(LUẬN văn THẠC sĩ) ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến đặc điểm sinh khí của một số loại thức ăn thô dùng cho bò

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

BÙI THỊ THU HIỀN

ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC BỔ SUNG

CHẾ PHẨM SINH HỌC ĐẾN ĐẶC ĐIỂM SINH KHÍ

CỦA MỘT SỐ LOẠI THỨC ĂN THƠ DÙNG CHO BỊ
Ngành:
Mã số:
Người hướng dẫn khoa học:

Chăn ni
60.62.01.05
TS. Phạm Kim Cương
PGS. TS. Bùi Quang Tuấn

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016

download by :


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả thu được là do bản thân trực tiếp theo
dõi, thu thập với một thái độ hoàn toàn khách quan trung thực. Các tài liệu đã trích dẫn
của các tác giả đều được liệt kê đầy đủ, không sao chép bất cứ tài liệu nào mà khơng có
trích dẫn.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Bùi Thị Thu Hiền

i

download by :

năm 2016


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn nghiên cứu này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và hướng
dẫn tận tình của các thầy cơ giáo khoa Chăn Ni, Học viện Nông nghiệp Việt Nam
cũng như các đồng nghiệp và người thân.
Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới TS. Phạm Kim Cương, bộ môn Dinh
dưỡng và thức ăn chăn nuôi, Viện chăn nuôi; PGS.TS Bùi Quang Tuấn trưởng bộ môn
dinh dưỡng thức ăn, khoa Chăn Nuôi, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam, đã luôn tạo
điều kiện giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện luận văn.

Bên cạnh đó, tơi cũng gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc tới các bạn bè, đồng
nghiệp, các thầy cô giáo đang công tác tại khoa Chăn nuôi – Học viện Nông Nghiệp Việt
Nam, Trung tâm Bảo tồn vật nuôi - Viện Chăn nuôi đã ln tạo mọi điều kiện thuận lợi,
sẵn lịng giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này.
Cuối cùng cho phép tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới những người thân trong
gia đình, những người đã mang lại cho tôi sự tự tin ngày hôm nay.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Bùi Thị Thu Hiền

ii

download by :

năm 2016


MỤC LỤC
Lời cam đoan ..................................................................................................................... i
Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii

Mục lục ........................................................................................................................... iii
Danh mục chữ viết tắt ....................................................................................................... v

Danh mục bảng ................................................................................................................ vi
Danh mục hình ................................................................................................................ vii

Trích yếu luận văn ......................................................................................................... viii
Thesis abstract................................................................................................................... x
Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1
1.1

1.2.

Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1

Mục tiêu của đề tài.............................................................................................. 2

Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 3
2.1.

Đặc điểm của nguồn nguyên liệu thức ăn giàu xơ cho gia súc nhai lại .............. 3

2.1.2.

Hemicellulose ..................................................................................................... 5

2.1.1.
2.1.3.
2.1.4.
2.2.

2.2.1.
2.2.2.
2.3.

2.3.1.
2.3.2.
2.5.

2.5.1.
2.5.2.

Cellulose ............................................................................................................. 5

Lignin.................................................................................................................. 7

Đặc điểm của bông sợi. .................................................................................... 10

Tiêu hóa xơ của gia súc nhai lại ....................................................................... 11
Sơ lược chức năng cơ quan tiêu hóa gia súc nhai lại ........................................ 11

Q trình tiêu hóa thành tế bào thực vật của vi sinh vật dạ cỏ ......................... 12

Các chế phẩm sinh học dùng cho gia súc nhai lại ............................................ 15

Chế phẩm enzyme ............................................................................................ 15
Chế phẩm sinh học bổ sung trực tiếp cho vi khuẩn .......................................... 16

Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước ............................................ 18
Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................... 18

Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................................... 19

Phần 3. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu ....................................... 21
3.1.

Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 21

3.1.2.

Thức ăn thô ....................................................................................................... 21

3.1.1.

Chế phẩm sinh học ........................................................................................... 21

iii

download by :


3.1.3.

Gia súc thí nghiệm ............................................................................................ 21

3.3.

Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 21

3.2.
3.4.

3.4.1.
3.4.2.
3.5.

Địa điểm và thời gian nghiên cứu ..................................................................... 21
Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 22

Phân tích thành phần hóa học ........................................................................... 22
Thí nghiệm in vitro gas production .................................................................. 22

Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................ 27

Phần 4. Kết quả thảo luận ............................................................................................ 28
4.1.

Thành phần hóa học của các loại thức ăn thí nghiệm ....................................... 28

4.2.1.

Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của bông ..................................... 29

4.2.

4.2.2.
4.3.

4.3.1.
4.3.2.
4.4.

4.4.1.
4.4.2.
4.5.

4.5.1.
4.5.2.
4.6.

4.6.1.
4.6.2.

Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của bơng ................................................ 29

Động thái sinh khí khi lên men in vitro bơng ................................................... 33

Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của rơm .................................................. 36
Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của rơm ....................................... 36

Động thái sinh khí in vitro của rơm .................................................................. 39
Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của cỏ khơ pangola ................................ 40
Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của cỏ khơ Pangola ..................... 40

Động thái sinh khí in vitro của cỏ khơ Pangola ................................................ 42
Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của cỏ voi .............................................. 43
Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của cỏ voi .................................... 43

Động thái sinh khí in vitro của cỏ voi .............................................................. 45

Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của thân cây ngơ .................................... 46
Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của thân cây ngơ ......................... 46
Động thái sinh khí in vitro của thân cây ngô .................................................... 48

Phần 5. Kết luận và kiến nghị ...................................................................................... 50
5.1.
5.2.

Kết luận............................................................................................................. 50

Kiến nghị .......................................................................................................... 50

Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 50

iv

download by :

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

Cs

Cộng sự

NDF

Xơ khơng tan trong mơi trường trung tính

ADF
Bs

VCK

Xơ khơng tan trong môi trường axit

Bổ sung

Vật chất khô

v

download by :

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1.
Bảng 2.2.
Bảng 4.1.
Bảng 4.2.
Bảng 4.3.

Các vi sinh vật dạ cỏ và hoạt tính enzyme của chúng liên quan tới
phân giải thành tế bào thực vật trong dạ cỏ .............................................. 13
Các hoạt tính enzyme chủ yếu cần thiết cho quá trình thủy phân các
polymer thành tế bào thực vật hiện diện trong dạ cỏ .................................. 15

Thành phần hóa học của các loại thức ăn thí nghiệm ................................. 28

Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm A đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro bơng ................................................................................. 30
Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm C đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro bơng ................................................................................. 32

Bảng 4.4a. Động thái sinh khí của bơng gịn khi bổ sung chế phẩm A ........................ 34

Bảng 4.4b. Động thái sinh khí của bơng gịn khi bổ sung chế phẩm C ........................ 35
Bảng 4.5.
Bảng 4.6.
Bảng 4.7.
Bảng 4.8
Bảng 4.9.

Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên
men in vitro rơm ........................................................................................ 37

Động thái sinh khí của rơm khi bổ sung chế phẩm ở các mức
khác nhau .................................................................................................... 39
Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên
men in vitro cỏ khơ Pangola ...................................................................... 41

Động thái sinh khí của cỏ khơ khi bổ sung chế phẩm ở các mức
khác nhau.................................................................................................................... 42
Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên
men in vitro cỏ voi .................................................................................... 44

Bảng 4.10. Động thái sinh khí của cỏ voi khi bổ sung chế phẩm ở các mức
khác nhau................................................................................................................... 45
Bảng 4.11. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên
men in vitro thân cây ngô ......................................................................... 47

Bảng 4.12. Động thái sinh khí của thân cây ngơ khi bổ sung chế phẩm ở
các mức khác nhau ................................................................................... 48

vi

download by :


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Cấu trúc thành tế bào thực vật ....................................................................... 3
Hình 2.2. Thành phần chủ yếu của lignocellulose ......................................................... 4

Hình 2.3. Cơng thức hóa học của cellulose.................................................................... 5
Hình 2.4. O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng ..................................... 7

Hình 2.5. Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm ...................................... 7
Hình 2.6. Các đơn vị cơ bản của lignin.......................................................................... 8

Hình 2.7. Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính ............................... 9
Hình 2.8. Hình thái cây bơng sợi ................................................................................. 10

Hình 4.1. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm A đến lượng khí sinh ra
khi lên men in vitro bơng ............................................................................. 31
Hình 4.2. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm C đến lượng khí sinh ra
khi lên men in vitro bơng ............................................................................. 33
Hình 4.3. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro rơm..................................................................................... 38

Hình 4.4. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro cỏ khơ Pangola .................................................................. 43
Hình 4.5. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro cỏ voi ................................................................................. 44
Hình 4.6. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro thân cây ngô ....................................................................... 47

vii

download by :


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Bùi Thị Thu Hiền

Tên Luận văn: “Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến đặc điểm

sinh khí của một số loại thức ăn thơ dùng cho bị”.
Ngành: Chăn Ni

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Mã số: 60.62.01.05

Mục đích nghiên cứu

Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm sinh học bổ sung vào khẩu phần đến đặc
điểm sinh khí khi lên men thức ăn trong điều kiện in vitro gas production.
Phương pháp nghiên cứu

a/ Đề tài có hai nội dung chính.

- Nội dung 1: Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ và đặc
điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production trên bông.
- Nội dung 2: Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ và đặc
điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production một số loại thức ăn thô (cỏ voi 45
ngày, thân cây ngô tươi sau thu bắp, rơm lúa khô và cỏ khô Pangola).
b/ Nguyên vật liệu

- 2 bò đực Lai Sind mổ lỗ dị có gắn canula.

- Chế phẩm sinh học A và C (dạng bột do Viện Chăn nuôi và Viện Vi sinh vật
phối hợp nghiên cứu và sản xuất).

- Mẫu thử nghiệm: Bông, cỏ voi 45 ngày tuổi, thân cây ngô tươi sau thu bắp, cỏ
khô Pangola, rơm lúa khô được nghiền qua mắt sàng 1mm.
- Hóa chất và các dụng cụ làm thí nghiệm in vitro gas production.
c/ Phương pháp nghiên cứu.

Sử dụng phương pháp in vitro gas production để tiến hành thí nghiệm theo thủ
tục của Menke và Steingass (1988).

Phương pháp tiến hành đối với nội dung 1: Tiến hành qui trình thí nghiệm sinh
khí in vitro gas production trên bông. Cân mẫu bông 200mg, đưa vào mỗi xilanh. Để ủ
mẫu trong tủ ấm 390C qua đêm. Sáng hôm sau bổ sung vào mẫu chế phẩm A và C theo
tỷ lệ 1‰; 3‰; 5‰; 7‰; 9‰; 11‰; 13‰; 15‰ và 17‰ (theo chất khơ). Sau đó pha
dung dịch đệm và bơm 30ml hỗn hợp dịch dạ cỏ và dung dịch đệm cho vào xilanh đã có
mẫu và chế phẩm. Đưa xilanh vào tủ ấm 390C và đọc thể tích khí sinh ra tại các thời điểm
viii

download by :


Phương pháp tiến hành đối với nội dung 2: Từ kết quả thu được sẽ tìm ra 3 mức
bổ sung chế phẩm A và 3 mức bổ sung chế phẩm C phù hợp cho thí nghiệm tiếp theo để
đánh giá hiệu quả của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ và đặc điểm sinh khí
khi lên men in vitro gas production thức ăn thô (cỏ voi 45 ngày tuổi, thân cây ngô tươi
sau thu bắp, cỏ khô Pangola, rơm lúa khơ).
Kết quả chính và kết luận

Bổ sung enzyme vào bông đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên
men in vitro gas production. Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus niger vào bông ở mức
11‰ đạt tiềm năng sinh khí cao nhất (26,2 ml). Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus
niger, các chủng thuộc giống Lactobacillus spp, Bacillus spp và Saccharomyces vào

bông ở mức 13‰ đạt tiềm năng sinh khí cao nhất (23 ml) so với các mức còn lại.

Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus (chế phẩm A) vào thức ăn thô khô (rơm, cỏ
khô pangola), thức ăn thô xanh (cỏ voi, thân cây ngô) đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc
điểm sinh khí khi lên men in vitro của chúng. Bổ sung ở mức 11‰ đạt được hiệu quả
cao nhất với tiềm năng sinh khí lần lượt là 29,6ml; 32,9 ml; 38,9 ml; 39,3 ml, cao hơn
hẳn so với mức bổ còn lại và đối chứng (23,5 ml; 25,7 ml; 32,8 ml; 34 ml) với P<0,05.
Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus niger, các chủng thuộc giống Lactobacillus
spp. Bacillus spp và Saccharomyces (chế phẩm C) vào thức ăn thô khô (rơm, cỏ khô
pangola), thức ăn thô xanh (cỏ voi, thân cây ngô) đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc điểm
sinh khí khi lên men in vitro của chúng. Bổ sung ở mức 13‰ đạt được hiệu quả cao
nhất với tiềm năng sinh khí lần lượt là 29,3 ml; 24,4 ml; 30 ml; 30,1 ml; cao hơn hẳn so
với mức bổ sung còn lại và đối chứng với P<0,05.

ix

download by :


THESIS ABSTRACT
Master candidate: Bùi Thị Thu Hiền

Thesis title: “EFFECTS OF PROBIOTICS SUPPLEMENT ON GAS
PRODUCTION OF SEVERAL ROUGHAGE AS COW FEEDS”.
Major: Animal science

Code: 60.62.01.05

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)

Research Objectives: Assessing the effect of probiotics supplements on the rate
and characteristics of in vitro gas production of roughage.
Materials and Methods
a / Two main contents

- Contents 1: The effect of probiotics supplements on the rate and
characteristics of in vitro gas production of cotton.

- Contents 2: The effect of probiotics production supplements on the rate and
characteristics of in vitro gas production of several roughages (elephant grass 45 days,
maize stalk, dried rice straw and Pangola hay).
b / Materials

- 2 fistulated lai Sind bulls.

- Probiotics products named: A and C (produced by the Institute of Animal
Husbandry and Institute of Microbiology and Biotechnology).

- Feed Sample: Cotton, elephant grass at 45 days old, maize stalk, Pangola hay
and dried rice straw that crushed through a sieve 1mm.
- Chemicals and laboratory equipment for in vitro gas production.
c / Methods

The procedure of in vitro gas production according to Menke and Steingass, 1988.

- Procedure for the content 1: Approximately 200mg dry weight of cotton was
weighed into triple glass syringes (Häberle Labortechnik, Germany) of 100 ml. The
syringes were pre-warmed at 39°C overnight in incubator. The next morning added to
the sample probiotics products of A and C at the rate of 1 ‰; 3 ‰; 5 ‰; 7 ‰; 9 ‰; 11
‰; 13 ‰; 15 ‰ and 17 ‰ (on dry matter basic). Then injection of 30 ml rumen fluid

buffer mixture consisting of 10 ml rumen liquor and 20 ml digestion medium into each
syringe followed by incubation in an incubator at 39°C. Readings of gas production
were recorded before incubation (0) and after 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72 and 96 h of
x

download by :


incubation. Total gas values were corrected for blank incubation. Cumulative gas
production data were fitted to the model of Ørskov and McDonald (1979).

- Procedure for the content 2: results obtained from content 1, used of 3 levels
probiotics products A and C that suitable preparations for the next experiments to
determine the effects of probiotics supplements on the rate and characteristics of in vitro
gas production of elephant grass 45 days, maize stalk, dried rice straw and Pangola hay.
Main findings and conclusions

Supplement of probiotics to cotton has affected to the rate and characteristics of
the cumulative gas during in vitro fermentation. Additional enzyme from the fungus
Aspergillus niger on cotton at the level of 11 ‰ achieve the highest potential gas (26.2
ml) while additional enzyme from the fungus Aspergillus niger, Lactobacillus spp,
Bacillus spp and Saccharomyces to cotton at level of 13 ‰ to achieve the highest
potential gas (23 ml) at P<0.05 cooperated to others level.

Supplement enzymes from Aspergillus (product A) to dried forage (straw,
Pangola hay) and forage (elephant grass, maize trunk) has affected to the rate and
characteristics cumulative gas when fermented in vitro gas production. Additional at the
level of 11 ‰ achieve the highest efficiency potential for gas of 29,6 ml; 32.9 ml; 38.9
ml; 39.3 ml respectively that much higher than the rest level of supplementation and
also compared to control (23.5 ml; 25.7 ml; 32.8 ml; 34 ml) (P <0.05).

Supplement enzyme from the fungus Aspergillus niger, Lactobacillus spp, Bacillus
spp and Saccharomyces (product C) to dried forage (straw, Pangola hay) and forage
(elephant grass, corn stalks) has affected to the rate and characteristics cumulative gas when
fermented in vitro gas production. Additional at the level of 13 ‰ achieve the highest
efficiency potential for gas of 29.3 ml; 24.4 ml; 30 ml; 30.1 ml respectively that much
higher than the rest level of supplementation and also compared to control (P <0.05).

xi

download by :


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Có rất nhiều cơng trình nghiên cứu cho thấy vai trị tích cực của enzyme đến

khả năng tiêu hóa, đặc biệt là tiêu hóa chất xơ. Trong đó nấm đóng vai trị quan
trọng, chúng sinh các loại enzyme cellulase, xylanase phân huỷ các cấu trúc polyme

vững chắc của thành tế bào thực vật (Forsberg and Cheng, 1992; Wubah et al, 1993;
Trinci et al, 1994). Thức ăn cho gia súc nhai lại thường có hàm lượng Cellulose cao

hơn rất nhiều so với thức ăn cho lợn và gà. Đặc biệt hầu hết các thức ăn này có
nguồn gốc thực vật như cây thức ăn, các loại phụ phẩm trồng trọt (rơm, thân cây ngô

sau thu bắp, ngọn lá mía …) và phụ phẩm chế biến công - nông nghiệp (bã sắn, cám
gạo, cám mỳ…). Hàm lượng dinh dưỡng của nguyên liệu giàu Cellulose này thường
thấp do hàm lượng lignin trong đó khá cao (5-15%). Đây là thành phần mà vi sinh

vật dạ cỏ không thể phân giải được và vì thế lignin được coi là một trong những

nhân tố chính gây cản trở q trình tiêu hóa thức ăn thơ của vi sinh vật dạ cỏ. Lignin

trong cấu trúc xơ của thực vật không những khơng bị vi sinh vật phân giải mà nó
cịn tạo mối liên kết chặt chẽ với Cellulose và hemicellulose của vách tế bào thực

vật, làm hạn chế quá trình phân giải các thành phần xơ này của các vi sinh vật dạ cỏ
(Arora and Sharma, 2009). Tuy nhiên hiện nay các nghiên cứu trong nước mới chỉ
tập trung vào việc nghiên cứu các sản phẩm enzyme thích hợp dùng trong thức ăn

cho lợn và gà, mà chưa có những nghiên cứu chuyên sâu vào việc sử dụng sản phẩm
enzyme trong thức ăn cho lồi nhai lại. Chính vì thế việc nghiên cứu sử dụng các

chế phẩm sinh học có khả năng giúp nâng cao tỷ lệ tiêu hóa các phụ phẩm giàu xơ

làm thức ăn cho gia súc nhai lại đang là một yêu cầu cấp thiết góp phần nâng cao
hiệu quả sử dụng thức ăn, giảm giá thành sản phẩm và làm tăng hiệu quả kinh tế cho
người chăn nuôi.

Xuất phát từ những lý do trên đề tài nghiên cứu này đã được tiến hành

nhằm xác định “Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến khả năng
tiêu hóa của một số loại thức ăn thơ dùng cho gia súc nhai lại”.
1

download by :


1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

1.2.1. Mục Tiêu chung

Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm sinh học bổ sung vào khẩu phần đến tốc

độ và đặc điểm sinh khí khi lên men thức ăn trong điều kiện in vitro gas production.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
cho bò.

Xác định liều lượng bổ sung enzyme thích hợp vào khẩu phần thức ăn

2

download by :


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN NGUYÊN LIỆU THỨC ĂN GIÀU XƠ CHO
GIA SÚC NHAI LẠI

Trong tự nhiên, các lớp của thành tế bào thực vật được minh họa bằng mơ
hình của gỗ (Hình 2.1). Ở giữa các tế bào có một hợp chất đóng vai trò như keo
dán gắn kết các tế bào lại với nhau, đó là lớp gian bào. Lớp này cấu tạo từ các
chất keo, có bản chất pectin và khơng có tác động về quang học. Bên trong là
thành tế bào sơ cấp.

Hình 2.1. Cấu trúc thành tế bào thực vật

Thành tế bào sơ cấp có thể được chia thành mặt bên trong và mặt bên ngoài.
Sự sắp xếp của các vi sợi trong thành tế bào sơ cấp phân tán tăng dần từ mặt
trong ra mặt ngoài. Tiếp đến là thành tế bào thứ cấp gồm 3 lớp: lớp ngoài (S1),

lớp giữa (S2) và lớp trong (S3). Sự phân chia thành tế bào thứ cấp thành ba lớp S
chủ yếu là do sự định hướng khác nhau của các vi sợi trong ba lớp đó. Điển hình
các vi sợi định hướng xoắn trong vách tế bào. Lớp ngoài của thành tế bào thứ
cấp, các vi sợi được định hướng trong cấu trúc xoắn chéo có độ nghiêng tạo
thành một góc lớn với trục dọc của tế bào.

Lớp giữa là lớp dày nhất và ở lớp giữa có góc nhỏ và độ nghiêng của sợi
xoắn ốc trong khi vi sợi trong lớp 3 được sắp xếp như ở lớp ngoài, với một góc
rộng với trục dọc của tế bào. Ngồi ra trong một số trường hợp, trên mặt trong
của thành tế bào có lớp sần sùi (W). Chức năng của thành tế bào là chống đỡ cho
3

download by :


các cơ quan của cây đặc biệt là các vách dày và cứng. Thành tế bào còn giữ các
chức năng quan trọng chính như hấp thụ, thốt hơi nước hay vận chuyển và bài
tiết. Lignocellulose là thành phần cấu trúc chính của thực vật thân gỗ và các thực

vật khác như cỏ, lúa, ngơ. Trong tự nhiên, chúng ta có thể tìm thấy lignocellulose
ở thực vật hay các chất thải nông nghiệp, lâm nghiệp và các chất thải rắn trong
thành phố. Thành phần chủ yếu của lignocellulose là cellulose, hemicellulose và
lignin (Hình 2.2). Cellulose và hemicellulose là các đại phân tử cấu tạo từ các
gốc đường khác nhau, trong khi lignin là một polymer dạng vòng được tổng hợp
từ tiền phenylpropanoid. Thành phần cấu tạo và phần trăm của các polymer này
là khác nhau giữa các loài. Hơn nữa, thành phần cấu tạo trong cùng một cây hay
các cây khác nhau là khác nhau dựa vào độ tuổi, giai đoạn sinh trưởng, phát triển
của cây và các điều kiện khác.

Hình 2.2. Thành phần chủ yếu của lignocellulose

4

download by :


2.1.1. Cellulose

Cellulose là hợp chất hữu cơ có cơng thức cấu tạo (C6H10O5)n, và là thành
phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, gồm nhiều cellobiose liên kết với nhau,
4-O- (β-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose (Hình 2.3).

Hình 2.3. Cơng thức hóa học của cellulose

Celluolose có cấu tạo tương tự carbohydrate phức tạp như tinh bột và
glycogen. Các polysaccharide này đều được cấu tạo từ các đơn phân là glucose.
Cellulose là glucan không phân nhánh, trong đó các gốc glucose kết hợp với
nhau qua liên kết β-1->4-glycoside, đó chính là sự khác biệt giữa cellulose và các
phân tử carbohydrate phức tạp khác. Giống như tinh bột, cellulose được cấu tạo
thành chuỗi dài gồm ít nhất 500 phân tử glucose. Các chuỗi cellulose này sắp xếp
song song tạo thành các vi sợi cellulose có đường kính khoảng 3,5nm. Mỗi chuỗi
có nhiều nhóm OH tự do, vì vậy giữa các sợi ở cạnh nhau kết hợp với nhau nhờ
các liên kết hydro được tạo thành giữa các nhóm OH của chúng. Các vi sợi lại
liên kết với nhau tạo thành vi sợi lớn hay còn gọi là bó mixen có đường kính
20nm, giữa các sợi trong mixen có những khoảng trống lớn. Khi tế bào cịn non,
những khoảng này chứa đầy nước, ở tế bào già thì chứa đầy lignin và
hemicellulose.
Cellulose có cấu trúc rất bền và khó bị thủy phân. Người và động vật
khơng có enzyme phân giải cellulose (cellulase) nên khơng tiêu hóa được
cellulose, vì vậy cellulose khơng có giá trị dinh dưỡng. Tuy nhiên, một số nghiên
cứu cho thấy cellulose có thể có vai trị điều hịa hoạt động của hệ thống tiêu

hóa.Vi khuẩn trong dạ cỏ của gia súc, các động vật nhai lại và động vật nguyên
sinh trong ruột của mối sản xuất enzyme phân giải cellulose. Nấm đất cũng có
thể phân hủy cellulose. Vì vậy chúng có thể sử dụng cellulose làm thức ăn.
2.1.2. Hemicellulose

Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp
khoảng 70 đên 200 đơn phân. Hemicellulose chứa cả đường 6 carbon gồm glucose,
mannose và galactose và đường 5 gồm xylose và arabinose. Thành phần cơ bản của
hemicellulose là β-D xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4).
5

download by :


Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào nguyên liệu, tuy
nhiên có một vài đặc điểm chung gồm:

- Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β-(1-4).
- Xylose là thành phần quan trọng nhất.
- Nhóm thế phổ biến nhất là acetyl O –liên kết với vị trí 2 hoặc 3.
- Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thơng thường là disaccharide
hoặc trisaccharide. Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với
lignin là nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại
ở dạng vơ định hình và vì thế dễ bị phân hủy.
Hemicellulose là polysaccharide trong màng tế bào tan trong dung dịch
kiềm và có liên kết chặt chẽ với cellulose, là một trong ba sinh khối tự nhiên
chính. Cùng với cellolose và lignin, hemicellulose tạo nên thành tế bào vững
chắc ở thực vật. Về cấu trúc, hemicellulose có thành phần chính là D-glucose, Dgalactose, D-mannose, D-xylose và L-arabinose liên kết với các thành phần khác
và nằm trong liên kết glycoside. Hemicellulose còn chứa cả axit 4-Omethylglucuronic, axit D-galacturonic và axit glucuronic. Tromg đó, đường Dxylose, L-arabinose, D-glucose và D-galactose là phổ biến ở thực vật thân cỏ và
ngũ cốc. Tuy nhiên, khác với hemicellulose thân gỗ, hemicellulose ở thực vật

thân cỏ lại có lượng lớn các dạng liên kết và phân nhánh phụ thuộc vào các lồi
và từng loại mơ trong cùng một lồi cũng như phụ thuộc vào độ tuổi của mơ đó.

Tùy theo trong thành phần của hemicellulose có chứa monosaccharide nào
mà nó sẽ co những tên tương ứng như manan, galactan, glucan và xylan. Các
polysaccharide như manan, galactan, glucan hay xylan đều là các chất phổ biến
trong thực vật, chủ yếu ở các thành phần của màng tế bào của các cơ quan khác
nhau như gỗ, rơm rạ, v.v…
Trong các loại hemicellulose, xylan là một polymer chính của thành tế bào
thực vật trong đó có các gốc D-xylopyranose kết hợp với nhau qua liên kết β-1,4D-xylopyranose, là nguồn năng lượng dồi dào trên trái đất. Đa số phân tử xylan
chứa nhiều nhóm ở trục chính và chuỗi bên. Các gốc thay thế chủ yếu trên khung
chính của xylan là các gốc acetyl, arabinosyl và glucuronosyl. Các nhóm này có
đặc tính liên kết tương tác cộng hóa trị và khơng hóa trị với lignin, cellulose và
các polymer khác.
6

download by :


Cấu tạo, số lượng và vị trí của xylan ở các loài thực vật khác nhau là khác nhau.
Xylan tồn tại ở dạng O-acetyl-O-methylgucuronoxylan ở cây gỗ cứng, hay arabino-4O-methyglucuronoxylan ở cây gỗ mềm, hay thành phần cấu tạo xylan là axit Dglucuronic, có hoặc khơng có ete 4-O-methyl và arabinose ở các lồi ngũ cốc.

Hình 2.4. O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng

Hình 2.5. Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm

2.1.3. Lignin

Lignin là một phức hợp chât hóa học phổ biến được tìm thấy trong hệ mạch
thực vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành phần tế bào thực vật. Lignin là

một trong các polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất. Lignin có cấu trúc
7

download by :


khơng gian 3 chiều, phức tạp, vơ định hình, chiếm 17% đến 33% của gỗ. Lignin
không phải là carbohydrate nhưng liên kết chặt chẽ với các nhóm này để tạo nên
màng tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nước
trong cơ thể thực vật (một phần để làm bền thành tế bào và giữ cho cây khơng bị
đổ, một phần là điều chỉnh dịng chảy của nước), giúp cây phát triển và chống lai
sự tấn công của côn trùng và mầm bệnh. Thực vật càng già, lượng lignin tích tụ
càng lớn. Hơn nữa, lignin đóng vai trị quan trọng trong chu trình carbon khí
quyển trong mô của thực vật thân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị
phân hủy lâu nhất của thực vật sau khi chết, để rồi đóng góp một phần lớn chất
mùn giúp tăng khả năng quang hợp của thực vật.

Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở. Trong tự nhiên, lignin chủ yếu
đóng vai trị là chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng
cellulose và hemicellulose (Hình 2.6). Rất khó để có thể tách lignin ra hồn tồn.
Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị
cấu trúc điển hình là: guaiacuy (G), trans-conifery alcohol; syringyl (S), transsinapyl alcohol; p-hydroxyphenyl (H), trans-p-courmary alcohol.

Hình 2.6. Các đơn vị cơ bản của lignin

Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây hoặc cấu
trúc của nó trong gỗ. Ngồi việc phân loại theo lignin của gỗ cứng, gỗ mềm và
cỏ, lignin có thể được phân thành hai loại chính: guaicyl lignin và guaicylsyringyl lignin.
Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaicyl, gỗ cứng chứa chủ yếu syringyl. Các
nghiên cứu đã chỉ ra rằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì

vậy loại ngun liệu đó sẽ khó bị tấn cơng bởi enzyme hơn syringyl lignin.
8

download by :


Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng lignin hoàn tồn khơng đồng nhất trong
cấu trúc. Lignin dường như bao gồm vùng vơ định hình và các vùng có cấu trúc hình
thn hoặc hình cầu. Lignin trong tế bào thực vật bậc cao khơng có vùng vơ định
hình. Các vịng phenyl trong lignin của gỗ mềm được sắp xếp trật tự trên mặt phẳng
thành tế bào. Ngoài ra, cả cấu trúc hóa học và cấu trúc khơng gian của lignin đều bị
ảnh hưởng bởi mạng polysacchraside. Việc mơ hình hóa động học phân tử cho thấy
rằng nhóm hydroxyl và nhóm methoxyl trong các oligomer tiền lignin sẽ tương tác
với vi sợi cellulose cho dù bản chất của lignin là kỵ nước.

Hình 2.7. Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính

Các nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin bao gồm nhóm phenolic
hydroxyl tự do, methoxyl, benzylic hydroxy, ether của benzylic với các rượu
mạch thẳng và nhóm carbonyl. Guaicyl lignin chứa nhiều nhóm phenolic
hydroxyl hơn syringyl.
9

download by :


Lignin tạo liên kết hóa học với hemicellulose và ngay cả với cellulose
(nhưng khơng nhiều).Độ bền hóa học của những liên kết này phụ thuộc vào bản
chất liên kết, cấu trúc hóa học của lignin và các gốc đường tham gia liên kết.
Carbon alpha (Cα) trong cấu trúc pheny propane là nơi có khả năng tạo liên kết

cao nhất với khối hemicellulose. Ngược lại, các đường nằm ở mạch nhánh như
arabinose, galactose, và axit 4-O-methylglucuronic là các nhóm thường liên kết
cới lignin. Các liên kết có thể là ether, ester (liên kết với xylan qua axit 4-Omethy-D-lglucuronic), hay glycoside (phản ứng giữa nhóm khử của
hemicellulose và nhóm OH phenolic của lignin).

Trong dinh dưỡng động vật, lignin rất đáng quan tâm vì nó khơng bị tiêu hóa
bởi enzyme của cơ thể vật chủ. Lignin còn kiên kết với nhiều polysacchraside và
protein màng tế bào nhăng trở q trình tiêu hóa các hộ chất gỗ. Gỗ, cỏ khô và rơm
rất giàu lignin nên tỷ lệ tiêu hóa thấp trừ khi được xử lý hóa học làm cho các liên
kết giữa lignin với các carbohydrate khác bị bẻ gãy.
2.1.4. Đặc điểm của bông sợi.

Sợi bơng là loại sợi thiên nhiên có khả năng hút, thấm nước rất cao; sợi bơng
có thể thấm nước đến 65% so với trọng lượng. Sợi bơng có khuynh hướng dính
bẩn và dính dầu mỡ, dù vậy có thể giặt sạch được. Sợi bông thân thiện với da
người (không làm ngứa) và không tạo ra các nguy cơ dị ứng.

Hình 2.8. Hình thái cây bơng sợi
10

download by :


Sợi bơng khơng hịa tan trong nước, khi ẩm hoặc ướt sẽ dẻo dai hơn khi khô
ráo. Sợi bông bền đối với chất kềm, nhưng không bền đối với acid và có thể bị vi
sinh vật phân hủy. Dù vậy khả năng chịu được mối mọt và các côn trùng khác rất
cao. Sợi bơng dễ cháy nhưng có thể nấu trong nước sôi để tiệt trùng.
Sợi bông là loại sợi có nguồn gốc thực vật, cấu trúc của nó có thành phần
chính là cellulose (chiếm 91%). Chính vì thế cấu trúc xơ của nó có hồn tồn có
thể tiêu hóa trong mơi trường dạ cỏ của lồi nhai lại.

2.2. TIÊU HÓA XƠ CỦA GIA SÚC NHAI LẠI

Nguyên liệu giàu xellulose dùng làm thức ăn chăn ni chủ yếu có nguồn
gốc thực vật như cây thức ăn, các loại phụ phẩm trồng trọt (rơm, thân cây ngô
sau thu bắp, ngọn lá mía …) và phụ phẩm chế biến cơng-nơng nghiệp (bã sắn,
cám gạo, cám mỳ…).

Gia súc nhai lại, khác với các gia súc khác, là loại gia súc duy nhất có thể lợi
dụng được các thức ăn giàu xơ nhờ cấu tạo đặc biệt của hệ tiêu hoá cùng hệ vi sinh
vật cộng sinh trong đó. Tuy nhiên hầu hết các thức ăn này là phụ phẩm nơng
nghiệp thường có chất lượng dinh dưỡng thấp là do hàm lượng lignin cao. Đây là
thành phần carbohydrate mà vi sinh vật dạ cỏ khơng thể phân giải được và vì thế
lignin được coi là một trong những nhân tố chính gây cản trở q trình tiêu hóa
thức ăn thơ của vi sinh vật dạ cỏ. Theo Van Soest (2006) rơm có hàm lượng lignin
khoảng 5,2%, cịn theo Okkano et al. (2006) thì hàm lượng lignin trong bã mía
khoảng 10,5%. Lane et al. (2011) cho biết thân cây ngơ sau thu bắp có hàm lượng
lignin 8,7% trong khi Wanrosli et al. (2007) xác định được hàm lượng lignin trong
lá cây cọ dầu ở mức 15,2%. Lignin trong cấu trúc xơ của thực vật không những
khơng bị vi sinh vật phân giải mà nó cịn tạo mối liên kết chặt chẽ với cellulose và
hemicellulose của vách tế bào thực vật, làm hạn chế quá trình phân giải các thành
phần xơ này của các vi sinh vật dạ cỏ (Arora and Sharma, 2009). Do đó việc loại
bỏ một phần hoặc hoàn toàn lignin từ các phức chất lignocellulosic là rất cần thiết
trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng của thức ăn giàu xơ.

2.2.1. Sơ lược chức năng cơ quan tiêu hóa gia súc nhai lại

Đặc điểm nổi bật của bộ máy tiêu hoá ở gia súc nhai lại là những khoang
phình lớn, tại đây có các điều kiện môi trường thuận lợi cho vi sinh vật lên men
hydrat-cabon và các chất hữu cơ khác. Sản phẩm chủ yếu của quá trình lên men
11

download by :


tại đây là các axit béo bay hơi, CH4, CO2 và ATP - chất mang năng lượng cần
thiết cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển.

Nhờ cấu tạo đặc biệt của cơ quan tiêu hoá, gia súc nhai lại có thể tiêu hố
một khối lượng lớn xenluloza và các nguồn nitơ vô cơ. Dạ dày của gia súc nhai
lại gồm 3 túi ở phía trước: dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách - chúng còn được gọi là dạ
dày trước và một túi nằm phía sau: dạ múi khế - chức năng tiêu hoá của phần
này giống như dạ dày ở động vật dạ dày đơn. Phần dạ dày trước thường chiếm
khoảng 70-75% tổng dung tích của cơ quan tiêu hoá.
Trong dạ dày trước, dạ cỏ là phần lớn nhất có dung tích khoảng 100 lít ở bị
trưởng thành khối lượng từ 500-600 kg (chiếm hơn 90% dung tích dạ dày trước).
Q trình lên men thức ăn xảy ra ở dạ cỏ và dạ tổ ong. Dạ cỏ có các điều kiện
thuận lợi cho hoạt động của quần thể vi sinh vật yếm khí như:
 Mơi trường dạ cỏ gần như trung tính (pH = 6,5-7,4) và tương đối ổn
định nhờ tác dụng đệm của muối phốt phát và bicacbonat của nước bọt.
 Nhiệt độ trong dạ cỏ khá ổn định, dao động từ 38- 41oC.
 Môi trường yếm khí.

 Thức ăn vào dạ cỏ cung cấp chất dinh dưỡng đều đặn cho vi sinh vật
phát triển.
 Dịch dạ cỏ có khoảng 85-90% nước, độ ẩm cao: 80-90%.
 Nồng độ O2 dưới 1%.

 Nhu động của dạ cỏ yếu nên thức ăn lưu lại lâu.

Các sản phẩm của q trình lên men ln ln được trao đổi qua thành dạ

cỏ, vì vậy chênh lệch nồng độ cơ chất ln ln thích hợp cho q trình lên men.
Do có các điều kiện thuận lợi, nên vi sinh vật dạ cỏ phát triển mạnh về số
lượng, đa dạng về chủng loại: chúng bao gồm vi khuẩn, nấm, protozoa,
mycoplasma, các loại virút và thể thực khuẩn. Mycoplasma, virút và thể thực
khuẩn khơng đóng vai trị quan trọng trong tiêu hố xơ.
2.2.2. Q trình tiêu hóa thành tế bào thực vật của vi sinh vật dạ cỏ

Vi sinh vật dạ cỏ liên quan đến phân giải thành tế bào thực vật: Thành tế bào
thực vật bị phân hủy bởi một số loại vi khuẩn, nấm và động vật nguyên sinh (Bảng
2.1), các vi khuẩn và nấm đóng góp khoảng 80% hoạt động phân giải và 20% là từ
12

download by :


động vật nguyên sinh (Dijkstra and Tamminga, 1995). Vi khuẩn phân giải xơ
Fibrobacter succinogenes, flavefaciens Ruminococcus và Ruminococcus albus là
sinh vật chủ yếu tham gia quá trình phân giải thành tế bào thực vật trong dạ cỏ
(Cheng et al., 1991;. Forsberg and Cheng, 1992).
Nấm trong dạ cỏ sản sinh các loại enzyme và phân giải các cơ chất trên
phạm vi rộng hơn so với các vi khuẩn dạ cỏ (Wubah et al., 1993; Trinci et al.,
1994). Hơn nữa, nấm trong dạ cỏ có thể phân huỷ các cấu trúc polyme vững chắc
của thành tế bào thực vật (Forsberg and Cheng, 1992; Wubah et al., 1993;. Trinci
et al., 1994) và xenlulase và xylanase được chúng sản sinh nằm trong số những
enzyme phân giải xơ được biết đến nhiều nhất (Gilbert et al., 1992; Trinci et al.,
1994). Ngồi ra, nấm cịn có khả năng đặc biệt trong việc xâm nhập vào lớp biểu
bì ở bề mặt tế bào thực vật và thành tế bào các mơ bị lignin hóa (Akin, 1989).
Bảng 2.1. Các vi sinh vật dạ cỏ và hoạt tính enzyme của chúng liên quan tới
phân giải thành tế bào thực vật trong dạ cỏ (Dehority, 1993)
Sinh vật

Vi khuẩn
Fibrobacter succinogenes
Ruminococcus albus
Ruminococcus flavefaciens
Butyrivibrio fibrisolvens
Eubacterium cellulosolvens
Clostridium longisporum
Clostridium locheadii
Prevotella ruminantium
Eubacterium xylanophilum
Ruminobacter amylophilus
Succinimonas amylolytica
Succinivibrio dextrinosolvens
Selenomonas ruminantium
Selenomonas lactilytica
Lachnospira multiparus
Streptococcus bovis
Megasphaera elsdenii
Động vật nguyên sinh

Cellulolytic
+
+
+
+
+
+

1.

Hoạt tính phân giải
Hemicellulolytic

Pectinolytic

+
+
+
+

+
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

+

+

13

download by :

+
+