CHƯƠNG 8: VI SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG CHĂN NUÔI THÚ Y
1. Công nghệ vi sinh trong sản xuất các phế phẩm sinh học phục vụ chăn nuôi 1 Công nghệ sản xuất sinh khối nấm men
1.4 Công nghệ sản xuất axit amin - Ứng dung axit amin trong chăn
nuôi:
Thiếu hụt bất kỳ một trong các loại AA không thay thế nói trên trong khẩu phần đều gây nên ảnh hưởng xấu đến năng suất sinh trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn của gia cầm. Loại AA mà trong thức ăn hỗn hợp thiếu hụt nhiều nhất so với nhu cầu được gọi là AA giới hạn thứ nhất; còn AA tiếp theo, ít thiếu hơn được gọi là AA giới hạn thứ hai, v.v...(Howard, 1960). Để khăc
phục sự thiếu hụt của các AA trong khẩu phần, trước hết phải bổ sung AA giới hạn
thứ nhất cho đến mức nhu cầu, sau đó bổ sung các AA giới hạn thứ 2, thứ 3, v.v...
Trong trường hợp thứ tự giới hạn của các AA trong khẩu phần được xác định đúng thì sẽ cải thiện được năng suất sinh trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn. Nếu chưa giải quyết sự thiếu hụt AA giới hạn thứ nhất mà đã bổ sung AA giới hạn bất kỳ nào khác (thứ 2, thứ 3, v.v...) vào khẩu phần, thì thay vì đạt hiệu quả tốt, sẽ là sự kìm hãm kết quả. Khi giải quyết lần lượt sự thiếu hụt của các AA giới hạn thì hiệu quả của việc bổ sung này sẽ tốt hơn nhiều so với không bổ sung hoặc bổ sung không đúng thứ tự. Thứ tự về mức độ giới hạn của các AA trong khẩu phần phụ thuộc vào nhu cầu của từng đối tượng gia cầm về các AA này và hàm lượng của chúng trong thành phần nguyên liệu xây dựng nên khẩu phần. Ví dụ: đối với gà con, khẩu phần mà trong đó bột cá là nguồn protein chính thì trình tự giới hạn của các AA là:
Tryptophan, Methionine, Phenylalanine, v.v...; còn trong khẩu phần ngô - đậu tương thì Methionine lại là AA giới hạn thứ nhất.
2.Công nghệ vi sinh trong bảo quản thức ăn súc 2.1 Nguyên tắc bảo quản thức ăn gia súc
Phương pháp phổ biến để bảo quản cây vụ (và một số sản phẩm phụ) cho chăn nuôi gia súc là phơi héo và ủ si lô. Việc bảo quản không nhằm nâng cao giá trị dinh dưỡng trong thức ăn mà nhằm giữ lại những gì có sẵn trong cây vụ vào lúc thu hoạch. Cỏ khô được coi là loại hoa màu đã đựợc phơi còn khoảng 15% độ ẩm hay còn gọi là cân bằng về độ ẩm. Trong điều kiện đó quá trình sinh học như nấm mốc hoặc lên men sẽ không xảy ra. ủ si lô có nghĩa là giữ thức ăn tươi hoặc các sản phẩm phụ trong một hệ thống không cần ô xy và việc bảo quản được thực hiện bằng quá trình lên men a xít đường. ưu điểm của việc ủ si lô là nó cho phép bảo quản một khối luợng lớn thức ăn, ít phụ thuộc vào thời tiết, ít hư hao, công việc được thực hiện bằng chủ yếu bằng máy móc ít nhân công. Nhược điểm của việc ủ si lô là ở chỗ nó đòi hỏi đầu tư thiết bị đắt tiền, phải có kho chứa thức ăn và phải có người giám sát chặt chẽ trong suốt quá trình vận hành.
Quá trình ủ si lô là sự đồng nhất ở tất cả các khâu từ sau khi thu hoạch cho đến khi cho gia súc ăn. Bao gồm các bước cơ bản dưới đây:
a/ Nguyên liệu thô
Thành phần hoá học và vi sinh học của cây ảnh hưởng đến chất luợng của quá trình ủ. Hàm lượng ẩm, lượng cácbon trong nước (WSC), hàm lượng protein, khả năng làm chất đệm (BC) và yếu tố vi sinh vật là những nhân tố quan trọng. BC được xác định là hàm lượng kiềm cần có để làm thay đổi độ pH của 1 kg DM từ 4 lên 6. Các cây họ đậu cũng có lượng BC cao (600) so với cỏ (265) và có hàm lượng WSC ít hơn. Hầu hết lượng BC là do anions tạo ra (80-90%), phần còn lại là do protein. Trước khi thu hoạch, cây vụ thường có rất nhiều vi khuẩn, chủng loại và số lượng vi khuẩn khác nhau đối với từng loại cây vụ và thay đổi theo môi trường. Trong quá trình cắt đoạn thức ăn, số lượng vi khuẩn acid lactic (LAB)
thường tăng lên. Theo các thông số nói trên thì ngô nếu được thu hoạch ở thời điểm thích hợp sẽ là loại cây lý tưởng cho việc ủ si lô với hàm DM từ 30-40%, ít BC, lượng WSC cao và lượng protein thấp.
b/ Thu hoạch
Thời gian thu hoạch có tính chất quyết định đối với giá trị dinh dưỡng, hàm lượng DM, và quá trình lên men. Chiều dài thân cây cũng là nhân tố quan trọng (giúp cho bò dễ tiêu hoá và tránh bị bẩn do đất bám vào). Sau khi thu hoạch, quá trình enzym bắt đầu: hấp thụ kỵ khí và sinh nhiệt. Việc hấp thụ kỵ khí cao gắn liền với hàm DM thấp, nhiệt độ cao và dẫn đến việc mất dinh dưỡng. Đồng thời quá trình phân giải protein diễn ra. Mức độ phân giải khác nhau tuỳ thuộc vào hàm DM, tốc độ PH và loại thức ăn.
c/ Phơi héo
Sau khi phơi héo, cần phải đạt được 30% DM và phải hạn chế tới mức thấp nhất vịêc hấp thụ và tiêu hao WSC (tới 0.3%/giờ ở nhiệt độ cao và hàm lượng DM thấp). Nếu dưới 30% DM thì sẽ sinh ra chất phế thừa và làm mất OM (như đường, khoáng chất, protein và NPN) và các vấn đề về sinh thái (BOD cao hơn 100 lần so với rác thải gia đình). Trong khi phơi héo có đến 50% lượng protein bị mất do có sự phân giải protein)
d/ Cắt thành đoạn
Chiều dài của đoạn cắt ảnh hưởng đến việc đóng gói bởi vì đoạn càng ngắn thì đóng gói càng dễ. Chiều dài của đoạn cắt không những phụ thuộc vào loại thức ăn, hàm lượng DM, vị trí nơi cấy trồng, tốc độ thu hoạch mà còn phụ thuộc vào chế độ cho ăn và lượng thức ăn.
e/ Làm giàu dinh dưỡng
Trong khi cắt thành đoạn có thể bố sung thêm chất phụ gia như hoá chất hay thuốc phòng dịch.
f/ Vận chuyển và chất vào thùng chứa
Bởi vì nguyên liệu khi đưa vào là ở dạng ướt và cồng kềnh (tuỳ thuộc vào chiều dài đoạn cắt) cho nên chi phí cho 1 kg DM là cao, đôi khi chiếm 15% tổng chi phí.
Việc đưa vào thùng chứa phải thực hiện càng nhanh càng tốt để hạn chế tối đa quá trình hiếu khí. Vì vậy các công đoạn như thu hoạch, cắt đoạn, vận chuyển, đưa vào thùng chứa và đóng gói phải phối hợp chặt chẽ với nhau. Trong quá trình đó có thể bổ sung thêm chất phụ gia cứng. KHÔNG CHO PHéP sử dụng chất phụ gia thay cho vịệc quản lý quá trình ủ si lô. Chỉ được dùng chất phụ gia khi chất phụ gia đó giúp cho việc giảm bớt hao hư DM, nâng cao chất lượng ủ, cải thiện chế độ ăn cho gia súc và tăng thu nhập.
g/ Đóng gói
Trong hầm ủ thức ăn, không khí giữa các phân tử thức ăn được loại ra ngoài bằng bánh đẩy. Khoảng cách lý tuởng giữa các lớp thức ăn là 30-50 cm, vì vậy việc
đóng gói phải được thực hiện liên tục trong quá trình nạp thức ăn. Khi thức ăn được chuyển vào trong hầm ủ thì quá trình lên men hiếu khí bắt đầu, chủ yếu là hấp thụ và phân giải protein bằng máy tạo enzyme, hiếu khí và các vi sinh vật ngẫu nhiên (như MO, nấm, men và vi khuẩn). Bởi vì đường là tiền chất chính trong vi khuẩn LAB trong quá trình hiếu khí, việc mất đường trong công đoạn này là quan trọng và cần phải hạn chế tới mức tối đa. Nhiệt quá cao cũng có thể gây hại cho các chất protein có sẵn (Millard). Lên men kỵ khí và tăng tế bào LAB bắt đầu sau khi nồng độ oxy thấp do quá trình hấp thu và/hoặc tiếp xúc với không khí bên ngoài. MO hiếu khí là LAB (phân tử tốt nhất), men vi khuẩn, men và chủng men.
Ngoài acid lactic, việc lên men dị thể LAB cũng tạo ra ethanol và acid acetic, trong khi lên men đồng thể LAB (số lượng như mong muốn) chỉ tạo ra acid lactic (acid mạnh như mong muốn) ít hư hao DM và năng lượng, độ pH thấp và giảm khả năng phân giải protein, tăng tế bào men vi khuẩn và chủng men. Chủng men hoạt động mạnh trong môi trường có độ ẩm cao và tốc độ acid hoá trong khi ủ thấp. Cả hai nhóm này ảnh hưởng xấu đến chất lượng ủ.
h/ Đóng kín
Cả hai đầu hồi tường xi măng và lớp trên cùng là các vị trí quan trọng. Tường phải được bảo vệ chống acid bằng một lớp nhựa đường. Trên bề mặt được phủ bằng lớp polyethylene màu đen dày 0.15 - 0.39mm gài vào hai đầu và được níu chặt với phía trên cùng bằng lớp nhựa với kim loại nặng để giữ cho không khí không lọt vào. Sau khi đậy chặt, hàm LAB tăng, luơng pH giảm, nguyên liệu ủ si lô đã ổn định. Nếu được đóng gói và đậy cẩn thận và hạn chế không để ô xy lọt vào thì sẽ ít có sự thay đổi về sinh học và hư hao do khả năng lên men thứ cấp thấp.
k/ Lấy thức ăn ra
Tỷ lệ hư hao trong khi lấy thức ăn ra khỏi si lô lên tới 20% DM. Vì vậy cần phải hạn chế việc rút tấm polyethylene và tránh không để hầm ủ bị rung lắc sao cho ô xy không lọt được vào và ngăn cản sự lên men kỵ khí như men, nấm mốc và vi khuẩn. Ngoài việc làm mất chất dinh dưỡng, các chất độc do vi khuẩn tiết ra do nấm mốc có thể ảnh hưởng đến sức khoẻ của gia súc và việc sinh ra nhiệt có thể làm mất protein. Việc tăng cường các yếu tố tiêu cực này phụ thuộc rất nhiều vào các vi sinh vật kỵ khí trong hầm ủ; tăng cường tiếp xúc với ô xy trước và trong khi ăn; các chất làm ổn định quá trình ủ như độ pH, acid lactic, VFA, hàm lượng đường thải ra), nhiệt độ xung quanh (phù hợp với tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật).
2.2. Bảo quản thức ăn bằng phương pháp chiếu xạ
Thực phẩm được bảo quản bằng phương pháp chiếu xạ là thực phẩm đã
được chiếu xạ bằng các nguồn có hoạt tính phóng xạ để bảo quản và ngăn ngừa sự biến chất của thực phẩm.
Chiếu xạ thực phẩm có tác dụng gì?
Chiếu xạ là phương pháp mới có tính năng kỹ thuật cao, có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp khử trùng cổ điển bằng nhiệt hoặc hoá chất, được ứng dụng ngày càng phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm và dụng cụ y tế. Hiện nay, ở nước ta có Trung tâm chiếu xạ - Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (ở phía Bắc) và Trung tâm Nghiên cứu và triển khai công nghệ bức xạ (ở phía Nam) thực hiện việc chiếu xạ thực phẩm. Tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ bức xạ mỗi năm có khoảng 5.000 tấn thực phẩm và 2.000 mét khối dụng cụ y tế các loại đã được đưa vào để chiếu phóng xạ với liều lượng cho phép để diệt khuẩn. Thực chất phương pháp khử trùng bằng tia gama là chiếu tia phóng xạ với lưu lượng cho phép để diệt khuẩn. Đối với các lô hàng thực phẩm xuất khẩu, kỹ thuật đông lạnh chỉ mới kìm hãm được sự sinh trưởng các vi sinh vật nhiễm trong thực phẩm, tuy nhiên nếu đưa vào chiếu xạ các vi sinh vật sẽ bất hoạt. Việc chiếu xạ rất đơn giản, không cần tháo bỏ bao gói, việc chiếu xạ không độc, không làm tan băng đối với thực phẩm đông lạnh và không làm giảm giá trị dinh dưỡng.
Hiện nay trên thế giới, 37 quốc gia đã có luật cho phép chiếu xạ thực phẩm và có hơn 30 nhà máy chiếu xạ thực phẩm đã được xây dựng. ở Mỹ cho đến nay Cục quản lý thực phẩm và thuốc của Mỹ đã cấp phép cho các loại thực phẩm: Lúa mì, bột mì, khoai tây, thịt lợn, hoa quả, rau, gia vị, gia cầm, thức ăn gia súc, thịt đỏ, trứng, sò. Đối với thực phẩm đã chế biến và hải sản đang được xem xét để cấp phép.
Trong hoàn cảnh hiện nay, để phát triển sản xuất, kinh doanh, xuất nhập khẩu sản phẩm thực phẩm chiếu xạ, đảm bảo sức khoẻ người tiêu dùng, đảm bảo uy tín cho nhà sản xuất và để có căn cứ pháp lý cho việc kiểm tra và quản lý sản phẩm thực phẩm chiếu xạ, mặt khác, để đảm bảo lợi ích cho doanh nghiệp, tránh tình trạng độc quyền trong các ngành nghề kinh doanh mà Nhà nước không cấm, đồng thời tranh thủ kỹ thuật, công nghệ hiện đại của thế giới đi đôi với lợi ích của quốc gia, cần xây dựng và áp dụng các tiêu chuẩn liên quan đến thực phẩm chiếu xạ, trên cơ sở chấp nhận các tiêu chuẩn tương ứng của Tổ chức Quốc tế về Tiêu chuẩn Thực phẩm (CODEX).
Những loại thực phẩm nào được phép bảo quản bằng phương pháp chiếu xạ?
Pháp lệnh Vệ sinh an toàn Thực phẩm đã qui định Bộ Y tế ban hành Danh mục thực phẩm được bảo quản bằng phương pháp chiếu xạ.
Hội đồng chuyên gia của FAO/IAEA/WHO đã đưa ra một số ví dụ về các
điều kiện công nghệ đối với việc chiếu xạ một số loại thực phẩm như sau:
- Thịt gà: Được chiếu xạ nhằm kéo dài thời gian bảo quản và giảm số lượng các vi sinh vật gây bệnh như salmonella từ thịt gà đã moi bỏ ruột với liều chiếu xạ trung bình đến 7 kg.
- Cá và sản phẩm cá: Để hạn chế nhiễm côn trùng của cá khô trong quá trình bảo quản với liều chiếu xạ trung bình đến 1 kGy, để giảm vi sinh vật tạp nhiễm và vi sinh vật gây bệnh trong cá và các sản phẩm cá bao gói sẵn hoặc chưa bao gói sẵn với liều chiếu xạ trung bình đến 2,2 kGy.
- Hạt ca cao: Để hạn chế nhiễm côn trùng trong quá trình bảo quản với liều chiếu xạ trung bình đến 1 kGy và giảm vi sinh vật trên các hạt đã lên men có xử lý nhiệt hoặc không xử lý nhiệt với liều chiếu xạ trung bình đến 5 kGy.
- Quả xoài, đu đủ: Để hạn chế nhiễm côn trùng, tăng chất lượng bảo quản do làm chậm quá trình chín của quả, giảm vi sinh vật trên quả bằng kết hợp chiếu xạ và xử lý nhiệt với liều chiếu xạ trung bình đến 1 kGy.
- Khoai tây: để ức chế sự mọc mầm trong quá trình bảo quản với liều chiếu xạ trung bình đến 0,5 kGy.
- Gạo: để hạn chế nhiễm côn trùng trong quá trình bảo quản với liều chiếu xạ trung bình đến 1 kGy
- Gia vị, hành củ khô, tỏi khô: để hạn chế nhiễm côn trùng với liều chiếu xạ trung bình đến 1 kGy, giảm vi sinh vật tạp nhiễu và vi sinh vật gây bệnh với liều chiếu xạ trung bình đến 10 kGy.
Thiết bị chiếu xạ thực phẩm được vận hành như thế nào?
Thiết bị chiếu xạ hiện dùng để chiếu xạ thực phẩm thường sử dụng nguồn đồng vị phóng xạ (60Co hoặc 137Cs) hoặc tia X và các electron được phát ra từ máy phát. Thiết bị chiếu xạ có thể là loại vận hành theo chế độ “xử lý liên tục” hoặc loại “xử lý theo mẻ”. Việc kiểm soát quá trình chiếu xạ thực phẩm tại tất cả các loại thiết bị gắn liền với việc sử dụng các phương pháp được chấp nhận để đo liều xạ hấp thụ và các phương pháp dùng để giám sát các thông số vật lý của quá trình này. Việc vận hành các thiết bị chiếu xạ thực phẩm phải tuân theo các khuyến nghị của CODEX về vệ sinh thực phẩm.
Các đồng vị phóng xạ được sử dụng để chiếu xạ thực phẩm phát ra các photon có năng lượng đặc trưng. Chất đồng vị được sử dụng làm nguồn phóng xạ hoàn toàn quyết định khả năng đâm xuyên của bức xạ phát ra.
Hoạt động của nguồn được đo bằng đơn vị becquerel (Bq) và phải được nhà cung cấp nguồn công bố. Hoạt động của nguồn phải được ghi đầy đủ và lưu giữ lại, có tính đến sự tự nhân ra của nguồn kèm theo ngày đo và tính kết quả. Các nguồn phóng xạ thường xuyên được bảo quản ở khu vực riêng biệt, được che chắn, bảo vệ an toàn và có tín hiệu báo chính xác vị trí hoạt động và bảo quản an toàn nguồn phóng xạ và được nối liên động với hệ
thống vận chuyển sản phẩm. Nguồn bức xạ được sử dụng có thể là chùm electron hoặc chùm tia X được phát ra từ các máy phát thích hợp. Khả năng xuyên sâu của bức xạ được quy định bởi năng lượng của electron. Năng lượng trung bỡnh chựm tia được ghi lại đầy đủ, cú chỉ dẫn rừ ràng về việc thiết lập chính xác các thông số của máy. Các thông số này nối liền với nguồn và hệ thống vận chuyển sản phẩm. Tốc độ dịch chuyển của sản phẩm, độ rộng chiếu tia, tốc độ quét và tần số xung của chùm tia được điều chỉnh đảm bảo đồng đều liều xạ trên toàn bộ bề mặt sản phẩm. Trước khi chiếu xạ thực phẩm thường tiến hành một số phép đo lường để kiểm chứng quy trình chiếu xạ sao cho đáp ứng yêu cầu. Hàng ngày, việc đo liều được thực hiện trong suốt quá trình vận hành chiếu xạ và được lưu lại.
Mọi quốc gia đều có những yêu cầu khác nhau về thực phẩm chiếu xạ. Khi xuất khẩu thực phẩm sang các nước, cần tìm hiểu tiêu chuẩn thực phẩm và quy định kỹ thuật của các nước nhập khẩu đối với thực phẩm chiếu xạ, cần phải biết rừ những loại thực phẩm cú được phộp sử dụng cụng nghệ chiếu xạ để bảo quản thực phẩm và liều chiếu xạ trung bình đối với mỗi loại thực phẩm là bao nhiêu.
3. Vi sinh vật trong chế biến thức ăn gia súc