2. Tổng quan tài liệu
2.4.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài n−ớc
Cây mía (Saccharum officinarum L) là một trong những cây trồng nhiệt đới có năng suất sinh khối cao, Brown et al (1987), Alexander (1988), Preston (1988), Golh (1993). Cây mía đ−ợc các hộ nông dân trồng ở khắp Việt Nam. Bởi vậy, sản phẩm phụ của công nghiệp mía còn có thể dùng làm thức ăn cho gia súc và thu đ−ợc kết quả tốt, tuỳ thuộc vào giá cả cây mía ở từng vùng mà ng−ời ta sử dụng cây mía với tỷ lệ cao hay thấp trong khẩu phần ăn của bò. Ngọn mía, thân mía, lá mía là có nguồn gốc thức ăn giàu hydratcarbon hoà tan thuận lợi cho quá trình lên men dạ cỏ, Perez (1988), Preston Leng (1991) [34], Golh (1993) [2].
Chỉ một phần nhỏ lá mía t−ơi đ−ợc sử dụng cho bò trong một thời gian ngắn, còn phần lớn lá mía đ−ợc bỏ lại ngoài đồng sau đó đốt làm phân bón. Theo Golh (1993) [2], thì ngọn lá mía còn xanh. Sau khi thu hoạch cây chiếm khoảng 10 – 12% tổng sinh khối cây mía. Do đó −ớc tính khối l−ợng phụ phẩm ở n−ớc ta khoảng 1,5 triệu tấn trong năm. Ngọn, lá mía là nguồn phụ phẩm lớn ở các vùng trồng cây mía. Theo tạp chí: “Thông tin và Khuyến nông” của Hiệp hội mía đ−ờng Việt Nam, (2002 – 2003) [24], mùa vụ 2002 –
2003 diện tích mía cả n−ớc là 315.000 ha, dự kiến sản l−ợng đạt 15,7 triệu tấn, năng suất bình quân 50 tấn/ha. Do đó −ớc tính phụ phẩm ngọn lá mía khoảng 1,5 – 1,9 triệu tấn/năm.
ở n−ớc ta trong những năm gần đây một số tác giả nh−: Bùi Văn Chính, Bùi Đức Lũng, Vũ Duy Giảng, Hoàng Văn Tiến, (1995) [5], “ủ chua thức ăn thô xanh” Bùi Văn Chính, Lê Viết Ly, (1996) [7], “ Kết quả nghiên cứu chế biến và sử dụng một số phụ phẩm nông nghiệp chính ở Việt Nam làm thức ăn cho gia súc” Bùi Văn Chính, Lê Viết Ly, (2003) [9], “Kết quả nghiên cứu chế biến nâng cao giá trị dinh d−ỡng của một số phụ phẩm nông nghiệp quan trọng của Việt Nam cho bò”.
Nhìn chung các tác giả đều có nhận xét chung rằng:
Nguồn phụ phẩm nông nghiệp ở n−ớc ta phong phú, với khối l−ợng lớn. Tuy nhiên hàm l−ợng xơ khá cao, rất cần đ−ợc chế biến bằng các tác nhân hoá học hay sinh học, để nâng cao tỷ lệ tiêu hoá chất xơ và các chất hữu cơ khác. Ng−ợc lại hàm l−ợng protein thấp đặc biệt trong rơm lúa, ngọn lá mía do đó khi sử dụng làm thức ăn chính trong khẩu phần rất cần nghiên cứu bổ sung các loại thức ăn khác một cách hợp lý để tạo điều kiện cho quá trình lên men dạ cỏ, góp phần làm tăng hiệu quả sử dụng phụ phẩm nông nghiệp.
Nhìn chung các loại phụ phẩm nông nghiệp đều chứa một nguồn năng l−ợng tiềm tàng khá cao, nh−ng tổng các chất dinh d−ỡng tiêu hoá đ−ợc (TDN) còn khá thấp. Vì vậy còn nhiều khả năng nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn năng l−ợng tiềm tàng này trong các phụ phẩm nông nhiệp nếu chúng ta tác động bằng khâu chế biến và phối hợp khẩu phần một cách hợp lý để nâng cao tỷ lệ tiêu hoá các chất dinh d−ỡng.
Vũ Duy Giảng, Bùi Quang Tuấn, (2003) [19] “Nghiên cứu sử dụng cây ngô già sau thu bắp làm thức ăn cho bò sữa” đã cho thấy rõ rằng:
Trên cơ sở khẩu phần có tỷ lệ protein 14% và tỷ lệ thức ăn tinh 45%, việc thay thế 50% cỏ t−ơi (Tính theo vật chất khô) của khẩu phần bằng cây ngô già xử lý urê đã đáp ứng tốt nhu cầu dinh d−ỡng của bò sữa vì thế năng suất sữa vẫn giữ đ−ợc ở mức cao và ổn định không thua kém nhiều so với bò ở khẩu phần đối chứng đ−ợc cung cấp hoàn toàn cỏ t−ơi trong khẩu phần (9,83 kg/con/ngày so với 10,45 kg/con/ngày) giá trị lợi nhuận của chăn nuôi bò sữa cũng đạt mức t−ơng đối cao (10.590đ/con/ngày so với 10.870đ/con/ngày).
Ngoài ra một số tác giả khác cũng có những nghiên cứu cực kỳ quan trọng nh− Nguyễn Bá Mùi, (2002) [29] “Nghiên cứu phụ phẩm dứa ủ chua làm thức ăn cho gia súc”.
Tuy vậy, ở n−ớc ta cũng nh− nhiều n−ớc nhiệt đới có truyền thống trồng mía, còn có ít công trình nghiên cứu chế biến sử dụng ngọn lá mía làm thức ăn cho bò. Mặc dù ngọn lá mía có hàm l−ợng xơ khá cao (40 – 42% tính theo vật chất khô), nh−ng ngọn lá mía chứa một l−ợng đáng kể protein từ dẫn xuất không đạm. Rõ ràng đây là nguồn thức ăn tiềm tàng của vùng trồng mía cần đ−ợc quan tâm nghiên cứu.
2.5. Thành phần xơ thô của ngọn lá mía và ảnh h−ởng của nó tới quá trình tiêu hoá
2.5.1.Thành phần hoá học của ngọn lá mía
Ngọn lá mía là loại thức ăn thô, đặc tr−ng bởi hàm l−ợng xơ cao, nghèo về: chất hữu cơ tiêu hoá đ−ợc, các chất khoáng và vitamin. Nếu không đ−ợc xử lý, ngọn lá mía có giá trị dinh d−ỡng thấp. Sự hạn chế của ngọn lá mía là tỷ lệ tiêu hoá thấp và thậm chí khi bổ sung các chất dinh d−ỡng cần thiết, thì khả năng ăn vào của bò vẫn thấp không đáp ứng nổi nhu cầu duy trì. Tuy vậy, chúng th−ờng đ−ợc sử dụng nh− là nguồn chất độn và nguồn cung cấp xơ thô trong khẩu phần thức ăn tinh cao, Preston và Leng, (1991) [34].
Hàm l−ợng các chất dinh d−ỡng trong ngọn lá mía phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố sau:
- Giống cây trồng.
- Mức độ tr−ởng thành của thực vật và thời gian thu hoạch cây mía - Chế độ phân bón và độ phì của đất
- Thất thoát do thời tiết
- Đặc biệt hàm l−ợng của các chất dinh d−ỡng của ngọn lá mía phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật và ph−ơng tiện cắt chặt ngọn lá mía
Preston và Leng, (1991) [34] cho biết rằng tất cả các loại thức ăn xơ thô đều có 2 đặc tính chung là:
- Hàm l−ợng Nitơ thấp
- Chứa nhiều chất xơ khó hoà tan, vì thế phải tiêu hoá nó bằng lên men vi sinh vật.
Thành phần hoá học và giá trị dinh d−ỡng của ngọn lá mía tính theo vật chất khô nh− sau: - Vật chất khô 85,49% - Protein 8,17% - Mỡ 1,89 - Xơ 42,89 - Khoáng tổng số 7,9 - Ca 0,45 - P 0,21 - Dẫn xuất không đạm 39,15
2.5.2.Thành phần xơ thô của ngọn lá mía và ảnh h−ởng của nó tới quá trình tiêu hoá của bò
Chất xơ chủ yếu trong ngọn lá mía xelluloza, hemixelluloza và lignin. Giữa chúng có các mối liên kết hoá học tạo nên sự bền vững của màng tế bào thực vật. Ngoài ra trong thành phần xơ thô còn có silica khoảng 3,7% đã gây trở ngại cho quá trình tiêu hoá của vi sinh vật dạ cỏ. Chính vì thế mà tỷ lệ tiêu hoá ngọn lá mía thấp.
Nhiều tài liệu sinh hoá đã cho biết đặc điểm cấu trúc và tính chất của các thành phần trên,
- Xelluloza:
Xelluloza là poliose cấu trúc chủ yếu của tế bào thực vật. Trong rơm có khoảng 31%, ngọn lá mía khoảng 40%. Đối với những thân cây có sợi tiêu hoá hàm l−ợng xelluloza càng nhiều hơn. Phân tử xelluloza có mạch thẳng, đ−ợc tạo bởi (3 – D – glucose bằng liên kết β - 1,4 – glucozit. Số l−ợng các đơn vị cấu tạo có thể lên tới vài chục vạn, nên phân tử trong của xelluloza có thể lên tới hàng triệu. Theo nhiều tài liệu gần đây cho biết, gelluloza gồm nhiều chuỗi thẳng ghép với nhau thành bó dài nhờ mạch nối hydrogen tạo thành các Mixen bền vững, Lê Khắc Thận (1974) [37]. Xelluloza chỉ hoà tan trong dung dịch amoniac của hydroxit đồng (thuốc thử schweitzer) và trong dung dịch sunfoxianua canxi đậm đặc khi đun nóng. Trong dạ cỏ loài nhai lại, xelluloza đ−ợc phân giải nhờ tác dụng của men xellulaza do vi sinh vật sống cộng sinh ở dạ cỏ tiết ra xelluloza đ−ợc phân giải thành đ−ờng glucose hay lên men xellulobioza thành các axit béo bay hơi.
- Hemixelluloza:
Hemixelluloza là những heteropolisaccarit, cùng với xelluloza nó có ở màng tế bào thực vật. Hemixelluloza không hoà tan trong n−ớc, nh−ng hoà tan
trong các dung dịch kiềm và bị thuỷ phân dễ dàng hơn xelluloza. Khi bị thuỷ phân từ hemixelluloza sẽ tạo thành glucose, fructose, mantose, galactose, arabinose và xilose, Lê Doãn Diên, (1975) [14]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Lignin:
Lignin là chất vô định hình luôn đi kèm với xelluloza và hemixelluloza trong vỏ tế bào thực vật. Lignin thuộc nhóm các chất có nhân thơm mà cơ sở là nhân benzol. Theo Lê Doãn Diên, (1975) [14] thì lignin là một polimer chứa một số lớn nhân vòng. Một số nhà nghiên cứu cho rằng lignin đ−ợc tạo thành bằng cách kết hợp hai phân tử phenyl propan.
Lignin không hoà tan trong n−ớc trong dung môi hữu cơ bình th−ờng và trong axit đậm đặc. Lignin còn bền vững bởi các enzym của hệ vi sinh vật dạ cỏ. Chỉ d−ới tác dụng của kiềm bisunfit natri và axit sunfurơ, lignin một phần bị phân giải chuyển vào dung dịch. Trong thiên nhiên lignin không tồn tại độc lập mà nó th−ờng liên kết với xelluloza, hemixelluloza và các chất khác ở màng tế bào.
Xelluloza và hemixelluloza là những chất có thể tiêu hoá đ−ợc, nh−ng phần lớn chúng lại tham gia vào cấu tạo lớp trong của màng tế bào nên enzym của vi sinh vật không dễ dàng tác dụng đ−ợc. Lớp ngoài màng tế bào th−ờng đ−ợc tạo thành từ các phức chất ligno – hemixelluloza, mà các enzym vi sinh vật phân giải vô cùng chậm. Điều đó làm cản trở sự phân giải chất chứa tế bào, trong thức ăn xơ lignin còn liên kết với protein bằng các mạch nối hoá trị Laubuda và cộng sự, (1982). Các mối liên kết hoá học đó bền trong môi tr−ờng axit của dạ cỏ nên làm giảm thấp tỷ lệ tiêu hoá các chất dinh d−ỡng có trong thức ăn xơ thô Blaba (1981) lignin hoá là giai đoạn cuối cùng của sự phát triển ở tế bào thực vật. Do sự tích luỹ lignin làm cho thành tế bào bền vững và cứng. Sự lignin hoá có ý nghĩa to lớn trong việc làm bền vững các cơ quan chống đỡ thực vật, nh−ng nó lại gây khó khăn trong việc tiêu hoá xơ thô
ở dạ cỏ loài nhai lại, Laubuda và cộng sự (1982).
ở bò, sự tiêu hoá chất xơ phụ thuộc vào mức lignin hoá của thực vật, vào hàm l−ợng đ−ờng dễ tan, vào nồng độ protein trong khẩu phần và phụ thuộc vào sự có mặt của các chất có hoạt tính sinh học khác.
Nh−ng quan trọng hơn cả là mức độ lignin hoá của tế bào thực vật, nó có ảnh h−ởng xấu đến sự tiêu hoá xelluloza là bức ngăn lý học ngăn ngừa sự tác động của vi sinh vật dạ cỏ. Thực vật càng tr−ởng thành, hàm l−ợng lignin càng cao, làm cho mức độ tiêu hoá xelluloza càng giảm. Theo Chandra và cộng sự, 1971, thì sự tăng hàm l−ợng lignin cùng với sự tr−ởng thành của thực vật có thể làm giảm tỷ lệ tiêu hoá xelluloza xuống còn 30 – 50%.
Về tỷ lệ tiêu hoá của lignin trong ống tiêu hoá của bò cho đến nay vẫn ch−a có ý kiến thống nhất. Homb đã làm thí nghiệm nuôi cừu với khẩu phần ổn định, gồm có rơm và cỏ khô Medicago trong thời gian vài tháng. Các thức ăn tiêu thụ và phân thải ra đ−ợc xác định với mức độ chính xác cao, thức ăn định l−ợng lignin trong các mẫu. Qua thí nghiệm tác giả kết luận: lignin không đ−ợc tiêu hoá trong ống tiêu hoá của cừu. Gupta, B.N (1986) cho rằng tỷ lệ tiêu hoá lignin của loài nhai lại là không đáng kể. Nh−ng Pigden và Stone, (1952), lại thông báo rằng trong một số điều kiện lignin có thể đ−ợc tiêu hoá, sản phẩm tiêu hoá của nó là alhydrit thơm xuất hiện trong n−ớc tiểu. Song tỷ lệ tiêu hoá lignin không lớn và không có ý nghĩa thực tế. Vấn đề này các tác giả trên cũng cho thấy không có loại vi sinh vật dạ cỏ nào có thể làm lên men lignin.
Theo Kirilov và Krotkova (1979), thông báo rằng mức độ giảm tỷ lệ tiêu hoá xơ của gia súc nhai lại có thể thông qua dẫn liệu sau: Nếu cỏ khô chứa 10 – 15% lignin thì 12 – 18% polisaccarit tiềm tàng đã trở thành vô dụng đối với động vật vì vi sinh vật không tác dụng đ−ợc lên polisaccarit. Theo Lewis
(1961) - Trích Michal Kovac và cộng sự (1989) thì mức tiêu hoá vật chất khô ở loài nhai lại có thể biểu diễn bằng ph−ơng trình sau:
Y = 84,9 – 1,15.ì
Trong đó Y là tỷ lệ tiêu hoá vật chất khô X là % lignin.
Nh− vậy khi hàm l−ợng lignin tăng 1% thì tỷ lệ tiêu hoá vật chất khô giảm đi 1,5%.
2.5.3.Các ph−ơng pháp xử lý ngọn lá mía
Muốn nâng cao giá trị dinh d−ỡng và tỷ lệ tiêu hoá của các loại thức ăn xơ thô trong đó có ngọn lá mía, chúng tôi đã áp dụng ph−ơng pháp xử lý khác nhau nh−:
- Ph−ơng pháp xử lý vật lý. - Ph−ơng pháp xử lý hoá học - Ph−ơng pháp xử lý sinh học
2.5.3.1. Ph−ơng pháp xử lý vật lý
Thức ăn xơ thô là loại thức ăn có giá trị dinh d−ỡng thấp vì nghèo protein, hàm l−ợng xơ cao, một phần năng l−ợng tiềm ẩn trong xellulose và Hemixelluloza không đ−ợc vi sinh vật sử dụng bởi các mối liên kết chặt chẽ giữa các thành phần của màng tế bào Cowling và Kirk (1976) trích Sundstol, F và cộng sự (1978) đã đ−a ra đề nghị làm giảm kích th−ớc, cấu trúc của xelluloza và hemixelluloza bằng quá trình vật lý, có nhiều ph−ơng pháp tiến hành.
2.5.3.1.1. Nghiền nhỏ
Là ph−ơng pháp cơ giới để băm chặt, nghiền nhỏ ngọn lá mía để giảm kích th−ớc của thức ăn vì kích cỡ của thức ăn đóng vai trò quan trọng trong thức ăn
của bò. Ưu điểm của ph−ơng pháp này là gia súc đỡ tốn năng l−ợng và thời gian lúc nhai, tăng l−ợng thức ăn thu nhận và quan trọng hơn là kích cỡ của thức ăn thích hợp cho sự hoạt động vi sinh vật dạ cỏ, Sudstol, F và cộng sự (1978), thấy rằng sự tiêu hoá của men xelluloza phụ thuộc vào số l−ợng bề mặt của xelluloza và sự tiếp xúc xelluloza và men. Ng−ời ta cho rằng xử lý đến mức ảnh h−ởng tới cấu trúc polimer ở mức độ phân tử của chất xơ có thể làm tăng tỷ lệ tiêu hoá của carbohydrate, Stone cho rằng ph−ơng pháp này đ−ợc áp dụng chủ yếu đối với ngọn lá mía ở các trang trại. Ph−ơng pháp này nên kết hợp với ph−ơng pháp xử lý hoá học, Jackson (1977), hay kết hợp xử lý sinh vật học và hoá học Han và cộng sự (1976).
2.6.3.1.2. Xử lý nhiệt
Xử lý nhiệt với áp suất cao với thức ăn nhiều xơ, để làm tăng tỷ lệ tiêu hoá đã đ−ợc khẳng định và áp dụng khi giá năng l−ợng xử lý thấp và quy trình đơn giản. Cơ sở của ph−ơng pháp này là quá trình thuỷ phân thức ăn xơ bằng hơi n−ớc ở áp suất cao để phá vỡ các mối liên kết giữa các thành phần của xơ và gây nên sự tách chuỗi khác nhau từ đó làm tăng tỷ lệ tiêu hoá. Dùng hơi n−ớc ở áp suất 7 – 28 kg/cm2 và giữ trong thời gian 50 giây, F.Sundstol và E.owen (1986). Tuy nhiên Han và cộng sự (1978), lại có thể xử lý ở áp suất biến động từ 7 – 42,2 kg/cm2 và giữ ở thời gian khác nhau từ 10 – 600 giây phụ thuộc vào áp suất hơi n−ớc sử dụng. Rangnekar và cộng sự (1982), đã xử lý rơm, bã mía bằng hơi n−ớc áp suất 5 – 7 – 9 kg/cm2 và giữ trong thời gian 30 – 60 phút. Kết quả đạt đ−ợc cũng t−ơng tự nh− khi xử lý ở áp suất cao, thời gian ngắn.
Ph−ơng pháp này chủ yếu là sử dụng các nguồn nhiệt thừa ở các nhà máy nên thuận lợi, rẻ tiền, đặc biệt ở các nhà máy đ−ờng là nơi luôn luôn có hơi n−ớc nóng d− thừa và luôn có sẵn ngọn lá mía.
2.5.3.2. Ph−ơng pháp xử lý hoá học
Xử lý hoá học để cải thiện giá trị dinh d−ỡng của ngọn lá mía đ−ợc nghiên cứu từ cuối thế kỷ 19, Lehman (1895). Ngày nay đ−ợc ứng dụng rộng rãi trong việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, làm thức ăn cho bò ở mức độ công nghiệp và trang trại.
2.5.3.2.1. Xử lý bằng NaOH
Lehman (1985), là ng−ời đầu tiên dùng NaOH để xử lý thức ăn xơ thô ở áp