[Tạp chí Người Nuôi Tôm] – Bài viết này đưa ra một khái niệm đã được cấp bằng sáng chế, Mash Hydrolysation™ là một phương pháp sinh hóa để đưa độ ẩm vào thành phần hóa học của thức ăn cho tôm nhằm giải quyết nguyên nhân gốc rễ của thức ăn viên được xử lý kém.

Ép đùn là một phương pháp xử lý nhiệt cao trong thời gian ngắn liên quan đến việc tăng dần áp suất, nhiệt, lực cắt cơ học và vật liệu có độ ẩm cao giúp phá vỡ cấu trúc tinh bột và protein của thức ăn chế biến một cách hiệu quả. Điều này dẫn đến quá trình hồ hóa tinh bột cao hơn và giải phóng protein để có khả năng tiêu hóa và hiệu suất tăng trưởng tốt hơn, tính toàn vẹn của viên thức ăn tốt giúp ngăn chặn sự hao hụt chất dinh dưỡng vào hệ thống nước ao.

Thức ăn ép đùn cũng có một nhược điểm, đó là quá trình sấy khô có thể gây ra sự thoái hóa tinh bột tạo ra sản phẩm tinh bột kháng (resistant starch) và phá hủy vitamin. Cho dù bạn đang tranh luận về nhu cầu thay đổi sang sản xuất thức ăn bằng phương phép ép đùn với chi phí vốn cao đi kèm với nó, thì đối với thức ăn ép viên khía cạnh quan trọng nhất là tinh bột và protein không được xử lý tốt hoàn toàn.

Vì thế, Chỉ số độ bền của viên nén (Pellet Durability Index – PDI) đơn thuần là thước đo độ bền của bên ngoài viên thức ăn (tính nguyên vẹn của bề mặt viên thức ăn). Khi dùng dao cắt một viên thức ăn thường thấy lớp bên ngoài giòn và phần trung tâm liên kết rất lỏng lẻo (Hình 4). Đây là lý do PDI được cải thiện khi có nhiều độ ẩm bề mặt hơn trong hỗn hợp nóng và với độ nén khuôn cao hơn được sử dụng để sản xuất thức ăn cho tôm.

Các thông số quan trọng trong quá trình ép viên:

• Quá trình nghiền nguyên liệu thành bột.
• Bổ sung một lượng nước cao vào máy trộn.
• Kéo dài thời gian trộn.
• Thời gian dừng điều hòa lâu.
• Kéo dài quá trình điều hòa sau.
• Kích thước viên thức ăn nhỏ, từ 1.2 – 1.8mm.
• Độ nén khuôn cao – 24-26 (độ dày khuôn liên quan đến kích thước viên thức ăn).

Hình 1. Sơ đồ tóm tắt về vai trò then chốt của quá trình chế biến thức ăn chăn nuôi đối với chất lượng thức ăn

Phản ứng Maillard là một phản ứng giữa lysine và một số axit amin khác với các loại đường khử như glucose (Hình 2). Phản ứng này ảnh hưởng đến chất lượng protein và rất quan trọng đối với dinh dưỡng của tôm. Như chúng ta đã biết, phản ứng Maillard liên kết với lysine, vì thế làm cho lysine không phản ứng và cản trở việc vận chuyển các chất dinh dưỡng dự trữ đến cơ bắp để phát triển.

Một câu hỏi đặt ra rằng các thành phần của phản ứng Maillard liệu có ảnh hưởng tiêu cực đến chức năng chung của gan thận không (chuyển hóa lipid và carbohydrate, năng lượng cho quá trình lột xác, điều hòa phản ứng miễn dịch) hay vẫn chưa có tài liệu đầy đủ để chứng minh. Tuy nhiên, các thành phần này có khả năng ảnh hưởng đến sự hấp thu và dự trữ các chất dinh dưỡng, tổng hợp và tiết ra các enzym tiêu hóa để tiêu hóa thức ăn.

Hình 2. Phản ứng Maillard trong sản xuất thức ăn chăn nuôi.

Forensix Feed Science™ (FFS) là một công cụ có thể giúp giải thích rõ các vấn đề về chất lượng thức ăn, chất lượng nước ao, dịch bệnh, năng suất trang trại kém và tỷ lệ sống thấp. FFS cũng cung cấp thông tin chi tiết các yếu tố bên trong chất lượng thức ăn tôm chế biến so với phân tích hiện tại là phân tích hóa học ướt để kiểm tra quá trình hồ hóa tinh bột, PDI và độ ổn định của nước (Hình 3, 4).

Quá trình xử lý tinh bột/ protein kém ảnh hưởng đến độ kết dính của viên thức ăn, giá trị năng lượng và giá trị thức ăn. Thức ăn viên có thể rất ổn định trong nước, nhưng nếu liên kết giữa các hạt kém trong toàn bộ viên thức ăn, các mảnh vụn thức ăn có thể dễ dàng rơi ra khi tôm đang ăn. Thất thoát chất dinh dưỡng và các hạt thức ăn thừa làm ô nhiễm nước, và chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến sự ổn định của chất lượng nước ao và sức khỏe của hệ sinh thái trong ao.

Hình 3. Các giai đoạn của quá trình hồ hóa

Những thay đổi về hình thái của hạt tinh bột ngô trong suốt quá trình hồ hóa thông qua khả năng khúc xạ kép ánh sáng phân cực (khả năng lưỡng chiết) khi được quan sát dưới kính hiển vi kỹ thuật số. Khi tinh bột bắt đầu hồ hóa với đủ độ ẩm và nhiệt độ, nhận thấy được sự gia tăng kích thước hạt, mất tính toàn vẹn, sự phá vỡ hạt và sau cùng là mất khả năng lưỡng chiết.

Hình 4. Thức ăn nuôi tôm tiêu chuẩn

(i) Tinh bột được xử lý kém với khả năng lưỡng chiết, độ ẩm không thấm vào hạt tinh bột; (ii) Mức độ tinh bột kết tinh có thể nhìn thấy cao cho thấy thiếu độ ẩm làm ẩm các hạt tinh bột. Khi đủ độ ẩm xâm nhập vào hạt, các vùng vô định hình của hạt sẽ hấp thụ độ ẩm và trương nở, dẫn đến sự tách chuỗi tinh bột khỏi các tinh thể. Đủ nước làm giảm điểm nóng chảy của tinh bột và dẫn đến sự tan chảy nhanh chóng của các tinh thể ở nhiệt độ cao; (iii) Liên kết hạt kém; (iv) Màu tối cho thấy màu nâu từ phản ứng Maillard. Đủ độ ẩm ngăn chặn sự phá vỡ các liên kết glycosid giữ glucose với carbohydrate.

Mash hydrolysation

Toàn bộ nghiên cứu xung quanh việc ép viên thức ăn tập trung vào quá trình thủy phân và nấu chín tinh bột và protein thích hợp. Để điều này xảy ra, độ ẩm cần phải xâm nhập vào cấu trúc của thức ăn chăn nuôi. Tuy nhiên, chỉ tính phân cực của các phân tử nước là không đủ để phá vỡ liên kết hydro của cấu trúc tinh bột và protein.

DMX chứa các ion điện tích dương (cation) hóa trị hai được gọi là “chất phá vỡ cấu trúc” với mật độ điện tích cao có khả năng phá vỡ liên kết hydro của tinh bột và protein. Các cation này cũng có độ phân cực cao, do đó thu hút mạnh các phân tử nước. Khi các liên kết hydro bị phá vỡ, độ ẩm có thể xâm nhập tự do vào hạt tinh bột, dẫn đến trương nở, vỡ và tan chảy tinh bột vô định hình và tinh thể tinh bột, dẫn đến quá trình hồ hóa tinh bột không thể đảo ngược.Giải pháp hóa sinh này rất quan trọng để kích hoạt độ ẩm trong hóa chất thức ăn chăn nuôi trong quy trình ép viên thức ăn bán khô.

Chất phá vỡ cấu trúc hoạt động như công cụ mở cổng vào cấu trúc protein tự nhiên. Nó phá vỡ cấu trúc vốn có và hình thành một cấu trúc mới. Sự hiện diện của các ion DMX cũng làm giảm lực đẩy tĩnh điện ngăn chặn sự hình thành gel của các protein tích điện âm và giúp tổng hợp protein bị biến tính, kết nối chúng thành một mạng mong muốn. Điều này có thể được quan sát dưới Hình ảnh từ SEM và Hình ảnh thức ăn (Hình 5, 6).

Hình 5. Hình ảnh từ Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy “chất phá vỡ cấu trúc” đang hoạt động trên các hạt tinh bột và protein.

Hình 6. Tinh bột hồ hóa củng cố cấu trúc protein biến tính tạo thành một mạng lưới đan vào nhau với khả năng giữ nước trong mạng lưới

Độ ẩm đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình sản xuất thức ăn. Nó là một trong ba yếu tố liên quan đến việc nấu thức ăn, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và thời gian. Công nghệ quản lý độ ẩm hiệu quả xác định xem độ ẩm có được sử dụng “hữu dụng” hay không bằng cách hút độ ẩm vào thành phần hóa học của thức ăn để quá trình thủy phân tinh bột và protein diễn ra đúng cách, góp phần tạo ra những thay đổi hóa học tích cực đối với tinh bột và protein, điều này quyết định rất nhiều đến hiệu quả sản xuất và chất lượng thức ăn chế biến.

Tính toàn vẹn của bề mặt viên thức ăn (từ độ nén cao/làm khô/sử dụng chất kết dính viên) giúp ổn định trong nước. Tuy nhiên, chúng ta cần quan tâm đến hàm lượng bên trong viên nén. Thức ăn có thể bị vỡ vụn và phân hủy khi tôm đang ăn.

Hình 7. Kết quả từ hai phương pháp khác nhau: Xử lý X (sử dụng chất hoạt động bề mặt) và Xử lý Y với DMX (Khái niệm Mash Hydrolysation™). Hình ảnh thức ăn xác nhận xem thức ăn đã được xử lý tốt qua quá trình xử lý nhiệt.

Thảo luận

Mash Hydrolysation™ mang lại tính kinh tế cao về hiệu quả xử lý thức ăn, cải thiện năng suất sản xuất, giảm chi phí xây dựng công thức thức ăn, sản xuất thức ăn viên có chất lượng tốt với tính ổn định hóa học tốt và kéo dài thời hạn sử dụng sau sản xuất. Điều quan trọng hơn, thức ăn được chế biến tốt có thể cung cấp câu trả lời quan trọng cho các vấn đề hiện tại liên quan đến chất lượng nước ao nuôi, hiệu suất tăng trưởng, bệnh tật và tỷ lệ sống. Hiện thông tin về hợp chất Maillard ảnh hưởng đến gan tụy của tôm còn hạn chế, sẽ hợp lý hơn nếu sản xuất thức ăn không xảy ra phản ứng Maillard và được xem như một biện pháp an toàn hơn.

Trudy Nguyễn (Biên dịch)