KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LÁ KHOAI MÌ VÀ POTASSIUM NITRATE LÊN SẢN SINH KHÍ METHANE TRONG MÔI TRƯỜNG LÊN MEN IN VITRO

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CHĂN NUÔI – THÚ Y
****************

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LÁ KHOAI MÌ VÀ
POTASSIUM NITRATE LÊN SẢN SINH KHÍ METHANE
TRONG MÔI TRƯỜNG LÊN MEN IN VITRO

Sinh viên thực hiện

: CHÂU THỊ THU NGÀ

Lớp

: DH08TA

Ngành

: Chăn nuôi

Niên khóa

: 2008 – 2012

Tháng 08/2012


BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CHĂN NUÔI – THÚ Y
****************

CHÂU THỊ THU NGÀ

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LÁ KHOAI MÌ VÀ
POTASSIUM NITRATE LÊN SẢN SINH KHÍ METHANE
TRONG MÔI TRƯỜNG LÊN MEN IN VITRO

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư chăn nuôi chuyên
ngành sản xuất thức ăn

Giáo viên hướng dẫn
ThS. LÊ THỤY BÌNH PHƯƠNG
PGS.TS DƯƠNG NGUYÊN KHANG

i


Tháng 08/2012

XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ tên sinh viên thực tập: CHÂU THỊ THU NGÀ
Tên luận văn: “KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LÁ KHOAI MÌ VÀ
POTASSIUM NITRATE LÊN SẢN SINH KHÍ METHANE TRONG MÔI
TRƯỜNG LÊN MEN IN VITRO”.
Đã hoàn thành luận văn theo đúng yêu cầu của giáo viên hướng dẫn và các ý
kiến nhận xét, đóng góp của hội đồng chấm thi tốt nghiệp khoa ngày ……………...

Giáo viên hướng dẫn

ThS. Lê Thụy Bình Phương

ii


LỜI CẢM ƠN
Chân thành cảm ơn
Ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh, ban chủ nhiệm
khoa Chăn Nuôi – Thú Y, bộ môn Sinh lý – Sinh hóa, bộ môn Dinh Dưỡng, bộ môn
Di truyền giống. Toàn thể quý thầy, cô trường Đại Học Nông Lâm đã tận tình dạy
bảo em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Tỏ lòng biết ơn đến
Lời đầu tiên con xin cảm ơn cha mẹ, anh chị em trong gia đình, những người
đã tận tụy lo lắng và hy sinh để con có được ngày hôm nay.
Gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
ThS. Lê Thụy Bình Phương và PGS.TS Dương Nguyên Khang người đã hết
lòng giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Em chân thành cảm ơn
Cô Hồ Thị Nga, Cô Nguyễn Thị Phương Dung, cô Nguyễn Ngọc Thanh
Xuân, Thầy Nguyễn Phúc Lộc, Thầy Đặng Kiên Cường đã nhiệt tình và tạo điều
kiện thuận lợi nhất cho em trong quá trình thực tập ở phòng thí nghiệm.
Gửi lời cảm ơn đến
Ban giám đốc cùng anh chị em lò mổ Út Hảo, huyện Dĩ An, tỉnh Bình
Dương đã tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Các anh chị thực tập ở bệnh xá thú y đã giúp đỡ em trong quá trình phân tích
và xử lí mẫu.
Anh Duy, anh Tú, chị Nhung, bạn Giàu, tập thể lớp DH08TA đã động viên,
chia sẻ và giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp.

Chân thành cảm ơn !
Châu Thị Thu Ngà
iii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Thí nghiệm: “Khảo sát ảnh hưởng của lá khoai mì và potassium nitrate
lên sản sinh khí methane trong môi trường lên men in vitro” đã được thực hiện
từ ngày 01/03/2012 đến ngày 15/05/2012 tại phòng thí nghiệm bộ môn Sinh lý –
Sinh hóa và bộ môn Di truyền giống, khoa Chăn Nuôi Thú Y, trường Đại Học Nông
Lâm Tp. HCM.
Mục tiêu nghiên cứu: Nhằm khảo sát khả năng sinh methane của hai nguồn
nitơ trong môi trường lên men in vitro.
Phương pháp khảo sát: Hỗn hợp các thực liệu (đã được tính theo một tỷ lệ)
được cho vào bình ủ 1500 ml và được ủ trong điều kiện yếm khí ở 39oC để so sánh
khả năng sinh khí methane ở các khoảng thời gian 6h, 24h và tỷ lệ tiêu hóa sau khi
kết thúc quá trình ủ 24h.
Kết quả thu được:
 Thí nghiệm 1:
Nồng độ HCN ở lá khoai mì đã giảm 53,3 % qua quá trình phơi nắng.
Tỷ lệ nitơ hòa tan trong lá mì phơi nắng (27,0 %) thấp hơn so với lá tươi
(32,2 %).
 Thí nghiệm 2:
Tổng thể tích khí sinh ra ở nghiệm thức có bổ sung urea (1829 ml) cao hơn
nghiệm thức bổ sung nitrate (1557 ml).
Lá khoai mì tươi làm giảm 27,7 % khí methane so với nghiệm thức có lá
khoai mì phơi nắng.
Kết quả cho thấy có sự tương tác cộng gộp của lá khoai mì tươi và potassium
nitrate trong khẩu phần lên quá trình giảm sản sinh khí methane.

iv


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii 
MỤC LỤC ..................................................................................................................v 
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................. viii 
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..................................................................................... ix 
DANH SÁCH CÁC HÌNH........................................................................................x 
DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ ............................................................................... xi 
Chương 1 MỞ ĐẦU ..................................................................................................1 
1.1 Đặt vấn đề .............................................................................................................1 
1.2 Mục đích................................................................................................................2 
1.3 Yêu cầu..................................................................................................................2 
Chương 2 TỔNG QUAN ..........................................................................................3 
2.1 Đặc điểm sinh lý của dạ cỏ ...................................................................................3 
2.2 Sự nhai lại và tiêu hóa cơ học ...............................................................................4 
2.3 Con đường trao đổi chất trong dạ cỏ .....................................................................4 
2.4 Quá trình lên men trong dạ cỏ ...............................................................................5 
2.4.1 Tiêu hóa carbohydrate ........................................................................................6 
2.4.2 Tiêu hóa các hợp chất Nitrogen .........................................................................7 
2.4.3 Chuyển hóa lipid ................................................................................................8 
2.5 Hệ vi sinh vật dạ cỏ ...............................................................................................8 
2.5.1 Bacteria ..............................................................................................................9 
2.5.2 Protozoa..............................................................................................................9 
2.5.3 Nấm ....................................................................................................................9 
2.6 Nhu cầu nguồn NPN của thú nhai lại ..................................................................10 
2.7 Tận dụng nguồn thức ăn giảm phát sinh khí methane ........................................13 
v

2.7.1 Rỉ mật đường ....................................................................................................13 
2.7.2 Sử dụng lá khoai mì trong khẩu phần như là nguồn by-pass protein cho thú
nhai lại .......................................................................................................................14 
2.7.2.1 Vai trò của by-pass prorein trên hệ thống thức ăn của loài nhai lại..............14 
2.7.2.2 Cây khoai mì .................................................................................................15 
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................18 
3.1 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài ................................................................18 
3.1.1 Thời gian ..........................................................................................................18 
3.1.2 Địa điểm ...........................................................................................................18 
3.2 Nội dung thí nghiệm............................................................................................18 
3.3 Bố trí thí nghiệm .................................................................................................18 
3.3.1 Phân tích hàm lượng HCN và Nitơ hòa tan trong lá khoai mì .........................18 
3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng cách chế biến lá khoai mì lên sự sản sinh khí methane
trong môi trường lên men in vitro sử dụng chất nền là rỉ mật đường có bổ sung
potassium nitrate hoặc urea. ......................................................................................19 
3.4 Chuẩn bị mẫu và phương pháp thí nghiệm .........................................................20 
3.4.1 Chuẩn bị mẫu ...................................................................................................20 
3.4.2 Cách tiến hành ..................................................................................................20 
3.4.3 Thí nghiệm 2: Thí nghiệm in vitro ...................................................................20 
3.4.4 Xử lí số liệu ......................................................................................................23 
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..............................................................24 
4.1 Thành phần dinh dưỡng của lá khoai mì .............................................................24 
4.2 Hàm lượng HCN và Nitơ hòa tan trong lá khoai mì ...........................................24 
4.3 Ảnh hưởng của cách chế biến lá khoai mì lên sự sản sinh khí methane trong môi
trường lên men in vitro sử dụng chất nền là rỉ mật đường có bổ sung potassium
nitrate hoặc urea. .......................................................................................................27 
4.3.1 Tổng thể tích khí sinh ra...................................................................................29 
4.3.2 Sản xuất khí methane trong quá trình lên men in vitro dịch dạ cỏ ..................30 

vi


4.3.3 Ảnh hưởng của nguồn NPN lên khả năng tiêu hóa vật chất khô ở cuối giai
đoạn ủ 24h .................................................................................................................32 
4.4 Đánh giá hàm lượng NH3 có trong dung dịch in vitro sau khi ủ 24h .................32 
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...................................................................34 
5.1 Kết luận ...............................................................................................................34 
5.2 Đề nghị ................................................................................................................34 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................35 
PHỤ LỤC .................................................................................................................41 

vii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ATP

Adenosine tri-phosphate

AOAC

Association of Official Analytical Chemists

CH4

Methane

CP

Crude protein

CS

Giống lá mì cao sản

CS-T

Giống lá mì cao sản – tươi

CS-PN

Giống lá mì cao sản - phơi nắng

DM

Dry matter

HCN

Hydrogen cyanide

KM94

Giống lá mì KM94

KM94-T

Giống lá mì KM94 – tươi

KM94-PN

Giống lá mì KM94 – phơi nắng

LCFAs

Long Chain Fatty Acid

NH3

Ammonia

NPN

Non-Protein Nitrogen

pH

Power of/potential Hydrogen

VFAs

Volatile fatty acids

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm phân tích hàm lượng HCN và Nitơ hòa tan ...... 19

Bảng 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm in vitro (% DM cơ bản) .................................... 19
Bảng 3.3 Thành phần thực liệu trong thí nghiệm (g tươi) ..................................... 21
Bảng 3.4 Thành phần của dung dịch đệm (Tilly và Terry, 1963) .......................... 21
Bảng 4.1 Thành phần vật chất khô (%), protein (% VCK) trong lá mì ................. 24
Bảng 4.2 Hàm lượng HCN trong lá mì .................................................................. 24
Bảng 4.3 Tỷ lệ nitơ hòa tan trong lá khoai mì ....................................................... 25
Bảng 4.4 Tổng thể tích các chất khí, tỷ lệ khí methane sinh ra, thể tích khí
methane/gram chất nền lên men và tỷ lệ lên men các chất nền của các nghiệm thức
................................................................................................................................ 28
Bảng 4.5 Nồng độ NH3 trong dung dịch in vitro sau 24h ủ .................................. 32

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Sơ đồ mô tả tiêu hóa của vật chất hữu cơ trong dạ cỏ ............................. 5
Hình 2.2 Sơ đồ quá trình chuyển đổi nitrate ......................................................... 11
Hình 3.1Hệ thống in vitro được sử dụng trong thí nghiệm ................................... 22

x


DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 4.1 Hàm lượng HCN có trong lá khoai mì ............................................... 25
Biểu đồ 4.2 Tỷ lệ nitơ hòa tan trong lá khoai mì ................................................... 26
Biểu đồ 4.3 Tổng thể tích khí sinh ra ..................................................................... 29
Biểu đồ 4.4 Ảnh hưởng của quá trình xử lí nhiệt lá khoai mì lên sự sản sinh
khí methane ............................................................................................................ 30
Biểu đồ 4.5 Ảnh hưởng của nguồn NPN và quá trình xử lí nhiệt lên thể tích
khí methane/gram chất nền lên men ...................................................................... 31

Biểu đồ 4.6 Ảnh hưởng của nguồn NPN lên tỷ lệ phần trăm DM lên men trên lá
khoai mì tươi và phơi nắng .................................................................................... 32
Biểu đồ 4.7 Ảnh hưởng của nguồn NPN lên nồng độ NH3 dung dịch in vitro sau
24h ủ ....................................................................................................................... 33

xi


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Cây khoai mì là cây lương thực quan trọng được trồng rộng rãi ở các nước
nhiệt đới, nhất là vùng Đông Nam Á và Ấn Độ. Ở nước ta, hàng năm có khoảng gần
300.000 ha mì. Lúc thu hoạch củ có thể tận dụng nguồn lá và ngọn mì để làm thức
ăn cho gia súc, gia cầm. Ngọn, lá khoai mì có khá nhiều năng lượng, đạm, khoáng
và vitamin. Đặc biệt, hàm lượng protein trong ngọn, lá mì rất lớn, chiếm khoảng 18
– 27% trong vật chất khô, tùy theo lá già hay non. Mặt khác, thành phần acid amin
trong lá lại rất cân đối. Nhược điểm lớn nhất của lá khoai mì đó là chứa nhiều
glucoside linamarin. Linamarin dưới tác dụng của enzyme linamarase tạo thành acid
cyanhydric (HCN) là chất độc đối với gia súc. Hàm lượng HCN trong lá tươi khá
cao, nhất là trong lá đắng có tới 25mg %, còn trong lá mì ngọt thường trên 10mg %.
Đây là điều trở ngại duy nhất cho việc sử dụng lá mì vào làm thức ăn chăn nuôi gia
súc, gia cầm. Tuy nhiên, thông qua các phương pháp chế biến như nấu chín, phơi
khô hay ủ chua đều làm giảm đáng kể nồng độ acid này.
Ngoài ra, trong lá khoai mì còn có một lượng by-pass protein cao. Bằng thí
nghiệm in vitro khi bổ sung sodium nitrate và lá khoai mì có thể giảm thể tích khí
methane (CH4) sinh ra, và tăng sự tổng hợp đạm của vi sinh vật (W. S. Guo và cộng
sự, 2009). Một vài công trình đã công bố không thấy dấu hiệu ngộ độc khi bổ sung
4 % potassium nitrate (KNO3) vào khẩu phần cho gia súc nhai lại nếu chúng có thời
gian thích nghi (Lewis, 1951).

Vì những lý do trên được sự đồng ý của khoa Chăn nuôi – Thú y, Trường đại
học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh. Dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Thụy
Bình Phương chúng tôi đã tiến hành đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của lá khoai mì

1


và potassium nitrate lên sản sinh khí methane trong môi trường lên men in
vitro”.
1.2 Mục đích
Xác định tác động của quá trình phơi nắng lên hàm lượng HCN và Nitơ hòa
tan trong lá mì tươi.
Xác định tương tác cộng gộp của lá mì tươi và potassium nitrate lên sự sản
sinh khí methane trong môi trường lên men in vitro.
1.3 Yêu cầu
Xác định hàm lượng Nitơ hòa tan, HCN trong lá mì trước và sau phơi nắng.
Hàm lượng methane sinh ra ở từng loại thực liệu trong môi trường lên men
in vitro.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Đặc điểm sinh lý của dạ cỏ
Dạ cỏ được coi là một thùng lên men lớn, nó chiếm gần hết nửa trái của
xoang bụng, từ cơ hoành đến xương chậu. Dạ cỏ chiếm 80 – 90 % dung tích dạ dày,
75 % dung tích đường tiêu hoá, có tác dụng lên men tiêu hóa thức ăn nhờ hoạt động
của hệ vi sinh vật khổng lồ. Dạ cỏ không có tuyến tiêu hoá mà niêm mạc có nhiều
núm hình gai. Các quần thể vi sinh vật trong dạ cỏ sẽ cộng tác lên men để tiêu hóa

cellulose và polysaccharides, sản xuất các khí như carbon dioxide, methane và các
acid hữu cơ. Thức ăn ở dạ cỏ được tiêu hóa một phần rồi chuyển đến dạ múi khế.
Thức ăn khi vào dạ cỏ được phân làm 3 vùng chính dựa vào đặc điểm riêng
của chúng:
 Khí sinh ra trong quá trình lên men do nhẹ hơn nên sẽ nổi ở phía trên của
dạ cỏ.
 Thức ăn dạng hạt, dịch lỏng hay thức ăn của ngày hôm trước sẽ chìm
xuống phía dưới đáy dạ cỏ.
 Thức ăn mới ăn vào sẽ nằm ở lớp giữa của dạ cỏ.
Môi trường trong dạ cỏ là môi trường lên men kỵ khí lý tưởng, nhiệt độ
tương đối ổn định trong khoảng 38 – 42oC, pH từ 5,5 – 7,4 và sự nhào trộn thuận lợi
cho vi sinh vật. Nước bọt chứa muối carbonate và phosphate được phân tiết và nuốt
xuống dạ cỏ tương đối liên tục có tác dụng trung hòa các sản phẩm acid sinh ra
trong dạ cỏ để duy trì pH ở mức thuận lợi cho vi sinh vật phân giải xơ hoạt động.
Nước bọt còn có tác dụng quan trọng trong việc thấm ướt thức ăn, giúp cho quá
trình nuốt và nhai lại được dễ dàng. Nước bọt còn cung cấp cho môi trường dạ cỏ
các chất điện giải như Na+, K+, Ca2+, Mg2+. Đặc biệt trong nước bọt còn có urea và

3


phosphorus, có tác dụng điều hòa dinh dưỡng nitơ và phosphorus cho nhu cầu vi
sinh vật dạ cỏ.
Có khoảng 50 – 80 % các chất dinh dưỡng trong thức ăn được lên men ở dạ
cỏ. Sản phẩm lên men chính là các acid béo bay hơi (VFAs), sinh khối vi sinh vật
và các khí thể (methane và carbonic). Ngoài chức năng lên men dạ cỏ còn có vai trò
hấp thu. Phần lớn acid béo bay hơi được hấp thu qua vách dạ cỏ và trở thành nguồn
năng lượng chính cho gia súc nhai lại. Các khí thể được thải ra ngoài qua phản xạ ợ
hơi. Trong dạ cỏ, các vi sinh vật còn có khả năng tổng hợp các vitamin nhóm B và
vitamin K và khả năng sản xuất protein từ các hợp chất nitrogen đơn giản. Sinh khối

vi sinh vật và các thành phần không lên men được chuyển xuống phần dưới của
đường tiêu hoá.
2.2 Sự nhai lại và tiêu hóa cơ học
Khi ăn thức ăn thô bò thường ăn vào dưới dạng các mẩu thức ăn với kích
thước lớn nên vi sinh vật dạ cỏ khó có thể tấn công và lên men hoàn toàn. Chất chứa
dạ cỏ liên tục được nhào trộn nhờ sự co bóp theo nhịp của vách dạ cỏ. Một chu kỳ
của cơn co thắt xảy ra từ 1 đến 3 lần/phút. Tần số co thắt cao nhất là trong quá trình
cho ăn, và thấp nhất khi thú nghỉ ngơi. Phần thức ăn chưa được nhai kĩ có kích
thước lớn nằm trong dạ cỏ và dạ tổ ong thỉnh thoảng được ợ lên theo từng miếng
vào thực quản và trở lại xoang miệng. Trong miệng phần chất lỏng được nuốt ngay
còn thức ăn thô được thấm nước bọt và nhai kỹ lại trước khi được nuốt trở lại dạ cỏ
để len men tiếp.
2.3 Con đường trao đổi chất trong dạ cỏ
Các chất dinh dưỡng như carbohydrate, protein và chất béo trong thức ăn đều
bị các vi sinh vật phân hủy tạo thành các acid béo bay hơi, hỗn hợp khí và sản phẩm
của quá trình lên men. Một số loại carbohydrate (đường, tinh bột, pectin, hemicellulose và cellulose) đều được các vi sinh vật tiêu hóa. Ngoài ra sự phân hủy một
số loại protein tạo ra rất nhiều acid amin, VFA và NH3. Lipid và các acid béo tự do
hầu như không lên men, nhưng đến một mức độ nào đó, các chuỗi acid béo dài cũng
bị cắt bởi cái vi sinh vật dạ cỏ.
4


Các năng lượng tạo ra, sau quá trình lên men chủ yếu là các acid béo bay hơi.
Theo Bergman (1990), ước tính VFA đóng góp khoảng 70 % các nhu cầu caloric
cho động vật nhai lại (trích dẫn bởi Lê Thụy Bình Phương, 2012). Năng lượng được
sử dụng chủ yếu trong sinh tổng hợp các thành phần tế bào (carbonhydrate, đạm,
chất béo và acid nucleic) và sự tăng trưởng của vi sinh vật. Hình 2.1 cho thấy năng
lượng ATP được tạo ra trong quá trình lên men các chất hữu cơ (A) cung cấp cho
quá trình tổng hợp polymer để tăng sinh khối của tế bào vi sinh vật trong dạ cỏ (B)
(Nolan, 1998).

Ngoài đòi hỏi về năng lượng ATP, vi sinh vật cần có sự cung cấp NH3 và lưu
huỳnh cho quá trình tổng hợp sinh khối tế bào.

Hình 1.1 Sơ đồ mô tả tiêu hóa của vật chất hữu cơ trong dạ cỏ (Nolan, 1998)
2.4 Quá trình lên men trong dạ cỏ
Trong quá trình lên men thức ăn (đặc biệt thành tế bào thực vật) sẽ hình
thành liên kết cộng sinh giữa các hệ vi sinh đường ruột như vi khuẩn, động vật
nguyên sinh và nấm. Phần lớn thức ăn được tiêu hóa trong dạ cỏ, nơi sinh ra nhiều
khí methane và phần còn lại ở trong ruột thấp hơn. Nhìn chung, 55 – 65 % thức ăn
tiêu hóa hữu cơ được tiêu hóa trong dạ cỏ, khoảng 20 đến 30 % trong ruột non và 5
– 15 % trong ruột già (Waghorn và cộng sự, 2007) (trích dẫn bởi Sangkhom, 2011).
Theo cơ chế lưu giữ thức ăn (ví dụ như nhai và làm giảm kích thước hạt), hệ thống
dạ cỏ còn có thể giữ thức ăn trong một thời gian dài. Điều này cho phép các vi sinh

5


vật tiết enzyme tiêu hóa và thời gian cho sự nhai lại để phá vỡ các tế bào thực vật.
Dạ cỏ có các cơn co thắt di chuyển liên tục và pha trộn thức ăn, đảm bảo cho thức
ăn và vi sinh vật được trộn đều tạo điều kiện thuận lợi cho sự sinh khí thông qua ợ
hơi. Trong quá trình lên men, năng lượng được bảo tồn trong các hình thức ATP và
sử dụng cho việc duy trì sinh sản của vi sinh vật. Nguồn carbohydrate như cellulose,
hemicellulose, pectin, tinh bột, đường hòa tan, hexoses và pentose khi được lên men
sẽ chuyển thành VFA để tạo pyruvate. Các sản phẩm của quá trình lên men chủ yếu
là acetate, propionate, butyrate, NH3 tạo ra từ sự phân giải protein, CO2 và H2.
Acetyl-Co là một chất trung gian trong sự hình thành của acetate và butyrate từ
pyruvate, trong khi hình thành propionate, quá trình xảy ra chủ yếu thông qua con
đường succinate từ pyruvate.
Thủy phân protein tạo ammonia, peptide, các acid amin và acid béo. Chất
béo bị thủy phân bởi vi khuẩn lipases tạo thành glycerol và các chuỗi acid béo dài

(LCFAs). Kết quả của quá trình lên men phức tạp là sinh ra khí methane và một
lượng H2. Tỷ lệ của VFAs sinh ra từ quá trình tiêu hóa là quan trọng đối với động
vật nhai lại. Tỷ lệ của glucogenic (propionate), non – glucogenic (acetate và
butyrate) sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng năng lượng và thành phần của sản
phẩm sữa và thịt từ các động vật nhai lại. Khi nhu cầu năng lượng đã được cung cấp
đầy đủ, các acetate và butyrate còn dư sẽ được tích trữ dưới dạng chất béo lưu. Còn
propionate linh hoạt hơn và có thể được chuyển đổi thành glucose hoặc glycogen để
tích trữ dưới dạng các acid béo.
2.4.1 Tiêu hóa carbohydrate
Khẩu phần của gia súc nhai lại chứa lượng lớn cellulose, hemicellulose, tinh
bột, hydratcarbon tan trong nước chủ yếu ở dạng fructan. Cỏ già và rơm rạ chứa
nhiều xơ và ít hydratcacbon dễ hòa tan. Hydratcarbon có liên kết β kết hợp với
lignin có thể chiếm tới 20 – 120 g/kg vật chất khô. Tất cả các loại hydratcarbon, trừ
lignin, có thể được phân giải nhờ enzyme vi sinh vật, đặc biệt là quá trình cắt mạch
β-glucosit của cellulose.

6


Phân giải hydratcarbon trong dạ cỏ có thể chia làm 2 giai đoạn: đầu tiên là
tiêu hóa hydratecacbon phức tạp thành đường đơn giản. Quá trình xảy ra do enzyme
của vi sinh vật tiết ra và các phản ứng giống như ở gia súc dạ dày đơn. Cellulose bị
cắt nhỏ một hoặc nhiều liên kết β-1,3-glucosit thành cellobiose và thành hoặc là
glucose hoặc là glucose-1-photphat do enzyme phosphorylase. Tinh bột và dextrin
dưới tác dụng của maltase thành maltose và isomaltose và bởi maltase, maltose
phosphorylase hoặc 1,6-glucosidase thành glucose hay glucose-1,6-photphat. Các
fructan cũng bị enzyme thủy phân thành fructose.
Pentose là sản phẩm chính của phân giải hemicellulose do enzyme tác động
vào liên kết β-1,4 thành xylose và các acid uronic. Các acid này cũng chuyển thành
xylose. Các acid uronic còn được tạo thành từ pectin và xylose cũng được sản sinh

ra từ sự thủy phân xylan.
Sản phẩm cuối cùng của tiêu hóa carbonhydrate là 1 pyruvate.
2.4.2 Tiêu hóa các hợp chất Nitrogen
Các hợp chất chứa nitơ (N) trong thức ăn của gia súc nhai lại bao gồm
protein thực và nitơ phi protein (NPN). Protein thô của thức ăn một phần được lên
men bởi vi sinh vật trong dạ cỏ hay ruột già, một phần được tiêu hóa bằng men ở
ruột, phần còn lại không được tiêu hóa sẽ được thải ra ngoài phân.
Trong dạ cỏ, protein thô có thể phân chia thành 3 thành phần gồm: protein
hòa tan, protein có thể phân giải và protein không thể phân giải. Sau khi ăn xong
NPN nhanh chóng được phân giải thành ammonia còn một phần protein có thể phân
giải được vi sinh vật thủy phân thành peptide và acid amin. Tốc độ phân giải protein
bởi vi sinh vật trong dạ cỏ thay đổi rất lớn và chịu ảnh hưởng bởi cấu trúc ba chiều
của phân tử protein, các mối liên kết nội phân tử và giữa các phân tử, các rào cản
trơ như lignin trong vách tế bào và các nhân tố kháng dinh dưỡng. Quá trình phân
giải protein trong dạ cỏ sinh ra một hỗn hợp gồm peptide, acid amin, NH3 và các
acid hữu cơ trong đó có cả một số acid mạch nhánh sinh ra từ lên men các acid amin
mạch nhánh. NH3 sinh ra cùng với các peptide mạch ngắn và acid amin tự do được
vi sinh vật dạ cỏ sử dụng để tổng hợp nên protein của chúng (nguyên sinh động vật
7


không sử dụng được NH3). Một số protein của vi sinh vật bị phân giải ngay trong dạ
cỏ và nguồn nitơ của chúng cũng được tái sử dụng bởi vi sinh vật dạ cỏ.
NH3 có thể được vi khuẩn sử dụng để tổng hợp protein tế bào của chúng, vi
khuẩn không hạn chế việc phân giải protein để tự cung cấp NH3 cho mình. Lượng
NH3 vượt quá nhu cầu sẽ được gia súc hấp thu vào máu về gan để tổng hợp thành
urea rồi thải ra ngoài qua nước tiểu. Ngược lại, thiếu NH3 làm giảm sự tăng sinh của
vi sinh vật và vì thế giảm tốc độ phân giải thức ăn trong dạ cỏ và lượng thức ăn ăn
vào.
Nhờ có protein của vi sinh vật dạ cỏ mà bò cũng như gia súc nhai lại nói

chung 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 urea,
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 bò ăn
những nguồn protein có chất lượng cao, bởi vì hầu hết những protein này sẽ bị phân
giải thành NH3, thay vào đó NH3 có thể sinh ra từ nguồn NPN rẻ tiền hơn. Khả năng
này của vi sinh vật dạ cỏ có ý nghĩa kinh tế rất lớn vì thức ăn chứa protein thật đắt
tiền hơn so với các nguồn NPN.
2.4.3 Chuyển hóa lipid
Lipid trong thức ăn của gia súc nhai lại thường có hàm lượng thấp. Các dạng
lipid của thức ăn thường có triaxylglycerol, galactolipid và phospholipid.
Khả năng tiêu hóa lipid của vi sinh vật dạ cỏ rất hạn chế. Cho nên khẩu phần
nhiều lipid sẽ cản trở tiêu hóa xơ và giảm thu nhận thức ăn do lipid bám vào vi sinh
vật dạ cỏ và các tiểu phần thức ăn làm cản trở quá trình lên men. Tuy nhiên, đối với
phụ phẩm xơ hàm lượng lipid trong đó rất thấp nên dinh dưỡng của gia súc nhai lại
ít chịu ảnh hưởng của tiêu hóa lipid trong dạ cỏ.
2.5 Hệ vi sinh vật dạ cỏ
Hệ vi sinh vật cộng sinh trong dạ cỏ và dạ tổ ong rất phức tạp và thường gọi
chung là hệ vi sinh vật dạ cỏ. Hệ vi sinh vật dạ cỏ gồm có 3 nhóm chính là vi khuẩn
(Baceria), động vật nguyên sinh (Protozoa) và nấm (Fungi), ngoài ra còn có
8


mycoplasma, các loại virus và các thể thực khuẩn. Mycoplasma, virus và thể thực
khuẩn không đóng vai trò quan trọng trong tiêu hóa thức ăn. Quần thể vi sinh vật dạ
cỏ có sự biến đổi theo thời gian và phụ thuộc vào tính chất của khẩu phần ăn. Hệ vi
sinh vật dạ cỏ đều là vi sinh vật yếm khí và sống chủ yếu bằng năng lượng sinh ra
từ quá trình lên men các chất dinh dưỡng.
2.5.1 Bacteria
Bacteria chiếm số lượng lớn nhất: 109 - 1010 tế bào/1ml dịch dạ cỏ (Lê Đức

Ngoan, 2002). Chúng có hơn 60 loài khác nhau cùng tham gia tiêu hóa cellulose,
hydratcarbon và protein như Fibrobacter, Ruminococcus, Streptococcus, Prevotella,
Megasphaera. Khoảng 30 % Bacteria sống tự do và 70 % bám vào thức ăn, số ít trú
ngụ ở biểu mô và bám vào Protozoa. Bacteria tham gia lên men cellulose nhờ
enzyme của nó tiết ra là cellulose và lên men tinh bột dễ tan để tạo thành các
propionic nhờ Selenomonas ruminatium, và tác động qua lại giữa các vi sinh vật là
đặc tính quan trọng của quá trình lên men dạ cỏ. Số lượng và tỷ lệ các loài Bacteria
rất khác nhau tùy theo khẩu phần, ví dụ khẩu phần giàu thức ăn tinh làm tăng số
lượng Bacteria và kích thích tăng loài Lactobacilli.
2.5.2 Protozoa
Protozoa có số lượng ít hơn Bacteria nhiều khoảng 105 - 106 tế bào/1ml (Lê
Đức Ngoan, 2002) nhưng lại lớn hơn về mặt khối lượng. Ở gia súc trưởng thành,
Protozoa có hai họ chính là Ophryoscolecidae (Oligotrichs) và Isotrichidae
(Holatrichs). Ở nhóm thứ nhất có thể tiêu hóa thức ăn tinh nhưng không tiêu hóa xơ.
Protozoa phân giải tinh bột và đường là chủ yếu và dự trữ chúng trong cơ thể dưới
dạng polydextrin, vì vậy có khả năng làm hệ đệm cho dịch dạ cỏ. Protozoa có thể
tiêu hóa Bacteria làm giảm số lượng Bacteria bám vào thức ăn và kéo dài thời gian
lưu lại của thức ăn nhiều xơ trong dạ cỏ góp phần tăng tỷ lệ tiêu hóa xơ.
2.5.3 Nấm
Nấm trong dạ cỏ đã được nghiên cứu cách đây khoảng 20 năm, và vai trò của
nấm trong hệ sinh thái dạ cỏ đã được mô tả chính xác, nấm là loài vi sinh vật yếm

9


khí có chu kỳ sinh trưởng theo 2 giai đoạn: motile và vegetative (dị dưỡng). Giai
đoạn sau, chúng bám vào thức ăn bằng chân giả và có thể xâm nhập màng tế bào.
Có nhiều loài nhưng chủ yếu là Neocallimastix, nấm có thể sử dụng hầu hết
polysaccharide, đường dễ tan; nấm không sử dụng pectin, acid polygalaturonic,
arabinoz, fucoz, mannoz và galactoz. Số lượng nấm trong dạ cỏ chưa được biết rõ,

nhưng được biết chúng có tỷ lệ khá lớn (khoảng 10% khối lượng vi sinh vật dạ cỏ)
khi khẩu phần nhiều xơ (Lê Đức Ngoan, 2002).
Được biết rằng vi sinh vật dạ cỏ cung cấp khoảng 20 % chất dinh dưỡng cho
cơ thể vật chủ và thành phần của vi sinh vật là rất quan trọng. Bacteria chứa khoảng
100 g/kg vật chất khô, nhưng chỉ 80 % ở dạng amino acid và 20 % là của acid
nucleic. Hơn nữa, một số amino aicd chứa trong peptidoglycan của màng tế bào
không được vật chủ tiêu hóa.
2.6 Nhu cầu nguồn NPN của thú nhai lại
NH3 sinh ra trong dạ cỏ bởi quá trình trao đổi chất của protein, peptide, acid
amin, amid, urea, nitrate và một số nguồn nitơ phi protein (NPN). NPN được phân
giải bởi các vi khuẩn trong dạ cỏ thành những phân tử nhỏ hơn phụ thuộc vào khả
năng hòa tan của NPN. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân giải NPN là NH3 sẽ
được vi sinh vật sử dụng. Vi sinh vật kết hợp NH3 với sản phẩm của quá trình
chuyển hóa carbohydrate để hình thành amino acid và protein cho thú. Vì vậy, cách
tốt nhất để đánh giá hàm lượng nitơ lên men là đo mức độ NH3 trong dạ cỏ ở động
vật sau khi cho ăn. Có nhiều bằng chứng cho thấy rằng hiệu quả tận dụng nguồn
NH3 cho sự tổng hợp protein vi sinh vật ở nồng độ tương đối thấp từ 5 – 8 mg NH3N/100ml (Roffler và cộng sự, 1975). Tuy nhiên, Pedok và Leng (1990) cho rằng
mức độ NH3 tối thiểu nên là 100 mg N/lít, nhưng ở mức 200 mg/lít thì được sử
dụng hiệu quả hơn (trích dẫn bởi Lê Thụy Bình Phương, 2012).
Urea là một nguồn NPN quan trọng để tạo thành NH3 trong dạ cỏ, nó được
thủy phân thành NH3 và carbondioxide do vi khuẩn urease. Ngoài ra, urea được
khuếch tán qua thành dạ cỏ và vào lại dạ cỏ thông qua đường nước bọt của thú.

10


microbial
Urea

NH3

+

CO2

urease
Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng NH3 phụ thuộc vào môi trường dạ cỏ và nguồn
cung năng lượng cho thú. Theo Preston (1972) phải bổ sung urea như là nguồn NPN
trong khẩu phần cơ bản là rỉ mật đường (trích dẫn bởi Lê Thụy Bình Phương, 2012).
Theo báo cáo của Rush và Totusek (1976) cho rằng bổ sung rỉ mật đường cùng với
thức ăn thô xanh sẽ cải thiện được tăng trọng của thú. Ye Tong Wah và cộng sự
(1981) đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung các mức độ urea khác nhau vào
khẩu phần rỉ mật đường cho thấy rằng thú tăng trọng rất nhanh và hệ số chuyển hóa
thức ăn tốt nhất ở mức độ 2,5 % urea, nên đây được coi là mức tối ưu (trích dẫn bởi
Lê Thụy Bình Phương, 2012). Kalmbacher và cộng sự (1995) đo hiệu suất của các
con bò trưởng thành khi ăn 1,6 kg/con/ngày (cơ sở DM) với khẩu phần urea – rỉ mật
hoặc rỉ mật – hạt bông – urea, mỗi khẩu phần có chứa 30 % CP (DM cơ bản) (trích
dẫn bởi Lê Thụy Bình Phương, 2012). Tác giả kết luận rằng thí nghiệm không ảnh
hưởng đến sự tăng trọng của bò trong thời gian dài hoặc ngay khi bò mang thai, tuy
nhiên bổ sung urea và rỉ mật đường là vấn đề khó giải quyết đối với bê con. Bổ
sung rỉ mật có chứa urea sẽ có giá trị như bổ sung một loại protein tự nhiên.
Lewis (1951) lần đầu tiên đã chứng minh quá trình chuyển đổi nitrate thành
NH3 bởi các vi sinh vật dạ cỏ, với nitrite là chất trung gian. Sự tích tụ của độc tố
nitrite là do sự chuyển đổi nhanh chóng nitrate thành nitrite và tiếp theo đó là sự
chuyển đổi nitrite thành ammonia. Fewson và Nicholas (1961) đã đưa ra sơ đồ về
quá trình chuyển đổi nitrate (hình 2.2) (trích dẫn bởi Lê Thụy Bình Phương, 2012).
Các vi sinh vật khác nhau sẽ có các sản phẩm cuối cùng khác nhau là khí nitơ hoặc
NH3.

Hình 2.2 Sơ đồ quá trình chuyển đổi nitrate (Fewson và Nicholas, 1961)

11


Sử dụng nguồn carbohydrate có sẵn ví dụ như glucose, để đẩy nhanh quá
trình chuyển đổi nitrate thành NH3 và làm giảm độc tính của nitrate.
Allison và Reddy (1984) đã đưa ra giả thuyết xem NO3 như nguồn nitơ, số
lượng vi sinh vật gia tăng cũng sẽ làm tăng nguồn năng lượng ATP cung cấp (trích
dẫn bởi Lê Thụy Bình Phương, 2012). Nghiên cứu của Thauer và cộng sự (1977)
cho thấy chuyển đổi nitrate thành NH3 sẽ cho năng lượng tốt hơn là chuyển đổi
HCO3 thành CH4. Như vậy, khả năng tận dụng nitrate như một chất nhận điện tử
của vi sinh vật dạ cỏ xem như là một cơ chế tiềm năng mang lại các sản phẩm có lợi
sau quá trình lên men tiêu hóa. Satter và Esdale (1968) tìm thấy acetate là một chất
nhận điện tử thông qua sự hình thành butyrate, nguồn điện tử là các cặp nguyên tử
hydro được phóng thích từ quá trình oxy hóa lactate hình thành pyruvate. Nitrate
cần dùng 8 electron hình thành NH3 và các electron này được lấy từ môi trường
điện tử tự do để hình thành hợp chất butyrate, quá trình sản xuất acetate sẽ được
tăng lên cùng với butyrate. Và propionate hoặc khí methane cũng có thể giảm.
Leng, 2008 đã đưa ra giả thuyết về tiềm năng chuyển đổi nitrate thành NH3 như là
nguồn nhận điện tử trong dạ cỏ nhưng hạn chế lớn trong việc sử dụng nitrate cho
động vật là sản sinh ra methaemoglobinaemia, là kết quả từ nitrite tạo ra trong dạ cỏ
(trích dẫn bởi Lê Thụy Bình Phương, 2012).
Leng (2008) chỉ ra rằng nitrate có thể được sử dụng như một nguồn cung nitơ
cho các vi sinh vật trong dạ cỏ lên men nếu thú có thời gian thích nghi dần dần với
nitrate trong vòng 14 ngày trong khẩu phần đầy đủ các chất dinh dưỡng (trích dẫn
bởi Lê Thụy Bình Phương, 2012). Đặc biệt sự có mặt của lưu huỳnh là một điểm rất
quan trọng. Điều này đã được chứng minh qua kết quả của Sophea và Preston
(2010) trên dê cho thấy không có dấu hiệu về tình trạng sức khỏe của thú, ngay cả
khi lượng potassium nitrate rất cao (6 % cơ sở DM). Một số thí nghiệm in vitro và
in vivo cho thấy vai trò của nitrate đối với động vật nhai lại. Theo kết quả của Guo

và cộng sự (2009) việc sử dụng nitrate trên hệ thống in vitro cho thấy bổ sung
nitrate sẽ làm giảm sản sinh khí methane và tăng tổng hợp nitơ của vi sinh vật so
với bổ sung urea. Sangkhom và cộng sự (2011) kết luận rằng vôi sống có thể thay

12


thế NaOH để tăng sự lên men của rơm rạ và sự sinh khí methane sẽ giảm khi sử
dụng potassium nitrate như là nguồn NPN.
Trong thí nghiệm in vivo, thay thế urea như một nguồn nitơ trong khẩu phần
ăn gia súc nhai lại, điều này được chứng minh khi làm thí nghiệm so sánh bổ sung
nitrate và urea thì cả 2 thí nghiệm đều có quá trình chuyển hóa năng lượng không bị
thay đổi và lượng ăn vào và tăng trọng là như nhau trong hai nghiệm thức urea và
nitrate. Ở bò sữa có năng suất cao, khi cho ăn khẩu phần cơ bản ngô ủ chua, bằng
cách đo nhiệt lượng khi thay thế 2,2 % nitrate với urea 1,5 % đã làm giảm 16 %
methane và theo dõi các ảnh hưởng khi bổ sung nitrate sau giai đoạn thích ứng dần
dần của bò (trên 4 tuần), kéo dài một khoảng thời gian hơn 4 tháng không cho thấy
dấu hiệu nào ảnh hưởng đến sức khỏe của đàn bò (Van Zijderveld và cộng sự,
2010).
2.7 Tận dụng nguồn thức ăn giảm phát sinh khí methane
2.7.1 Rỉ mật đường
Rỉ mật đường là phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất đường. Giá trị
thực của rỉ mật đường chứa khoảng 50 % đường trong đó có sucrose và đường
chuyển đổi, nhưng chỉ có 4 % protein thô (Cleasby, 1963). Một chức năng quan
trọng của mật đường mía là nó có chứa 3 – 7g S/kg DM (Suttle, 2010).
Trong dạ cỏ đường lên men nhanh hơn so với tinh bột. Như vậy, rỉ mật
đường được coi là một nguồn carbonhydrate dễ hòa tan và là nguồn năng lượng
trong khẩu phần hằng ngày của động vật nhai lại. Tuy nhiên, vấn đề gặp phải khi
sử dụng rỉ mật đường là tỷ lệ độc tính cao bất thường tùy theo từng loại khẩu phần.
Độc tính của rỉ mật đường xuất hiện khi có lượng thức ăn thô xanh thấp trong khẩu

phần cơ bản rỉ mật đường được nghiên cứu bởi Preston và cộng sự (1967). Vì vậy,
để nâng cao hiệu quả của việc sử dụng rỉ mật đường trong khẩu phần, urea – rỉ mật
đường nên được cho ăn bổ sung với thức ăn có protein cao như lá khoai mì hay lá
khoai lang. Khi cho ăn tự do với hỗn hợp rỉ mật đường và urea, rất hiếm khi có
nguy cơ ngộ độc urea vì sự kết hợp đường trong rỉ mật đường và amoniac từ urea sẽ
nhanh chóng được sử dụng cho sự phát triển của các tế bào vi sinh vật. Vì vậy,
13