Tiềm năng nguyên liệu đơn bào trong thức ăn thủy sản (Phần 2)

Vi khuẩn biển: Trong NTTS, các nguồn protein đơn bào (SCP), chẳng hạn như vi khuẩn, đã thu hút được sự quan tâm vì chúng đại diện cho một cách tiếp cận hiệu quả để quản lý chi phí sản xuất, không chỉ bằng cách duy trì hiệu suất thức ăn mà còn mang lại lợi ích cho sức khỏe của thủy sản. Ngoài vitamin, phospholipid và các chất có chức năng khác hợp chất, vi khuẩn có thể tạo ra giá trị cao của protein thô, axit amin thiết yếu và các chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính sinh học. Một loạt các nguyên liệu thô rẻ tiền và dựa trên chất thải mà các vi sinh vật khác nhau có thể sử dụng khí mê-tan, metanol, khí tổng hợp, H2, CO2 và đường làm nguồn carbon và năng lượng để phát triển và tăng cường sản xuất sinh khối cũng đã truyền cảm hứng cho việc khám phá sâu hơn về vi khuẩn dưới dạng SCP. Các sản phẩm dựa trên SCP của vi khuẩn có thể được sử dụng làm chất kích thích tăng trưởng hiệu quả, như một nguồn protein thay thế mà không có tác dụng phụ, để thay thế FM, hoặc thậm chí như một chất tăng cường để cải thiện phản ứng miễn dịch và tỷ lệ sống với khả năng ứng dụng trên nhiều loài thủy sản. 

Vi khuẩn có thể hữu ích ở các mức độ khác nhau trong các hệ thống NTTS: chúng có thể được dùng để nuôi các nhóm động vật phù du phân loại khác nhau được sử dụng làm thức ăn tươi sống cho ấu trùng trong trại sản xuất giống, hoặc trực tiếp đưa vào thức ăn của các loài nuôi. Trong giai đoạn đầu của quá trình sản xuất, ấu trùng cần các chất dinh dưỡng thiết yếu như n - 3 chuỗi dài PUFA (như EPA và DHA), do đó, các sinh vật làm thức ăn sống, chẳng hạn như luân trùng hoặc Artemia, phải được làm giàu trước khi sản xuất. Ví dụ, vi khuẩn biển Synechococcus elongatus được sử dụng làm thức ăn cho Artemia franciscana. Các ví dụ khác có thể được đề cập, như việc sử dụng vi khuẩn biển dị dưỡng để cải thiện tỷ lệ sống, tăng trưởng và sản xuất ấu trùng của giáp xác chân chèo Apocyclops degizicus, sử dụng thức ăn dựa trên chất thải chi phí thấp; và sự kết hợp của vi khuẩn biển Rhodovulum sulfidophilum trong thức ăn của luân trùng Brachionus rotundiformis để tăng hàm lượng protein và axit béo. Vi khuẩn biển hơn nữa có thể liên quan đến khả năng tiêu hóa, một cột mốc quan trọng khác trong TĂTS. Một số chủng Bacillus được phân lập từ trầm tích biển tạo ra các enzym có lợi như protease, carbohydrolase và lipase.

Đạm đơn bào là xu hướng dinh dưỡng trong thức ăn thủy sản trong những năm tới. Ảnh: Freepik

Ngoài những lợi ích đã nêu trên, vi khuẩn biển còn có thể là chìa khóa để cải thiện sức khỏe động vật trong các hệ thống NTTS. Ngoài các chất dinh dưỡng truyền thống, các sản phẩm bổ sung phải chứa các thành phần có thể tăng cường lợi ích về sinh lý hoặc miễn dịch. Một số ví dụ thành công về việc ứng dụng vi khuẩn làm chế phẩm sinh học trong NTTS với hoạt tính kháng khuẩn chống lại một số vi sinh vật gây bệnh ở các loài thủy sản quan trọng về mặt kinh tế đã được báo cáo (i) loài cộng sinh bọt biển Pseudovibrio denitrificans, được sử dụng hiệu quả để kiểm soát Vibrio sp trong nuôi tôm; (ii) Actinobacteria có nguồn gốc từ biển thuộc họ Bifidobacteriaceae, sản xuất bacteriocin; (iii) chủng Phaeobacter sp., được phân lập từ nhuyễn thể, có tác dụng bảo vệ chống lại các mầm bệnh; (iv) Methylococcus capsulatus đã ngăn chặn sự phát triển của bệnh viêm ruột ở cá hồi khi được đưa vào thức ăn dưới dạng SCP140; (v) các chủng Bacillus và Aeromonas có nguồn gốc từ biển, được phân lập từ Artemia nuôi để bảo vệ Artemia chống lại các mầm bệnh khác nhau; (vi) một số chủng Streptomyces có nguồn gốc từ biển, được phục hồi từ các mẫu trầm tích, khi được sử dụng làm thức ăn bổ sung làm giảm tỷ lệ chết ở ấu trùng và Artemia trưởng thành.

Một xu hướng mới nổi và rất hợp lý là sử dụng hệ vi sinh vật có liên quan đến đường ruột của thủy sản. Vì hệ vi sinh vật đường ruột rất quan trọng đối với sức khỏe và đóng vai trò thiết yếu trong quá trình tăng trưởng, năng suất sinh sản, tiêu hóa và khả năng chịu đựng niêm mạc của động vật thủy sản nên nó mang lại sự hỗ trợ đa dạng và linh hoạt cho NTTS bền vững. Lớp đầu tiên sử dụng hệ vi sinh vật đường ruột bản địa làm men vi sinh, tức là phụ gia thực phẩm vi sinh vật sống. Hầu hết các chế phẩm sinh học thương mại có nguồn gốc từ các sinh vật hoặc sản phẩm trên cạn (ví dụ: sữa, pho mát). Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng hệ vi sinh vật bản địa, đặc biệt là vi khuẩn, trong đường tiêu hóa (còn được gọi là vi khuẩn nội tại hoặc liên quan đến vật chủ) mang lại hiệu quả lợi khuẩn cao hơn và năng suất cao hơn. Chỉ riêng loài cá có vây đã cung cấp nhiều vi khuẩn axit lactic có lợi (LAB) thuộc các giống, ví dụ như Lactococcus, Lactobacillus, Leuconostoc và Carnobacterium với tác dụng lợi khuẩn nổi tiếng. LAB và các chế phẩm sinh học liên quan đến vật chủ khác (HAP) dễ thích nghi với môi trường ruột kết. Chúng có lợi hơn cho vật chủ về các thông số cụ thể, bao gồm hiệu suất tăng trưởng, khả năng tiêu hóa chất dinh dưỡng, phản ứng của hệ thống miễn dịch và khả năng tồn tại tốt hơn trong ruột vật chủ sau khi loại bỏ men vi sinh. Một nghiên cứu gần đây đã so sánh hiệu quả của HAP Enterecoccus faecium có nguồn gốc từ ruột của gián Caspi trưởng thành và chủng lợi khuẩn thương mại (Pediococcus acidilactici). E. faecium bản địa hiệu quả hơn trong việc thúc đẩy tăng trưởng, hiệu quả cho ăn, bài tiết các enzyme tiêu hóa và tăng cường hệ thống miễn dịch niêm mạc và hệ thống so với men vi sinh thương mại trong cá giống gián. Các chế phẩm sinh học thương mại ức chế một số thông số miễn dịch như hoạt động của lysozyme hoặc bổ sung, cho thấy các tác động đối kháng tiềm ẩn đối với hệ vi sinh vật của gián bản địa. Những kết quả này cho thấy vi khuẩn có nguồn gốc từ môi trường ruột của vật chủ là nguồn men vi sinh phù hợp hơn cho ngành thủy sản. Bên cạnh vi khuẩn liên quan đến vật chủ Gram dương, một số thành viên của chi vi khuẩn Gram âm, chẳng hạn như Vibrio, Pseudomonas hoặc Roseobacter cũng đã được đề xuất là chế phẩm sinh học. Ngoài ra, nhiều chế phẩm sinh học cũng có hoạt tính kháng khuẩn trên các quần thể vi sinh vật khác. Chúng tạo ra các peptide ribosome (chẳng hạn như bacteriocin, như đã đề cập ở trên), siderophores, hợp chất kháng hoặc hydro peroxide, do đó ngăn chặn sự phát triển của các mầm bệnh cơ hội. Một số LAB thu được từ ruột cá đã được chứng minh là có tác dụng ức chế sự phát triển của mầm bệnh ở TTCT, vì ví dụ, Aeromonas salmonicida, Vibrio anguillarium,V. harveyi và V. sploupeus, do đó làm giảm tỷ lệ mắc bệnh ở tôm và tăng tỷ lệ sống của ấu trùng. 

Đánh giá rủi ro

Giống như tất cả các loại nguyên liệu khác, bất kỳ thành phần mới nào có nguồn gốc từ biển cũng có khả năng gây ra một loạt rủi ro. Quản lý những rủi ro này đòi hỏi phải áp dụng một loạt các chiến lược đánh giá rủi ro trong đó có thể áp dụng một loạt các chính sách, thủ tục và thông lệ có hệ thống. Đánh giá rủi ro đối với các quy trình dựa trên cơ sở khoa học thường được trình bày thành bốn giai đoạn: (i) xác định mối nguy, ( ii) mô tả đặc điểm mối nguy, (iii) đánh giá mức độ phơi nhiễm và cuối cùng là (iv) mô tả đặc điểm rủi ro. Từ quy trình này, có thể lưu ý rằng nền tảng của quy trình phân tích rủi ro là trao đổi thông tin về các vấn đề và thiết lập bối cảnh rủi ro, tiếp theo là xác định, phân tích, đánh giá, xử lý, giám sát và xem xét các rủi ro đã xác định. 

Ảnh minh họa. Ảnh: Aquaworld

Rủi ro về hậu cần: Áp dụng bất kỳ thành phần nào vào TĂTS đều mang đến một loạt rủi ro về sản xuất, an toàn và hậu cần. Trong sản xuất TĂTS, các yếu tố khác nhau có liên quan đến những rủi ro cần được xem xét. Sản xuất TĂTS là một quá trình sản xuất mở, luôn có những rủi ro liên quan đến việc sản xuất một sản phẩm theo các thông số kỹ thuật cần thiết. Khả năng lập công thức và sản xuất thức ăn dựa trên dữ liệu của bất kỳ lô nguyên liệu cụ thể nào và có thành phần cuối cùng là sự kết hợp của nhiều nguyên liệu khác nhau đáp ứng các kỳ vọng theo kế hoạch có mức độ xác suất khác nhau tùy thuộc vào số lượng nguyên liệu được sử dụng, độ tin cậy về an toàn và hiệu suất các thông số được đánh giá và độ trung thực của bất kỳ phương pháp phân tích nào được sử dụng. Ngoài ra, trong quá trình kết hợp các nguyên liệu thô này, cũng có khả năng những nguyên liệu thô đó mang chất gây ô nhiễm và mầm bệnh.Các rủi ro hậu cần nghiêm trọng khác bao gồm nguồn cung cấp và giá cả của các thành phần đang được xem xét. Điều quan trọng cần lưu ý là hầu hết các cơ sở sản xuất thức ăn chăn nuôi đều có năng lực hạn chế về số lượng nguyên liệu (số lượng lớn) mà họ có thể sử dụng. Do đó, người ta ưu tiên sử dụng các thành phần có thể thu được một cách đáng tin cậy với số lượng lớn và nguồn cung cấp ổn định. Khả năng có được các thành phần trên cơ sở như vậy làm giảm đáng kể rủi ro liên quan đến việc sản xuất TĂTS đáng tin cậy. Tuy nhiên, điều này không ngăn cản việc sử dụng khối lượng thấp và/hoặc các thành phần mới.Thế nhưng, vẫn có một nhu cầu cấp thiết là phải mở rộng quy mô thông qua các mức độ sẵn sàng về công nghệ khác nhau để đáp ứng yêu cầu này và giảm rủi ro hậu cần khi giới thiệu các thành phần mới. Ngoài ra, các rủi ro hậu cần đi kèm với giá cả. Các yếu tố kinh tế khác nhau ảnh hưởng đến giá của bất kỳ thành phần nào và công dụng của nó trong lĩnh vực TĂTS. Mặc dù có thể sản xuất một thành phần từ bất kỳ thứ gì có thể tranh cãi, nhưng điều này không nhất thiết có nghĩa là nó có thể được thực hiện theo cách cạnh tranh nhất về chi phí. Hiệu quả chi phí bao gồm một loạt các cân nhắc: chi phí sản xuất, chất lượng mà thành phần đóng góp (ví dụ: thành phần, cảm quan và cấu trúc) và giá trị cảm nhận của sản phẩm bởi người mua, mức sẵn sàng trả và thực tế là giá sẽ lặp đi lặp lại một cách nhất quán để đáp ứng với các lực lượng thị trường và cạnh tranh. Do đó, rủi ro liên quan đến khả năng tồn tại của chi phí cũng có thể thay đổi theo thời gian.

Rủi ro sinh học: Về rủi ro sinh học, những rủi ro chính có thể gặp phải khi áp dụng các nguyên liệu có nguồn gốc từ sinh vật  biển khác nhau bao gồm các vấn đề về sự thay đổi trong việc cung cấp chất dinh dưỡng, khả năng có mặt của chất gây ô nhiễm và sự có mặt của các yếu tố kháng dinh dưỡng (ANF). Một số nhóm ANF có nguy cơ hợp chất có khả năng gây hại và do đó, điều quan trọng là phải có đủ thông tin về sự hiện diện của ANF trong các nguồn TĂTS mới. Các ANF này nên được giảm thiểu hoặc loại bỏ bằng các phương pháp vật lý hoặc hóa học thích hợp. Bằng cách này, rủi ro sinh học đối với sức khỏe động vật, phúc lợi, hiệu suất tăng trưởng và sự an toàn của sản phẩm cuối cùng được đảm bảo. Khả năng gán giá trị cho các thông số thành phần khác nhau và sự thay đổi trong tác dụng dinh dưỡng của chúng là rất quan trọng để xác định giá trị dinh dưỡng của bất kỳ thành phần nào. Vì vậy, quy trình này phải bắt đầu bằng việc mô tả đặc điểm của thành phần (ví dụ: thành phần đó là gì và thành phần của nó là gì) sau đó là đánh giá về độ ngon miệng và khả năng tiêu hóa của thành phần đó. Ứng dụng thích hợp của nó trong công thức thức ăn có thể được xem xét trong bất kỳ nghiên cứu tăng trưởng nào sau đó. Khi bất kỳ bước cơ bản nào trong số này bị bỏ qua, có thể xảy ra lỗi thức ăn nghiêm trọng do lượng ăn vào kém và/hoặc cung cấp chất dinh dưỡng không chính xác, cả hai đều có thể được quản lý hiệu quả nếu biết trước. Các vấn đề về sự thay đổi trong việc cung cấp chất dinh dưỡng có thể được quản lý thông qua các quy trình mô tả đặc tính của thành phần, sau đó là đánh giá cả về độ ngon miệng và khả năng tiêu hóa. Tuy nhiên, trên thực tế, độ ngon miệng và khả năng tiêu hóa của từng lô nguyên liệu hiếm khi được đánh giá một cách thích hợp, mặc dù nó thông lệ phổ biến trong ngành thức ăn chăn nuôi là thực hiện bước mô tả đặc tính của thành phần cho từng lô dựa trên đánh giá thành phần, thường sử dụng các kỹ thuật quang phổ cận hồng ngoại (NIR) hiện đại. 

Chất gây ô nhiễm có nguy cơ đáng kể trong việc sử dụng các thành phần biển vì nhiều chất ô nhiễm dai dẳng tích tụ trong hệ sinh thái biển từ dòng chảy trên cạn. Nhiều chất gây ô nhiễm được biết là tồn tại nhưng thông thường, có một số kim loại nặng hoặc chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POP). Để xem xét toàn diện về các chất gây ô nhiễm tiềm ẩn khác nhau ảnh hưởng đến TĂTS. Đáng chú ý, các nguyên liệu thức ăn cũng có thể bị nhiễm bẩn trong giai đoạn sản xuất. Tuy nhiên, sự nhiễm bẩn của một thành phần như vậy gây ra rủi ro đáng kể đối với động vật được cho ăn và đối với người tiêu dùng cuối cùng của động vật được cho ăn đó. Hầu hết việc quản lý nguy cơ gây ô nhiễm của các thành phần thức ăn chăn nuôi được thực hiện theo mức dư lượng tối đa (MRL) đối với từng chất gây ô nhiễm trong nguyên liệu được quan tâm và giám sát các nguyên liệu được coi là có nguy cơ. Trên toàn cầu, điều này được quy định bởi Liên Hợp Quốc (UN) thông qua Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp (FAO) thông qua CAC. Ngoài ra, hầu hết các nền kinh tế phát triển trên toàn thế giới cũng có các cơ quan chính phủ điều chỉnh quy trình này (ví dụ: Cơ quan An toàn Thực phẩm châu Âu).

Điểm yếu và cơ hội

Ngày càng có nhiều nhu cầu đầu tư vào nghiên cứu và phát triển để cung cấp các giải pháp thay thế hiệu quả và chuỗi cung ứng mới để thay thế FM và FO. Tuy nhiên, trước khi giới thiệu bất kỳ công thức TĂTS mới nào thành công và có thể mở rộng ra thị trường, ngành cần giải quyết một số thách thức để đạt được các hoạt động bền vững và có trách nhiệm. Để cải thiện và thúc đẩy sự phát triển của một nền kinh tế NTTS bền vững, cần có sự hợp tác nghiên cứu và đổi mới quốc tế và xuyên ngành. Những sự hợp tác này được hỗ trợ thông qua đầu tư bởi các cơ quan tài trợ trong nước và quốc tế để chuyển giao các công nghệ đã phát triển cho ngành. Để thúc đẩy sự phát triển và thương mại hóa các loại TĂTS mới, cần có sự hợp tác liên ngành và xuyên quốc gia để tạo ra hiệu quả hơn và được hỗ trợ tài chính các mạng lưới dọc theo chuỗi cung ứng và giá trị mới của ngành thủy sản. Những hoạt động này bao gồm các chuyên gia nghiên cứu và phát triển để bao quát các TRL thấp hơn và phát triển/thử nghiệm hiệu quả khai thác/sản xuất thức ăn thủy sản mới ở quy mô nhỏ, cũng như các đại diện từ các công nghiệp (ví dụ: các trang trại thương mại) để thử nghiệm các loại thức ăn thủy sản mới trong môi trường hoạt động. Điều quan trọng là, khi việc tạo nguyên mẫu của các loại thức ăn thủy sản mới tiến bộ thông qua sự sẵn sàng của công nghệ, thì các chuyên môn khác là cần thiết, chẳng hạn như chuỗi cung ứng nghiên cứu thị trường, pháp lý và phản hồi của khách hàng tiềm năng/sự chấp nhận của thị trường.

Nghiên cứu về tính bền vững của sản xuất nguyên liệu thay thế nên được giải quyết ở bốn cấp độ: (i) tính bền vững của nguồn cung cấp, (ii) tính bền vững về môi trường, (iii) tính bền vững về kinh tế và (iv) tính bền vững về xã hội. Các chuỗi cung ứng phải được kiểm tra để xác định mạng lưới các thực thể và hoạt động từ các nhà cung cấp nguyên liệu thay thế chính đến các nhà sản xuất thức ăn, nhà cung cấp, nhà phân phối và cuối cùng là các nhà tiếp thị thức ăn thủy sản và người nuôi. Điểm mạnh và điểm yếu của từng liên kết phải được xác định để đề xuất các chiến lược quản lý và giảm thiểu. Tính bền vững về môi trường là điều cần thiết vì NTTS bị ảnh hưởng rõ rệt bởi các tác động của biến đổi khí hậu đặc biệt là tình trạng thiếu nước và suy giảm tài nguyên ảnh hưởng đến việc sử dụng các nguyên liệu thức ăn trên cạn. Hơn nữa, cần có các loại nguyên liệu thay thế để đối trọng với tình trạng không bền vững thành phần thức ăn chăn nuôi. Mặc dù một số loại nguyên liệu thay thế hứa hẹn sẽ duy trì tính bền vững về môi trường của NTTS, nhưng chúng vẫn cần xem xét việc giải phóng chất thải của các sinh vật được cho ăn, lượng chất dinh dưỡng sinh ra trong các vùng nước xung quanh do thức ăn thừa, chiến lược cho ăn không hợp lý hoặc thức ăn kém chất lượng. Tính bền vững về kinh tế là cần thiết để liên kết sự đổi mới, xu hướng thị trường, nhu cầu của người tiêu dùng và sự chấp nhận của người tiêu dùng cân bằng với các tính toán chi phí.

Xuân Chinh