ĐẶT VẤN ĐỀ Có rất nhiều công trình nghiên cứu cho thấy vai trò tích cực của enzyme đến khả năng tiêu hóa, đặc biệt là tiêu hóa chất xơ. Trong đó nấm đóng vai trò 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 quá trình tiêu hóa thức ăn thô của vi sinh vật dạ cỏ. Lignin trong cấu trúc xơ của thực vật không những không bị vi sinh vật phân giải mà nó còn 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 loài 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 thô dùng cho gia súc nhai lại”. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 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. Mục tiêu cụ thể Xác định liều lượng bổ sung enzyme thích hợp vào khẩu phần thức ăn cho bò. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
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 mô hình của gỗ (Hình 2. 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 không có tác động về quang học. Bên trong là thành tế bào sơ cấp.
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. Ngoài 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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, thoát 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, ngô. 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. 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.
Thành phần chủ yếu của lignocellulose 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cellulose Cellulose là hợp chất hữu cơ có công thức cấu tạo (C6H10O5)n, và là thành phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, gồm nhiều cellobiose liên kết với nhau, 4-O- (β-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose (Hình 2. Công 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 còn 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 không có enzyme phân giải cellulose (cellulase) nên không tiêu hóa được cellulose, vì vậy cellulose không có giá trị dinh dưỡng.
Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy cellulose có thể có vai trò điều hòa 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. 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào nguyên liệu, tuy nhiên có một vài đặc điểm chung gồm: - Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β-(1-4). - Xylose là thành phần quan trọng nhất.
- Nhóm thế phổ biến nhất là acetyl O –liên kết với vị trí 2 hoặc 3. - Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông 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 vô 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, D- galactose, 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-O- methylglucuronic, axit D-galacturonic và axit glucuronic.
Tromg đó, đường D- xylose, 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 loài và từng loại mô trong cùng một loài cũng như phụ thuộc vào độ tuổi của mô 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 không hóa trị với lignin, cellulose và các polymer khác. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 không có ete 4-O-methyl và arabinose ở các loài ngũ cốc. O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng Hình 2. Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm 2. 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.