ẢNH HƯỞNG CỦA GIỐNG LÁ KHOAI MÌ VÀ POTASSIUM NITRATE LÊN SINH KHÍ METHANE TRONG MÔI TRƯỜNG LÊN MEN IN VITRO

HỒ CHÍ MINH KHOA CHĂN NUÔI – THÚ Y **************** NGUYỄN VĂN GIÀU ẢNH HƯỞNG CỦA GIỐNG LÁ KHOAI MÌ VÀ POTASSIUM NITRATE LÊN SINH KHÍ METHANE TRONG MÔI TRƯỜNG LÊN MEN IN VITRO Khóa l

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CHĂN NUÔI – THÚ Y

****************

   

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

   

ẢNH HƯỞNG CỦA GIỐNG LÁ KHOAI MÌ VÀ POTASSIUM NITRATE LÊN SINH KHÍ METHANE TRONG MÔI

TRƯỜNG LÊN MEN IN VITRO

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN GIÀU Lớp : DH08TA

Ngành : Công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi Niên khóa : 2008 – 2012

Tháng 08/2012

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CHĂN NUÔI – THÚ Y

****************

NGUYỄN VĂN GIÀU

ẢNH HƯỞNG CỦA GIỐNG LÁ KHOAI MÌ VÀ POTASSIUM NITRATE LÊN SINH KHÍ METHANE TRONG MÔI

TRƯỜNG LÊN MEN IN VITRO

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư chăn nuôi chuyên

ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi

Giáo viên hướng dẫn

ThS LÊ THỤY BÌNH PHƯƠNG

Tháng 08/2012

XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

 

Họ tên sinh viên thực tập: NGUYỄN VĂN GIÀU

Tên luận văn: “ẢNH HƯỞNG CỦA GIỐNG LÁ KHOAI MÌ VÀ POTASSIUM

NITRATE LÊN SINH KHÍ METAN TRONG MÔI TRƯỜNG LÊN MEN IN

VITRO”

Đã hoàn thành luận văn theo đúng yêu cầu của giáo viên hướng dẫn và các ý kiến nhận xét, đóng góp của hội đồng chấm thi tốt nghiệp khoa ngày ………

Giáo viên hướng dẫn

ThS Lê Thụy Bình Phương

LỜI CẢM ƠN

 

Để hoàn thành được cuốn luận văn này, ngoài sự nỗ lực từ bản thân, tôi đã luôn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình, đầy trách nhiệm và sự yêu thương của ThS

Lê Thụy Bình Phương

Xin bài tỏ lòng biết ơn đến ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm Tp

Hồ Chí Minh, ban chủ nhiệm khoa Chăn Nuôi – Thú Y, bộ môn Sinh lý – Sinh hóa,

bộ môn Dinh Dưỡng Toàn thể quý thầy, cô trường Đại Học Nông Lâm đã tận tình dạy bảo em trong suốt quá trình học tập tại trường

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trung tâm Thực nghiệm trường Đại học Nông Lâm Tp HCM, Cô Hồ Thị Nga, Cô Nguyễn Thị Phương Dung, cô Nguyễn Ngọc Thanh Xuân, Thầy Nguyễn Phúc Lộc, Thầy Đặng Kiên Cường, các anh chị trong trung tâm thực nghiệm đã tạo điệu kiện thuận lợi để tôi tiến hành đề tài

Tận đáy lòng con xin cảm ơn ba mẹ vì tất cả những gì con có ngày hôm nay

là do ba mẹ đã cho con

 

Chân thành cảm ơn ! Nguyễn Văn Giàu

 

TÓM TẮT

Đề tài “Ảnh hưởng của giống lá khoai mì và potassium nitrate lên sinh khí

metan trong quá trình lên men in vitro.” được tiến hành tại phòng thí nghiệm Sinh

lý – Sinh hóa Khoa Chăn Nuôi Thú Y, trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh từ 15/03/2012 đến 31/05/2012

Mục đích nghiên cứu nhằm khảo sát khả năng sinh methane trong môi

trường lên men in vitro của hai nguồn nitơ thực liệu làm thức ăn cho bò

Phương pháp khảo sát: hỗn hợp các thực liệu (đã được tính theo một tỷ lệ) được cho vào bình ủ 1500 ml và ủ trong điều kiện yếm khí ở 390C để so sánh khả năng sinh methane và tỷ lệ tiêu hóa sau khi kết thúc quá trình ủ 24 giờ

Kết quả thu được:

Methane (ml/g chất nền lên men) trong nghiệm thức có bổ sung potassium nitrate thấp hơn trong nghiệm thức bổ sung urea

Tỷ lệ lên men vật chất khô không có sự khác biệt giữa các yếu tố trong thí nghiệm như giống hay nguồn nitơ không phải protein

Nồng độ NH3 ở nghiệm thức bổ sung urea cao hơn so với nghiệm thức bổ sung potassium nitrate

Kết quả cho thấy có sự tương tác cộng hợp của lá khoai mì và potassium nitrate trong khẩu phần lên quá trình giảm sản sinh khí methane

MỤC LỤC

TRANG TỰA i

XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH x

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ xi

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích 2

1.3 Yêu cầu 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Tiêu hóa và quá trình lên men trong dạ cỏ: 3

2.2 Khí metan phát thải từ động vật nhai lại 5

2.3 Hiệu quả của việc sử dụng nguồn nitơ không phải protein trong khẩu phần của động vật nhai lại 6

2.3.1 Sử dụng ure trong khẩu phần của động vật nhai lại 6

2.3.2 Sử dụng nitrate trong khẩu phần của động vật nhai lại 6

2.4 Lá khoai mì làm thức ăn cho động vật nhai lại – nguồn dinh dưỡng và lợi ích 7

2.5 Thành phần dinh dưỡng của lá khoai mì 8

2.5.1 Hàm lượng protein thô 8

2.5.2 Thành phần amino acid 9

2.5.3 Hàm lượng sợi thô, NDF và ADF 10

2.5.4 Hàm lượng chất béo 10

2.5.5 Khoáng chất và vitamin 10

2.5.6 Tannin 11

2.5.7 Hydrogen cyanide (HCN) 12

2.6 Tiềm năng của lá khoai mì như nguồn by-pass protein cho động vật nhai lại 13

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 16

3.1 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài 16

3.1.1 Thời gian 16

3.1.2 Địa điểm 16

3.2 Nội dung thí nghiệm 16

3.3 Tiến hành thí nghiệm 16

3.3.1 Thí nghiệm 1 16

3.3.1.1 Bố trí thí nghiệm 16

3.3.1.2 Chuẩn bị mẫu 16

3.3.1.3 Phân tích hàm lượng HCN và nitơ hòa tan trong lá khoai mì 17

3.3.1.4 Xử lý số liệu Error! Bookmark not defined 3.3.2 Thí nghiệm 2 17

3.3.2.1 Bố trí thí nghiệm 18

3.3.2.2 Chuẩn bị mẫu 18

3.3.2.3 Cách tiến hành 18

3.3.2.4 Các chỉ tiêu khảo sát 20

3.3.4 Xử lí số liệu 20

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21

4.1 Thành phần dinh dưỡng, hàm lượng HCN và Nitơ hòa tan của lá khoai mì 21

4.1.1 Thành phần dinh dưỡng 21

4.1.2 Hàm lượng HCN 21

4.1.3 Nitơ hoà tan 23

4.2 Ảnh hưởng của giống lá khoai mì lên sự sản sinh khí methane trong môi trường lên men in vitro sử dụng chất nền là rỉ mật đường có bổ sung potassium nitrate hoặc ure 24

4.2.1 Sản xuất khí methane (CH4) trong quá trình lên men in vitro dịch dạ cỏ 26

4.2.2 Ảnh hưởng của nitơ không phải protein lên khả năng tiêu hóa vật chất khô ở

các thời điểm trong quá trình ủ 28

4.3 Đánh giá hàm lượng NH3 có trong dung dịch in vitro sau khi ủ 24h 28

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 30

5.1 Kết luận 30

5.2 Đề nghị 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

Phụ lục 34

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AOAC Analysis of variance

LCFAs Chuổi acid béo ngắn

NDF Neutral detergent fibre

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của lá khoai mì (% chất khô cơ sở) 9

Bảng 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 19

Bảng 3.2 Thành phần các vật liệu trong các nghiệm thức 19

Bảng 3.3 Thành phần của dung dịch đệm (Tilly và Terry, 1963) 19

Bảng 4.1 Thành phần vật chất khô (DM), protein thô (CP) trong lá mì 21

Bảng 4.2 Hàm lượng HCN của lá khoai mì 21

Bảng 4.3 Tỷ lệ nitơ hòa tan trong lá khoai mì 23

Bảng 4.4 Tổng thể tích các chất khí, tỷ lệ khí methane sinh ra, thể tích khí methane/g chất nền lên men và tỷ lệ lên men các chất nền của các nghiệm thức 24

Bảng 4.5 Nồng độ NH3 trong dung dịch sau 24h ủ in vitro 28

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 4.1 Hàm lượng HCN có trong các giống lá khoai mì 22 Biểu đồ 4.2 Tỷ lệ nitơ hòa tan trong lá khoai mì 23 Biểu đồ 4.3 Tổng thể tích khí sinh ra 25 Biểu đồ 4.4 Ảnh hưởng của giống lá mì và nguồn nitơ không phải protein lên thể

tích khí metan 26

Biểu đồ 4.5 Ảnh hưởng của giống lá mì lên sinh khí metan 27 Biểu đồ 4.6 Ảnh hưởng của nitơ không phải protein lên khả năng tiêu hóa vật chất

khô của lá khoai mì 28

Biểu đồ 4.7 Ảnh hưởng của nguồn NPN lên nồng độ NH3 dung dịch sau 24h ủ in

vitro 29

Cây khoai mì được trồng nhiều ở Việt Nam Các nghiên cứu cho thấy lá khoai mì là một nguồn by-pass protein tốt với một hàm lượng cao các chất dinh dưỡng tiêu hóa cho động vật nhai lại (Wanapat, 2001)

Lá khoai mì chứa hàm lượng cao cyanogenic glucosides (chủ yếu là linamarin và condensed tanin) Trong môi trường tiêu hóa kỵ khí , vi khuẩn methanogenic có độ nhạy cảm cao với cyanide và có thể bị ức chế bởi hợp chất này Một số nghiên cứu gần đây cho thấy condensed tannin cũng là một yếu tố làm giảm

sự sản xuất khí methane trong môi trường dạ cỏ Các yếu tố này có sự khác biệt trong các giống lá khoai mì đắng và ngọt

Nitrate là một chất ức chế mạnh của methanogenesis trong tất cả các hệ thống tiêu hóa lên men dạ cỏ, lên men thứ cấp trong một phạm vi rộng các hệ thống

từ biodigestors kỵ khí trầm tích (Hungate, 1965; Allison và cộng sự, 1981; Akunna

và cộng sự, 1994)

Nhiều nghiên cứu cho thấy nitrate có thể thay thế urea như là nguồn nitơ lên men và giảm sản sinh khí methane, mang lại hiệu quả cao hơn trong sử dụng thức

ăn cho động vật nhai lại so với urea

Sự kết hợp lá khoai mì và muối nitrate trong khẩu phẩn cho động vật nhai lại sẽ mang lại tác động hiệp đồng lên việc giảm sinh khí methane, một chất khí phụ

phẩm trong quá trình lên men dạ cỏ làm giảm hiệu quả sử dụng thức ăn trên động vật nhai lại

Với những lý do trên, được sự đồng ý của khoa Chăn Nuôi Thú Y, Trường đại học Nông Lâm TP.HCM Dưới sự hướng dẫn của ThS Lê Thụy Bình

Phương chúng tôi đã tiến hành đề tài: “Ảnh hưởng của giống lá khoai mì và

potassium nitrate lên sinh khí methane trong quá trình lên men in vitro”

1.2 Mục đích

Nhằm xem ảnh hưởng của giống lá khoai mì và potassium nitrate lên sinh

methane trong môi trường lên men in vitro

1.3 Yêu cầu

Xác định hàm lượng nitơ hòa tan và HCN trong lá mì

Hàm lượng metan sinh ra ở từng loại thực liệu trong môi trường lên men in

vitro

Phân tích nồng độ NH3 trong dịch ủ in vitro sau 24h lên men

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tiêu hóa và quá trình lên men trong dạ cỏ:

Sự tiêu hóa thức ăn gia súc, đặc biệt là các thành tế bào thực vật, phát sinh từ

sự liên kết cộng sinh giữa động vật nhai lại và hệ vi sinh đường ruột (vi khuẩn, archaea, động vật nguyên sinh và nấm) (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Akin, 1993) Phần lớn tiêu hóa diễn ra trong dạ cỏ, phần còn lại diễn ra trong đường tiêu hóa dưới (chủ yếu là đầu ruột cùng và đại tràng) Nói chung, 55 đến 65 % chất hữu cơ được tiêu hóa trong dạ cỏ, khoảng 20 đến 30 % trong ruột non và 5 – 15 % trong ruột già (Waghorn và cộng sự, 2007)

Các chức năng dạ cỏ như một bể lên men kỵ khí lớn, với chất đệm bicarbonate từ nước bọt để duy trì độ pH giữa 5.6 và 6.8 và nhiệt độ khoảng 39oC (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Hungate, 1966; Kolver và De veth, 2002) Độ pH từ 6,0 đến 6,8 cung cấp một môi trường lý tưởng cho vi sinh vật dạ cỏ chịu trách nhiệm cho quá trình lên men thức ăn và enzyme (Leng, 1984; Fisher và các cộng sự, 1995) Các cơ chế lưu giữ thức ăn như nhai và kích thước hạt giảm, thức ăn tiêu hóa được giữ lại trong dạ cỏ một thời gian dài Điều này cho phép thức ăn được tiêu hóa bởi các enzyme của vi sinh vật, và với sự hổ trợ bởi việc nhai lại của thú giúp phá

vỡ các tế bào thức ăn Các cơn co thắt của dạ cỏ giúp thức ăn di chuyển và pha trộn đảm bảo cho việc kết dính giữa các vi sinh vật và hạt thức ăn, tạo điều kiện thuận lợi cho ợ hơi khí (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Leng, 1984)

Trong quá trình lên men, năng lượng được bảo tồn trong các hình thức của ATP và sử dụng cho việc duy trì, tăng trưởng của vi sinh vật Khẩu phần có carbohydrate như cellulose, hemicellulose, pectin, tinh bột và đường hòa tan được phân cắt thành hexoses và pentose trước khi được lên men để hình thành axit béo dễ bay hơi thông qua chất trung gian pyruvate (France và Dijkstra, 2005) Các sản

phẩm của quá trình lên men chủ yếu là acetate, propionate và butyrate, NH3 từ sự phân giải protein, CO2 và H2 (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Janssen, 2010) Acetyl-

Co là một chất trung gian trong sự hình thành của cả hai acetate và butyrate từ pyruvate, trong khi hình thành propionate xảy ra chủ yếu thông qua con đường succinate từ pyruvate

Ngoài ra để sản xuất sinh khối vi sinh vật, nồng độ nhỏ formate, lactate, ethanol và succinate cũng được sản xuất trong quá trình lên men Protein bị thủy phân thành ammonia và peptide, mỗi acid amin sau đó tách CH3 và axit béo (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Wallace và cộng sự, 1997) Chất béo trong khẩu phần

bị thủy phân bởi lipases của vi khuẩn thành glycerol và cấu thànhcác chuỗi dài axit béo (LCFAs) Kết quả của sự lên men phức tạp là việc thay đổi số lượng H2 được tạo ra trong quá trình lên men bởi sự hình thành khí CH4 (Sangkhom, 2011 trích dẫn

từ Janssen, 2010)

Tỷ lệ của axit béo bay hơi sản xuất từ lên men là quan trọng đối với sự sản xuất của động vật nhai lại vì nó khác nhau về mục đích sử dụng cuối cùng và hiệu quả năng lượng cung cấp cho thú Tỷ lệ các axit béo bay hơi (propionate và tỷ lệ giữa acetate butyrate) sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả năng lượng và thành phần của sản phẩm (sữa và thịt) từ các động vật nhai lại (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Bannink

và Tamminga, 2005) Khi nhu cầu năng lượng vật chủ được đáp ứng, thặng dư acetate và butyrate phải được lưu trữ như là chất béo (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Waghorn và cộng sự, 2007) Propionate linh hoạt hơn và có thể được chuyển đổi thành glucose hoặc glycogen được dự trữ (McDonald và cộng sự, 2002)

2.2 Khí methane phát thải từ động vật nhai lại

Khí methane từ động vật nhai lại được tạo ra khi các đại phân tử thức ăn được lên men bằng vi sinh vật trong dạ cỏ Sản phẩm sinh ra là axit béo dễ bay hơi (VFAs), CO2, ammonia (NH3), H2 và nhiệt Axit béo dễ bay hơi và NH3 được hấp thu qua thành dạ cỏ, nơi CO2 được hấp thụ và ợ hơi (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Preston và Leng, 1987) Khí methane sản xuất là bước cuối cùng của quá trình lên men và được thực hiện bởi vi khuẩn methanogenic (methanogens), mà trong dạ cỏ

vi khuẩn này chủ yếu sử dụng H2 như là một nguồn năng lượng để giảm khí CO2 và hình thành CH4

CO2 + H2  CH4

Theo Moate và cộng sự (1997) khí methane được sản xuất bởi methanogens chiếm khoảng 25 % khí dạ cỏ và nó được hấp thụ và ợ hơi cùng với CO2 Gia súc

Hình 2.1 Con đường lên men trong dạ cỏ

Nguồn: Ungerfeld và Kohn (2006)

sản xuất khoảng 150 đến 420 lít CH4 mỗi ngày (107-300 g CH4/ngày) và cừu khoảng 25 đến 55 lít mỗi ngày (18 đến 39 g CH4/ngày), tùy thuộc vào lượng và loại thức ăn ăn vào của thú (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Czerkawski, 1969; Holter và

Young, 1992; McAllister và cộng sự, 1996)

Methanogens bao gồm nhiều loài và cư trú trong dạ cỏ với số lượng 108 đến

1010 tế bào / lít dịch dạ cỏ (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Stewart, 1991; Kumar và cộng sự, 2009) Mặc dù H2 và CO2 là chất nền ưa thích, tuy nhiên formate, acetate, methanol và mono, di và tri-methylamine cũng có thể được sử dụng như là chất nền cho sự hình thành CH4 (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Wolin và cộng sự, 1997) Sự chia tách của các nhóm methyl từ các hợp chất như pectin, methylamines và suphides methyl hóa, cũng có thể đóng vai trò như là tiền thân cho CH4 hình thành, cũng như các sản phẩm phân hủy của các hợp chất amin methyl hóa và methionine (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Ellis và cộng sự, 2008)

2.3 Hiệu quả của việc sử dụng nguồn nitơ không phải protein trong khẩu phần của động vật nhai lại

2.3.1 Sử dụng urea trong khẩu phần của động vật nhai lại

Urea là nguồn nitơ không phải protein để cung cấp nguồn nitơ lên men (amoniac) cho động vật nhai lại trong khẩu phần ăn thiếu protein thô kể từ khi McDonald (1948) lần đầu tiên chứng minh vai trò quan trọng của amoniac là nguồn nitơ trong quá trình đồng hóa protein của vi sinh vật Hầu hết các vi sinh vật dạ cỏ

có thể sử dụng urea để phân giải thành ammonia như là một nguồn nitơ duy nhất cho sự tăng trưởng tế bào (Allison, 1969) Virtanen (1966) đã chứng minh urea là nguồn nitơ duy nhất trong khẩu phần cho bò sữa cho sự tăng trưởng tế bào vi sinh vật trong dạ cỏ, nguồn vi sinh vật này có thể cung cấp tất cả các acid amin thiết yếu cho bò sản xuất sữa Cũng như với urea, nitrate được chuyển hóa thành ammoniac bởi các sinh vật dạ cỏ (Lewis, 1951)

2.3.2 Sử dụng nitrate trong khẩu phần của động vật nhai lại

Con đường chủ yếu của quá trình trao đổi chất nitrate trong dạ cỏ là không chắc chắn, nhưng luôn luôn được giả định hoặc thậm chí còn khẳng định rằng quá trình dị hóa nitrate để hình thành ammoniac thông qua hai bước tổng thể như sau:

NO3- + 2H+ → H2O+ NO2 -phương trình 1

NO2- + 6H+ → H2O+ NH3 -phương trình 2

Vi sinh vật có khả năng ammoni hóa nitrite thường có khả năng làm giảm nitrate thành nitrite trong quá trình chuyển hóa (Simon, 2002), nitrite là một chất nhận điện tử phù hợp trong hô hấp kỵ khí

Leng (2008) kết luận rằng việc sử dụng muối nitrate như là chất bổ sung trong thức ăn là hoàn toàn khả thi như một phương tiện cung cấp nitơ lên men và đồng thời giảm phát thải khí methane trong dạ cỏ từ chăn nuôi gia súc nhai lại Nitrite là chất trung gian gây ngộ độc trong quá trình chuyển đổi nitrate thành ammonia, tuy nhiên điều này được cải thiện khi động vật nhai lại được thích nghi dần với nitrate khẩu phần Bên cạnh đó quá trình chuyển đổi nitrate thành ammonia

về mặt lý thuyết sẽ nâng cao hiệu quả tăng trưởng của vi sinh vật và giữ lại năng lượng hao hụt nếu giảm sản sinh methane

2.4 Lá khoai mì làm thức ăn cho động vật nhai lại – nguồn dinh dưỡng và lợi ích

Tán lá khoai mì được công nhận là một nguồn thức ăn động vật sẵn có ở địa phương với năng suất sinh khối cao (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Dũng và cộng

sự, 2005; Khang và cộng sự, 2005), giá trị về protein từ 2,24 đến 2,84 tấn/ha (Dũng

và cộng sự , 2005; Khang và cộng sự, 2005), hàm lượng các khoáng chất và vitamin cao (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Chadha, 1961) Nồng độ protein thô của lá khoai mì là khoảng 200 g/kg DM (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Khang và cộng

sự, 2005)

Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào lá khoai mì làm nguồn thức ăn cho động vật, đặc biệt là đối với động vật nhai lại Lá khoai mì tươi hoặc khô làm thức ăn cho gia súc đều cho kết quả tốt (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Thắng và cộng sự, 2010; Wanapat, 2009; Wanapat và cộng sự, 1997) Lá khoai mì cũng là một nguồn protein cho động vật nhai lại nhỏ Sokerya & Rodriguez (2001) tìm thấy rằng tốc độ tăng trưởng của dê cao hơn khi khẩu phần cơ bản là ngũ cốc đã được bổ sung với lá

khoai mì so với khi nó được bổ sung ba loại lá khác Tăng tỷ lệ lá khoai mì cho dê

ăn từ 0 – 47 % tổng DM dẫn đến tăng DM tiêu hóa (DMI), chất hữu cơ (OM) tiêu hóa (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Đồ và cộng sự, 2002) Mức tối ưu của lá khoai mì héo cho động vật nhai lại làm gia tăng lượng thức ăn ăn vào, tăng trọng (LWG), tỷ lệ tiêu hóa và chi phí thức ăn được ước tính là 30 – 40 % tổng lượng thức ăn chăn nuôi (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Phengvichith và Ledin ,2007)

và khoảng 22 % tổng lượng thức ăn chăn nuôi (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Tiến Dũng và cộng sự, 2005)

2.5 Thành phần dinh dưỡng của lá khoai mì

2.5.1 Hàm lượng protein thô

Hàm lượng protein trong lá khoai mì cao hơn so với cây không phải họ đậu (Bảng 2.1) Lá khoai mì có chứa trung bình 22,5 % protein thô (CP) (Khang và Wiktorsson, 1999), dao động từ 14,7 - 40,0% theo Lancaster và Brooks (1983) và 20,6 - 36,4% theo Rogers (1959), biến đổi rộng này có liên quan đến sự khác biệt về giống cây trồng (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Khúc Rogers, 1959; Dương Tử Quỳnh và Chew, 1976; Gomez và Valdivieso, 1984), giai đoạn trưởng thành (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Ravindran và cộng sự, 1988.), Đất

và khí hậu (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Moore, 1976) Các biến thể trong hàm lượng protein lá giữa các giống cây trồng đã được nghiên cứu bởi nhiều nhà nghiên cứu Rogers (1959), người đã thử nghiệm hơn 100 mẫu của 60 giống cây trồng, tìm thấy khoảng 20,6 - 30,4 % protein thô trong vật chất khô Trong khi một phần của sự thay đổi này có thể phản ánh bởi sự khác biệt các giai đoạn của cây, đặc biệt là lá ở các giai đoạn khác nhau của sự trưởng thành, cũng có thể đã góp phần vào sự khác biệt Ravindran và cộng sự (1987) nhận thấy rằng hàm lượng protein thô giảm từ 38,1 % trong lá non đến 19,7 % trong lá trưởng thành

 

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của lá khoai mì (% chất khô cơ sở)

Lá mì (1) lá mì (2) mì phơi khô(3) Vật chất khô 91,72 93,0 93,4

2.5.2 Thành phần amino acid

Theo Rogers và Milder (1963), với thành phần acid amin trong lá khoai mì

có thể đóng một vai trò hữu ích trong việc cung cấp nguồn protein cho những vùng nhiệt đới Hai tác giả này lần đầu tiên tiến hành phân tích chi tiết hàm lượng acid amin của 20 giống lá khoai mì Jamaica và Brazil 10 tháng tuổi, và tìm thấy rằng protein khoai mì thiếu methionine, có thể có tryphtophan, nhưng giàu lysine Phân tích khác của Dương Tử Quỳnh và Chew (1976) có sự thay đổi kết quả, nhưng các tác giả trên đều cho rằng các giá trị amino acid thiết yếu trong lá khoai mì vượt quá những chỉ số protein tham chiếu của FAO, ngoại trừ methionine Sự thay đổi trong hàm lượng acid amin của lá có thể ảnh hưởng do bởi cây trồng, giai đoạn lá trưởng thành, quy trình lấy mẫu, phương pháp phân tích và điều kiện sinh thái Dương Tử

Quỳnh và Chew (1976) cho rằng dựa trên những quan sát của họ, sự biến đổi giữa các giống được trồng trong điều kiện giống hệt nhau là không đáng kể Ngược lại các dữ liệu của Rogers và Milner (1963) cho thấy rằng có một biến đổi lớn trong từng acid amin giữa các giống cây trồng Tuy nhiên, các tác giả không đề cập đến việc các giống này được trồng trong điều kiện tương tự và lấy mẫu một cách giống hệt nhau Tỷ lệ lá lấy mẫu và tuổi của cây cũng là yếu tố gây ra sự khác biệt trong thành phần amino acid

Những thay đổi trong thành phần acid amin liên quan đến sự trưởng thành của lá đã được nghiên cứu bởi Ravindran và Ravindran (1987) Trong tất cả lá khoai

mì, đều dồi dào các acid amin thiết yếu, trừ methionine và phenylalanine Khi các lá trưởng thành, nồng độ acid amin có xu hướng giảm Chỉ có axit glutamic, proline và glycine tăng, trong khi valine và phenylalanine không bị ảnh hưởng

2.5.3 Hàm lượng sơ thô, NDF và ADF

Lá khoai mì có thể giới hạn về mặt giá trị dinh dưỡng cho vật nuôi dạ dày đơn vì chất xơ thô cao (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Padmaja, 1989) Rogers và Milder (1963) báo cáo rằng hàm lượng xơ thô có mức dao động từ 4,0 - 15,2 % Giá trị cao nhất là 29.0 % đã được ghi nhận đối với lá trưởng thành (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Ravindran và cộng sự, 1982) Giai đoạn trưởng thành là yếu tố chính góp phần biến đổi hàm lượng chất xơ, nhưng tác động môi trường và cây trồng cũng liên quan (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Rogers và Milder, 1963)

2.5.4 Hàm lượng chất béo

Lá khoai mì có chứa khoảng 6 % ether chiết xuất, nhưng chỉ có một nửa trong số này là một lipid Hàm lượng chất béo có thể khác nhau đáng kể tùy thuộc vào dinh dưỡng của đất và sự trưởng thành Khang và Wiktorsson (1999) nhận xét

về tỉ lệ ether chiết xuất khoảng 7,75 % Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Khor và Tân (1981) báo cáo hàm lượng lipid lá sắn là 3,0 %

2.5.5 Khoáng chất và vitamin

Lá khoai mì đã được chứng minh là khoáng chất phong phú, đặc biệt là Ca

và vi khoáng Hàm lượng K, Mg, P, Zn, Mn giảm với các lá trưởng thành, trong khi

Ca, Na, Fe tăng (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Ravindran và cộng sự, 1988) Lá khoai mì cũng giàu acid ascorbic (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn

từ Caldwell và Enoch, 1972; Watson, 1976) và vitamin A (Dương Nguyên Khang,

1999 trích dẫn từ FAO, 1972), và chứa một lượng đáng kể riboflavin (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Caldwell và Enoch, 1972) Tuy nhiên, sự mất mát đáng kể vitamin, đặc biệt là acid ascorbic, có thể xảy ra trong quá trình trưởng thành

lá (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Caldwell và Enoch, 1972), lưu trữ và chế biến (Dương Nguyên Khang, 1999 trích dẫn từ Caldwell và Gim-Sai, 1973)

2.5.6 Tannin

Tannin đặc biệt là Condensed tannin trong lá khoai mì khoảng 3 % DM (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Netpana và cộng sự, 2001; Bùi Phan Thu Hằng và Ledin, 2005) Tannin có khả năng làm giảm sản xuất khí methane và tăng hiệu quả tổng hợp protein của vi sinh vật (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Makkar và cộng

sự, 1995) Hàm lượng tannin cao hơn thường được tìm thấy trong lá khoai mì trưởng thành, nhưng mức độ thấp khi thu hoạch ở giai đoạn còn non (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Wanapat, 2001) Tannin cô đặc ở mức độ vừa phải có tác động tích cực về mặt giá trị dinh dưỡng thức ăn do tanin hình thành phức hợp không hòa tan với protein trong khẩu phần, kết quả là protein có thể “thoát” khỏi quá trình lên men vi sinh vật của dạ cỏ (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Barry và

McNabb, 1999)

Thành phần tannin trong lá khoai mì tươi dao động từ 30 - 50 g / kg DM (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Ravindran, 1993) và 32,6 - 43 mg / kg trong lá khoai mì phơi khô (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Wanapat, 2003; Netpana và cộng sự, 2001) Hàm lượng tannin trong tán lá khoai mì tươi giảm từ 3,51 % xuống còn 2,42 % - 2,74 % khi được sấy khô và ủ chua

Tannin cô đặc (CT) đã được chứng minh có thể làm sản xuất methane từ 13 đến 16% (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Carulla và cộng sự, 2005; Grainger và cộng sự, 2009; Waghorn và cộng sự, 2002; Woodward và cộng sự, 2004), chủ yếu

là do tác động trực tiếp trên methanogens Tuy nhiên, tannin cô đặc (CT) nồng độ cao (> 55 g CT / kg DM) có thể làm giảm lượng thức ăn ăn vào và khả năng tiêu

hóa (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Beauchemin và cộng sự, 2008; Grainger và cộng sự, 2009, Min và cộng sự, 2003) Saponin thực vật cũng đóng vai trò tiềm năng trong việc làm giảm khí methane, bởi tác động khoáng protozoal (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Beauchemin và cộng sự, 2008)

2.5.7 Hydrogen cyanide (HCN)

Khoai mì có chứa hai cyanogenic glucosides, linamarin và lotaustralin (Hình 2.2), được tổng hợp với các acid amin valine và isoleucine là tiền thân (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Bokanga, 1994) Khi các mô bị gián đoạn, cyanogenic

glucosides được đưa vào tiếp xúc với β-glucosidase và α-hydroxynitrile lysases,

thủy phân chúng sinh ra HCN Koch và cộng sự (1992) chứng minh rằng các cyanogenic glucosides được sinh tổng hợp trong lá khoai mì, sau đó di chuyển và tích lũy trong các mô thực vật theo tỷ lệ khác nhau Lá khoai mì, bao gồm cả cuống

và lá, thường có chứa nồng độ cao nhất cyanogenic glucosides, có thể là 5 - 20 lần

so với nồng độ của cyanogenic glucosides trong gốc (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn

từ Bokanga, 1994) Trong tế bào, linamarin và lotaustralin chủ yếu được lưu trữ bên trong các không bào (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Vetter, 2000; Bokanga, 1994), trong khi các enzym linamarase, lotaustralinase, có khả năng thủy phân cyanogenic glucosides, được đặt tại các thành tế bào (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn

từ Mkpong và cộng sự, 1990)

Một số báo cáo cho biết mức độ của cyanide trong lá khoai mì dao động trong khoảng 10 - 110 mg HCN trên 100 g trọng lượng lá tươi, thấp nhất là 8 mg/100g (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Wood, 1965) hoặc có thể hơn 400 mg/100g (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Ravindran, 1988) Chew (1972) báo cáo hàm lượng HCN là 17,4 - 62,2 mg/100g trọng lượng tươi trong 18 giống khoai mì được khảo sát Dương Tử Quỳnh và Oh (1979) khảo sát 31 giống lá cho kết quả HCN dao động từ 12,5 – 85,5 mg/100g trọng lượng tươi

Lá trưởng thành là một trong những yếu tố quan trọng nhất chi phối hàm lượng cyanide và giảm nồng độ cyanide của lá già (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Ravindran và cộng sự, 1988) Trong lá non, mức độ cyanide trong cuống lá là cao

hơn so với cánh lá, và ngược lại trong lá già (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ de Bruijn, 1973)

HCN là một yếu tố kháng dinh dưỡng trong lá khoai mì làm thức ăn cho động vật, theo báo cáo trong nhiều nghiên cứu (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Poonam và Hahn, 1984; Dufour, 1988; Ravindran, 1993; Wanapat, 2008) Về nguyên tắc, cyanogen bị thủy phân bởi các enzyme để giải phóng HCN, có thể xảy

ra trong dạ cỏ hoạt động của vi khuẩn Sau đó, HCN được hấp thu nhanh vào máu

và khử độc tố trong gan bởi enzyme rhodanese, chuyển đổi HCN thành thiocyanate được bài tiết trong nước tiểu (Khúc Thị Huệ, 2011 trích dẫn từ Kumar, 1992) Tuy nhiên, các ion xyanua vượt quá ức chế oxidase cytochrome ngăn chặn sự hình thành ATP và các mô bị thiếu thốn năng lượng và tử vong nhanh chóng

2.6 Tiềm năng của lá khoai mì như nguồn by-pass protein cho động vật nhai lại

Khoai mì là một cây trồng quan trọng ở các nước nhiệt đới Sau khi thu hoạch củ, mỗi ha khoai mì có thể cung cấp một số lượng lớn lá Nhiều nước đang phát triển đang phải đối mặt với vấn đề thách thức của gia tăng dân số nhanh và suy giảm tài nguyên thiên nhiên Với việc sử dụng ngày càng gia tăng nhu cầu các loại hạt ngũ cốc cho con người, (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Manihot esculenta Crantz) khoai mì đã được xác định là một nguồn thức ăn thay thế cho thức ăn dạng hạt trong khẩu phần của động vật, nếu được bổ sung thêm protein, khoáng chất và các vitamin thiết yếu

Hình2.2 Cơ cấu của các cyanogenic glucosides linamarin và lotaustralin

(Morant và cộng sự, 2008)

Tiềm năng sử dụng của lá khoai mì như là nguồn thức ăn chăn nuôi gần đây

đã được nghiên cứu bởi nhiều tác giả Phúc và cộng sự (2001) khảo sát việc sử dụng

lá khoai mì làm nguồn thức ăn cho lợn và gia cầm Van và cộng sự (2001) và Khang (2004) phân tích vai trò tích cực của những tán lá khoai mì được sử dụng như là một nguồn protein cho động vật nhai lại nhỏ và gia súc Preston (2001) cho rằng củ khoai mì là nguồn thức ăn giàu năng lượng và lá có hàm lượng protein cao có thể được sử dụng làm thức ăn cho động vật Năng suất sinh khối cao từ 3,8 đến 7,9 tấn

DM / ha (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Tùng và cộng sự, 2001; Văn và cộng sự, 2001; Hồng và cộng sự, 2003; Wanapat, 2003; Khang, 2004; Vongsamphanh, 2004; Thắng, 2005; Wanapat, 2008) Hàm lượng protein trong khoai mì từ 160 g đến 250

g / kg vật chất khô (DM) và với gần 85% protein thô (CP) là protein thực (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Ranvindran, 1993)

Tính đến thời điểm hiện tại, tiềm năng của lá khoai mì như là một nguồn protein trong thức ăn động vật nhai lại đã không được khai thác đầy đủ Lý do chính của việc này có lẽ là do hydrogen cyanide (HCN) trong lá khoai mì, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe động vật Các phương pháp xử lý như phơi nắng hoặc ủ chua

sẽ làm giảm hàm lượng cyanide của lá khoai mì đến một mức độ an toàn cho gia súc (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Khieu Borin và cộng sự, 2005; Phengvichith và Ledin, 2007) Tuy nhiên nhiều nghiên cứu cho thấy rằng lá khoai mì tươi cung cấp trong khẩu phần cho bò và dê không cho thấy bất kỳ tác dụng độc tính từ HCN hoặc tannin Trong vỗ béo gia súc, Ffoulkes và Preston (1978) báo cáo rằng lá tươi có thể được sử dụng như là nguồn protein và chất xơ bổ sung trong khẩu phần cơ bản urea-

rỉ mật, đã hỗ trợ tốc độ tăng trưởng ở bò vỗ béo (800g/ngày) Lê Hữu Khương và Dương Nguyên Khang (2005) báo cáo rằng gia tăng mức độ lá khoai mì tươi trong khẩu phần sẽ làm tăng tổng số lượng DM và trọng lượng sống

Lá khoai mì còn được biết đến có chứa mức độ tannin cô đặc (0,26% DM, Wanapat và cộng sự, 2000; 3,2% trong DM, Netpana và cộng sự, 2001, 3,2% trong

DM, Bùi Phan Thu Hằng và Ledin, 2005) Với mức độ bổ sung 1% trọng lượng (DM cơ bản) lá khoai mì trong khẩu phần cơ bản rơm ủ chua với urea của dê đã làm

tăng nitơ tích lũy gấp 5 lần (Sangkhom, 2011 trích dẫn từ Hồ Quãng Đồ và cộng sự, 2002)

Tiêu hóa kỵ khí có thể được ức chế bằng cyanide, bởi vì độ nhạy cao của vi khuẩn men vi sinh methanogenic (Eikmanns và Thauer 1984; Smith và cộng sự 1985) Cuzin và Labat (1992) cho thấy bổ sung 5, 10, và 25 mg cyanide (KCN hoặc linamarin) /1lit tạm thời ức chế methanogenesis nhưng khi nồng độ của cyanide đạt giá trị ban đầu của nó (trước khi bổ sung KCN hoặc linamarin), sản lượng khí methane bị phục hồi Các men vi sinh methanogenic nhạy cảm dễ bị tổn thương từ việc bổ sung cyanide, nhưng dung nạp các nồng độ thấp (6 mg/1lit) thường có trong lên men

Khi sản xuất HCN từ cyanogenic glucosides được giảm bằng cách làm khô (từ 190 mg / kg DM trong lá tươi đến 20 mg / kg sau khi phơi khô theo Bùi Huy

Như Phúc và cộng sự, 1995), nó có thể làm khí methane sản xuất trong lên men

in-vitro ít hơn khi các chất nền chứa lá khoai mì tươi chứ không phải là lá khô. 

Sự phân hủy cyanogenic glucosides do đó sẽ không xảy ra khi các tế bào còn nguyên vẹn Khi tế bào bị hư hỏng, hoặc bằng cách nhai của động vật (hoặc người) hoặc bằng cách xử lý kỹ thuật, các enzym và các cyanogenic glucosides tiếp xúc và các phản ứng được khởi xướng, dẫn đến sự hình thành của HCN (Vetter, 2000)

Thủy phân của linamarin lotaustralin (Hình 3) dẫn đến sự hình thành đường

và α-hydrocynitrile Nếu độ pH là trên 5, α-hydrocynitrile bị phá vỡ một cách tự nhiên thành một hợp chất keto và HCN (Zagrobelny và cộng sự, 2004; Bokanga, 1994) Tại các giá trị pH thấp hơn, phản ứng phân ly được xúc tác trực tiếp bởi lyase α-hydrocynitrile thành một hợp chất keto và HCN (Zagrobelny và cộng sự, 2004)

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

3.1 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài

3.2 Nội dung thí nghiệm

Đánh giá ảnh hưởng của giống lá khoai mì lên hàm lượng nitơ hòa tan và HCN

Đánh giá ảnh hưởng của giống lá khoai mì lên sự sản sinh khí metan trong

môi trường lên men in vitro sử dụng chất nền là rỉ mật đường có bổ sung potassium

nitrate hoặc ure

Nồng độ NH3 trong dung dịch lên men sau khi ủ 24 giờ