NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DỊCH ĐẠM TỪ TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus) VÀ SỬ DỤNG NUÔI THỬ NGHIỆM TRÊN CÁ RÔ PHI (Oreochromis niloticus)

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DỊCH ĐẠM TỪ
TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus) VÀ SỬ DỤNG
NUÔI THỬ NGHIỆM TRÊN CÁ RÔ PHI (Oreochromis niloticus)

Sinh viên thực hiện: HỒ TẤN CƯỜNG
Ngành: CHẾ BIẾN THỦY SẢN
Niên Khóa: 2005 - 2009

Tháng 9/2009


NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DỊCH ĐẠM TỪ
TRÙN QUẾ (Perionyx excavatus) VÀ SỬ DỤNG
NUÔI THỬ NGHIỆM TRÊN CÁ RÔ PHI (Oreochromis niloticus)

Tác giả

HỒ TẤN CƯỜNG

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 9/2009

i


LỜI CẢM ƠN
Xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến ba mẹ và các anh chị em
trong gia đình đã luôn quan tâm, chăm sóc và động viên tôi trong suốt thời gian tôi học
tập xa nhà.
Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu trường, Ban Chủ Nhiệm Khoa Thủy Sản, cùng quý
thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường.
Xin được gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS. Nguyễn Phú Hòa và ThS.
Trương Phước Thiên Hoàng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và tạo mọi
điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa luận này.
Cảm ơn những người bạn thân thiết đã luôn gắn bó, chia sẽ và giúp đỡ tôi trong suốt
thời gian học tập vừa qua.

ii


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu sản xuất dịch đạm từ trùn quế (Perionyx excavatus) và
sử dụng nuôi thử nghiệm trên cá rô phi (Oreochromis niloticus)”, được tiến hành
tại Viện Công Nghệ Sinh học và Môi trường và Trại thực nghiệm khoa Thủy Sản
Trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh từ ngày 20/04/2009 đến 31/08/2009.
Thí nghiệm được tiến hành nhằm thủy phân thu nhận dịch đạm trùn quế, thay
thế đạm bột cá trong khẩu phần ăn của cá rô phi. Bao gồm khảo sát sự ảnh hưởng của
tỷ lệ nước, nồng độ muối, hoạt độ enzyme và thời gian thủy phân, chia thành 4 nghiệm
thức khác nhau, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần. NT ĐC không thay thế bột cá, NT I

thay thế 25% trọng lượng bột cá bằng dịch trùn, NT II thay thế 50% trọng lượng bột cá
bằng dịch trùn, NT III thay thế 75% trọng lượng bột cá bằng dịch trùn.
Kết quả nghiên cứu cho thấy dịch đạm trùn quế tối ưu nhất khi thủy phân với
các điều kiện sau là hàm lượng nước 50%. nồng độ muối 2%, hoạt độ enzyme 60 UI,
thời gian thủy phân là 20 giờ. Khi bổ sung thay thế bột cá bằng dịch trùn quế, kết quả
thu được tốt nhất là ở NT I, tăng trưởng giảm dần ở các nghiệm thức II, III) .Tỷ lệ
sống tại các NT ĐC, NT I, NT II không có sự sai khác về mặt thống kê. Hệ số chuyển
hóa thức ăn đạt tốt nhất tại nghiệm thức I (FCR = 1,72). Chứng tỏ khi bổ sung một
phần nhỏ trùn quế vào trong khẩu phần thức ăn thì có ý nghĩa tích cực trong sự phát
triển của cá. Qua đó, bước đầu có thể đánh giá được khả năng thay thế 25% trùn quế là
đạt được kết quả tốt nhất.

iii


MỤC LỤC
Trang tựa

i

Cảm tạ

ii

Tóm tắt

iii

Mục lục

iv

Danh sách các bảng

vi

Danh sách các hình

vii

Danh sách các chữ viết tắt

viii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1

1.1 Đặt Vấn Đề

1

1.2 Mục Tiêu Đề Tài

2

CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN

3

2.1 Giới Thiệu Về Trùn Quế

3

2.1.1 Phân loại sinh học

3

2.1.2 Đặc điểm cấu tạo

3

2.1.3 Một số ứng dụng của trùn

5

2.2 Giới Thiệu Về Protease

7

2.2.1 Sơ lược lịch sử

7

2.2.2 Phân loại protease

9

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hoạt động của protease

10

2.2.4 Ứng dụng của enzyme protease

11

2.3 Sự Thủy Phân Protein

13

2.4 Giới Thiệu Về Cá Rô Phi

14

2.4.1 Vị trí phân loại

14

2.4.2 Đặc điểm cấu tạo của cá rô phi

14

2.5 Nhu Cầu Dinh Dưỡng Cho Cá Rô Phi

18

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

20

3.1 Thời Gian Và Địa Điểm Thực Hiện

20

3.2 Đối Tượng Nghiên Cứu

20

3.3 Dụng Cụ Thí Nghiệm, Thiết Bị Và Hóa Chất

20

3.3.1 Dụng cụ, thiết bị

20
iv


3.4.2 Hệ thống bể composite dùng trong thí nghiệm

21

3.3.3 Hóa chất:

21

3.4 Phương Pháp Phân Tích

21

3.5 Khảo Sát Quá Trình Thủy Phân Trùn Quế

21

3.6 Thức Ăn

22

3.7 Phương Pháp Bố Trí Thí Nghiệm

24

3.7.1 Bố trí thí nghiệm

24

3.7.2 Các chỉ tiêu trên cá cần theo dõi

25

3.7.3 Các chỉ tiêu chất lượng nước cần được theo dõi

25

3.7.4 Chăm sóc và quản lý

25

3.7.5 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu

26

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

27

4.1 Kết Quả Ảnh Hưởng Tỷ Lệ Nước Bổ Sung Lên Quá Trình Thủy Phân.

27

4.2 Kết Quả Của Nồng Độ Muối Đến Quá Trình Thủy Phân

28

4.3 Kết Quả Ảnh Hưởng Của Hoạt Độ Enzyme Lên Quá Trình Thủy Phân

29

4.4 Kết quả khảo sát thời gian thủy phân

30

4.5 Bước Đầu Đánh Giá Tăng Trưởng Của Cá Rô Phi Trong Khẩu Phần Thức Ăn
Được Thay Thế Bằng Dịch Trùn Quế.

32

4.5.1 Các thông số môi trường

32

4.6

33

Tỷ Lệ Sống Và Tăng Trưởng Của Cá Thí Nghiệm

4.6.1 Tỷ lệ sống của cá thí nghiệm

33

4.6.2 Tăng trưởng của cá thí nghiệm

34

4.6.3 Hệ số biến đổi thức ăn

37

4.7

39

Đề Xuất Quy Trình Thủy Phân Trùn Quế

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỂ NGHỊ

40

5.1 Kết luận

40

5.2 Đề nghị

40

TÀI LIỆU THAM KHẢO

41

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG
v


BẢNG
Bảng 2.1

NỘI DUNG
Thành phần amino acid của trùn quế

TRANG
5

Bảng 2.2

Các yêu cầu chất lượng nước của cá rô phi

16

Bảng 2.3

Nhu cầu protein điển hình của cá rô phi

18

Bảng 3.1

Công thức tổ hợp thức ăn của 4 nghiệm thức

24

Bảng 4.1

Kết quả HSTP và HSTNđht do ảnh hưởng của nước

28

Bảng 4.2

Kết quả HSTP và HSTNđht do ảnh hưởng của muối

29

Bảng 4.3

Kết quả HSTP và HSTNđht do ảnh hưởng của enzyme

30

Bảng 4.4

Kết quả HSTP và HSTNđht do ảnh hưởng của thời gian

31

Bảng 4.5

Thành phần hóa học của thức ăn

32

Bảng 4.6

Các thông số nhiệt độ và DO trung bình trong quá trình

33

thí nghiệm
Bảng 4.7

Các thông số về pH và NH3 trong quá trình thí nghiệm

33

Bảng 4.8

Tỷ lệ sống của cá thí nghiệm

34

Bảng 4.9

Tăng trưởng của cá thí nghiệm

35

Bảng 4.10

Hệ số chuyển đổi thức ăn

38

vi


DANH SÁCH CÁ BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH
DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ
BIỂU ĐỒ

NỘI DUNG

TRANG

Biểu đồ 4.1

Tỷ lệ sống của cá thí nghiệm

34

Biểu đồ 4.2

Trọng lượng trung bình của cá qua các giai đoạn

36

Biểu đồ 4.3

Tăng trọng trung bình của cá thí nghiệm

37

Biểu đồ 4.4

Biến thiên hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) giữa các NT

38

DANH SÁCH HÌNH
HÌNH

NỘI DUNG

Hình 2.1

Trùn quế

3

Hình 2.2

Hình dạng ngoài của cá rô phi

14

Hình 3.1

Hệ thống bể bố trí thí nghiệm

21

Hình 3.2

Máy ép thức ăn viên

22

Hình 3.3

Máy sấy thức ăn

22

Hình 3.4

Dụng cụ đo các chỉ tiêu môi trường

25

Hình 4.1

Dịch trùn quế

27

Hình 4.2

Thức ăn tự chế biến

32

Hình 4.3

Cá bắt đầu thí nghiệm

35

Hình 4.4

Cá nuôi được 2 tuần

35

Hình 4.5

Cá nuôi được 6 tuần

36

TRANG

vii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
HSTP

Hiệu suất thủy phân

HSTNđht

Hiệu suất thu nhận đạm hòa tan

TP

Thủy phân

FCR

Feed conversion ratio

SEAFDEC

Southeast Asian Fisheries Development Center

AQD

Aquaculture Department

NTĐC

Nghiệm thức đối chứng

DWG

Daily weight gain

HSHC

Hệ số hiệu chỉnh

viii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt Vấn Đề
Trong những năm gần đây, ngành thủy sản nước ta phát triển rất nhanh chóng.
Chính vì vậy khai thác thủy sản đáp ứng không đủ nhu cầu, từ đó ngành nuôi trồng
thủy sản ngày càng khẳng định vị trí của mình. Tuy nhiên, đi đôi với việc phát triển thì
nước ta đang gặp khó khăn trong việc chế biến thức ăn cho nuôi trồng.
Hiện nay, “nguồn thực phẩm cho thủy - hải sản, gia súc, gia cầm có hàm lượng
protein dễ tan đang ngày càng khan hiếm” (Đặng Bửu Long, 2007), nhu cầu sử dụng
bột cá trong thức ăn thủy sản ngày càng cao do nó dẫn dụ tốt, mùi vị hấp dẫn và có giá
trị dinh dưỡng cao (Lim và ctv, 1989, trích bởi Phạm Ngọc Tịnh, 2005). Tuy nhiên cá
là thực phẩm phổ biến dùng cho con người, có thể cho gia súc, thủy sản, như vậy gây
nên tình trạng đánh bắt nhiều làm giảm sản lượng cá hằng năm gây nên việc không ổn
định về nguyên liệu, đẩy giá bán lên cao, chi phí sản xuất lớn.

Do đó, vấn đề đặt ra là phải làm sao phải có nhiều nguồn protein thay thế cho
bột cá, làm đa dạng thêm nguồn protein động vật cung cấp trong nuôi trồng thủy sản.
Trùn quế là một trong những loài có hàm lượng đạm khá cao có dùng để thay
thế bột cá. Trong trùn quế không những có protein còn có nhiều chất dinh dưỡng khác
như các acid amin thiết yếu rất tốt cho cá.
Chính vì vậy, được sự chấp thuận của Khoa Thủy Sản chúng tôi đã thực hiện
đề tài: “Nghiên cứu sản xuất dịch đạm từ trùn quế (Perionyx excavatus) và sử
dụng nuôi thử nghiệm trên cá rô phi (Oreochromis niloticus)”.

1


1.2 Mục Tiêu Đề Tài
-

Đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ nước trong quá trình thủy phân.

-

Xác định nồng độ muối trong quá trình thủy phân.

-

Đánh giá ảnh hưởng hoạt độ enzyme trong quá trình thủy phân.

-

Xác định thời gian thủy phân.

-

Bước đầu đánh giá tăng trưởng của cá rô phi trong khẩu phần thức ăn được
thay thế bằng dịch trùn quế.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Giới Thiệu Về Trùn Quế
2.1.1 Phân loại sinh học
Trùn quế còn được gọi là trùn đỏ hay giun đỏ
Ngành: Annelida
Lớp: Oligochaeta
Bộ: Opisthopora
Họ: Megascolecidae
Giống: Perionyx
Loài: Perionyx excavatus

Hình 2.1: Trùn quế

(Tiêu Thị Ngọc Thảo, 2008)
2.1.2 Đặc điểm cấu tạo
-

Đặc điểm hình thái
Trùn quế có kích thước tương đối nhỏ, dài khoảng 10 - 15 cm, thân hơi dẹp,

đường kính tròn thân khoảng từ 1,5 - 2 mm. Trùn quế có màu từ đỏ đến màu mận chín
tùy theo độ tuổi, nhạt dần về phía bụng, con trưởng thành có màu mận chín và có sắc

ánh kim.
Cơ thể hình thon dài, hai đầu hơi nhọn và bao gồm nhiều đốt.
Trùn nuốt thức ăn bằng môi ở lỗ miệng, sau khi qua hệ thống tiêu hóa với nhiều
vi sinh vật cộng sinh được thải ra ngoài dưới dạng phân rất giàu dinh dưỡng.
-

Đặc điểm sinh lý sinh thái
Trùn quế rất ít hoạt động, chúng phản ứng mạnh trước ánh sáng, có thể thích

nghi nhiệt độ cao, độ mặn và điều kiện khô hạn, nhiệt độ thích hợp là 25 – 300C, độ
ẩm 70 - 80%, pH từ 7 – 7,5.

3


Trùn quế thích nghi với phổ thức ăn khá rộng. Tuy nhiên, những thức ăn có
hàm lượng dinh dưỡng cao và tỷ lệ C/N thấp thì hấp dẫn hơn. Vì thế chúng không tiêu
hóa nguồn rác có tỷ lệ C/N cao như rơm rạ, bã mục, mạt cưa, các hợp chất hóa học có
gốc polyphenol, tanin, benzen, tinh dầu sẽ gây độc cho trùn.
Trùn quế thuộc nhóm trùn đất chuyên chuyển hóa hợp chất hữu cơ trên lớp mặt.
Trong tự nhiên trùn quế thích sống nơi ẩm thấp, gần cống rãnh, nơi có nhiều chất hữu
cơ thối rữa, hiện diện ở các cánh đồng canh tác, vì thế chúng không có khả năng cải
tạo đất một cách trực tiếp như những loài khác (theo
/tusach/K%E1%BB%B9_thu%E1%BA%ADt_nu%C3%B4i_Tr%C3%B9n_qu%E1%
BA%BF).
-

Đặc điểm sinh sản
Khi trưởng thành, cơ thể trùn quế hình thành đai sinh dục và lỗ sinh dục nằm

phần trước cơ thể. Trùn đất lưỡng tính nhưng phải giao phối chéo. Sau khi giao phối 2
– 3 ngày, đai sinh dục rơi ra khỏi cơ thể, bít hai đầu tạo thành kén. Kén trùn quế có
màu nâu vàng hay xanh, kích thước 0,85mm x 1,6mm. Mỗi kén mang từ 2 – 20 trứng,
khoảng 14 – 21 ngày sau sẽ nở. Trùn non mới nở có màu trắng, dài khoảng 2 – 3 mm,
sau 15 – 20 ngày trưởng thành, sau 2,5 tháng bắt đầu sinh sản.
Trùn quế thành thục sớm (3 – 4 tháng), tái sản xuất nhanh (2 – 3 thế hệ trong
một năm), cho sinh khối cao (nuôi đúng kỹ thuật năng suất có thể đạt trung bình từ 1 –
5 kg/m2/tháng hay 120 – 180 tấn tươi/ha/năm, khả năng chịu đựng chuyên chở tốt,
đóng gói đơn giản.
Trùn quế sinh sản rất nhanh bình quân 1 lần/tuần, trong điều kiện khí hậu nhiệt
đới tương đối ổn định và có độ ẩm cao như điều kiện của khu vực phía Nam Việt Nam
từ 1 cặp trùn ban đầu tạo ra từ 1000 – 1500 cá thể trong 1 năm.

4


-

Thành phần amino acid trong trùn quế

Bảng 2.1: Thành phần amino acid trong trùn quế
Hàm lượng amino

Bột đạm trùn quế

Hàm lượng amino

Bột đạm trùn quế

acid

thủy phân (%)

acid

thủy phân (%)

Alanine

2,46

Methionine

0,58

Glycine

1,37

Glutamic acid

2,77

Valine

2,34

Phenylalanine

1,88

Leucine

3,31

Lysine

4,20

Isoleucine

2,14

Histidine

0,81

Threonine

1,86

Tyrosine

1,66

Serine

2,52

Arginine

7,48

Proline

1,25

Tryptophan

0,56

Aspartic acid

2,01
(Nguồn: Tiêu Thị Ngọc Thảo, 2008)

2.1.3 Một số ứng dụng của trùn
-

Trên thế giới
+ Trong những năm gần đây, nuôi trùn đã trở thành một ngành sản xuất kinh

doanh quy mô ở nhiều nước trên thế giới.
+ Nhật Bản là nước tiêu thụ trùn đất với số lượng lớn, họ dùng trùn đất làm
nguyên liệu chế biến mỹ phẩm, thức ăn cho thủy hải sản, gia súc và gia cầm. Đặc biệt
là dùng thịt trùn làm bánh biscuit dinh dưỡng cho người, rất được ưa chuộng.
+ Một số nuớc khác:
- Ở Italia: người ta dùng thịt trùn để làm pate.
- Ở Mỹ: có nhiều món ăn đặc sản từ thịt trùn.
- Ở Nam Triều Tiên: phổ biến món cháo trùn bổ dưỡng sau một ngày

làm việc cực nhọc hay người mới ốm dậy.
- Ở các nước Đông Nam Á đã dùng trùn làm thuốc rất sớm từ những
năm 1340 phổ biến ở Trung Quốc.
- Ở Việt Nam: Thạc sĩ Y dược Lê Thị Thu Hằng năm 1997 có đề tài
nghiên cứu về giun đất để dùng làm nguyên liệu bào chế thuốc rất nổi tiếng.

5


-

Tại Việt Nam
+ “Có một loại thuốc là một enzym có thể làm tan các khối máu cục trong bệnh

tim mạch do Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc sản xuất bằng cách khai thác từ một
loại trùn đất có tên khoa học là Lumbricus rubellus” (theo
/Vietnam_files/thuocchuabenhtutrunque.htm).
Theo Nguyễn Thị Ngọc Dao, 2006 thì tại Việt Nam có một loại có đặc tính
tương tự như loài trên đó là trùn quế (Peryonix escavatus)
+ Chế tạo ra các chế phẩm từ trùn quế: làm thức ăn trong chăn nuôi, thủy sản,
phân của nó dùng làm phân bón cho cây trồng.
- Phân trùn là loại phân hữu cơ 100%, được tạo thành từ phân trùn nguyên
chất, là một loại phân thiên nhiên giàu dinh dưỡng nhất.
- Phân trùn chứa đựng một hỗn hợp vi sinh có hoạt tính cao, là chất xúc tác
sinh học, phần cặn bã của cây trồng và phân động vật cũng như kén trùn rất giàu chất
dinh dưỡng, dễ hòa tan trong nước, chứa hơn 50% chất mùn. Do đó, phân trùn không
chỉ kích thích tăng trưởng cây trồng mà còn tăng khả năng cải tạo đất và còn có thể
ngăn ngừa các bệnh về rễ.
- Phân trùn còn chứa các khoáng chất cho cây như: Nitrat, Photpho, Magne,
Kali, Calci, Nitơ. Đặc biệt là các khoáng chất này lại được cây trồng hấp thụ một

cách trực tiếp; không như những lọai phân hữu cơ khác phải được phân hủy trong đất
trước khi cây hấp thụ, sẽ không có bất cứ rủi ro, cháy cây nào xảy ra khi bón phân
trùn.
+

Hiện nay các nhà khoa học ở Viện Sinh học nhiệt đới đã tạo ra 3 chế phẩm

sinh học từ trùn quế làm thức ăn cho thủy sản gia súc gia cầm và phân bón.
- Chế phẩm đầu tiên là BIO-T, dùng làm thức ăn cho tôm sú, cá tra, gà lương
phượng và vịt xiêm. BIO-T được sản xuất bằng cách sử dụng trùn quế tươi phối trộn
với hỗn hợp vi khuẩn hữu ích và enzyme tiêu hóa dùng trong chăn nuôi, lên men tạo
sản phẩm có mùi trùn, giàu dinh dưỡng (đạm protein và amin cao), enzyme tiêu hóa,
vi khuẩn hữu ích và các chất kháng sinh.

6


- Chế phẩm thứ hai là BIO-BL, đã được dùng để bón cho cây trà ô long và một
số cây hoa màu, cây kiểng. BIO-BL được tạo thành từ trùn quế tươi phối trộn với hỗn
hợp vi sinh vật hữu ích và enzyme dùng trong trồng trọt, lên men tạo sản phẩm có mùi
trùn, giàu đạm protein và amin cao, enzyme tiêu hóa có hoạt lực cao, vi khuẩn hữu
ích.
- Chế phẩm BIO-PT được tạo ra bằng cách dùng phân trùn ủ lên men, sản
phẩm làm ra có mùi thơm, độ ẩm 40%, đạm tổng 2%, chất hữu cơ, kháng sinh và hỗn
hợp vi khuẩn hữu ích. BIO-PT dùng để gây màu và xử lý nước ao nuôi tôm dùng
trong

nuôi

trồng

thủy

sản

( />
dung/23615_Che_pham _sinh_hoc_tu_ trun _que.aspx).
2.2 Giới Thiệu Về Protease
2.2.1 Sơ lược lịch sử
Các enzyme protease xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết peptide –CO-NHtrong các peptide hoặc protein.
Protease có thể chia thành: proteinase và peptidase. Protease phân hủy phân tử
protein thành polypeptide, pepton. Chúng có tính đặc hiệu tương đối rộng. Tiếp theo
chúng phân hủy các phân tử nhỏ này (pepton, polypeptide) thành các amino acid tự do
dưới tác dụng của peptidase có tính đặc hiệu hẹp hơn, chúng chỉ tác dụng lên các liên
kết peptide ở những vị trí nhất định.
Trong các enzym của hệ tiêu hóa, protease được nghiên cứu sớm hơn cả:
+ Từ thế kỷ 18, nhà tự nhiên học người Pháp là Reomur đã làm thí nghiệm và
phát hiện được rằng dịch dạ dày của chim ăn thịt có khả năng tiêu hóa thịt.
+ Năm 1836, Schwann đã quan sát được hoạt động phân giải protein của dịch
vị. Tuy nhiên, 30 năm sau mới tách được enzym này.
+ Năm 1857, Corvisart tách được trypsin từ dịch tụy, đó là protease đầu tiên
nhận được dưới dạng chế phẩm, nhưng chế phẩm này còn lẫn nhiều enzym và protein
khác.
+

Năm 1862, Danilevxki dùng phương pháp hấp thụ trên colodion đã tách

được trypsin với amylase tụy tạng. Phương pháp hấp thụ chọn lọc của Danilevxki có ý
nghĩa lớn trong nghiên cứu tinh chế enzym cũng như protein.

7


+ Năm 1961, Brucke cũng tách được pepsin từ dạ dày chó ở dạng tương đối
tinh khiết.
+ Năm 1872, Hommarsten đã tách được chế phẩm Chymozin (renin).
Ngoài ra các enzyme tiêu hóa, người ta cũng có những nghiên cứu bước đầu về
các protease trong máu. Schmidt (1869 - 1872) đã nêu ra giả thuyết rằng trong máu có
enzyme fibren (ngày nay gọi là frombin) tham gia trong quá trình làm đông máu. Tác
giả đã tách enzyme này và kết tủa bằng cồn, chế phẩm nhận được có tác dụng làm cho
dung dịch fibrinogen đông lại nhanh chóng.
Các protease thực vật được phát hiện muộn hơn so với các protease động vật:
+ Năm 1874, Group Besannez công bố đã thu nhận được protease từ một số
loại hạt đậu (hạt đại mạch, bông) đều có hoạt động phân giải protein.
+ Năm 1879, Wurtz được xem là người đầu tiên tách được protease thực vật .
Ông nêu rằng các phần khác nhau của cây đu đủ có chứa protease, khi dùng cồn để kết
tủa sẽ nhận được chế phẩm không tinh khiết (100g/cây) gọi là papain.
Đến nửa đầu thế kỷ 20, người ta mới phát hiện thêm các peptide hydrolase khác
như:
+ Bromeline protease có trong các phần khác nhau của cây dứa.
+ Cathepsxin protease của mô cơ động vật.
+ Calierein peptidyl peptide hydrolase của tuyến tụy, nước bọt.
+ Ficin protease có trong các cây thuộc giống Ficus.
Từ 1930 đến nay, sau khi Sumner (1926) kết tinh được urease từ đậu tương,
người ta đã kết tinh được hàng loạt các protease. Nhờ kết tinh được enzyme, nhận
được enzyme có độ tinh khiết cao nên người ta đã nghiên cứu được cấu trúc phân tử,
cấu trúc trung tâm hoạt động, tính chất lý hóa và tính chất đặc hiệu của các protease.
Đến nay người ta đã nghiên cứu được khá đầy đủ về cấu trúc phân tử của nhiều
protease như: papain, trypsin, chymotrypsin, subtilizin. Tuy nhiên còn nhiều vấn đề
chưa rõ ràng về tính chất đặc hiệu của các protease. Vì vậy, việc phân loại và xác định

tên hệ thống của chúng cũng đang còn có những khó khăn nhất định.
Từ 1950 đến nay, nhờ sử dụng một số phương pháp mới để tinh chế protein và
enzyme nên người ta đã tách được các dạng khác nhau của nhiều protease. Ví dụ như:

8


+ Năm 1959, Ryle và Porter dùng phương pháp sắc ký trao đổi ion trên DEAE
– cellulose đã tách được hai phần trong chế phẩm pepsin lợn là pepsin B và pepsin C.
Năm 1965, Ryle đã dùng phương pháp điện di trên gel tinh bột đã phát hiện được tính
không đồng nhất của pepsin B. Năm 1967, Ryle và Lee đã tách được pepsin D ra khỏi
pepsin B.
+ Trước 1950, người ta đã phát hiện ra cathepsin B (Fruton và Bergmann,
1939); Cathepsin C (Gutmann và Fruton, 1948) từ thận và lá lách bò. Nhưng mãi đến
năm 1960 mới tinh chế được enzyme này. Keilova và Keil (1969) đã hoàn thiện
phương pháp tinh chế cathepsin B khi sử dụng phương pháp sắc ký trao đổi ion trên
CMC và DEAE – cephadex lọc qua gel cephadex, Metrione Neves và Fruton (1966)
dùng phương pháp lọc qua gel cephadex kết hợp với sắc ký trao đổi ion nhận được
chế phẩm cathepsin C khá đồng nhất.
Các protease của vi sinh vật mới được chú ý nghiên cứu nhiều nhất từ năm
1950, mặc dù từ 1918 đến 1919, Waksmann đã phát hiện được khả năng phân giải
protein của xạ khuẩn. Trong những năm gần đây, số công trình nghiên cứu vi sinh vật
tăng lên đáng kể nhiều hơn các công trình nghiên cứu protease động vật và thực vật.
Những kết quả đạt được trong lĩnh vực nghiên cứu protease vi sinh vật đã góp phần
mở rộng quy mô sản xuất chế phẩm enzyme và ứng dụng của enzyme trong thực tế.
Trong thời gian gần đây, người ta cũng đã có những phương pháp thích hợp để nhận
được các chế phẩm không tan của protease.
2.2.2 Phân loại protease
Căn cứ vào cơ chế phản ứng, dựa vào đặc trưng của các trung tâm hoạt động,
pH hoạt động thích hợp. (Hartley, 1960, trích bởi Phạm Ngọc Tịnh, 2005) đã phân loại

protease của vi sinh vật thành 4 nhóm sau:
Serine protease
Gồm có 2 họ protease chính:
+ Họ chymotrypsin: bao gồm các enzyme của động vật có vú như:
chymotrypsin, trypsin, elastase.
+ Họ substilisin: bao gồm các enzyme vi khuẩn như substilizin
Hai amino acid tham gia vào trung tâm hoạt động là serine và histidine.
Cơ chế thủy giải gồm hai giai đoạn: acyl hóa và deacyl hóa.
9


Cysteine protease
+ Bao gồm các protease thực vật như: papain, bromelin.
+ Trung tâm hoạt động có hai amino acid: cysteine và histidine.
+ Cơ chế thủy giải gồm hai giai đoạn: acyl hóa và deacyl hóa.
Aspartic protease
+ Hầu hết thuộc họ pepsin gồm: pepsin, chymosin và protease của vi nấm.
+ Trung tâm hoạt động có 3 amino acid: 2 aspartic và 1 tyrosine.
Metallo protease
+ Bao gồm các họ protease của vi khuẩn, vi nấm.
+ Trung tâm hoạt động có chứa nguyên tố kim loại như: Zn, Mg, Co.
Tuy nhiên theo một số tác giả: Burgum, Prescott (1965), Moriha (1967)…có
nhiều protease mang tính chất trung gian giữa các nhóm kể trên, nhất là giữa nhóm 1
và nhóm 3.
Một số tác giả dựa vào pH tác dụng tối ưu để chia protease vi khuẩn thành:
+ Acid protease
+ Base protease
+ Neutral protease
Nhưng tác dụng tối ưu của protease còn phụ thuộc bản chất của cơ chất. Vì cùng
một protease của một chủng vi khuẩn khi thủy phân casein, hemoglobin, hay gelatin sẽ

thể hiện hoạt độ cực đại ở những giá trị pH khác nhau (theo gralib.hcmuns.
edu.vn/gsdl/collect/tiensifu1/index/assoc./4.pdf).
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hoạt động của protease
+ pH
Hoạt độ của protease phụ thuộc rất nhiều vào pH của môi trường. Đó là vì pH
môi trường ảnh hưởng đến mức độ ion hóa của cơ chất, trung tâm hoạt động của
protease, phức chất protease – cơ chất và ảnh hưởng đến độ bền của protease.
Đa số các protease vi khuẩn bền ở pH trung tính 6,2 – 7,4. pH thích hợp cho
hoạt động của nhiều protease gần bằng 7. Điều đáng lưu ý là pH thích hợp cho các
hoạt động của protease ở ngoài không nhất thiết phải trùng với môi trường pH ở bên
trong tế bào.

10


+ Nhiệt độ
Nhiệt độ hoạt động thích hợp của protease vi khuẩn trong khoảng 300C – 500C.
Nhiệt độ hoạt động của các protease vi khuẩn không cố định mà có thể thay đổi tùy
thuộc theo cơ chất, thời gian.
Hoạt động của protease sẽ giảm ở nhiệt độ cao, do bị phá vỡ các cấu trúc
enzyme. Ở nhiệt độ quá cao enzyme sẽ mất hoạt độ, ngược lại ở nhiệt độ quá thấp thì
enzyme ngưng hoạt động nhưng không bị mất hoạt độ.
+ Bản chất của protease
Các protease cố định thường hoạt độ cao hơn protease tự do vì các protease cố
định ít chịu ảnh hưởng của các chất khác trong dung dịch môi trường cấy. Tóm lại,
protease cố định bền với các yếu tố gây biến tính hơn protease hòa tan.
+ Thời gian hoạt động của enzyme
Thời gian hoạt động của protease vi khuẩn phụ thuộc độ bền hoạt tính của
protease. Thông thường hoạt tính protease có thể giữ được trong khoảng từ 60 – 82 giờ
tuy nhiên hoạt tính của protease sẽ giảm dần. Hoạt động của các protease chỉ mạnh

trong thời gian xác định tùy theo loài.
2.2.4 Ứng dụng của enzyme protease
Theo thì hiện nay
protease được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: xử lý rác, công nghiệp, nông
nghiệp, y dược, nghiên cứu khoa học.
-

Trong xử lý rác
Một trong những vấn đề cấp bách đặt ra cho các đô thị lớn là vấn đề các chất

hữu cơ và rác thải. Phần lớn rác thải hằng ngày được trút xuống đường phố, đây cũng
chính là nguồn gốc của sự lây lan bệnh. Trong rác thì các vi khuẩn thương hàn có thể
tồn tại 115 ngày. Các hợp chất của ngành công nghiệp độc thấm vào đất gây ảnh
hưởng đến sinh hoạt và sức khỏe của người dân.
Một trong những biện pháp tốt nhất để xử lý rác có hiệu quả kinh tế là biến
chúng thành phân bón, giá thể trồng nấm, nuôi giun. Việc sản xuất phân hữu cơ từ rác
nhờ vi sinh vật là một giải pháp có thể thực hiện ở nước ta hiện nay.

11


Người ta vận dụng quá trình phân hủy chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh
vật. Nguồn vi sinh vật có hoạt tính protease hiện hữu khá phong phú trong tự nhiên. Ta
có thể sử dụng các vi sinh vật này để phân hủy nguồn protein có trong rác thải.
Một số vi sinh vật có khả năng phân hủy triệt để protein tạo các sản phẩm đơn
giản có chứa nitrgen hoặc không chứa nitrogen: indole, scatole, phenol, acid béo, NH3.
Tóm lại, protease vi khuẩn giữ vai trò quan trọng trong cuộc sống con người.
Công dụng của protease ngày càng được các nhà khoa học khám phá nhiều, nó góp
phần cung cấp dưỡng chất rất lớn cho đất, chủ yếu là chất đạm mà thực vật dễ sử dụng.
Là nhân tố quan trọng tham gia giải quyết nạn ô nhiễm môi trường của toàn cầu.

-

Trong công nghiệp thực phẩm
Protease được sử dụng trong quá trình chế biến cá. Ở mang cá, đặc biệt ở ruột

cá, hệ vi sinh vật rất phong phú. Khi làm nước mắm, muối cá, sản phẩm bột cá,
protease có sẵn trong ruột cá thủy phân một phần protein của cá. Trong nhiều trường
hợp, protease còn làm tăng thêm hương vị của sản phẩm.
Protease được sử dụng để làm mềm thịt và tăng hương vị thịt sau chế biến. Nếu
thủy phân một phần protein của thịt rồi mới chế biến sẽ làm tăng rõ rệt hương vị của
sản phẩm.
Phương pháp thủy phân protein bằng protease không phá hủy các vitamin có
trong nguyên liệu, không làm sậm màu dịch thủy phân và không tạo thành các sản
phẩm phụ khác.
Người ta cũng sử dụng protease để sản xuất các dịch đạm thủy phân từ các phế
liệu giàu protein như thịt vụn, đầu cá, da, và để sản xuất các thức ăn kiêng.
Một số protease có khả năng làm đông sữa trong sản xuất phomát. Protease làm
phomát mau chín, nâng cao chất lượng và có thể tạo ra nhiều loại phomát khác nhau.
Protease của vi khuẩn có thể thay thế một phần renin. Vì thế, ta có thể giảm giá
thành sản xuất phomát. Protease này có thể thu từ B. mesentericus.
Ngoài ra, người ta còn dùng protease vi khuẩn để thu casein dùng trong các
ngành kỹ thuật khác nhau như: vecni, chất màu, hương liệu. Protease cũng được dùng
trong sản xuất chao và các dịch thủy phân.

12


-

Trong công nghiệp nước giải khát

Protease được sử dụng để làm bia và nước củ quả. Ngoài ra, protease cũng dùng

trong sản xuất rượu. Ở đây nó sẽ phân giải các protein có tác dụng kìm hãm amylase
do đó làm tăng quá trình đường hóa tinh bột.
-

Trong công nghiệp thuộc da
Protease còn được sử dụng để làm mềm da, tăng cường khả năng tách lông ra

khỏi da mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng của da. Vì vậy da thu được sẽ mềm
và sạch lông hơn. Tại Việt Nam, chế phẩm bromelin đã được ứng dụng trong thuộc da
tại nhà máy da Thụy Khê – Hà Nội, kết quả sử dụng bromelin cho thấy hiệu quả sử
dụng rất tốt.
-

Trong mỹ phẩm
Protease được sử dụng để bổ sung vào các loại xà phòng giặt, xà phòng tắm,

kem bôi mặt, kem đánh răng, do nó có tác dụng loại bỏ lớp biểu bì da đã chết làm cho
da mịn. Các loại xà phòng có chứa protease có tác dụng tẩy mồ hôi và các vết bẩn
protein như vết máu ở quần áo, drap ở bệnh viện khá tốt.
-

Trong nông nghiệp
Protease được sử dụng để xử lý nhằm tận dụng các phế liệu giàu protein làm

thức ăn trong chăn nuôi, nhằm tăng khả năng tiêu hóa thức ăn và hệ số tiêu hóa thức
ăn, có thể tiến hành bằng các thêm trực tiếp protease vào thức ăn trước khi dùng hoặc
dùng protease để xử lý sơ bộ thức ăn.
-

Trong công nghiệp dược phẩm và y học
Sản xuất các chất hoạt hóa và kìm hãm protease để điều trị các bệnh đặc trưng.

Protease được sử dụng để sản xuất các thuốc tăng khả năng tiêu hóa protein của những
người bị tiêu hóa kém do dạ dày, tụy tạng hoạt động không bình thường, thiếu enzyme.
Protease được dùng để phân hủy các cục máu đông trong cơ thể, chữa bệnh, nghẽn
tĩnh mạch. Protease được dùng để làm tiêu mủ các vết thương, các ổ viêm làm thông
đường hô hấp.
2.3 Sự Thủy Phân Protein
Phản ứng thủy phân là phản ứng phân giải các chất có sự tham gia của nước.
Trong quá trình thủy phân protein, các phân tử protein hút nước và các liên kết peptide
bị phá hủy. Trong giai đoạn đầu các peptide có phân tử thấp, các phân tử này lại tiếp
13


tục được phân giải đến các amino acid (amino acid là sản phẩm cuối cùng của sự thủy
phân protein).
Có nhiều phương pháp khác nhau để thủy phân protein như sử dụng acid, kiềm
hoặc enzyme. Mỗi tác nhân có ưu nhược điểm khác nhau.
2.4 Giới Thiệu Về Cá Rô Phi
2.4.1 Vị trí phân loại
Lớp : Osteichthyes
Bộ : Perciformes
Họ : Cichlidea
Giống : Oreochromis

Hình 2.2: Hình dạng ngoài cá rô phi

Loài : Oreochromis niloticus

(Phạm Ngọc Tịnh, 2005)
2.4.2 Đặc điểm cấu tạo của cá rô phi
- Đặc điểm hình thái
Cá rô phi vằn toàn thân phủ vảy, ở phần lưng có màu xanh xám nhạt, phần bụng
có màu trắng ngà hay xanh nhạt. Trên thân có từ 7 - 9 vạch chạy từ phía lưng xuống
bụng. Các vạch đậm dọc theo vây đuôi ở từ phía lưng xuống bụng rất rõ (xem Hình
2.1). Cá rô phi vằn là loài có kích thước thương phẩm lớn, tốc độ tăng trưởng nhanh,
đẻ thưa hơn cá rô phi đen, đây là loài được nuôi phổ biến nhất trên thế giới và ở Việt
Nam hiện nay.
-

Đặc điểm môi trường sống
Cá rô phi có khả năng chịu đựng tốt hơn so với cá nước ngọt khác nuôi phổ

biến hiện nay về sự thay đổi độ mặn, nhiệt độ cao, hàm lượng oxy hòa tan thấp và
nồng độ NH3 cao.
-

Độ mặn
Tất cả các loài cá rô phi đều có khả năng chịu đựng đối với môi trường nước lợ.

Cá rô phi vằn là loài có khả năng chịu đựng độ mặn kém nhất trong những loài cá
thương mại quan trọng, nhưng sự tăng trưởng của cá rô phi vằn tốt nhất ở độ mặn nhỏ
hơn 150/00 (Popma và Masser, 1999; trích bởi Phạm Ngọc Tịnh, 2005). Trong khi đó
14


cá rô phi xanh phát triển tốt nhất trong môi trường nước lợ có độ mặn nhỏ hơn 200/00,
cá rô phi đen thì phát triển tốt nhất ở độ mặn gần hay bằng độ mặn của nước biển.
-

Nhiệt độ
Giới hạn nhiệt độ cho sự sinh trưởng bình thường của các loài cá rô phi là 10 -

310C, nhiệt độ tối hảo là từ 29 - 310C. Ngưỡng nhiệt độ thấp nhất gây chết cho cá là 10
- 110C, phần lớn các loài cá rô phi sẽ ngừng ăn hay sinh trưởng ở nhiệt độ dưới 16 170C và không sinh sản ở nhiệt độ dưới 200C. Giới hạn nhiệt độ tối hảo cho sự sinh
sản của cá rô phi là từ 26 - 290C cho hầu hết các loài cá rô phi. Khả năng chịu đựng
nhiệt độ cao thay đổi tùy theo loài, thường từ 37 - 420C.
-

Hàm lượng oxy hòa tan
Cá rô phi dường như có một khả năng để lấy oxygen hòa tan từ lớp nước bão

hòa ở tầng mặt trong những thời điểm mà lớp nước sâu bị thiếu oxy, cá có thể nổi lên
tầng mặt để đưa nước bão hòa oxygen qua mang.
Các loài cá rô phi có thể tồn tại ở những nơi có hàm lượng thấp oxy hòa tan.
Hàm lượng oxygen thấp nhất mà cá có thể tồn tại là 0,1 mg/l được ghi nhận
cho cả cá rô phi đen và rô phi vằn. Tuy nhiên, sự vận chuyển thức ăn và sự trao đổi
chất của cá rô phi đen và rô phi vằn sẽ giảm khi oxygen hòa tan nhỏ hơn 2 - 3 mg/l, cá
ngừng ăn khi oxygen nhỏ hơn 1,5 mg/l và chết khi oxygen hòa tan ở ao là 0,1 mg/l.
-

pH
Cá rô phi có thể chịu đựng được một giới hạn rộng của độ pH, từ 4 - 11. Tuy

nhiên, pH < 5 thì tác động xấu đến sự kết hợp của máu và oxygen, cá bỏ ăn, ảnh hưởng
đến sự phát triển. Khi pH tăng cao có thể kích thích cá ăn. Cá rô phi đen sẽ chết khi
pH tăng đến 12.
-

Amonia (NH3 - N) và nitrite (NO2 - N)
Amonia rất độc cho cá, nhưng một số công trình nghiên cứu cho thấy cá rô phi

có thể chịu đựng amonia tốt hơn nhiều so với các loài cá khác. Hiện tượng cá chết có
thể bắt đầu khi hàm lượng amonia bằng 0,2 mg/l. Hàm lượng amonia bắt đầu gây bỏ
ăn ở các rô phi là 0,08 mg/l.
Nitrite là chất độc đối với nhiều loài cá bởi vì nó làm giảm khả năng vận
chuyển oxygen của hemoglobin. Cá rô phi có khả năng chịu đựng tốt hơn các loài cá

15


nước ngọt khác với nitrite (Popma và Masser, 1999; trích bởi Tịnh, 2005). Trong hệ
thống tuần hoàn các rô phi có thể tồn tại ở 0,6 mg/l nitrite.
Baralin và Haller (1982, trích bởi Nguyễn Văn Tư, 2000) đã tổng kết yêu cầu
của các yếu tố môi trường của cá rô phi được so sánh với các cá khác (xem Bảng 2.2)
Bảng 2.2: Các yêu cầu chất lượng nước của cá rô phi
Chỉ tiêu

Cá rô phi

Nhiệt độ (0C)

8 - 42

Độ mặn (0/00)

< 20 - 35

Oxygen hòa tan gây chết (mg/l)

0,1 - 0,3

pH

4 - 11

Amonia gây chết:
> 20

- Tổng cộng (mg/l)
- NH3 – N (mg/l)

2,3 (0,5)*
> 73,0

Ngưỡng CO2 (mg/l)
* Nồng độ bắt đầu ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cá
-

Đặc điểm dinh dưỡng
Một trong những thuận lợi của nuôi cá rô phi là chúng có thể nuôi được với một

chế độ dinh dưỡng thấp. Những loài của giống Oreochromis đều là những loài ăn tạp,
chúng ăn một lượng lớn thức ăn trong tự nhiên như: tảo, động vật phù du, những động
vật không xương sống nhỏ, nhưng mảnh vụn hữu cơ, ấu trùng cá. Những loại thức ăn
này bổ sung 30 - 50% thức ăn trong sự phát triển của cá rô phi, trong khi ở cá da trơn
thì lượng thức ăn này chỉ chiếm từ 5 - 10% ( Fitzsimmons, 2004; trích bởi Phạm Ngọc
Tịnh, 2005).
Cá rô phi thường ăn lọc thức ăn bởi vì chúng có thể sử dụng rất có hiệu quả

những phiêu sinh thực vật trong nước. tuy nhiên, cá rô phi không sử dụng mang để lọc
thức ăn như là một công cụ lọc thức ăn thực sự như ở loài cá mòi chấm (Gizzad Shad)
và cá mè trắng (Silver Carp). Mang cá rô phi tiết ra một chất nhầy để bẫy những phiêu
sinh thực vật. Những phiêu sinh thực vật bị dính vào chất nhầy sẽ tạo thành cục và
được cá rô phi nuốt vào bụng.
Sự tiêu hóa thực vật xảy ra dọc theo chiều dài của ống tiêu hóa (thường mất ít
nhất là 6 giờ trong tổng chiều dài của ruột cá). Cá rô phi đen có khả năng sử dụng
16