2.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
2.7.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Nguồn gốc của việc xác định tiềm năng lên men tiêu hoá thức ăn ở dạ cỏ bằng phương pháp ước tính lượng khí sinh ra từ môi trường ủ đã được nghiên cứu từ lâu.
Menken và Steingass (1988) đã cải tiến kỹ thuật này xa hơn bằng cách sử dụng các xylanh chuyên dụng bằng thuỷ tinh có định mức 100ml để tiến hành các thí nghiệm sinh khí in vitro đặt trong bể nước ấm trong suốt quá trình thí nghiệm. Blummel và Orskov (1993), sau đó đã cải tiến kỹ thuật không đặt xylanh trong bồn nước mà đặt trong tủ ấm.
Kỹ thuật sinh khí in vitro được Menke và công sự (1979), cải tiến từ
các nghiên cứu trước đó về khả năng sinh khí khi lên men tiêu hoá thức ăn nghiên cứu trong môi trường dạ cỏ nhân tạo khi đánh giá hoạt động của vi sinh vật dạ cỏ để ước tính tỷ lệ tiêu hoá và giá trị năng lượng của các thức ăn thường dùng cho gia súc nhai lại. Sau đó Menke và Steingass (1988), đã tiến hành những nghiên cứu sâu hơn và đưa ra quy trình tiến hành thí nghiệm sinh khí in vitro một cách đầy đủ hơn. Đồng thời từ các nghiên cứu này rút ra các phương trình để chẩn đoán tỷ lệ tiêu hoá và giá trị năng lượng của các loại thức ăn dựa vào kết quả sinh khí khi ủ các mẫu thức ăn thí nghiệm trong điều kiện in vitro và thành phần hoá học của chúng. Trong đó kết quả sinh khí ở thời điểm 24 giờ sau ủ, là một thông số quan trọng kết hợp với các giá trị protein thô, xơ thô, mỡ thô, khoáng tổng số của mẫu thức ăn phân tích để ước tính tỷ lệ tiêu hoá và giá trị năng lượng của các mẫu thức ăn thí nghiệm.
Từ những thí nghiệm cơ bản của Menke và Steingass (1988) đến nay đã có khá nhiều các nghiên cứu về kỹ thuật sinh khí in vitro để đánh giá giá trị dinh dưỡng của nhiều loại thức ăn khác nhau ở các vùng khác nhau. Các nghiên cứu về kỹ thuật tiến hành các thí nghiệm sinh khí in vitro cũng được nhiều tác giả tiến hành để làm cho phương pháp này ngày càng trở lên tối ưu hơn.
Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để xác định ảnh hưởng của tinh dầu đến tiêu hóa thức ăn của động vật nhai lại, chẳng hạn như các thuộc tính kháng khuẩn của tinh dầu ức chế một số vi khuẩn và nấm men để kiểm soát khí lên men, ABBH, chất thải chăn nuôi, mùi hôi và vi khuẩn gây bệnh của con người như Escherichia coli 0157: H7, Enterococcus faecalis và Salmonella sp. trong các thí nghiệm in vitro cũng như in vivo (Broudiscou và cộng sự, 2000; Wallace và cộng sự, 2002).
Ảnh hưởng của tinh dầu đến hệ vi sinh vật dạ cỏ đã được nghiên cứu nhiều năm trở lại đây, chủ yếu nghiên cứu về đặc tính làm giảm vị ngon của một số loại cây thức ăn (Oh và cộng sự, 1968). Bản thân tinh dầu có nhiều thành phần có tính kháng khuẩn cao, do vậy nhiều nghiên cứu nhằm mục đích
sử dụng chúng như nguồn thức ăn bổ sung để thay thế kháng sinh kích thích sinh trưởng ở các nước phát triển cũng đã được thực hiện.
Đối với vi khuẩn dạ cỏ, tinh dầu có khả năng ức chế những loại vi khuẩn sản sinh ammoniac trong dạ cỏ, kết quả là chúng làm giảm sự khử axit amin (Wallace, 2004; Patra và Saxena, 2009). McInotch và cộng sự (2003) báo cáo rằng tinh dầu có khả năng kìm hãm sự phát triển của một số loài vi khuẩn sinh ammoniac trong dạ cỏ như Clostridium sticklandii và Peptostreptococcus anaerobius nhưng Clostridium aminophilus thì ít nhạy cảm với tinh dầu. Tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của tinh dầu đến các loại vi khuẩn này có thể bị ảnh hưởng bởi chất lượng khẩu phần ăn của con vật. Số lượng vi khuẩn sản sinh amoniac có thể giảm đến 77% ở cừu nếu chúng được ăn khẩu phần nghèo protein và được bổ sung tinh dầu ở mức 100mg/ngày, nhưng sẽ không ảnh hưởng đến số lượng các loại vi khuẩn này nếu cừu được ăn khẩu phần giàu protein (Wallace, 2004). Tinh dầu có thể ức chế vi khuẩn phân giải tinh bột và protein nhưng không ảnh hưởng đến vi khuẩn phân giải xơ (Wallace và cộng sự, 2002). Đối với protozoa dạ cỏ Có nhiều báo cáo về ảnh hưởng của tinh dầu đến protozoa dạ cỏ. McInotch và cộng sự (2003) báo cáo rằng hoạt động tiêu diệt vi khuẩn của protozoa dạ cỏ bò sữa không bị ảnh hưởng khi bổ sung tinh dầu ở mức 1g/ngày.
Tác dụng chính của tinh dầu là ảnh hưởng trực tiếp lên hoạt động của hệ vi sinh vật dạ cỏ, đặc biệt là một số loài vi khuẩn từ đó làm giảm quá trình tiêu hóa tinh bột, protein và kìm hãm quá trình khử amino axit (Hart và cộng sự, 2008). Thứ nhất, tinh dầu cạnh tranh môi trường sống của vi khuẩn đặc biệt khi khẩu phần giàu tinh bột. Thứ hai, chúng tham gia vào quá trình kìm hãm hoạt động của nhiều loại vi khuẩn sản sinh ammoniac trong dạ cỏ, do đó các vi khuẩn ngừng khử amino axit.
Quá trình tiêu hóa thức ăn không bị ảnh hưởng khi bổ sung tinh dầu ở một vài báo cáo (Meyer và cộng sự, 2009; Santos và cộng sự, 2010). Yang và
cộng sự (2007) báo cáo rằng tỷ lệ tiêu hóa VCK trong dạ cỏ tăng 13% khi bổ sung tinh dầu ở mức 2g/ngày so với mức đối chứng ở khẩu phần 60% thức ăn tinh, 40% thức ăn thô ở bò HF. Bổ sung liều cao tinh dầu làm tăng tiêu hóa VCK cũng như tiêu hóa xơ trong dạ cỏ (Beauchemin và McGinn, 2006).
Ngoài ra tinh dầu còn ảnh hưởng đến các sản phẩm của quá trình tiêu hóa như lượng ABBH và CH4 sinh ra. Cụ thể, tổng ABBH thường không bị ảnh hưởng (Chaves và cộng sự, 2008; Patra và cộng sự, 2010) hoặc tăng (Machebouef và cộng sự, 2008; Kumar và cộng sự, 2009) đặc biệt khi bổ sung liều cao tinh dầu. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng hàm lượng ABBH tăng khi bổ sung tinh dầu quế ở mức 0,2g/kg VCK ăn vào (Chaves và cộng sự, 2008) và tinh dầu chiết xuất từ cây Kinh giới là 0,25g/kg VCK ăn vào (Wang và cộng sự, 2009). Khi bổ sung 0,75g/ngày cho bò sữa thì tổng lượng ABBH không bị ảnh hưởng khi chúng ăn khẩu phần chỉ có cỏ alfalfa và tăng khi chúng ăn khẩu phần có bổ sung thêm ngô ngoài cỏ (Benchaar và cộng sự, 2007). Tỷ lệ acetate và propionate tăng (Benchaar và cộng sự, 2007) hoặc không tăng ở một số nghiên cứu (Wang và cộng sự, 2009; Kumar và cộng sự, 2009). Sự ức chế quá trình sản sinh CH4 thường đi kèm với tăng tỷ lệ acetate và propionate. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng việc tăng tỷ lệ acetate và priopionate cùng với quá trình kìm hãm sản sinh CH4 bởi tinh dầu lại cản trở việc sử dụng năng lượng của vật chủ. Ngoài ra, ảnh hưởng của tinh dầu còn phụ thuộc vào pH dạ cỏ. Theo Caradoz và cộng sự (2005) một số tinh dầu nguyên chất có ảnh hưởng lớn đến tính chất của ABBH ở điều kiện pH dạ cỏ thấp.
Tương tự, tinh dầu làm thay đổi sản phẩm của quá trình lên men dạ cỏ, đặc biệt là làm thay đổi tỷ lệ acetate trên tổng lượng ABBH cũng như tỷ lệ acetate và propionate trong điều kiện pH dạ cỏ thấp (Spanghero và cộng sự, 2008).
Một số thành phần của tinh dầu có khả năng làm giảm lượng CH4 sản sinh trong dạ cỏ. Theo Evans và Martin (2000), khi bổ sung thymol, thành phần chính của dẫn xuất tinh dầu thymus từ cây Bách lý hương và Kinh giới
với lượng 0,4g/l dịch dạ cỏ có ảnh hưởng lớn lượng CH4 sản sinh trong điều kiện in vitro, tuy nhiên nồng độ acetate và propionate lại tăng. Một nghiên cứu khác lại chỉ ra rằng, tinh dầu từ cây Kinh giới và thành phần chính của nó, thymol có thể giảm lượng CH4 sinh ra tới 99% khi bổ sung với nồng độ 6mM (Macheboeuf và cộng sự, 2008).
Có nhiều nghiên cứu in vitro chỉ ra khả năng ức chế sản sinh CH4 trong dạ cỏ của tinh dầu hỗn hợp và chiết xuất dẫn xuất từ cây nhiều loại cây hương liệu và cây trồng. Tinh dầu từ quả cây Bách xù (tròn) và dầu Quế (Chaves và cộng sự, 2008), dầu Bạc hà (Tatsouka và cộng sự, 2008; Agarwal và cộng sự, 2009) chỉ ra khả năng ức chế mạnh mẽ CH4. Thành phần hoạt động chính của dầu Quế như cinnamaldehyde làm giảm lượng methane đến 94% ở nồng độ 5mM (Macheboeuf và cộng sự, 2008). Dầu Bạc hà được biết đến có chứa methol và methyl acetate có khả năng kháng khuẩn (Mckay và Blumberg, 2006). Methanol và ethanol chiết xuất từ hạt cây Thì là và chồi của câyĐinh hương cũng kìm hãm sản sinh methane trong điều kiện in vitro (Patra và cộng sự, 2010). Tinh dầu Bạch đàn ức chế sản sinh CH4 đến 58% khi bổ sung 1,66ml/l (Kumar và cộng sự, 2009) và 90,3% khi bổ sung 2ml/l (Salam và cộng sự, 2009), 70% khi bổ sung 0,33g cyclodextrin, thành phần tinh dầu chiết xuất từ Bạch đàn (Tatsouka và cộng sự, 2009). Những thành phần như cineole, terpinenol, α-pinene, p-cymene, aromadendrene và phellandrene trong tinh dầu Bạch đàn được chứng minh có tác dụng giảm thiểu CH4 (Bhatti và cộng sự, 2007). Thành phần p-cymene của dầu Bạch đàn làm giảm sản sinh methane đến 29% khi bổ sung ở nồng độ 2mg/l (Chaves và cộng sự, 2008), tuy nhiên α-cyclodextrin cineole lại không ảnh hưởng đến lượng methane sản sinh khi bổ sung ở nồng độ dưới 0,33g/l (Tatsouka và cộng sự, 2008). Nghiên cứu in vivo của Wang và cộng sự (2009) chỉ ra rằng, khi bổ sung tinh dầu hỗn hợp chiết xuất từ cây Kinh giới ở mức 0,25g/ngày vào khẩu phần ăn cho cừu trong 15 ngày sẽ làm giảm thấp lượng methane sinh ra. Ảnh
hưởng ức chế sản sinh methane của tinh dầu phụ thuộc vào từng loại tinh dầu.
Macheboeuf và cộng sự (2008) đã nghiên cứu chi tiết về ảnh hưởng khác nhau của tinh dầu đến hàm lượng CH4 và ABBH sản sinh. Khi bổ sung tinh dầu hỗn hợp chiết xuất từ cây Thì là (32% limonene) cho kết quả tỷ lệ thuận với sự giảm CH4 sản sinh. Theo Soltan và cộng sự (2009) khi bổ sung tinh dầu ở mức 16, 32 và 48mg/l nước uống cho bò sữa sẽ làm tăng trọng lượng cơ thể, giảm đơn vị thức ăn để tạo ra 1 lít sữa, và tỷ lệ này giảm 7,4; 3,8 và 4,4%
so với khi không bổ sung. Bổ sung tinh dầu hỗn hợp không có ảnh hưởng đến pH dạ cỏ và tăng ABBH tổng số lần lượt 2,5; 2,9 và 0,7% so với mức đối chứng không bổ sung tinh dầu. Tuy nhiên bổ sung tinh dầu hỗn hợp (16 hoặc 32 mg/l nước uống) làm giảm tỷ lệ acetate trong khi làm tăng tỷ lệ propionate so với mức đối chứng và mức bổ sung cao (48mg/l nước uống) đến bò. Mặt khác tinh dầu hỗn hợp bổ sung không ảnh hưởng đến tổng số vi khuẩn cũng như số lượng vi khuẩn phân giải xơ. Tuy nhiên số lượng protozoa giảm khi bổ sung tinh dầu. Khi bổ sung tinh dầu hỗn hợp, tiêu hóa VCK,CHC và protein thô tốt hơn (P<0,05) so với mức đối chứng.