ảnh hưởng của việc bổ sung tanin từ phụ phẩm chè xanh đến sinh trưởng, hiệu quả sử dụng thức ăn và mức độ phát thải khí mêtan từ dạ cỏ của bò thịt

Động vật nhai lại bò thịt, bò sữa, dê, cừu đóng góp chính vào việc tạo ra CH4 do khí này là sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men của vi sinh vật trong dạ cỏ để phân giải thức ăn cho g

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN VĂN THÀNH

ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC BỔ SUNG TANIN TỪ PHỤ PHẨM CHÈ XANH ĐẾN SINH TRƯỞNG, HIỆU QUẢ SỬ DỤNG THỨC ĂN VÀ MỨC ĐỘ PHÁT THẢI KHÍ MÊTAN

TỪ DẠ CỎ CỦA BÒ THỊT

Chuyên ngành: Chăn nuôi

Mã số: 60.62.01.05 Người hướng dan khoa học: 1 TS Chu Mạnh Thắng

2 PGS.TS Mai Thị Thơm

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo

vệ lấy bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám

ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Thành

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình

Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc TS Chu Mạnh Thắng – Viện Chăn nuôi và PGS.TS Mai Thị Thơm - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Chăn nuôi Chuyên khoa, Khoa Chăn nuôi - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn Đặc biệt tôi muốn gửi lời cảm ơn đến TS Trần Hiệp - bộ môn Chăn nuôi chuyên khoa đã giúp đỡ tôi trong quá trình phân tích, xử lý số liệu thực hiện đề tài

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn tới Viện chăn nuôi, đơn vị chủ trì đề tài Độc lập cấp Nhà nước (Mã số ĐTĐL.2012-G/04) đã tạo điều kiện về kinh phí để triển khai đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn đến ông Nguyễn Văn Sơn - chủ trang trại chăn nuôi bò thịt tại thôn Đông Chi, xã Lệ Chi, huyện Gia Lâm, Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Thành

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các từ viết tắt v

Danh mục bảng vi

Danh mục biểu đồ vii

Trích yếu luận văn viii

Thesis abstract ix

Phần 1 Mở đầu 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

Phần 2 Tổng quan tài liệu 3

2.1 Đặc điểm tiêu hóa của gia súc nhai lại 3

2.1.1 Đặc điểm của dạ dày kép 3

2.1.2 Hệ sinh thái dạ cỏ 4

2.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng tới tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần ở GSNL 9

2.2 Cơ chế sản sinh mêtan từ dạ cỏ ở gia súc nhai lại 10

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sản sinh khí ch4 trong môi trường dạ cỏ 12

2.4 Nguyên tắc và định hướng giảm thiểu khí mêtan trong dạ cỏ 14

2.4.1 Giảm thiểu CH4 từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua dinh dưỡng 15

2.4.2 Giảm thiểu khí mêtan từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua nâng cao sức khỏe, khả năng sinh sản và quản lý 18

2.4.3 Sử dụng kháng sinh và kiểm soát sinh học 18

2.4.4 Nâng cao năng suất 20

2.5 Ảnh hưởng của tanin đến thu nhận thức ăn, tiêu hóa và sự lên men thức ăn trong dạ cỏ 20

2.6 Một số đặc điểm và tính chất của chè xanh 23

2.7 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về phát thải khí mêtan trong chăn nuôi 27

2.7.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 27

2.7.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 28

Phần 3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 30

3.1 Đối tượng nghiên cứu 30

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 30

3.3 Nội dung nghiên cứu 30

3.3.1 Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung tanin đến thu nhận, tiêu hóa của bò 30

3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của bổ sung tanin đến khả năng tăng khối lượng của bò 30

3.3.3 Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung tanin đến sự phát thải mêtan từ dạ cỏ 30

3.4 Phương pháp nghiên cứu 31

3.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 31

3.4.2 Phương pháp lấy mẫu và xác định thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của các loại thức ăn được sử dụng 32

3.4.3 Phương pháp xác định lượng mêtan thải ra 34

3.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 35

Phần 4 Kết quả và thảo luận 36

4.1 Thành phần hóa học của các loại thức ăn thí nghiệm 36

4.2 Lượng thu nhận thức ăn của bò thí nghiệm 37

4.3 Tỷ lệ tiêu hóa các chất dinh dưỡng của khẩu phần 39

4.4 Lượng các chất dinh dưỡng tiêu hóa 40

4.5 Khả năng tăng khối lượng và hiệu quả chuyển hóa thức ăn 42

4.6 Mức độ phát thải khí mêtan 44

4.7 Cường độ phát thải khí mêtan theo lượng dinh dưỡng thu nhận và khả năng tăng trọng 46

4.8 Cường độ phát thải khí mêtan theo lượng chất dinh dưỡng tiêu hóa 48

4.9 Ước lượng lượng năng lượng mất đi qua phát thải khí mêtan 49

Phần 5 Kết luận và kiến nghị 51

5.1 Kết luận 51

5.2 Kiến nghị 52

Tài liệu tham khảo 53

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần đặc trưng của các chất khí trong dạ cỏ 10

Bảng 2.2 Dạng catechin hàm lượng 24

Bảng 2.3 Hàm lượng và thành phần catechin trong búp chè 24

Bảng 2.4 Hàm lượng tanin ở các loại lá chè 25

Bảng 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 32

Bảng 4.2 Lượng thức ăn và các chất dinh dưỡng thu nhận 38

Bảng 4.3 Tỷ lệ tiêu hóa các chất dinh dưỡng của khẩu phần 39

Bảng 4.4 Lượng các chất dinh dưỡng tiêu hoá 41

Bảng 4.5 Sự thay đổi khối lượng bò 42

Bảng 4.6 Mức độ phát thải khí mêtan 44

Bảng 4.7 Cường độ phát thải khí mêtan theo lượng chất dinh dưỡng thu nhận 47

Bảng 4.8 Cường độ phát thải khí mêtan theo lượng chất dinh dưỡng tiêu hóa 48

Bảng 4.9 Ước lượng lượng năng lượng mất đi qua phát thải khí mêtan 49

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 4.1 Ảnh hưởng của tanin đến tăng khối lượng của bò 43

Biểu đồ 4.2 Lượng protein tiêu hóa và tăng khối lượng của bò thí nghiệm 44

Biểu đồ 4.3 Tổng lượng khí mêtan thải ra từ dạ cỏ bò thịt 45

Biểu đồ 4.4 Cường độ phát thải khí metan từ dạ cỏ của bò thịt 47

Biểu đồ 4.5 Ước lượng lượng năng lượng mất đi qua phát thải khí mêtan 50

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả: Nguyễn Văn Thành

Tên Luận văn: Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung tanin từ phụ phẩm chè xanh đến sinh trưởng, hiệu quả sử dụng thức ăn và mức độ phát thải khí mêtan từ dạ

Phương pháp nghiên cứu

Hai mươi tư bò thịt lai (Brahman x Laisind) giai đoạn sinh trưởng có khối lượng trung bình từ 235-247 kg được bố trí trong thí nghiệm một nhân tố theo mô hình khối ngẫu nhiên hoàn toàn (CRBD) với 6 lần lặp lại Khẩu phần thí nghiệm được bổ sung tanin ở mức 0,0; 0,3, 0,5 và 0,7 % tính theo vật chất khô thu nhận của khẩu phần Bò thí nghiệm được chăm sóc và nuôi dưỡng theo điều kiện chăn nuôi truyền thống tại trang trại ở Lệ Chi - Gia Lâm – Hà Nội

Kết quả chính và kết luận

Qua kết quả nghiên cứu cho thấy lượng vật chất khô thu nhận, năng lượng trao đổi (ME) thu nhận và protein thô (CP) thu nhận đã được cải thiện khi bổ sung tanin vào khẩu phần nuôi bò, tuy nhiên tỷ lệ tiêu hóa khẩu phần có xu hướng giảm khi tăng mức

bổ sung lên 0,7% tanin Việc bổ sung tanin vào khẩu phần ăn làm tăng khối lượng cơ thể Bên cạnh đó, bổ sung tanin vào khẩu phần ở mức 0,3; 0,5 và 0,7% đã làm giảm tổng phát thải khí mêtan (l/ ngày) tương ứng là 6,87%, 13,97% và 7,34% và cường độ phát thải khí mêtan (l/kgVCK) tương ứng giảm 13,06%, 20,35% và 4,97% Việc bổ sung tanin vào khẩu phần thí nghiệm đã làm giảm năng lượng mất đi qua phát thải khí mêtan từ dạ cỏ của bò là 15,2%; 23,2% và 12,5% tương ứng ở các mức bổ sung 0,3%, 0,5% và 0,7% tanin từ phụ phẩm chè xanh so với lô đối chứng Dựa trên cơ sở nghiên cứu này có thể kết luận rằng sử dụng mức bổ sung tanin 0,5% là có hiệu quả nhất

THESIS ABSTRACT

Master candidate: Nguyen Van Thanh

Thesis title: Assessing the effect of tannin from green tea (Camellia sinensis) supplementation levels on the productivity, feed efficency and rumen methane emission

in beef cattle

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives

The experiment is conducted to determine the effect of tannin from green tea (Camellia sinensis) supplementation levels suited to diet for beef cattle ensure productivity and efficiency of livestock production, while minimizing methane emissions levels from the rumen

Materials and Methods

Twenty four, crossbred growing beef cattle with initial body weight of 235-247 kg were randomly assigned according to a Completely Randomized Block Design The dietary treatments were tannin supplementation at 0.0; 0.3, 0.5 and 0.7% on dry matter basis intake All animals were fed with traditional diets in Le Chi - Gia Lam – Ha Noi Main findings and conclusions

It was found that dry matter, metabolism energy (ME) and crude protein (CP) intake were increased with the levels of tannin supplementation and slightly reduced of digestibility at level of 0.7% The tannin supplementation also increasd of daily weight gain of growing cattle Moreover, differences levels of tannin tended to decrease total methane emission (l/day) by 6.87%, 13.97%, 7.34%, respectively, with enhancing levels

of tannin supplementation and lower 13.06%, 20.35%, 4.97%, respectively when compared with the control When compared with the control, the lower of 15.2%; 23.2% and 12.5% of energy lose from methane production were observed in the groups fed 0.3%, 0.5% và 0.7% tannin from green tea, respectively This suggests that the use of 0.5% tannin from Camellia sinensis could improve the growth rate of cattle while decreased enteric methane production and energy loss

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Năm 2011 Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã ban hành QĐ số

3119 ngày 16/12/2011 về việc phê duyệt Đề án giảm phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp, nông thôn đến năm 2020 Một trong những mục tiêu của đề án là giảm phát thải khí nhà kính 20% đến năm 2020 Vấn đề này càng trở lên nóng hơn khi Hội nghị về chống biến đổi khí hậu được tổ chức tại Pari Pháp vào tháng 12/2015 với sự tham dự của hơn 200 quốc gia bàn về các giải pháp giảm khí phát thải và thích ứng biến đổi khí hậu Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nhiều nhất do tác động của biến đổi khí hậu, cụ thể các vấn đề hạn hán, xâm nhập mặn tại các tỉnh miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long trong thời gian qua đang là những vấn đề bức xúc, được xã hội quan tâm Với địa hình

đa dạng, đường bờ biển dài và các đồng bằng sông rộng lớn, hoạt động nông nghiệp Việt Nam đang chịu ảnh hưởng lớn từ những thay đổi của khí hậu đi cùng các thiên tai như bão, lụt, hạn hán Từ năm 1994 đến 2015, theo thống kê Việt Nam đứng thứ 7 trên toàn cầu với trung bình mỗi năm có 392 người chết và thiệt hại hơn 1% GDP do các thảm họa liên quan đến biến đổi khí hậu

Động vật nhai lại (bò thịt, bò sữa, dê, cừu) đóng góp chính vào việc tạo ra

CH4 do khí này là sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men của vi sinh vật trong

dạ cỏ để phân giải thức ăn cho gia súc nhai lại Trong hoạt động chăn nuôi gia súc ăn cỏ, Moss et al (2000) cho rằng khoảng 30% khí CH4 phát thải ra môi trường từ hoạt động vi sinh vật dạ cỏ Roos (2001) cũng cho rằng mức độ phát thải từ quá trình lên men dạ cỏ chiếm 28% tính theo tổng lượng khí CH4 thải ra bầu khí quyển Hàng năm chăn nuôi gia súc nhai lại ước tính sản sinh ra khoảng

86 triệu tấn CH4/năm (Steinfeld et al., 2006)

Để giảm CH4 ở dạ cỏ cần tìm cách giảm sự tạo ra hydro, ngăn chặn và hạn chế sự hoạt động của nhóm vi khuẩn sinh CH4, đưa hydro vào các sản phẩm trao đổi chất khác hoặc hạn chế sự hoạt động của nhóm protozoa (O’Mara et al., 2008) Giảm thiểu mêtan phải đi liền với con đường trao đổi chất tiêu thụ hydro

để tránh hiệu quả tiêu cực khi có quá nhiều hydro trong dạ cỏ (Martin et al., 2008) Một trong những hướng nghiên cứu đang được quan tâm hiện nay là bổ

sung các chất chiết có nguồn gốc thực vật (dầu, saponin, tanin ), vừa có tác dụng giảm thiểu lượng khí phát thải trong dạ cỏ, vừa đảm bảo sức khỏe cho con vật và con người

Cây chè (Camellia sinensis) là một loại cây công nghiệp được trồng phổ biến ở Việt Nam Thân và lá cây chè không những có hàm lượng protein thô cao (24% tính theo VCK) mà còn giàu các hợp chất thực vật thứ cấp như tanin (17,6% tính theo VCK) (Ramdani et a., 2013) Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng tanin là hợp chất của thực vật có tác dụng ức chế hoạt động của các nhóm vi khuẩn sinh khí mêtan, ức chế hoạt động của protozoa và do đó có tác dụng giảm thiểu sự phát thải khí mêtan từ gia súc nhai lại (Huang et al., 2010; Mao et al., 2010, Puchala et al., 2012) Tác giả Jayanegara et al (2012) đã phân tích một cách có hệ thống 15 thí nghiệm in vitro và 15 thí nghiệm in vivo đánh giá ảnh hưởng của các mức tanin (chủ yếu ở mức 0 – 2,3%), các nguồn và các cách bổ sung tanin khác nhau vào khẩu phần đến lượng phát thải khí mêtan từ gia súc nhai lại và chỉ ra rằng mức bổ sung tanin luôn tỷ lệ nghịch với cường độ phát thải khí mêtan Bột phụ phẩm chè xanh là vụn của lá chè xanh thừa ra trong quá trình sao chè Ở Việt Nam, bột phụ phẩm chè xanh khá phổ biến, có thể tận thu ở Thái Nguyên, Mộc Châu, Phú Thọ Hiện nay, nghiên cứu về việc sử dụng phụ phẩm chè xanh bổ sung vào khẩu phần ăn của bò còn hạn chế Nghiên cứu này được tiến hành nhằm đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung tanin từ phụ phẩm chè xanh đến khả năng sản xuất và phát thải khí mêtan từ dạ cỏ của bò thịt

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Xác định được mức bổ sung tanin từ phụ phẩm chè xanh thích hợp vào khẩu phần ăn cho bò thịt đảm bảo năng suất, hiệu quả chăn nuôi, đồng thời giảm thiểu mức độ phát thải khí mêtan từ dạ cỏ

1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở khoa học góp phần cho phát triển chăn nuôi bò theo hướng bền vững, thân thiện với môi trường

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở khuyến cáo các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính trong chăn nuôi bò

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 ĐẶC ĐIỂM TIÊU HÓA CỦA GIA SÚC NHAI LẠI

2.1.1 Đặc điểm của dạ dày kép

Hệ tiêu hóa của gia súc nhai lại được đặc trưng bởi hệ dạ dày kép gồm 4 túi: 3 túi trước (dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách) còn túi thứ 4 gọi là dạ múi khế

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo dạ dày kép của bò

- Dạ cỏ là túi lớn nhất, chiếm hầu hết nửa trái xoang bụng, từ cơ hoành đến xoang chậu Dạ cỏ chiếm tới 85%–92% dung tích dạ dày, 75% dung tích đường tiêu hóa, có tác dụng tích trữ, nhào trộn và lên men phân giải thức ăn Thức ăn sau khi được nuốt xuống dạ cỏ, phần lớn được lên men bởi hệ vi sinh vật cộng sinh nơi đây Chất chứa trung bình trong dạ cỏ có khoảng 850–930g nước/kg nhưng tồn tại ở hai tầng: tầng lỏng ở phía dưới chứa nhiều tiểu phần thức ăn mịn, lơ lửng trong đó và tầng trên khô hơn chứa nhiều thức ăn kích thước lớn Ngoài chức năng lên men dạ cỏ còn có vai trò hấp thu Các axit béo bay hơi (AXBBH) sinh ra từ quá trình lên men vi sinh vật được hấp thu qua vách dạ cỏ (cũng như dạ tổ ong và dạ lá sách) vào máu và trở thành nguồn năng lượng cho vật chủ Sinh khối vi sinh vật cùng với những tiểu phần thức ăn có kích thước bé (<1mm) sẽ đi xuống dạ múi khế và ruột để được tiêu hóa tiếp bởi men của đường tiêu hóa

Dạ cỏ

Dạ tổ ong

Dạ lá sách

Dạ múi khế

- Dạ tổ ong là phần kéo dài của dạ cỏ có niêm mạc được cấu tạo trông giống như tổ ong và có chức năng chính là đẩy các thức ăn rắn và các thức ăn chưa được nghiền nhỏ trở lại dạ cỏ, đồng thời đẩy các thức ăn dạng nước vào dạ

lá sách Dạ tổ ong cũng giúp cho việc đẩy các miếng thức ăn ợ qua thực quản lên miệng để nhai lại Sự lên men trong dạ tổ ong tương tự như dạ cỏ

- Dạ lá sách có niêm mạc gấp nếp nhiều lần (tăng diện tích tiếp xúc), có nhiệm vụ chính là nghiền nát các tiểu phần thức ăn, hấp thu nước cùng các ion Na+, K+…, hấp thu các axit béo bay hơi trong dưỡng chất đi qua

- Dạ múi khế có hệ thống tuyến phát triển mạnh và có chức năng tương tự như dạ dày của gia súc dạ dày đơn, tức là tiêu hóa thức ăn bằng dịch vị (chứa HCl và men pepsin)

- Rãnh thực quản là phần kéo dài của thực quản gồm có đáy và hai mép khi khép lại sẽ tạo thành một cái ống để dẫn thức ăn lỏng Đối với gia súc non bú sữa thì dạ cỏ và dạ tổ ong kém phát triển, sữa sau khi xuống qua thực quản được dẫn trực tiếp xuống dạ lá sách và dạ múi khế qua rãnh thực quản này Ở bò trưởng thành dạ cỏ và dạ tổ ong phát triển còn rãnh thực quản không hoạt động Trong điều kiện nuôi dưỡng bình thường cả thức ăn và nước uống đều được đổ vào tiền đình dạ cỏ

2.1.2 Hệ sinh thái dạ cỏ

 Môi trường sinh thái dạ cỏ

Chất chứa dạ cỏ là một hỗn hợp gồm thức ăn ăn vào, vi sinh vật dạ cỏ, các sản phẩm trao đổi trung gian, nước bọt và các chất chế tiết vào qua vách dạ cỏ Đây là một hệ sinh thái rất phức hợp trong đó liên tục có sự tương tác giữa thức

ăn, hệ vi sinh vật và vật chủ Dạ cỏ có môi trường thuận lợi cho vi sinh vật (VSV) yếm khí sống và phát triển Đáp lại, VSV dạ cỏ đóng góp vai trò rất quan trọng vào quá trình tiêu hoá thức ăn của vật chủ, đặc biệt là nhờ chúng có các enzyme phân giải liên kết β-glucosid của xơ trong vách tế bào thực vật của thức

ăn và có khả năng tổng hợp đại phân tử protein từ ammonia (NH3)

Ngoài dinh dưỡng môi trường dạ cỏ có những đặc điểm thiết yếu cho sự lên men của vi sinh vật cộng sinh như sau: độ ẩm cao (85-90%), pH trong khoảng 6,4-7,0; nhiệt độ khá ổn định (38–42oC), áp suất thẩm thấu ổn định và là môi trường yếm khí (nồng độ ôxy <1%)

Có một số cơ chế để đảm bảo duy trì ổn định các điều kiện của môi trường lên men liên tục này Nước bọt đổ vào dạ cỏ liên tục giúp duy trì độ ẩm của môi trường lên men Muối phosphate và carbonat tiết qua nước bọt có tác dụng đệm đồng thời với sự hấp thu nhanh chóng axit béo bay hơi và ammonia qua vách dạ

cỏ làm cho pH dịch dạ cỏ tương đối ổn định Khí ôxy nuốt vào theo thức ăn nhanh chóng được sử dụng nên môi trường yếm khí luôn luôn được duy trì Áp suất thẩm thấu của dịch dạ cỏ được duy trì tương tự như áp suất thẩm thấu của máu nhờ có sự trao đổi ion qua vách dạ cỏ Có sự chế tiết qua vách dạ cỏ những chất cần thiết cho vi sinh vật phát triển và hấp thu vào máu những sản phẩm lên men sinh ra trong dạ cỏ (axit béo bay hơi) Các chất khí (chủ yếu là CO2 và CH4)

là phụ phẩm trao đổi cuối cùng của quá trình lên men dạ cỏ cũng được thải ra ngoài thông qua quá trình ợ hơi Thời gian thức ăn tồn lưu trong dạ cỏ kéo dài tạo điều kiện cho vi sinh vật công phá Hơn nữa, trong dạ cỏ các chất chứa luôn luôn được nhào trộn bởi sự co bóp của vách dạ cỏ, phần thức ăn không lên men thường xuyên được giải phóng ra khỏi dạ cỏ xuống phần dưới của đường tiêu hóa

và các cơ chất mới được nạp vào thông qua thức ăn, nhờ vậy dòng dinh dưỡng được liên tục lưu thông Sự vận chuyển các sản phẩm cuối cùng ra khỏi dạ cỏ và nạp mới cơ chất có ảnh hưởng lớn đến sự cân bằng sinh thái trong dạ cỏ và nhờ

đó mà dạ cỏ trở thành một môi trường lên men liên tục Sinh khối VSV được chuyển xuống phần dưới của đường tiêu hóa cùng với khối dưỡng chấp còn lại sau lên men làm cho số lượng của chúng được duy trì ở mức khá ổn định

 Hệ vi sinh vật dạ cỏ

Hệ vi sinh vật cộng sinh trong dạ cỏ và dạ tổ ong rất phức tạp và được gọi chung là vi sinh vật dạ cỏ Hệ vi sinh vật dạ cỏ gồm có ba nhóm chính là vi khuẩn (Bacteria), động vật nguyên sinh (protozoa) và nấm (Fungi); ngoài ra còn

có mycoplasma, các loại virus và các thể thực khuẩn Mycoplasma, virus và thể thực khuẩn không đóng vai trò quan trọng trong tiêu hóa thức ăn Quần thể vi sinh vật dạ cỏ có sự biến đổi theo thời gian và phụ thuộc vào tính chất của khẩu phần thức ăn Hệ vi sinh vật dạ cỏ đều là sinh vật yếm khí và sống chủ yếu bằng năng lượng sinh ra từ quá trình lên men các chất dinh dưỡng

- Vi khuẩn (bacteria)

Vi khuẩn xuất hiện trong dạ cỏ loài nhai lại trong lứa tuổi còn non, mặc dù chúng được nuôi tách biệt hoặc cùng với mẹ chúng Thông thường vi khuẩn

chiếm số lượng lớn nhất trong VSV dạ cỏ và là tác nhân chính trong quá trình tiêu hóa xơ Theo công bố của Hungate (1941) những công trình nghiên cứu đầu tiên về VSV dạ cỏ, đến nay đã có hơn 200 loài vi khuẩn dạ cỏ đã được mô tả Tổng số vi khuẩn dạ cỏ thường vào khoảng 109–1010 tế bào/g chất chứa dạ cỏ Trong dạ cỏ vi khuẩn ở thể tự do chiếm khoảng 25-30%, còn lại bám vào thức

ăn, biểu mô và protozoa

Sau đây là các nhóm vi khuẩn dạ cỏ chính :

+ Vi khuẩn phân giải xenluloza Đây là nhóm vi khuẩn có số lượng rất lớn trong dạ cỏ của những gia súc sử dụng khẩu phần giàu xenluloza Những vi khuẩn quan trọng nhất là: Bacteroides succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminoccocus albus, Cillobacterium cellulosovens

+ Vi khuẩn phân giải hemixenluloza Hemixenluloza khác xenluloza là chứa cả đường pentoza và hexoza và thường cũng chứa axit uronic Những vi khuẩn có khả năng thủy phân xenluloza thì cũng có khả năng sử dụng hemixenluloza Tuy nhiên không phải tất cả có khả năng sử dụng hemixenluloza đều có khả năng thủy phân xenluloza Một số loài sử dụng hemixenluloza như Butyrivibrio fibrisolvens, Lachnospira multiparus và Bacteroides ruminicola

+ Vi khuẩn phân giải đường Hầu hết các vi khuẩn sử dụng được các loại polysaccharide nói trên thì cũng sử dụng được đường disaccharide và monosaccharide Các vi khuẩn thuộc loài Lachnospira multiparus, Selenomonas ruminantium… đều có khả năng sử dụng tốt các hydratcacbon này

+ Vi khuẩn sử dụng các axit hữu cơ Hầu hết các vi khuẩn đều có khả năng sử dụng axit lactic mặc dù lượng axit này trong dạ cỏ thường không đáng

kể trừ trong những trường hợp đặc biệt Một số có thể sử dụng axit succinic, malic, fumaric, formic hay acetic Những loài sử dụng lactic là Veillonella gazogenes, Veillonella alacalescens, Peptostreptococcus elsdenii, Propioni bacterium và Selenomonas lactilytica

+ Vi khuẩn phân giải protein Sự phân giải protein và axit amin để sản sinh ra amoniac trong dạ cỏ có ý nghĩa quan trọng đặc biệt cả về phương diện tiết kiệm nitơ cũng như nguy cơ dư thừa amoniac Amoniac cần cho các loài vi khuẩn dạ cỏ để tổng hợp nên sinh khối protein của bản thân chúng, đồng thời với một số vi khuẩn đòi hỏi hay được kích thích bởi axit amin, peptit và isoaxit có nguồn gốc từ valin, leucine và isoleucine Như vậy cần phải có một lượng protein

được phân giải trong dạ cỏ để đáp ứng nhu cầu VSV dạ cỏ Trong số những loài sinh amoniac thì Peptostreptococus và Clostridium có khả năng lớn nhất

+ Vi khuẩn tạo mêtan Nhóm vi khuẩn này rất khó nuôi cấy trong ống nghiệm, cho nên thông tin về nhóm VSV này rất hạn chế Các loài vi khuẩn thuộc nhóm này gồm Methano baccterium, Methano ruminantium và Methano forminicum

+ Vi khuẩn tổng hợp vitamin Nhiều loại vi khuẩn trong dạ cỏ có khả năng tổng hợp được các loại vitamin nhóm B và vitamin nhóm K

- Động vật nguyên sinh (protozoa)

Protozoa xuất hiện trong dạ cỏ khi gia súc bắt đầu ăn thức ăn thực vật thô Sau khi đẻ và trong thời gian bú sữa dạ dày trước không có protozoa Protozoa không thích ứng với môi trường bên ngoài và bị chết rất nhanh Trong dạ cỏ protozoa có số lượng vào khoảng 105–106 tế bào/g chất chứa dạ cỏ, ít hơn vi khuẩn nhưng kích thước lớn hơn nên có thể tương đương về sinh khối Có hơn 100 loài protozoa đã được xác định Mỗi loài gia súc có số loài protozoa khá đặc thù

Protozoa trong dạ cỏ là các loại ciliate thuộc hai họ khác nhau gồm họ Isotrichidae có cơ thể rỗng được phủ các tiêm mao, và họ Ophryoscolecidae gồm nhiều loại khác nhau về kích thước, hình thái và diện mạo

Protozoa có một số tác dụng sau:

+ Tiêu hóa tinh bột và đường Tuy có một vài loại protozoa có khả năng phân giải xenluloza nhưng cơ chất chính vẫn là đường và tinh bột vì thế khi gia súc ăn khẩu phần có nhiều đường và tinh bột thì số lượng protozoa tăng lên

+ Xé rách màng tế bào thực vật Tác dụng này có được thông qua tác động

cơ học và làm tăng diện tích tiếp xúc, do đó mà thức ăn dễ dàng chịu tác động của vi khuẩn

+ Tích lũy polisaccarit Protozoa có khả năng nuốt tinh bột ngay sau khi

ăn Polysaccarid này có thể được phân giải về sau hoặc không bị lên men ở dạ cỏ

mà được phân giải thành đường đơn và được hấp thu ở ruột Điều này không những quan trọng với protozoa mà còn có ý nghĩa dinh dưỡng cho gia súc nhai lại nhờ hiệu ứng đệm chống phân giải đường quá nhanh làm giảm pH đột ngột, đồng thời cung cấp năng lượng từ từ hơn cho nhu cầu bản thân VSV dạ cỏ trong những thời gian xa bữa ăn

+ Bảo tồn mạch nối đôi các axit béo không no Các axit béo không no mạch dài (linoleic, linolenic) quan trọng với gia súc được protozoa nuốt và đưa xuống phần sau của đường tiêu hóa để cung cấp trực tiếp cho vật chủ, nếu không các axit béo này sẽ bị no hóa bởi vi khuẩn

Tuy nhiên có vài ý kiến cho rằng protozoa trong dạ cỏ có một số tác hại nhất định :

+ Protozoa không có khả năng sử dụng NH3 như vi khuẩn Nguồn nitơ đáp ứng nhu cầu của chúng là những mảnh protein thức ăn và vi khuẩn Nhiều nghiên cứu cho thấy protozoa không thể xây dựng protein bản thân từ các axit amin được Khi mật độ protozoa trong dạ cỏ cao thì một lượng lớn vi khuẩn bị thực bào bởi protozoa Mỗi protozoa có thể thực bào 600–700 vi khuẩn trong một giờ

ở mật độ vi khuẩn 109/ml dịch dạ cỏ Protozoa cũng góp phần làm tăng nồng độ

NH3 trong dạ cỏ do sự phân giải protein của chúng

+ Protozoa không tổng hợp được vitamin mà sử dụng vitamin từ thức ăn hay do vi khuẩn tạo nên nên làm giảm rất nhiều vitamin của vật chủ

- Nấm (Fungi)

Nấm trong dạ cỏ chỉ được nghiên cứu trong vòng 30 năm nay và vị trí của nó trong hệ sinh thái dạ cỏ cần được làm sáng tỏ thêm Chúng thuộc loại vi sinh vật yếm khí nghiêm ngặt với chu kỳ sống gồm hai pha là pha bào tử và pha thực vật

Chức năng của nấm trong dạ cỏ là :

+ Mọc chồi phá vỡ cấu trúc thành tế bào thực vật, làm giảm độ bền chặt của cấu trúc này, góp phần phá vỡ các mảnh thức ăn trong quá trình nhai lại, sự phá vỡ này tạo điều kiện cho Bacteria bám vào cấu trúc tế bào và tiếp tục phân giải xơ

+ Mặt khác, bản thân nấm cũng tiết ra các loại enzyme phân giải carbohydrate Phức hợp men tiêu hóa xơ của nấm dễ dàng hòa tan hơn của men

vi khuẩn Chính vì thế nấm có khả năng tấn công các tiểu phần thức ăn cứng hơn

và lên men chúng với tốc độ nhanh hơn so với vi khuẩn Một số loại carbohydrate không được nấm sử dụng là pectin, axit polugalacturonic, arabinoza, fructoza và galactoza

Như vậy sự có mặt của nấm làm tăng tốc độ tiêu hóa xơ Điều này đặc biệt

có ý nghĩa đối với việc tiêu hóa thức ăn thô xơ bị lignin hóa

2.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng tới tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần ở GSNL

+ Yếu tố thức ăn

Thành phần hóa học của thức ăn có ảnh hưởng rất lớn đến tỷ lệ tiêu hóa của thức ăn Thức ăn có hàm lượng xơ càng cao thì tỷ lệ tiêu hóa càng thấp đặc biệt thức ăn có nhiều lignin vì chất này ngăn cản quá trình tiêu hóa các thành phần xơ khác của vi sinh vật Hàm lượng protein trong khẩu phần cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ tiêu hóa của thức ăn vì chúng có vai trò như chất xúc tác làm tăng hoạt động của tuyến tiêu hóa, làm tăng tiết dịch vị, làm tăng khả năng hoạt động của các enzym tiêu hóa, tăng khả năng cung cấp các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật, qua đó làm tăng sự phát triển và hoạt động của vi sinh vật, nhờ đó mà sự phân giải các chất hữu cơ tăng lên

Hàm lượng tinh bột hay các loại đường dễ tan trong khẩu phần cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ tiêu hóa của thức ăn, nhất là các chất xơ Nếu bổ xung một lượng thức ăn tinh vừa đủ thì có tác dụng kích thích quá trình phân giải xơ ở dạ cỏ nhưng nếu vượt quá mức nhất định sẽ làm giảm lượng thức ăn ăn vào và tỷ lệ tiêu hóa Kết quả nghiên cứu của Đinh Văn Tuyền (2005) cho thấy khi hàm lượng rỉ mật trong khẩu phần tăng lên thì tỷ lệ tiêu hóa của NDF giảm đi Nguyên nhân là do các loại đường hay tinh bột lên men nhanh sinh ra các AXBBH làm cho pH dạ cỏ giảm xuống đột ngột và ức chế sự phát triển của các

vi sinh vật phân giải xơ

+ Ảnh hưởng của tốc độ lưu chuyển thức ăn trong đường tiêu hóa

Tốc độ lưu chuyển thức ăn trong dạ cỏ có ảnh hưởng rõ rệt tới tỷ lệ tiêu hóa của thức ăn Khi tốc độ chuyển dời của thức ăn trong dạ cỏ nhanh thì thời gian thức ăn lưu lại trong dạ cỏ ngắn và quá trình phân giải thức ăn của vi sinh vật không triệt để và do đó tỷ lệ tiêu hóa thức ăn giảm Tốc độ chuyển dời thức

ăn lại phụ thuộc vào một số yếu tố như khối lượng và kích thước của thức ăn ăn vào Lượng thức ăn ăn vào tăng lên sẽ làm giảm thời gian lưu lại của thức ăn trong dạ cỏ, kích thước của thức ăn càng lớn thì thời gian lưu lại trong dạ cỏ càng lâu hay tốc độ lưu chuyển của thức ăn càng thấp

+ Yếu tố gia súc

Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ tiêu hóa có liên quan đến gia súc có thể là giống, loài, tuổi, và cá thể gia súc Do mỗi giống gia súc có những đặc điểm tiêu hóa riêng mà nhu cầu dinh dưỡng ở mỗi giống cũng khác nhau, nên tỷ lệ tiêu hóa

thức ăn ở các giống gia súc khác nhau là khác nhau Các gia súc trong cùng một giống có tuổi khác nhau thường có tốc độ phát triển, giai đoạn phát triển và tốc

độ hoàn thiện bộ máy tiêu hóa khác nhau và do đó khả năng tiêu hóa thức ăn cũng khác nhau Ví dụ bê 4 tuần tuổi có thể tiêu hóa được glucoza và lactoza nhưng không tiêu hóa được mantoza và dextin, bê 9 tuần tuổi tiêu hóa tốt mantoza nhưng hoạt tính của lactoza lại giảm Ngoài ra tỷ lệ tiêu hóa còn bị ảnh hưởng bởi cá thể gia súc Các cá thể trong cùng một giống có tuổi tương đương nhau nhưng vẫn cho tỷ lệ tiêu hóa khác nhau vì phản ứng với thức ăn của các cá thể là khác nhau, tuy nhiên sự chênh lệch này là không đáng kể

2.2 CƠ CHẾ SẢN SINH MÊTAN TỪ DẠ CỎ Ở GIA SÚC NHAI LẠI

Dạ cỏ của động vật nhai lại (bò thịt, bò sữa, dê, cừu ) đóng góp chính vào việc tạo ra CH4, tại đây xảy ra quá trình lên men yếm khí của hệ vi sinh vật dạ cỏ Theo Sniffen and Herdt (1991) trong dạ cỏ của gia súc nhai lại những chất khí tạo thành nằm ở phần trên trong đó CO2, CH4 chiếm tỷ trọng lớn nhất (Bảng 2.1)

Tỷ lệ các chất khí này phụ thuộc vào sinh thái môi trường dạ cỏ và sự cân bằng lên men Bình thường thì tỷ lệ CO2 gấp 2-3 lần CH4

Bảng 2.1 Thành phần đặc trưng của các chất khí trong dạ cỏ ( %)

Nguồn : Sniffen and Herdt (1991)

Trong điều kiện yếm khí ở dạ cỏ: Phản ứng oxy hóa để lấy năng lượng ở dạng ATP giải phóng ra hydro Tích lũy ion hydro trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật dạ cỏ chỉ có thể tránh đuợc bằng quá trình sinh tổng hợp CH4 bởi những vi khuẩn sinh CH4 (rumen methanogens) (O’Mara et al., 2008) Đây là cơ chế bình thường của quá trình lên men ở dạ cỏ nhằm tránh được nguy cơ tích lũy quá nhiều hydro (Martin et al., 2008b) Do hydro tự do sẽ ức chế enzyme khử hydro (dehydrogenases) và ảnh hưởng đến quá trình lên men (Martin et al., 2008b) Theo Moss et al (2000) thì quá trình phân giải các chất hữu cơ (carbohydrate) và sinh khí

CH4 trong dạ cỏ của bò có thể được tóm tắt như sau:

xơ (Ruminococcus albus và R Flavefaciens), không phân giải xơ (Selenomonas ruminantium), protozoa và nấm (McAllister et al.,1996) Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ nhờ hoạt động của các vi sinh vật dạ cỏ, trong đó có quá trình sinh tổng hợp CH4 do hoạt động của vi khuẩn sinh mêtan (rumen methanogens) (O’Mara et al., 2008) Đây là qui trình bình thường trong quá trình lên men ở dạ

cỏ Lượng hydro giải phóng phụ thuộc chủ yếu vào khẩu phần và loại hình vi sinh vật dạ cỏ vì lên men vi sinh vật thức ăn tạo ra các sản phẩm cuối cùng khác nhau và không tương đương với lượng hydro tạo ra (Martin et al., 2008) Ví dụ,

để tạo ra axit propionic thì tiêu thụ hydro nhưng tạo ra axit acetic và axit butyric lại giải phóng hydro (Martin et al., 2008) Quá trình sinh CH4 ở dạ cỏ là cơ chế tạo điều kiện cho dạ cỏ tránh được nguy cơ tích lũy quá nhiều hydro (Martin et al., 2008) Hydro tự do sẽ ức chế enzym khử hydro (dehydrogenases) và ảnh hưởng đến quá trình lên men (Martin et al., 2008) Sử dụng hydro và CO2 để tạo

ra CH4 là một đặc tính đặc biệt của nhóm vi khuẩn sinh CH4 Nhóm vi khuẩn này tương tác với các nhóm vi sinh vật khác trong dạ cỏ để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và kéo dài tiêu hóa thức ăn (Martin et al., 2008) Tương tác này là tích cực đối với nhóm vi sinh vật phân giải xơ (Ruminococcus albus và R flavefaciens), không phân giải xơ (Selenomonas ruminantium), protozoa và nấm (McAllister et al., 1996) Ở gia súc nhai lại, mêtan được sản sinh trong dạ cỏ bởi nhóm vi khuẩn sinh khí mêtan sử dụng các sản phẩm chuyển hóa của các loài vi khuẩn khác, protozoa, nấm trong quá trình phân giải thức ăn Nhóm vi khuẩn này

sử dụng H2 và CO2 là cơ chất chính để tạo khí mêtan như sản phẩm cuối cùng của chu trình trao đổi năng lượng và sống kỵ khí bắt buộc (Wolin et al., 1997)

Trong dạ cỏ, các vi khuẩn sinh khí mêtan phải sống cộng sinh với protozoa và các loài vi sinh vật khác Mêtan được tạo thành từ CO2 và H2 dưới tác dụng của

vi khuẩn mêtanogenic cùng với năng lượng của cơ thể động vật Methanogenic là nhóm vi khuẩn trong hệ vi sinh vật dạ cỏ của động vật nhai lại, chúng có thể tồn tại ở pH trung tính 6-8, tuy nhiên một số loài methanogenic có thể tồn tại trong môi trường pH dao động từ 3-9,2 (Jones et al., 1987) Hiện nay, tìm thấy 5 loài vi khuẩn methanogenic trong dạ cỏ của động vật nhai lại là Methanobrevibacter ruminantium, Methanosarcinabarkeri, Methanosarcinamazei, Methanobacterium formicicum và Methanomicrobium mobile trong đó 2 loài đầu là phổ biến nhất

Vi khuẩn mêtanogenic có thể sống tự do trong dạ cỏ hoặc chúng sống cộng sinh trên bề mặt của protozoa

+ Chất lượng khẩu phần, tỷ lệ tiêu hóa và mức độ thu nhận thức ăn: Lượng thức ăn ăn vào của gia súc nhai lại càng nhiều thì khả năng sinh khí CH4

càng lớn, khẩu phần ăn nghèo dinh dưỡng tạo khí CH4 nhiều hơn thức ăn giàu dinh dưỡng Do thức ăn nghèo dinh dưỡng có tỷ lệ xơ cao và thời gian tồn tại trong dạ cỏ lâu hơn và gia súc cần thu nhận nhiều hơn để đáp ứng đủ nhu cầu Theo tác giả Shibata (1992) lượng khí CH4 sinh ra tỷ lệ (theo phương trình bậc hai) với lượng thu nhận thức ăn tính theo vật chất khô Công thức ước tính lượng khí mêtan ở bò: Lượng khí mêtan (lít/ngày) = -0,849 x (VCK thu nhận)2 + 42,793

x (VCK thu nhận) – 17,766; (VCK tính theo kg ăn vào/ngày)

Tác giả Johnson and Johnson (1995), cho rằng hai yếu tố chính ảnh hưởng đến sự biến động sản sinh khí CH4 ở dạ cỏ Thứ nhất, lượng chất lượng

carbohydrate dễ lên men ở dạ cỏ mà cụ thể là sự cân bằng giữa tỷ lệ carbohydrate

dễ lên men và lượng thoát qua Thứ hai đó là sản phẩm của quá trình lên men dạ

cỏ sẽ tạo ra tỷ lệ axit acetic và axit propionic như thế nào Do thay đổi bể hydro trong dạ cỏ (nguồn cơ chất để tạo CH4) khi các sản phẩm axit béo bay hơi này được tạo ra Nếu tỷ lệ axit acetic : axit propionic là 0.5 năng lượng thất thoát qua khí CH4 (việc phát thải CH4) sẽ là 0% ; còn nếu toàn bộ carbohydrate bị lên men thành axit acetic và không tạo ra axit propionic thì mức độ thất thoát năng lượng qua CH4 sẽ là 33% (Wolin and Miller, 1988) Lượng khí CH4 sinh ra biến động lớn là do tỷ lệ hai axit béo này thường biến động trong khoảng 0,9 đến 4 (Johnson and Johnson, 1995)

Khi xét đến carbohydrate cấu trúc như xenluloza và hemixenluloza lên men ở tốc độ thấp hơn carbohydrate phi cấu trúc như tinh bột và các loại đường

và kết quả tạo ra nhiều CH4 hơn ở các dạng carbohydrate cấu trúc khi tính trên một đơn vị cơ chất được lên men do tỷ lệ acetate :propionate lớn hơn (Czerkawski, 1969) Ngoài ra trong nhóm carbohydrate phi cấu trúc, đường hòa tan có tiềm năng sinh CH4 cao hơn tinh bột (Johnson and Johnson, 1995) Như vậy, hạt ngũ cốc tạo ra ít CH4 hơn phế phụ phẩm có nhiều xơ Khí mêtan tạo

ra (% năng lượng ăn vào) giảm khi mức nuôi dưỡng tăng hay khi tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần được cải thiện Theo Giger-Reverdin et al (2003) khí CH4 tạo ra trong dạ cỏ giảm khi lượng thức ăn tinh trong khẩu phần tăng lên

Như vậy, phần lớn các yếu tố ảnh hưởng đến lượng phát thải khí CH4 từ môi trường dạ cỏ là từ chế độ dinh dưỡng và khẩu phần ăn Khí CH4 từ tiêu hóa

và lên men dạ cỏ (enteric fermentation) bị phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố như lượng thức ăn ăn vào (Kirchgessner et al., 1991; Shibata et al., 1993), loại hình khẩu phần (Blaxter and Clapperton, 1965; Puchala et al., 2005), lượng carbohydrate dễ lên men trong khẩu phần (Johnson and Johnson, 1995), hàm lượng protein và xơ trong khẩu phần (Sekine et al., 1986; Shibata, 1992; Kurihara et al., 1997) Ngoài ra tỷ lệ thức ăn tinh : thô (Lovett et al., 2003) và cách chế biến thức ăn thô cũng liên quan chặt chẽ đến khí CH4 sinh ra từ tiêu hóa

và lên men dạ cỏ

+ Tỷ lệ thức ăn tinh : thô và cách chế biến thức ăn thô : Theo Reverdin et al (2003) khí CH4 tạo ra trong dạ cỏ giảm khi lượng thức ăn tinh trong khẩu phần tăng lên

Giger-+ Nhiệt độ môi trường : Lượng mêtan thải ra tỉ lệ nghịch do khi nhiệt độ tăng sẽ làm gảm lượng thu nhận Tuy nhiên, lượng mêtan thải ra/kg VCK thu nhận lại tăng khi nhiệt độ tăng do nhiệt độ cao sẽ làm giảm tỷ lệ tiêu hóa và làm tăng thời gian lưu thức ăn trọng dạ cỏ sẽ tạo điều kiện cho quá trình lên men sinh mêtan (Kurihara et al., 1999)

Hầu hết khí CH4 thải ra trong chăn nuôi là từ gia súc nhai lại thông qua quá trình lên men yếm khí ở dạ cỏ Tuy nhiên, sự sản sinh mêtan cũng xảy ra các phần dưới của đường tiêu hóa như ruột già, tá tràng 89% mêtan được sản sinh

ra từ dạ cỏ và được thải ra ngoài thông qua miệng và mũi (Murray et al., 1976) Khi mêtan thải ra ngoài môi trường thì gia súc nhai lại mất đi 2-12% năng lượng thô từ thức ăn ăn vào, tùy thuộc vào phẩu phần Ở các loài gia súc nhai lại khác nhau thì tỷ lệ mất năng lượng thô do sự sản sinh mêtan cũng rất khác nhau Theo Johnson and Ward (1996) thì tỷ lệ năng lượng thô mất đi do thải mêtan của bò sữa và bò thịt vỗ béo thay đổi lần lượt từ 5,5-9,0% và 3,5-6,5% Ở trâu và lạc đà dao động trong khoảng 7,5-9,0% và 7,0-9,0% Tỷ lệ mất năng lượng thô do thải mêtan của động vật nhai lại cũng thay đổi theo vị trí địa lý, chất lượng thức ăn, lượng thức ăn ăn vào, thành phần thức ăn và quá trình chế biến thức ăn (Johnson and Ward, 1996) Hơn 50% số lượng gia súc nhai lại của toàn thế giới 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 do mêtan (McCrabb and Hunter, 1999)

Vì vậy, để tăng năng suất chăn nuôi, giảm ô nhiễm môi trường thì việc làm giảm CH4 sản sinh ra trong chăn nuôi gia súc nhai lại là một vấn đề hết sức quan trọng và đặt ra những hướng nghiên cứu mới cho các nhà khoa học

2.4 NGUYÊN TẮC VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢM THIỂU KHÍ MÊTAN TRONG

DẠ CỎ

Quá trình sinh mêtan ở dạ cỏ là cơ chế tạo điều kiện cho dạ cỏ tránh được nguy cơ tích lũy quá nhiều hydro (Martin et al., 2008) Hydro tự do sẽ ức chế enzyme khử hydro (dehyrogenase) và ảnh hưởng đến quá trình lên men (Martin et al., 2008) Sử dụng hydro và CO2 để tạo ra CH4 là một đặc tính đặc biệt của nhóm vi khuẩn sinh mêtan Nhóm vi khuẩn này tương tác với các nhóm vi sinh vật khác trong dạ cỏ để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và kéo dài tiêu hóa thức ăn (Martin et al., 2008) Chiến lược giảm CH4 ở dạ cỏ vì thế

là cách giảm tạo ra hydro, ngăn chặn và hạn chế quá trình hình thành CH ,

đưa hydro vào các sản phẩm trao đổi chất khác hoặc tạo ra các bể chứa hydro khác (O’Mara et al., 2008)

Có hai yếu tố trong con đường trao đổi chất cần quan tâm để phát triển chiến lược giảm thiểu mêtan ở gia súc nhai lại: giảm sinh hydro nhưng không được làm ảnh hưởng đến lên men thức ăn trong dạ cỏ và giảm thiểu mêtan phải

đi liền với con đường trao đổi chất tiêu thụ hydro để tránh hiệu quả tiêu cực khi

có quá nhiều hydro trong dạ cỏ (Martin et al., 2008)

Quá trình sản sinh CH4 trong dạ cỏ không chỉ làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng của gia súc nhai lại mà còn ảnh hưởng xấu đến môi trường khi góp phần gây nên hiệu ứng nhà kính Biện pháp giảm thiểu khí mêtan từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua dinh dưỡng và thông qua nâng cao sức khỏe, khả năng sinh sản và quản lý

2.4.1 Giảm thiểu CH4 từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua dinh dưỡng

- Thay thế thức ăn thô bằng thức ăn tinh:

Tăng tỷ lệ thức ăn tinh nhằm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn, giảm năng lượng mất đi do vi khuẩn tạo khí CH4 và động vật nguyên sinh (protozoa) sử dụng Khí CH4 /đơn vị sản phẩm (thịt, sữa) có thể giảm 7-40% khi tăng lượng vật chất khô ăn vào và tăng tỷ lệ thức ăn tinh trong khẩu phần cho bò (Benchaar et al., 2001) Khí CH4 tạo ra trong khẩu phần chủ yếu là cỏ ở bò thịt và cừu là 6– 7% tổng năng lượng thô (GE), còn ở khẩu phần vỗ béo chủ yếu là thức ăn tinh số liệu này là 3% tổng năng lượng thô (Johnson and Johnson, 1995) Ở gia súc nhai lại ảnh hưởng của thay đổi khẩu phần rất khó đánh giá Ví dụ nuôi bò trên đồng cỏ có khuynh hướng tăng CH4 từ quá trình lên men ở đường tiêu hóa với khẩu phần chủ yếu là thức ăn hạt, cách nuôi này đã làm thay đổi đáng kể cách quản lý phân vì hầu hết phân bò đã rải đều trên đồng cỏ và vì thế việc sử dụng

cơ giới hóa và phân bón cũng thay đổi (Dourmad et al., 2008) Kết quả là khí nhà kính sinh ra do quản lý phân và sản xuất thức ăn chăn nuôi giảm đi

- Thay đổi cấu trúc xơ trong khẩu phần

Khẩu phần chứa nhiều tinh bột sản sinh ra nhiều axit propionate vì vậy đã làm giảm lượng CH4 sản sinh tính trên 1 đơn vị vật chất hữu cơ có khả năng lên men trong dạ cỏ Ngược lại, với khẩu phần chủ yếu thức ăn giàu xơ thô sẽ sản sinh ra nhiều axit acetate và vì vậy làm tăng lượng CH4 sản sinh tính trên 1 đơn

vị vật chất hữu cơ có khả năng lên men trong dạ cỏ Tăng lượng lúa mạch bổ

sung từ 0 đến 75% (tính theo vật chất khô) vào khẩu phần ăn gồm chủ yếu cỏ ủ chua đã làm giảm 8% lượng CH4 sản sinh/1 đơn vị vật chất hữu cơ (Moss et al., 1994) Quá trình lên men xơ cấu trúc dẫn đến hao hụt GE cho việc sản sinh CH4

nhiều hơn so với lên men đường hòa tan hoặc tinh bột Điều này đưa đến hệ quả

là làm giảm tốc độ lên men, giảm tốc độ thoát qua dạ cỏ của thức ăn và vì vậy tỷ

lệ giữa acetic và propionic cao hơn (Hegarty and Gerdes, 1998)

- Chế biến thức ăn thô xanh

Quá trình nghiền và làm viên thức ăn xanh cho bò làm giảm đáng kể sản sinh CH4 (Blaxter, 1989) Ở mức thu nhận chất khô cao lượng CH4 sản sinh/đơn

vị khẩu phần có thể giảm từ 20-40% (Eckard et al., 2002) do tăng được tỷ lệ thoát qua ở dạ cỏ Tuy nhiên vấn đề được quan tâm là chi phí tăng lên khi chế biến dạng viên Bên cạnh đó thức ăn ủ chua rất được sử dụng phổ biến trong chăn nuôi bò Việc chế biến ủ chua đã ảnh hưởng như thế nào đến quá trình sản sinh khí CH4 ở dạ cỏ Thực tế việc quá trình lên men các thức ăn ủ chua có hàm lượng vật chất khô thấp làm cho nồng độ xơ dễ hòa tan thấp và các sản phẩm lên men (VFAs, lactate, alcohol và ammonia) có nồng độ cao trong dạ cỏ Ngoài ra xơ trong thành phần các thức ăn này cũng dễ tiêu hóa hơn so với cỏ chế biến khô Khi cho gia súc ăn loại thức ăn ủ chua này đã làm thay đổi các sản phẩm trong quá trình lên men như tỷ lệ axit acetic cao hơn trong VFAs, kết quả là đã thay đổi CH4 sản sinh (Ørskov and Ryle, 1990) Các tác giả Anderson and Jackson (1971) cũng đã báo cáo rằng tỷ lệ axit acetic /tổng VFAs sản sinh trong dạ cỏ cao hơn rõ rệt ở cừu khi cho ăn khẩu phần cỏ ủ chua so với khẩu phần cỏ khô Bên cạnh đó giá trị pH trong dạ cỏ có xu hướng giảm khi gia súc được ăn khẩu phần thức ăn ủ chua cũng ảnh hưởng đến sản sinh CH4

- Bổ sung thêm lipid vào khẩu phần:

Từ lâu người ta cho rằng cho thêm lipid vào khẩu phần là giảm CH4 Dầu

có chứa C12 (axit lauric) và C14 (axit myrstic) đặc biệt độc với vi khuẩn sinh mêtan Bổ sung 7% dầu lanh (chất béo không no) trong khẩu phần có thể giảm thải CH4 đến 37% do làm tăng axit propiotic và giảm tác dụng của protozoa trong

dạ cỏ (Czerkawski, 1969) Tuy nhiên việc bổ sung sẽ ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật dạ cỏ Trong một nghiên cứu khác việc bổ sung dầu vào khẩu phần cho gia súc nhai lại có thể giảm 25% (in vitro) – 80% (in vivo) lượng khí thải CH4

(Machmüller and Kreuzer, 1999; Machmuller et al., 2003) Tuy nhiên theo các

báo cáo ở Úc thì việc bổ sung thêm dầu trong khẩu phần vẫn gây tranh cãi khi vấn đề giảm thiểu phát thải khí nhà kính và những chi phí tăng thêm làm giảm hiệu quả chăn nuôi, và xu hướng sử dụng đồng cỏ và giảm thức ăn bổ sung được nhiều quan tâm hơn

- Bổ sung axit hữu cơ:

Axit hữu cơ thông thường sẽ được lên men thành propionate trong dạ cỏ (Martin et al., 2008a) Như vậy, chúng là một bể chứa khác cho hydro, và giúp làm giảm số lượng hydro dùng để tạo mêtan Newbold et al (2005) cho thấy fumarate và acrylate có hiệu quả nhất trong các điều kiện in vitro Wallace et

al (2006) thấy giảm CH4 từ 0,4–0,75 khi axit fumaric dạng viên (0.1 khẩu phần) được cho vào khẩu phần của cừu

- Bổ sung Ionophore (monensin):

Đây là chất kháng vi sinh vật được sử dụng rộng rãi để tăng năng suất (Martin et al., 2008) Theo Tadeschi et al (2003) cho thấy khi vỗ béo với khẩu phần ít cỏ, monensin làm tăng tăng trọng, gi ảm lượng thức ăn ăn vào, tăng hiệu quả sử dụng thức ăn khoảng 6% Monensin làm giảm CH4 vì giảm lượng thức ăn

ăn vào và vì thay đổi thành phần axit béo bay hơi ở dạ cỏ theo hướng tăng propionate đồng thời làm giảm số lượng protozoa dạ cỏ (Martin et al., 2008b) Đến nay monensin vẫn được xem như có hiệu quả trong việc giảm phát thải

CH4 (Van Nevel and Demeyer, 1995) Theo ước tính sản sinh CH4 giảm dao động trong khoảng 25% khi sử dụng monensin (Wedegaertner and Johnson, 1983) Tuy nhiên nhiều nghiên cứu sau này cho rằng việc giảm sản sinh CH4 chỉ trong giai đoạn ngắn (Rumpler et al., 1986) Do việc sử dụng các chất kháng vi sinh vật này thường dẫn đến hiện tượng kháng lại (bacterial resistance) trong vật nuôi và có thể dẫn đến hậu quả việc kháng thuốc kháng sinh trong nhân y ở Úc (JETACAR, 1999)

- Sử dụng các hợp chất thứ cấp và chất tách chiết từ thực vật:

Đối với các thức ăn chứa tanin, việc ức chế quá trình sinh mêtan chủ yếu là

do tanin ngưng tụ (CTs) (Martin et al., 2008b) Có hai cơ chế về hoạt động của tanin: tanin ảnh hưởng trực tiếp đến hình tạo mêtan và ảnh hưởng gián tiếp đến giảm tạo ra hydro do tỷ lệ phân giải thức ăn ở dạ cỏ thấp hơn (Tavendale et al., 2005) Saponin cũng ức chế sinh methane ở dạ cỏ, cơ chế hoạt động của saponin liên quan đến ảnh hưởng ức chế sự phát triển Protozoa (Newbold et al., 1997)

Tuy nhiên ảnh hưởng này thường khá ngắn ngủi (Hess et al., 2003) Saponins có tác dụng diệt protozoa (defaunating) trong điều kiện in vitro (Wallace et al., 1994)

và in vivo (Navas-Camacho et al., 1994), vì vậy đây có thể là tác nhân làm giảm

CH4 Beauchemin et al.,(2008) đã thấy saponin làm giảm CH4, nhưng không phải tất cả các loại saponin McAllister and Newbold (2008) cho thấy chất tiết ra từ tỏi cũng có thể giảm CH4 Grainger et al (2008) đã tiến hành thí nghiệm bổ sung hạt bông vào khẩu phần bò sữa để đánh giá sự giảm thải khí CH4 Kết quả cho thấy khẩu phần bổ sung hạt bông sẽ giảm lượng khí CH4 thải ra 12-21%, tăng được sản lượng sữa 15%, chất béo sữa tăng 19%, protein sữa tăng 16%

2.4.2 Giảm thiểu khí mêtan từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua nâng cao sức khỏe, khả năng sinh sản và quản lý

Chăn nuôi đóng góp khoảng 16% tổng khí mêtan của trái đất, đứng sau nhiên liệu hóa thạch và đất ngập nước (Johnson and Johnson, 1995), và khoảng 74% khí mêtan từ chăn nuôi là do chăn nuôi gia súc nhai lại gây ra (Tamminga et al., 1992) Theo O’Mara et al (2008) nếu năng suất gia súc tăng lên thông qua dinh dưỡng tốt hơn, năng lượng cần cho duy trì tính theo tỷ lệ phần trăm của tổng nhu cầu năng lượng sẽ giảm đi, và CH4 đi cùng với nhu cầu duy trì giảm, vì vậy

CH4/kg sữa hoặc thịt cũng giảm Tương tự như vậy, nếu năng suất gia súc được cải thiện, thì thời gian đạt khối lượng giết mổ giảm nên tổng CH4 cho một đời gia súc cũng sẽ giảm (O’Mara et al., 2008) Tuy nhiên, khi tăng năng suất gia súc, tuổi đời của gia súc giảm, phải nuôi nhiều gia súc thay thế hơn nên CH4 có khi lại tăng lên (O’Mara et al., 2008) Chiến lược giảm CH4 phải dựa trên toàn bộ chu

kỳ sản xuất của một gia súc (O’Mara et al., 2008)

2.4.3 Sử dụng kháng sinh và kiểm soát sinh học

 Miễn dịch và kiểm soát sinh học:

Một hướng nghiên cứu mới đó là tiêm vacxin làm giảm sự bài thải khí

CH4 đến 70% thông qua hạn chế protozoa trong dạ cỏ (nhóm Streptococus bovis) đang được nhiều khoa học quan tâm Tiêm vác xin chống lại một vài loại vi khuẩn sinh mêtan đã giảm được sản xuất mêtan gần 8% ở cừu Australia (Wright et al., 2004) Tuy nhiên sử dụng vác xin ở vùng khác cho loại vi khuẩn sinh mêtan khác không cho kết quả tích cực (Wright et al., 2004; Clark et al., 2007) Sự đa dạng cao của nhóm vi khuẩn sinh mêtan là nguyên nhân vacxin không thành công ở gia súc nuôi trong các điều kiện khác nhau (Wright et al.,

2007) Một vài kháng sinh từ vi khuẩn – bacteriocins có thể làm giảm sản sinh mêtan in vitro (Lee et al., 2002) Nisin hoạt động gián tiếp ảnh hưởng đến vi khuẩn sinh hydro do đó giảm sinh mêtan giống như ionophore, antibiotic, monensin (Callaway et al.,1997) Tuy nhiên hiện chưa có nhiều thành công trong thí nghiệm trên gia súc (Martin et al., 2008b) Nisin được dùng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm như là chất bảo quản và người ta sợ rằng sự thích nghi chéo có thể xảy ra Một loại bacteriocin thu được từ vi sinh vật dạ cỏ - bovicin HC5, đã làm giảm sản xuất mêtan in vitro > 50% mà không gây thích nghi cho nhóm vi khuẩn sinh mêtan ở dạ cỏ (Lee et al., 2002)

 Sử dụng probiotics:

Sử dụng probiotics cũng có khả năng giảm khí thải CH4 từ gia súc nhai lại (Martin et al., 2008) Chuyển hydro từ quá trình tạo mêtan sang quá trình hình thành axetat đã được một số tác giả nghiên cứu Sản phẩm cuối cùng axetat sẽ là nguồn năng lượng cho vật chủ Tuy nhiên trong dạ cỏ quá trình hình thành axetat không hiệu quả bằng quá trình hình thành mêtan (Martin et al., 2008b) Việc phân lập gần đây các loài vi sinh vật đường ruột có khả năng sử dụng hydro cao

có thể sẽ cho ra một giải pháp khác hữu ích hơn (Klieve and Joblin, 2007)

 Loại bỏ Protozoa

Hydro là một sản phẩm chính cuối cùng của quá trình trao đổi chất của Protozoa trong dạ cỏ và có mối liên hệ tự nhiên giữa Protozoa và vi khuẩn sinh mêtan trong hệ sinh thái dạ cỏ (Martin et al., 2008) Vi khuẩn sinh mêtan liên kết với ciliate protozoa (trong hoặc ngoài tế bào) đóng góp từ 9 đến 37% mêtan sinh ra trong dạ cỏ (Finlay et al., 1991; Newbold et al., 1995) Loại bỏ Protozoa từ dạ cỏ đã làm giảm CH4 đến 50% tùy theo loại khẩu phần (Hegarty, 1999) Giảm mêtan ở mức 26%/kg chất khô ăn vào ở cừu loại bỏ Protozoa có liên quan đến việc giảm số lượng vi khuẩn sinh metan/ tổng số vi khuẩn dạ cỏ (McAllister and Newbold, 2008) Trong một nghiên cứu khác trong khi CH4 giảm 20% ở cừu loại bỏ Protozoa (Morgavi et al., 2008), số lượng vi khuẩn sinh mêtan ước tính bằng qPCR cũng như ước tính bằng PCR-DGGE không sai khác giữa cừu loại bỏ protozoa và cừu không loại bỏ protozoa cho thấy có thể việc giảm sinh mêtan là do giảm lượng hydro trong

dạ cỏ Hiện nay quản lý nuôi dưỡng là cách tiếp cận tốt nhất và phát triển nhất Công nghệ sinh học và các chất bổ sung có nhiều hứa hẹn nhưng còn cần nghiên cứu thêm nhiều để có công nghệ chính xác vì quần xã sinh vật dạ cỏ, quần xã sinh vật mêtan rất đa dạng và luôn biến đổi (Martin et al., 2008)

2.4.4 Nâng cao năng suất

Cải thiện chất lượng đàn bò giống theo hướng tăng năng suất/bò và giảm

số đầu con nuôi bằng cách loại thải những bò kém chất lượng Ở Queesland từ năm 1988 đến 1996 số đầu bò sữa đã giảm 11%, nhưng lượng sữa/bò lại tăng 38% và đã làm giảm lượng khí thải mêtan khoảng 6% (Eckard et al., 2002) Định hướng này đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống chăn nuôi bò sữa, bò thịt trên thế giới

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA TANIN ĐẾN THU NHẬN THỨC ĂN, TIÊU HÓA VÀ

SỰ LÊN MEN THỨC ĂN TRONG DẠ CỎ

Tanin 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 thủy phân ra ta thu được đường glucose và các axit gallic và m - digallic, gọi là

"gallotanins" Ngoài ra, người ta còn biết có một loại tanin khác gọi là "ellagitanins" nếu cắt liên kết ra ta thu được chất axit ellagic Tanin trong thực vật được chia làm 2 loại: một loại tanin có khả năng thủy phân gọi là tanin dễ hòa tan (HTs) và một loại không có khả năng thủy phân gọi là tanin ngưng tụ (CTs)

Tanin đóng vai trò quan trọng trong dinh dưỡng động vật nói chung và trong dinh dưỡng gia súc nhai lại nói riêng Khi gia súc nhai thức ăn có chứa tanin, phức hợp tanin-protein sẽ tạo thành phức hợp này ổn định trong môi trường dạ cỏ nhưng chúng sẽ bị phân tách trong dạ múi khế và phần trước của tá tràng nơi có pH thấp Quá trình này bảo vệ protein chống lại sự phân giải của vi khuẩn và làm tăng tỷ lệ các axit amin có trong thức ăn thoát qua khỏi dạ cỏ (Waghorn, 1990) Tuy nhiên, tanin làm giảm tính ngon miệng của thức ăn và có thể trở thành chất kháng dinh dưỡng trong dạ cỏ Tanin có ảnh hưởng bất lợi trong quá trình lên men dạ cỏ và tiêu hóa thức ăn Một số nghiên cứu cho rằng tanin tách chiết và các cây chứa tanin làm giảm tỷ lệ tiêu hóa trong in vitro (Bhatta et al., 2009; Patra et al., 2006) Khi trong khẩu phần ăn có hàm lượng tanin trên 5% VCK thì sẽ làm giảm lượng thu nhận thức ăn, tỷ lệ tiêu hoá xơ trong dạ cỏ, thậm chí giảm tiêu hoá cả protein, làm mất hoạt các enzyme tiêu hóa (McNaughton, 1987)

Đối với các thức ăn chứa tanin, việc ức chế quá trình sinh mêtan chủ yếu

là do tanin ngưng tụ (CTs) (Martin et al., 2008) Có hai cơ chế về hoạt động của tanin (Tavendale et al., 2005) đó là tanin ảnh hưởng trực tiếp đến hình thành mêtan và ảnh hưởng gián tiếp đến giảm tạo ra hydro do tỷ lệ phân giải thức ăn ở

dạ cỏ thấp hơn Tanin trong khẩu phần ăn của gia súc nhai lại làm giảm mêtan thông qua việc ức chế trực tiếp hoạt động của các vi khuẩn sản sinh mêtan, đồng thời tác động gián tiếp đến việc hình thành mêtan trong dạ cỏ bằng cách ngăn cản

sự phát triển của protozoa và các vi sinh vật khác sản sinh khí hydro (Patra, 2010; Tavendale et al., 2005)

Tanin ở tỷ lệ cao hơn 5% trong khẩu phần có thể gây ảnh hưởng xấu đến thu nhận thức ăn trong khi tỷ lệ tanin thấp hơn không ảnh hưởng đến thu nhận thức ăn của động vật nhai lại Ở tỷ lệ tanin cao sẽ làm giảm tính ngon miệng của khẩu phần, giảm tỷ lệ tiêu hóa trong dạ cỏ và phát triển ác cảm có điều kiện (Mueller Harvey, 2006) Hơn thế nữa, tương tác giữa tanin và khẩu phần ăn cũng

có thể ảnh hưởng đến sự thu nhận thức ăn tự nguyện Ví dụ như Quebracho tanin (8,93% VCK) giảm thu nhận thức ăn ở cừu cho ăn đậu tằm tươi so với cừu cho

ăn cùng phẩu phần đó mà không có tanin (768 so với 956 g/ngày), trong khi đó tanin không ảnh hưởng đến thu nhận vật chất khô ở cừu cho ăn khẩu phần cơ sở thức ăn tinh Tanin ức chế hoạt động của vi sinh vật trong dạ cỏ, từ đó có thể gây ảnh hưởng xấu đến sự lên men trong dạ cỏ và sự tiêu hóa thức ăn Một số lượng lớn các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chiết suất của tanin hoặc các thực vật có chứa tanin làm giảm khả năng tiêu hóa thức ăn trong cả môi trường in vitro (Patra et al., 2006; Bhatta et al., 2009) và in vivo (Grainger et al., 2009) Thường các kết quả cho rằng tỷ lệ tanin cao hơn 5% trong khẩu phần có ảnh hưởng xấu đến khả năng sử dụng dinh dưỡng và sức sản xuất của động vật, nhưng ảnh hưởng này còn phụ thuộc vào loại tanin (Waghorn, 2008) Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng tiêu hóa không bị ảnh hưởng bởi tanin ví dụ như ethanol chiết suất từ Terminalia belerica (Patra et al., 2006), Quebrachotanins (Bhatta et al., 2009), Biophytum petersianum, Acacia magnum và Jatropa curcas nhưng khí mêtan sinh ra bị giảm đi Việc giảm khả năng phân giải protein trong dạ cỏ gây ra là do phức hợp tanin- protein ngăn cản protein được phân giải bởi vi sinh vật dạ cỏ, điều mà cần thiết để sử dụng được protein đó (Muelle Harvey, 2006) Tuy nhiên, tanin phát huy hoạt động ức chế vi sinh vật bao gồm cellulolytic và nấm thông qua việc ức chế sự phát triển của chúng, thì có thể ảnh hưởng đến khả năng sử dụng chất xơ Đề xuất được đưa ra là ở mức tanin cao trong khẩu phần, cao đến mức sau khi hấp thụ hết protein vẫn còn tanin, có thể làm giảm khả năng tiêu hóa

xơ thông qua việc tạo phức với lignocellulose do đó ngăn cản sự phân giải thức

ăn của vi sinh vật hoặc bằng cách trực tiếp ức chế hệ vi sinh vật phân giải xơ và hoạt động của men phân giải xơ hoặc cả hai Một ảnh hưởng có lợi khác của

tanin được báo cáo đó là do sự bảo vệ protein khỏi sự phân giải trong dạ cỏ nên

đã làm tăng nguồn protein metaboliza đưa đến tá tràng, ngăn chặn hiện tượng chướng hơi dạ cỏ và làm tăng nồng độ axit linoleic liên hợp trong sản phẩm của động vật nhai lại (Waghorn, 2008; Mueller Harver, 2006)

Nhìn chung, tanin có thể làm giảm lượng khí mêtan sinh ra thông qua việc làm giảm số lượng protozoa và giảm sự phân giải xơ phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của tanin và loại vi sinh vật sinh khí mêtan Tanin ở nồng độ cao có thể ảnh hưởng đến thu nhận thức ăn và sự lên men ở dạ cỏ Do đó, xem xét để đưa ra một

tỷ lệ tanin thích hợp là rất quan trọng, để có thể làm giảm khí mêtan mà không ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất của dạ cỏ

Ảnh hưởng của tanin trong thức ăn đến lượng mêtan thải ra có thể là do tanin ảnh hưởng trực tiếp đến các vi khuẩn hình thành khí mêtan hoặc do ảnh hưởng gián tiếp đến quần thể protozoa, vi khuẩn phân giải xơ trong dạ cỏ và do đó làm giảm nguồn cung cấp hydro cho quá trình hình thành mêtan trong dạ cỏ Nghiên cứu của Makkar et al (1995) cho thấy khi gia súc ăn khẩu phần có chứa tanin của cây mẻ rìu thì tổng số protozoa trong dạ cỏ giảm đi đáng kể Các loài cây nhiệt đới chứa nhiều tanin như Lotus pedunculatus khi sử dụng trong khẩu phần đã làm giảm tới 30% lượng mêtan thải ra (Waghorn et al., 2002; Woodward et al., 2004) và có thể thay thế các loại thức ăn thô khác trong khẩu phần

Từ các nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học kết luận rằng có nhiều loại cây giàu tanin bổ sung vào khẩu phần ăn của gia súc nhai lại có thể làm giảm thải khí mêtan trong cả hai điều kiện in vitro và in vivo Trong điều kiện in vitro, khi

bổ sung 20% Biophytum petersianum (có 4,3% tanin) và Sesbania grandiflora (có 1,9% tanin) vào chất nền đã làm giảm lần lượt từ 17–25% và 9,2-10,3% lượng mêtan thải ra mà không ảnh hưởng đến tỷ lệ tiêu hóa chất khô (Hariadi and Santoso, 2010) Trong điều kiện in vivo, Grainger et al (2009) đã bổ sung hai mức tanin (8,6 và 14,6 g/kg VCK thu nhận) được tách chiết từ Acacia mearnsii vào khẩu phần của bò sữa chăn thả ăn 4,5 kg thức ăn tinh Kết quả cho thấy việc

bổ sung này đã làm giảm thiểu 11,5 và 28% mêtan thải ra, nhưng cũng làm giảm

tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần Như vậy, tanin có cả ảnh hưởng tích cực và tiêu cực tùy thuộc nguồn và tỷ lệ bổ sung vào khẩu phần Điều quan trọng chúng ta phải nghiên cứu đề tìm ra được nguồn và tỷ lệ bổ sung thích hợp để làm giảm lượng mêtan sản sinh ra nhưng lại không ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật trong dạ cỏ và tỷ

lệ tiêu hóa của khẩu phần

2.6 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH CHẤT CỦA CHÈ XANH

Cây chè xanh tên khoa học là Camellia sinensis thuộc họ Theaceae

Từ lâu con người đã nhận biết được tính ưu việt và tính đa chức năng của loại cây này Nhiều tác giả đã nghiên cứu về các đặc tính của cây trà và chỉ

ra hai đặc tính sinh học tiêu biểu của trà là đặc tính chống oxy hóa và khả năng kháng khuẩn

Chè xanh xuất xứ từ Đông Á, Nam Á và Đông Nam Á, nhưng ngày nay nó được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, trong các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới

Thành phần sinh hóa của chè biến động rất phức tạp nó phụ thuộc vào giống, tuổi chè, điều kiện đất đai, địa hình, kỹ thuật canh tác, mùa thu hoạch Trên cơ sở nắm được những đặc điểm chủ yếu về mặt sinh hóa của nguyên liệu sẽ đặt cơ sở cho một số biện pháp kỹ thuật để nâng cao sản lượng đồng thời giữ vững và nâng cao chất lượng của chè

Những thành phần sinh hóa chủ yếu trong búp chè gồm có:

- Dạng tan được trong este: phân tử lượng 320-360

- Dạng tan trong nước hoặc xeton: phân tử lượng 420-450

- Dạng kết hợp với protein (chỉ sau khi dùng dung dịch NaOH 0,5% để xử

lý, mới có thể hòa tan trong dung dịch)

Thành phần hóa học của tanin trong búp chè Gruzia, theo phân tích của Cuaxanop and Djaprometop (1952) như sau:

Tỷ lệ (%)

Hàm lượng (mg/g CK)

Tỷ lệ (%)

18,40 13,15 3,48 51,70 14,05 100,0

33,90 20,40 8,39 81,0 27,4 171,09

19,8 11,92 4,9 47,4 16,0 100,0 Nguồn: Trịnh Văn Loan (1975)

Quá trình hình thành các hợp chất poliphenol trong cây chè là quá trình phức tạp và có nhiều thuyết giả Theo Đjapromêtôp thì các đường có chứa 6 cacbon (glucose, fructose ) trong quá trình chuyển hóa thông qua dạng sản phẩm trung gian mà hình thành nên các chất polyphenol

Sự biến động của hàm lượng tanin nói chung và catechin nói riêng trong chè rất lớn Nó phụ thuộc vào giống, tiêu chuẩn hái, mùa hái, điều kiện độ vĩ, địa hình, kỹ thuật canh tác Trong điều kiện tự nhiên ở Việt Nam, các giống chè Shan thường cho hàm lượng tanin cao hơn các giống chè khác hiện đang trồng Hàm lượng tanin biến động rất lớn tùy theo vị trí lá trên búp

Bảng 2.4 Hàm lượng tanin ở các loại lá chè (% chất khô)

34,99 36,97 34,61 31,16 22,90 32,12 Nguồn: Trịnh Văn Loan (1975)

Tanin giữ vai trò quan trọng trong quá trình sinh lý của cây, nó tham gia vào quá trình ôxi hóa khử trong cây Các dạng catechin như epicatechin galat, epigalocatechin galat tham gia vào quá trình sinh trưởng của cây

Về mặt phẩm chất chè, tanin giữ vai trò chủ yếu trong việc tạo thành màu sắc, hương vị của chè (nhất là đối với việc chế biến chè đen), vì vậy trong quá trình trồng trọt cần chú ý nâng cao hàm lượng tanin trong nguyên liệu

Tanin được dùng trong y học để làm thuốc cầm máu, nó có khả năng tăng cường sức đề kháng của thành huyết quản trong cơ thể động vật, tăng cường sự tích lũy và đồng hóa sinh tố C

hương vị dễ chịu Theo tài liệu của Roberto, hợp chất tanat cafein được tạo thành chủ yếu từ cafein, teaflavin, tearubigin, teaflavingalat Ngoài ra hợp chất tanat cafein còn có sự tham gia của ECG và EGCG

Tác dụng cafein trong lá chè khác tác dụng của cafein thuần khiết dùng trong phòng thí nghiệm; vì trong lá chè, cafein kết hợp với một số thành phần khác như các loại polyphenol nên đã giảm nhẹ tác dụng hưng phấn đối với thần kinh trung ương Khi hãm trà với nước sôi, có 80% cafein hòa tan trong nước Cafein bị bài tiết ra ngoài cơ thể với nước tiểu nên không tích lũy trong cơ thể

Sự thay đổi hàm lượng cafein trong chè nguyên liệu phụ thuộc vào giống,

c) Protein và axit amin

Protein là hợp chất hữu cơ phức tạp chứa N, phân bố không đều ở các phần của búp chè và thay đổi tùy theo giống, thời vụ, điều kiện canh tác và các yếu tố khác Protein có thể trực tiếp kết hợp với tanin, poliphenol tạo ra những hợp chất không tan làm ảnh hưởng xấu đến phẩm chất chè đen Do đặc điểm của việc chế biến chè xanh là diệt men ngay từ đầu, nên hàm lượng tanin trong chè ít

bị thay đổi và còn quá cao làm cho chè có vị đắng Protein kết hợp với một phần tanin làm cho vị chát và đắng giảm đi Vì thế trong một chừng mực nhất định, protein có lợi cho phẩm chất chè xanh

Ngày nay người ta đã tìm thấy trong chè có 17 axit amin, các axit amin này kết hợp với đường và tanin tạo thành andehit có mùi thơm của chè đen và làm cho chè xanh có dư vị tốt