Luận văn Nghiên cứu công nghệ sản xuất thức ăn công nghiệp cho cá mú chấm cam (epinephelus coioides) nuôi thương phẩm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -----------\[----------- NGUYỄN VĂN NGUYỆN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỨC ĂN CÔNG NGHIỆP CHO CÁ MÚ CHẤM CAM (Epinephelus coioides) NUÔI THƯƠNG PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2011 LỜI CAM ĐOAN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------------------------- Nguyễn Văn Nguyện NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỨC ĂN CÔNG NGHIỆP CHO CÁ MÚ CHẤM CAM (Epinephelus coioides) NUÔI THƯƠNG PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm đại cương Mã số: 2.11.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI. 2. TS. NGUYỄN VĂN HẢO CÁN BỘ PHẢN BIỆN ĐỘC LẬP 1. GS.TS. HOÀNG ĐÌNH HÒA 2. GS.TS. TRẦN THỊ LUYẾN Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2011 LỜI CẢM TẠ Trước tiên tôi xin gửi tới ban lãnh đạo Đại Học Quốc Gia, BGH Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM, Viện Nghiên Cứu Nuôi Trồng Thủy sản II, Khoa Công Nghệ Hóa Học, Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm và phòng quản lý KH & SĐH của Trường ĐHBK TpHCM sự kính trọng và tự hào đã được học tập, nghiên cứu tại trường ĐHBK và Viện NCNT TS 2 trong những năm qua. Xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất tới các Thầy PGS.TSKH Lê Xuân Hải, TS. Nguyễn Văn Hảo đã tận tình hướng dẫn, động viên, khích lệ và đưa ra những chỉ dẫn quí báu trong suốt thời gian làm luận án, giúp tôi hoàn thành tốt công trình nghiên cứu. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo công tác tại bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM. Đặc biệt Thầy Lê Văn Việt Mẫn, Côâ Đống Thị Anh Đào đã hết lòng giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài. Xin cảm ơn sự giúp đỡ chân thành của tất cả các anh chị em thuộc Trung Tâm Công Nghệ STH, đặc biệt Thầy Lê Đức Trung, anh Nguyễn Tiến Lực, chị Bạch Thị Quỳnh Mai, những người đã hết lòng giúp đỡ, hỗ trợ, chia sẻ các kinh nghiệm quí giá và là những cộng sự tuyệt vời nhất mà tôi may mắn được học hỏi và làm việc. Xin cảm ơn tập thể cán bộ thuộc bộ môn cá biển của Trung Tâm Quốc Gia Giống Hải Sản Nam Bộ tại Vũng Tàu, nơi đã giúp tôi nghiên cứu thành công nuôi in vivo đánh giá hiệu quả thức ăn. Tác giả luận án Nguyễn Văn Nguyện i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2011 Tác giả luận án Nguyễn Văn Nguyện ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan .........................................................................................................i Mục lục ................................................................................................................ ii Chữ viết tắt ..........................................................................................................vi Các ký hiệu cơ bản ........................................................................................... viii Danh mục các bảng .............................................................................................ix Danh mục các hình vẽ và đồ thị ..........................................................................xi Mở đầu..................................................................................................................1 Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU...........................................................................5 1.1. Đặc điểm dinh dưỡng và khả năng tiêu hóa của cá mú chấm cam .........5 1.1.1. Thức ăn, thói quen và tập tính ăn của cá mú ..............................................6 1.1.2. Nhu cầu dinh dưỡng của cá mú chấm cam .................................................7 1.1.2.1. Nhu cầu protein .......................................................................................7 1.1.2.2. Nhu cầu carbohydrate..............................................................................9 1.1.2.3. Nhu cầu lipid..........................................................................................10 1.1.2.4. Nhu cầu vitamin và khoáng chất ...........................................................11 1.1.2.5. Nhu cầu năng lượng và cân bằng năng lượng........................................12 1.1.3. Khả năng tiêu hóa của cá mú chấm cam..................................................14 1.2. Đặc tính lý, hóa của một số nguyên liệu chính trong sản xuất thức ăn nuôi thủy sản .................................................................................................... ..16 1.2.1. Đặc tính của một số nguyên liệu chính trong sản xuất thức ăn nuôi thủy sản ......................................................................................................................... 16 1.2.1.1. Bột cá...............................................................................................................16 1.2.1.2. Bã nành ........................................................................................................17 1.2.1.3. Bột mì và gluten bột mì .........................................................................17 1.2.1.4. Dầu thủy sản .................................................................................................18 1.3. Công thức thức ăn vật nuôi thủy sản ............................................................20 1.4. Công nghệ sản xuất thức ăn công nghiệp nuôi thủy sản .......................24 1.4.1. Hiện trạng thức ăn nuôi cá mú trong và ngoài nước ...................................24 1.4.2. Qui trình công nghệ sản xuất thức ăn thủy sản ...........................................25 1.4.3. Tạo viên bằng phương pháp ép đùn .........................................................27 1.4.4. Kỹ thuật ép đùn khô .................................................................................28 1.4.5. Sự biến đổi của thực phẩm trong quá trình chế biến và bảo quản............29 1.4.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép đùn .............................................31 1.5. Một số đặc tính vật lý của thức ăn ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng thức ăn trong nuôi trồng thủy sản ...........................................................................33 iii 1.5.1. Dung trọng ................................................................................................34 1.5.2. Kích thước và hình dạng ...........................................................................35 1.5.3. Độ bền trong nước ...................................................................................35 Chương 2 - VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ........................................................... 38 2.1. Đối tượng, vật liệu và thiết bị nghiên cứu ...............................................38 2.1.1. Cá mú giống chấm cam ............................................................................38 2.1.2. Một số nguyên liệu chính dùng trong nghiên cứu ....................................38 2.1.3. Thiết bị nghiên cứu...................................................................................39 2.1.3.1. Thiết bị ép đùn một trục vít ...................................................................39 2.1.3.2. Hệ thống thiết bị nghiên cứu tiêu hóa in vivo........................................40 2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................40 2.2.1. Phương pháp luận tiếp cận hệ thống.........................................................40 2.2.2. Phương pháp phân tích, xác định đặc điểm sinh hóa và khả năng tiêu hóa của cá mú chấm cam ...................................................................................42 2.2.2.1. Xác định các thành phần khối lượng của cá. .........................................42 2.2.2.2. Xác định enzyme tiêu hóa .....................................................................42 2.2.2.3. Điện di SDS-PAGE phát hiện hoạt tính enzym . ...................................42 2.2.2.4. Xác định hoạt độ pepsin. .......................................................................43 2.2.2.5. Xác định hoạt độ amylase (I.S.E, 2003)................................................43 2.2.2.6. Xác định hoạt độ chymotrypsin .............................................................43 2.2.2.7. Xác định hoạt độ trypsin........................................................................43 2.2.2.8. Xác định tỉ lệ acid amin thiết yếu trong thức ăn ................................... 43 2.2.2.9. Phương pháp đánh giá khả năng tiêu hóa in vivo .................................. 44 2.2.3. Phương pháp phân tích, xác định các đặc tính lý, hóa của nguyên liệu ...47 2.2.4. Phương pháp nghiên cứu công nghệ sản xuất thức ăn nuôi cá mú chấm cam ....................................................................................................................47 2.2.4.1. Phương pháp đo và xác định các thông số công nghệ ...........................47 2.2.4.2. Phương pháp thống kê thực nghiệm ......................................................49 2.2.4.3. Tối ưu hóa đa mục tiêu bằng phương pháp vùng cấm ...........................49 2.3. Phương pháp nuôi đánh giá hiệu quả thức ăn ..........................................51 2.3.1. Bố trí thí nghiệm .....................................................................................51 2.3.2. Đánh giá hiệu quả thức ăn ........................................................................52 2.4. Phương pháp mô tả, phân tích, xử lý số liệu.............................................52 iv Chương 3 – KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN 3.1. NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÁ MÚ CHẤM CAM VÀ ĐẶC TÍNH LÝ, HÓA CỦA NGUYÊN LIỆU LÀM CƠ SỞ XÂY DỰNG CÔNG THỨC THỨC ĂN .................................................................................................................53 3.1.1. Đặc điểm sinh học của cá mú chấm cam..................................................53 3.1.1.1. Đặc điểm về thành phần khối lượng......................................................53 3.1.1.2. Thành phần hóa học ..............................................................................53 3.1.1.3. Thành phần acid amin của cá giống nguyên con...................................54 3.1.1.4. Thành phần acid amin thiết yếu của cá giống ......................................55 3.1.1.5. Thành phần acid béo của cá ..................................................................57 3.1.1.6. Đặc điểm cấu tạo hệ tiêu hóa chính của cá mú chấm cam....................58 3.1.1.7. Điện di phát hiện hoạt tính enzym tiêu hóa...........................................59 3.1.1.8. Hoạt tính enzyme ở các cơ quan tiêu hóa..............................................60 3.1.2. Nguyên liệu trong sản xuất thức ăn vật nuôi thủy sản .............................62 3.1.2.1. Mô hình nguyên liệu trong sản xuất thức ăn vật nuôi thủy sản .............62 3.1.2.2. Nguyên liệu cung cấp protein................................................................64 3.1.2.3. Nguyên liệu cung cấp carbohydrate......................................................69 3.1.3. Khả năng tiêu hoá biểu kiến của cá mú chấm cam..................................70 3.2. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG THỨC THỨC ĂN NUÔI CÁ MÚ CHẤM CAM ................................................................................................................. 73 3.2.1. Lựa chọn nguyên liệu ...............................................................................73 3.2.2. Thiết lập hàm mục tiêu cho bài toán tối ưu hóa CTTA ............................75 3.2.3. Tỉ lệ và vai trò của nguyên liệu trong xây dựng CTTA ...........................77 3.2.4. Tối ưu hóa đa mục tiêu trong bài toán xây dựng CTTA...........................79 3.3. NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH VÀ CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỨC ĂN NUÔI CÁ MÚ CHẤM CAM ............................................................. 86 3.3.1. Nghiên cứu qui trình công nghệ sản xuất thức ăn nuôi cá mú chấm cam.86 3.3.2. Nghiên cứu quá trình tạo viên thức ăn nuôi cá mú chấm cam..................87 3.3.2.1. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ ép đùn đến dung trọng của viên thức ăn ...............................................................................................................87 3.3.2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ ép đùn đến độ bền trong nước của viên thức ăn..................................................................................................94 3.3.2.3. Tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình ép đùn tạo viên thức ăn nuôi cá mú chấm cam bằng phương pháp vùng cấm.............................................................94 3.3.3. Qui trình công nghệ sản xuất thức ăn nuôi cá mú chấm cam .................103 v 3.4. NUÔI KHẢO NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ THỨC ĂN ......................106 3.4.1. Thành phần lý, hóa của thức ăn..............................................................106 3.4.2. Phân tích, đánh giá chỉ tiêu môi trường nước nuôi .................................109 3.4.3. Đánh giá tăng trưởng của cá nuôi ...........................................................111 3.4.4. Tỷ lệ sống của cá thí nghiệm .................................................................113 3.4.5. Hệ số chuyển đổi thức ăn của cá thí nghiệm ..........................................114 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 115 Kết luận ..........................................................................................................115 Kiến nghị ..........................................................................................................116 DANH MỤC CÔNG TRÌNH .....................................................................................117 TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................119 vi CHỮ VIẾT TẮT a.a Axit amin (amino acid). AOAC Hiệp hội phân tích (Association of Analytical communities). ANOVA Phân tích phương sai (Analysis Of Variance). ADMD Tiêu hóa chất khô biểu kiến (Apparent Dry Matter Digestibility). ACPD Tiêu hóa protein thô biểu kiến (Apparent Crude Protein Digestibility) ADCP Chương trình liên kết và phát triển thủy sản (Aquaculture Development & Coordination Program). APHA American Public Health Association BTTƯ Bài toán tối ưu. CC Chấm cam. CP Protein thô (Crude protein). CL Béo (Crude Lipid). CF Xơ thô (Crude Fibre). CA Tro thô (Crude Ash). CTTA Công thức thức ăn. DE Năng lượng tiêu hóa (Digestible energy). DHA Docosahexanonic acid. EFAs Các acid béo thiết yếu (Essential Fatty Acids). EAAs Các acid amin thiết yếu (Essential Amino Acids). E.coioides Epinephelus coioides. FCR Hệ số chuyển đổi thức ăn (Feed conversion ratio). GE Năng lượng tổng (Gross energy). HPLC Sắc ký lỏng cao áp (High pressure liquid chromatography). vii HUFA Acid béo cao không no (High unsaturated fatty acids). HTST Nhiệt độ cao thời gian ngắn (High temperature short time). HMT Hàm mục tiêu. K-V Khoáng – Vitamin. L-AA Vitamin C (L-acid ascorbic). LP Qui hoạch tuyến tính (Linear Programming). M Độ ẩm (Moisture). ME Năng lượng biến dưỡng (Metabolizable energy). NCNT TS2 Nghiên Cứu Nuôi Trồng Thủy Sản 2. NT Nghiệm thức. NFE Dẫn xuất không đạm (Nitrogen Free Extract). NRC Hội đồng nghiên cứu quốc gia (National Research Council). PUFA Acid béo cao không no (Polyunsaturated fatty acid). RSM Bề mặt đáp ứng (Response Suface Methodology). S-SDS-PAGE Điện di cơ chất SDS-PAGE (Substrate Sodium Dodecylsulfate Polyacrylamite gel electrophoresis) SFS Các loài ăn chậm (Slow Feeding Species). SGR Tốc độ tăng trưởng đặc biệt (Specific Growth Rate). SX Sản xuất. T Nhiệt độ (Temperature). TAN Total ammonia nitrogen. TLS Tỉ lệ sống TTQGGHSNB Trung Tâm Quốc Gia Giống Hải Sản Nam Bộ. UPC Phương pháp tạo viên kết hợp (Universal Pellet Cooking). WS Độ bền trong nước (Water Stability). viii CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN Ai Giá trị mật độ quang (OD) tại các ống đo. ai (%) Tỉ lệ a.a thiết yếu thứ i. Ci Giá trị tạo thành vùng cấm. Ca/P Tỉ lệ calcium / phosphor. Di-Ca-P Di calcium phosphate. F (g/ph) Tốc độ cấp liệu. H (mm) Chiều cao viên. h Giờ Ii Hàm mục tiêu trung gian. ki a.a thứ i trong cơ thịt cá. m Tổng lượng premix (vitamin, khoáng) và chất bổ sung. M (%) Độ ẩm vật liệu. P/E Tỉ lệ protein / năng lượng. ri Hàm mục tiêu thành phần thứ i. R (ZR) Nghiệm Pareto tối ưu. T (ph) Thời gian đo. T (t0C) Nhiệt độ vùng ép. Xi Tỉ lệ thành phần của nguyên liệu thứ i trong CTTA. XiR Nghiệm tối ưu. Yi Hàm mục tiêu thứ i trong CTTA. ∂ (g/cm3) Dung trọng. ζ (ph) Độ bền trong nước. Ø Đường kính viên thức ăn. ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Thông số thiết bị ép đùn một trục vít ...................................................... 39 Bảng 2.2. Thành phần nguyên liệu của 05 NT thí nghiệm ...................................... 45 Bảng 3.1. Thành phần hóa học của phi lê cơ thịt cá thương phẩm........................... 53 Bảng 3.2. Thành phần các acid amin của cá giống cỡ 50 g...................................... 54 Bảng 3.3. Thành phần các EAAs của cá giống cỡ 50 g............................................ 55 Bảng 3.4. Thành phần EAAs (%) và tyrosine, cystine trong cơ thể cá ................... 56 Bảng 3.5. Thành phần acid béo (% tổng acid béo) ................................................. 57 Bảng 3.6. Hoạt tính enzyme trong các cơ quan tiêu hóa ......................................... 61 Bảng 3.7. Đặc tính vật lý của bột cá ........................................................................ 64 Bảng 3.8. Thành phần hóa học của một số loại bột cá ............................................ 65 Bảng 3.9. Đặc tính cảm quan của một số bột cá ...................................................... 66 Bảng 3.10. Đặc tính vật lý của bã nành ................................................................... 67 Bảng 3.11. Đặc tính cảm quan của bã nành ............................................................. 68 Bảng 3.12. Thành phần hóa học của 05 NT thí nghiệm .......................................... 70 Bảng 3.13. Tiêu hóa ACPD và ADMD (%) ............................................................ 70 Bảng 3.14. Thành phần và dạng nguyên liệu trong CTTA ..................................... 75 Bảng 3.15. Các biế