Sử dụng vỏ quả măng cụt kết hợp với urê, nitrate và biochar đến tiêu hóa dạ cỏ và lượng methane thải ra trong điều kiện in vitro

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
Phần 1. Mở đầu .......................................................................................................... 1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 2

1.3.

Ý nghĩa của đề tài ............................................................................................. 2

1.3.1. Ý nghĩa khoa học .............................................................................................. 2
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn .............................................................................................. 3
Phần 2. Tổng quan tài liệu ......................................................................................... 4
2.1.

Đặc điểm của các loại thức ăn thí nghiệm ......................................................... 4

2.1.1. Vỏ quả măng cụt ............................................................................................... 4
2.1.2. Urê ................................................................................................................... 5
2.1.3. Sodium Nitrate.................................................................................................. 6
2.1.4. Biochar ............................................................................................................. 7

2.2.

Ảnh hưởng của tannin đến thu nhận thức ăn, tiêu hoá và sự lên men thức
ăn trong dạ cỏ ................................................................................................... 8

2.3.

Quá trình sản sinh khí methane trong dạ cỏ ..................................................... 11

2.4.

Các biện pháp giảm thiểu khí methane trong dạ cỏ .......................................... 14

2.4.1. Giảm thiểu CH4 từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua dinh dưỡng ............... 14
2.4.2. Giảm thiểu CH4 từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua nâng cao sức
khỏe, khả năng sinh sản và quản lý ................................................................. 19
2.4.3. Giảm thiểu CH4 từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua chọn lọc ở đàn gia súc ........20
2.5.

Kỹ thuật xác định khí methane dạ cỏ ............................................................... 21

2.5.1. Kỹ thuật hô hấp .............................................................................................. 21
2.5.2. Kỹ thuật khí đánh dấu ..................................................................................... 22
2.5.3. Kỹ thuật sinh khí in vitro ................................................................................ 23
2.6.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ...................................................... 24

2.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................... 24
2.6.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước .................................................................... 27

iii


Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ......................................................... 29
3.1.

Địa điểm nghiên cứu ....................................................................................... 29

3.2.

Thời gian nghiên cứu ...................................................................................... 29

3.3.

Đối tượng và vật liệu nghiên cứu .................................................................... 29

3.4.

Nội dung nghiên cứu....................................................................................... 30

3.5.

Phương pháp nghiên cứu................................................................................. 30

3.5.1. Thiết kế thí nghiệm ......................................................................................... 30
3.5.2. Thí nghiệm in vitro gas production ................................................................. 31
3.5.3. Các chỉ tiêu theo dõi và phương pháp xác định ............................................... 34
3.5.4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu ........................................................... 37
Phần 4. Kết quả và thảo luận ................................................................................... 38

4.1.

Thành phần hoá học của các loại thức ăn thí nghiệm ...................................... 38

4.2.

Hoạt động sinh khí in vitro của các mẫu thức ăn ............................................ 40

4.2.1. Lượng khí sinh ra của các khẩu phần thí nghiệm ............................................. 40
4.2.2. Động thái sinh khí của các khẩu phần thí nghiệm ............................................ 46
4.3.

Ảnh hưởng của các mức vỏ quả măng cụt kết hợp với urê, sodium nitrate
và biochar đến tỷ lệ tiêu hóa trong điều kiện in vitro ....................................... 52

4.3.1. Ảnh hưởng của các mức vỏ quả măng cụt kết hợp với urê đến tỷ lệ tiêu
hóa trong điều kiện in vitro ............................................................................. 52
4.3.2. Ảnh hưởng của các mức vỏ quả măng cụt kết hợp với sodium nitrate đến
tỷ lệ tiêu hóa trong điều kiện in vitro ............................................................... 53
4.3.3. Ảnh hưởng của biochar kết hợp với urê đến tỷ lệ tiêu hóa trong điều kiện
in vitro ............................................................................................................ 55
4.4.

Ảnh hưởng của các mức vỏ quả măng cụt kết hợp với urê, sodium nitrate
và biochar đến lượng khí methane sản sinh trong điều kiện in vitro ................. 56

Phần 5. Kết luận và kiến nghị .................................................................................. 61
5.1.

Kết luận .......................................................................................................... 61

5.2.

Kiến nghị ........................................................................................................ 61

Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 62

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

ABBH

Axit béo bay hơi

ADF

Xơ tan trong môi trường axit

Ash

Khoáng tổng số

ATP

Chất mang năng lượng cần thiết cho vi sinh vật phát triển

CH4

Methane

CP

Protein thô

cs

Cộng sự

GC

Gas Chromatography

GE

Năng lượng thô

h

Giờ

ME

Năng lượng trao đổi

N

Nitơ

NaNO3

Sodium nitrate

NDF

Xơ tan trong môi trường trung tính

NPN

Nitơ phi protein

OMD

Tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ

SCFA

Axit béo mạch ngắn

V

Thể tích khí

VCK

Vật chất khô

VMC

Vỏ quả măng cụt

VK

Vi khuẩn

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Cấu trúc và giá trị dinh dưỡng của khẩu phần cơ sở ................................... 29
Bảng 3.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm............................................................................... 31
Bảng 3.3. Bảng pha chế các dung dịch đệm 1, dung dịch khoáng đa lượng, dung
dịch khoáng vi lượng cần thiết và dung dịch Resazurin .............................. 32
Bảng 3.4. Bảng pha chế dung dịch đệm 2................................................................... 33
Bảng 4.1. Thành phần hóa học của các loại thức ăn thí nghiệm .................................. 38
Bảng 4.2. Lượng khí sinh ra của khẩu phần bổ sung vỏ quả măng cụt và urê (ml) ............ 41
Bảng 4.3. Lượng khí sinh ra của khẩu phần bổ sung vỏ quả măng cụt và sodium
nitrate (ml) ................................................................................................. 43
Bảng 4.4. Lượng khí sinh ra của khẩu phần bổ sung biochar và urê (ml) .................... 45
Bảng 4.5. Động thái sinh khí của khẩu phần bổ sung vỏ quả măng cụt và urê............. 47
Bảng 4.6. Động thái sinh khí của khẩu phần bổ sung vỏ quả măng cụt và sodium
nitrate ........................................................................................................ 49
Bảng 4.7. Động thái sinh khí của khẩu phần bổ sung biochar và urê........................... 51
Bảng 4.8. Tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ, ME, SCFA của khẩu phần bổ sung vỏ quả
măng cụt kết hợp với urê............................................................................ 52
Bảng 4.9. Tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ, ME, SCFA của khẩu phần bổ sung vỏ quả

măng cụt kết hợp với sodium nitrate .......................................................... 54
Bảng 4.10. Tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ, ME, SCFA của khẩu phần bổ sung biochar
kết hợp với urê ........................................................................................... 55
Bảng 4.11. Nồng độ và thể tích khí methane sản sinh ra sau 96 giờ ủ theo phương
pháp GC .................................................................................................... 57

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Quá trình lên men trong dạ cỏ ................................................................... 12
Hình 4.1. Lượng khí sinh ra của khẩu phần bổ sung vỏ quả măng cụt và urê ............. 41
Hình 4.2. Lượng khí sinh ra của khẩu phần bổ sung vỏ quả măng cụt và sodium
nitrate........................................................................................................ 44
Hình 4.3. Lượng khí sinh ra của khẩu phần bổ sung biochar và urê ........................... 46
Hình 4.4. Tổng lượng khí sinh ra và thể tích khí methane sau 96h ủ.......................... 58

vii


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Mục tiêu của nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của các mức vỏ quả măng
cụt kết hợp với urê, nitrate và biochar tới tiêu hóa dạ cỏ và khả năng sinh khí methane
trong điều kiện in vitro. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 9 nghiệm thức
bao gồm 1 khẩu phần đối chứng và 8 khẩu phần bổ sung. Trong đó vỏ quả măng cụt ở 3
mức (1, 2, 3% vật chất khô) kết hợp với urê (2%), sodium nitrate (2%) và biochar ở
mức (0,5; 1%) kết hợp với urê (2%) với 3 lần lặp lại.
Kết quả cho thấy không có sự khác nhau giữa các mức bổ sung vỏ quả măng cụt
kết hợp với urê. Khẩu phần bổ sung vỏ quả măng cụt 2% với urê 2% cho hiệu quả tốt
nhất với tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ là 52,05% và làm giảm sinh khí methane là 19,8%.

Bổ sung vỏ quả măng cụt kết hợp với sodium nitrate đã làm ảnh hưởng đáng kể
đến khả năng sinh khí, khả năng tiêu hóa OMD và làm giảm methane trong điều kiện in
vitro. Có sự khác nhau rõ rệt giữa các mức bổ sung (P<0,05). Ở mức bổ sung vỏ quả
măng cụt 3% và sodium nitrate 1% vừa duy trì tốt tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ (50,69%)
vừa làm giảm sinh khí methane nhiều nhất (37,2%).
Bổ sung biochar 1% với urê 2% là mức thích hợp nhất đảm bảo tỷ lệ tiêu hóa chất
hữu cơ (49,61%) và hạn chế lượng khí methane gây ô nhiễm môi trường (16,50%).

viii


THESIS ABSTRACT
The objective of this study was to assess the effects of the mangosteen peel
combined with urea, nitrate and biochar to ruminal digestion and methane production in
an in vitro incubation. The experiment was completely random layout with 9 treatments
included 1 and 8 control diet supplemented diets. Which mangosteen peel at 3 levels (1,
2, 3% DM) with urea (2%), sodium nitrate (2%) and levels biochar at (0,5; 1%) with
urea (2%) with 3 repetitions.
The results showed no difference between the level of mangosteen peel
supplements in combination with urea. Ration additional 2% mangosteen peel with urea
2% for the best performance with the digestibility of organic matter was 52,05% and
methane production reduced by 19,8%.
Additional mangosteen peel with sodium nitrate combination did significantly
affect the ability of air, digestibility OMD and reduce methane in vitro. There are
obvious differences between the supplementation levels (P<0,05). At the mangosteen
peel additional 3% and 1% sodium nitrate while maintaining good digestibility of
organic matter (50,69%) has reduced methane most (37,20%).
Additional biochar 1% to 2% of urea is the most appropriate level of assurance
digestibility of organic matter (49,61%) and limiting the amount of methane caused
environmental pollution (16,50%).

ix


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Chăn nuôi chiếm 70% đất nông nghiệp và 30% diện tích không có băng giá
của hành tinh, tạo ra 40% GDP của nông nghiệp toàn cầu đồng thời cũng đóng
góp đáng kể đến biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường (Watson, 2008). Hàng
năm sản xuất chăn nuôi, chủ yếu là chăn nuôi gia súc nhai lại, tạo ra khoảng 86
triệu tấn khí methane (CH4), đóng góp tới 18% tổng lượng khí thải nhà kính
(Steinfeld et al., 2006). Khí methane chủ yếu được sinh ra trong quá trình phân
giải và tiêu hóa thức ăn trong dạ cỏ. Theo Moss et al. (2000) methane từ gia súc
nhai lại chiếm khoảng 30-40% tổng lượng methane thải ra từ cơ quan tiêu hóa
của động vật trên toàn cầu. Việc phát thải khí nhà kính từ chăn nuôi đang có
khuynh hướng gia tăng do tăng cả về số lượng và quy mô chăn nuôi nhằm đáp
ứng nhu cầu thịt, sữa ngày càng cao của con người (Leng, 2008). Methane được
tạo ra như một phụ phẩm của quá trình tiêu hóa và làm mất từ 2% đến 12% năng
lượng thô của khẩu phần (Pen et al., 2006). Do vậy, việc giảm lượng methane
sản sinh trong dạ cỏ không chỉ làm giảm thiểu khí thải gây ô nhiễm môi trường
mà nó còn đóng góp làm tăng năng suất vật nuôi.
Để giảm thiểu khí methane trong dạ cỏ đã có rất nhiều giải pháp được đưa
ra, đặc biệt là các giải pháp về dinh dưỡng. Lovett et al. (2005) chứng minh việc
tăng thức ăn tinh trong khẩu phần bò chăn thả trên đồng cỏ làm giảm lượng khí
methane từ 19,26g/kg xuống 16,02g/kg sữa tiêu chuẩn. Tăng hàm lượng thức ăn
tinh làm giảm độ pH dạ cỏ, tăng hàm lượng axit propionic và giảm lượng H2 cần
thiết cho phản ứng tạo methane (Walichnowski and Lawrence, 1982). Bổ sung
lipid (dầu, mỡ) vào khẩu phần ăn cho gia súc nhai lại có thể giảm 25% (in vitro)
– 80% (in vivo) lượng khí thải methane (Machmuller et al., 2000).
Gần đây, đã có nhiều công bố về một số loại chất chiết xuất từ cây trồng

như saponin, tannin và tinh dầu được dùng để bổ sung vào dạ cỏ của động vật
nhai lại mang lại hiệu quả giảm phát thải khí methane (Calsamiglia et al., 2007).
Theo Carulla et al. (2005) khi bổ sung tannin từ Acacia mearnsii ở mức 0,025%
chất khô của khẩu phần đã làm giảm phát thải methane 13%. Tuy nhiên, khi thay
thế cỏ hòa thảo bằng cỏ họ đậu đã không thấy làm giảm methane. Nghiên cứu
trong lĩnh vực này đưa đến một khả năng thú vị sử dụng các thức ăn bổ sung có
tannin để giảm thiểu methane trong khi giá trị dinh dưỡng của thức ăn vẫn được

1


đảm bảo (Pen et al., 2006). Trong khi ở nước ta hiện nay, nguồn tannin rất phong
phú và có thể được tách chiết từ các loại cây thực vật sẵn có: lá chè, lá keo tai
tượng, ngọn lá cây keo dậu, ngọn lá sắn hay trong vỏ quả măng cụt.
Một số hướng nghiên cứu khác cũng đã được thực hiện như: bổ sung kháng
sinh, axit hữu cơ, sử dụng nitrate để thay thế urê trong khẩu phần ăn của gia súc
nhai lại cũng có thể hạn chế sản sinh khí methane từ dạ cỏ. Biochar, urê và sodium
nitrate được phối trộn vào khẩu phần ăn của gia súc như là nguồn thức ăn bổ sung
đã cải thiện khả năng thu nhận thức ăn và tỷ lệ tiêu hóa cũng như năng suất vật
nuôi (Khang and Wiktorsson, 2006). Việc sử dụng urê, sodium nitrate và biochar
trong khẩu phần ăn có khả năng làm giảm phát thải methane từ dạ cỏ (Tiemann et
al., 2008).
Tuy nhiên các nghiên cứu ở nước ta vẫn chưa chỉ ra được việc bổ sung
tannin từ vỏ quả măng cụt với urê, sodium nitrate và biochar ở mức nào là hợp
lý, để đạt được hai mục tiêu giảm thiểu methane và duy trì được tỷ lệ tiêu hóa
của khẩu phần. Do vậy, nghiên cứu này được thực hiện nhằm xác định đầy đủ
hơn ảnh hưởng của các mức tannin từ vỏ quả măng cụt kết hợp với urê,
sodium nitrate và biochar đến tiêu hóa dạ cỏ và lượng methane thải ra trong
điều kiện in vitro.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Xác định được mức thích hợp của vỏ quả măng cụt kết hợp với urê, sodium
nitrate và biochar bổ sung vào khẩu phần ăn của gia súc nhai lại để có thể giảm
phát thải khí methane ra môi trường từ dạ cỏ mà không làm ảnh hưởng nhiều
hoặc ít ảnh hưởng đến lên men và tiêu hóa thức ăn trong dạ cỏ.
1.3. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
- Kết quả của đề tài sẽ góp phần làm phong phú thêm cơ sở dữ liệu về khả
năng giảm thiểu khí methane của một số phụ gia bổ sung.
- Kết quả của nghiên cứu này sẽ là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo trên
gia súc (in vivo) như là một biện pháp nhằm giảm thiểu lượng khí methane thải ra
môi trường từ dạ cỏ đồng thời vẫn duy trì hiệu quả sử dụng của thức ăn của gia
súc.

2


1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do giảm thiểu được lượng khí
methane thải ra từ dạ cỏ bằng việc sử dụng những phụ phẩm có sẵn, rẻ tiền. Trên
cơ sở đó góp phần phát triển chăn nuôi gia súc nhai lại thân thiện với môi trường.

3


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI THỨC ĂN THÍ NGHIỆM
2.1.1. Vỏ quả măng cụt
Tên khoa học của quả măng cụt là Garcinia mangostana L. (Mangostana
garcinia Gaertn). Là một loài cây thuộc họ Bứa (Clusiaceae).
Măng

cụt

có

tên

tiếng

Anh,

Mỹ

là

mangosteen;

tên

Pháp:

Mangoustanier; tên Trung Quốc: Sơn trúc tử và tên Thái Lan: Mankhut.
Măng cụt có nguồn gốc từ Malaysia và Indonesia. Đây là một loại cây đòi
hỏi điều kiện thổ nhưỡng khắt khe cần khí hậu nóng và ẩm, cây tăng trưởng rất
chậm, sau 2-3 năm cây chỉ cao đến đầu gối, chỉ bắt đầu cho quả sau 10-15 năm.
Cây đã được các nhà truyền giáo du nhập vào miền Nam Việt Nam từ lâu. Ở Việt
Nam loài cây này được trồng phổ biến ở đồng bằng Sông Cửu Long và Đông
Nam Bộ, nhiều nhất ở Lái Thiêu, Thủ Dầu Một. Ở các nước Đông Nam Á, măng
cụt được trồng nhiều tại Thái Lan, Campuchia, Myanmar, Sri Lanka và Philippin.
Hiện có khoảng 100 loài khác nhau được nuôi trồng.

Măng cụt thuộc loại cây to, trung bình 7-12 m nhưng có thể cao đến 20-25
m, thân có vỏ màu nâu đen sậm, có nhựa (resin) màu vàng. Lá dày và cứng,
bóng, mọc đối, mặt trên của lá có màu sậm hơn mặt dưới, hình thuôn dài 15-25
cm, rộng 6-11 cm, cuống dài 1,2-2,5 cm. Hoa đa tính thường là hoa cái và hoa
lưỡng tính. Hoa mọc đơn độc hay từng đôi. Hoa loại lưỡng tính màu trắng hay
hồng nhạt, có 4 lá đài và 4 cánh hoa, có 16-17 nhị và bầu noãn có 5-8 ô.
Quả hình cầu, to bằng quả cam trung bình, đường kính chừng 4-7 cm, vỏ
ngoài màu đỏ tím dày cứng, trong đỏ tươi như rượu vang, dày xốp, phía dưới có
lá đài, phía đỉnh có đầu nhụy. Quả chứa 6-18 hạt, quanh hạt có lớp áo bọc màu
trắng có vị ngọt, ăn ngọt thơm ngon. Tại miền Nam nước ta, măng cụt trổ hoa
vào tháng 1 đến tháng 2 dương lịch và bắt đầu thu trái từ tháng 5 đến tháng 8
dương lịch. Năng suất trung bình 1-1,2 tấn/ha/năm.
Quả măng cụt có vị ngọt, thơm ngon. Khi mới chín có màu trắng trong, nhưng
sau ít ngày thì ngả màu vàng, kém thơm và có vị chát do đó khó chuyên chở đi xa.

4


Trong vỏ quả có chứa 7-13% tannin. Ngoài ra còn có chất nhựa và
mangostin (C20H22O5), có tinh thể phiến nhỏ, màu vàng tươi, không vị, tan trong
rượu, ete và chất kiềm, không tan trong nước (Đỗ Tất Lợi, 2004).
Bột vỏ quả măng cụt (VMC) có màu nâu, không mùi, vị hơi chát, gồm các
thành phần sau: Tế bào mô cứng nhiều, riêng lẻ hay dính nhau 2-3 tế bào, hình
dạng và kích thước thay đổi, vách rất dày, ống trao đổi rõ. Sợi vách dày, ống trao
đổi rõ, riêng lẻ hay dính lại thành đám. Mảnh mô mềm gồm các tế bào hình đa
giác, có thể có chứa hạt tinh bột. Hạt tinh bột hình cầu, kích thước 5-10 µm, nằm
riêng lẻ hay tụ lại thành đám. Tinh thể calci oxalat hình cầu gai. Khối nhựa có màu
vàng, vàng nâu, cam.
Tại nhiều nước Malaysia, Campuchia, Philipin, người ta dùng nước sắc vỏ
quả măng cụt để làm thuốc chữa đau bụng, tiêu chảy, chữa lỵ, có khi còn dùng

chữa bệnh hoàng đản.
Theo Ngamseang et al. (2006) vỏ quả măng cụt có chứa một lượng lớn hợp
chất thứ cấp, đặc biệt là tannin (15,8%) và saponin (9,8%). Poungchompu et al.
(2009) cho rằng vỏ quả măng cụt có chứa tannin và saponin gây ra những thay
đổi trong quá trình lên men vi sinh vật dạ cỏ và sản phẩm cuối cùng của quá trình
lên men. Vì vậy vỏ quả măng cụt có thể sử dụng bổ sung vào khẩu phần làm
giảm phát thải khí methane từ chăn nuôi gia súc nhai lại.
2.1.2. Urê
Urê là một hợp chất hữu cơ của cacbon, nitơ, oxy và hydro có công thức
phân tử CON2H4 hoặc (NH2)2CO trong đó tỷ lệ % N khá cao chiếm 46%. Cấu tạo
hóa học của urê:

Tên quốc tế là Diaminomethanal. Ngoài ra urê còn được biết với tên gọi là
carbamide, carbonyl diamide. Urê có màu trắng, dễ hòa tan trong nước, ở trạng
thái tinh khiết nhất urê không có mùi mặc dù hầu hết các mẫu urê có độ tinh
khiết cao đều có mùi khai.
Urê là một trong những hợp chất chứa nitơ phi protein (NPN) đã được sử
dụng từ lâu và rộng rãi trong chăn nuôi gia súc nhai lại. Sau khi ăn vào nguồn

5


NPN nhanh chóng được phân giải thành amoniac. Quá trình phân giải protein thô
trong dạ cỏ sinh ra một hỗn hợp gồm peptide, axit amin, amoniac và các axit hữu
cơ, trong đó có cả một số axit mạch nhánh sinh ra từ lên men các axit amin mạch
nhánh. Amoniac sinh ra cùng với các peptide mạch ngắn và axit amin tự do được
vi sinh vật dạ cỏ sử dụng để tổng hợp nên protein của chúng. Sinh khối protein vi
sinh vật dạ cỏ sẽ theo dòng chất chứa xuống dạ múi khế và ruột non sẽ được tiêu
hóa hấp thu tại đây, chúng sẽ giải phóng ra các amino acid. Các amino acid này
sau đó sẽ được hấp thụ vào máu gia súc.

Nhờ có hệ vi sinh vật dạ cỏ có khả năng biến đổi các hợp chất chứa nitơ
đơn giản như urê thành protein có giá trị sinh học cao cung cấp cho cơ thể. Bởi
vậy để thỏa mãn nhu cầu duy trì bình thường và nhu cầu sản xuất vừa phải thì
không nhất thiết phải cho bò ăn những nguồn protein có chất lượng cao mà có
thể thay vào đó bằng nguồn NPN rẻ tiền hơn.
2.1.3. Sodium Nitrate
Sodium nitrate (hay còn gọi là Natri nitrate) là hợp chất hoá học có công
thức NaNO3, có dạng hạt màu trắng tan trong nước. Muối này còn được biết đến
với cái tên diêm tiêu Chile hay diêm tiêu Peru (do hai nơi này có lượng trầm tích
lớn nhất) để phân biệt với kali nitrate. Những ứng dụng chủ yếu của sodium
nitrate:
- Sodium nitrate được sử dụng rộng rãi làm phân bón và nguyên liệu thô
trong sản xuất thuốc súng. Nó có thể kết hợp với sắt hydroxide tạo thành một loại
nhựa.
- Dùng trong sản xuất acid nitric bằng cách phản ứng với acid sulfuric.
- Một ứng dụng khác ít phổ biến là sodium nitrate có thể sử dụng làm chất
oxy hóa thay thế cho kali nitrate trong pháo hoa.
- Sodium nitrate còn được dùng kết hợp với kali nitrate trong các tấm thu
nhiệt mặt trời.
- Ngoài ra, sodium nitrate còn sử dụng để xử lý nước thải nhờ cung cấp
nitrate cho các vi sinh vật hiếu khí tùy tiện, giúp quá trình xử lý nước thải nhờ vi
sinh vật diễn ra nhanh hơn.
Leng (2008) đã gợi ý rằng các chiến lược bổ sung cho gia súc nhai lại để
giảm sản xuất methane nên dựa vào thức ăn của các muối nitrate, trong đó cung

6


cấp một chất nhận điện tử thay thế trong khi vẫn duy trì hiệu quả của quá trình
tiêu hóa lên men. Nitate cũng có thể cung cấp một tỷ lệ cao trong tổng nitơ trong

một thức ăn, và thức ăn thô xanh chất lượng kém thường thiếu đạm lên men.
Theo Leng and Preston (2010), tiềm năng của nitrate như một chất nhận electron
ái lực cao để giảm lượng methane dạ cỏ ở động vật nhai lại. Con đường chuyển
hóa nitrate trong dạ cỏ theo hai bước:
NO3- + 2H+ → H2O + NO2
NO2- + 6H+ → H2O + NH3
Như vậy nitrate trong quá trình phân giải ở dạ cỏ sẽ tạo ra các chất nhận
electron làm giảm nồng độ ion H+ trong dạ cỏ, nitrate sẽ được chuyển thành
amoniac và vì thế làm giảm tổng hợp methane dạ cỏ.
2.1.4. Biochar
Biochar hay Biocarbon là than sinh học hay còn gọi là than đen, có hạt
mịn được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân từ nguyên liệu có nguồn gốc
sinh khối thực vật (rơm, rạ, cây cối, bã mía, xơ dừa) và rác thải... Nhiệt phân là
sự phân hủy hóa học của vật liệu hữu cơ bằng cách đun nóng trong sự vắng mặt
của oxy.
Thông thường quá trình nhiệt phân sinh khối cho ra 20% biochar, 20% khí
tổng hợp dùng làm nhiên liệu và 60% dầu sinh học thay thế dầu mỏ trong sản
xuất các vật dụng như đồ nhựa. Nhưng khi cần khối lượng lớn để cải tạo đất, có
thể thay đổi cách đốt chậm hơn để có tỷ lệ biochar lên trên 50%. Biochar được
sản xuất như một phụ gia cho đất, chủ yếu lưu trữ chất dinh dưỡng và lưu trữ
carbon. Biochar là chất ổn định vững chắc và giàu carbon. Do đó có thể được sử
dụng để khóa carbon trong đất. Sự quan tâm về biochar ngày càng tăng vì những
lo ngại biến đổi khí hậu gây ra bởi lượng khí thải carbon dioxide (CO2) và các
khí thải nhà kính khác. Biochar có thể lưu trữ carbon trong lòng đất, có khả năng
làm giảm đáng kể lượng khí nhà kính trong khí quyển, đồng thời nó cải thiện
chất lượng nước, tăng độ phì đất, nâng cao năng suất nông nghiệp. Biochar tồn
tại nhiều năm trong đất, nhờ đó cải tạo thổ nhưỡng tơi xốp hơn, giữ được nhiều
nước cho đất ẩm hơn, tạo môi trường phát triển các tập đoàn sinh vật hoạt động
ngang tầm bộ rễ và từ đó tạo ra dưỡng chất tự nhiên cho các cây trồng. Mục đích
cuối cùng là cải tạo nền đất bạc màu, gia tăng sản lượng, và giảm bớt chi phí

cũng như sự lệ thuộc vào phân bón hóa học cùng thuốc trừ sâu.

7


Ngoài ra, biochar được sử dụng như một chất phụ gia thức ăn chăn nuôi, có
thể làm giảm sinh khí methane trong điều kiện in vitro (Hansena et al., 2012).
Biochar đã làm tăng tỷ lệ vi khuẩn oxy hóa methane (methanotrophic bacteria) so
với vi khuẩn sinh methane (methanogenic bacteria) (Feng et al., 2012) do đó có
thể làm giảm methane trong dạ cỏ. Nghiên cứu của các tác giả cho thấy bổ sung
biochar đã làm giảm methane cả in vitro (Leng et al., 2012a; Leng et al., 2012b)
và in vivo (Leng et al., 2012c). Biochar đã hoạt động trong dạ cỏ tạo ra nhiều chỗ
trú chân (tỷ lệ lớn giữa diện tích bề mặt và khối lượng (>30m2/g đến 500m2/g))
cho các tổ hợp vi sinh vật dạ cỏ trong màng sinh học (biofilm) và đã kích thích
hoạt động của vi sinh vật, trong đó có hoạt động oxy hóa methane của nhóm vi
khuẩn methanotrophic hay vi khuẩn sử dụng methane. (Kajikawa and Newbold
2003; Leng et al., 2013). Vi khuẩn methanotrophic là một nhóm khá đa dạng các
vi khuẩn gram âm, có quan hệ họ hàng với các thành viên khác của
Proteobacteria (vi khuẩn phân giải protein). Nhóm này hoạt động như một bộ lọc
sinh học (biofilters) để oxy hóa methane tạo ra trong môi trường yếm khí ở dạ cỏ
(Hanson and Hanson, 1996). Vì chúng oxy hóa methane sinh ra nên chúng làm
giảm methane. Như vậy biochar đã ảnh hưởng gián tiếp đến giảm sinh khí
methane.
2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA TANNIN ĐẾN THU NHẬN THỨC ĂN, TIÊU
HÓA VÀ SỰ LÊN MEN THỨC ĂN TRONG DẠ CỎ
Tannin là một hợp chất ester giữa đường glucose và một nhóm chất khác,
thường là một phức hợp của axit phenolic hoặc axit oxyphenolic. Nếu đem thủy
phân ra ta thu được đường glucose và các axit gallic và m-digallic, gọi là
"gallotannins". Ngoài ra, người ta còn biết có một loại tannin khác gọi là
"ellagitannins" nếu cắt liên kết ra ta thu được chất axit ellagic. Tannin trong thực

vật được chia làm 2 loại: một loại tannin có khả năng thủy phân gọi là tannin dễ
hòa tan (HTs) và một loại không có khả năng thủy phân gọi là tannin ngưng tụ
(CTs). Trong khi tannin thủy phân thường có nhiều hơn trong vỏ các loại trái cây
thì tannin ngưng tụ (tannin cô đặc) hầu như chỉ tìm thấy trong các loại cỏ.
Tannin đóng vai trò quan trọng trong dinh dưỡng động vật nói chung và
trong dinh dưỡng gia súc nhai lại nói riêng. Khi gia súc nhai thức ăn có chứa
tannin, phức hợp tannin-protein sẽ tạo thành phức hợp này ổn định trong môi
trường dạ cỏ nhưng chúng sẽ bị phân tách trong dạ múi khế và phần trước của tá

8


tràng nơi có pH thấp. Quá trình này bảo vệ chất đạm chống lại sự phân giải của
vi khuẩn và làm tăng tỷ lệ các axit amin có trong thức ăn thoát qua khỏi dạ cỏ
(Waghorn, 1990). Tuy nhiên, tannin làm giảm tính ngon miệng của cây thức ăn
và có thể trở thành chất kháng dinh dưỡng trong dạ cỏ. Tannin có ảnh hưởng
bất lợi trong quá trình lên men dạ cỏ và tiêu hóa thức ăn. Một số nghiên cứu
cho rằng tannin tách chiết và các cây chứa tannin làm giảm tỷ lệ tiêu hóa trong
cả in vitro (Bhatta et al., 2009; Patra et al., 2006) và in vivo (Animut và et al.,
2008; Grainger et al., 2009). Khi trong khẩu phần ăn có hàm lượng tannin trên
5% VCK thì sẽ làm giảm lượng thu nhận thức ăn, tỷ lệ tiêu hoá xơ trong dạ cỏ,
thậm chí giảm tiêu hoá cả protein, làm bất hoạt các enzyme tiêu hóa
(McNaughton, 1987).
Đối với các thức ăn chứa tannin, việc ức chế quá trình sinh methane chủ
yếu là do tanin đậm đặc (Martin et al., 2008). Có hai cơ chế về hoạt động của
tanin (Tavendale et al., 2005): tanin ảnh hưởng trực tiếp đến tạo methane và
ảnh hưởng gián tiếp đến giảm tạo ra hydro do tỷ lệ phân giải thức ăn ở dạ cỏ
thấp hơn. Tannin trong khẩu phần ăn của gia súc nhai lại làm giảm methane
thông qua việc ức chế trực tiếp hoạt động của các vi khuẩn sản sinh methane,
đồng thời tác động gián tiếp đến việc hình thành methane trong dạ cỏ bằng cách

ngăn cản sự phát triển của protozoa và các vi sinh vật khác sản sinh khí hydro
(Patra, 2010; Tavendale et al., 2005).
Tannin ở tỷ lệ cao hơn 5% trong khẩu phần có thể gây ảnh hưởng xấu đến
thu nhận thức ăn trong khi tỷ lệ tannin thấp hơn không ảnh hưởng đến thu nhận
thức ăn của động vật nhai lại. Ở tỷ lệ tannin cao sẽ làm giảm tính ngon miệng của
khẩu phần, giảm tỷ lệ tiêu hóa trong dạ cỏ (Mueller Harvey, 2006). Tannin ức
chế hoạt động của vi sinh vật trong dạ cỏ, từ đó có thể gây ảnh hưởng xấu đến sự
lên men trong dạ cỏ và sự tiêu hóa thức ăn. Một số lượng lớn các nghiên cứu đã
chỉ ra rằng chiết suất của tannin hoặc các thực vật có chứa tannin làm giảm khả
năng tiêu hóa thức ăn trong cả môi trường in vitro (Patra et al., 2006; Bhatta et
al., 2009) và in vivo (Grainger et al., 2009). Thường các kết quả cho rằng tỷ lệ
tannin cao hơn 5% trong khẩu phần có ảnh hưởng xấu đến khả năng sử dụng dinh
dưỡng và sức sản xuất của động vật, nhưng ảnh hưởng này còn phụ thuộc vào
loại tannin (Waghorn, 2008). Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng tiêu hóa
không bị ảnh hưởng bởi tannin ví dụ như ethanol chiết suất từ Terminalia
belerica (Patra et al., 2006), Quebrachotannins (Bhatta et al., 2009), Biophytum

9


petersianum, Acacia magnum và Jatropa curcas nhưng khí methane sinh ra bị
giảm đi. Việc giảm khả năng phân giải protein trong dạ cỏ gây ra là do phức hợp
tannin- protein ngăn cản protein được phân giải bởi vi sinh vật dạ cỏ, điều mà
cần thiết để sử dụng được protein đó (Muelle Harvey, 2006). Tuy nhiên, tannin
phát huy hoạt động ức chế vi sinh vật bao gồm cellulolytic và nấm thông qua
việc ức chế sự phát triển của chúng, thì có thể ảnh hưởng đến khả năng sử dụng
chất xơ. Đề xuất được đưa ra là ở mức tannin cao trong khẩu phần, cao đến mức
sau khi hấp thụ hết protein vẫn còn tannin, có thể làm giảm khả năng tiêu hóa xơ
thông qua việc tạo phức với lignocellulose do đó ngăn cản sự phân giải thức ăn
của vi sinh vật hoặc bằng cách trực tiếp ức chế hệ vi sinh vật phân giải xơ và hoạt

động của men phân giải xơ hoặc cả hai. Một ảnh hưởng có lợi khác của tannin
được báo cáo đó là do sự bảo vệ protein khỏi sự phân giải trong dạ cỏ nên đã làm
tăng nguồn protein metaboliza đưa đến tá tràng, ngăn chặn hiện tượng chướng
hơi dạ cỏ và làm tăng nồng độ acid linoleic liên hợp trong sản phẩm của động vật
nhai lại (Waghorn, 2008; Mueller Harver, 2006).
Nhìn chung, tannin có thể làm giảm lượng khí methane sinh ra thông qua
việc làm giảm số lượng protozoa và giảm sự phân giải xơ phụ thuộc vào cấu trúc
hóa học của tannin và loại vi sinh vật sinh khí methane. Tannin ở nồng độ cao có
thể ảnh hưởng đến thu nhận thức ăn và sự lên men ở dạ cỏ. Do đó, xem xét để đưa
ra một tỷ lệ tannin thích hợp là rất quan trọng, để có thể làm giảm khí methane mà
không ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất của dạ cỏ.
Ảnh hưởng của tannin trong thức ăn đến lượng methane thải ra có thể là
do tannin ảnh hưởng trực tiếp đến các vi khuẩn hình thành khí methane hoặc do
ảnh hưởng gián tiếp đến quần thể protozoa, vi khuẩn phân giải xơ trong dạ cỏ
và do đó làm giảm nguồn cung cấp hydro cho quá trình hình thành methane
trong dạ cỏ. Nghiên cứu của Makkar et al. (1995) cho thấy khi gia súc ăn khẩu
phần có chứa tannin của cây mẻ rìu thì tổng số protozoa trong dạ cỏ giảm đi
đáng kể. Các loài cây nhiệt đới chứa nhiều tannin như Lotus pedunculatus khi
sử dụng trong khẩu phần đã làm giảm tới 30% lượng methane thải ra (Waghorn
et al., 2002; Woodward et al., 2004) và có thể thay thế các loại thức ăn thô khác
trong khẩu phần.
Từ các nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học kết luận rằng có nhiều loại
cây giàu tannin bổ sung vào khẩu phần ăn của gia súc nhai lại có thể làm giảm
thải khí methane trong cả hai điều kiện in vitro và in vivo. Trong điều kiện in

10


vitro, khi bổ sung 20% Biophytum petersianum (có 4,3% tannin) và Sesbania
grandiflora (có 1,9% tannin) vào chất nền đã làm giảm lần lượt từ 17 – 25% và

9,2 -10,3% lượng methane thải ra mà không ảnh hưởng đến tỷ lệ tiêu hóa chất
khô (Hariadi and Santoso, 2010). Trong điều kiện in vivo, Grainger et al. (2009)
đã bổ sung hai mức tannin (8,6 và 14,6 g/kg VCK (chất khô ăn vào)) được tách
chiết từ Acacia mearnsii vào khẩu phần của bò sữa chăn thả ăn 4,5 kg thức ăn
tinh. Kết quả cho thấy việc bổ sung này đã làm giảm thiểu 11,5% và 28%
methane thải ra, nhưng cũng làm giảm tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần.
Như vậy, tannin có cả ảnh hưởng tích cực và tiêu cực tùy thuộc nguồn và tỷ
lệ bổ sung vào khẩu phần. Trong khi nước ta là một nước nhiệt đới có rất nhiều
loại cây và quả có tính chát có hàm lượng tannin cao. Vấn đề đặt ra cho chúng ta
là cần có những nghiên cứu nhằm tìm ra được nguồn và tỷ lệ bổ sung thích hợp
để làm giảm lượng methane sản sinh ra nhưng lại không ảnh hưởng đến hệ vi
sinh vật trong dạ cỏ và tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần.
2.3. QUÁ TRÌNH SẢN SINH KHÍ METHANE TRONG DẠ CỎ
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
cabohydrate và các chất hữu cơ khác. Sản phẩm chủ yếu của quá trình lên men
tại đây là các axit béo bay hơi (ABBH), khí methane (CH4), khí cacbonic (CO2)
và adenosin triphotphat (ATP) - chất mang năng lượng cần thiết cho sinh trưởng
và phát triển của vi sinh vật.
Trong điều kiện yếm khí ở dạ cỏ: Phản ứng oxy hóa để lấy năng lượng ở
dạng ATP giải phóng ra hydro. Tích lũy ion hydro trong quá trình trao đổi chất
của vi sinh vật dạ cỏ chỉ có thể tránh được bằng quá trình sinh tổng hợp CH4 bởi
những vi khuẩn sinh methane (rumen methanogens) (O’Mara et al., 2008). Đây
là quy trình bình thường trong quá trình lên men ở dạ cỏ.

11


Hình 2.1. Quá trình lên men trong dạ cỏ
Trong quá trình lên men dạ cỏ, ngoài các sản phẩm chính là axit béo bay

hơi acetate, propionate và butyrate thì một sản phẩm không mong muốn là CH4.
Quá trình lên men thức ăn cùng sự sản sinh khí methane được biểu thị bằng các
phương trình phản ứng sau:
C6H12O6 + 2H2O → 2CH3COOH (axit axêtic) + 2CO2 + 4H2
C6H12O6 + 2H2 → 2CH3CH2COOH (axit propionic) + 2H2O
C6H12O6 → CH3-CH2CH2COOH (axit butyric) + 2CO2 + 2H2
VK methanogenic
CO2 + 4H2 + năng lượng

CH4 + 2H2O

Lượng hydro giải phóng phụ thuộc chủ yếu vào khẩu phần và loại hình vi
sinh vật dạ cỏ vì lên men vi sinh vật thức ăn tạo ra các sản phẩm cuối cùng khác
nhau và không tương đương với lượng hydro tạo ra (Martin et al., 2008). Ví dụ,
để tạo ra axit propionic thì tiêu thụ hydro nhưng tạo ra axit acetic và axit butyric
lại giải phóng hydro (Martin et al., 2008). Quá trình sinh CH4 ở dạ cỏ là cơ chế
tạo điều kiện cho dạ cỏ tránh được nguy cơ tích lũy quá nhiều hydro (Martin et
al., 2008). Hydro tự do sẽ ức chế enzym khử hydro (dehydrogenases) và ảnh

12


hưởng đến quá trình lên men (Martin et al., 2008). Như vậy, có hai yếu tố trong
con đường trao đổi chất cần quan tâm để phát triển chiến lược giảm thiểu
methane ở gia súc nhai lại. Giảm sinh hydro nhưng không được ảnh hưởng đến
lên men thức ăn trong dạ cỏ. Giảm thiểu methane phải đi liền với con đường trao
đổi chất tiêu thụ hydro để tránh hiệu quả tiêu cực khi có quá nhiều hydro trong dạ
cỏ (Martin et al., 2008).
Sử dụng hydro và CO2 để tạo ra CH4 là một đặc tính đặc biệt của nhóm vi
khuẩn sinh CH4. Nhóm vi khuẩn này tương tác với các nhóm vi sinh vật khác

trong dạ cỏ để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và kéo dài tiêu hóa thức ăn
(Martin et al., 2008). Tương tác này là tích cực đối với nhóm vi sinh vật phân
giải xơ (Ruminococcus albus và R. flavefaciens), vi sinh vật không phân giải xơ
(Selenomonas ruminantium), protozoa và nấm. Ở gia súc nhai lại, methane được
sản sinh trong dạ cỏ bởi nhóm vi khuẩn sinh khí methane sử dụng các sản phẩm
chuyển hóa của các loài vi khuẩn khác, protozoa, nấm trong quá trình phân giải
thức ăn. Nhóm vi khuẩn này sử dụng H2 và CO2 là cơ chất chính để tạo khí
methane như sản phẩm cuối cùng của chu trình trao đổi năng lượng và sống kỵ
khí bắt buộc (Wolin et al., 1997). Trong dạ cỏ, các vi khuẩn sinh khí methane
phải sống cộng sinh với protozoa và các loài vi sinh vật khác. Methane được tạo
thành từ CO2 và H2 dưới tác dụng của vi khuẩn methanogenic cùng với năng
lượng của cơ thể động vật. Methanogenic là nhóm vi khuẩn trong hệ vi sinh vật
dạ cỏ của động vật nhai lại, chúng có thể tồn tại ở pH trung tính 6-8, tuy nhiên
một số loài methanogenic có thể tồn tại trong môi trường pH dao động từ 3-9,2
(Jones et al., 1987). Hiện nay, tìm thấy 5 loài vi khuẩn methanogenic trong dạ cỏ
của động vật nhai lại là Methanobrevibacter ruminantium, Methanosarcina
barkeri, Methanosarcina mazei, Methanobacterium formicicum và
Methanomicrobium mobile trong đó 2 loài đầu tiên là phổ biến nhất. Vi khuẩn
methanogenic có thể sống tự do trong dạ cỏ hoặc chúng sống cộng sinh trên bề
mặt của protozoa.
Hầu hết khí CH4 thải ra trong chăn nuôi là từ gia súc nhai lại thông qua quá
trình lên men yếm khí ở dạ cỏ. Tuy nhiên, sự sản sinh methane cũng xảy ra các
phần dưới của đường tiêu hóa như ruột già, tá tràng.... 89% methane được sản
sinh ra từ dạ cỏ và được thải ra ngoài thông qua miệng và mũi (Murray et al.,
1976). Khi methane thải ra ngoài môi trường thì gia súc nhai lại mất đi 2-12%
năng lượng thô từ thức ăn ăn vào, tùy thuộc vào phẩu phần. Ở các loài gia súc

13

nhai lại khác nhau thì tỷ lệ mất năng lượng thô do sự sản sinh methane cũng rất
khác nhau. Theo Johnson and Ward (1996) thì tỷ lệ năng lượng thô mất đi do thải
methane của bò sữa và bò thịt vỗ béo thay đổi lần lượt từ 5,5 - 9,0% và 3,5 6,5%. Ở trâu và lạc đà dao động trong khoảng 7,5 - 9,0% và 7,0 - 9,0%. Tỷ lệ
mất năng lượng thô do thải methane của động vật nhai lại cũng thay đổi theo vị
trí địa lý, chất lượng thức ăn, lượng thức ăn ăn vào, thành phần thức ăn và quá
trình chế biến thức ăn (Johnson and Ward, 1996). Hơn 50% số lượng gia súc nhai
lại của toàn thế giới tập trung ở vùng nhiệt đới và chúng được nuôi chủ yếu bằng
các khẩu phần có chất lượng thấp, khi đó 10-12% năng lượng thô của thức ăn sẽ bị
mất đi do methane (McCrabb and Hunter, 1999).
Vì vậy, để tăng năng suất chăn nuôi, giảm ô nhiễm môi trường thì việc làm
giảm CH4 sản sinh ra trong chăn nuôi gia súc nhai lại là một vấn đề hết sức quan
trọng và đặt ra những hướng nghiên cứu mới cho các nhà khoa học.
2.4. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU KHÍ METHANE TRONG DẠ CỎ
Quá trình sản sinh CH4 trong dạ cỏ không chỉ làm giảm hiệu quả sử dụng
năng lượng của gia súc nhai lại mà còn ảnh hưởng xấu đến môi trường khi góp
phần gây nên hiệu ứng nhà kính. Theo Vũ Duy Giảng và cs. (2008) gia súc nhai
lại đóng góp 15 - 20% tổng lượng khí CH4 sinh ra trên trái đất từ lên men trong
dạ cỏ. Methane là một trong ba nguồn khí thải chính gây hiệu ứng nhà kính dẫn
đến hiện tượng ấm dần lên của trái đất. Chính vì vậy để giảm thiểu khí methane,
có rất nhiều biện pháp được đưa ra. Trong đó các biện pháp chủ yếu là giảm
thiểu CH4 từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua dinh dưỡng và thông qua nâng
cao sức khỏe, khả năng sinh sản và quản lý.
2.4.1. Giảm thiểu CH4 từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua dinh dưỡng
2.4.1.1. Thay thế thức ăn thô bằng thức ăn tinh
Rất nhiều cơ sở dữ liệu của các thí nghiệm đã cho thấy: tỷ lệ thức ăn tinh
cao trong khẩu phần làm giảm CH4 (tính trên tổng năng lượng ăn vào) (Yan et
al., 2000) chủ yếu do tăng tỷ lệ axit propionic trong tổng axít béo ở dạ cỏ. CH4
tạo ra trong khẩu phần chủ yếu là cỏ ở bò thịt và cừu là 0,06 - 0,07 tổng năng
lượng thô (GE), còn ở khẩu phần vỗ béo chủ yếu là thức ăn tinh số liệu này là:
0,03 tổng năng lượng thô (Johnson and Johnson, 1995). Ở gia súc nhai lại ảnh

hưởng thực sự của thay đổi khẩu phần rất khó đánh giá. Ví dụ nuôi bò trên đồng
cỏ có khuynh hướng tăng CH4 từ quá trình lên men ở đường tiêu hóa với khẩu

14


phần chủ yếu là thức ăn hạt, cách nuôi này đã làm thay đổi đáng kể cách quản lý
phân vì hầu hết phân bò đã rải đều trên đồng cỏ và vì thế việc sử dụng cơ giới
hóa và phân bón cũng thay đổi (Jean-Yves et al., 2008). Kết quả là khí thải nhà
kính sinh ra do quản lý phân và sản xuất thức ăn chăn nuôi giảm đi. Điều này giải
thích vì sao khí thải nhà kính từ hệ thống nuôi bò dựa trên đồng cỏ ở New
Zealand (khoảng 800 kg eq CO2/tấn sữa) thấp hơn hệ thống nuôi bò trong nhà
với khẩu phần dựa vào thức ăn hạt (khoảng 1300 kg eq CO2/tấn sữa) ở Hà Lan
(Thomassen et al., 2008).
2.4.1.2. Loại carbohydrate và tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần
Carbohydrate cấu trúc như cellulose và hemicellulose lên men ở tốc độ
thấp hơn carbohydrate phi cấu trúc như tinh bột và các loại đường và tạo ra
nhiều CH4 hơn trên một đơn vị chất nền được lên men do tỷ lệ acetate:
propionate lớn hơn (Czerkawski, 1969). Ngoài ra trong nhóm carbohydrate
phi cấu trúc, đường hòa tan (soluble sugars) có tiềm năng sinh methane cao
hơn tinh bột (Johnson and Johnson, 1995). Như vậy, hạt ngũ cốc tạo ra ít khí
thải nhà kính hơn phế phụ phẩm có nhiều xơ. Thành phần của thức ăn cũng có
ảnh hưởng đến lên men ở dạ dày và ruột già và ảnh hưởng đến lượng khí thải
nhà kính CH4 (Jean-Yves et al., 2008).
Khí methane tạo ra (tính theo % năng lượng ăn vào) giảm khi mức nuôi
dưỡng tăng hay khi tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần được cải tiến. Theo Giger–
Reverdin et al. (2000), khí CH4 tạo ra trong dạ cỏ giảm khi lượng thức ăn tinh
trong khẩu phần tăng lên. Thành phần của khẩu phần cũng ảnh hưởng đến thải
nitơ, chất hữu cơ trong phân, qua đó ảnh hưởng đến lượng khí thải nhà kính (N2O
và CH4) thoát ra trong bảo quản và rải phân (Jean-Yves et al., 2008).

Như vậy cải tiến thành phần thức ăn, khẩu phần sẽ làm giảm thải nitơ, giảm
thiểu nitơ sẽ làm giảm ảnh hưởng của sự phì dinh dưỡng của đất (NO3-) và axit
hóa (NH3), do đó làm giảm khí thải nhà kính (Jean-Yves et al., 2008).
Thành phần dinh dưỡng của khẩu phần, đặc biệt là carbonhydrate ảnh
hưởng rất lớn đến quá trình sản sinh khí methane trong dạ cỏ của gia súc nhai lại
vì khẩu phần ảnh hưởng trực tiếp đến pH dạ cỏ, và do đó làm thay đổi hệ vi sinh
vật trong dạ cỏ (Johnson and Johnson, 1995). Theo (Holter and Young, 1992)
việc tiêu hóa các chất xơ có quan hệ chặt chẽ đến quá trình sản sinh khí methane.
Sauvant and Giger-reverdin (2007) cho biết khi tăng tỷ lệ thức ăn tinh trong khẩu

15


phần đã làm giảm đáng kể lượng methane sản sinh. Khi khẩu phần có 30-40%
thức ăn tinh thì tổng methane sản sinh là tương đương mức 6-7% tổng năng
lượng thô nhưng khi tỷ lệ thức ăn tinh trong khẩu phần là 80-90% thì lượng
methane sản sinh chỉ còn tương đương 2-3% tổng năng lượng thô ăn vào. Hàm
lượng tinh bột trong khẩu phần cũng được xem như là yếu tố để nâng cao sự hình
thành propionate, thông qua vi khuẩn phân giải tinh bột, làm giảm pH dạ cỏ, dẫn
đến làm giảm các vi khuẩn sinh khí methane. Johnson and Johnson (1995) cho
rằng quá trình tiêu hóa xơ thành tế bào làm tăng lượng methane sản sinh ra, bởi
vì quá trình này làm tăng lượng acetate trong dạ cỏ, mà acetate là cơ chất cung
cấp nhóm methyl cho vi khuẩn sản sinh khí methane trong dạ cỏ.
2.4.1.3. Cho thêm lipid vào khẩu phần
Từ rất lâu người ta cho rằng cho thêm lipid vào khẩu phần là giảm CH4
(Czerkawski et al.,1966). Dầu có chứa C12 (axit lauric) và C14 (axit myrstic)
đặc biệt độc với vi khuẩn sinh methane (Machmuller et al., 2000; Dohme et al.,
2001). Lipid làm giảm CH4 vì gây độc cho vi khuẩn sinh methane (Machmuller
et al., 2003), giảm protozoa vì protozoa đi liền với vi khuẩn sinh methane, lipid
cũng làm giảm tiêu hóa xơ. Giảm tiêu hóa xơ ảnh hưởng đến tỷ lệ tiêu hóa của

của khẩu phần, lipid cũng làm giảm chất khô ăn vào (Martin et al., 2008). Vì vậy
chiến lược này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất gia súc, tuy nhiên nếu lipid
trong khẩu phần <60-70 g/kg chất khô, thì ảnh hưởng đến lượng thức ăn ăn vào và
tỷ lệ tiêu hóa không đáng kể (Martin et al., 2008).
2.4.1.4. Sử dụng axit hữu cơ
Axit hữu cơ thông thường sẽ được lên men thành propionate trong dạ cỏ
(Martin et al., 2008). Như vậy, chúng là một bể chứa khác cho hydro và giúp làm
giảm số lượng hydro dùng để tạo methane Newbold et al. (2005) cho thấy axit
fumarate và acrylate có hiệu quả nhất trong các điều kiện in vitro.
2.4.1.5. Ionophores
Ionophores (monensin) là chất kháng vi sinh vật được sử dụng rộng rãi để
tăng năng suất chăn nuôi (Martin et al., 2008). Tadeschi et al. (2003) cho thấy
trong khẩu phần vỗ béo và ít cỏ, monensin làm tăng tăng trọng, giảm lượng thức
ăn ăn vào, tăng hiệu quả sử dụng thức ăn khoảng 6%. Monensin làm giảm CH4
vì giảm lượng thức ăn ăn vào là do thay đổi thành phần axit béo bay hơi ở dạ cỏ
theo hướng tăng propionate đồng thời làm giảm số lượng protozoa dạ cỏ (Martin

16


et al., 2008). Thí nghiệm trên động vật thấy monensin giảm hình tạo CH4
(McGinn et al., 2004). Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu không thấy sự giảm này
(Waghorn et al., 2008). Van Nevel and Demeyer (1996) khi phân tích 9 thí
nghiệm thấy bình quân monensin giảm tạo ra CH4 ở mức 0,18 của GE ăn vào.
2.4.1.6. Bổ sung các muối nitrate vào khẩu phần
Bổ sung các muối nitrate vào khẩu phần của gia súc nhai lại như là một
phương thức để cung cấp nitơ cho quá trình lên men dạ cỏ đồng thời làm giảm
thiểu khí methane. Hơn nữa, việc bổ sung nitrate có thể giảm khả năng bị trúng
độc ammonia cho gia súc vì các muối nitrate sẽ ức chế sự hình thành ammonia tự
do trong dạ cỏ (Leng, 2008). Một số nghiên cứu gần đây đã xác nhận rằng bổ

sung các muối nitrate vào khẩu phần ăn của dê trong thời gian dài cho tăng
trưởng tương tự như bổ sung urê là nguồn NPN, đồng thời làm giảm 30% lượng
khí methane thải ra (Sophea and Preston, 2010). Bổ sung muối nitrate vào phẩu
phần ăn của cừu và bò sữa thấy rằng lượng methane giảm tới 50% (Van
Zijderveld et al., 2010a; 2010b). Tuy nhiên, chưa có báo cáo nào cho thấy sự
giảm khí methane đi kèm với việc tăng sản xuất thịt hoặc sữa, mà về mặt lý
thuyết điều này có thể xảy ra.
2.4.1.7. Sử dụng các hợp chất thứ cấp và chất tách chiết từ thực vật
Thực vật có khả năng tổng hợp một số lượng lớn các hợp chất không phục
vụ cho quá trình sinh trưởng và phát triển của chúng, gọi là các chất trao đổi thứ
cấp. Các chất này có chức năng bảo vệ, chống lại sự tấn công của động vật ăn cỏ
và côn trùng. Có ba loại chất trao đổi thứ cấp chính ảnh hưởng đến việc giảm
thiểu khí methane đó là tannin, saponin, và tinh dầu.
* Tannin
Đối với các thức ăn chứa tanin, việc ức chế quá trình sinh methane chủ yếu
là do tanin đậm đặc (Martin et al., 2008). Có hai cơ chế về hoạt động của tanin
(Tavendale et al., 2005): tanin ảnh hưởng trực tiếp đến tạo methane và ảnh
hưởng gián tiếp đến giảm tạo ra hydro do tỷ lệ phân giải thức ăn ở dạ cỏ thấp
hơn. Gần đây theo Goel and Makkar (2012), cơ chế ức chế hình thành methane
có thể khác, ảnh hưởng ức chế quá trình sinh methane ở dạ cỏ phụ thuộc vào tỷ
lệ sử dụng và có quan hệ dương với số lượng của nhóm hydroxyl có trong cấu
trúc của tanin. Theo các tác giả trên tannin tự do (hydrolyzable tannins) ảnh
hưởng trực tiếp đến việc sinh methane ở dạ cỏ vì chúng ức chế vi khuẩn sinh

17


methane ở dạ cỏ (rumen methanogens), trong khi đó tanin cô đặc ảnh hưởng đến
sản sinh methane thông qua ức chế tiêu hóa xơ ở dạ cỏ.
* Saponin

Saponin là hợp chất gồm các glycosides tìm thấy nhiều trong thực vật.
Chúng ảnh hưởng đến quá trình sinh khí methane và chuyển hóa protein trong dạ
cỏ bằng cách ức chế protozoa (Patra, 2010) và hạn chế nguồn hydro cung cấp cho
việc hình thành methane (Guo et al., 2008). Mao et al. (2010) đã báo cáo rằng
lượng methane thải ra từ cừu đang sinh trưởng giảm 27% khi khẩu phần ăn có
chứa chè saponin. Saponin cũng ức chế sinh methane ở dạ cỏ, cơ chế hoạt động
của saponin liên quan đến ảnh hưởng ức chế sự phát triển protozoa (Newbold et
al., 1997). Tuy nhiên ảnh hưởng này thường khá ngắn.
* Tinh dầu
Tinh dầu là những hợp chất dễ bay hơi thơm chiết xuất từ toàn bộ cây và
có đặc tính kháng khuẩn, có thể có hiệu quả chống lại các vi sinh vật dạ cỏ không
mong muốn. Vì vậy, gần đây nó đã được khai thác và sử dụng làm phụ gia thức
ăn tự nhiên để cải thiện quá trình lên men dạ cỏ, chẳng hạn như sản xuất axit béo
dễ bay hơi, ức chế nhóm vi khuẩn sản sinh khí methane trong dạ cỏ, cải thiện quá
trình trao đổi protein và hiệu quả sử dụng thức ăn và tăng axit linoleic liên hợp.
Ảnh hưởng của tinh dầu đến sự lên men dạ cỏ, hệ vi sinh vật dạ cỏ của động vật
nhai lại phụ thuộc vào liều dùng, cấu trúc hóa học của tinh dầu, thành phần thức
ăn chăn nuôi và sinh lý học động vật. Trong thí nghiệm của Beauchemin and
McGinn (2006), bổ sung tinh dầu cho bò cái tơ ở mức 1g/con/ngày không ảnh
hưởng đến lượng methane thải ra nhưng lại làm giảm tỷ lệ tiêu hóa của khẩu
phần. Trong khi đó thí nghiệm của (Wang et al., 2009) cho thấy khi cho tinh dầu
oregano vào khẩu phần của cừu đã làm giảm 12% tổng methane sản sinh.
2.4.1.8. Bổ sung probiotic và prebiotic
Theo Takahashi et al. (2005) thì việc sử dụng probiotic và prebiotic trong
khẩu phần ăn của gia súc nhai lại cũng đã được tiến hành để thay đổi môi trường
dạ cỏ như bổ sung chất ion hóa, cải tiến hiệu quả thu nhận vật chất khô và ngăn
chặn sản sinh acetate, kết quả là làm giảm lượng hydro được giải phóng.
Sử dụng probiotics cũng có khả năng giảm khí thải CH4 từ gia súc nhai lại
(Martin et al., 2008). Chuyển hydro từ quá trình tạo methane sang quá trình hình
thành axetate đã được một số tác giả nghiên cứu. Sản phẩm cuối cùng axetate sẽ

18