ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến đặc điểm sinh khí của một số loại thức ăn thô dùng cho bò

- Nội dung 2: Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production một số loại thức ăn thô cỏ voi 45 ngày, thân cây ngô tươi s

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

BÙI THỊ THU HIỀN

ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC BỔ SUNG CHẾ PHẨM SINH HỌC ĐẾN ĐẶC ĐIỂM SINH KHÍ CỦA MỘT SỐ LOẠI THỨC ĂN THÔ DÙNG CHO BÒ

Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Kim Cương

PGS TS Bùi Quang Tuấn

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả thu được là do bản thân trực tiếp theo dõi, thu thập với một thái độ hoàn toàn khách quan trung thực Các tài liệu đã trích dẫn của các tác giả đều được liệt kê đầy đủ, không sao chép bất cứ tài liệu nào mà không có trích dẫn

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả luận văn

Bùi Thị Thu Hiền

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn nghiên cứu này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo khoa Chăn Nuôi, Học viện Nông nghiệp Việt Nam cũng như các đồng nghiệp và người thân

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Phạm Kim Cương, bộ môn Dinh dưỡng và thức ăn chăn nuôi, Viện chăn nuôi; PGS.TS Bùi Quang Tuấn trưởng bộ môn dinh dưỡng thức ăn, khoa Chăn Nuôi, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam, đã luôn tạo điều kiện giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện luận văn

Bên cạnh đó, tôi cũng gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc tới các bạn bè, đồng nghiệp, các thầy cô giáo đang công tác tại khoa Chăn nuôi – Học viện Nông Nghiệp Việt Nam, Trung tâm Bảo tồn vật nuôi - Viện Chăn nuôi đã luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi, sẵn lòng giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này

Cuối cùng cho phép tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới những người thân trong gia đình, những người đã mang lại cho tôi sự tự tin ngày hôm nay

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Bùi Thị Thu Hiền

iii

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục chữ viết tắt v

Danh mục bảng vi

Danh mục hình vii

Trích yếu luận văn viii

Thesis abstract x

Phần 1 Mở đầu 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

Phần 2 Tổng quan tài liệu 3

2.1 Đặc điểm của nguồn nguyên liệu thức ăn giàu xơ cho gia súc nhai lại 3

2.1.1 Cellulose 5

2.1.2 Hemicellulose 5

2.1.3 Lignin 7

2.1.4 Đặc điểm của bông sợi 10

2.2 Tiêu hóa xơ của gia súc nhai lại 11

2.2.1 Sơ lược chức năng cơ quan tiêu hóa gia súc nhai lại 11

2.2.2 Quá trình tiêu hóa thành tế bào thực vật của vi sinh vật dạ cỏ 12

2.3 Các chế phẩm sinh học dùng cho gia súc nhai lại 15

2.3.1 Chế phẩm enzyme 15

2.3.2 Chế phẩm sinh học bổ sung trực tiếp cho vi khuẩn 16

2.5 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước 18

2.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 18

2.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 19

Phần 3 Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu 21

3.1 Đối tượng nghiên cứu 21

3.1.1 Chế phẩm sinh học 21

3.1.2 Thức ăn thô 21

3.1.3 Gia súc thí nghiệm 21

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 21

3.3 Nội dung nghiên cứu 21

3.4 Phương pháp nghiên cứu 22

3.4.1 Phân tích thành phần hóa học 22

3.4.2 Thí nghiệm in vitro gas production 22

3.5 Phương pháp xử lý số liệu 27

Phần 4 Kết quả thảo luận 28

4.1 Thành phần hóa học của các loại thức ăn thí nghiệm 28

4.2 Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của bông 29

4.2.1 Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của bông 29

4.2.2 Động thái sinh khí khi lên men in vitro bông 33

4.3 Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của rơm 36

4.3.1 Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của rơm 36

4.3.2 Động thái sinh khí in vitro của rơm 39

4.4 Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của cỏ khô pangola 40

4.4.1 Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của cỏ khô Pangola 40

4.4.2 Động thái sinh khí in vitro của cỏ khô Pangola 42

4.5 Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của cỏ voi 43

4.5.1 Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của cỏ voi 43

4.5.2 Động thái sinh khí in vitro của cỏ voi 45

4.6 Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của thân cây ngô 46

4.6.1 Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của thân cây ngô 46

4.6.2 Động thái sinh khí in vitro của thân cây ngô 48

Phần 5 Kết luận và kiến nghị 50

5.1 Kết luận 50

5.2 Kiến nghị 50

Tài liệu tham khảo 50

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các vi sinh vật dạ cỏ và hoạt tính enzyme của chúng liên quan tới

phân giải thành tế bào thực vật trong dạ cỏ 13 Bảng 2.2 Các hoạt tính enzyme chủ yếu cần thiết cho quá trình thủy phân các

polymer thành tế bào thực vật hiện diện trong dạ cỏ 15 Bảng 4.1 Thành phần hóa học của các loại thức ăn thí nghiệm 28 Bảng 4.2 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm A đến lượng khí sinh ra khi

lên men in vitro bông 30 Bảng 4.3 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm C đến lượng khí sinh ra khi

lên men in vitro bông 32 Bảng 4.4a Động thái sinh khí của bông gòn khi bổ sung chế phẩm A 34 Bảng 4.4b Động thái sinh khí của bông gòn khi bổ sung chế phẩm C 35 Bảng 4.5 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên

men in vitro rơm 37 Bảng 4.6 Động thái sinh khí của rơm khi bổ sung chế phẩm ở các mức

khác nhau 39 Bảng 4.7 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên

men in vitro cỏ khô Pangola 41 Bảng 4.8 Động thái sinh khí của cỏ khô khi bổ sung chế phẩm ở các mức

khác nhau 42 Bảng 4.9 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên

men in vitro cỏ voi 44 Bảng 4.10 Động thái sinh khí của cỏ voi khi bổ sung chế phẩm ở các mức

khác nhau 45 Bảng 4.11 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên

men in vitro thân cây ngô 47 Bảng 4.12 Động thái sinh khí của thân cây ngô khi bổ sung chế phẩm ở

các mức khác nhau 48

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Cấu trúc thành tế bào thực vật 3

Hình 2.2 Thành phần chủ yếu của lignocellulose 4

Hình 2.3 Công thức hóa học của cellulose 5

Hình 2.4 O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng 7

Hình 2.5 Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm 7

Hình 2.6 Các đơn vị cơ bản của lignin 8

Hình 2.7 Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính 9

Hình 2.8 Hình thái cây bông sợi 10

Hình 4.1 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm A đến lượng khí sinh ra khi lên men in vitro bông 31

Hình 4.2 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm C đến lượng khí sinh ra khi lên men in vitro bông 33

Hình 4.3 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên men in vitro rơm 38

Hình 4.4 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên men in vitro cỏ khô Pangola 43

Hình 4.5 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên men in vitro cỏ voi 44

Hình 4.6 Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên men in vitro thân cây ngô 47

viii

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả: Bùi Thị Thu Hiền

Tên Luận văn: “Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến đặc điểm sinh khí của một số loại thức ăn thô dùng cho bò”

Phương pháp nghiên cứu

a/ Đề tài có hai nội dung chính

- Nội dung 1: Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production trên bông

- Nội dung 2: Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production một số loại thức ăn thô (cỏ voi 45 ngày, thân cây ngô tươi sau thu bắp, rơm lúa khô và cỏ khô Pangola)

b/ Nguyên vật liệu

- 2 bò đực Lai Sind mổ lỗ dò có gắn canula

- Chế phẩm sinh học A và C (dạng bột do Viện Chăn nuôi và Viện Vi sinh vật phối hợp nghiên cứu và sản xuất)

- Mẫu thử nghiệm: Bông, cỏ voi 45 ngày tuổi, thân cây ngô tươi sau thu bắp, cỏ khô Pangola, rơm lúa khô được nghiền qua mắt sàng 1mm

- Hóa chất và các dụng cụ làm thí nghiệm in vitro gas production

c/ Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp in vitro gas production để tiến hành thí nghiệm theo thủ tục của Menke và Steingass (1988)

Phương pháp tiến hành đối với nội dung 1: Tiến hành qui trình thí nghiệm sinh khí in vitro gas production trên bông Cân mẫu bông 200mg, đưa vào mỗi xilanh Để ủ mẫu trong tủ ấm 390C qua đêm Sáng hôm sau bổ sung vào mẫu chế phẩm A và C theo

tỷ lệ 1‰; 3‰; 5‰; 7‰; 9‰; 11‰; 13‰; 15‰ và 17‰ (theo chất khô) Sau đó pha dung dịch đệm và bơm 30ml hỗn hợp dịch dạ cỏ và dung dịch đệm cho vào xilanh đã có mẫu và chế phẩm Đưa xilanh vào tủ ấm 390C và đọc thể tích khí sinh ra tại các thời điểm

Phương pháp tiến hành đối với nội dung 2: Từ kết quả thu được sẽ tìm ra 3 mức

bổ sung chế phẩm A và 3 mức bổ sung chế phẩm C phù hợp cho thí nghiệm tiếp theo để đánh giá hiệu quả của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production thức ăn thô (cỏ voi 45 ngày tuổi, thân cây ngô tươi sau thu bắp, cỏ khô Pangola, rơm lúa khô)

Kết quả chính và kết luận

Bổ sung enzyme vào bông đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus niger vào bông ở mức 11‰ đạt tiềm năng sinh khí cao nhất (26,2 ml) Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus niger, các chủng thuộc giống Lactobacillus spp, Bacillus spp và Saccharomyces vào bông ở mức 13‰ đạt tiềm năng sinh khí cao nhất (23 ml) so với các mức còn lại

Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus (chế phẩm A) vào thức ăn thô khô (rơm, cỏ khô pangola), thức ăn thô xanh (cỏ voi, thân cây ngô) đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro của chúng Bổ sung ở mức 11‰ đạt được hiệu quả cao nhất với tiềm năng sinh khí lần lượt là 29,6ml; 32,9 ml; 38,9 ml; 39,3 ml, cao hơn hẳn so với mức bổ còn lại và đối chứng (23,5 ml; 25,7 ml; 32,8 ml; 34 ml) với P<0,05

Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus niger, các chủng thuộc giống Lactobacillus spp Bacillus spp và Saccharomyces (chế phẩm C) vào thức ăn thô khô (rơm, cỏ khô pangola), thức ăn thô xanh (cỏ voi, thân cây ngô) đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro của chúng Bổ sung ở mức 13‰ đạt được hiệu quả cao nhất với tiềm năng sinh khí lần lượt là 29,3 ml; 24,4 ml; 30 ml; 30,1 ml; cao hơn hẳn so với mức bổ sung còn lại và đối chứng với P<0,05

THESIS ABSTRACT

Master candidate: Bùi Thị Thu Hiền

Thesis title: “EFFECTS OF PROBIOTICS SUPPLEMENT ON GAS PRODUCTION OF SEVERAL ROUGHAGE AS COW FEEDS”

Major: Animal science Code: 60.62.01.05

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives: Assessing the effect of probiotics supplements on the rate and characteristics of in vitro gas production of roughage

Materials and Methods

a / Two main contents

- Contents 1: The effect of probiotics supplements on the rate and characteristics of in vitro gas production of cotton

- Contents 2: The effect of probiotics production supplements on the rate and characteristics of in vitro gas production of several roughages (elephant grass 45 days, maize stalk, dried rice straw and Pangola hay)

b / Materials

- 2 fistulated lai Sind bulls

- Probiotics products named: A and C (produced by the Institute of Animal Husbandry and Institute of Microbiology and Biotechnology)

- Feed Sample: Cotton, elephant grass at 45 days old, maize stalk, Pangola hay and dried rice straw that crushed through a sieve 1mm

- Chemicals and laboratory equipment for in vitro gas production

c / Methods

The procedure of in vitro gas production according to Menke and Steingass, 1988

- Procedure for the content 1: Approximately 200mg dry weight of cotton was weighed into triple glass syringes (Häberle Labortechnik, Germany) of 100 ml The syringes were pre-warmed at 39°C overnight in incubator The next morning added to the sample probiotics products of A and C at the rate of 1 ‰; 3 ‰; 5 ‰; 7 ‰; 9 ‰; 11

‰; 13 ‰; 15 ‰ and 17 ‰ (on dry matter basic) Then injection of 30 ml rumen fluid buffer mixture consisting of 10 ml rumen liquor and 20 ml digestion medium into each syringe followed by incubation in an incubator at 39°C Readings of gas production were recorded before incubation (0) and after 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72 and 96 h of

Main findings and conclusions

Supplement of probiotics to cotton has affected to the rate and characteristics of the cumulative gas during in vitro fermentation Additional enzyme from the fungus Aspergillus niger on cotton at the level of 11 ‰ achieve the highest potential gas (26.2 ml) while additional enzyme from the fungus Aspergillus niger, Lactobacillus spp, Bacillus spp and Saccharomyces to cotton at level of 13 ‰ to achieve the highest potential gas (23 ml) at P<0.05 cooperated to others level

Supplement enzymes from Aspergillus (product A) to dried forage (straw, Pangola hay) and forage (elephant grass, maize trunk) has affected to the rate and characteristics cumulative gas when fermented in vitro gas production Additional at the level of 11 ‰ achieve the highest efficiency potential for gas of 29,6 ml; 32.9 ml; 38.9 ml; 39.3 ml respectively that much higher than the rest level of supplementation and also compared to control (23.5 ml; 25.7 ml; 32.8 ml; 34 ml) (P <0.05)

Supplement enzyme from the fungus Aspergillus niger, Lactobacillus spp, Bacillus spp and Saccharomyces (product C) to dried forage (straw, Pangola hay) and forage (elephant grass, corn stalks) has affected to the rate and characteristics cumulative gas when fermented in vitro gas production Additional at the level of 13 ‰ achieve the highest efficiency potential for gas of 29.3 ml; 24.4 ml; 30 ml; 30.1 ml respectively that much higher than the rest level of supplementation and also compared to control (P <0.05)

Xuất phát từ những lý do trên đề tài nghiên cứu này đã được tiến hành nhằm xác định “Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến khả năng tiêu hóa của một số loại thức ăn thô dùng cho gia súc nhai lại”

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

1.2.1 Mục Tiêu chung

Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm sinh học bổ sung vào khẩu phần đến tốc

độ và đặc điểm sinh khí khi lên men thức ăn trong điều kiện in vitro gas production 1.2.2 Mục tiêu cụ thể

Xác định liều lượng bổ sung enzyme thích hợp vào khẩu phần thức ăn cho bò

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN NGUYÊN LIỆU THỨC ĂN GIÀU XƠ CHO GIA SÚC NHAI LẠI

Trong tự nhiên, các lớp của thành tế bào thực vật được minh họa bằng mô hình của gỗ (Hình 2.1) Ở giữa các tế bào có một hợp chất đóng vai trò như keo dán gắn kết các tế bào lại với nhau, đó là lớp gian bào Lớp này cấu tạo từ các chất keo, có bản chất pectin và không có tác động về quang học Bên trong là thành tế bào sơ cấp

Hình 2.1 Cấu trúc thành tế bào thực vật Thành tế bào sơ cấp có thể được chia thành mặt bên trong và mặt bên ngoài

Sự sắp xếp của các vi sợi trong thành tế bào sơ cấp phân tán tăng dần từ mặt trong ra mặt ngoài Tiếp đến là thành tế bào thứ cấp gồm 3 lớp: lớp ngoài (S1), lớp giữa (S2) và lớp trong (S3) Sự phân chia thành tế bào thứ cấp thành ba lớp S chủ yếu là do sự định hướng khác nhau của các vi sợi trong ba lớp đó Điển hình các vi sợi định hướng xoắn trong vách tế bào Lớp ngoài của thành tế bào thứ cấp, các vi sợi được định hướng trong cấu trúc xoắn chéo có độ nghiêng tạo thành một góc lớn với trục dọc của tế bào

Lớp giữa là lớp dày nhất và ở lớp giữa có góc nhỏ và độ nghiêng của sợi xoắn ốc trong khi vi sợi trong lớp 3 được sắp xếp như ở lớp ngoài, với một góc rộng với trục dọc của tế bào Ngoài ra trong một số trường hợp, trên mặt trong của thành tế bào có lớp sần sùi (W) Chức năng của thành tế bào là chống đỡ cho

các cơ quan của cây đặc biệt là các vách dày và cứng Thành tế bào còn giữ các chức năng quan trọng chính như hấp thụ, thoát hơi nước hay vận chuyển và bài tiết Lignocellulose là thành phần cấu trúc chính của thực vật thân gỗ và các thực vật khác như cỏ, lúa, ngô Trong tự nhiên, chúng ta có thể tìm thấy lignocellulose

ở thực vật hay các chất thải nông nghiệp, lâm nghiệp và các chất thải rắn trong thành phố Thành phần chủ yếu của lignocellulose là cellulose, hemicellulose và lignin (Hình 2.2) Cellulose và hemicellulose là các đại phân tử cấu tạo từ các gốc đường khác nhau, trong khi lignin là một polymer dạng vòng được tổng hợp

từ tiền phenylpropanoid Thành phần cấu tạo và phần trăm của các polymer này

là khác nhau giữa các loài Hơn nữa, thành phần cấu tạo trong cùng một cây hay các cây khác nhau là khác nhau dựa vào độ tuổi, giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây và các điều kiện khác

Hình 2.2 Thành phần chủ yếu của lignocellulose

2.1.1 Cellulose

phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, gồm nhiều cellobiose liên kết với nhau, 4-O- (β-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose (Hình 2.3)

Hình 2.3 Công thức hóa học của cellulose Celluolose có cấu tạo tương tự carbohydrate phức tạp như tinh bột và glycogen Các polysaccharide này đều được cấu tạo từ các đơn phân là glucose Cellulose là glucan không phân nhánh, trong đó các gốc glucose kết hợp với nhau qua liên kết β-1->4-glycoside, đó chính là sự khác biệt giữa cellulose và các phân tử carbohydrate phức tạp khác Giống như tinh bột, cellulose được cấu tạo thành chuỗi dài gồm ít nhất 500 phân tử glucose Các chuỗi cellulose này sắp xếp song song tạo thành các vi sợi cellulose có đường kính khoảng 3,5nm Mỗi chuỗi

có nhiều nhóm OH tự do, vì vậy giữa các sợi ở cạnh nhau kết hợp với nhau nhờ các liên kết hydro được tạo thành giữa các nhóm OH của chúng Các vi sợi lại liên kết với nhau tạo thành vi sợi lớn hay còn gọi là bó mixen có đường kính 20nm, giữa các sợi trong mixen có những khoảng trống lớn Khi tế bào còn non, những khoảng này chứa đầy nước, ở tế bào già thì chứa đầy lignin và hemicellulose

Cellulose có cấu trúc rất bền và khó bị thủy phân Người và động vật không có enzyme phân giải cellulose (cellulase) nên không tiêu hóa được cellulose, vì vậy cellulose không có giá trị dinh dưỡng Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy cellulose có thể có vai trò điều hòa hoạt động của hệ thống tiêu hóa.Vi khuẩn trong dạ cỏ của gia súc, các động vật nhai lại và động vật nguyên sinh trong ruột của mối sản xuất enzyme phân giải cellulose Nấm đất cũng có thể phân hủy cellulose Vì vậy chúng có thể sử dụng cellulose làm thức ăn

2.1.2 Hemicellulose

Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp khoảng 70 đên 200 đơn phân Hemicellulose chứa cả đường 6 carbon gồm glucose, mannose và galactose và đường 5 gồm xylose và arabinose Thành phần cơ bản của hemicellulose là β-D xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4)

- Nhóm thế phổ biến nhất là acetyl O –liên kết với vị trí 2 hoặc 3

- Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide hoặc trisaccharide Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh này Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại

ở dạng vô định hình và vì thế dễ bị phân hủy

Hemicellulose là polysaccharide trong màng tế bào tan trong dung dịch kiềm và có liên kết chặt chẽ với cellulose, là một trong ba sinh khối tự nhiên chính Cùng với cellolose và lignin, hemicellulose tạo nên thành tế bào vững chắc ở thực vật Về cấu trúc, hemicellulose có thành phần chính là D-glucose, D-galactose, D-mannose, D-xylose và L-arabinose liên kết với các thành phần khác

và nằm trong liên kết glycoside Hemicellulose còn chứa cả axit methylglucuronic, axit D-galacturonic và axit glucuronic Tromg đó, đường D-xylose, L-arabinose, D-glucose và D-galactose là phổ biến ở thực vật thân cỏ và ngũ cốc Tuy nhiên, khác với hemicellulose thân gỗ, hemicellulose ở thực vật thân cỏ lại có lượng lớn các dạng liên kết và phân nhánh phụ thuộc vào các loài

4-O-và từng loại mô trong cùng một loài cũng như phụ thuộc 4-O-vào độ tuổi của mô đó Tùy theo trong thành phần của hemicellulose có chứa monosaccharide nào

mà nó sẽ co những tên tương ứng như manan, galactan, glucan và xylan Các polysaccharide như manan, galactan, glucan hay xylan đều là các chất phổ biến trong thực vật, chủ yếu ở các thành phần của màng tế bào của các cơ quan khác nhau như gỗ, rơm rạ, v.v…

Trong các loại hemicellulose, xylan là một polymer chính của thành tế bào thực vật trong đó có các gốc D-xylopyranose kết hợp với nhau qua liên kết β-1,4-D-xylopyranose, là nguồn năng lượng dồi dào trên trái đất Đa số phân tử xylan chứa nhiều nhóm ở trục chính và chuỗi bên Các gốc thay thế chủ yếu trên khung chính của xylan là các gốc acetyl, arabinosyl và glucuronosyl Các nhóm này có đặc tính liên kết tương tác cộng hóa trị và không hóa trị với lignin, cellulose và các polymer khác

Cấu tạo, số lượng và vị trí của xylan ở các loài thực vật khác nhau là khác nhau Xylan tồn tại ở dạng O-acetyl-O-methylgucuronoxylan ở cây gỗ cứng, hay arabino-4-O-methyglucuronoxylan ở cây gỗ mềm, hay thành phần cấu tạo xylan là axit D-glucuronic, có hoặc không có ete 4-O-methyl và arabinose ở các loài ngũ cốc

không gian 3 chiều, phức tạp, vô định hình, chiếm 17% đến 33% của gỗ Lignin không phải là carbohydrate nhưng liên kết chặt chẽ với các nhóm này để tạo nên màng tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nước trong cơ thể thực vật (một phần để làm bền thành tế bào và giữ cho cây không bị

đổ, một phần là điều chỉnh dòng chảy của nước), giúp cây phát triển và chống lai

sự tấn công của côn trùng và mầm bệnh Thực vật càng già, lượng lignin tích tụ càng lớn Hơn nữa, lignin đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon khí quyển trong mô của thực vật thân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị phân hủy lâu nhất của thực vật sau khi chết, để rồi đóng góp một phần lớn chất mùn giúp tăng khả năng quang hợp của thực vật

Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò là chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose (Hình 2.6) Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình là: guaiacuy (G), trans-conifery alcohol; syringyl (S), trans-sinapyl alcohol; p-hydroxyphenyl (H), trans-p-courmary alcohol

Hình 2.6 Các đơn vị cơ bản của lignin Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây hoặc cấu trúc của nó trong gỗ Ngoài việc phân loại theo lignin của gỗ cứng, gỗ mềm và

cỏ, lignin có thể được phân thành hai loại chính: guaicyl lignin và syringyl lignin

guaicyl-Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaicyl, gỗ cứng chứa chủ yếu syringyl Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì vậy loại nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn công bởi enzyme hơn syringyl lignin

Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng lignin hoàn toàn không đồng nhất trong cấu trúc Lignin dường như bao gồm vùng vô định hình và các vùng có cấu trúc hình thuôn hoặc hình cầu Lignin trong tế bào thực vật bậc cao không có vùng vô định hình Các vòng phenyl trong lignin của gỗ mềm được sắp xếp trật tự trên mặt phẳng thành tế bào Ngoài ra, cả cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của lignin đều bị ảnh hưởng bởi mạng polysacchraside Việc mô hình hóa động học phân tử cho thấy rằng nhóm hydroxyl và nhóm methoxyl trong các oligomer tiền lignin sẽ tương tác với vi sợi cellulose cho dù bản chất của lignin là kỵ nước

Hình 2.7 Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính Các nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin bao gồm nhóm phenolic hydroxyl tự do, methoxyl, benzylic hydroxy, ether của benzylic với các rượu mạch thẳng và nhóm carbonyl Guaicyl lignin chứa nhiều nhóm phenolic hydroxyl hơn syringyl

Lignin tạo liên kết hóa học với hemicellulose và ngay cả với cellulose (nhưng không nhiều).Độ bền hóa học của những liên kết này phụ thuộc vào bản chất liên kết, cấu trúc hóa học của lignin và các gốc đường tham gia liên kết Carbon alpha (Cα) trong cấu trúc pheny propane là nơi có khả năng tạo liên kết cao nhất với khối hemicellulose Ngược lại, các đường nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose, và axit 4-O-methylglucuronic là các nhóm thường liên kết cới lignin Các liên kết có thể là ether, ester (liên kết với xylan qua axit 4-O-methy-D-lglucuronic), hay glycoside (phản ứng giữa nhóm khử của hemicellulose và nhóm OH phenolic của lignin)

Trong dinh dưỡng động vật, lignin rất đáng quan tâm vì nó không bị tiêu hóa bởi enzyme của cơ thể vật chủ Lignin còn kiên kết với nhiều polysacchraside và protein màng tế bào nhăng trở quá trình tiêu hóa các hộ chất gỗ Gỗ, cỏ khô và rơm rất giàu lignin nên tỷ lệ tiêu hóa thấp trừ khi được xử lý hóa học làm cho các liên kết giữa lignin với các carbohydrate khác bị bẻ gãy

2.1.4 Đặc điểm của bông sợi

Sợi bông là loại sợi thiên nhiên có khả năng hút, thấm nước rất cao; sợi bông

có thể thấm nước đến 65% so với trọng lượng Sợi bông có khuynh hướng dính bẩn và dính dầu mỡ, dù vậy có thể giặt sạch được Sợi bông thân thiện với da người (không làm ngứa) và không tạo ra các nguy cơ dị ứng

Hình 2.8 Hình thái cây bông sợi

Sợi bông không hòa tan trong nước, khi ẩm hoặc ướt sẽ dẻo dai hơn khi khô ráo Sợi bông bền đối với chất kềm, nhưng không bền đối với acid và có thể bị vi sinh vật phân hủy Dù vậy khả năng chịu được mối mọt và các côn trùng khác rất cao Sợi bông dễ cháy nhưng có thể nấu trong nước sôi để tiệt trùng

Sợi bông là loại sợi có nguồn gốc thực vật, cấu trúc của nó có thành phần chính là cellulose (chiếm 91%) Chính vì thế cấu trúc xơ của nó có hoàn toàn có thể tiêu hóa trong môi trường dạ cỏ của loài nhai lại

2.2 TIÊU HÓA XƠ CỦA GIA SÚC NHAI LẠI

Nguyên liệu giàu xellulose dùng làm thức ăn chăn nuôi chủ yếu có nguồn gốc thực vật như cây thức ăn, các loại phụ phẩm trồng trọt (rơm, thân cây ngô sau thu bắp, ngọn lá mía …) và phụ phẩm chế biến công-nông nghiệp (bã sắn, cám gạo, cám mỳ…)

Gia súc nhai lại, khác với các gia súc khác, là loại gia súc duy nhất có thể lợi dụng được các thức ăn giàu xơ nhờ cấu tạo đặc biệt của hệ tiêu hoá cùng hệ vi sinh vật cộng sinh trong đó Tuy nhiên hầu hết các thức ăn này là phụ phẩm nông nghiệp thường có chất lượng dinh dưỡng thấp là do hàm lượng lignin cao Đây là thành phần carbohydrate mà vi sinh vật dạ cỏ không thể phân giải được và vì thế lignin được coi là một trong những nhân tố chính gây cản trở quá trình tiêu hóa thức ăn thô của vi sinh vật dạ cỏ Theo Van Soest (2006) rơm có hàm lượng lignin khoảng 5,2%, còn theo Okkano et al (2006) thì hàm lượng lignin trong bã mía khoảng 10,5% Lane et al (2011) cho biết thân cây ngô sau thu bắp có hàm lượng lignin 8,7% trong khi Wanrosli et al (2007) xác định được hàm lượng lignin trong

lá cây cọ dầu ở mức 15,2% Lignin trong cấu trúc xơ của thực vật không những không bị vi sinh vật phân giải mà nó còn tạo mối liên kết chặt chẽ với cellulose và hemicellulose của vách tế bào thực vật, làm hạn chế quá trình phân giải các thành phần xơ này của các vi sinh vật dạ cỏ (Arora and Sharma, 2009) Do đó việc loại

bỏ một phần hoặc hoàn toàn lignin từ các phức chất lignocellulosic là rất cần thiết trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng của thức ăn giàu xơ

2.2.1 Sơ lược chức năng cơ quan tiêu hóa gia súc nhai lại

Đặc điểm nổi bật của bộ máy tiêu hoá ở gia súc nhai lại là những khoang phình lớn, tại đây có các điều kiện môi trường thuận lợi cho vi sinh vật lên men hydrat-cabon và các chất hữu cơ khác Sản phẩm chủ yếu của quá trình lên men

thiết cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển

Nhờ cấu tạo đặc biệt của cơ quan tiêu hoá, gia súc nhai lại có thể tiêu hoá một khối lượng lớn xenluloza và các nguồn nitơ vô cơ Dạ dày của gia súc nhai lại gồm 3 túi ở phía trước: dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách - chúng còn được gọi là dạ dày trước và một túi nằm phía sau: dạ múi khế - chức năng tiêu hoá của phần này giống như dạ dày ở động vật dạ dày đơn Phần dạ dày trước thường chiếm khoảng 70-75% tổng dung tích của cơ quan tiêu hoá

Trong dạ dày trước, dạ cỏ là phần lớn nhất có dung tích khoảng 100 lít ở bò trưởng thành khối lượng từ 500-600 kg (chiếm hơn 90% dung tích dạ dày trước) Quá trình lên men thức ăn xảy ra ở dạ cỏ và dạ tổ ong Dạ cỏ có các điều kiện thuận lợi cho hoạt động của quần thể vi sinh vật yếm khí như:

 Môi trường dạ cỏ gần như trung tính (pH = 6,5-7,4) và tương đối ổn định nhờ tác dụng đệm của muối phốt phát và bicacbonat của nước bọt

 Môi trường yếm khí

 Thức ăn vào dạ cỏ cung cấp chất dinh dưỡng đều đặn cho vi sinh vật phát triển

 Dịch dạ cỏ có khoảng 85-90% nước, độ ẩm cao: 80-90%

 Nhu động của dạ cỏ yếu nên thức ăn lưu lại lâu

Các sản phẩm của quá trình lên men luôn luôn được trao đổi qua thành dạ

cỏ, vì vậy chênh lệch nồng độ cơ chất luôn luôn thích hợp cho quá trình lên men

Do có các điều kiện thuận lợi, nên vi sinh vật dạ cỏ phát triển mạnh về số lượng, đa dạng về chủng loại: chúng bao gồm vi khuẩn, nấm, protozoa, mycoplasma, các loại virút và thể thực khuẩn Mycoplasma, virút và thể thực khuẩn không đóng vai trò quan trọng trong tiêu hoá xơ

2.2.2 Quá trình tiêu hóa thành tế bào thực vật của vi sinh vật dạ cỏ

Vi sinh vật dạ cỏ liên quan đến phân giải thành tế bào thực vật: Thành tế bào thực vật bị phân hủy bởi một số loại vi khuẩn, nấm và động vật nguyên sinh (Bảng 2.1), các vi khuẩn và nấm đóng góp khoảng 80% hoạt động phân giải và 20% là từ

động vật nguyên sinh (Dijkstra and Tamminga, 1995) Vi khuẩn phân giải xơ Fibrobacter succinogenes, flavefaciens Ruminococcus và Ruminococcus albus là sinh vật chủ yếu tham gia quá trình phân giải thành tế bào thực vật trong dạ cỏ (Cheng et al., 1991; Forsberg and Cheng, 1992)

Nấm trong dạ cỏ sản sinh các loại enzyme và phân giải các cơ chất trên phạm vi rộng hơn so với các vi khuẩn dạ cỏ (Wubah et al., 1993; Trinci et al., 1994) Hơn nữa, nấm trong dạ cỏ có thể phân huỷ các cấu trúc polyme vững chắc của thành tế bào thực vật (Forsberg and Cheng, 1992; Wubah et al., 1993; Trinci

et al., 1994) và xenlulase và xylanase được chúng sản sinh nằm trong số những enzyme phân giải xơ được biết đến nhiều nhất (Gilbert et al., 1992; Trinci et al., 1994) Ngoài ra, nấm còn có khả năng đặc biệt trong việc xâm nhập vào lớp biểu

bì ở bề mặt tế bào thực vật và thành tế bào các mô bị lignin hóa (Akin, 1989) Bảng 2.1 Các vi sinh vật dạ cỏ và hoạt tính enzyme của chúng liên quan tới

phân giải thành tế bào thực vật trong dạ cỏ (Dehority, 1993)

Sản sinh hệ enzyme hoàn chỉnh: Quá trình thành tế bào thực vật bị phân giải trong dạ cỏ là kết quả của sự tương tác phối hợp phức tạp giữa các nhóm vi sinh vật sản sinh các loại enzyme khác nhau và loại thức ăn có trong dạ cỏ Việc thủy phân các cơ chất có cấu trúc vững chắc phải nhờ đến nhiều loại vi sinh vật dạ cỏ vì chúng

có thể sản sinh nhiều loại enzyme và mỗi loại có đặc điểm riêng (Bảng 2)

Bảng 2.2 Các hoạt tính enzyme chủ yếu cần thiết cho quá trình thủy phân

các polymer thành tế bào thực vật hiện diện trong dạ cỏ

Cơ chất polymer Thủy phân liên kết Enzyme tác động thủy phân Cellulose β-1,4-glucoside Endo-β-1,4-glucanase

Cellulose (non-reducing end) β-1,4-glucoside Exo-β-1,4-glucanase

Cellobiose β-1,4-glucoside β-1,4-Glucosidase

Soluble cellooligomers β-1,4-glucoside Cellulodextrinase

Cellulose or xylan β-1,4-glucoside hoặc xyloside Xylocellulase

Xylobiose β-1,4-xylose β-1,4-Xylosidase

Arabinoxylan α-1,3- α-L-Arabinofuranosidase Glucuronoxylan α-1,3 or α-1,2 α-Glucuronidase

Acetylxylan Acetylester O-Acetyl xylan esterase

Ferulic axit cross bridge

hoặc linkage Feruloylester Ferulic axit esterase

p-Coumaric axit cross

bridge

p-Coumaryl ester liên kết hoặc cầu nối p-Coumaric axit esterase Laminarin β-1,3-glucoside β-1,3-hexose linkage

Lichenin β-1,3- and β-1,4- hexose

linkages Liên kết β-1,3- β-1,4-glucanase Polygalacturan α-1,4-Galacturonide Pectate lyase

Pectin α-1,4-Galacturonide Pectin lyase

2.3 CÁC CHẾ PHẨM SINH HỌC DÙNG CHO GIA SÚC NHAI LẠI

2.3.1 Chế phẩm enzyme

Các chế phẩm sinh học trên thị trường dùng trong thức ăn chăn nuôi được sản xuất từ quá trình lên men vi sinh vật, bắt đầu từ khâu nuôi cấy các vi sinh vật đến khâu nhân nhanh trong môi trường nuôi cấy và tách chiết enzyme từ sản phẩm sau nuôi cấy (Cowan, 1994) Trong nhiều trường hợp, mặc dù các nguồn

cơ chất khác từ tổ chức của vi sinh vật giống một số các sản phẩm enzyme, nhưng loại và hoạt tính của chúng có thể có sự biến động lớn, phụ thuộc vào chủng vi sinh được chọn lọc, cơ chất để chúng phát triển và các điều kiện nuôi cấy (Considine and Coughlan, 1989; Gashe, 1992; Lee et al., 1998) So sánh sản phẩm tách chiết từ quá trình lên men, các sản phẩm enzyme tạo ra liên quan tới độ

tinh khiết, các loại vi sinh vật đặc hiệu và việc kiểm soát các hoạt tính của enzyme Chúng thường không bao gồm các tế bào sống Các sản phẩm enzyme dùng bổ sung vào khẩu phần ăn cho gia súc nhai lại là các sản phẩm được sản xuất từ nấm (phần lớn từ Trichoderma longibrachiatum, Aspergillus niger, A oryzae) và từ vi khuẩn (phần lớn là từ Bacillus spp.) nguyên chủng (Pendleton, 2000) Hơn nữa, phần lớn các sản phẩm enzyme sử dụng trên thị trường được coi như phụ gia trong thức ăn cho gia súc nhai lại bởi các enzyme cellulase và xylanase được dùng chủ yếu trong công nghiệp thực phẩm, bột giấy và giấy, dệt, nguyên liệu năng lượng và hóa chất (Bhat and Hazlewood, 2001) Các loại enzyme này có thể khác nhau về bản chất trong một số sản phẩm enzyme thương mại và khác nhau về thành phần

và hoạt tính của mỗi loại và điều này có thể ảnh hưởng tới hiệu quả phân giải thành tế bào thực vật của mỗi sản phẩm Thêm nữa, đối với các sản phẩm enzymes phân giải xơ, chúng cũng có các loại enzyme có hoạt tính phân giải các chất dinh dưỡng khác như amylases, proteases và pectinases Mặc dù sử dụng enzyme ngoại sinh là rất có tiềm năng nâng cao năng suất bò thịt và bò sữa nhưng việc sử dụng enzyme vẫn còn chậm do chi phí của các sản phẩm enzyme tương đối cao so với các sản phẩm bổ sung khác như ionophores hay kháng sinh Hiện nay mới chỉ có vài sản phẩm enzyme thương mại có thể dùng trong chăn nuôi thịt bò và bò sữa, hầu hết trong số này vẫn chưa được đánh giá rộng hơn trong các điều kiện chế độ khẩu phần khác nhau

2.3.2 Chế phẩm sinh học bổ sung trực tiếp cho vi khuẩn

Việc nghiên cứu sản xuất và áp dụng các sản phẩm lên men thô nguồn gốc vi khuẩn đưa trực tiếp vào thức ăn (direct-fed microbials, viết tắt là DFM) đang được lưu ý hơn Theo hướng này, các dòng sản phẩm bao gồm: (1) DFM có nguồn gốc vi khuẩn (Bacterial DFM) và (2) DFM có nguồn gốc từ nấm men và nấm mốc (Fungal DFM) Với sản phẩm này, ít nhất có một phần hoặc toàn bộ, đều trên cơ sở có chứa những cơ chất là sản phẩm còn lại của quá trình lên men (Muirhead, 2001) Trong trường hợp này, các enzymes, cũng như toàn bộ các sản phẩm lên men là cơ chất được phục hồi lại hoàn chỉnh cho quá trình trao đổi chất và lên men

a/ Chế phẩm DFM có nguồn gốc vi khuẩn

Các chế phẩm dạng này hiện đang sử dụng trên thị trường chủ yếu chứa vi

khuẩn Lactobacilli cùng chủng Lactobacillus axitophilus là một trong những chủng được dùng phổ biến Các loài vi khuẩn khác cũng được dùng đó là Bifidobacterium, Enterococcus và Bacillus Hầu hết chế phẩm DFM có gốc vi khuẩn khi sử dụng đều hữu ích cho tiêu hóa ở dạ dưới (ruột) ít cho dạ cỏ Ví dụ, Lactobacillus axitophilus sản sinh axit lactic, nó làm giảm thấp độ pH đường ruột làm ức chế sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh (Denev, 2006) Ban đầu, người ta thường dùng chế phẩm DFM gốc vi khuẩn bổ sung cho bê non đang uống sữa, bê đang cai sữa hoặc bò đang trên đường vận chuyển (Jenny et al., 1991; Hutchenson et al., 1980) Những gia súc này thường đang bị stress cao hoặc hệ sinh thái vi sinh vật cơ quan tiêu hóa chưa hoàn chỉnh Sức kháng vi khuẩn gây hại trong đường tiêu hóa của gia súc non yếu Bò đang trên đường vận chuyển thường cho ăn hạn chế hạn chế và nước uống nên ảnh hưởng tới điều kiện tiêu hóa thức ăn ở đường ruột Bổ sung chế phẩm này sẽ giảm stress môi trường đường ruột và đưa các chức năng tiêu hóa trở lại bình thường nhanh hơn

Bê được bổ sung L.axitophilus giảm hiện tượng ỉa chảy (Beecham et al., 1977)

và số lượng coliform ở đường ruột (Bruce et al., 1979)

b/ Chế phẩm DFM có nguồn gốc từ nấm men và nấm mốc

Phần lớn DFM từ nấm chứa sản phẩm tách chiết khi lên men nấm mốc A oryzae (AO), nuôi cấy nấm men Saccharomyces cerevisiae (SC), hoặc cả hai loại (Martin, 2000) Chế phẩm DFM nấm mang lại lợi ích thông qua những thay đổi trong quá trình lên men dạ cỏ Nhiều nghiên cứu cho thấy chế phẩm đã kích thích của các vi khuẩn dạ cỏ Tổng số vi khuẩn yếm khí trong dạ cỏ (Dawson và cộng

sự, 1990; Newbold et al, 1991) và vi khuẩn phân giải xơ (Harrison et al., 1988)

đã được tăng lên khi sử dụng các chất chiết xuất từ nấm Có nhiều lý do có thể cải thiện quá trình lên men dạ cỏ qua DFM nấm

Chất tách chiết từ Aspergillus oryzae đã kích thích Selenomonas ruminantium (Nisbet and Martin, 1990) và Megasphaera elsdenii (Waldrip and Martin, 1993) hấp thu axit lactic axit thông qua sử dụng có hiệu quả lactate lấy từ nguồn axit malic trong dạ cỏ Tương tự như vậy, Chaucheyras et al (1995c) báo cáo rằng Saccharomyces cerevisiae có thể để ngăn chặn sự tích tụ sản xuất axit lactic bằng cách cạnh tranh với Streptococcus bovis bằng cách kích thích sự hấp

thu axit lactic do có thể Megasphaera elsdenii cung cấp axit amin và vitamin Tác động vào độ pH khi bổ sung nấm men sẽ ngăn ngừa tăng axit lactic trong quá trình lên men ở khẩu phần ăn giàu carbohydrate lên men (Aslan et al., 1995; Dawson and Hopkins, 1991) Theo phát hiện này, pH dạ cỏ cao hơn, có thể là một trong những lý do làm tăng số lượng vi khuẩn phân giải xellulose trong dạ

cỏ và cải thiện tiêu hóa xơ với môi trường phát triển nấm (Arambel et al., 1987) Nấm men cũng đã được chứng minh là đã kích thích vi khuẩn nhóm vi khuẩn yếm khí nhờ sự hiện diện của nhóm vi khuẩn sản sinh metan (Chaucheryas et al., 1995b), kết quả là làm quá trình lên men thức ăn ở dạ cỏ hiệu quả hơn Sản phẩm tách chiết khi lên men Aspergillus (Chang et al.,1999) và canh trường nấm men (Chaucheryas et al., 1995b) đã chỉ ra rằng nó đã kích thích trực tiếp nấm trong dạ

cỏ nên đã tăng khả năng phân giải xơ Một lý do khác trong việc cải thiện quá trình lên men là do nấm men có thể lấy oxy dư thừa trong khi lên men ở dạ cỏ (Newbold et al., 1996) vì thế tạo ra môi trường thích hợp hơn cho vi khuẩn yếm khí phát triển Bổ sung Saccharomyces cerevisiae cũng làm tăng số lượng protozoa trong dạ cỏ bò đực ăn khẩu phần cơ sở là rơm đã cải thiện khả năng phân giải NDF (Plata et al., 1994) Điều quan trọng, không phải tất cả chủng của Saccharomyces cerevisiae và Aspergillus tách chiết đều kích thích lên men trong

dạ cỏ Ví dụ, Newbold et al (1995) báo cáo rằng mức độ kích thích lên men trong dạ cỏ khác nhau tùy theo từng chủng Saccharomyces cerevisiae nhưng vẫn chưa biết lý do vì sao Một giả thuyết khác về cải thiện lên men trong dạ cỏ là sản phẩm Aspergillus tách chiết đã làm tăng tiêu hóa xơ vì chúng chứa các enzyme esterase (Varel et al., 1993) Beharka et al., (1991) cho thấy bê non được bổ sung chế phẩm lên men AO tách chiết cai sữa sớm hơn 01 tuần so với nhóm đối chứng

2.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 2.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Cho đến nay trên thế giới việc lên men vi sinh vật phục vụ cho mục đích sản xuất enzyme thường được thực hiện bằng phương pháp lên men lỏng (động

và tĩnh), lên men bán lỏng và lên men xốp Việc lựa chọn phương pháp nào hoàn toàn tuỳ thuộc vào loài vi sinh vật được sử dụng (Bulock and Christiensen,

1997) Qui trình công nghệ sản xuất enzyme ngày càng trở nên hoàn thiện với sự trợ giúp của các trang thiết bị, kỹ thuật hiện đại Chính vì vậy, sản lượng các sản phẩm enzyme thương mại không ngừng tăng lên, nhưng số nhà sản xuất enzyme trên thế giới không nhiều Hiện nay trên toàn thế giới chỉ có khoảng gần 20 nhà sản xuất enzyme chính (Tonny Godfrey and Stuart, 1996)

2.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Việc nghiên cứu về chế phẩm vi sinh ở Việt nam bắt đầu được quan tâm từ những năm 1990 của thế kỷ trước Tuy nhiên, những nghiên cứu này phần lớn tập trung vào việc phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính enzyme hoặc nghiên cứu chiết xuất, xác định đặc tính, hoạt lực của một số loại enzyme phục vụ cho các mục đích dân sinh Dương Văn Hợp và cs (1993) đã phân lập, tuyển chọn được một chủng nấm sợi (DH12) từ 24 chủng nấm ở các nguồn tinh bột khác nhau và một chủng của Nhật bản (Aspergilus niger TH319K) có hoạt tính glucoamylase cao (đạt 70 đơn vị/g chế phẩm enzyme thô) Nguyên Lân Dũng và cs (1993), từ cơ chất chứa tinh bột đã phân lập được 22 chủng có khả năng đồng hoá tinh bột sống và đã chọn chủng T1 có hoạt tính gluco-amylase cao nhất Nguyễn Thị Hoài Hà và cs (2002) đã công bố công trình nghiên cứu hoạt tính amylase của hai chủng Bacillus H5-1 và H5-4 dùng trong sản xuất men vi sinh Phạm Hồ Trương và cs (1993) đã nghiên cứu đặc điểm phân giải ligno-xellulo và lignin của hai chủng nấm Acreminium sp và Sporotrichum Pulverulentum từ bảo tàng giống vi sinh vật của Viện HLKH Liên

xô (cũ) Các tác giả này đã sử dụng hỗn hợp các chủng nấm Acreminium sp và Sporotrichum Pulverulentum để lên men rắn và xác định khả năng phân giải lignin của chúng trong rơm lúa mỳ Phạm Văn Ty và cs (1992, 1993) đã nghiên cứu khả năng phân giải xellulo của xạ khuẩn phục vụ cho xử lý rác thải đô thị Những nghiên cứu về protease có các công trình của Trần Đình Thanh và cộng

sự (2000) (protease từ đu đủ xanh); Lê Gia Hy (2000) nghiên cứu chiết suất protease từ xạ khuẩn ưa kiềm; Vũ Ngọc Bội và cs (2004) nghiên cứu xử lý cá bằng protease; Ngô Tự Thành và cs (2005) nghiên cứu hoạt tính của protease từ Bacillus Nguyễn Thuỳ Châu và cs (2005) đã đưa ra qui trình công nghệ sản xuất phytase từ chủng nấm Aspergilus niger MP2, công nghệ lên men Aspergilus niger ĐL1 tổng hợp pectinase, công nghệ lên men Aspergilus niger Awamoviri

BK để tổng hợp Mannanaza ở qui mô bán công nghiệp Gần đây nhất trong khuôn khổ Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu sản xuất probiotic và enzyme tiêu hóa dùng trong chăn nuôi” tác giả Trần Quốc Việt và cs (2009) đã tuyển chọn vi khuẩn A2026 có tên khoa học: Rhodococcus fascian tiết enzyme Β-glucanase và Cellulase và chủng nấm VN06-F0329 có tên khoa học: Aspergillus niger van Tieghem var niger, tiết enzyme xylanaseđể sản suất chế phẩm đa enzyme dùng trong thức ăn chăn nuôi lợn và gà Kết quả đánh giá hiệu quả sử dụng của chế phẩm trên lợn cho thấy tốc độ sinh trưởng của lợn được bổ sung enzyme cao hơn

so với đối chứng từ 8,2%, mức tiêu tốn thức ăn/kg tăng trọng giảm 7,3%, tỷ lệ tiêu chảy giảm từ 10,7% ở lô đối chứng xuống còn 4,8% Kết quả thử nghiệm trên gà cho thấy tốc độ sinh trưởng của nhóm được ăn thức ăn có bổ sung chế phẩm đa enzyme cao hơn 7,4%, tiêu tốn thức ăn giảm 9,3% so với đối chứng Như vậy có thể thấy, cho đến nay chưa có nghiên cứu chuyên sâu nào về việc sử dụng các sản phẩm vi sinh enzyme sản xuất trong nước để bổ sung vào thức ăn giàu xơ cho gia súc nhai lại Chính vì thế việc nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ phân giả chất xơ trong thức ăn thô của gia súc nhai đang là một yêu cầu cấp thiết, nó góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn, giảm giá thành sản phẩm và làm tăng hiệu quả kinh tế cho ngành chăn nuôi gia súc nhai lại

Chế phẩm sinh học dạng bột do Viện Chăn nuôi và Viện Vi sinh vật phối

hợp nghiên cứu và sản xuất gồm:

- Chế phẩm A: Enzyme từ nấm Aspergillus niger, hoạt tính xenlulaza

200UI/g, xylanaza 1200UI/g

- Chế phẩm C: gồm các chủng thuộc giống Lactobacillus spp, Bacillus

nồng độ: xenlulaza: 200UI/g, xylanaza 1000UI/g, amylaza 900UI/g

Ghi chú: Enzyme từ nấm Aspergillus niger đây là chủng nấm an toàn có

thể dùng trong công nghệ sinh học chế biến thức ăn chăn nuôi

Bò đực lai Sind, khối lượng trung bình 200kg mổ lỗ dò đặt canul

3.2 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

- Địa điểm nghiên cứu: Thí nghiệm được tiến hành tại Trung tâm thực

nghiệm và bảo tồn, Viện Chăn nuôi

- Thời gian nghiên cứu: Thí nghiệm được tiến hành từ tháng 7/2015 đến

tháng 2/2016

3.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đề tài tiến hành nghiên cứu 2 nội dung:

- Nội dung 1: Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ

và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production trên bông