Nấm men cải tiến, biến chất thải thành protein

Nhu cầu protein thức ăn chăn nuôi tăng lên và nguồn cung nguyên liệu thức ăn truyền thống giảm đi đã đặt ra vô số thách thức cho ngành thức ăn chăn nuôi. Các thành phần thức ăn có hàm lượng protein cao như bột cá ngày càng khan hiếm và đắt đỏ, đòi hỏi phải có nguồn protein thay thế. Các loại thức ăn công nghiệp hiện nay thường dùng nguyên liệu thực vật nhưng nhược điểm là thiếu protein, kém ngon miệng và các yếu tố kháng dinh dưỡng. 

Một giải pháp hứa hẹn là protein đơn bào (SCP) gốc vi sinh vật như vi khuẩn và nấm. SCP có lợi thế so với các thành phần thức ăn thông thường, như tốc độ tăng trưởng nhanh, sử dụng ít đất và nước, và có thể tận dụng phụ phế phẩm làm chất nền. Tuy nhiên, một vi sinh vật được coi là phù hợp cho sản xuất SCP thì cần phải đáp ứng hàng loạt tiêu chí. 

Lựa chọn vi sinh tốt nhất 

Nấm men là loại vi sinh vật tiềm năng nhất để sản xuất SCP làm thức ăn chăn nuôi cao cấp, tiết kiệm và quy mô lớn. Saccharomyces cerevisiae, thường được gọi là men bia hay men bánh mì, được đánh giá cao vì ứng dụng linh hoạt trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau từ thực phẩm đến thức ăn chăn nuôi.

S. cerevisiaeđã được cấp chứng nhận an toàn tuyệt đối (GRAS) cho cả người và động vật và phù hợp làm nguyên liệu thức ăn chăn nuôi. Loại nấm men này rất giàu protein với thành phần axit amin cân bằng và là nguồn cung chất xơ, vitamin, khoáng chất vi lượng tốt. S. cerevisiaedễ dàng nuôi cấy ở nhiều môi trường khác nhau, khiến nó trở thành vi sinh vật lý tưởng nhất để sản xuất SCP quy mô lớn. Tuy nhiên, S. cerevisiae thường không phát triển hiệu quả trên các thành phần có trong chất thải công nghiệp nặng, và chúng cũng không đạt được toàn bộ lợi ích dinh dưỡng cần thiết của một thành phần thức ăn giàu protein cao cấp. Do đó, MicroBioGen đã cải tiến S. cerevisiae để tạo ra nấm men vượt trội dinh dưỡng mà không cần đến kỹ thuật di truyền. 

MicroBioGen đã áp dụng công nghệ nền tảng và di truyền nấm men không biến đổi gen để phát triển một loại men tự nhiên phục vụ sản xuất SCP thay thế bột cá. Để xác thực kết quả từ phòng thí nghiệm ở Australia, công ty này đang tìm kiếm đối tác thử nghiệm thức ăn chăn nuôi với trọng tâm ban đầu là thức ăn thủy sản. 

Thay thế bột cá thành công

Thách thức lớn nhất của protein thức ăn thủy sản thay thế là mức độ phù hợp và chất lượng dinh dưỡng phải bằng hoặc hơn bột cá, tức là phải chứa khoảng 65% protein và thành phần axit amin cân bằng. MicroBioGen đã cải tiến nấm men bằng công nghệ không biến đổi gen, từ đó tạo ra một loại SCP giải quyết được thách thức này. Trong khi men làm bánh thông thường chỉ chứa khoảng 45% protein thì men của MicroBioGen chứa 60% protein và thành phần axit amin trong SCP của MicroBioGen phù hợp với lượng axit amin thiết yếu được khuyến nghị hàng ngày cho người và động vật. 

Ngoài ra, các nghiên cứu trước đây đã chứng minh S. cerevisiae không chỉ an toàn khi sử dụng làm thức ăn thủy sản, mà còn khá ngon miệng. Ví dụ, các thử nghiệm trên rô phi sông Nile và tôm thẻ chân trắng cho thấy không có bất kỳ tác động bất lợi nào đến tăng trưởng, tỷ lệ biến đổi thức ăn, tỷ lệ sống hoặc thành phần cơ thể. Nấm men của MicroBioGen không chứa yếu tố kỹ thuật di truyền nên tránh được các quy trình phê duyệt kéo dài và rào cản thị trường liên quan đến các quy định về sinh vật biến đổi gen. 

Tái chế chất thải 

MicroBioGen cải tiến nấm men qua quy trình phát triển SCP bằng chất thải công nghiệp thay vì sử dụng đường thực phẩm truyền thống. Bằng cách tận dụng lượng carbon có thể bị thất thoát trong các chất thải công nghiệp nặng, cải tiến của MicroBioGen cải thiện tính bền vững và giảm đáng kể chi phí sản xuất. Đường tương đối đắt ở mức 0,4 USD/kg. Do đó, sản xuất SCP từ đường rất tốn kém và có thể lên tới 1.000 USD/tấn SCP. Điều này hạn chế tính kinh tế của SCP từ đường cho thị trường thức ăn chăn nuôi. Ngược lại, hiện nay toàn cầu đang có sẵn gần 20 triệu tấn chất thải, tương ứng tiềm năng sản xuất gần 10 triệu tấn SCP đủ thay thế bột cá. 

Hiệu quả chi phí

Muốn thay thế bột cá, SCP không chỉ vượt trội về protein mà còn đảm bảo chi phí sản xuất hiệu quả. Do đó, MicroBioGen đã tạo ra 3 chất tăng cường giá trị protein riêng biệt, được mô tả chi tiết hơn dưới đây.

Enzyme tự nhiên  

Protein thực vật thường được đưa vào thức ăn chăn nuôi, phổ biến nhất là khô đậu bởi sản lượng lớn khoảng 400 triệu tấn. Trong khi khô đậu rất giàu protein thì các chất kháng dinh dưỡng như axit phytic lại cản trở quá trình hấp thu chất dinh dưỡng, đặc biệt ở động vật dạ dày đơn. Để khắc phục, người sản xuất thường bổ sung enzyme ngoại sinh phytase vào thức ăn để phân hủy axit phytic. MicroBioGen đã tạo ra một loại men đặc biệt không biến đổi gen có khả năng sản sinh phytase nhiều gấp 500 lần so với men thông thường. Chỉ cần sử dụng 1 – 2 kg nấm men phytase của MicroBioGen cho mỗi tấn khô đậu (hoặc bất kỳ loại đạm thực vật nào) là có thể trung hòa tất cả axit phytic hiệu quả. Sự cải tiến này nâng cao giá trị cho mỗi tấn SCP làm từ chất thải công nghiệp lên tới 800 USD. 

Lysine

Một hạn chế nữa khi sử dụng đạm thực vật làm thức ăn chăn nuôi là thiếu axit amin thiết yếu. Ngô, lúa mỳ, lúa mạch, lúa miến và gạo thường thiếu hụt lysine. Trong 10 năm qua, các nhà khoa học của MicroBioGen đã nghiên cứu cách thức tăng hàm lượng lysine trong nấm men. Kết quả, hàm lượng lysine từ 2,6% ở nấm men tự nhiên đã tăng lên 8% trong nấm men của MicroBioGen. Do đó, giá trị của SCP cũng được nâng cao thêm 100 – 200 USD/tấn. 

Chất chống ôxy hóa 

Nấm men của MicroBioGen được nuôi cấy trên phụ phế phẩm công nghiệp, tích lũy nhiều chất chống ôxy hóa như glutathione. Những chất chống ôxy hóa tăng cường phản ứng miễn dịch và khả năng phục hồi ở sinh vật biển, đồng thời giảm phụ thuộc vào kháng sinh và thúc đẩy nuôi trồng thủy sản bền vững hơn. Những cải tiến này tăng giá trị của SCP, giảm thiểu chi phí, góp phần hiện thực hóa mục tiêu nuôi thủy sản bền vững và hiệu quả kinh tế. 

Dũng Nguyên

Theo Feed&Additives