Protein là thành phần chất hữu cơ chính của cơ thể động vật thủy sản, chiếm khoảng 60 – 75% trọng lượng khô của cơ thể (Halver, 1988). Protein được cấu thành từ các axit amin. Nhiệm vụ chính của protein là xây dựng nên cấu trúc của cơ thể, thay tổ chức cũ xây dựng tổ chức mới. Các axit amin (AA) sẽ tham gia vào các sản phẩm protein đặc biệt có hoạt tính sinh học cao (hormon, enzyme). AA sẽ tham gia quá trình tạo thành năng lượng ở dạng trực tiếp hay tích lũy ở dạng glucogen hay lipid. Với những chức năng quan trọng trên, không có vật chất nào có khả năng thay thế protein trong cơ thể.

Tôm, cá hay các động vật nói chung không thể sử dụng trực tiếp protein mà chúng sử dụng các AA để xây dựng cơ thể. Protein trong thức ăn cung cấp các AA nhờ quá trình tiêu hóa và thủy phân. Trong ống tiêu hóa, các amino acid được hấp thu vào máu và đi đến các mô, cơ quan, tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein của cơ thể, phục vụ cho quá trình sinh trưởng, sinh sản và duy trì cơ thể.

Nhu cầu protein được định nghĩa là lượng protein tối thiểu có trong thức ăn nhằm thỏa mãn nhu cầu các AA để đạt tăng trưởng tối đa (NRC, 1993).

Nhu cầu protein của động vật thủy sản thường lớn hơn động vật trên cạn. Nhu cầu protein của cá dao động trong khoảng 25 – 55%, trung bình 30%, giáp xác 30 – 60%. Chẳng hạn, hàm lượng protein dao động 30 – 60% được khuyến cáo cho các loài tôm biển (Akiyama và cs, 1992).

Nhu cầu protein tối ưu của một loài nào đó phụ thuộc nguồn nguyên liệu làm thức ăn (tỷ lệ protein và năng lượng, thành phần AA và độ tiêu hóa protein), giai đoạn phát triển của cơ thể, các yếu tố bên ngoài khác. Khi động vật thủy sản sử dụng thức ăn không có protein thì cơ thể giảm khối lượng, bởi vì chúng sẽ sử dụng protein của cơ thể để duy trì các chức năng hoạt động tối thiểu của cơ thể để tồn tại. Trái lại nếu thức ăn được cung cấp quá nhiều protein thì protein dư không được cơ thể hấp thu để tổng protein mới mà sử dụng để chuyển hóa thành năng lượng hoặc thải ra ngoài. Thêm vào đó cơ thể còn phải tốn năng lượng cho quá trình tiêu hóa protein dư thừa, vì thế sinh trưởng của cơ thể giảm.

Nhu cầu protein của động vật thủy sản phụ thuộc vào các yếu tố như: mật độ nuôi, các yếu tố môi trường nuôi (nhiệt độ, pH, độ mặn, ôxy hòa tan…). Những yếu tố này thường thay đổi theo mùa, theo vùng địa lý nên việc xác định nhu cầu protein của tôm cá có sự khác biệt giữa các khu vực nuôi.

Nhóm này có hàm lượng protein từ 50% trở lên và thường được động vật thủy sản sử dụng hiệu quả hơn nguồn protein thực vật. Các nguồn protein động vật thường được sử dụng trong thức ăn thủy sản là: Bột cá, bột đầu tôm, bột huyết, bột mực, bột nhuyễn thể…; trong đó, bột cá được xem là nguồn protein thích hợp nhất cho tất cả các loài tôm cá nuôi.

Bột cá được chia làm hai loại: bột cá nhạt (độ mặn dưới 5%, protein >50%) và bột cá mặn; trong chế biến thức ăn cho động vật thủy sản chỉ sử dụng bột cá nhạt. Bột cá thường được làm từ cá trích, cá mòi và cá cơm. Chất lượng bột cá phụ thuộc vào loài, độ tươi của nguyên liệu tươi, phương thức chế biến và bảo quản. Bột cá được sử dụng với tỷ lệ 25 – 35%, thay đổi tùy theo mức protein trong thức ăn (Ví dụ: Đạm thô cho tôm sú post larvae là 40% tổng lượng đạm thì tỷ lệ bột cá trong thức ăn là 35%, trong khi đạm thô cho tôm trưởng thành là 28 – 30% thì tỷ lệ bột cá là 25%). Khuynh hướng thay thế protein của bột cá bằng các protein của phụ phẩm động vật như: bột huyết, bột xương, bột phế phẩm gia cầm là điều tất yếu khi bột cá ngày càng khan hiếm và giá cao. Cuộc đua trong việc tìm kiếm các giải pháp hữu hiệu nhằm thay thế bột cá và dầu cá trong thức ăn thủy sản vẫn đang diễn ra. Và ruồi lính đen là nguồn thức ăn thay thế đang được nhiều nhà quản lý và sản xuất quan tâm, đặt hy vọng lớn nhất hiện nay.

Nguồn cung cấp protein thực vật quan trọng là những hạt có dầu như đậu nành, đậu phộng (lạc), hạt bông vải… Nhóm protein này được sử dụng nhiều trong thức ăn thủy sản với mục đích thay thế nguồn protein bột cá, nhằm giảm giá thành thức ăn. Tuy nhiên, khi sử dụng các nguồn protein thực vật sẽ gặp phải một số trở ngại như: độ tiêu hóa thấp, thường chứa các chất kháng dinh dưỡng và độc tố, không cân đối về acid amin, thường thiếu lysin và methionin.