Contents
1. TÌNH HÌNH CHUNG
Dân số thế giới đang ngày càng tăng với tốc độ chóng mặt. Dự đoán, đến năm 2050, dân số thế giới có thể sẽ tăng 9,4 tỷ người. Chính vì vậy, với mức tiêu thụ như hiện tại thì có thể nhu cầu toàn cầu về protein có nguồn gốc động vật sẽ đạt 1.250 triệu tấn/năm.
Theo nhiều nghiên cứu, sự gia tăng dân số sẽ tỷ lệ thuận với sự phát triển kinh tế. Do đó, mức sống của khoảng 3 tỷ người sẽ tăng lên, kéo theo dó là sự gia tăng nhu cầu về thực phẩm, nước uống, hàng hóa chất lượng.
Hiện nay, vấn đề thiếu thực phẩm đang gia tăng nhanh chóng ở các nước đang phát triển khi dân số ngày càng tăng theo hình kim tự tháp thẳng đứng, cho thấy dân số trẻ ngày càng tăng và họ là những người cần chất lượng thực phẩm tốt. Trong sự cạnh tranh về nguồn thực phẩm chất lượng tốt cho con người, các loài động vật cũng bị ảnh hưởng rất nhiều vì những loài có năng suất cao thì đòi hỏi chất lượng đạm cao để tạo ra những sản phẩm chất lượng.
Khi dân số tăng, năng suất sản xuất thực phẩm chất lượng tốt để đáp ứng nhu cầu cũng tăng lên và điều này gây ra gánh nặng cho môi trường và cả nền kinh tế. Bên cạnh đó, hạn chế về đất đai là vấn đề khiến cho sản xuất bị ảnh hưởng và cũng bởi nhiều lý do khác. Do đó, việc sản xuất đạm đơn bào là cách đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề thiếu hụt protein trên toàn thế giới.
Protein/đạm đơn bào (Single-Cell Protein (SCP)) hoặc đạm vi sinh vật là các tế bào khô đã chết của vi sinh vật hoặc protein tinh khiết được phân lập từ quá trình nuôi cấy tế bào của vi sinh vật và được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi như gia cầm vỗ béo, bê, lợn và cá. Nó cũng có ứng dụng trong ngành da và giấy. Single-Cell Protein có:
- Gần 60% đến 80% hàm lượng protein trong chúng trên cơ sở vật chất khô.
- Một lượng lớn axit amin thiết yếu như methionine và lysine.
Các chất nền thông thường như tinh bột, trái cây, mật đường và chất thải trái cây và các chất nền độc đáo như phụ phẩm dầu mỏ, ethanol, khí tự nhiên, sinh khối lignocellulose và metanol đã được sử dụng để sản xuất SCP.
Protein vi sinh vật có thể được cung cấp thông qua việc nuôi cấy nhiều loại vi khuẩn và tảo khác nhau, chứa hơn 30% protein trong sinh khối của chúng và có thể cung cấp sự cân bằng lành mạnh của các axit amin thiết yếu. Protein vi sinh vật thường được gọi là protein đơn bào (SCP), mặc dù một số vi khuẩn sinh sôi, chẳng hạn như nấm sợi hoặc tảo sợi, có thể là đa bào.
Tốc độ tăng trưởng cao hoặc khả năng sử dụng các chất nền độc đáo, chẳng hạn như CO2 hoặc khí mê-tan, dẫn đến các quy trình mang lại hiệu quả và/hoặc tính bền vững cao hơn nhiều so với nông nghiệp truyền thống.
Đạm vi sinh tận dụng phế thải hoặc nguyên liệu thô và vi sinh vật trên quy mô lớn, chuyển hóa chất nền với hiệu suất cao, làm thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật mang lại năng suất tốt. Ngoài ra, các yếu tố theo mùa không ảnh hưởng đến hiệu quả của quy trình. Các sản phẩm SCP chứa lượng lớn axit nucleic (6-10%) làm tăng nồng độ axit uric trong huyết thanh. Việc tiếp cận với số lượng này dẫn đến kết tủa axit uric có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe, tức là hình thành bệnh gút và sỏi thận. Liều khuyến cáo của SCP bổ sung vào chế độ ăn của con người hoặc động vật nên có hàm lượng axit nucleic dưới 2%.
SCP được sử dụng nhiều trong:
- Chế độ ăn của động vật như trong chế độ ăn của bê, vỗ béo, lợn, gà thịt, làm thức ăn cho gà đẻ, cá giống và thức ăn cho thú cưng.
- Thực phẩm làm chất nhũ hóa, chất mang vitamin và hương thơm, trong súp, các món nướng như chất bổ sung dinh dưỡng, bữa ăn làm sẵn và công thức nấu ăn
- Ứng dụng trong chế biến da và giấy và trong ngành công nghiệp chất ổn định bọt.
- Công dụng chữa bệnh của tảo Spirulina tăng cường hoạt động kháng virus và chống ung thư, cải thiện và tăng cường hệ thống miễn dịch.
Sản xuất SCP là một cách tốt để khắc phục ô nhiễm môi trường bằng cách tận dụng các vật liệu phế thải. Nó là một công cụ hiệu quả để biến chất thải nông nghiệp như vỏ trấu, rơm rạ, bã tinh bột và phân chuồng thành các sản phẩm hữu ích.
2. VI SINH VẬT ĐỐI VỚI PROTEIN TẾ BÀO ĐƠN (SCP)
2.1. SẢN XUẤT PROTEIN TẾ BÀO ĐƠN (SCP)-YEAST
Có một số nguồn SCP khác nhau và một trong số đó là nấm men, tức là nấm đơn bào. Nấm men là một nguồn SCP tốt. Ngày nay, nó thường được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi dưới dạng thực phẩm bổ sung (thức ăn cho chó và cá) và được sử dụng làm gia vị trong chế độ ăn chay.
Một số đặc điểm của nấm men:
- Lớn hơn tế bào vi khuẩn
- Dễ dàng thu hoạch
- Có hàm lượng lysine và axit malic cao và hàm lượng axit nucleic thấp.
- Có khả năng phát triển trên pH axit.
- Có tốc độ sinh trưởng thấp, hàm lượng methionine và protein thấp (45-65%) so với vi khuẩn.
Men cũng là một nguồn tốt để sản xuất SCP do chất lượng dinh dưỡng vượt trội của nó. Nhiều loại chất nền và vi sinh vật được sử dụng để sản xuất SCP nhưng yếu tố cần xem xét trước khi sử dụng SCP là kiểm tra các hợp chất độc hại và gây ung thư do vi sinh vật hoặc chất nền sản xuất và được tổng hợp trong quá trình sản xuất.
Hai yếu tố hạn chế chính của nấm men là:
- Hàm lượng axit nucleic cao
- Khả năng tiêu hóa thành tế bào thấp.
2.2. PROTEIN TẾ BÀO ĐƠN (SCP)-BACTERIA
Vi khuẩn Methylotrophic Methylophilusm ethylotrophus có thời gian thế hệ khoảng hai giờ và được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi, tạo ra thành phần protein tốt hơn các vi khuẩn khác. Các đặc điểm của vi khuẩn khiến nó phù hợp để sản xuất SCP bao gồm thời gian thế hệ ngắn và tốc độ tăng trưởng nhanh với hàm lượng protein cao (50-80%).
Vi khuẩn tím không lưu huỳnh quang hợp (PNSB) chứa 70-72% protein, có khả năng kháng chất độc cao và thành phần protein của chúng gồm các axit amin cần thiết tương tự như protein đậu tương.
Sinh khối của nó rất hữu ích trong thức ăn cho cá và giàu protein. Amoniac, urê, muối amoni, nitơ hữu cơ và nitrat trong chất thải là nguồn cung cấp nitơ tốt cho vi khuẩn và có khả năng phát triển trên các nguồn nguyên liệu khác nhau. Vi khuẩn có hàm lượng axit nucleic cao trong khi lượng axit amin chứa lưu huỳnh ít hơn.
Việc nuôi cấy vi khuẩn có nguy cơ nhiễm cao và khó phục hồi tế bào. Môi trường nuôi cấy vi khuẩn cần bổ sung dinh dưỡng khoáng để cung cấp chất dinh dưỡng. Việc lựa chọn chủng vi sinh vật để sản xuất SCP dựa trên các tiêu chí sau:
- Sinh nhiệt, nhu cầu oxy trong quá trình lên men và đặc tính tạo bọt,
- Hiệu suất như tốc độ tăng trưởng, năng suất, khả năng chịu nhiệt và pH,
- Ổn định di truyền trong quá trình lên men và hình thái sinh trưởng,
- Thành phần và cấu trúc sản phẩm cuối cùng của chúng về mặt protein,
- Dễ phục hồi và làm sạch sản lượng.
Vi khuẩn có kích thước tế bào nhỏ và mật độ thấp, khó thu hoạch trong môi trường lên men, có hàm lượng axit nucleic cao và nhận thức chung của công chúng rằng vi khuẩn có hại, cần có nhận thức để loại bỏ quan niệm sai lầm về protein của vi khuẩn.
3. CÁC SINH VẬT BIẾN ĐỔI GEN TRONG SẢN XUẤT SCP—KHẢ NĂNG TƯƠNG LAI
Việc sử dụng các sinh vật biến đổi gen (GMO) trong thực phẩm và thức ăn chăn nuôi đã được chấp nhận ở những nơi khác trên thế giới. Khi có nhiều dữ liệu liên quan đến tiêu thụ GMO được cung cấp, chúng có thể được chấp nhận nhiều hơn khi nguồn protein trở nên khan hiếm hơn, đặc biệt nếu thị trường phát triển cho dinh dưỡng lành mạnh hoặc cá nhân hóa.
Men biến đổi gen từ các nhà máy sản xuất cồn sinh học đã có thể được sử dụng làm thức ăn gia súc ở một số quốc gia. Việc sử dụng các yếu tố di truyền từ chính vật chủ (tự nhân bản) thường có nghĩa là không có DNA ngoại lai nào được đưa vào.
4. LỢI THẾ DINH DƯỠNG CỦA SCP
Protein đơn bào về cơ bản bao gồm protein, chất béo carbohydrate, thành phần tro, nước và các nguyên tố khác như phốt pho và kali. Bên cạnh lợi ích dinh dưỡng của protein đơn bào, một lợi ích khác của công nghệ protein đơn bào là sản xuất quanh năm.
Ngoài ra, nó đóng vai trò trong quản lý chất thải vì chất thải được sử dụng làm chất nền. Diện tích đất nhỏ là cần thiết và SCP được thực hiện trong thời gian ngắn hơn. Để tiếp cận giá trị dinh dưỡng của protein đơn bào, nhiều yếu tố phải được xem xét bao gồm thành phần dinh dưỡng, thành phần axit amin, hàm lượng vitamin, cũng như dị ứng và ảnh hưởng đến đường tiêu hóa.
5. KẾT LUẬN
Tóm lại, SCP cho thấy sự rất hấp dẫn khi có thể làm chất bổ sung dinh dưỡng cho động vật. Về cơ bản, nó bao gồm protein, carbohydrate, chất béo, nước và các nguyên tố như phốt pho, kali và các axit amin thiết yếu.
SCP có nhiều lợi ích khác nhau so với protein động vật và thực vật ở chỗ:
- Nhu cầu tăng trưởng của nó không phụ thuộc vào mùa hay khí hậu, do đó nó có thể được sản xuất quanh năm.
- SCP có hàm lượng protein cao với phổ axit amin rộng, hàm lượng chất béo thấp và tỷ lệ carbohydrate protein cao hơn so với thức ăn thô xanh.
- Nó có thể được trồng trên chất thải và do đó thân thiện với môi trường. Do đó, việc sử dụng SCP như một chất bổ sung dinh dưỡng thay thế có thể giải quyết vấn đề khan hiếm thực phẩm của dân số đang tăng nhanh, đặc biệt là ở một quốc gia đang phát triển như Ấn Độ.
Tuy nhiên, bất chấp tất cả những lợi ích này, việc sản xuất SCP đã trở nên kém quan trọng hơn do không được mọi người chấp nhận SCP như một chất bổ sung chất dinh dưỡng. Hơn nữa, hàm lượng axit nucleic cao, sự hiện diện của thành tế bào không tiêu hóa được, màu sắc và hương vị không thể chấp nhận được và nguy cơ ô nhiễm cao cũng như khả năng phục hồi tế bào càng hạn chế việc sử dụng chúng như một loại thực phẩm toàn cầu.
Do đó, cần nỗ lực tìm kiếm các chất nền và phương pháp thay thế có thể giảm thiểu những cạm bẫy của các chất nền và phương pháp hiện đang được sử dụng để sản xuất SCP và do đó dẫn đến việc chấp nhận chất bổ sung dinh dưỡng có giá trị này trên cơ sở toàn cầu.
Nguồn: Tài liệu được dịch bởi Phú An Khánh – tại trang web Feed Additive – Tựa “Single cell protein: The potential substitute of animal nutrition”