enzyme). - AA sẽ tham gia quá trình tạo thành năng lượng ở dạng trực tiếp hay tích lũy ở dạng glucogen hay lipid. Với những chức năng quan trọng trên, không có vật chất nào có khả năng thay thế protein trong cơ thể. Khi thức ăn thiếu protein thì động vật chậm sinh trưởng, chậm phát dục, sức sinh sản giảm. Do đó, protein là chất dinh dưỡng được đặc biệt chú ý trong thức ăn. Mục đích của nuôi động vật thủy sản là biến đổi protein từ thức ăn (tự nhiên và nhân tạo) thành protein cấu tạo cơ thể động vật thủy sản có chất lượng cao. 2.2. NHU CẦU PROTEIN CỦA ĐỘNG VẬT THỦY SẢN 2.2.1. Định nghĩa Nhu cầu protein là lượng protein tối thiểu có trong thức ăn nhằm thoả mãn yêu cầu các amino acid để đạt tăng trưởng tối đa ( NRC, 1993) Nhu cầu protein tương đối: Tính theo mức protein trong thức ăn Nhu cầu protein tuyệt đối là lượng protein động vật thủy sản lấy từ thức ăn trên một đơn vị thể trọng của động vật thủy sản (tính theo gam protein trong thức ăn trên một kg ĐVTS) 2.2.2. Nhu cầu protein Nhu cầu protein của động vật thủy sản thường lớn hơn động vật trên cạn. Nhu cầu protein của cá dao động trong khoảng từ 25 đến 55%, trung bình 30%, giáp xác từ 3060%. Nhu cầu protein tối ưu của một loài nào đó phụ thuộc nguồn nguyên liệu làm thức ăn (tỉ lệ protein và năng lượng, thành phần amino acid và độ tiêu hóa protein), giai 6 đoạn phát triển của cơ thể, các yếu tố bên ngoài khác. Khi động vật thủy sản sử dụng thức ăn không có protein thì cơ thể giảm khối lượng, bởi vì chúng sẽ sử dụng protein của cơ thể để duy trì các chức năng hoạt động tối thiểu của cơ thể để tồn tại. Trái lại nếu thức ăn được cung cấp quá nhiều protein thì protein dư không được cơ thể hấp thu để tổng protein mới mà sử dụng để chuyển hóa thành năng lượng hoặc thải ra ngoài. Thêm vào đó cơ thể còn phải tốn năng lượng cho quá trình tiêu hóa protein dư thừa, vì thế sinh trưởng của cơ thể giảm. 2.5 . NHU CẦU VỀ ACID AMIN Khi nói đến protein, người ta không chỉ quan tâm đến hàm lượng của nó trong thức ăn mà còn chú ý đến các acid amin tham gia cấu tạo nên protein (đặc biệt là thành phần và tỷ lệ các acid amin thiết yếu trong protein). Nhu cầu protein nói một cách chính xác hơn đó chính là nhu cầu amino acid. Ngoài nhiệm vụ chính là cấu tạo nên protein, chúng còn là tiền chất của một số sản phẩm trao đổi chất khác. Có hai loại amino acid: thiết yếu và không thiết yếu. 2.2.5.1 Acid amin không thi t u AA không thiết yếu là những AA mà cơ thể sinh vật tự tổng hợp được từ thức ăn. Chúng bao gồm: Alanin, Glycin, Serin, Tyrosin, Polin, Cystein, Cystin. 2.5.2 Acid amin thi t u Nhu cầu về amino acid thiết yếu được nghiên cứu nhiều bởi vì cá không thể tổng hợp được chúng mà phải lấy từ thức ăn. Cũng như động vật bậc cao, các loài động vật thủy sản nói chung cần 10 loại amino acid, gồm: arginin, histidin, isoleucin, leucin, lysin, methionin, phenillalanin, threonin, tryptophan và valin (Halver, 1989). Trong 10 amino acid kể trên có methionine và pheninlalanine có quan hệ mật thiết với amino acid không thiết yếu tương ứng là cystine và tyrosine. Khi có mặt cystine và tyrosine trong thức ăn thì nhu cầu methionine và pheninlalanine sẽ giảm. Cystin có thể thay 1/ 2 nhu cầu Methionin (Cystin và Methionin là 2 acid amin cùng có S). Chẳng hạn một khẩu phần có 0.5% Cystin và 0.2% Methionin mà nhu cầu của một loài nào đó là 0.8%, như vậy khẩu phần còn thiếu 0.6% Methionin (0.8-0.2). Ở đây Cystin có 0.5% mà Cystin có khả năng thay thế cho 1/2 nhu cầu Methionin (tức 0.4%) như vậy trong trường hợp này nhu cầu 0.8% về Methionin đã được đáp ứng 0.6% chỉ còn thiếu 0.2%. Ở cá nheo Mỹ, cystine có thể thay thế 60% methionin. Tyrosin có khả năng thay thế cho 30% nhu cầu của Phenylalanin (2 acid amin này cùng có gốc phynyl). 7 2.6. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN NHU CẦU PROTEIN 2.6.1. Năng lƣợng của thức ăn: Do động vật thuỷ sản có khả năng sử dụng năng lượng biến dưỡng từ nguồn protein trong thức ăn nên nhu cầu protein của chúng có khả năng giảm khi mức năng lượng trong thức ăn tăng lên. Nhưng nếu thức ăn quá giàu năng lượng thì sẽ hạn chế sự tiêu thụ thức ăn của động vật thủy sản vì chúng sẽ ngưng bắt mồi khi thỏa mãn nhu cầu năng lượng (Lee và Putnam, 1973; Page và Andrew, 1973). Do đó hàm lượng protein tối ưu cho ĐVTS chịu ảnh hưởng bởi tỷ lệ tối ưu giữa protein và năng lượng. Protein trong thức ăn (mg hoặc g) Tỷ lệ protein/năng lượng (P/E) = ------------------------------------------------Năng lượng trong thức ăn (KJ/Kcal) Tỷ lệ P/E tối ưu cho động vật thuỷ sản có sự thay đổi tuỳ theo loài, tuy nhiên thường lớn hơn 20 mg/kJ cao hơn nhiều so với động vật trên cạn., do nhu cầu protein của ĐVTS cao. Tỉ lệ P/E thay đổi theo yếu tố môi trường như dòng chảy, nhiệt độ, thành phần thức ăn… Bảng 5.4: Tỉ lệ P/E cho tăng trƣởng tối ƣu của một số loài tôm cá: Loài % Protein P/E (mg/kj) Tác giả Tôm sú 37 28 Aquacop, 1977 Tôm thẻ 37 26.5 Segweck, 1979 37 19.1 Cousin, 1992 30 21.5 Dokken, 1987 He Nhật bản 37 21.5 – 28.6 Koshio, 1992 Cá nheo Mỹ 22.2 – 28.8 19.3 – 23.2 Page, 1973 Cá rô phi 30 24.6 El Sayed (1987) Cá chép 31.5 25.8 Takeuchi (1979) Cá trê phi 40 18.6 Machiel (1985) Thẻ chân trắng 8 2.6.2. Chất lƣợng và loại thức ăn sử dụng: Nhu cầu protein tối ưu của cá chịu ảnh hưởng các yếu tố của thức ăn thí nghiệm như thành phần amino acid, khả năng tiêu hóa protein và tỉ lệ các nguồn cung cấp năng lượng khác như lipid và carbohydrate. Tùy theo loài mà khả năng chia sẻ năng lượng của lipid và carbohydrat với protein khác nhau. 2.6.3. Giai đoạn phát triển: Động vật thuỷ sản còn nhỏ, tốc độ tăng trưởng nhanh nên cần mức protein cao hơn so với cá lớn. Đối với cá rô phi, giai đoạn 1-5 gam nhu cầu protein là 30-40%, giai đoạn 5-25 g: 25-30% và lơn hơn 25 g là 20-25% protein trong thức ăn .Ở giai đoạn sinh sản, nhu cầu protein của động vật thuỷ sản cao hơn so với giai đoạn sinh trưởng, vì giai đoạn này chúng cần một lượng protein cao để phát triển tuyến sinh dục. Ví dụ: nhu cầu dinh dưỡng của tôm càng xanh ở giai đoạn sinh trưởng khoảng 25-28% protein trong thức ăn, nhưng ở giai đoạn thành thục sinh dục, nhu cầu này phải tăng lên hơn 40%. Bảng 5.5. Nhu cầu protein của cá Tra theo giai đoạn phát triển Cỡ cá (%) Hàm lượng protein (%) 5- 50 g 34 - 36 50 - 100 32 - 34 100 - 300 30 - 32 300- 500 28 - 30 >500 24 – 26 2.6.4. Môi trƣờng nuôi dƣỡng: Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ mặn cũng có ảnh hưởng đến nhu cầu protein của động vật thủy sản. Khi nhiệt độ tăng, sự sinh trưởng của cá cũng tăng lên dẫn đến nhu cầu protein cũng tăng theo. Ngoài ra, nhu cầu protein của cá tăng còn có thể do sự bài tiết nitơ trong quá trình dị hóa nitơ của cơ thể tăng lên. Đối với những loài cá rộng muối, khi độ mặn gia tăng, nhu cầu protein cũng tăng độ tổng hợp và biến dưỡng các 9