KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN NHỘNG RUỒI LÍNH ĐEN (Hertemia illucens) BẰNG ENZYME PROTEASE VÀ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT BỘT CAO ĐẠM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA THỦY SẢN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN NHỘNG
RUỒI LÍNH ĐEN (Hertemia illucens) BẰNG ENZYME PROTEASE
VÀ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT BỘT CAO ĐẠM

Họ và tên sinh viên: TRẦN THỊ LONG BIÊN
Ngành: CHẾ BIẾN THỦY SẢN
Niên khóa: 2005 – 2009

Tháng 9/2009


KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN NHỘNG
RUỒI LÍNH ĐEN (Hertemia illuncens) BẰNG ENZYME PROTEASE
VÀ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT BỘT CAO ĐẠM

Tác giả

TRẦN THỊ LONG BIÊN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
chế biến thủy sản

Giáo viên hướng dẫn
TS. Nguyễn Phú Hòa

ThS. Trương Phước Thiên Hoàng

Tháng 9 năm 2009
i


CẢM TẠ
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ
quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Với một tình cảm chân thành nhất, xin được gửi
lời cảm ơn đến:
Cha Mẹ - Người đã sinh thành, dạy dỗ và hỗ trợ tôi về mọi mặt để tôi hoàn
thành được đề tài nghiên cứu này
Ban Giám Hiệu, Ban Chủ Nhiệm khoa Thủy Sản, quý thầy cô, những người đã
chỉ bảo rất tận tình trong những năm qua. Trong suốt quá trình học tập tại trường,
thầy cô đã cho chúng tôi kiến thức và những kinh nghiệm quý báu nhất giúp tôi có
thể tự tin và trưởng thành hơn để bước vào đời.
TS. Nguyễn Phú Hòa và ThS. Trương Phước Thiên Hoàng. Cảm ơn cô đã
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và truyền thụ những kinh nghiệm quý báu trong suốt
thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài.
TS. Trần Tấn Việt, quý thầy cô phòng Chế Biến Thủy Sản khoa Thủy Sản và
phòng Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường đã tạo điều kiện giúp đỡ
về cơ sở vật chất để tôi thực hiện được đề tài nghiên cứu này.
Cảm ơn tất cả các bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời
gian qua.
Do hạn chế về mặt thời gian, thiết bị cũng như kiến thức nên luận văn này
không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của
thầy cô và bạn bè.

ii

TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Khảo sát quá trình thủy phân nhộng ruồi lính đen (Hermetia
illucens) bằng enzyme protease và ứng dụng sản xuất bột cao đạm” được tiến hành
tại phòng Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học và Công Nghệ Môi Trường thuộc bộ
môn Công Nghệ Sinh Học, thời gian từ tháng 3 đến tháng 9 năm 2009. Thí nghiệm
được bố trí theo kiểu thí nghiệm một yếu tố bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, gồm 5 thí
nghiệm
Nhộng ruồi lính đen được nuôi sinh khối với tỷ lệ với 27% ruột cá + 73% vỏ
thơm trong thùng chuyên dụng. Kết quả, nhộng có khả năng chuyển hóa chất thải
rất tốt với tỷ lệ 3,7:1, khả năng giảm thể tích chất thải trong 8 ngày là 63% và có
đến 33% đạm, 32,4% lipid trong thành phần dinh dưỡng (tính trên vật chất khô).
Điều kiện tối ưu cho hoạt động của enzyme protease trong quá trình thủy phân
protein nhộng ruồi lính đen là 5% NaCl, hoạt độ enzyme 35 UI, thể tích phản ứng
là 50 ml trong thời gian 16 giờ, ở 50oC.
Tỷ lệ phối trộn bột đậu nành với dịch nhộng thủy phân là 70 %, sản phẩm cao
đạm sản xuất được có thành phần là 44,93% protein thô, hàm lượng lipid là 3,61%,
chất xơ 5,96% và độ ẩm 3,79%.

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa

i

Cảm tạ

ii

Tóm tắt

iii

Mục lục

iv

Danh sách các chữ viết tắt vii
Danh sách các hình viii
Danh sách các biểu đồ

ix

Danh sách các bảng x
Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1

Đặt vấn đề

1

1

1.2 Mục tiêu đề tài

2

Chương 2 TỔNG QUAN 3
2.1

Giới thiệu về ruồi lính đen (Hermetia illucens)

2.1.1 Đặc điểm sinh học ruồi lính đen

3

3

2.1.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của ấu trùng
nhộng ruồi lính đen

7

2.1.3 Một số ứng dụng của ruồi lính đen 8
2.2 Tổng quan về protein 10
2.2.1 Khái niệm

10

2.2.2 Phân loại

11

2.2.3 Tính chất của protein 12
2.3 Tổng quan về enzyme

12

2.3.1 Khái niệm enzyme

12

2.3.2 Enzyme protease

13

2.3.3 Chức năng sinh học của protease vi khuẩn

15

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của protease
2.3.5 Các ứng dụng của enzyme protease

16

2.4 Sự thủy phân 18
2.4.1 Sự thủy phân bằng acid

18
iv

15


2.4.2 Sự thủy phân bằng enzyme 18
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1

Thời gian và địa điểm

20

3.2

Đối tượng nghiên cứu

20

3.3 Nguyên liệu

20

20

3.4 Một số dụng cụ và hóa chất sử dụng
3.4.1 Một số dụng cụ và trang thiết bị
3.4.2 Một số hóa chất sử dụng

22

3.5 Phương pháp nghiên cứu

22

20
20

3.5.1 Nuôi sinh khối nhộng 22
3.5.2 Bố trí thí nghiệm thủy phân 22
3.5.3 Bố trí thí nghiệm sản xuất bột cao đạm

25

3.5.4 Phương pháp phân tích đạm 26
3.5.5 Phương pháp xác định độ ẩm

26

3.5.6 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

27

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

29

4.1 Kết quả nuôi nhộng ruồi lính đen
4.1.1 Nuôi nhộng giống

29

29

4.1.2 Nuôi sinh khối 30
4.2 Kết quả khảo sát một số yếu tố của quá trình thủy phân bằng enzyme
protease

31

4.2.1 Kết quả khảo sát nồng độ muối

32

4.2.2 Kết quả khảo sát hoạt độ enzyme

35

4.2.3 Kết quả khảo sát thời gian thủy phân

38

4.3 Kết quả thí nghiệm ứng dụng sản xuất bột cao đạm
4.4 Quy trình sản suất bột cao đạm

43

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1 Kết luận

46

5.2 Đề nghị 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
v

41

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
RLD:

ruồi lính đen

NT :

nghiệm thức

NF :

Nitrogen formol

NTS :

Nitrogen tổng số

UI

:

HSTP:

Unit International
hiệu suất thủy phân

HSTNdht: hiệu suất thu nhận đạm hòa tan

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH
STT

Nội dung

Trang

1

Hình 2.1 Ruồi lính đen (Black soldier fly)

3

2

Hình 2.2 Ruồi đẻ trứng vào khe hở

5

3

Hình 2.3 Vòng đời ruồi lính đen

6

4

Hình 2.4 Cấu trúc xoắn alpha của protein

5

Hình 2.5 Cấu trúc protease của Aspergillus Oryzae Aspartic

6

Hình 3.1 Thùng nuôi chuyên dụng

7

Hình 3.2 Tủ ủ

8

Hình 3.3 Formol trung hòa

9

Hình 3.4 NaOH 0,1N 23

10

Hình 3.5 Bình tam giác thủy phân nhộng

11

Hình 4.1 Nhộng giống thu hoạch

29

12

Hình 4.2 Nhộng lúc thu hoạch

30

13

Hình 4.3 Thu sinh khối nhộng 31

14

Hình 4.4 Nhộng nguyên liệu

15

Hình 4.5 Nguyên liệu sau khi xay

16

Hình 4.6 Thí nghiệm khảo sát nồng độ muối NaCl 33

17

Hình 4.7 Thí nghiệm khảo sát hoạt độ enzyme

18

Hình 4.8 Thí nghiệm khảo sát thời gian thủy phân 38

19

Hình 4.9 Sản phẩm bột cao đạm

11

22

22
23

24

32

vii

32

43

35

13


DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ
STT

Nội dung

Trang

1

Biểu đồ 4.1 HSTP và HSTNdht giữa các nồng độ muối NaCl khác nhau 36

2

Biểu đồ 4.2 HSTP và HSTNdht giữa các hoạt dộ enzyme khác nhau

3

Biểu đồ 4.3 HSTP và HSTNdht theo thời gian

4

Biểu đồ 4.4 Hàm lượng protein thô trong các mẫu

viii

39
44

38


DANH SÁCH CÁC BẢNG

STT

Nội dung

Trang

1

Bảng 3.1 Điều kiện khảo sát nồng độ muối

24

2

Bảng 3.2 Điều kiện khảo sát hoạt độ enzyme

24

3

Bảng 3.3 Điều kiện khảo sát thời gian thủy phân 25

4

Bảng 3.4 Điều kiện khảo sát tỷ lệ cơ chất

5

Bảng 4.1 Giá tri dinh dưỡng của nhộng ruồi lính đen

6

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl lên quá trình thủy phân

7

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của hoạt độ enzyme lên quá trình thủy phân

36

8

Bảng 4.4 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến quá trình thủy phân

39

9

Bảng 4.5 Kết quả thử nghiệm sản xuất bột cao đạm

10

Bảng 4.6 Hàm lượng đạm trong dịch nhộng sau thủy phân

42

11

Bảng 4.7 Thành phần dinh dưỡng bột cao đạm

42

ix

26
31
33

41


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Khi nuôi trồng thủy sản ngày một phát triển thì việc tăng nhu cầu về thức ăn là
vấn đề tất yếu. Thời điểm trước, các công ty cung cấp thức ăn đa phần là của nước
ngoài. Trước tình trạng này, một số nhà cung cấp lợi dụng cơ hội này để thu lợi
nhuận sẵn sàng giảm chất lượng sản phẩm. Với thức ăn thủy sản thường vướng lỗi
vi phạm là chất lượng thực tế luôn thấp hơn mức công bố trên bao bì từ 2 - 5%, cá
biệt có nhãn hàng VIHACO của tỉnh Trà Vinh trên bao bì ghi thức ăn chứa 40%
đạm, nhưng khi kiểm tra chất lượng thì độ đạm chỉ …11,3% (Hùng Anh, 2008).
Trên thực tế, giá bán thức ăn thủy sản mỗi độ đạm chênh nhau từ 200 - 500 đồng.
Vậy chỉ cần giảm 2 độ đạm/bao 25 kg thì người tiêu dùng đã thiệt hại 12.500
đồng/bao. Theo tính toán của các nhà quản lý kinh tế: năm 2007 An Giang nuôi
200.000 tấn cá tra, thì cần khoảng 400.000 tấn thức ăn công nghiệp (khoảng
200.000 tấn thức ăn thủy sản tự chế). Nếu tính trung bình 1 kg thức ăn bị gian lận
từ 2 - 5% độ đạm thì người nuôi cá đã thiệt hại trên 1.000 tỷ đồng
( />Mặt khác, nguồn đạm động vật trong thức ăn hiện nay vẫn chủ yếu từ bột
huyết, bột thịt, bột xương và bột cá được xem là thành phần then chốt, quan trọng
để làm thức ăn. Tuy nhiên, bột cá hiện nay vẫn chủ yếu sản xuất từ cá tạp, cá con.

Vấn đề này gây mất cân bằng sinh thái và lạm phát trong khai thác. Hơn nữa, bột
cá nhập khẩu lại không đảm bảo được chất lượng. Theo kết quả kiểm tra của cục
quản lý chất lượng nông lâm sản và thủy sản (Bộ NN&PTNT) công bố ngày
4/12/08, thức ăn thủy sản do Xí nghiệp Cataco (thuộc Công ty Nông súc sản xuất
nhập khẩu Cần Thơ) sản xuất có melamine. Sản phẩm thức ăn thủy sản của đơn vị
này

được

sản

xuất

từ

nguyên

( />-1-

liệu

bột

cá

nhập

từ

Trung

Quốc


Trong khi đó, một lượng lớn các chất thải và phế phẩm, đặc biệt là từ các nhà
máy chế biến thủy sản, lại không được tận dụng, xử lí, bảo quản đúng cách gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Cụ thể,
thời gian gần đây, dư luận liên tiếp phản ánh về tình trạng ô nhiễm môi trường do
hàng loạt các cơ sở chế biến nước mắm, thủy hải sản, bột cá tại TP Phan Thiết, tỉnh
Bình Thuận xả nước thải không qua xử lý gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi
trường xung quanh. Ngày 8/10, Đoàn đã kiểm tra đột xuất miệng cống xả thải của
Công ty Hải Nam ra sông Cầu Ké. Tại đây, Đoàn kiểm tra phát hiện lượng nước
thải ra sông có màu đục đen, mùi hôi nồng và có lẫn nội tạng phế phẩm hải sản, ở
miệng cống khác cũng có nước thải chảy ra có màu đỏ nhạt, phía dưới nước đọng
lại nội tạng phế phẩm ().
Vì vậy, vấn đề đặt ra hiện nay là việc tìm ra nguồn nguyên liệu mới, nguồn đạm
động vật mới, đáp ứng nhu cầu về dinh dưỡng đồng thời tận dụng tối đa các phế
thải trong sản xuất. Theo một số kết quả nghiên cứu gần đây, nhộng ruồi lính đen
(Hermetia illucens) thực sự là một đối tượng phù hợp, có khả năng đáp ứng được
các yêu cầu trên. Những nhộng ruồi này thể hiện khả năng cung cấp protein và
lipid chất lượng tốt trong thức ăn của động vật.
Được sự phân công của khoa Thủy Sản, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu và
thực hiện đề tài “Nghiên cứu thủy phân protein nhộng ruồi lính đen (Hermetia
illucens) bằng enzyme protease và ứng dụng sản xuất bột cao đạm”.
1.2 Mục tiêu đề tài
-Tận dụng nguồn phụ phẩm thủy sản từ các nhà máy chế biến và rác thải (vỏ
thơm từ các chợ) nuôi nhộng ruồi lính đen (Hermetia illucens) thu sinh khối.
- Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố như nồng độ muối NaCl, hoạt độ
enzyme, thời gian thủy phân trong quá trình thủy phân protein nhộng ruồi lính đen.
-Xác định tỷ lệ phối trộn bột đậu nành tối ưu để sản xuất bột cao đạm.

-Đánh giá một số chỉ tiêu của bột cao đạm sản xuất được

-2-


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Giới thiệu về ruồi lính đen (Hermetia illucens)
2.1.1 Đặc điểm sinh học ruồi lính đen
♦ Phân loại sinh học
Nhộng ruồi lính đen được phân
loại như sau:
Giới: Animalia
Ngành: Arthropoda
Lớp: Insecta
Bộ: Diptera
Phân bộ: Brachycera
Họ: Stratiomyidae
Phân họ: Hermetiinae
Giống: Hermetia

Hình 2.1 Ruồi lính đen (Black soldier fly)

Loài: Hermetia illucens (Linaeus, 1758)
♦ Phân bố
Ruồi lính đen (Black soldier fly) là loài côn trùng có tên khoa học là Hermetia
illucens. Phân bố trong tự nhiên ở nhiều vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới (McCallan,
1974), những vùng nóng ẩm có nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của chúng. Tập
trung nhiều ở khu vực Nam Mỹ, Tây Âu, một số nước châu Phi thuộc lưu vực các
con sông lớn (sông Nile, sông Congo…), khu vực châu Đại Dương và tập trung ở

khu vực Nam Á.

-3-


Việt Nam nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm thích hợp cho
sự sinh trưởng của ruồi lính đen. Đặc biệt là khu vực Nam Trung bộ và Nam bộ là
khu vực có nền nhiệt độ trung bình khá cao 280C-300C, độ ẩm trung bình 80%.
Ruồi lính đen sống chủ yếu trong các rừng cây, vườn nhà, các bụi rậm. Ấu
trùng của chúng thường sống trong nước hay các vùng có độ ẩm cao (semiaquatic), một số được tìm thấy ở trong phân, rau quả thối rữa, vỏ cây mục nát
(Goodwin và Drees, 1996; James và Harwood, 1969).
♦ Đặc điểm hình thái
Ruồi lính đen thường có vẻ bên ngoài giống ong bắp cày về hình thái và cách
vận động nhưng không cắn và chích. Do đó về mặt dịch tễ học, ruồi lính đen không
là tác nhân gây bệnh trên người và động vật (Trần Tấn Việt, 2005).
Côn trùng ruồi lính đen là loại ruồi lớn có chiều dài 2 cm (5/8 inch), chân nhỏ
màu đen và bàn chân trắng vàng, cánh có màu đen khói (xám) được thu lại ở trên
thân khi chúng nghỉ ngơi, phần đốt thân khoang bụng có màu sáng. Phần đầu có 2
râu nhỏ là cơ quan xúc giác cảm thụ mùi vị và giúp ruồi định hướng khi bay.
Ấu trùng ruồi lính đen có hình dạng như quả ngư lôi phần đầu nhọn còn phần
đuôi tù hơn, mặt dưới dẹt và phẳng hơn mặt trên. Cơ thể phân thành nhiều đốt nhỏ.
Bên ngoài là lớp vỏ (chittin) dai và chắc giúp bảo vệ cơ quan nội tạng bên trong,
ngoài ra nó cũng giúp cho sự vận động di chuyển của ấu trùng có thể chui qua các
khe hở nhỏ. Phần đầu nhỏ và hẹp hơn phần thân, ấu trùng không có chân mà chỉ có
các lông tơ giúp cho sự đeo bám di chuyển của nó, phần lưng có các lỗ thở nhỏ
giúp ấu trùng hô hấp (Goodwin và Drees 1996; James và Harwood 1969).
♦ Đặc điểm sinh thái
Ruồi lính đen phát triển tốt trong khoảng nhiệt độ từ 200C - 280C (Sylvester và
ctv, 1959), ấu trùng của chúng sinh trưởng tốt trong khoảng 27,50C - 37,50C tốt
nhất là 320C (Newton và ctv, 1995).

Khoảng pH thích hợp cho ấu trùng phát triển là từ 6,8 – 8,2. Ruồi lính đen có
thể sống trong môi trường có độ ẩm thấp, tuy nhiên chỉ sinh trưởng tốt ở môi

-4-


trường có độ ẩm khá cao từ 50% - 90%, nhưng độ ẩm tối ưu nằm trong khoảng từ
65% - 80%.
♦ Đặc điểm dinh dưỡng
Ruồi lính đen đã được sử dụng như là tác nhân chu chuyển các chất hữu cơ có
trong chăn nuôi (Sheppard và ctv, 1994).
Ấu trùng ruồi lính đen có khả năng phân hủy phân gia súc, gia cầm, các dư thừa
thực vật từ trang trại, sản phẩm tồn trữ bị thải loại, sản phẩm dư thừa từ quá trình
chế biến thực phẩm, chất thải từ nhà hàng, nhà bếp (Newton và ctv, 1995, Shepard,
1983; Shepard, 2000; Trần Tấn Việt, 2007). Ấu trùng lớn sống trong phân chuồng
hay thực vật thối rữa và làm lỏng hóa chúng trong suốt quá trình ăn.
♦ Đặc điểm sinh sản

Hình 2.2 Ruồi đẻ trứng vào khe hở
Ruồi lính đen sinh sản trên thực vật thối rữa và phân gia súc (James, 1935, được
trích dẫn bởi Furman và ctv, 1959). RLĐ đẻ trứng trong khe hở dưới chuồng gà với
119 - 502 trứng/ổ và cần 5-9 ngày để nở (Gozalez và ctv, 1963), trong khi đó có
205 - 820 trứng RLĐ/ổ giữa khe hở của buồng chuối và cần 4 - 5 ngày để trứng nở
(Stephen, 1975). Ấu trùng (sâu non) trải qua 5 giai đoạn trong 2 tuần. Ấu trùng lớn
sống trong phân chuồng hay thực vật thối rữa. Chúng ức chế ruồi nhà phát triển.
Một quần thể RLĐ lớn không chỉ làm giảm quần thể ruồi nhà mà còn làm mất khả
năng

đẻ

trứng

của

ruồi

nhà

trong

cùng

một

nơi

sinh

sống

( Giai đoạn nhộng cần 2
-5-


tuần sau đó biến thành ruồi và chỉ sống được từ 5-8 ngày. RLĐ chỉ đẻ trứng một
lần trong 1chu kỳ sống. Trong điều kiện khí hậu miền Nam Việt Nam, giai đoạn
trứng kéo dài 1 - 2 ngày; ấu trùng kéo dài 55 - 60 ngày tuổi; tiền nhộng sống trong
7 - 11 ngày; nhộng trải qua 5 – 13 ngày để biến thành ruồi (Trần Tấn Việt, 2005)
Vòng đời của ruồi lính đen:

Ruồi trưởng thành

5-8 ngày

5-13 ngày
Nhộng

Trứng

Vòng đời ruồi lính đen

1-2 ngày

7-11 ngày

Tiền nhộng

Ấu trùng
50-60 ngày

Hình 2.3 Vòng đời ruồi lính đen
♦ Đặc điểm sinh trưởng
Ruồi lính đen sinh trưởng mạnh nhất trong giai đoạn ấu trùng. Giai đoạn trứng
sử dụng nguồn dinh dưỡng chính từ noãn hoàng và nở thành ấu trùng, còn khi lột
xác thành ruồi thì ruồi trưởng thành không dinh dưỡng chỉ thực hiện nhiệm vụ sinh
sản rồi chết đi. Giai đoạn nhộng sinh trưởng mạnh nhất từ ấu trùng sang giai đoạn
nhộng. Đây chính là giai đoạn mà ấu trùng ruồi phân giải các chất hữu cơ lớn nhất.
Nhộng có thể đạt đến 0,1 – 0,2 g trong vòng 15 – 25 ngày ở nhiệt độ 270C – 300C.

-6-

Giai đoạn nhộng có chiều dài từ 1,5 – 2,5 cm; phải mất từ 15 – 25 ngày, những con
lớn có thể đạt chiều dài tối đa hơn 3 cm.
2.1.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của ấu trùng
nhộng ruồi lính đen
Yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của ấu trùng nhộng ruồi là
bao gồm các yếu tố: vật lý, hóa học, sinh học, thời tiết, quan hệ cùng loài…nó tác
động đến ấu trùng một cách trực tiếp ảnh hưởng lớn đến quá trình phân giải các vật
chất hữu cơ, đó là quá trình hóa lỏng chất hữu cơ để dinh dưỡng.
♦ Nhiệt độ
Nhộng ruồi sinh trưởng phát triển ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, là
những vùng ấm áp có nhiệt độ trung bình cao từ 270C – 320C. Nhiệt độ ảnh hưởng
rất lớn đến sự phát triển và sinh trưởng của ấu trùng nhộng ruồi, khoảng nhiệt độ
thích hợp cho ấu trùng sinh trưởng là 27,50C – 37,50C và tối ưu nhất là 320C
(Newton và ctv, 1995).
♦ pH
Độ pH cũng ảnh hưởng đến sự tồn tại và phát triển của ấu trùng. Trong môi
trường pH thấp ấu trùng không sống được, khoảng pH thích hợp cho sự sinh trưởng
của ấu trùng là từ 6,8 – 8,2.
♦ Ánh sáng
Ruồi chỉ sinh trưởng ở những nơi thoáng mát có cường độ sáng thích hợp
không quá gắt, đặc biệt trong quá trình nuôi thí nghiệm thì không cho ấu trùng tiếp
xúc trực tiếp với ánh sáng gắt, cần có sự che chắn hay đặt trong vườn cây thoáng
mát (che phủ tránh nước mưa vào thùng nuôi).
♦ Mưa
Nước mưa với lượng acid cao sẽ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của ấu trùng.
Nếu để ngập nước mưa ấu trùng sẽ chết trong vòng 24 giờ. Do đó trong tự nhiên
chúng thường đẻ trứng cho ấu trùng phát triển trong các hốc cây, khe hở nơi nước

-7-


mưa không vào được. Ruồi lính đen cũng phát triển mạnh vào các tháng ít mưa với
nền nhiệt độ khá cao.
♦ Thức ăn
Chỉ có giai đoạn ấu trùng và nhộng mới tiến hành hóa lỏng tiêu hóa thức ăn, ấu
trùng có thể phát triển ở những điều kiện nghèo dinh dưỡng như: các loại phân,
chất thải hữu cơ, rau quả bị phân giải, xác động vật bị phân hủy…Loại thức ăn và
lượng thức ăn ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phát triển cũng như chất lượng ấu
trùng. Ấu trùng phát triển nhanh trên môi trường có nguồn dinh dưỡng cao như các
loại xác động vật phân hủy, thức ăn dư thừa. Ngoài ra, môi trường thức ăn cũng
ảnh hưởng đến màu sắc của ấu trùng: ấu trùng có màu sáng trong môi trường chứa
một lượng nước thích hợp, và có màu xám đen trên môi trường có nguồn thức ăn
khô hơn.
♦ Côn trùng địch hại
Ruồi lính đen có khả năng ức chế ruồi nhà, với một quần thể ruồi lính đen lớn
có thể làm giảm số lượng và mất khả năng sinh sản của ruồi nhà. Nhưng các loài
côn trùng như kiến, gián, các loài chim và động vật khác có thể cạnh tranh nguồn
thức ăn cũng như gây hại cho ấu trùng, làm giảm tốc độ sinh trưởng và sự sống sót
của ấu trùng.
♦ Quan hệ cùng loài
Yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến ấu trùng là mật độ. Ấu trùng nhộng ruồi có thể
phát triển ở mật độ cao, nhưng nó sẽ ảnh hưởng lớn đến nguồn dinh dưỡng cung
cấp cho ấu trùng. Do đó, sự sinh trưởng của ấu trùng sẽ chậm hơn. Ngoài ra, không
gian sống cùng các yếu tố về nhiệt độ, độ ẩm môi trường cũng ảnh hưởng trực tiếp
đến sự phát triển của ấu trùng.
2.1.3 Một số ứng dụng của ruồi lính đen
♦ Ứng dụng ở nước ngoài
Từ lâu nhộng ruồi đã được sử dụng làm chất bổ sung cho thức ăn của gà (Hale,

1973), cho heo con (Newton và ctv, 1977) và cho ngỗng (Newton và ctv, 1977).
-8-


Nawm1980, Bondari và Sheppard cũng đã thử nghiệm sử dụng nhộng ruồi tươi cho
cá nheo và cá rô phi ăn. Kết quả cho thấy nhộng ruồi có thể được sử dụng để thay
thế nguồn protein cho khẩu phần thức ăn của hai đối tượng này.
Những nghiên cứu so sánh về giá trị dinh dưỡng của ấu trùng nhộng ruồi và
các loại thức ăn khác như dế, tằm, giun, dế cho thấy nhộng ruồi có hàm lượng
canxi cao thích hợp cho các con cái trong thời gian mang thai và các loài vật nuôi
lấy trứng; hàm lượng đạm và lipid cao cung cấp cho khẩu phần thức ăn vật nuôi.
Ấu trùng nhộng ruồi với hàm lượng protein khoảng 40% và lipid là 30%
(Sheppard và ctv, 1994, Newton và ctv, 2005) là nguồn thức ăn thay thế cho động
vật nuôi (Newton và ctv, 1977, Bondari và Sheppard 1982, 1987). Nghiên cứu gần
đây tiến hành trên loài cá hồi (Oncorhynchus mykiss), ấu trùng nhộng ruồi được sử
dụng trong khẩu phần thức ăn của cá thay thế 25% bột cá và 38% dầu cá trong thức
ăn công nghiệp. Kết quả là thịt cá hồi phi lê có hàm lượng omega 3 cao hơn so với
mẫu đối chứng (St-Hilaire và ctv, 2007).
Ấu trùng nhộng ruồi cũng được nuôi để xử lý các loại rác thải hữu cơ và các
loại phân gia súc, gia cầm như:
¾ Các loại phân hữu cơ: phân gá, ngỗng, heo, bò
¾ Các phế phẩm từ nông trại, nhà máy chế biến thực phẩm
¾ Các loại rác thải hữu cơ, chất thải nhà hàng, nhà bếp.
¾ Các loại phân, chất thải hữu cơ, phế phẩm từ các nhà máy chế biến là nguồn
cung cấp thức ăn cho ấu trùng, qua đó thì một lượng lớn vật chất hữu cơ sẽ được
chuyển đổi, như làm giảm thể tích của phân đến 50% (Sheppard, 1983).
♦ Ứng dụng trong nước
Hiện nay ruồi lính đen chỉ được ứng dụng như một hình thức xử lý các loại
phân gia súc, gia cầm, các dư thừa thực vật từ các trang trại, sản phẩm tồn trữ bị
thải loại, sản phẩm dư thừa từ nhà máy chế biến thực phẩm, chất thải từ nhà hàng,

nhà bếp (Trần Tấn Việt, 2007).

-9-


Ngoài ra, ấu trùng ruồi lính đen còn được sử dụng để xử lý rác hữu cơ như: Tại
trại sản xuất phân hữu cơ sinh học, Đại học Nông Lâm TP HCM, nhộng RLD có
thể xử lý rác hữu cơ với quy mô 9 tấn/ngày; quy mô xử lý phân heo tại trại heo
Xuân Phú, Nông trường Thọ Vực, Đồng Nai là 2 tấn/ngày; tỷ lệ chuyển đổi rác hữu
cơ thành nhộng là 5% (Trần Tấn Việt, 2005), từ phân sang nhộng là 12-16% (tính
trên trọng lượng khô).
♦ Một số vấn đề tồn tại ở Việt Nam
Hiện tại ở Việt Nam, vấn đề nuôi nhộng vẫn chưa phổ biến, chủ yếu là nuôi thí
nghiệm ở quy mô nhỏ.
Đa số được ứng dụng để xử lý rác thải và các chất thải từ nhà hàng nhà bếp, các
loại rác thải hữu cơ, phân gia súc, gia cầm. Chưa có ứng dụng về nuôi trên phụ
phẩm nhà máy chế biến thủy sản.
Chưa sử dụng nhộng làm thức ăn bổ sung cho gia súc, gia cầm hay cá.
Nhộng ruồi được sinh ra từ các quy mô xử lý chất thải chưa được sử dụng hợp
lý ở Việt Nam. Việc sử dụng nhộng tươi còn gặp một số khó khăn: nhộng dễ bị
chết, hư hỏng, giảm giá trị dinh dưỡng hay hóa ruồi nếu không được bảo quản tốt.
Chưa có quy mô lớn nhằm đảm bảo cung cấp sản lượng thức ăn cho chăn nuôi.
Việc sản xuất bột nhộng ruồi và đưa vào chăn nuôi vẫn chưa được tiến hành.
Do đó việc tiến hành nuôi nhộng ruồi trên phụ phẩm thủy sản sẽ mở ra một
hướng mới trong việc cung cấp nhộng ruồi với số lượng lớn, ổn định. Ngoài ra còn
góp phần làm giảm lượng chất thải khổng lồ từ các nhà máy chế biến thủy sản,
chuyển hóa các chất thải này sang dạng đạm khác hiệu quả hơn. Đồng thời việc
ứng dụng dịch thủy phân từ nhộng ruồi để sản xuất bột cao đạm sẽ giải quyết được
vấn đề sử dụng chúng sau khi nuôi.
2.2 Tổng quan về Protein

2.2.1 Khái niệm
Từ ngữ protein bắt nguồn từ chữ Hi Lạp “protos” nghĩa là chủ yếu, đầu tiên, do
các công trình của Bezelius đến Mulder áp dụng vào năm 1838 cho các hợp chất
- 10 -


hữu cơ có chứa nitrogen, đó là các polymer sinh học được xây dựng từ các gốc αamino acid.
Theo quan điểm hóa học protein là một hợp chất hữu cơ rất lớn, có hai đặc điểm
quan trọng:
-Trong thành phần cấu trúc luôn chứa nitrogen (N) với tỷ lệ ổn định ≈16%.
-Có trọng lượng phân tử cao nên gọi là đại phân tử protein (Nguyễn Phước
Nhuận và ctv).
Protein là thành phần rất quan trọng của cơ thể, nó có mặt trong nhân, nguyên
sinh chất, màng tế bào, là hợp chất bắt buộc, thường trực. Quá trình sống là sự trao
đổi chất, đổi mới liên tục của protein. Vì vậy, protein là thành phần không thể thiếu
được trong khẩu phần ăn hằng ngày của cả con người và động vật.

Hình 2.4 Cấu trúc xoắn alpha của protein, A: mô hình giản lược, B: mô
hình phân tử, C: nhìn từ đỉnh, D: mô hình không gian.
2.2.2 Phân loại
Có nhiều quan điểm về phân loại protein khác nhau. Trong thực phẩm có 2
cách phân loại protein
-Phân loại dựa trên cấu trúc hóa học của protein: dễ dàng trong xếp nhóm loại
theo công thức hóa học, tiện cho việc phân tích. Tuy nhiên, tác động trên cơ thể
- 11 -


người và động vật có thể khác nhau rất xa, mặc dù cùng nhóm loại, do khả năng
tiêu hóa và chuyển hóa của cơ thể khác nhau.
-Phân loại theo giá trị sinh học: Căn cứ vào hiệu lực tác động của protein lên cơ

thể, người ta chia protein theo giá trị sinh học khác nhau. Cách phân chia này
không chú trọng nhiều đến cấu trúc hóa học, khó khăn trong công tác phân tích
thành phần hợp chất. Từ đó, việc kết hợp giữa 2 phương pháp phân loại protein này
là đúng đắn nhất.
2.2.3 Tính chất của protein
Protein có 4 tính chất quan trọng là:
-Trọng lượng phân tử cao
-Trạng thái keo: Protein hòa tan trong nước tạo ra dung dịch keo, keo protein là
keo ưa nước.
-Tính lưỡng tính và điểm đẳng diện: Trong môi trường nước protein có khả
năng phân ly đồng thời như một acid yếu và một base yếu. Sự phân ly gốc amine
và cacboxyl trong protein còn chịu sự chi phối của pH môi trường. Ở pH thích hợp,
sự phân ly nhóm amine và nhóm cacboxyl bằng nhau, trị số pH ấy được gọi là
điểm đẳng diện.
-Tính đặc trưng sinh học: Đây là tính chất đặc hiệu của vật chất mang sự sống.
2.3 Tổng quan về enzyme
2.3.1 Khái niệm enzyme
Enzyme là chất xúc tác sinh học (biocatalysators), nó cho phép các phản ứng
cần thiết cho sự sống và sự sinh sản của tế bào diễn ra ở một vận tốc cao và với
tính chất đặc thù không tạo ra sản phẩm phụ như ở các phản ứng thông thường.
Enzyme có mặt trong tế bào của mọi sinh vật, không những chỉ xúc tác cho phản
ứng trong cơ thể sống mà còn xúc tác cho cả các phản ứng ngoài tế bào (in vitro).
Bản chất enzyme là protein có cấu trúc bậc I, bậc II, bậc III và đôi khi bậc IV.
Đôi khi thành phần protein này không đủ cho hoạt động xúc tác của enzyme mà

- 12 -


cần phải có sự hiện diện của một “đồng yếu tố” (cofactor) (Nguyễn Phước Nhuận
và ctv, 2003).

2.3.2 Enzyme protease
♦ Giới thiệu chung

Hình 2.5 Cấu trúc protease của Aspergillus Oryzae Aspartic
Nhóm enzyme protease (peptit – hidrolase 3.4) xúc tác quá trình thuỷ phân liên
kết liên kết peptit (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptit đến sản phẩm cuối
cùng là các axit amin. Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thuỷ phân liên kết
este và vận chuyển axit amin.
Protease cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ tế
bào, cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rất rộng rãi trên nhiều đối tượng từ vi
sinh vật (vi khuẩn, nấm và virus) đến thực vật (đu đủ, dứa...) và động vật (gan, dạ
dày bê...). So với protease động vật và thực vật, protease vi sinh vật có những đặc
điểm khác biệt. Trước hết hệ protease vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạp bao
gồm nhiều enzyme rất giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tử
nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất. Cũng do là phức hệ gồm nhiều
enzyme khác nhau nên protease vi sinh vật thường có tính đặc hiệu rộng rãi cho sản
phẩm thuỷ phân triệt để và đa dạng.
- 13 -


♦ Phân loại Protease
Dixon phân loại protease theo vị trí tác động. Theo đó, protease được phân chia
thành hai loại: Endopeptidase và Exopeptidase.
* Endopeptidase cắt các liên kết peptide nằm sâu trong mạch polypeptide. Dựa
vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidase được chia thành bốn nhóm:
+ Serin proteinase: là những proteinase chứa nhóm –OH của gốc serine trong
trung tâm hoạt động và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc tác của
enzyme. Nhóm này bao gồm hai nhóm nhỏ: chymotrypsin và subtilisin. Nhóm
chymotrypsin bao gồm các enzyme động vật như chymotrypsin, trypsin, elastase.
Nhóm subtilisin bao gồm hai loại enzyme vi khuẩn như subtilisin Carlsberg,

subtilisin BPN. Các serine proteinase thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính và
thể hiện tính đặc hiệu cơ chất tương đối rộng.
+ Cysteine proteinase: Các proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt
động. Cystein proteinase bao gồm các proteinase thực vật như papayin, bromelin,
một vài protein động vật và proteinase ký sinh trùng. Các cystein proteinase thường
hoạt động ở vùng pH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chất rộng.
+ Aspartic proteinase: Hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm pepsin.
Nhóm pepsin bao gồm các enzyme tiêu hóa như: pepsin, chymosin, cathepsin,
renin. Các aspartic proteinase có chứa nhóm carboxyl trong trung tâm hoạt động và
thường hoạt động mạnh ở pH trung tính.
+ Metallo proteinase: Metallo proteinase là nhóm proteinase được tìm thấy ở vi
khuẩn, nấm mốc cũng như các vi sinh vật bậc cao hơn. Các metallo proteinase
thường hoạt động vùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của
EDTA.
* Exopeptidase thủy phân liên kết peptide ở hai đầu tận cùng của mạch
polypeptide. Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptide, exopeptidase được
phân chia thành hai loại:
+ Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi
polypeptide để giải phóng ra một amino acid, một dipeptide hoặc một tripeptide.
- 14 -


+ Carboxypeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi
polypeptide và giải phóng ra một amino acid hoặc một dipeptide.
” Ngoài ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành ba nhóm:
- Protease acid: pH 2-4
- Protease trung tính: pH 7-8
- Protease kiềm: pH 9-11
2.3.3 Chức năng sinh học của protease vi khuẩn
Theo nhiều tác giả, protease có rất nhiều chức năng rất quan trọng đối với sự sống.

- Protein ngoại bào: có chức năng phân giải protein và cơ chất cao phân tử khác
có trong môi trường dinh dưỡng thành các dạng phân tử thấp để vi sinh vật hấp thụ
(Tiêu Thị Ngọc Thảo, 2008).
- Protease nội bào: thường là các peptidase và protease ở dạng tự do hoặc liên
kết với các ribosome. Cho đến hiện nay, vẫn chưa biết hết được vai trò của nó.
+ Phân giải peptide từ môi trường ngoài thành amino acid để tổng hợp protein
hoặc dùng làm nguồn C, N, S giúp vi sinh vật thích nghi với điều kiện thay đổi của
môi trường. Việc phân hủy các protein lạ có tác dụng loại trừ tác động của các độc
tố ảnh hưởng đến cơ thể vi sinh vật.
+ Tham gia cải tiến protein, enzyme. Vì vậy protease rất có ý nghĩa trong
hình thành và nảy mầm của bào tử vi sinh vật.
+ Phân hủy các protein vô dụng.
2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của enzyme protease
Theo Tiêu Thị Ngọc Thảo, 2008, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động
của enzyme protease là:
♦ Nhiệt độ
Đa số các enzyme protease hoạt động ở nhiệt độ thích hợp là từ 30 -50oC, hoạt
động mạnh nhất khoảng 40oC. Ở nhiệt độ cao protease sẽ bị biến tính, mất hoạt tính

- 15 -