nghiên cứu hàm lượng dưỡng chất, sự tiêu hóa và sinh khí gây hiệu ứng nhà kính ở in vitro của một số loại thân lá thực vật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

ĐẶNG KIM HỒNG

NGHIÊN CỨU HÀM LƯỢNG DƯỠNG CHẤT,
SỰ TIÊU HÓA VÀ SINH KHÍ GÂY HIỆU ỨNG
NHÀ KÍNH Ở IN VITRO CỦA MỘT SỐ LOẠI
THÂN LÁ THỰC VẬT

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CHĂN NUÔI - THÚ Y

2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

ĐẶNG KIM HỒNG

NGHIÊN CỨU HÀM LƯỢNG DƯỠNG CHẤT,
SỰ TIÊU HÓA VÀ SINH KHÍ GÂY HIỆU ỨNG
NHÀ KÍNH Ở IN VITRO CỦA MỘT SỐ LOẠI
THÂN LÁ THỰC VẬT

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CHĂN NUÔI - THÚ Y

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
GS. Ts. NGUYỄN VĂN THU

2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU HÀM LƯỢNG DƯỠNG CHẤT,
SỰ TIÊU HÓA VÀ SINH KHÍ GÂY HIỆU ỨNG
NHÀ KÍNH Ở IN VITRO CỦA MỘT SỐ LOẠI
THÂN LÁ THỰC VẬT

Cần Thơ, ngày…tháng…năm 2014
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014
DUYỆT BỘ MÔN

GS. TS. NGUYỄN VĂN THU

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014
DUYỆT KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG


TÓM TẮT
Nghiên cứu này bao gồm 2 thí nghiệm nhằm xác định hàm lượng dưỡng chất, khả
năng tiêu hóa, sự sản sinh khí mêtan và cacbonic trong điều kiện in vitro của một số
loại thân lá thực vật.

Thí nghiệm 1: Thí nghiệm này sử dụng ống tiêm thủy tinh có thể tích 50 ml theo
phương pháp của Menke et al. (1988). Thí nghiệm 1 được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên
với 5 nghiệm thức và 3 lần lặp lại, bao gồm các nghiệm thức: rau muống biển, bìm bìm,
lá mắm, dây nhựa trắng và lức trong điều kiện in vitro sinh khí.
Thí nghiệm 2: Thí nghiệm 2 được thực hiện tương tự phương pháp thực hiện thí
nghiệm 1, được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 5 nghiệm thức và 3 lần lặp lại. Bao
gồm các nghiệm thức: lá đước, cỏ đậu lá lớn, trà lá lớn, cóc kèn và lá bần ổi trong điều
kiện in vitro sinh khí.
Kết quả cho thấy: Trong thí nghiệm 1, khí mêtan (ml/gDOM) sinh ra tại thời
điểm 72 giờ ở in vitro của các nghiệm thức từ cao đến thấp theo thứ tự là lá mắm (113
ml/g), rau muống biển (73,3 ml/g), bìm bìm (65,3 ml/g), lức (62,3 ml/g) và dây nhựa
trắng (57,5 ml/g). Tỷ lệ tiêu hóa vật chất hữu cơ (%) giảm dần theo thứ tự: rau muống
biển (81,9%), bìm bìm (76,7%), dây nhựa trắng (73,2%), lức (63,5%) và lá mắm
(56,8%). Ở thí nghiệm 2: Khí mêtan (ml/gDOM) sinh ra tại thời điểm 72 giờ ở in vitro
từ cao đến thấp theo thứ tự: cóc kèn (106 ml/g), cỏ đậu lá lớn (94,9 ml/g), lá đước (74,2
ml/g), trà lá lớn (71,9 ml/g) và lá bần ổi (51,5 ml/g). Tỷ lệ tiêu hóa vật chất hữu cơ (%)
giảm dần theo thứ tự: lá đước (67,9%), lá bần ổi (61,4%), cỏ đậu lá lớn (59,8%), trà lá
lớn (57,0%), cóc kèn (42,4%).
Một cách tổng quát, các loại thức ăn được tìm thấy ở vùng ngập mặn có khả
năng sinh khí mêtan dựa trên vật chất hữu cơ tiêu hóa cao so với các thức ăn ở nước
ngọt do các loại thức ăn này có hàm lượng chiết chất không đạm cao, kích thích khả
năng hoạt động của dạ cỏ. Hàm lượng xơ trung tính cũng quyết định vào việc sinh khí,
hàm lượng xơ trung càng cao thì lượng khí mêtan và cacbonic sinh ra cao. Tỷ lệ tiêu
hóa vật chất hữu cơ của các loại thức ăn có liên quan đến hàm lượng xơ axít, hàm
lượng này cao thì tỷ lệ tiêu hóa thấp.

i


LỜI CẢM ƠN

Trong khoảng thời gian theo học ở giảng đường Đại học tôi đã gặp không
ít những khó khăn và thử thách, nhưng nhờ sự quan tâm, động viên và giúp đỡ
của gia đình, thầy cô và bạn bè nên tôi đều đã vượt qua.
Trước hết, tôi xin biết ơn Cha mẹ đã sinh ra, nuôi nấng, dạy dỗ tôi thành
người, chịu nhiều vất vả, khổ cực lo cho tôi ăn học. Cùng anh, chị và những
người thân trong gia đình đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học
tập.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Gs. Ts. Nguyễn Văn Thu và cô PGs. Ts.
Nguyễn Thị Kim Đông đã tận tình chỉ dẫn và động viên, hướng dẫn và giúp đỡ
tôi trong suốt thời gian qua để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.
Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô trong Bộ môn Chăn nuôi và Bộ
môn Thú y đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thời
gian học tập vừa qua.
Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ của cố vấn học tập thầy Hồ
Quảng Đồ dành cho tôi trong suốt thời gian học tập .
Tôi cũng xin chân thành biết ơn ThS. Trương Thanh Trung, Ks. Phan Văn
Thái, Ks. Trần Thị Đẹp, Ks Đoàn Hiếu Nguyên Khôi và Ks. Nguyễn Ngọc Đức
An Như đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.

Đặng Kim Hồng

ii


CAM KẾT KẾT QUẢ
Kính gửi: Ban lãnh đạo Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng và
các Thầy Cô trong Bộ Môn Chăn Nuôi.
Tôi tên Đặng Kim Hồng, MSSV: 318144, là sinh viên lớp Chăn Nuôi
Thú Y Khóa 37 (2011 - 2015). Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu
của chính bản thân tôi. Đồng thời tất cả các số liệu, kết quả thu được trong

thí nghiệm hoàn toàn có thật và chưa công bố trong bất kỳ tạp chí khoa học
hay luận văn khác.
Nếu có gì sai trái tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Khoa và Bộ
Môn.
Tác giả luận văn

Đặng Kim Hồng

iii


MỤC LỤC
Tóm tắt ...............................................................................................................................i
Lời cảm ơn ....................................................................................................................... ii
Cam kết kết quả ............................................................................................................. iii
Mục lục .............................................................................................................................iv
Danh sách bảng ......................................................................................................vi
Danh sách hình .............................................................................................................. vii
Danh sách chữ viết tắt ..........................................................................................viii
Chương 1: GIỚI THIỆU.................................................................................................1
Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................2
2.1 Đặc điểm về tiêu hóa của gia súc nhai lại....................................................................2
2.1.1 Hệ vi sinh vật dạ cỏ ..................................................................................................2

2.1.2 Quá trình chuyển hóa các thành phần của thức ăn................................. 4
2.1.3 Các thông số của môi trường dạ cỏ...........................................................................7
2.1.4 Tác động tương hỗ của vi sinh vật dạ cỏ ...............................................................10
2.2 Sản sinh khí mêtan (CH4) trong dạ cỏ .......................................................................11
2.3 Đánh giá tỷ lệ tiêu hóa bằng phương pháp in vitro....................................................13
2.3.1 Sự phát triển hệ thống đo lường lượng khí sinh ra .................................................13

2.3.2 Mô tả chung.............................................................................................................14
2.3.3 Nguyên lý sinh khí ..................................................................................................15
2.3.4 Vai trò của sinh khí in vitro.....................................................................................15
2.4 Các thực liệu dùng trong thí nghiệm..........................................................................18
2.4.1 Bìm bìm ...................................................................................................................18
2.4.2 Cóc kèn ....................................................................................................................19
2.4.3 Cỏ đậu lá lớn ...........................................................................................................20
2.4.4 Dây nhựa trắng ........................................................................................................20
2.4.5 Lá bần ổi..................................................................................................................21
2.4.6 Lá đước....................................................................................................................22
2.4.7 Lức...........................................................................................................................22
2.4.8 Lá mắm....................................................................................................................23
2.4.9 Rau muống biển ......................................................................................................24
2.4.10 Trà lá lớn ...............................................................................................................25
Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÁP NGHIÊN CỨU ...........27
3.1 Phương tiện thí nghiệm..............................................................................................27

iv


3.1.1 Thời gian và địa điểm thí nghiệm ...........................................................................27
3.1.2 Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm ...............................................................................27
3.2 Phương pháp thí nghiệm............................................................................................27

3.2.1 Thí nghiệm 1 .......................................................................................27
3.2.2 Thí nghiệm 2 ...........................................................................................................28

3.2.3 Các chỉ tiêu theo dõi ...........................................................................28
3.2.4 Cách tiến hành.....................................................................................29
3.3 Phương pháp xử lý số liệu .........................................................................................30

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................31
4.1 Thí nghiệm 1 ..............................................................................................................31
4.1.1 Thành phần hóa học của các thực liệu dùng trong thí nghiệm 1...........................31
4.1.2 Lượng khí tổng số, DM, OM tiêu hóa ở thời điểm 72 giờ của thí nghiệm 1 ........32
4.1.3 Lượng khí tổng số, CH4 và CO2 sinh ra tính trên DM, OM, DDM và DOM ở
thời điểm 72 giờ của thí nghiệm 1...................................................................................34
4.2 Thí nghiệm 2 ..............................................................................................................38
4.2.1 Thành phần hóa học của các thực liệu dùng trong thí nghiệm 2...........................38
4.2.2 Lượng khí tổng số, DM, OM tiêu hóa ở thời điểm 72 giờ của thí nghiệm 2 ........39
4.2.3 Lượng khí tổng số, CH4 và CO2 sinh ra tính trên DM, OM, DDM và DOM ở
thời điểm 72 giờ của thí nghiệm 2...................................................................................41
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................46
5.1 Kết luận ......................................................................................................................46
5.2 Đề nghị........................................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................47
PHỤ CHƯƠNG..............................................................................................................52

v


DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Thành phần hóa học của bìm bìm .................................................18
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của cỏ đậu lá lớn ..........................................20
Bảng 2.3: Thành phần hóa học của lá mắm...................................................24
Bảng 2.4: Thành phần hóa học của rau muống biển......................................25
Bảng 2.5: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cây trà lá lớn ........26
Hình 4.1: Thành phần hóa học của các thực liệu trong thí nghiệm 1 .................31
Hình 4.2: Lượng khí tổng số, CH4, CO2, DM và OM tiêu hóa ở 72 giờ của thí
nghiệm 1 ...............................................................................................................33

Hình 4.3: Lượng khí tổng số, thể tích CH4 và CO2 tính trên DM, OM,DDM và
DOM ở 72 giờ của thí nghiệm 1 ..........................................................................35
Hình 4.4: Thành phần hóa học của các thực liệu trong thí nghiệm 2 .................38
Hình 4.5: Lượng khí tổng số, CH4, CO2, DM và OM tiêu hóa ở 72 giờ của thí
nghiệm 2 ...............................................................................................................40
Hình 4.6: Lượng khí tổng số, thể tích CH4 và CO2 tính trên DM, OM, DDM và
DOM ở 72 giờ của thí nghiệm 2 ..........................................................................42

vi


DANH SÁCH HÌNH
Trang
Hình 2.1: Sơ đồ mô tả quá trình trao đổi cacbohydrate trong dạ cỏ.................4
Hình 2.2: Sự chuyển hóa các chất chứa nitơ trong dạ cỏ.................................6
Hình 2.3: Sự chuyển hóa lipid ở dạ súc nhai lại ..............................................7
Hình 2.4: Liên quan giữa pH và hoạt lực của các nhóm VSV dạ cỏ..............10
Hình 2.5: Cơ chế sản sinh CH4 trong thời gian tiêu hóa ở dạ cỏ....................12
Hình 2.6: Bìm bìm........................................................................................19
Hình 2.7: Cóc kèn ........................................................................................19
Hình 2.8: Cỏ đậu lá lớn ................................................................................20
Hình 2.9: Dây nhựa trắng .............................................................................21
Hình 2.10: Lá bần ổi ....................................................................................21
Hình 2.11: Lá đước .....................................................................................22
Hình 2.12: Lức .............................................................................................23
Hình 2.13: Lá mắm.......................................................................................23
Hình 2.14: Rau muống biển..........................................................................25
Hình 2.15: Trà lá lớn ....................................................................................26
Hình 3.1: Máy đo khí Geotechhnical Instruments (UK) Ltd, England...........27
Hình 3.2: Hệ thống ống tiêm trong thí nghiệm in vitro sinh khí ....................29

Hình 4.1: Tỷ lệ tiêu hóa OM (%) của các nghiệm thức ở 72 giờ ...................34
Hình 4.2: Khí tổng số (ml/gDOM) của các nghiệm thức ở thí nghiệm 1 .......36
Hình 4.3: Lượng CH4 trên DDM và DOM ở các nghiệm thức trong thí
nghiệm 1 ......................................................................................................37
Hình 4.4: Tỷ lệ tiêu hóa OM (%) của các nghiệm thức ở 72 giờ ...................41
Hình 4.5: Khí tổng số (ml/gDOM) của các nghiệm thức ở thí nghiệm 2 .......43
Hình 4.6: Lượng CH4 trên DDM và DOM ở các nghiệm thức trong thí
nghiệm 2 ......................................................................................................44

vii


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
ABBH

Axít béo bay hơi

ADF

Xơ axít

Ash

Khoáng tổng số

CP

Protein thô

CF

Xơ thô

DDM

Vật chất khô tiêu hóa

DM

Vật chất khô

DMD

Tỷ lệ tiêu hóa vật chất khô

DOM

Vật chất hữu cơ tiêu hóa

EE

Béo thô

GSNL

Gia súc nhai lại

ME

Năng lượng trao đổi

NDF

Vật chất hữu cơ

NPN

Đạm phi protein

OM

Vật chất hữu cơ

OMD

Tỷ lệ tiêu hóa vật chất hữu cơ

TLTH

Tỷ lệ tiêu hóa

VSV

Vi sinh vật

viii


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU

Biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường đang là vấn đề được nhiều nước
trên thế giới quan tâm. Người ta ước tính rằng ngành chăn nuôi phát thải 30 đến
50% tổng số khí mêtan thải ra gây hiệu ứng nhà kính toàn cầu, trong đó gia súc
nhai lại (GSNL) chiếm khoảng 80% (Alireza and Kevin, 2012). Tuy nhiên, gia
súc nhai lại là một trong số rất ít nguồn khí mêtan mà con người có thể kiểm soát
được. Tỷ lệ tương đối của khí mêtan so với lượng thức ăn ăn vào phụ thuộc vào
hiệu quả lên men của vi sinh vật dạ cỏ và hiệu quả chuyển hóa thức ăn của gia
súc nhai lại.
Kết quả nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng việc bổ sung dưỡng chất
hợp lý cho GSNL sẽ làm tăng rõ rệt năng suất và đồng thời làm giảm được lượng
khí mêtan sinh ra. Khi cho gia súc nhai lại ăn khẩu phần thức ăn thô kém chất
lượng thì lượng khí mêtan sản sinh ra từ 15 - 18% năng lượng tiêu hóa của thức
ăn ăn vào. Nhưng nếu biết bổ sung dinh dưỡng hợp lý thì con số này có thể giảm
xuống thấp chỉ còn 7,0% (Vũ Duy Giảng và ctv, 2008). Bên cạnh đó, một số cỏ
họ đậu có hàm lượng dinh dưỡng cao, hàm lượng protein cao hơn so với các cây
hòa thảo. Đồng thời, chúng cũng giàu vitamin, các khoáng chất Ca, Mg, Mn, Cu,
Fe so với các loại cỏ khác như cỏ hòa thảo (Viện chăn nuôi quốc gia, 2001). Ở
vùng đất nhiễm mặn, ven biển một số lá thực vật được dùng làm thức ăn cho dê,
trâu, bò như rau muống biển, lá mắm, cóc kèn,... Tuy nhiên chúng chưa được
quan tâm nghiên cứu về dưỡng chất và sự sinh khí gây hiệu ứng nhà kính.
Kỹ thuật in vitro sinh khí được xem là một phương pháp tiện lợi và đang
được sử dụng rộng rãi để đánh giá nhanh sự sản xuất khí mêtan và tỷ lệ tiêu hóa
của thức ăn. Vì kỹ thuật này có độ chính xác tốt, dễ lặp lại, ít tốn kém về thời
gian và công lao động (Intcheva et al., 1999; De Boever et al., 1986). Đồng thời,
kỹ thuật in vitro sinh khí giúp khắc phục những hạn chế của việc đánh giá tiêu
hóa ở in vivo do tốn kém và hạn chế về cách cho ăn (Nguyễn Văn Thu và
Nguyễn Thị Kim Đông, 2011).
Do vậy, đề tài “Nghiên cứu hàm lượng dưỡng chất, sự tiêu hóa và sinh
khí gây hiệu ứng nhà kính ở in vitro của một số loại thân lá thực vật ” được
thực hiện nhằm đánh giá hàm lượng dưỡng chất, sự sản sinh khí mêtan, khí

cacbonic và khả năng tiêu hóa dưỡng chất của một số loại cỏ họ đậu và thân lá
thực vật sống ở vùng nhiễm mặn trong điều kiện in vitro sinh khí. Kết quả đạt
được sẽ làm nền tảng cho các nghiên cứu về thức ăn ở in vivo và ứng dụng vào
thực tế để làm thức ăn cho gia súc nhai lại.

1


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Đặc điểm về tiêu hóa của gia súc nhai lại
2.1.1 Hệ vi sinh vật dạ cỏ
Trong dạ cỏ, hệ vi sinh vật chia làm 3 nhóm chính: vi khuẩn (Bacteria),
động vật nguyên sinh (Protozoa) và nấm (Fungi); ngoài ra còn có mycoplasma,
các loại virus và các thể thực khuẩn. Thông thường vi khuẩn là tác nhân chính
trong tiêu hóa chất xơ và chiếm số lượng lớn nhất trong vi sinh vật (VSV) dạ cỏ.
Mycoplasma, virus và thể thực khuẩn không đóng vai trò quan trọng trong tiêu
hóa thức ăn.
Vũ Duy Giảng và ctv. (2008) cho rằng VSV sống và phát triển mạnh trong
dạ cỏ là nhờ môi trường dạ cỏ có điều kiện thuận lợi như: ẩm độ cao từ 85 90%, nhiệt độ khá ổn định từ 38 - 420C, giá trị pH từ 6,4 - 7,0, môi trường yếm
khí có nồng độ oxy < 1%, áp suất thẩm thấu ổn định và các chất chứa luôn luôn
được nhào trộn bởi sự co bóp của vách dạ cỏ.
2.1.1.1 Nấm (Phycomyces)
Nấm chiếm khoảng 103 - 104/ml dịch dạ cỏ, và có thể chia ra làm 5 loài,
bao gồm: Neocallim, Piromyces, Caecomyces, Orpinomyces, Anaeromyces.
Nấm là thành phần đầu tiên xâm nhập và tiêu hóa thành phần cấu trúc của
tế bào thực vật bắt đầu từ bên trong, đồng thời nó phá vỡ cấu trúc của thực vật.
Sự công phá này làm cho vi khuẩn bám vào các cấu trúc tế bào thực vật. Do đó,
nấm giữ một vai trò đặt biệt trong việc công phá lên men các nguyên liệu không
hòa tan của màng tế bào. Và sự có mặt của nấm làm tăng quá trình tiêu hóa xơ

(Nguyễn Văn Thu, 2010).
2.1.1.2 Vi khuẩn (Bacteria)
Theo Nguyễn Văn Thu (2010) vi khuẩn trong dạ cỏ bao gồm: vi khuẩn tự
do trong dịch dạ cỏ (chiếm khoảng 30%), vi khuẩn bám vào các mẫu thức ăn
(chiếm khoảng 70%), vi khuẩn trú ngụ ở nếp gấp biểu mô, vi khuẩn bám vào
protozoa (chủ yếu là loại sinh khí mêtan). Thông thường, vi khuẩn chiếm phần
lớn trong hệ vi sinh vật dạ cỏ, mật độ từ 108 - 1010 con/ml dịch dạ cỏ.
Do thức ăn liên tục được chuyển khỏi dạ cỏ, vì thế phần lớn vi khuẩn bám
vào thức ăn sẽ bị tiêu hóa đi. Do vậy, số lượng vi khuẩn dạng tự do trong dịch dạ
cỏ là rất quan trọng để xác định sự phân hủy thức ăn trong dạ cỏ.

2


Vi khuẩn có những nhóm chính sau đây:
Nhóm vi khuẩn phân giải carbohydrate không phải là chất xơ: số lượng
của nhóm vi khuẩn này sẽ tăng khi ta cho gia súc ăn khẩu phần giàu
carbohydrate dễ lên men (như: tinh bột, đường, glucose,…) có từ thức ăn hạt, củ,
cỏ xanh tươi, rỉ mật đường,…
Nhóm vi khuẩn lên men lactic: chúng có tác dụng lên men đường, tốc độ
phát triển của chúng tỷ lệ nghịch với streptococcus. Vi khuẩn lactic chiếm ưu thế
khi khẩu phần ăn giàu cỏ khô, hoặc thức ăn tinh.
Nhóm vi khuẩn phân giải chất xơ: chiếm tỷ lệ nhỏ (dưới 10%) so với tổng
số vi khuẩn. Tại dạ cỏ, chất xơ được tiêu hóa nhờ men phân giải chất xơ của vi
khuẩn phân giải xơ (Cellulolytic bacteria) sống ở dạ cỏ tiết ra. Các loại vi khuẩn
này phân giải được cellulose, hemicellulose và cả pectin. Điều này có ý nghĩa rất
lớn đối với sự lên men chất xơ ở loài nhai lại.
Nhóm vi khuẩn phân giải chất chứa nitrogen: bao gồm Butyrivibro,
Bacteroides, Streptococcus, Selenomas, Clostridium, Lachnospira và Borrelia.
Trong đó, có những loài có hoạt động phân hủy cellulose, xylanose, pectinose,

amylose và saccarose rất mạnh có trong thức ăn. Các vi khuẩn này có khả năng
phân hủy protein có trong thức ăn.
2.1.1.3 Động vật nguyên sinh (Protozoa)
Protozoa có trong dạ cỏ của gia súc nhai lại bắt đầu từ khi chúng ăn thức ăn
là thực vật khô, thuộc lớp Ciliata có 2 lớp phụ là Entodineomorphidia và
Holotrica. Protozoa có mặt trong dạ cỏ của bò khi ăn thức ăn nhiều xơ mật độ
thấp dưới 100.000 Protozoa/1ml dịch dạ cỏ. Trái lại, khẩu phần ăn có nhiều tinh
bột và đường, mật độ protozoa có thể lên đến 4.000.000 con/ml dịch dạ cỏ
(Nguyễn Văn Thu, 2010). Khi quần thể protozoa cao có thể đạt tới 70% sinh
khối vi sinh vật trong dịch dạ cỏ và vi khuẩn chỉ có 30% (Leng and Preston,
1991).
Hầu hết các protozoa có mặt trong dạ cỏ động vật ăn cỏ là protozoa kỵ khí.
Một vài loài protozoa có khả năng phân giải chất xơ có trong thức ăn. Tuy nhiên,
cơ chất chính của chúng là đường và tinh bột, chúng sẽ được hấp thu nhanh
chóng và dự trữ dưới dạng polydextran, đây là dạng sẽ được huy động ra theo
nhu cầu để cung cấp năng lượng cho duy trì và sinh trưởng của protozoa.
Protozoa có vai trò khác nhau tùy theo bản chất của khẩu phần. Sự hiện diện và
hoạt động của protozoa là có lợi cho vật chủ khi khẩu phần giàu thức ăn tinh có
nhiều protein. Ngược lại, khẩu phần dựa trên thức ăn thô nghèo protein thì hoạt
động của protozoa là không có lợi cho vật chủ.

3


2.1.2 Quá trình chuyển hóa các thành phần của thức ăn
2.1.2.1 Tiêu hóa carbohydrate (Gluxit hay hydrat cacbon)
Carbohydrate trong thức ăn chia làm 2 nhóm chính: carbohydrate phi cấu
trúc và carbohydrate vách tế bào. Khoảng 60 - 90% carbohydrate của khẩu phần
được lên men trong dạ cỏ, dưới tác dụng phân hủy của VSV (Hình 2.1).
Vách tế bào là thành phần dinh dưỡng quan trọng nhất trong các loại thức

ăn xơ thô của gia súc nhai lại, được phân giải một phần bởi VSV nhờ có men
phân giải xơ (xenlulaza) do chúng tiết ra. Quá trình phân giải carbohydrate phức
tạp sinh ra đường đơn, sau đó VSV dạ cỏ lên men để tạo ra các axít béo bay hơi
(ABBH).

Hình 2.1: Sơ đồ mô tả quá trình trao đổi carbohydrate trong dạ cỏ

Phương trình tóm tắt mô tả sự lên men glucose, sản phẩm trung gian của
quá trình phân giải các carbohydrate phức tạp, để tạo các ABBH như sau:
Axít axêtic
C6H12O6 + 2H2O ----> 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2
Axít propionic
C6H12O6 + 2H2 ------> 2CH3CH2COOH + 2H2O

4


Axít butyric
C6H12O6 -------> CH3-CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2
Như vậy, sản phẩm chính cuối cùng của sự lên men carbohydrate thức ăn
bởi VSV dạ cỏ gồm: Các axít béo bay hơi, chủ yếu là axít axetic (C2), axít
propyonic (C3), axít butyric (C4), một lượng nhỏ các axít khác (izobutyric,
valeric, izovaleric), CO2 và CH4. Nồng độ và số lượng của từng loại ABBH phụ
thuộc khẩu phần, thời gian đã qua sau khi cho bò ăn,...Thông thường axít axetic
chiếm 50 - 70% tổng lượng ABBH trong dạ cỏ và có nhiều nhất khi ăn cỏ khô.
Khẩu phần giàu tinh bột và đường sẽ tạo ra nhiều axít butyric, còn nếu giàu
protein thì axít propionic sẽ tăng lên.
Các ABBH được hấp thu qua vách dạ cỏ vào máu và là nguồn năng lượng
chính cho vật chủ. Chúng cung cấp khoảng 70 - 80% tổng số năng lượng được
gia súc nhai lại hấp thu. Trong khi đó gia súc dạ dày đơn lấy năng lượng chủ yếu

từ glucoza và lipid hấp thu ở ruột.
Hoạt động lên men ở dạ cỏ còn sinh ra khí cacbonic và hydro, hai khí này
kết hợp tạo ra một sản phẩm phụ lên men là mêtan. Các thể khí này không được
bò sữa lợi dụng, mà chúng đều được thải ra ngoài cơ thể thông qua phản xạ ợ
hơi. Theo tính toán mỗi ngày một con bò sữa có thể loại thải tới 300 lít khí khỏi
dạ cỏ (Phùng Quốc Quảng và Nguyễn Xuân Trạch, 2003).
Sự tạo thành khí mêtan:
4H2 + CO2 -------> CH4 + 2H2O
2.1.2.2 Chuyển hoá các hợp chất chứa nitơ
Các hợp chất chứa nitơ, bao gồm cả protein và phi protein, khi được ăn vào
dạ cỏ sẽ bị VSV phân giải (Hình 2.2). Mức độ phân giải của chúng phụ thuộc
vào nhiều yếu tố, đặc biệt là độ hoà tan. Các nguồn nitơ phi protein (NPN) trong
thức ăn, như urê, hoà tan hoàn toàn và nhanh chóng phân giải thành amoniac.
Trong khi tất cả NPN được chuyển thành amoniac trong dạ cỏ, thì có một
phần nhiều hay ít tùy thuộc vào bản chất của thức ăn protein thật của khẩu phần
được VSV dạ cỏ phân giải thành amoniac. Amoniac trong dạ cỏ là yếu tố cần
thiết cho sự tăng sinh của hầu hết các loài vi khuẩn trong dạ cỏ. Các vi khuẩn
này sử dụng amoniac để tổng hợp nên axít amin của chúng. Nó được coi là
nguồn nitơ chính cho nhiều loại vi khuẩn, đặc biệt là những vi khuẩn tiêu hoá xơ
và tinh bột.
Sinh khối vi sinh vật sẽ đến dạ múi khế và ruột non theo khối dưỡng chấp.
Tại đây một phần protein vi sinh vật này sẽ được tiêu hoá và hấp thu tương tự

5


như đối với động vật dạ dày đơn. Trong sinh khối protein VSV có khoảng 80%
là protein thật có chứa đầy đủ các axít amin không thay thế với tỷ lệ cân bằng.
Protein thật của VSV được tiêu hoá khoảng 80 - 85% ở ruột.
Nhờ có VSV dạ cỏ mà gia súc nhai lại ít phụ thuộc vào chất lượng protein

thô của thức ăn hơn là động vật dạ dày đơn bởi vì chúng có khả năng biến đổi
các hợp chất chứa nitơ đơn giản, như urê, thành protein có giá trị sinh học cao.
Bởi vậy để thỏa mãn nhu cầu duy trì bình thường và nhu cầu sản xuất ở mức vừa
phải thì không nhất thiết phải cho gia súc nhai lại ăn những nguồn protein có
chất lượng cao, bởi vì hầu hết những protein này sẽ bị phân giải thành amoniac;
thay vào đó amoniac có thể sinh ra từ những nguồn N đơn giản và rẻ tiền hơn.
Khả năng này của VSV dạ cỏ có ý nghĩa kinh tế rất lớn đối với sản xuất vì thức
ăn chứa protein thật đắt hơn nhiều so với các nguồn NPN.

Hình 2.2: Sự chuyển hoá các chất chứa nitơ trong dạ cỏ

2.1.2.3 Chuyển hoá lipid
Trong dạ cỏ có hai quá trình trao đổi mỡ có liên quan với nhau: phân giải
lipid của thức ăn và tổng hợp mới lipid của VSV (Hình 2.3). Triaxylglycerol và
galactolipid của thức ăn được phân giải và thuỷ phân bởi lipaza VSV. Glyxerol
và galactoza được lên men ngay thành ABBH. Các axít béo giải phóng ra được
trung hoà ở pH của dạ cỏ chủ yếu dưới dạng muối canxi có độ hoà tan thấp và
bám vào bề mặt của vi khuẩn và các tiểu phần thức ăn.

6


Trong dạ cỏ còn xảy ra quá trình hydrogen hoá và đồng phân hoá các axít
béo không no. Các axít béo không no mạch dài (linoleic, linolenic) bị làm bão
hoà (hydrogen hoá thành axít stearic) và sử dụng bởi một số vi khuẩn. Một số
mạch nối đôi của các axít béo không no có thể không bị hydrogen hoá nhưng
được chuyển từ dạng cis sang dạng trans bền vững hơn.
Vi sinh vật dạ cỏ còn có khả năng tổng hợp lipid có chứa các axít béo lạ do
sử dụng các ABBH có mạch nhánh và mạch lẻ được tạo ra trong dạ cỏ. Các axít
này sẽ có mặt trong sữa và mỡ cơ thể của vật chủ.

Như vậy, lipid của VSV dạ cỏ là kết quả của việc biến đổi lipid của thức ăn
và lipid được tổng hợp mới. Khả năng tiêu hoá mỡ của VSV dạ cỏ rất hạn chế,
cho nên khẩu phần nhiều mỡ sẽ cản trở tiêu hoá xơ và giảm thu nhận thức ăn.
Tuy nhiên, đối với phụ phẩm xơ hàm lượng mỡ trong đó rất thấp nên dinh dưỡng
của gia súc nhai lại ít chịu ảnh hưởng của tiêu hoá mỡ trong dạ cỏ.

Hình 2.3: Sự chuyển hoá lipid ở gia súc nhai lại

2.1.3 Các thông số của môi trường dạ cỏ
2.1.3.1 Vai trò của NH3 trong quá trình lên men dịch dạ cỏ
Theo Preston and Leng (1987), NH3 trong dạ cỏ bao gồm các protein,
peptid, axít amin và các nguyên liệu nitơ hòa tan khác. Urê, axít uric và nitrate
được chuyển hóa nhanh chóng thành NH3, urê, axít uric và nitrate được chuyển
hóa thành NH3 trong dạ cỏ. Các axít nucleic trong dạ cỏ có lẽ cũng được phân
giải rất mạnh thành NH3. Nồng độ NH3 trong dịch dạ cỏ đòi hỏi đảm bảo tối đa
7


cho vi sinh vật tăng trưởng trong phòng thí nghiệm có giá trị tối thiểu 20 - 50
mg/lít dịch dạ cỏ. Cũng có nhiều ý kiến khác cho rằng tốc độ tổng hợp của vi
sinh vật cao nhất ở nồng độ NH3 từ 5 - 8 mg N/100 ml (Satter and Slyter,
1974). Để thức ăn được phân giải tối đa bởi vi sinh vật dạ cỏ nhu cầu tối thiểu
nồng độ NH3 trong dạ cỏ cao hơn mức tối thiểu khoảng 60 - 100 mg/lít
(Oosting and Waanders, 1993).
Theo Leng and Nolan (1984), các khẩu phần thức ăn khác nhau có ảnh
hưởng đến mức NH3 thích hợp và nồng độ NH3 cao nhất có thể đạt mức 150 200 mg/lít. Thiếu NH3 dẫn đến giảm hiệu quả hệ thống vi sinh vật dạ cỏ. Khi
thay đổi khẩu phần từ loại thức ăn tạo nồng độ NH3 cao thành loại thức ăn nồng
độ NH3 thấp đến mức tới hạn.
2.1.3.2 Vai trò của pH của dịch dạ cỏ
Nước bọt có dung dịch đệm bicarbonate, pH = 8 chứa nồng độ ion natri và

photphate cao. Nước bọt và sự di chuyển các ion bicarbonate qua biểu mô dạ cỏ
giúp cho sự ổn định pH. Dung dịch đệm dạ cỏ là môi trường thích hợp cho sự
phát triển của vi khuẩn, nấm và protozoa yếm khí và cho phép axít béo bay hơi
tích tụ trong dạ cỏ. Môi trường trung tính ở dạ cỏ luôn được duy trì do pH của
dạ cỏ được điều chỉnh liên tục bởi quá trình trên.
Ðiều kiện pH dạ cỏ là kết quả thể hiện từ sự tương tác của quá trình lên
men vi sinh vật với cơ chất và được xem như là cơ sở để nhận định về sự thay
đổi số lượng vi sinh vật dạ cỏ. Tỷ lệ tiêu hóa (TLTH) thức ăn có liên hệ đến
pH, khi pH 5,8 TLTH vật chất hữu cơ (OM), xơ trung tính (NDF) và đạm thấp
và tăng ở pH 6,2, nhưng chỉ hơi tăng ở pH 7,0 (Shaver et al., 1984). Người ta
tính được khi tăng pH 0,1 đơn vị thì tiêu hóa xơ axít (ADF) tăng 3,6 đơn vị. Sự
sản sinh axít axêtic tăng ở pH 6,2 - 6,6 trong khi axít propionic và axít butyric
chỉ tăng khi pH 5,8 - 6,2. Nhìn chung gia súc ăn nhiều thức ăn hỗn hợp dễ dẫn
đến sự hạ thấp pH dịch dạ cỏ hơn thức ăn thô (Lana et al., 1998).
Hoạt lực của vi sinh vật phân giải xơ đạt mức tối ưu khi pH dạ cỏ bằng
khoảng 6,8 và sẽ giảm rõ rệt khi pH dạ cỏ xuống dưới 6,2. Bổ sung quá nhiều
thức ăn tinh vào khẩu phần có thể làm giảm hoạt lực phân giải xơ do axít béo
bay hơi được sinh ra nhiều và nhanh làm giảm đột ngột pH dạ cỏ. Do vậy, trong
trường hợp bổ sung thức ăn cần phải cho ăn đều đặn để tránh giảm đột ngột pH
dạ cỏ (Nguyễn Xuân Trạch, 2004).
2.1.3.3 Axít béo bay hơi
Tùy theo vào khẩu phần, thời gian di chuyển thức ăn và pH trong dạ cỏ mà
axít béo bay hơi thay đổi 70 - 150 mmol/lít. Axít axêtic chiếm tỷ lệ cao nhất

8


70% trong tổng số axít béo bay hơi. Ðối với thức ăn là thực vật chưa thành thục
axít axêtic thấp và axít propionic cao (McDonald et al., 1995). Các loại axít béo
mạch dài có giá trị cung cấp năng luợng cao cho vật chủ vì chúng giải phóng

nhiều năng lượng ở dạng ATP. Axít béo bay hơi được hấp thu chủ yếu tại dạ
cỏ, dạ tổ ong và nồng độ ABBH ở dạ cỏ cao hơn khoảng 47% so với dạ lá sách.
Ðối với một số loại thức ăn giàu đường thì sản phẩm lên men tại dạ cỏ có sản
sinh ra một lượng axít latic và sự hiện diện của nó với nồng độ cao trong máu
gây ra sự mất kiểm soát chức năng hấp thu của dạ cỏ.
Vài giờ sau khi bò ăn một lượng ABBH trong dạ cỏ bắt đầu tăng do kết
quả lên men thức ăn ở dạ cỏ. Việc sản sinh ra axít béo bay hơi cao nhất thông
thường xuất hiện trong dạ cỏ 2 - 3 giờ sau khi ăn khẩu phần có nhiều thức ăn tinh
và 4 - 5 giờ với khẩu phần có nhiều thức ăn thô. Axít béo bay hơi sản sinh ra
trong dạ cỏ thường được hấp thu ngay và tăng lên trong máu. Một khi axít béo
bay hơi trong máu đạt đến một ngưỡng nhất định thì độ ngon miệng của con
gia súc giảm. Ngưỡng này cao hay thấp chịu ảnh hưởng của nhu cầu năng lượng
của con vật. Axít béo bay hơi tiếp tục được hấp thụ và chuyển hóa bởi tế bào, do
vậy khi lượng axít béo bay hơi trong máu giảm thì độ ngon miệng của con gia
súc sẽ lại tăng lên. Vì tốc độ sản sinh ABBH trong dạ cỏ khi cho ăn thức ăn thô
thấp nên cơ chế này ít có ảnh hưởng trực tiếp đến lượng thu nhận thức ăn thô.
Các axít béo bay hơi được sinh ra trong dạ cỏ được cơ thể gia súc sử dụng
vào các mục đích khác nhau:
Axít axêtic (CH3COOH): được bò sữa sử dụng chủ yếu để cung cấp năng
lượng thông qua chu trình Creb sau khi được chuyển hóa thành axetyl-CoA. Nó
cũng là nguyên liệu chính để sản xuất ra các loại mỡ, đặc biệt là mỡ sữa.
Axít propionic (CH3CH2COOH): chủ yếu được chuyển đến gan, tại đây nó
được chuyển hóa thành đường glucoza. Từ gan glucoza sẽ được chuyển vào máu
nhằm bảo đảm sự ổn định nồng độ glucoza huyết và tham gia vào trao đổi chung
của cơ thể. Đường glucoza được bò sữa sử dụng chủ yếu làm nguồn năng lượng
cho các hoạt động thần kinh, nuôi thai và hình thành đường lactoza trong sữa.
Một phần nhỏ axít lactic sau khi hấp thu qua vách dạ cỏ được chuyển hóa ngay
thành axít lactic và có thể được chuyển hóa tiếp thành glucoza và glycogen.
Axít butyric (CH3CH2CH2COOH): được chuyển hóa thành bêtahydroxybutyric khi đi qua vách dạ cỏ, sau đó được sử dụng như một nguồn
năng lượng bởi một số mô bào, đặc biệt là cơ xương và cơ tim. Nó cũng có thể

được chuyển hóa dễ dàng thành xêton và gây độc hại cho bò sữa khi có nồng độ
hấp thu quá cao.

9


2.1.4 Tác động tương hỗ của vi sinh vật trong dạ cỏ
Vi sinh vật dạ cỏ, cả ở thức ăn và ở biểu mô dạ cỏ, kết hợp với nhau trong
quá trình tiêu hoá thức ăn, loài này phát triển trên sản phẩm của loài kia. Sự phối
hợp này có tác dụng giải phóng sản phẩm phân giải cuối cùng của một loài nào
đó, đồng thời tái sử dụng những yếu tố cần thiết cho loài sau. Ví dụ, vi khuẩn
phân giải protein cung cấp amôniac, axít amin và isoaxít cho vi khuẩn phân giải
xơ. Quá trình lên men dạ cỏ là liên tục và bao gồm nhiều loài tham gia.
Trong điều kiện bình thường giữa vi khuẩn và protozoa cũng có sự cộng
sinh có lợi, đặc biệt là trong tiêu hoá xơ. Tiêu hoá xơ mạnh nhất khi có mặt cả vi
khuẩn và protozoa. Một số vi khuẩn được protozoa ăn vào có tác dụng lên men
trong đó tốt hơn vì mỗi protozoa tạo ra một kiểu “dạ cỏ mini” với các điều kiện
ổn định cho vi khuẩn hoạt động. Một số loài ciliate còn hấp thu oxy từ dịch dạ cỏ
giúp đảm bảo cho điều kiện yếm khí trong dạ cỏ được tốt hơn. Protozoa nuốt và
tích trữ tinh bột, hạn chế tốc độ sinh axít lactic, hạn chế giảm pH đột ngột, nên
có lợi cho vi khuẩn phân giải xơ.
Tuy nhiên giữa các nhóm vi khuẩn khác nhau cũng có sự cạnh tranh điều
kiện sinh tồn của nhau. Chẳng hạn, khi gia súc ăn khẩu phần ăn giàu tinh bột
nhưng nghèo protein thì số lượng vi khuẩn phân giải xenluloza sẽ giảm và do đó
mà tỷ lệ tiêu hoá xơ thấp. Đó là vì sự có mặt của một lượng đáng kể tinh bột
trong khẩu phần kích thích vi khuẩn phân giải bột đường phát triển nhanh nên sử
dụng cạn kiệt những yếu tố dinh dưỡng quan trọng (như các loại khoáng,
amoniac, axít amin, isoaxít) là những yếu tố cũng cần thiết cho vi khuẩn phân
giải xơ vốn phát triển chậm hơn.

Hình 2.4: Liên quan giữa pH và hoạt lực của các nhóm VSV dạ cỏ

Mặt khác, tương tác tiêu cực giữa vi khuẩn phân giải bột đường và vi
khuẩn phân giải xơ còn liên quan đến pH trong dạ cỏ. Chenost and Kayouli
10


(1997) giải thích rằng quá trình phân giải chất xơ của khẩu phần diễn ra trong dạ
cỏ có hiệu quả cao nhất khi pH dịch dạ cỏ > 6,2, ngược lại quá trình phân giải
tinh bột trong dạ cỏ có hiệu quả cao nhất khi pH < 6,0. Tỷ lệ thức ăn tinh quá
cao trong khẩu phần sẽ làm cho ABBH sản sinh ra nhanh, làm giảm pH dịch dạ
cỏ và do đó mà ức chế hoạt động của vi khuẩn phân giải xơ.
Tác động tiêu cực cũng có thể thấy rõ giữa protozoa và vi khuẩn. Như đã
trình bày ở trên, protozoa ăn và tiêu hoá vi khuẩn, do đó làm giảm tốc độ và hiệu
quả chuyển hoá protein trong dạ cỏ. Với những loại thức ăn dễ tiêu hoá thì điều
này không có ý nghĩa lớn, song đối với thức ăn nghèo N thì protozoa sẽ làm
giảm hiệu quả sử dụng thức ăn nói chung. Loại bỏ protozoa khỏi dạ cỏ làm tăng
số lượng vi khuẩn trong dạ cỏ. Thí nghiệm trên cừu cho thấy tỷ lệ tiêu hoá vật
chất khô tăng 18% khi không có protozoa trong dạ cỏ (Preston and Leng, 1991).
Như vậy, cấu trúc khẩu phần ăn của động vật nhai lại có ảnh hưởng rất lớn
đến sự tương tác của hệ VSV dạ cỏ. Khẩu phần giàu các chất dinh dưỡng không
gây sự cạnh tranh giữa các nhóm VSV, mặt cộng sinh có lợi có xu thế biểu hiện
rõ.
Nhưng khẩu phần nghèo dinh dưỡng sẽ gây ra sự cạnh tranh gay gắt giữa
các nhóm VSV, ức chế lẫn nhau, tạo khuynh hướng bất lợi cho quá trình lên men
thức ăn nói chung.
2.2 Sản sinh khí mêtan (CH4) trong dạ cỏ
Mêtan là một chất khí không màu, không mùi, được sản xuất chủ yếu trong
dạ cỏ (87%) và trong ruột già (13%) (Murray et al., 1976; Torrent and Johnson,
1994). CH4 dạ cỏ thoát ra ngoài chủ yếu từ sự ợ hơi của động vật. Việc chuyển

đổi nguyên liệu thức ăn chăn nuôi để sản sinh CH4 trong dạ cỏ liên quan đến các
hoạt động tổng hợp của các loài vi sinh vật khác nhau, với các bước cuối cùng
được thực hiện bởi vi khuẩn methanogenic (McAllister et al., 1996; Moss et al.,
2000).
C6H12O6 + 2H2O → 2C2H4O2 (acetate) + 2CO2 + 8H
C6H12O6 + 4 H → 2C3H6O2 (propionate) + 2H2O
C6H12O6 → C4H8O2 (butyrate) + 2CO2 + 4H
CO2 + 8H → CH4 + 2H2O
Tiêu hóa vi sinh vật (vi khuẩn, nguyên sinh động vật và nấm) thủy phân
protein, tinh bột và vách tế bào thực vật thành các axít amin và đường. Những
sản phẩm đơn giản này sau đó được lên men thành axít béo bay hơi (ABBH),
hydro (H2) và cacbonic (CO2) bởi các vi sinh vật tiêu hóa cơ bản và chuyển hóa.

11


Acetate, propionate, butyrate, là ABBH chính, sau đó được hấp thu và sử dụng
các vật chủ. Nơi sản xuất nhiều H2 là những vi sinh vật sản xuất axít axêtic trong
con đường lên men (Van Soest, 1982; Hegarty and Gerdes, 1998).
Mặc dù H2 là một trong những sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men
bởi các nguyên sinh động vật, nấm và vi khuẩn, nó không tích tụ trong dạ cỏ. Nó
được sử dụng bởi các vi khuẩn khác, chủ yếu là methanogens được hiện diện
trong hệ sinh thái vi sinh vật hỗn hợp. Theo Moss et al. (2000) cho rằng sản xuất
CH4 có thể được tính từ stoichiometry của các ABBH chính hình thành trong
quá trình lên men, nghĩa là, acetate (C2), propionate (C3) và butyrate (C4) như
sau: CH4 = 0,45 C2 - 0,275 C3 + 0,40 C4. Như vậy, tỷ lệ mol của ABBH ảnh
hưởng đến sản xuất của CH4. Kết quả sản xuất acetate và butyrate là tạo ra CH4,
trong khi hình thành propionate là một con đường cạnh tranh sử dụng H2 trong
dạ cỏ (Baker 1997). Tỷ lệ acetate: propionate dạ cỏ ở in vivo được đánh giá có
ảnh hưởng cao bởi khả năng của vi khuẩn để sản xuất CH4 trong ống nghiệm.

Gia súc có tỷ lệ acetate: propionate thấp cũng có giá trị pH dạ cỏ thấp, và thí
nghiệm trong in vitro chứng thực các khái niệm pH có ảnh hưởng lớn trên CH4
sản xuất và acetate: tỷ lệ propionate (Lana et al., 1998). Cơ chế sản sinh CH4
trong thời gian tiêu hóa ở dạ cỏ được trình bày qua Hình 2.5.

Hình 2.5: Cơ chế sản sinh CH4 trong thời gian tiêu hóa ở dạ cỏ (Sejian et al., 2012)

Sự sản xuất CH4 giảm có thể là kết quả của một mức độ giảm của quá trình
lên men trong dạ cỏ hoặc từ một sự thay đổi thành phần trong ABBH theo hướng
giảm acetate và tăng propionate (Boadi, 2004).
12


2.3 Đánh giá tỷ lệ tiêu hóa bằng phương pháp in vitro
Phương pháp sinh khí in vitro ra đời dựa trên nền tảng của in vitro Tilley
and Terry (1963), sự tiêu hóa vi sinh vật dạ cỏ có thể quan sát được trong điều
kiện ống nghiệm dưới sự tham gia của vi sinh vật dạ cỏ trong môi trường nước
bọt nhân tạo của McDougall (1948). Kết quả của sự lên men này có thể được
quan sát từ thức ăn còn lại sau khi được tiêu hóa ở phương pháp sinh khí in vitro
Tilley and Terry (1963) hoặc từ sản phẩm sinh ra của sự tiêu hóa ở phương pháp
sinh khí in vitro của Menke et al. (1979).
Mặc dù phương pháp in vitro của Menke et al. (1979) đã được đánh giá và
cho thấy có nhiều thuận lợi trong ước lượng thức ăn như ít tốn chi phí, nhanh
nhưng nó vẫn còn những hạn chế nhất định: 1) yêu cầu phải có gia súc để cung
cấp dịch dạ cỏ; 2) cách đo lường vật chất không bị tiêu hóa phức tạp có thể dẫn
đến sai số lớn, đặc biệt các loại thức ăn có chứa tannin cao, do tanin có thể tan
trong môi trường ủ của in vitro nhưng 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 phương pháp tiêu
hóa in vitro và Menke et al. (1979) giới thiệu phương pháp sinh khí in vitro, thay

thế cho việc đo trọng lượng trong phương pháp in vitro Tilley and Terry (1963)
bằng sự đo lượng khí sinh ra từ sự lên men. Từ đó sinh khí in vitro được ra đời
bởi Menke et al. (1979). Kỹ thuật này phát hiện được các sai khác nhỏ trong một
số loại thức ăn và cho phép lấy mẫu lặp lại thường xuyên hơn so với các phương
pháp xác định tỷ lệ tiêu hóa in vitro.
2.3.1 Sự phát triển hệ thống đo lường lượng khí sinh ra
Từ những năm 1884 người ta đã phát hiện có một lượng khí đáng kể sinh
ra trong dạ cỏ và lượng khí đó có mối liên hệ gần với sự lên men trong dạ cỏ.
Nhưng việc đo lường lượng khí sinh ra này chỉ bắt đầu chú ý và thực hiện vào
những năm 1940 (Williams, 2000).
Điều đó được xem như là nền tảng để in vitro sinh khí ra đời. Mãi đến
những năm 1960 thì kỹ thuật in vitro sinh khí được chấp nhận như là một kỹ
thuật ước lượng thức ăn cho gia súc (Williams, 2000). Lợi dụng áp lực do khí
sinh ra, ở trường đại học Hohenheim Đức đã tiến hành chuẩn hóa kỹ thuật in
vitro sinh khí dựa trên dụng cụ đo khí chính là quan sát pittông của ống tiêm
thủy tinh (Menke et al., 1979). Kỹ thuật này được áp dụng rộng rãi để dự đoán tỷ
lệ tiêu hóa in vitro và năng lượng trao đổi ở Đức (Menke et al., 1979; Menke and
Steigass, 1988). Trong kỹ thuật này lượng khí sinh ra được xác định ở 24 giờ lên
men trong ống tiêm 100 ml khoảng 200 mg mẫu thức ăn, kết hợp với thành phần
hóa học thức ăn để dự đoán tỷ lệ tiêu hóa vật chất hữu cơ và năng lượng trao đổi.
13


Nhờ sự tiện lợi của in vitro sinh khí nên nó được chú ý nghiên cứu phát
triển nhằm tăng thêm khả năng hữu dụng và tính xác thực trong đánh giá thức
ăn. Williams (2000) mô tả rằng Theodorou và các cộng sự tại Viện nghiên cứu
môi trường và đồng cỏ Anh đã sử dụng máy biến áp để đo lượng khí sinh ra
trong phương pháp in vitro sinh khí để cho kết quả xác thực, tiện lợi và giảm lao
động. Trong quy trình này thức ăn được lên men trong chai đóng kín và sử dụng
máy biến áp để đo lượng khí sinh ra trong chai theo thời điểm khác nhau. Lượng

khí sinh ra sẽ được lấy ra sau mỗi lần đo. Lượng khí sinh ra được ghi nhận sau
mỗi 3 - 4 giờ trong 24 giờ lên men đầu tiên và tần số ghi nhận giảm dần sau đó
cho đến lần ghi nhận sau cùng là 120 - 144 giờ lên men. Các số liệu này có thể
được qui về các hàm tính toán để dự đoán động lực tiêu hóa của thức ăn.
Một hệ thống tự động khác được Beuvink et al. (1992) nghiên cứu ở Viện
sức khỏe và khoa học gia súc Hà Lan. Tác giả dựa trên sự thay đổi trọng lượng
dịch thay thế bởi khí lên men trong 24 giờ để qui đổi về lượng khí sinh ra. Tiếp
theo Pell and Schofield (1993) đưa ra một hệ thống tự động khác tại Đại học
Cornell Mỹ, hệ thống này sự dụng máy cảm áp kết nối với máy tính để đo lượng
khí sinh ra trong chai sinh khí. Hệ thống này không sử dụng hệ thống thông khí
sau mỗi lần ghi nhận kết quả, tức là áp lực trong chai lớn lên dần và người ta ghi
nhận kết quả qua sự thay đổi áp suất theo thời gian ủ. Sau đó hệ thống này được
gắn thêm khóa điện, khóa này có thể mở khi cảm áp không hoạt động và khóa sẽ
tự động mở, đóng theo cài đặt của người kỹ thuật.
Nhìn chung in vitro sinh khí ra đời đến nay được phát triển rất mạnh và đạt
được những hệ thống thiết bị hiện đại và tiện nghi trong đo lường lượng khí sinh
ra. Các hệ thống in in vitro sinh khí tự động sử dụng rất tiện nghi và giảm được
công lao động trong việc xác định động lực tiêu hóa, tỉ lệ tiêu hóa tiềm năng và
phạm vi tiêu hóa của các loại thức ăn. Tuy nhiên nó đòi hỏi phải tốn nhiều kinh
phí cho dụng cụ thiết bị và khó trở thành một kỹ thuật ước lượng phổ biến
(Makkar, 2003). Kỹ thuật in vitro sinh khí của Menke et al. (1979) có thể thích
ứng với nhiều điều kiện phòng thí nghiệm khác nhau và đặc biệt thích ứng cao
cho các nước đang phát (Makkar, 2003).
2.3.2 Mô tả chung
Nguyên lý hoạt động của sinh khí in vitro cũng tương tự như phương pháp
in vitro Tilley and Terry (1963). Thức ăn được ủ trong môi trường dịch dạ cỏ có
chất đệm yếm khí ở 390C, sẽ được tiêu hóa bởi vi sinh vật dạ cỏ. Sau khi bắt đầu
ủ, thức ăn được tiêu hóa sinh ra các ABBH và một lượng khí là CO2, CH4, H2.
ABBH giải phóng kích thích chất đệm sinh khí và đo lường được trong hệ thống
sinh khí in vitro. Lượng khí sinh ra trong hệ thống sinh khí in vitro có thể được

14