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

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

BÙI THỊ THU HIỀN

ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC BỔ SUNG
CHẾ PHẨM SINH HỌC ĐẾN ĐẶC ĐIỂM SINH KHÍ
CỦA MỘT SỐ LOẠI THỨC ĂN THƠ DÙNG CHO BỊ
Ngành:
Mã số:

Chăn ni
60.62.01.05

Người hướng dẫn khoa học:

TS. Phạm Kim Cương
PGS. TS. Bùi Quang Tuấn

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016


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

Bùi Thị Thu Hiền

i


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn nghiên cứu này, tôi đã nhận được sự giúp
đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy cơ giáo khoa Chăn Ni, Học viện
Nông nghiệp Việt Nam cũng như các đồng nghiệp và người thân.
Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới TS. Phạm Kim Cương, bộ môn Dinh
dưỡng và thức ăn chăn nuôi, Viện chăn nuôi; PGS.TS Bùi Quang Tuấn trưởng bộ môn
dinh dưỡng thức ăn, khoa Chăn Nuôi, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam, đã luôn tạo điều
kiện giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện luận văn.
Bên cạnh đó, tơi cũng gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc tới các bạn bè, đồng
nghiệp, các thầy cô giáo đang công tác tại khoa Chăn nuôi – Học viện Nông Nghiệp Việt
Nam, Trung tâm Bảo tồn vật nuôi - Viện Chăn nuôi đã ln tạo mọi điều kiện thuận lợi,

sẵn lịng giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này.
Cuối cùng cho phép tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới những người thân trong

gia đình, những người đã mang lại cho tôi sự tự tin ngày hôm nay.

Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Bùi Thị Thu Hiền

ii

năm 2016


MỤC LỤC
Lời cam đoan................................................................................................................................... i
Lời cảm ơn....................................................................................................................................... ii
Mục lục.............................................................................................................................................. iii
Danh mục chữ viết tắt................................................................................................................ v
Danh mục bảng............................................................................................................................. vi
Danh mục hình............................................................................................................................ vii
Trích yếu luận văn.................................................................................................................... viii
Thesis abstract.............................................................................................................................. x
Phần 1. Mở đầu.............................................................................................................................. 1
1.1

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

1.2.

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

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

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

2.1.1.

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

2.1.2.

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

2.1.3.

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

2.1.4.

Đặc điểm của bơng sợi........................................................................................... 10

2.2.

Tiêu hóa xơ của gia súc nhai lại........................................................................ 11

2.2.1.

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

2.2.2.

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

2.3.

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

2.3.1.

Chế phẩm enzyme..................................................................................................... 15

2.3.2.

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

2.5.

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

2.5.1.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới.................................................................. 18

2.5.2.

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

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

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

3.1.1.

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

3.1.2.

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

iii


3.1.3.

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

3.2.

Địa điểm và thời gian nghiên cứu..................................................................... 21

3.3.

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

3.4.

Phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 22

3.4.1.

Phân tích thành phần hóa học............................................................................ 22

3.4.2.

Thí nghiệm in vitro gas production.................................................................. 22

3.5.

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

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

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

4.2.

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

4.2.1.

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

4.2.2.

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

4.3.

Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của rơm........................................... 36

4.3.1.

Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của rơm............................ 36

4.3.2.

Động thái sinh khí in vitro của rơm................................................................. 39

4.4.

Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của cỏ khơ pangola..................40

4.4.1.

Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của cỏ khơ Pangola. . .40

4.4.2.

Động thái sinh khí in vitro của cỏ khơ Pangola......................................... 42

4.5.

Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của cỏ voi....................................... 43

4.5.1.

Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của cỏ voi........................43

4.5.2.

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

4.6.

Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của thân cây ngơ ........................46

4.6.1.

Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của thân cây ngơ.........46

4.6.2.

Động thái sinh khí in vitro của thân cây ngơ.............................................. 48

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

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

5.2.

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

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

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

ADF

Xơ không tan trong môi trường axit

Cs

Cộng sự

Bs

Bổ sung

NDF

Xơ không tan trong mơi trường trung tính

VCK

Vật chất khơ

v


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Các vi sinh vật dạ cỏ và hoạt tính enzyme của chúng liên quan tới
phân giải thành tế bào thực vật trong dạ cỏ........................................ 13
Bảng 2.2. Các hoạt tính enzyme chủ yếu cần thiết cho quá trình thủy phân các
polymer thành tế bào thực vật hiện diện trong dạ cỏ.....................15
Bảng 4.1. Thành phần hóa học của các loại thức ăn thí nghiệm................... 28
Bảng 4.2. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm A đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro bông......................................................................................... 30

Bảng 4.3. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm C đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro bơng......................................................................................... 32
Bảng 4.4a.

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

Bảng 4.4b.

Động thái sinh khí của bơng gịn khi bổ sung chế phẩm C.........35

Bảng 4.5.

Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên

men in vitro rơm................................................................................................... 37
Bảng 4.6.

Bảng 4.7.

Bảng 4.8

Bảng 4.9.

Bảng 4.10.

Động thái sinh khí của rơm khi bổ sung chế phẩm ở các mức
khác nhau................................................................................................................ 39
Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên

men in vitro cỏ khơ Pangola......................................................................... 41

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

men in vitro cỏ voi.............................................................................................. 44
Động thái sinh khí của cỏ voi khi bổ sung chế phẩm ở các mức
khác nhau................................................................................................................ 45
Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên

Bảng 4.11.

men in vitro thân cây ngơ............................................................................... 47

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

vi


DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1. Cấu trúc thành tế bào thực vật........................................................................ 3
Hình 2.2. Thành phần chủ yếu của lignocellulose..................................................... 4
Hình 2.3. Cơng thức hóa học của cellulose................................................................... 5
Hình 2.4. O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng............................ 7
Hình 2.5. Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm............................. 7
Hình 2.6. Các đơn vị cơ bản của lignin............................................................................ 8
Hình 2.7. Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính................. 9
Hình 2.8. Hình thái cây bơng sợi....................................................................................... 10
Hình 4.1. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm A đến lượng khí sinh ra

khi lên men in vitro bơng.................................................................................. 31
Hình 4.2. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm C đến lượng khí sinh ra
khi lên men in vitro bơng.................................................................................. 33
Hình 4.3. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro rơm............................................................................................ 38
Hình 4.4. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro cỏ khơ Pangola................................................................... 43
Hình 4.5. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro cỏ voi........................................................................................ 44
Hình 4.6. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro thân cây ngô........................................................................ 47

vii


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Bùi Thị Thu Hiền
Tên Luận văn: “Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học
đến đặc điểm sinh khí của một số loại thức ăn thơ dùng cho bị”.
Ngành: Chăn Ni

Mã số: 60.62.01.05

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp
Việt Nam Mục đích nghiên cứu
Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm sinh học bổ sung vào khẩu phần đến
đặc điểm sinh khí khi lên men thức ăn trong điều kiện in vitro gas production.

Phương pháp nghiên cứu
a/ Đề tài có hai nội dung chính.

-

Nội dung 1: Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến

tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production trên bơng.
-

Nội dung 2: Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ

và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production một số loại thức ăn thô
(cỏ voi 45 ngày, thân cây ngô tươi sau thu bắp, rơm lúa khô và cỏ khô Pangola).

b/ Nguyên vật liệu
-

2 bị đực Lai Sind mổ lỗ dị có gắn canula.

Chế phẩm sinh học A và C (dạng bột do Viện Chăn nuôi và Viện Vi

sinh vật phối hợp nghiên cứu và sản xuất).
-

Mẫu thử nghiệm: Bông, cỏ voi 45 ngày tuổi, thân cây ngô tươi sau

thu bắp, cỏ khô Pangola, rơm lúa khô được nghiền qua mắt sàng 1mm.
Hóa chất và các dụng cụ làm thí nghiệm in vitro gas
production.
c/ Phương pháp nghiên cứu.
Sử dụng phương pháp in vitro gas production để tiến hành thí
nghiệm theo thủ tục của Menke và Steingass (1988).

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

viii


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

Kết quả chính và kết luận
Bổ sung enzyme vào bông đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên
men in vitro gas production. Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus niger vào bông ở mức
11‰ đạt tiềm năng sinh khí cao nhất (26,2 ml). Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus niger,
các chủng thuộc giống Lactobacillus spp, Bacillus spp và Saccharomyces vào bông ở
mức 13‰ đạt tiềm năng sinh khí cao nhất (23 ml) so với các mức còn lại.
Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus (chế phẩm A) vào thức ăn thô khô (rơm, cỏ
khô pangola), thức ăn thô xanh (cỏ voi, thân cây ngô) đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc
điểm sinh khí khi lên men in vitro của chúng. Bổ sung ở mức 11‰ đạt được hiệu quả cao
nhất với tiềm năng sinh khí lần lượt là 29,6ml; 32,9 ml; 38,9 ml; 39,3 ml, cao hơn hẳn so
với mức bổ còn lại và đối chứng (23,5 ml; 25,7 ml; 32,8 ml; 34 ml) với P<0,05.

Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus niger, các chủng thuộc giống
Lactobacillus spp. Bacillus spp và Saccharomyces (chế phẩm C) vào thức ăn thô

khô (rơm, cỏ khô pangola), thức ăn thô xanh (cỏ voi, thân cây ngô) đã ảnh hưởng
đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên men in vitro của chúng. Bổ sung ở mức 13‰
đạt được hiệu quả cao nhất với tiềm năng sinh khí lần lượt là 29,3 ml; 24,4 ml; 30 ml;
30,1 ml; cao hơn hẳn so với mức bổ sung còn lại và đối chứng với P<0,05.

ix


THESIS ABSTRACT
Master candidate: Bùi Thị Thu Hiền
Thesis title: “EFFECTS OF PROBIOTICS SUPPLEMENT ON GAS
PRODUCTION OF SEVERAL ROUGHAGE AS COW FEEDS”.
Major: Animal science

Code: 60.62.01.05

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)

Research Objectives: Assessing the effect of probiotics supplements
on the rate and characteristics of in vitro gas production of roughage.

Materials and Methods
a / Two main contents
-

Contents 1: The effect of probiotics supplements on the rate and

characteristics of in vitro gas production of cotton.
-

Contents 2: The effect of probiotics production supplements on the

rate and characteristics of in vitro gas production of several roughages
(elephant grass 45 days, maize stalk, dried rice straw and Pangola hay).

b / Materials
-

2 fistulated lai Sind bulls.

Probiotics products named: A and C (produced by the Institute of

Animal Husbandry and Institute of Microbiology and Biotechnology).
-

Feed Sample: Cotton, elephant grass at 45 days old, maize stalk,

Pangola hay and dried rice straw that crushed through a sieve 1mm.
Chemicals and laboratory equipment for in vitro gas
production.
c / Methods
The procedure of in vitro gas production according to Menke and Steingass, 1988.

-

Procedure for the content 1: Approximately 200mg dry weight of cotton was

weighed into triple glass syringes (Häberle Labortechnik, Germany) of 100 ml. The
syringes were pre-warmed at 39°C overnight in incubator. The next morning added to the
sample probiotics products of A and C at the rate of 1 ‰; 3 ‰; 5 ‰; 7 ‰; 9 ‰; 11 ‰; 13

‰; 15 ‰ and 17 ‰ (on dry matter basic). Then injection of 30 ml rumen fluid buffer
mixture consisting of 10 ml rumen liquor and 20 ml digestion medium into each syringe
followed by incubation in an incubator at 39°C. Readings of gas production were
recorded before incubation (0) and after 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72 and 96 h of

x


incubation. Total gas values were corrected for blank incubation. Cumulative
gas production data were fitted to the model of Ørskov and McDonald (1979).
- Procedure for the content 2: results obtained from content 1, used of 3 levels
probiotics products A and C that suitable preparations for the next experiments to
determine the effects of probiotics supplements on the rate and characteristics of in vitro
gas production of elephant grass 45 days, maize stalk, dried rice straw and Pangola hay.

Main findings and conclusions
Supplement of probiotics to cotton has affected to the rate and
characteristics of the cumulative gas during in vitro fermentation. Additional enzyme
from the fungus Aspergillus niger on cotton at the level of 11 ‰ achieve the highest
potential gas (26.2 ml) while additional enzyme from the fungus Aspergillus niger,
Lactobacillus spp, Bacillus spp and Saccharomyces to cotton at level of 13 ‰ to
achieve the highest potential gas (23 ml) at P<0.05 cooperated to others level.
Supplement enzymes from Aspergillus (product A) to dried forage (straw,
Pangola hay) and forage (elephant grass, maize trunk) has affected to the rate and
characteristics cumulative gas when fermented in vitro gas production. Additional at
the level of 11 ‰ achieve the highest efficiency potential for gas of 29,6 ml; 32.9 ml;
38.9 ml; 39.3 ml respectively that much higher than the rest level of supplementation
and also compared to control (23.5 ml; 25.7 ml; 32.8 ml; 34 ml) (P <0.05).
Supplement enzyme from the fungus Aspergillus niger, Lactobacillus spp, Bacillus
spp and Saccharomyces (product C) to dried forage (straw, Pangola hay) and forage (elephant

grass, corn stalks) has affected to the rate and characteristics cumulative gas when
fermented in vitro gas production. Additional at the level of 13 ‰ achieve the highest
efficiency potential for gas of 29.3 ml; 24.4 ml; 30 ml; 30.1 ml respectively that much higher
than the rest level of supplementation and also compared to control (P <0.05).

xi


PHẦN 1. MỞ ĐẦU

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Có rất nhiều cơng trình nghiên cứu cho thấy vai trị tích cực của enzyme đến
khả năng tiêu hóa, đặc biệt là tiêu hóa chất xơ. Trong đó nấm đóng vai trị quan
trọng, chúng sinh các loại enzyme cellulase, xylanase phân huỷ các cấu trúc polyme
vững chắc của thành tế bào thực vật (Forsberg and Cheng, 1992; Wubah et al, 1993;
Trinci et al, 1994). Thức ăn cho gia súc nhai lại thường có hàm lượng Cellulose cao
hơn rất nhiều so với thức ăn cho lợn và gà. Đặc biệt hầu hết các thức ăn này có
nguồn gốc thực vật như cây thức ăn, các loại phụ phẩm trồng trọt (rơm, thân cây
ngô sau thu bắp, ngọn lá mía …) và phụ phẩm chế biến công - nông nghiệp (bã sắn,
cám gạo, cám mỳ…). Hàm lượng dinh dưỡng của nguyên liệu giàu Cellulose này
thường thấp do hàm lượng lignin trong đó khá cao (5-15%). Đây là thành phần mà vi
sinh vật dạ cỏ không thể phân giải được và vì thế lignin được coi là một trong
những nhân tố chính gây cản trở q trình tiêu hóa thức ăn thơ của vi sinh vật dạ cỏ.
Lignin trong cấu trúc xơ của thực vật không những khơng bị vi sinh vật phân giải mà
nó cịn tạo mối liên kết chặt chẽ với Cellulose và hemicellulose của vách tế bào thực
vật, làm hạn chế quá trình phân giải các thành phần xơ này của các vi sinh vật dạ cỏ
(Arora and Sharma, 2009). Tuy nhiên hiện nay các nghiên cứu trong nước mới chỉ
tập trung vào việc nghiên cứu các sản phẩm enzyme thích hợp dùng trong thức ăn
cho lợn và gà, mà chưa có những nghiên cứu chuyên sâu vào việc sử dụng sản
phẩm enzyme trong thức ăn cho lồi nhai lại. Chính vì thế việc nghiên cứu sử dụng

các chế phẩm sinh học có khả năng giúp nâng cao tỷ lệ tiêu hóa các phụ phẩm giàu
xơ làm thức ăn cho gia súc nhai lại đang là một yêu cầu cấp thiết góp phần nâng cao
hiệu quả sử dụng thức ăn, giảm giá thành sản phẩm và làm tăng hiệu quả kinh tế
cho người chăn nuôi.

Xuất phát từ những lý do trên đề tài nghiên cứu này đã được tiến hành
nhằm xác định “Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến khả
năng tiêu hóa của một số loại thức ăn thơ dùng cho gia súc nhai lại”.

1


1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
1.2.1. Mục Tiêu chung
Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm sinh học bổ sung vào khẩu phần đến tốc
độ và đặc điểm sinh khí khi lên men thức ăn trong điều kiện in vitro gas production.

1.2.2. Mục tiêu cụ thể
cho bò.

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

2


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN NGUYÊN LIỆU THỨC ĂN GIÀU XƠ CHO
GIA SÚC NHAI LẠI
Trong tự nhiên, các lớp của thành tế bào thực vật được minh
họa bằng mơ hình của gỗ (Hình 2.1) . Ở giữa các tế bào có một hợp

chất đóng vai trò như keo dán gắn kết các tế bào lại với nhau, đó là
lớp gian bào. Lớp này cấu tạo từ các chất keo, có bản chất pectin và
khơng có tác động về quang học. Bên trong là thành tế bào sơ cấp.

Hình 2.1. Cấu trúc thành tế bào thực vật
Thành tế bào sơ cấp có thể được chia thành mặt bên trong và mặt bên
ngoài. Sự sắp xếp của các vi sợi trong thành tế bào sơ cấp phân tán tăng
dần từ mặt trong ra mặt ngoài. Tiếp đến là thành tế bào thứ cấp gồm 3 lớp:
lớp ngoài (S1), lớp giữa (S2) và lớp trong (S3). Sự phân chia thành tế bào thứ
cấp thành ba lớp S chủ yếu là do sự định hướng khác nhau của các vi sợi
trong ba lớp đó. Điển hình các vi sợi định hướng xoắn trong vách tế bào.
Lớp ngoài của thành tế bào thứ cấp, các vi sợi được định hướng trong cấu
trúc xoắn chéo có độ nghiêng tạo thành một góc lớn với trục dọc của tế bào.
Lớp giữa là lớp dày nhất và ở lớp giữa có góc nhỏ và độ nghiêng của sợi xoắn
ốc trong khi vi sợi trong lớp 3 được sắp xếp như ở lớp ngoài, với một góc rộng với
trục dọc của tế bào. Ngồi ra trong một số trường hợp, trên mặt trong của thành tế
bào có lớp sần sùi (W). Chức năng của thành tế bào là chống đỡ cho

3


các cơ quan của cây đặc biệt là các vách dày và cứng. Thành tế bào còn giữ các
chức năng quan trọng chính như hấp thụ, thốt hơi nước hay vận chuyển và bài
tiết. Lignocellulose là thành phần cấu trúc chính của thực vật thân gỗ và các
thực vật khác như cỏ, lúa, ngơ. Trong tự nhiên, chúng ta có thể tìm thấy
lignocellulose ở thực vật hay các chất thải nông nghiệp, lâm nghiệp và các chất
thải rắn trong thành phố. Thành phần chủ yếu của lignocellulose là cellulose,
hemicellulose và lignin (Hình 2.2). Cellulose và hemicellulose là các đại phân tử
cấu tạo từ các gốc đường khác nhau, trong khi lignin là một polymer dạng vòng
được tổng hợp từ tiền phenylpropanoid. Thành phần cấu tạo và phần trăm của

các polymer này là khác nhau giữa các loài. Hơn nữa, thành phần cấu tạo trong
cùng một cây hay các cây khác nhau là khác nhau dựa vào độ tuổi, giai đoạn
sinh trưởng, phát triển của cây và các điều kiện khác.

Hình 2.2. Thành phần chủ yếu của lignocellulose

4


2.1.1. Cellulose
Cellulose là hợp chất hữu cơ có cơng thức cấu tạo (C 6H10O5)n, và là
thành phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, gồm nhiều cellobiose liên
kết với nhau, 4-O- (β-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose (Hình 2.3).

Hình 2.3. Cơng thức hóa học của cellulose
Celluolose có cấu tạo tương tự carbohydrate phức tạp như tinh bột và
glycogen. Các polysaccharide này đều được cấu tạo từ các đơn phân là
glucose. Cellulose là glucan không phân nhánh, trong đó các gốc glucose
kết hợp với nhau qua liên kết β-1->4-glycoside, đó chính là sự khác biệt giữa
cellulose và các phân tử carbohydrate phức tạp khác. Giống như tinh bột,
cellulose được cấu tạo thành chuỗi dài gồm ít nhất 500 phân tử glucose. Các
chuỗi cellulose này sắp xếp song song tạo thành các vi sợi cellulose có
đường kính khoảng 3,5nm. Mỗi chuỗi có nhiều nhóm OH tự do, vì vậy giữa
các sợi ở cạnh nhau kết hợp với nhau nhờ các liên kết hydro được tạo thành
giữa các nhóm OH của chúng. Các vi sợi lại liên kết với nhau tạo thành vi sợi
lớn hay còn gọi là bó mixen có đường kính 20nm, giữa các sợi trong mixen
có những khoảng trống lớn. Khi tế bào cịn non, những khoảng này chứa
đầy nước, ở tế bào già thì chứa đầy lignin và hemicellulose.
Cellulose có cấu trúc rất bền và khó bị thủy phân. Người và động vật
khơng có enzyme phân giải cellulose (cellulase) nên khơng tiêu hóa được

cellulose, vì vậy cellulose khơng có giá trị dinh dưỡng. Tuy nhiên, một số nghiên
cứu cho thấy cellulose có thể có vai trị điều hịa hoạt động của hệ thống tiêu
hóa.Vi khuẩn trong dạ cỏ của gia súc, các động vật nhai lại và động vật nguyên
sinh trong ruột của mối sản xuất enzyme phân giải cellulose. Nấm đất cũng có
thể phân hủy cellulose. Vì vậy chúng có thể sử dụng cellulose làm thức ăn.

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

5


Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào
nguyên liệu, tuy nhiên có một vài đặc điểm chung gồm:
- Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β-(14).
- Xylose là thành phần quan trọng nhất.
- Nhóm thế phổ biến nhất là acetyl O –liên kết với vị trí 2 hoặc
3.
-

Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thơng thường là disaccharide

hoặc trisaccharide. Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với
lignin là nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại

ở

dạng vơ định hình và vì thế dễ bị phân hủy.
Hemicellulose là polysaccharide trong màng tế bào tan trong dung dịch

kiềm và có liên kết chặt chẽ với cellulose, là một trong ba sinh khối tự nhiên
chính. Cùng với cellolose và lignin, hemicellulose tạo nên thành tế bào vững
chắc ở thực vật. Về cấu trúc, hemicellulose có thành phần chính là D-glucose, Dgalactose, D-mannose, D-xylose và L -arabinose liên kết với các thành phần
khác và nằm trong liên kết glycoside. Hemicellulose còn chứa cả axit 4-Omethylglucuronic, axit D- galacturonic và axit glucuronic. Tromg đó, đường Dxylose, L -arabinose, D -glucose và D-galactose là phổ biến ở thực vật thân cỏ và
ngũ cốc. Tuy nhiên, khác với hemicellulose thân gỗ, hemicellulose ở thực vật
thân cỏ lại có lượng lớn các dạng liên kết và phân nhánh phụ thuộc vào các lồi
và từng loại mơ trong cùng một lồi cũng như phụ thuộc vào độ tuổi của mơ đó.

Tùy theo trong thành phần của hemicellulose có chứa monosaccharide
nào mà nó sẽ co những tên tương ứng như manan, galactan, glucan và
xylan. Các polysaccharide như manan, galactan, glucan hay xylan đều là các
chất phổ biến trong thực vật, chủ yếu ở các thành phần của màng tế bào của
các cơ quan khác nhau như gỗ, rơm rạ, v.v…

Trong các loại hemicellulose, xylan là một polymer chính của thành
tế bào thực vật trong đó có các gốc D-xylopyranose kết hợp với nhau qua
liên kết β- 1,4-D-xylopyranose, là nguồn năng lượng dồi dào trên trái đất.
Đa số phân tử xylan chứa nhiều nhóm ở trục chính và chuỗi bên. Các gốc
thay thế chủ yếu trên khung chính của xylan là các gốc acetyl, arabinosyl
và glucuronosyl. Các nhóm này có đặc tính liên kết tương tác cộng hóa trị
và khơng hóa trị với lignin, cellulose và các polymer khác.
6


Cấu tạo, số lượng và vị trí của xylan ở các loài thực vật khác nhau là khác
nhau. Xylan tồn tại ở dạng O-acetyl-O-methylgucuronoxylan ở cây gỗ cứng, hay
arabino-4-O-methyglucuronoxylan ở cây gỗ mềm, hay thành phần cấu tạo xylan là

axit D-glucuronic, có hoặc khơng có ete 4-O-methyl và arabinose ở các lồi ngũ cốc.

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

Hình 2.5. Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ
mềm 2.1.3. Lignin
Lignin là một phức hợp chât hóa học phổ biến được tìm thấy trong hệ mạch
thực vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành phần tế bào thực vật. Lignin là một
trong các polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất. Lignin có cấu trúc

7


khơng gian 3 chiều, phức tạp, vơ định hình, chiếm 17% đến 33% của gỗ. Lignin
không phải là carbohydrate nhưng liên kết chặt chẽ với các nhóm này để tạo nên
màng tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nước
trong cơ thể thực vật (một phần để làm bền thành tế bào và giữ cho cây khơng
bị đổ, một phần là điều chỉnh dịng chảy của nước), giúp cây phát triển và chống
lai sự tấn công của côn trùng và mầm bệnh. Thực vật càng già, lượng lignin tích
tụ càng lớn. Hơn nữa, lignin đóng vai trị quan trọng trong chu trình carbon khí
quyển trong mô của thực vật thân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị
phân hủy lâu nhất của thực vật sau khi chết, để rồi đóng góp một phần lớn chất
mùn giúp tăng khả năng quang hợp của thực vật.
Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở. Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng
vai trị là chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng
cellulose và hemicellulose (Hình 2.6). Rất khó để có thể tách lignin ra hồn tồn.

Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài
đơn vị cấu trúc điển hình là: guaiacuy (G), trans-conifery alcohol; syringyl
(S), trans-sinapyl alcohol; p-hydroxyphenyl (H), trans-p-courmary alcohol.

Hình 2.6. Các đơn vị cơ bản của lignin
Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây
hoặc cấu trúc của nó trong gỗ. Ngoài việc phân loại theo lignin của
gỗ cứng, gỗ mềm và cỏ, lignin có thể được phân thành hai loại
chính: guaicyl lignin và guaicyl-syringyl lignin.
Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaicyl, gỗ cứng chứa chủ yếu syringyl. Các
nghiên cứu đã chỉ ra rằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì
vậy loại nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn cơng bởi enzyme hơn syringyl lignin.

8


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

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

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

Lignin tạo liên kết hóa học với hemicellulose và ngay cả với cellulose
(nhưng khơng nhiều).Độ bền hóa học của những liên kết này phụ thuộc vào
bản chất liên kết, cấu trúc hóa học của lignin và các gốc đường tham gia liên
kết. Carbon alpha (Cα) trong cấu trúc pheny propane là nơi có khả năng tạo
liên kết cao nhất với khối hemicellulose. Ngược lại, các đường nằm ở mạch
nhánh như arabinose, galactose, và axit 4-O-methylglucuronic là các nhóm
thường liên kết cới lignin. Các liên kết có thể là ether, ester (liên kết với xylan
qua axit 4-O-methy-D-lglucuronic), hay glycoside (phản ứng giữa nhóm khử
của hemicellulose và nhóm OH phenolic của lignin).
Trong dinh dưỡng động vật, lignin rất đáng quan tâm vì nó khơng bị tiêu
hóa bởi enzyme của cơ thể vật chủ. Lignin còn kiên kết với nhiều
polysacchraside và protein màng tế bào nhăng trở q trình tiêu hóa các hộ chất
gỗ. Gỗ, cỏ khô và rơm rất giàu lignin nên tỷ lệ tiêu hóa thấp trừ khi được xử lý
hóa học làm cho các liên kết giữa lignin với các carbohydrate khác bị bẻ gãy.

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

Hình 2.8. Hình thái cây bơng sợi

10


Sợi bơng khơng hịa tan trong nước, khi ẩm hoặc ướt sẽ dẻo dai hơn khi
khô ráo. Sợi bông bền đối với chất kềm, nhưng không bền đối với acid và có thể
bị vi sinh vật phân hủy. Dù vậy khả năng chịu được mối mọt và các côn trùng

khác rất cao. Sợi bơng dễ cháy nhưng có thể nấu trong nước sôi để tiệt trùng.

Sợi bông là loại sợi có nguồn gốc thực vật, cấu trúc của nó có thành
phần chính là cellulose (chiếm 91%). Chính vì thế cấu trúc xơ của nó có
hồn tồn có thể tiêu hóa trong mơi trường dạ cỏ của lồi nhai lại.

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

2.2.1. Sơ lược chức năng cơ quan tiêu hóa gia súc nhai lại
Đặc điểm nổi bật của bộ máy tiêu hoá ở gia súc nhai lại là những khoang

phình lớn, tại đây có các điều kiện môi trường thuận lợi cho vi sinh vật lên men
hydrat-cabon và các chất hữu cơ khác. Sản phẩm chủ yếu của quá trình lên men

11


tại đây là các axit béo bay hơi, CH4, CO2 và ATP - chất mang năng
lượng cần thiết cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển.
Nhờ cấu tạo đặc biệt của cơ quan tiêu hoá, gia súc nhai lại có thể tiêu
hố một khối lượng lớn xenluloza và các nguồn nitơ vô cơ. Dạ dày của gia
súc nhai lại gồm 3 túi ở phía trước: dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách - chúng còn
được gọi là dạ dày trước và một túi nằm phía sau: dạ múi khế - chức năng
tiêu hoá của phần này giống như dạ dày ở động vật dạ dày đơn. Phần dạ dày
trước thường chiếm khoảng 70-75% tổng dung tích của cơ quan tiêu hoá.
Trong dạ dày trước, dạ cỏ là phần lớn nhất có dung tích khoảng 100 lít
ở bị trưởng thành khối lượng từ 500-600 kg (chiếm hơn 90% dung tích dạ
dày trước). Q trình lên men thức ăn xảy ra ở dạ cỏ và dạ tổ ong. Dạ cỏ có
các điều kiện thuận lợi cho hoạt động của quần thể vi sinh vật yếm khí như:
Mơi trường dạ cỏ gần như trung tính (pH = 6,5-7,4) và tương đối ổn
định nhờ tác dụng đệm của muối phốt phát và bicacbonat của nước bọt.

Nhiệt độ trong dạ cỏ khá ổn định, dao động từ
38- 41oC. Mơi trường yếm khí.
Thức ăn vào dạ cỏ cung cấp chất dinh dưỡng đều đặn cho
vi sinh vật phát triển.
Dịch dạ cỏ có khoảng 85-90% nước, độ ẩm cao:
80-90%. Nồng độ O2 dưới 1%.
Nhu động của dạ cỏ yếu nên thức ăn lưu lại lâu.
Các sản phẩm của q trình lên men ln ln được trao đổi qua thành dạ
cỏ, vì vậy chênh lệch nồng độ cơ chất ln ln thích hợp cho q trình lên men.

Do có các điều kiện thuận lợi, nên vi sinh vật dạ cỏ phát triển mạnh
về số lượng, đa dạng về chủng loại: chúng bao gồm vi khuẩn, nấm,
protozoa, mycoplasma, các loại virút và thể thực khuẩn. Mycoplasma,
virút và thể thực khuẩn khơng đóng vai trị quan trọng trong tiêu hố xơ.

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

12


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

Bảng 2.1. Các vi sinh vật dạ cỏ và hoạt tính enzyme của chúng liên quan tới
phân giải thành tế bào thực vật trong dạ cỏ (Dehority, 1993)

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

Sinh vật