Hai trong số những nguồn protein quan trọng nhất trong ngành sản xuất TACN – bột cá và đậu nành – cũng là hai nguyên liệu TACN thường bị chỉ trích là kém bền vững.

Ngay cả khi những người bảo vệ nhiệt thành cho 2 ngành sản xuất nguyên liệu trên cũng thường thừa nhận rằng sản lượng ngày càng tăng sẽ gây ra sự gián đoạn các hệ sinh thái nhạy cảm cao, từ đại dương tới các cánh rừng nhiệt đới. Do đó, một quan điểm nhận được đồng thuận cao là thức ăn chăn nuôi (TACN) trong tương lai sẽ cần có nhiều lựa chọn hơn về nguồn protein.

Căng thẳng TACN vs Thực phẩm

Thế giới có nhiều nguồn tài nguyên sẵn có, từ các loại rau đậu tới các phụ phẩm động vật. Tuy nhiên, các thông tin dưới đây tạp trung vào 2 nguồn ít được protein thay thế ít được biết đến hơn – tảo biển và vi khuẩn.

Hai nguồn protein này có lợi thế là không gây ra sự cạnh tranh giữa tiêu dùng ở người và sử dụng làm TACN, cũng không phải là một nguồn calories cơ bản cho con người (không giống như lúa mỳ). Hơn nữa, cả hai nguồn protein này đều góp phần giúp con người sản xuất thực phẩm cung ứng cho dân số ngày càng tăng, trước sự mất mát các khu vực đất nông nghiệp màu mỡ.

Tảo nở hoa

Tảo thực ra là một hỗn hợp không đồng nhất của các thực thể hữu cơ và đối với nghiên cứu TACN, các nhà nghiên cứu đang đi theo hàng loạt các hướng khác nhau, từ tảo đơn bào, như Chlorella, đến tảo đa bào (tảo biển), như Ascophyllum nodosum.

Tảo đang nổi lên trở thành một giải pháp chính cho vấn đề protein, do nhiều loài có thể cung cấp năng suất protein rất cao trên mỗi đơn vị diện tích đất.

Theo một nghiên cứu của Stephen Bleakley and Maria Hayes, tảo biển cho năng suất 2,5 – 7,5 tấn/ha/năm, và vi tảo, có năng suất 4 – 15 tấn/ha/năm, cao hơn các cây trồng thông thường như đậu tương, các loại rau đậu, và lúa mỳ. Các loại tảo này có năng suất protein cao nhất lên đến 2 tấn/ha (mặc dù tổng sản lượng có thể cao hơn nhiều). Tảo xoắn có mức protein 60 – 71 gr protein/trọng lượng 100 gr.

Các lợi ích dinh dưỡng

Quan trọng hơn, tảo cũng chứa tất cả các amino acid thiết yếu, khiến tảo trở thành các lựa chọn thay thế đầy triển vọng cho các loại protein như bột cá, mặc dù trong một rà soát học thuật, Mark Wells và các đồng sự chỉ ra rằng nhiều thành phần dinh dưỡng của tảo , bao gồm các amino acid, có thể thay đổi tùy thuộc vào các điều kiện bờ biển chúng được sản xuất và theo mùa thu hoạch.

Hơn nữa, ngoài các amino acid và hàm lượng protein cao, tảo cũng mang lại nhiều lợi ích dinh dưỡng khác: acid béo không bão hòa, bao gồm các acid béo omega-3, các khoáng chất, các chất chống oxy hóa, và các màu tự nhiên đều được tìm thấy với hàm lượng cao.

Các bình khí tự nhiên

Một số loại tảo, như Chlorella, còn được cho là giúp tăng cường sức khỏe và sức đề kháng. Các nghiên cứu cũng từng chỉ ra việc đưa tảo biển vào làm TACN cho các động vật nhai lại có thể làm giảm mạnh phát thải khí methan, cho thấy đây là một giải pháp tiềm năng  để giảm hiệu ứng khí nhà kính vốn rất lớn trong ngành chăn nuôi.

Đóng vai trò như một thực thể quang hợp, tảo cũng góp phần mạnh mẽ vào chống lại phát thải khí nhà kính bằng cách hấp thụ carbon dioxide trong quá trình sinh trưởng.

“Tiềm năng lớn của tảo”

Ông Matt Carr thuộc Tổ chức Biomass tảo của Mỹ cho biết ông tin rằng nhưng các lợi ích dinh dưỡng có thể tiến xa nhờ sản xuất quy mô lớn và đạt hiệu quả chi phí. “Chúng tôi nhận thấy trong 18 tháng – 2 năm qua, sự nổi lên thực sự của một loại tảo trên con đường trở thành nguyên liệu TACN, rất có tiềm năng cho thị trường thương mại, là các acid béo omega-3”. Tuy nhiên, ông cũng thận trọng cho rằng sản xuất tảo thương phẩm hiện nay dùng làm các nguyên liệu TACN chuyên biệt giá trị cao hơn là biomass protein thô.

Ông Carr dự báo quỹ đạo phát triển của ngành này, theo đó một số công ty sẽ tiên phong sản xuất quy mô lớn nhằm sản xuất các nguyên liệu cao cấp, nhng sau đó sẽ tiến vào các sản phẩm TACN hàng hóa sản xuất lớn khi chi phí sản xuất tảo giảm. “Chúng tôi nhận thấy quỹ đạo này rất triển vọng. Vấn đề chỉ là thời gian để có thể ứng dụng trên quy mô lớn như một giải pháp thay thế cho các hàng hóa dùng làm TACN khác”.

Chắt lọc những ưu điểm

Có được động cơ lợi nhuận cao từ các nguyên liệu tảo cao cấp là cần thiết để đối mặt với hàng loạt rảo cản lớn trong sử dụng tảo làm TACN.

Một trong những rào cản là đòi hỏi một hệ thống chế biến phức tạp nhằm chắt lọc các loại tảo có thể tiêu hóa được, lẫn các dưỡng chất sinh học có sẵn của chúng. Theo ông John Forster, “ở trạng thái thô, các dưỡng chất của tảo biển được bảo vệ bởi các lớp màng tế bào không thể tiêu hóa được, hoặc các lớp màng bọc có thể hủy hoại giá trị dinh dưỡng tiềm năng”.

Nghiên cứu nổi bật của Bleakley và Hayes “đề xuất rằng các protein tảo biển chưa chế biến bị giảm khả năng tiêu hóa như các nguồn protein khác”, đồng thời cho biết thêm “các phương pháp chiết xuất cải tiến đang rất cần thiết” cho sản xuất thương mại.

Các thách thức trong sản xuất

Sản xuât tảo biển cũng có nhiều thách thức, ngay từ lựa chọn thu hoạch tảo biển tự nhiên hay nuôi tảo trong các điều kiện được kiểm soát. Về vấn đề thu hoạch tảo biển, Bleakley và Hayes chỉ ra rằng các quy định liên quan đến các hoạt động như vậy vẫn còn trong trứng nước.

Các tiến bộ kỹ thuật cũng rất cần thiết. Tại một số khu vực địa lý, hoặc đối với một số loài, hoạt động thu hoạch thủ công vẫn đang là phương pháp chính.

Khi xét đến nuôi vi tảo trong các mô hình kín, một số vấn đề cũng phát sinh. Đảm bảo tất cả các thực thể hữu cơ đều tiếp cận đều tiếp cận được với ánh sáng yêu cầu các giải pháp như chuyển hướng hoặc quay liên tục các bề mặt và ngăn việc tảo lan lên các bề mặt của container.

Trong khi đó, nuôi tảo trong các khu vực mở lại gây ra khó khăn trong ngăn chặn các loài không mong muốn, kiểm soát nhiệt độ gần như không thể và do đó thường phải vận hành không đạt điều kiện tối ưu, và trong nhiều trường hợp, tiêu tốn rất nhiều nước ngọt.

Thu hoạch các vụ nuôi sinh trưởng nhanh gần như là một hoạt động liên tục và phân tách các kỳ thu hoạch với sinh trưởng yêu cầu đầu vào năng lượng rất cao.

“Rào cản chính là đầu tư”

Những vấn đề phức tạp gây cản trở tảo trở thành một giải pháp quả là khó khăn. Tuy nhiên, theo ông Vitor Verdelho Viera, chủ tịch của Hiệp hội Biomass Tảo châu Âu, sự bất đồng về công nghệ chỉ là một yếu tố hạn chế con đường trở thành nguyên liệu TACN của tảo. “Cơn sốt các loại nhiên liệu sinh học từ tảo nổi lên 10 năm trước đã thúc đẩy công nghệ và cung cấp hàng loạt giải pháp để giải quyết các nút thắt công nghệ”, ông phát biểu trước báo giới. “Hiện nay, rào cản chính là đầu tư cho hoạt động sản xuất quy mô lơn để giảm chi phí”.

Ông lập luận rằng các hệ thống kín có thể sử dụng để sản xuất nguồn chất cấy ổn định (có thể được hiểu tương tự như các hạt khởi nguyên trong khí nhà kính), sau đó các hệ thống mở có thể được sử dụng để sản xuất quy mô lớn.

Những kẻ ăn methan

Vi khuẩn cho đến nay là một dạng sống lớn nhất trên trái đất, vượt xa cả thực vật và động vật.

Tất nhiên, chúng rất hiếm khi được sử dụng như biomass cho thực phẩm cho người, mặc dù chúng rất quan trọng trong chyển hóa nhiều thực phẩm lên men.

Tuy nhiên, có ít nhất 1 loài, Methylococcus capsulatus, đang được sử dụng như một nền tảng trong các loại TACN tại ít nhất 2 công ty, Calysta và Unibio.

Methylococcus capsulatus là một chất chuyển hóa methan (methanotroph)– một khí gas nhà kính được sản sinh từ rất nhiều nguồn, nhưng đáng kể nhất là phụ phẩm trong ngành dầu mỏ.

Do đó, protein vi khuẩn từ methanotroph giải quyết hai vấn đề môi trường cùng một lúc, bằng cách tiêu thụ đầu vào là các chất thải gây ra khí hậu ấm lên và bằng sản xuất các đầu vào TACN có giá trị cho ngành chăn nuôi.

Và cả protein

Ngoài nỗ lực lớn trong nắm giữ và chuyển hóa GHGs, protein vi khuẩn cũng là một nguồn dinh dưỡng protein mạnh, ít nhất là theo các công ty đang sản xuất chúng – họ sử dụng sản phẩm của cả Calysta và Unibio quảng cáo về làm lượng protein thô vượt mức 70%. Hơn nữa, hàm lượng amino acid cũng được cho là vượt hàm lượng trong bột cá.

Theo Unibio, sản phẩm Uniprotein của họ đã được thử nghiệm làm TACN cho cá hồi, bò tơ, lợn và gà, trong khi Calysta tuyên bố sản phẩm Feedkind của họ đã được thử nghiệm trên cá hồi, lợn và kể cả thú nuôi – vốn được cho là nhạy cảm với các nguyên liệu TACN khác.

Các nhà máy lên men

Nhưng chúng được sản xuất bằng cách nào?

Calysta hiện đang vận hành một cơ sở sản xuất thử nghiệm, và sẽ sớm đưa vào hoạt động cơ sở sản xuất quy mô lớn tại Memphis, Tennessee vào năm 2019. Côn suất ban đầu của cơ sở này là 20.000 tấn/năm, nhưng công ty đặt mục tiêu tăng công suất lên đến 200.000 tấn. Cơ sở này sẽ có 20 nhà máy lên men “mỗi cái có quy mô ngang một sân bóng đá”, và vài km đường ống.

Trong khi đó, Unibio đã bắt đầu vận hành cơ sở lên men từ tháng 10/2016 với công suất 80 tấn và có kế hoạch đưa vào vận hành nhà máy quy mô thương mại vào cuối năm 2017. Công ty cũng bày tỏ quan tâm tới việc bán bán quyền công nhệ nhằm đưa hoạt động sản xuất UniProtein tới nhiều khu vực trên thế giới, nơi khí gas tự nhiên vẫn còn là phụ phẩm bị lãng phí.

Hợp tác với Cargill

Do đó, bất chấp những thách thức lớn trong hoạt động sản xuất, ít nhất 2 công ty đang tiến mạnh tới hoạt động sản xuất quy mô lớn.

Hơn nữa, đối tác của Calysta không ai khác là công ty kinh doanh nông sản khổng lồ Cargill, cho thấy ít nhất một trong những tên tuổi lớn trong sản xuất TACN đã sẵn sàng nắm bắt lấy cơ hội này.

Theo Agrimoney