ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG TANNIN TRONG LÁ SẮN VÀ THÂN, LÁ CÂY LẠC SAU THU HOẠCH ĐẾN HÀM LƯỢNG METHANE (CH4) SẢN SINH Ở DẠ CỎ BẰNG KỸ THUẬT SINH KHÍ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM (IN VITRO GASPRODUCTION)

Hơn 50% số lượng gia súc nhai lại của toàn thếgiới tập trung ở vùng nhiệt đới và chúng được nuôi chủ yếu bằng các khẩu phần có chất lượng thấp, khi đó 10-12% năng lượng thô của thức ăn s

UBND TỈNH PHÚ THỌ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG

ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG TANNIN TRONG

LÁ SẮN VÀ THÂN, LÁ CÂY LẠC SAU THU HOẠCH ĐẾN HÀM LƯỢNG METHANE (CH4) SẢN SINH Ở DẠ CỎ BẰNG

KỸ THUẬT SINH KHÍ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

(IN VITRO GASPRODUCTION)

Chủ nhiệm đề tài: KS Đỗ Thị Phương Thảo Cộng tác viên: ThS Nguyễn Thị Quyên

Phú Thọ, 2012

Hydroly sable tannin

Neutral Detergent Fibr

Orgsnic dry Matte

- Xơ còn lại sau khi thủy phân bằng dung dịch axit

- Phương pháp phân tích phương sai

- Axit béo bay hơi

- Chất mang năng lượng cần thiết cho sinh trưởng

và phát triển của vi sinh vật

- Năng lượng thô

- Năng lượng trao đổi

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT 2

MỞ ĐẦU 5

1 Đặt vấn đề 5

2 Mục đích yêu cầu và ý nghĩa của đề tài 6

Chương 1 7

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 7

1.1 Hiệu ứng nhà kính và mối quan hệ với chất thải trong chăn nuôi 7

1.1.1 Hiện tượng hiệu ứng nhà kính 7

1.1.2 Nguyên nhân của hiệu ứng nhà kính 7

1.1.3 Mối quan hệ giữa chất thải Methane từ gia súc và môi trường 8

1.2 Môi trường dạ cỏ và hệ vi sinh vật dạ cỏ 10

1.2.1 Môi trường dạ cỏ 10

1.2.2 Khu hệ vi sinh vật dạ cỏ 10

1.2.2.1 Vi khuẩn (Bacteria) 10

1.2.2.2 Động vật nguyên sinh (Protozoa) 11

1.2.2.3 Nấm (Fungi) 12

1.3 Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong dạ cỏ 12

1.4 Đặc điểm sinh thái học của lá sắn và thân – lá cây lạc sau thu hoạch 14

1.4.1 Lá sắn 14

1.4.1.1 Đặc điểm sinh học 14

1.4.1.2 Hiện trạng sản xuất 14

1.4.1.3 Dinh dưỡng, độc tố 14

1.4.2 Thân, lá cây lạc sau thu hoạch 14

1.5 Tình hình nghiên cứu về tannin, methane và các biện pháp giảm thiểu 15

1.5.1 Methane 15

1.5.2 Tannin 16

1.5.2.1 Tannin trong các cây thức ăn cho gia súc nhai lại 16

1.5.2.2 Cơ chế tác động của tannin tới quá trình tiêu hóa 17

Chương 2 19

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2.1 Đối tượng nghiên cứu 19

2.2 Phạm vi, địa điểm, thời gian nghiên cứu 19

2.3 Nội dung nghiên cứu 19

2.4 Phương pháp nghiên cứu 19

2.4.1 Chuẩn bị cho thí nghiệm 20

2.4.2 Tiến hành thí nghiệm: 22

2.4.3 Phương pháp xác định các chỉ tiêu theo dõi và tính toán kết quả 22

2.4.4 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 24

CHƯƠNG 3 25

KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 25

3.1 Thành phần hóa học của các loại thức ăn 25

3.2 Lượng khí sản sinh và Động thái sinh khí in vitro của các loại thức ăn 26

3.2.1 Lượng khí sinh ở các thời điểm khác nhau của các công thức lá sắn 26

3.2.2 Lượng khí sinh ở các thời điểm khác nhau của các công thức thân lá lạc 27

3.2.3 Động thái sinh khí invitro của các mẫu thức ăn 28

3.3 Các giá trị năng lượng trao đổi, tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ và nồng độ khí methane sinh ra31 Chương 4 35

KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 35

4.1 Kết luận 35

4.2 Đề nghị 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong chăn nuôi đặc biệt là chăn nuôi gia súc nhai lại, việc tận dụng cácnguồn phế - phụ phẩm nông nghiệp đang nhận được sự quan tâm của các cấpchính quyền cũng như người chăn nuôi nhằm mục đích tránh cạnh tranh lươngthực và diện tích trồng trọt nông nghiệp đồng thời giảm bớt thời gian gieo trồng,thu cắt các cây thức ăn phục vụ chăn nuôi

Bên cạnh đó, các vấn đề về biến đổi khí hậu hay hiệu ứng nhà kính đangđược xã hội quan tâm hàng đầu bởi sự ảnh hưởng nghiêm trọng của nó đến cuộcsống con người Nguyên nhân của hiện tượng này là do khí thải như CO2(cacbondioxyl), CH4 (methane), các nitơ oxit … có nguồn gốc từ hoạt động đốtnhiên liệu trong sản xuất công nghiệp, từ người và động vật trong đó có mộtphần đáng kể xuất phát từ chăn nuôi Methane từ gia súc nhai lại chiếm khoảng30-40% tổng lượng methane thải ra từ tiêu hóa động vật trên toàn cầu (Moss vàcộng sự, 2000) [16], chiếm 25% nguyên nhân gây hiện tượng ấm dần lên củatrái đất (Chwalibog, 1991) [7] do thải ra trên 100 triệu tấn/năm (Heggerty, 2003)[8] Hầu hết khí CH4 thải ra trong chăn nuôi là từ gia súc nhai lại thông qua quátrình lên men yếm khí ở dạ cỏ Hơn 50% số lượng gia súc nhai lại của toàn thếgiới tập trung ở vùng nhiệt đới và chúng được nuôi chủ yếu bằng các khẩu phần

có chất lượng thấp, khi đó 10-12% năng lượng thô của thức ăn sẽ bị mất đi doquá trình tiêu hóa thải methane (McCrabb và Hunter, 1999) [13] Quá trình sảnsinh CH4 trong dạ cỏ không chỉ làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng của giasúc nhai lại mà còn ảnh hưởng xấu đến môi trường khi góp phần gây nên hiệuứng nhà kính

Kết hợp hai vấn đề trên, đã có nhiều nghiên cứu trước đây nhằm giảm thảikhí CH4 từ chăn nuôi bò thịt và bò sữa Đa phần, các nghiên cứu này tập trungvào các giải pháp dinh dưỡng và nghiên cứu tập trung đặc biệt cho những đốitượng bò chăn thả Một số biện pháp có thể làm giảm CH4 như: bổ sung thêmnhiều thức ăn tinh, mỡ, probiotic, prebiotic, axít hữu cơ, vào khẩu phần ăn của giasúc nhai lại để hạn chế lượng khí CH4 thải từ dạ cỏ tuy nhiên lại có những hạn chếnhất định như ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, ức chế hệ VSV dạ cỏ…

Một hướng đi mới hiện nay là bổ sung chất tiết của thực vật có tác dụnggiảm CH4 rõ rệt như tannin, kháng sinh thảo dược Chúng vừa giảm bớt khí thảigây hiệu ứng nhà kính, vừa không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm lại có thểtăng cường sức đề kháng, hiệu quả sử dụng các loại thức ăn nghèo dinh dưỡng

cho vật nuôi Tannin có nhiều trong lá sắn, thân lá lạc sau thu hoạch Đây lànguồn phụ phẩm của trồng trọt mà Phú Thọ lại rất dồi dào, có thể sử dụng tốtcho chăn nuôi.

Nhằm mục đích chăn nuôi an toàn sinh học, thân thiện với môi trườnggiảm thiểu tối đa khí thải sinh học trong chăn nuôi và nâng cao hiệu quả sử dụng

thức ăn trong chăn nuôi bò thịt chúng tôi tiến hành đề tài: “Ảnh hưởng của hàm

lượng tannin trong lá sắn và thân, lá cây lạc sau thu hoạch đến hàm lượng methane (CH 4 ) sản sinh ở dạ cỏ bằng kỹ thuật sinh khí trong phòng thí nghiệm (in vitro gasproduction)”

2 Mục đích yêu cầu và ý nghĩa của đề tài

a Mục tiêu đề tài

Xác định được mức bổ sung lá sắn và thân, lá cây lạc sau thu hoạch vớihàm lượng tannin thích hợp vào khẩu phần cơ sở thức ăn cho bò thịt bằng kỹthuật sinh khí trong phòng thí nghiệm để khẩu phần có tỷ lệ tiêu hóa các chấthữu cơ cao nhất và lượng khí methane thải ra thấp nhất

b Yêu cầu

- Xác định được hoạt động tiêu hóa của các loại vi sinh vật trong dạ cỏ

- Xác định được nguyên lý sinh khí của phương pháp sinh khí in vitro

- Xác định thành phần hoá học của các loại thức ăn

- Xác định tổng lượng khí sản sinh ra từ các loại thức ăn khác nhau vớicác tỷ lệ khác nhau

- Xác định hàm lượng khí methane có trong hỗn hợp khí sinh ra từ quátrình lên men dạ cỏ trong điều kiện in vitro gas production bằng máy đo sắc phổkhí GC 17A Shimazu

c Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

* Ý nghĩa khoa học:

- Bổ sung tư liệu nghiên cứu về chăn nuôi thân thiện với môi trường vàgóp phần cải tạo tiểu khí hậu chuồng nuôi, giảm thiểu tác động có hại của hiệuứng nhà kính do khí CH4 trong chăn nuôi gây ra

* Ý nghĩa thực tiễn:

- Nghiên cứu để sử dụng có hiệu quả và hợp lý nguồn thức ăn có sẵn trênđịa bàn Phú Thọ (lá sắn và thân – lá cây lạc)

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Hiệu ứng nhà kính và mối quan hệ với chất thải trong chăn nuôi

1.1.1 Hiện tượng hiệu ứng nhà kính

"Kết quả của sự của sự trao đổi không cân bằng về năng lượng giữa tráiđất với không gian xung quanh, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của khí quyển tráiđất được gọi là Hiệu ứng nhà kính"

Hiệu ứng nhà kính, dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi năng lượng bức xạcủa tia sáng mặt trời, xuyên qua các cửa sổ hoặc mái nhà bằng kính, được hấpthụ và phân tán trở lại thành nhiệt lượng cho bầu không gian bên trong, dẫn đếnviệc sưởi ấm toàn bộ không gian bên trong chứ không phải chỉ ở những chỗđược chiếu sáng

1.1.2 Nguyên nhân của hiệu ứng nhà kính

Có nhiều khí gây hiệu ứng nhà kính, gồm CO2, CH4, CFC, SO2, hơinước Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào Trái Đất, một phần được Trái Đất hấpthu và một phần được phản xạ vào không gian các khí nhà kính có tác dụng giữlại nhiệt của mặt trời, không cho nó phản xạ đi, nếu các khí nhà kính tồn tại vừaphải thì chúng giúp cho nhiệt độ Trái Đất không quá lạnh nhưng nếu chúng cóquá nhiều trong khí quyển thì kết quả là Trái Đất nóng lên

Vai trò gây nên hiệu ứng nhà kính của các chất khí được xếp theo thứ tựsau: CO2 => CFC => CH4 => O3 => NO2

Các tia bức xạ sóng ngắn của mặt trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặtđất và được phản xạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài Một số phân tửtrong bầu khí quyển, trong đó trước hết là CO2 và hơi nước, có thể hấp thụnhững bức xạ nhiệt này và thông qua đó giữ hơi ấm lại trong bầu khí quyển.Hàm lượng ngày nay của khí CO2 vào khoảng 0,036% đã đủ để tăng nhiệt độthêm khoảng 30°C Nếu không có hiệu ứng nhà kính tự nhiên này nhiệt độ tráiđất của chúng ta chỉ vào khoảng - 15°C.

Có thể hiểu một cách sơ lược như sau: ta biết nhiệt độ trung bình của bềmặt trái đất được quyết định bởi cân bằng giữa năng lượng mặt trời chiếu xuốngtrái đất và lượng bức xạ nhiệt của mặt đất vào vũ trụ Bức xạ nhiệt của mặt trời

là bức xạ có sóng ngắn nên dễ dàng xuyên qua tầng ozon và lớp khí CO2 để đitới mặt đất, ngược lại bức xạ nhiệt từ trái đất vào vũ trụ là bước sóng dài, không

có khả năng xuyên qua lớp khí CO2 dày và bị CO2, hơi nước trong khí quyênhấp thụ Như vậy lượng nhiệt này làm cho nhiệt độ bầu khí quyển bao quanh tráiđất tăng lên Lớp khí CO2 có tác dụng như một lớp kính giữ nhiệt lượng tỏangược vào vũ trụ của trái đất trên quy mô toàn cầu Bên cạnh CO2 còn có một sốkhí khác cũng được gọi chung là khí nhà kính như NOx, Methane, CFC

1.1.3 Mối quan hệ giữa chất thải Methane từ gia súc và môi trường.

Bầu khí quyển tự nó vẫn được cung cấp các chất khí nhà kính(Greenhouse gases- GHG), chúng giữ nhiệt và giữ ấm cho bề mặt Trái đất Cáckhí nhà kính trong tự nhiên giữ cho nhiệt độ lớp không khí sát bề mặt Trái đấttrung bình khoảng 33°C (59°F) Các khí nhà kính chính như: hơi nước góp phầntạo ra khoảng 36 - 70% hiệu ứng nhà kính; (CO2): 9 - 26%; methane (CH4) 4 -9% và ozon (O3): 3 - 7%

Methane (CH4): Methane là một loại khí gây hiệu ứng nhà kính Nó đượcsinh ra từ các quá trình sinh học, như sự men hoá đường ruột của động vật cóguốc, cừu và những động vật khác, sự phân giải kỵ khí ở đất ngập nước, ruộnglúa, cháy rừng và đốt nhiên liệu hoá thạch CH4 thúc đẩy sự ôxy hoá hơi nước ởtầng bình lưu Sự gia tăng hơi nước gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn nhiều sovới hiệu ứng trực tiếp của CH4 Hiện nay, hàng năm khí quyển thu nhận khoảng

từ 400 đến 765x1012g CH4

Trước cuộc cách mạng công nghiệp bùng nổ vào giữa thế kỷ 18, GHGđược thải vào bầu khí quyển đã đạt đến mức độ cân bằng Sự phát thải tự nhiêncủa những chất khí hấp thụ nhiệt tương xứng với lượng mà chúng có thể bị hấpthu Từ khi cuộc cách mạng công nghiệp, hoạt động của con người đã làm tăng

khối lượng các khí nhà kính, GHG được thải vào khí quyển vượt mức bìnhthường và tạo nên một cách biệt quá lớn so với khả năng của trái đất hấp thụchúng Nồng độ CO2 và CH4 hiện tại đã tăng tương ứng khoảng 36% và 148%

kể từ giữa thế kỷ 18 Những chất khí này có thể tồn tại trong khí quyển ít nhất là

50 năm và lâu hơn

Theo tổ chức liên chính phủ về biến đổi khí hậu thì methane là chất khí cótác dụng gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 20 lần so với CO2 và N2O có tác dụnggây hiệu ứng nhà kính cao gấp 296 lần so với CO2 Chúng là thủ phạm của sựnóng lên toàn cầu

Methane được sinh ra do sự phân hủy các chất hữu cơ bởi vi sinh vậttrong điều kiện yếm khí Trong các nguồn CH4 do con người tạo ra thì ngànhnông nghiệp là lớn nhất Nông nghiệp chiếm khoảng 7% tổng số GHG phát thải.Trong đó, CH4 từ quá trình lên men trong ống tiêu hóa động vật chiếm khoảng20%, từ phân gia súc chiếm khoảng 7% tổng CH4 thải ra Động vật nhai lại (bòthịt, bò sữa, dê, cừu) đóng góp chính vào việc tạo ra CH4 vì chúng có dạ dày 4túi, trong đó dạ cỏ có dung tích lớn nhất (khoảng 200 lít), tại đây xảy ra quátrình lên men vi sinh vật Những chất khí tạo thành nằm ở phần trên của dạ cỏgồm CO2, CH4 chiếm tỷ trọng lớn nhất

Tỷ lệ các chất khí này phụ thuộc vào sinh thái dạ cỏ và sự cân bằng lênmen Bình thường thì tỷ lệ CO2 gấp 2-3 lần CH4 Ước tính với một con bòtrưởng thành, có 132 - 264 galons chất khí dạ cỏ được sản sinh ra từ sự lên men

và được ợ ra mỗi ngày Sự ợ hơi này rất quan trọng đối với con vật để tránhbệnh chướng hơi nhưng đó lại là cách để CH4 được bài thải vào khí quyển.Ngoài ra CH4 cũng được tạo ra do quá trình vi sinh vật phân hủy phân gia súctrong điều kiện yếm khí

Theo báo cáo của EPA, từ năm 1990 - 2004, trong tổng lượng phát thảibởi chăn nuôi, bò thịt giữ tỷ lệ phát thải CH4 lớn nhất, ước tính khoảng 74% Bòsữa ước tính khoảng 24%, phần còn lại là của ngựa cừu lợn và dê Nói chung sựphát thải GHG đang tăng lên do tăng số đầu bò thịt, bò sữa và chất lượng thức

ăn đã được cải tiến được sử dụng cho vỗ béo bò thịt

Một nghiên cứu của Markkar và cộng sự (2008) [12] cho biết trung bìnhmethanol và Ethanol phát thải là 0,33 và 0,51 gam/bò/giờ tương ứng ở bò cạn sữa

và phân bò cạn sữa, 0,7 và 1,27 gam/bò/giờ tương ứng ở bò vắt sữa và phân củachúng Trung bình CH4 phát thải có liên quan chính với sự lên men từ đường tiêuhóa của bò hơn là phân bò và giá trị này là 12,35 và 18,23 gam/bò/giờ tương ứng

đối với bò cạn sữa và bò vắt sữa Bò vắt sữa phát thải khí GHG và các hợp chấthữu cơ dễ bay hơi (VOCs) nhiều hơn so với bò cạn sữa

Ở Mỹ, methane từ lên men đường tiêu hóa đã đạt đến 5,5 triệu tấn vàonăm 2002, chủ yếu có nguồn gốc từ bò thịt bò sữa Chiếm 71% tổng phát thảinông nghiệp và 19% tổng phát thải trên cả nước

1.2 Môi trường dạ cỏ và hệ vi sinh vật dạ cỏ

Đường tiêu hoá của gia súc nhai lại được trưng bởi hệ dạ dày kép gồmbốn túi phình lớn, tại đây có các điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật lên mencarbohydrate và các chất hữu cơ khác Sản phẩm chủ yếu của quá trình lên mentại đây là các axit béo bay hơi (ABBH), khí methane (CH4), khí carbonic (CO2)

và các adenosin triphotphat (ATP) - chất mang năng lượng cần thiết cho sinhtrưởng và phát triển

1.2.1 Môi trường dạ cỏ

Dạ cỏ là túi lớn nhất chiếm 85 – 90% dung tích của dạ dày, 75% dung tíchcủa đường tiêu hóa Nó được ví như một thùng lên men lý tưởng, môi trườngtrong đó rất thuận lợi cho các vi sinh vật yếm khí phát triển: nhiệt độ trong dạ cỏluôn được duy trì từ 38 – 420C, pH 5,5 – 7,4 khá ổn định nhờ tác dụng đệm củamuối bicarbonat và phốt phát trong nước bọt, môi trường yếm khí (nồng độ O2dưới 1%), trong thành phần của dịch dạ cỏ có khoảng 85 – 90% là nước thuậnlợi cho quá trình lên men của vi sinh vật Các sản phẩm của quá trình lên menluôn được trao đổi qua thành dạ cỏ vì thế chênh lệch nồng độ cơ chất luôn luônthích hợp cho quá trình lên men

1.2.2 Khu hệ vi sinh vật dạ cỏ

Do điều kiện môi trường thuận lợi và khẩu phần thức ăn cho gia súc nhailại khá đa dạng, nên hệ vi sinh vật dạ cỏ phát triển mạnh cả về số lượng, đa dạng

về chủng loại Tính đến nay đã có khoảng hơn 200 loài vi sinh vật dạ cỏ

Tuy nhiên, hệ vi sinh vật dạ cỏ luôn luôn biến động và phụ thuộc vào cấutrúc khẩu phần ăn của gia súc nhai lại Nhờ hệ vi sinh vật phong phú mà gia súcnhai lại có khả năng sử dụng được các nguồn thức ăn nhiều xơ và cả nguồn ni tơphi protein Hệ vi sinh vật dạ cỏ gồm ba nhóm chính: vi khuẩn, nấm, protozoa.Ngoài ra còn có các loại virut, mycoplasma và thể thực khuẩn không đóng vaitrò quan trọng trong tiêu hóa chất xơ

1.2.2.1 Vi khuẩn (Bacteria)

Vi khuẩn xuất hiện trong dạ cỏ của loài nhai lại trong lứa tuổi còn non,mặc dù chúng được nuôi cách biệt hoặc cùng với mẹ chúng Số lượng và thành

phần vi khuẩn trong dạ cỏ có ý nghĩa quan trọng trong quá trình lên men, tiêuhóa trong dạ cỏ đặc biệt là tiêu hóa xơ

Trong dạ cỏ vi khuẩn thường sống ở các dạng tự do trong dịch dạ cỏ, bámvào các mảnh thức ăn trong dịch dạ cỏ khoảng 70% số còn lại trú ngụ ở các nếpgấp biểu mô và bám vào protozoa Một số nhóm vi khuẩn dạ cỏ chính là:

Vi khuẩn xuất hiện trong dạ cỏ loài nhai lại trong lứa tuổi còn non, mặc

dù chúng được nuôi cách biệt hoặc cùng với mẹ chúng Thông thường vi khuẩnchiếm số lượng lớn nhất trong VSV dạ cỏ và là tác nhân chính trong quá trìnhtiêu hóa xơ

Tổng số vi khuẩn trong dạ cỏ thường là 109-1011 tế bào/g chất chứa dạ

cỏ Trong dạ cỏ vi khuẩn ở thể tự do chiếm khoảng 30%, số còn lại bám vào cácmẩu thức ăn, trú ngụ ở các nếp gấp biểu mô và bám vào protozoa

Trong dạ cỏ có khoảng 60 loài vi khuẩn đã được xác định Sự phân loại vikhuẩn dạ cỏ có thể được tiến hành dựa vào cơ chất mà vi khuẩn sử dụng hay sảnphẩm lên men cuối cùng của chúng Sau đây là một số nhóm vi khuẩn dạ cỏ chính:

- Vi khuẩn phân giải xenluloza

- Vi khuẩn phân giải hemixenluloza

- Vi khuẩn phân giải tinh bột

- Vi khuẩn phân giải đường

- Vi khuẩn sử dụng các axit hữu cơ

- Vi khuẩn phân giải protein

- Vi khuẩn tổng hợp vitamin

- Vi khuẩn tạo methane: Nhóm vi khuẩn này rất khó nuôi cấy trong ốngnghiệm, cho nên những thông tin về những VSV này còn hạn chế Các loài vikhuẩn của nhóm này là Methano baccterium, Methano ruminantium và Methanoforminicum

1.2.2.2 Động vật nguyên sinh (Protozoa)

Protozoa trong dạ cỏ biến động từ 105 – 106 tế bào/1g chất chứa dạ cỏ và

có thể chiếm trên 40% tổng sinh khối vi sinh vật trong dịch dạ cỏ khi gia súc ăn

khẩu phần nhiều xơ thì protozoa ở dạ dày trước xuất hiện khi gia súc bắt đầu ăn

thức ăn thực vật khô Sau khi đẻ và trong thời gian bú sữa dạ dày trước không có

protozoa

Hiện nay có khoảng 120 loài protozoa, mỗi loài gia súc có số loài protozoa khác nhau được chia làm hai nhóm: một nhóm thuộc bộ Holotricha, nhóm kia thuộc bộ Oligotricha Phần lớn động vật nguyên sinh thuộc nhóm

Holotricha, chúng có khả năng xé rách màng tế bào thực vật, làm tăng diện tích

tiếp xúc của thức ăn, do đó mà thức ăn dễ dàng chịu tác động của vi khuẩn

Protozoa có khả năng nuốt tinh bột và axit béo không no quan trọng ngay

sau khi ăn, làm cho lượng tinh bột không bị lên men và các axit béo không no

không bị no hóa bởi vi sinh vật Điều này không những quan trọng với protozoa

mà còn có ý nghĩa dinh dưỡng cho gia súc nhai lại nhờ hiệu ứng đệm chốngphân giải đường quá nhanh làm giảm pH đột ngột, đồng thời cung cấp nănglượng từ từ hơn cho nhu cầu của bản thân vi sinh vật dạ cỏ và nguồn axit béokhông no quan trọng trực tiếp cho gia súc

1.2.2.3 Nấm (Fungi)

Nấm trong dạ cỏ thuộc loại yếm khí chúng mới được phân lập gần đâymặc dù số lượng ít 103 – 105 tế bào/1g chất chứa dạ cỏ, nhưng chúng có khảnăng xâm nhập và tiêu hóa thành phần cấu trúc thực vật bắt đầu từ bên trong

Chức năng của nấm là mọc chồi và phá vỡ cấu trúc thành tế bào thực vật,làm giảm độ bền chặt của cấu trúc này, góp phần làm tăng sự phá vỡ các mảnhthức ăn trong quá trình nhai lại

Do đó, tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để tiêu hóa xơ Mặt khác, nấmcũng tiết ra các loại men tiêu hóa xơ, các loại men này có khả năng hòa tan dễhơn men của vi khuẩn Chính vì thế nấm có khả năng tấn công các tiểu phầnthức ăn cứng hơn và lên men chúng với tốc độ nhanh hơn vi khuẩn Những loại

nấm phân lập được từ dạ cỏ gồm: Neocallimastix fromtalis, Piramonas

communis, Sphacromonas communis

Sự đóng góp của nấm trong việc lên men thức ăn chưa được định lượngchính xác, nhưng người ta thấy rằng số lượng nấm tăng lên khi khẩu phần ăngiàu chất xơ (chiếm 10% tổng sinh khối vi sinh vật) Như vậy, sự có mặt củanấm sẽ giúp làm tăng tốc độ tiêu hóa xơ đặc biệt là thức ăn xơ thô bị lignin hóa

Sự hạn chế của vi sinh vật dạ cỏ ở chỗ nó làm mất năng lượng thức ăn doquá trình sinh nhiệt và khí methane Khí methtane sinh ra gây hiệu ứng nhà kính,ảnh hưởng xấu đến môi trường

1.3 Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong dạ cỏ

Quá trình tiêu hoá trong dạ cỏ là quá trình lên men tiêu hoá của thức ăn do

hệ vi sinh vật dạ cỏ thực hiện Ở đây diễn ra quá trình tiêu hoá, phân giải chất xơ

là chủ yếu Các sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men ở đây là các axit béo

bay hơi (ABBH), khí thể (CO2, H2, CH4) và ATP - chất mang năng lượng cầnthiết cho sinh trưởng phát triển của vi sinh vật.

* Quá trình phân giải carbohydrat

Carbohydrat là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho vi sinh vật dạ cỏ

và vật chủ Carbohydrat chiếm khoảng 75% lượng vật chất khô (DM) trong thức

ăn tuỳ thuộc vào thời gian thu hoạch, yếu tố địa lý và loài thực vật Có thể chiacarbohydrat trong thức ăn của gia súc nhai lại thành hai loại là: loại có cấu trúc

và loại không có cấu trúc (Tamminga, 1981) [19]

Đặc điểm quan trọng của loại carbohydrat có cấu trúc là không có khảnăng hoà tan xenlulose và hemixenluloza có mạch liên kết b - glucozit giữa cácđơn vị cấu trúc, mạch liên kết này chỉ có thể thuỷ phân nhờ enzym của vi sinhvật Còn carbohydrat không có cấu trúc chứa liên kết a - glucozit dễ dàng bị

phân giải bởi men tiêu hoá của người và gia súc dạ dày đơn Toàn bộ

carbohydrat trong khẩu phần sau quá trình tiêu hoá đều được chuyển thànhglucoza Nhưng glucoza chỉ xuất hiện tạm thời sau đó nhanh chóng chuyển quacon đường pyruvate để hình thành các axit béo dễ bay hơi Vi khuẩn sinh khímethane đã sử dụng focmic, H2 và CO2 để sản sinh khí methane

* Tiêu hoá cenlulose và hemixenluloza

Cenlulose và hemixenlulose là thành phần chủ yếu trong thức ăn của giasúc nhai lại, hàm lượng của nó trong thức ăn thực vật chiếm 40 - 50%, vi khuẩn

có thể phân giải 80% cenlulose ăn vào dạ cỏ

* Tiêu hoá tinh bột đường

Tinh bột được vi khuẩn và thảo phúc trùng phân giải trong môi trường dạ

cỏ Thảo phúc trùng nuốt tinh bột từ thức ăn ăn vào, vi khuẩn tác dụng lên bềmặt tinh bột bằng enzym amylaza

Tuy nhiên đường đơn (glucoza, xyloza…) chỉ xuất hiện tạm thời sau đónhanh chóng chuyển qua con đường pyruvic thành các ABBH Khí CO2 và H2lại được vi sinh vật tổng hợp khí methane

Như vậy sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men carbohydrat thức ănbởi vi sinh vật trong dạ cỏ gồm các ABBH khác nhau, khí thể bao gồm: 56%

CO2, 32% CH4, 8,5% H2…Khí CH4 được giải phóng qua phản xạ ợ hơi, gây lãngphí khoảng 8% tổng số năng lượng trong thức ăn thu nhận Các ABBH chưa notrong thức ăn có thể giảm thấp sự sinh khí CH4 trong dạ cỏ Sự giảm thấp CH4thường thấy ở khẩu phần ăn nhiều đường và tinh bột

* Quá trình phân giải các hợp chất chứa nitơ

Khoảng 40% - 60% protein thức ăn đầu tiên được lên men phân giải trong

dạ cỏ thành các peptit, sau đó thành các axit amin và được giải phóng vào môitrường dạ cỏ Trong môi trường dạ cỏ hầu hết các axit amin được khử trong các

tế bào vi sinh vật thành các a- xetoaxit, amoniac, ABBH mạch ngắn, CO2 Một

số sản phẩm của quá trình này sau đó được vi sinh vật dạ cỏ sử dụng để tổnghợp các thành phần hữu cơ khác, gồm protein và các axit nucleic

1.4 Đặc điểm sinh thái học của lá sắn và thân – lá cây lạc sau thu hoạch

1.4.1 Lá sắn

1.4.1.1 Đặc điểm sinh học

Giới (regnum): Plantae, Bộ (ordo): Malpighiales, Họ (familia):

Euphorbiaceae, Phân họ (subfamilia): Crotonoideae, Tông (tribus): Manihoteae, Chi (genus): Manihot, Loài (species): M Esculenta.

Cây sắn cao 2–3 m, lá khía thành nhiều thùy, rễ ngang phát triển thành củ

và tích luỹ tinh bột, thời gian sinh trưởng 6 đến 12 tháng, có nơi tới 18 tháng,tùy giống, vụ trồng, địa bàn trồng và mục đích sử dụng

1.4.1.2 Hiện trạng sản xuất

Hiện tại, sắn được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới

và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người Việt Nam đứng thứ mười vềsản lượng sắn (7,71 triệu tấn) trên thế giới Tại Việt Nam, sắn được canh tác phổbiến ở hầu hết các tỉnh của tám vùng sinh thái Diện tích sắn trồng nhiều nhất ởĐông Nam Bộ và Tây Nguyên Tiếp theo là Trung du miền núi phía Bắc

1.4.1.3 Dinh dưỡng, độc tố

Lá sắn trong nguyên liệu khô 100% chứa đựng đường + tinh bột 24,2%,protein 24%, chất béo 6%, xơ 11%, chất khoáng 6,7%, xanhthophylles 350 ppm.Chất đạm của lá sắn có khá đầy đủ các acid amin cần thiết, giàu lysin nhưngthiếu methionin

Trong lá và củ sắn ngoài các chất dinh dưỡng cũng chứa một lượng độc tố(HCN) đáng kể Ngoài ra sắn còn chứa một lượng tannin lớn cản trở tiêu hóa vàảnh hưởng tới quá trình tiêu hóa vi sinh vật ở dạ cỏ

1.4.2 Thân, lá cây lạc sau thu hoạch

Lạc thuộc họ đậu: Fabacaea Chi: A rachis Thân lá lạc sau thu hoạch có tên khoa học là Arachis hypogaea.

Lạc là cây họ đậu khi thu hoạch củ thân lá vẫn còn xanh và giàu các chấtdinh dưỡng Năng suất chất xanh có thể tận dụng để chế biến làm thức ăn cholợn đạt 5 - 6 tấn/ha Như vậy ước tính hàng năm sản lượng lá lạc có thể dùng để

chế biến làm thức ăn gia súc ở nước ta là gần 1,5 triệu tấn Thân lá lạc thu hoạch

củ khá, giàu chất dinh dưỡng, hàm lượng protein đạt 15-16% (xấp xỉ hàm lượngprotein của bột cỏ alfalfa)

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của thân lá lạc và một số loại cỏ

chăn nuôi khác (% trọng lượng chất khô)

Hoạt động sản sinh Methane liên quan tới con người có một phần đáng

kể xuất phát từ chăn nuôi Methane từ gia súc nhai lại chiếm khoảng 30 - 40%tổng lượng methane thải ra từ tiêu hóa động vật trên toàn cầu (Moss và cs, 2000)[15] Hầu hết khí CH4 thải ra trong chăn nuôi là từ gia súc nhai lại thông qua quátrình lên men yếm khí ở dạ cỏ

Hơn 50% số lượng gia súc nhai lại của toàn thế giới tập trung ở vùngnhiệt đới và chúng được nuôi chủ yếu bằng các khẩu phần có chất lượng thấp,khi đó 10 - 12% năng lượng thô của thức ăn sẽ bị mất đi do methane (McCrabb

và Hunter, 1999) [13] Quá trình sản sinh CH4 trong dạ cỏ không chỉ làm giảmhiệu quả sử dụng năng lượng của gia súc nhai lại mà còn ảnh hưởng xấu đếnmôi trường khi góp phần gây nên hiệu ứng nhà kính Đã có nhiều nghiên cứutrước đây nhằm giảm thải khí CH4 từ chăn nuôi bò thịt và bò sữa

Một số loại khẩu phần có thể làm giảm CH4 bao gồm việc bổ sung thêmnhiều thức ăn tinh vào khẩu phần (Lovett và cs, 2007) [11], khẩu phần bổ sungthêm mỡ có khả năng giảm sản sinh CH4 ở dạ cỏ từ 12 - 37% Điều này xảy rathông qua quá trình thủy phân sinh học các axít béo không no, làm tăng sự sảnsinh axít propionic và ức chế protozoa Tuy nhiên ảnh hưởng của khẩu phần mỡrất khác nhau và khả năng gây độc của mỡ đối với vi sinh vật dạ cỏ cũng là mộtvấn đề phải xem xét Chiến lược này có thể ảnh hưởng xấu đến đến thành phầnsữa và làm giảm lợi nhuận của người sản xuất Việc sử dụng probiotic vàprebiotic trong khẩu phần ăn của gia súc nhai lại cũng đã được tiến hành để

thay đổi môi trường dạ cỏ như bổ sung chất ion hóa, cải tiến hiệu quả thu nhậnvật chất khô và ngăn chặn sản sinh acetat, kết quả là làm giảm lượng hydro đượcgiải phóng Trong một số công trình nghiên cứu đã xuất bản, CH4 đã giảm 10%,tuy nhiên ảnh hưởng của chất ion hóa có tuổi thọ ngắn Những chiến lược nuôidưỡng làm giảm CH4 thông qua sự vận động của quá trình lên men dạ cỏ, theohướng ức chế hình thành CH4 và protozoa

Một hướng nghiên cứu khác cũng được triển khai là việc bổ sung thêmcác chất kháng sinh sinh học (thuốc kháng vi sinh vật có nguồn gốc vi sinh vật),axít hữu cơ, các chất chiết từ thực vật (trong đó có tannin) vào khẩu phần ăn củagia súc nhai lại để hạn chế lượng khí CH4 thải từ dạ cỏ

1.5.2 Tannin

1.5.2.1 Tannin trong các cây thức ăn cho gia súc nhai lại

Tannin là một hợp chất ester giữa đường glucose và một nhóm chất khác,thường là một phức hợp của axit phenolic hoặc axit oxyphenolic Nếu đem thủyphân ra ta thu được đường glucose và một thành phần khác không phải đường,

đó là axit gallic và m-digallic, như thế ta gọi là "gallotannins" Ngoài ra, người

ta còn biết có một loại tannin khác gọi là "ellagitannins" nếu cắt liên kết ra ta thuđược chất axit ellagic Tannin là những hợp chất có chứa phenolic hòa tan, cóphân tử lượng >500, có khả năng kết tủa với gelatin và các protein trong môitrường nước Tannin có nhiều trong thực vật với hàm lượng khác nhau tùy theotừng loài, từng giai đoạn phát triển của cây và giữa các cơ quan khác nhau trongcùng một cây Tannin chủ yếu tập trung tại lớp ngoài cùng của cây (vỏ cây, vỏquả, vỏ hạt, lá…) nhằm chống lại sự tấn công của vi sinh vật, côn trùng và độngvật ăn cỏ Trong thực vật có 2 loại tannin: một loại tannin có khả năng thủy phângọi là hydrolysable tannin (HTs) và một loại không có khả năng thủy hóa gọi làcondensed tannin (CTs)

Tannin đóng vai trò quan trọng trong dinh dưỡng động vật nói chung vàtrong dinh dưỡng gia súc nhai lại nói riêng Khi gia súc nhai thức ăn có chứatannin, phức hợp tannin-protein sẽ tạo thành phức hợp này ổn định trong môitrường dạ cỏ nhưng chúng sẽ bị phân tách trong dạ múi khế và phần trước của tátràng nơi có pH thấp Quá trình này bảo vệ chất đạm chống lại sự lên men phângiải của vi khuẩn và làm tăng tỷ lệ các axit amin có trong thức ăn thoát qua khỏi

dạ cỏ Nghiên cứu của Makkar và cs (2008) [12] cho thấy rằng khi gia súc ănkhẩu phần có chứa tannin của cây mẻ rìu làm giảm đáng kể tổng số protozoa

trong dạ cỏ Ngược lại, tannin được xếp vào nhóm chất kháng dinh dưỡng Tínhngon miệng của cây thức ăn cho gia súc có liên quan mật thiết với hàm lượngtannin Khi trong cây thức ăn có hàm lượng tannin trên 5% DM thì sẽ làm giảmlượng thu nhận thức ăn của gia súc Giữa hàm lượng tannin trong lá và mức thunhận thức ăn của động vật có mối quan hệ nghịch Trong một số nghiên cứu gầnđây cũng kết luận khi hàm lượng tannin cao (>40g/ kg vật chất khô thức ăn) sẽlàm giảm lượng thức ăn ăn vào và tỷ lệ tiêu hoá xơ trong dạ cỏ, thậm chí giảmtiêu hoá cả protein, làm bất hoạt các enzyme tiêu hóa.

Một số loại thức ăn như thân, lá cây lạc sau thu hoạch và lá sắn được phốitrộn vào khẩu phần ăn của gia súc như là nguồn thức ăn bổ sung protein đã cảithiện khả năng thu nhận thức ăn và tỷ lệ tiêu hóa cũng như năng suất vật nuôi(Khang và Wiktorsson, 2006) [9] Hơn nữa, trong thân, lá cây lạc sau thu hoạch

và lá sắn có khoảng 2 - 6% tannin trong chất khô Vì vậy, việc sử dụng thân, lácây lạc sau thu hoạch và lá sắn trong khẩu phần ăn còn có tiềm năng giảm thiểukhí methane thải ra môi trường từ dạ cỏ (Lassey và cs, 2007) [10]

Ảnh hưởng của tannin có trong các loại thức ăn này có thể là do tanninảnh hưởng trực tiếp đến các vi khuẩn hình thành khí methane hoặc do ảnhhưởng gián tiếp đến quẩn thể protozoa, vi khuẩn phân giải xơ trong dạ cỏ, đây lànguồn cung cấp hydro chủ yếu cho quá trình hình thành methane trong dạ cỏ

1.5.2.2 Cơ chế tác động của tannin tới quá trình tiêu hóa

Sự biến đổi của tannin phụ thuộc vào loại tannin sau khi gia súc ăn vào.Hầu hết các tannin hình thức phức hợp với protein trong các nguyên liệu thựcvật, trong nước bọt hoặc các vi sinh vật dạ cỏ Tannin hydrolyzable thủy phântrong acid dạ dày vượt quá dạ cỏ, giải phóng protein, axit amin và các đơn vịnhỏ của phenolics có thể vượt qua nước tiểu Ở mức độ cao của lượng tannin, cảhai mucoproteins và tế bào niêm mạc biểu mô của đường tiêu hóa bị ảnhhưởng Điều này làm thay đổi sự toàn vẹn của thành ruột gây ra vấn đề của viêm

dạ dày, làm chậm lại đẩy thức ăn và táo bón Chỉ trong trường hợp ngoại lệ độngvật ăn cỏ sẽ tiêu thụ số lượng lớn các thức ăn thô xanh có chứa tannin, mặc dùnghiên cứu gần đây từ Zimbabwe cho thấy lượng của trình duyệt có thể đượctăng lên bằng cách cho số lượng rất nhỏ của polyethylene glycol

Một trong những đặc tính vô cùng quan trọng của tannin đang được sửdụng trong xử lý thức ăn là khả năng phản ứng của chúng với protein và các đạiphân tử khác tạo nên các mối liên kết chéo Khi các tế bào thực vật đứt vỡ,tannin đặc tác dụng với protein thực vật tạo thành một hợp chất bền vững và

không tan trong điều kiện pH 3,5 - 7,0 Tuy nhiên hợp chất này không bền vững,

bị phá vỡ và tiêu hoá một cách dễ dàng bởi các enzym trong dịch dạ dày đơn(pH<3) và dịch tụy (pH 8-9), đặc biệt là khi có mặt một tác nhân hoà tan quantrọng là axit mật Sự phân giải hợp chất này trong dạ múi khế và ruột non sẽ giảiphóng protein Tannin làm giảm độ hoà tan và phân giải protein ở dạ cỏ và tăng

số lượng axit amin không thay thế hấp thu trong ruột non Phản ứng giữa tanninvới protein thức ăn phụ thuộc vào nồng độ, cấu trúc và khối lượng phân tử củatannin, tỷ lệ tannin/protein trong thức ăn và cấu trúc của phân tử protein

Tuy nhiên, mức tannin là yếu tố quyết định ảnh hưởng của nó Trong khimức tannin thấp (20 - 40g/kg vật chất khô thức ăn) làm tăng hiệu quả sử dụngprotein của gia súc thì ở mức cao hơn (>40g/ kg vật chất khô thức ăn) lại làmgiảm lượng thức ăn ăn vào và tỷ lệ tiêu hoá xơ trong dạ cỏ, thậm chí giảm tiêuhoá cả protein

Tannin đã được tin tưởng đối với một số thời gian đáng kể tannin trên 5%

có thể trở thành một yếu tố dinh dưỡng nghiêm trọng chống trong nguyên liệuthực vật làm thức ăn cho động vật nhai lại Theo Blummel và Orskov (1993) [6]

và các đồng nghiệp đã chứng minh với Lotus pedunculatus rằng nồng độ lýtưởng của tannin cô đặc trong cây họ đậu làm thức ăn gia súc là từ 2 - 4% trongnhững vấn đề chế độ ăn khô, mức độ mà họ liên kết với các protein chế độ ănuống trong quá trình nhai và xuất hiện để bảo vệ protein từ cuộc tấn công của visinh vật trong dạ cỏ

Nếu các protein tannin dissociates phức tạp trong điều kiện axit sau đó cácprotein có thể được tiêu hóa trong ruột thấp hơn Ở mức độ cao hơn (5 - 9%)tannin trở nên rất bất lợi Blummel và Orskov (1993) [6] khi chúng làm giảm khảnăng tiêu hóa chất xơ trong dạ cỏ Bằng cách ức chế hoạt động của các vi khuẩn

và nấm kỵ khí ở mức cao cũng dẫn đến tiêu thụ giảm, trên 9% tannin có thể trởthành gây tử vong cho một con vật mà không có thức ăn khác