Phƣơng pháp sinh khí in vitro ra đời dựa trên nền tảng của in vitro Tilley và Terry (1963), sự tiêu hóa vi sinh vật dạ cỏ có thể quan sát đƣợc trong điều kiện ống nghiệm dƣới sự tham gia của vi sinh vật dạ cỏ trong môi trƣờng nƣớc bọt nhận tạo của McDougall (1948). Kết quả của sự lên men này có thể đƣợc quan sát từ thức ăn còn lại sau khi đƣợc tiêu hóa ở phƣơng pháp in vitro Tilley và Terry (1963) hoặc từ sản phẩm sinh ra của sự tiêu hóa ở phƣơng pháp sinh
khí in vitro của Menke et al., (1979).
Mặc dù phƣơng pháp in vitro của Tilley và Terry (1963) đã đƣợc đánh giá và cho thấy có nhiều thuận lợi trong ƣớc lƣợng thức ăn nhƣ ít tốn chi phí, nhanh nhƣng nó vẫn có những hạn chế nhất định: 1) yêu cầu phải có gia súc để cung cấp dịch dạ cỏ; 2) cách đo lƣờng vật chất không bị tiêu hóa phức tạp có thể dẫn đến sai số lớn, đặc biệt các loại thức ăn có chứa tanin cao, do tanin có thể tan trong môi trƣờng ủ của in vitro nhƣng đây lại là thành phần không thể tiêu hóa (Makkar, 2004). Từ những hạn chế trên El Shaer et al. (1987) đã đề nghị sử dụng phân làm nguồn vi sinh vật thay thế cho dịch dạ cỏ trong phƣơng pháp tiêu hóa in vitro và Menke et al., (1979) giới thiệu phƣơng pháp sinh khí
in vitro, thay thế cho việc đo trọng lƣợng trong phƣơng pháp in vitro Tilley và
Terry (1963) bằng sự đo lƣợng khí sinh ra từ sự lên men. Từ đó sinh khí in
vitro đƣợc ra đời bởi Menke et al., (1979).
Menke et al., (1979) đã phát triển kỹ thuật sinh khí (in vitro gas production) để đánh giá giá trị dinh dƣỡng của các loại thức ăn. Kỹ thuật này phát hiện đƣợc các sai khác nhỏ trong một số loại thức ăn và cho phép lấy mẫu lặp lại thƣờng xuyên hơn so với các phƣơng pháp xác định tỷ lệ tiêu hóa in vitro.
Mô tả chung
Nguyên lý hoạt động của sinh khí in vitro cũng tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp in vitro Tilley và Terry (1963). Thức ăn đƣợc ủ trong môi trƣờng dịch dạ cỏ có chất đệm yếm khí ở 39oC, sẽ đƣợc tiêu hóa bởi vi sinh vật dạ cỏ. Sau khi bắt đầu ủ, thức ăn đƣợc tiêu hóa sinh ra các axit béo bay hơi và một lƣợng khí là CO2, CH4, H2. Axit béo bay hơi giải phóng kích thích chất đệm sinh khí và đo lƣờng đƣợc trong hệ thống sinh khí in vitro. Lƣợng khí sinh ra trong hệ thống sinh khí in vitro có thể đƣợc ghi nhận qua một hay nhiều thời điểm khác nhau. Sự sinh khí này đƣợc xem nhƣ là sản phẩm hoạt động tiêu hóa thức ăn của vi sinh vật dạ cỏ và phản ánh đƣợc khả năng tiêu hóa của mỗi loại thức ăn.
Trang 23
Nguyên lý sinh khí
Khi thức ăn đƣợc ủ trong môi trƣờng in vitro, sẽ đƣợc chuyển thành các axit béo bay hơi, khí (CO2 và CH4) và tế bào vi sinh vật. Trong môi trƣờng in
vitro có chất đệm bicarbonate, khi axit béo bay hơi sinh ra lập tức CO2 đƣợc
giải phóng để ổn định pH. Nhƣ vậy lƣợng khí sinh ra trong hệ thống sinh khí
in vitro bao gồm khí sinh ra trực tiếp từ sự lên men là CO2, CH4, H2, và khí
sinh ra gián tiếp từ sự lên men là CO2. Đối với thức ăn thô, khoảng 50% khí sinh ra từ chất đệm và phần còn lại là lƣợng khí sinh ra trực tiếp từ quá trình lên men (Blummel và Orskov, 1993). Còn đối với thức ăn hỗn hợp, khí sinh ra từ chất đệm khoảng 60% (Getachew et al., 1998).
Ngƣời ta thấy rằng mỗi mmol axit béo bay hơi sinh ra sẽ giải phóng khoảng 0,8 – 1,0 mmol CO2 từ dung dịch đệm và điều này còn phụ thuộc vào hàm lƣợng photpho hiện diện trong dung dịch đệm (Beuvick và Spoelstra, 1992; Blummel và Orskov, 1993). Đặc biệt lƣợng khí sinh ra có mối tƣơng quan cao với axit béo bay hơi và từ đó ngƣời ta xem lƣợng khí sinh ra nhƣ là một chỉ thị để đo lƣờng sản phẩm sinh ra từ quá trình lên men trong kỹ thuật sinh khí in vitro (Blummel và Orskov, 1993). Lƣợng khí sinh ra còn phụ thuộc vào thành phần dƣỡng chất của thức ăn, thức ăn chứa nhiều cacbohydrate có lƣợng khí sinh ra cao. Trong khi sự lên men của đạm giải phóng khí chỉ với lƣợng nhỏ khí sinh ra từ sự lên men béo thì không đáng kể (Makkar, 2004).
Vai trò của sinh khí in vitro
Phƣơng pháp in vitro sinh khí đã đƣợc sử dụng rộng rãi để ƣớc lƣợng giá trị dinh dƣỡng thức ăn. Phƣơng pháp in vitro sinh khí đƣợc sử dụng để dự đoán nhiều chỉ tiêu khác nhau trong đánh giá thức ăn. Menke el al., (1979) lần đầu tiên đề xuất và sử dụng in vitro sinh khí để dự đoán tỉ lên tiêu hóa in vivo
và năng lƣợng trao đổi (ME). Gần đây hơn ngƣời ta quan tâm nhiều đến hiệu quả sử dụng thức ăn thô của gia súc. Cho nên kỹ thuật in vitro sinh khí đƣợc nghiên cứu để ứng dụng trong việc xác định động lực tiêu hóa thức ăn với ƣu điểm nhanh và tiện nghi hơn. Tham số quan trọng hơn cả để diễn tả khả năng sử dụng thức ăn là mức tiêu thụ thức ăn, tham số này cũng có thể đƣợc dự đoán từ in vitro sinh khí (Getachew et al., 1998). Phƣơng pháp in vitro sinh khí còn đƣợc dùng để dự đoán các chất kháng dƣỡng có trong thức ăn (Makkar, 2004). Dựa vào kết quả lƣợng khí khí sinh ra có mối liện hệ rất gần với axit béo bay hơi, ngƣời ta thiệt lập đƣợc phƣơng trình hồi qui để dự đoán axit béo bay hơi trong dạ cỏ (Blummel et al., 1999). Nhìn chung phƣơng pháp
Trang 24
dƣỡng thức ăn gia súc nhai lại, phƣơng pháp này dự đoán đƣợc nhiều tham số phản ánh đƣợc giá trị dinh dƣỡng thức ăn khác nhau.
Dự đoán methan thải ra bằng phƣơng pháp sinh khí in vitro
Trong quá trình tiêu hóa thức ăn trong dạ cỏ, ngoài các sản phẩm chính tạo ra là các axit béo bay bơi và protein vi sinh vật có vai trò cung cấp năng lƣợng và đạm cho gia súc còn tạo ra thêm một số sản phẩm phụ khác nhƣ CO2, CH4, H2… Trong đó đáng lƣu ý nhất là CH4, nó làm ô nhiễm môi trƣờng khi đƣợc bài thải ra ngoài bằng sự ợ hơi. Ngƣời ta ƣớc lƣợng thấy rằng sự bài thải mêtan trong tiêu hóa loài nhai lại đã làm tổn thất từ 2 - 12% năng lƣợng của thức ăn (Wilkerson et al., 1995). Chính vì vậy có nhiều nghiên cứu tìm cách giảm lƣợng mêtan trong tiêu hóa nhai lại để nâng cao năng suất vật nuôi và giảm ô nhiễm môi trƣờng (Grings et al., 2005). Trong truyền thống, sự bài thải mêtan từ gia súc nhai lại đƣợc xác định từ trong điều kiện thú sống, điều này đã làm tốn nhiều kinh phí trong đánh giá. Trong một trắc nghiệm gần đây, Getachew et al., (2005) thấy rằng in vitro sinh khí có thể dùng để xác định mêtan thải ra từ sự tiêu hóa. Trên thực tế đã có một số nghiên cứu sử dụng in
vitro sinh khí để dự đoán mêtan trong quá trình tiêu hóa thức ăn của vi sinh vật
dạ cỏ để đƣa ra các chiến lƣợc làm giảm mêtan và cho kết quả rất tiềm năng (Getachew et al., 2005).