Ảnh hưởng của lá sắn, bã bia và than sinh học đến sản xuất khí methane và năng suất thú nhai lại

Luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng hiệp đồng cùa lá sắn manihot esculenta crantz bã bia và than sinh học biochar lên sự sản, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý thuyết, đề

Trường đại học

Hue University

Chuyên ngành

Animal Sciences

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

thesis

2025

156
1
0

Phí lưu trữ

45 Point

Mục lục chi tiết

Declaration

Dedication

Acknowledgements

Abstract

1. Aim and objective of the study

1.1. Aims of the study

1.2. Objective of the study

1.3. Research hypotheses

1.4. Significant/Innovation of study

2. Rumen fermentation and methane production

2.1. Rumen fermentation

2.2. Volatile fatty acid pattern

2.3. Pathway of methane production

2.4. Effect of feeding system on rumen fermentation

2.5. Understanding ruminal microorganism

2.5.1. The self-detoxify mechanism of ruminal microbes

2.5.2. Interaction of ruminal microorganism in biofilm formation

2.6. Using agro-industrial by-products for ruminant feeding system

2.7. Effect of tannin content in cassava leaves on the ruminant feeding system

2.8. Cyanogenic glucosides in cassava leaf

2.9. New potentially application on mitigation of HCN effect

2.10. Using brewers grain in ruminant feeding

2.11. Potential using cassava root pulp as energy source or protein enrichment source

2.12. Biochar: application as an additive

2.13. Supplementary Saccharomyces cerevisiae: concept on detoxification

3. Materials and methods

3.1. Location and duration

4. Results and discussion

5. Conclusions and recommendation

PROTOCOL D1- DETERMINATION OF THIOCYANATE IN URINE

Tóm tắt

I. Tổng quan về tác động của lá sắn bã bia và than sinh học đến khí methane

Lá sắn, bã bia và than sinh học là những nguyên liệu tiềm năng trong sản xuất khí methane và nâng cao năng suất thú nhai lại. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng các nguyên liệu này không chỉ giúp giảm thiểu khí thải mà còn cải thiện hiệu suất tiêu hóa của động vật nhai lại. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng lá sắn có thể cung cấp protein và năng lượng cho thú nhai lại, trong khi bã bia và than sinh học có thể đóng vai trò như các chất phụ gia hữu ích trong chế độ ăn.

1.1. Tác động của lá sắn đến sản xuất khí methane

Lá sắn chứa nhiều chất dinh dưỡng và có khả năng giảm thiểu sản xuất khí methane trong quá trình tiêu hóa. Nghiên cứu cho thấy rằng lá sắn có thể làm giảm hoạt động của vi khuẩn sinh khí methane trong dạ cỏ, từ đó giảm lượng khí thải ra môi trường.

1.2. Vai trò của bã bia trong chế độ ăn của thú nhai lại

Bã bia không chỉ là nguồn protein mà còn cung cấp các vi sinh vật có lợi cho quá trình tiêu hóa. Việc bổ sung bã bia vào chế độ ăn có thể cải thiện khả năng tiêu hóa và tăng cường sức khỏe của động vật.

II. Vấn đề và thách thức trong việc sử dụng lá sắn và bã bia

Mặc dù lá sắn và bã bia có nhiều lợi ích, nhưng việc sử dụng chúng cũng gặp phải một số thách thức. Một trong những vấn đề chính là hàm lượng cyanide trong lá sắn, có thể gây độc cho động vật. Ngoài ra, việc tìm kiếm phương pháp chế biến phù hợp để giảm thiểu độc tính cũng là một thách thức lớn.

2.1. Độc tính của cyanide trong lá sắn

Cyanide có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho động vật nhai lại. Việc tiêu thụ lá sắn có hàm lượng cyanide cao có thể dẫn đến ngộ độc, ảnh hưởng đến năng suất và sức khỏe của động vật.

2.2. Khó khăn trong việc chế biến bã bia

Bã bia cần được chế biến đúng cách để đảm bảo an toàn và hiệu quả dinh dưỡng. Việc này đòi hỏi công nghệ và quy trình chế biến phù hợp để tối ưu hóa giá trị dinh dưỡng của bã bia.

III. Phương pháp nghiên cứu tác động của lá sắn và bã bia

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp in vitro và in vivo để đánh giá tác động của lá sắn và bã bia đến sản xuất khí methane và năng suất thú nhai lại. Các thí nghiệm được thực hiện trên nhiều loại động vật khác nhau để đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của kết quả.

3.1. Thí nghiệm in vitro với lá sắn

Thí nghiệm in vitro được thực hiện để đánh giá khả năng sản xuất khí methane của lá sắn trong điều kiện kiểm soát. Kết quả cho thấy lá sắn có thể làm giảm đáng kể lượng khí methane sản xuất.

3.2. Thí nghiệm in vivo với bã bia

Thí nghiệm in vivo được thực hiện trên động vật nhai lại để đánh giá tác động của bã bia đến năng suất và sức khỏe. Kết quả cho thấy bã bia có thể cải thiện hiệu suất tiêu hóa và tăng cường sức khỏe của động vật.

IV. Kết quả nghiên cứu về khí methane và năng suất thú nhai lại

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng lá sắn và bã bia có thể làm giảm sản xuất khí methane và cải thiện năng suất của thú nhai lại. Các thí nghiệm cho thấy rằng động vật tiêu thụ chế độ ăn có chứa lá sắn và bã bia có hiệu suất tiêu hóa tốt hơn và sức khỏe tốt hơn.

4.1. Giảm khí methane trong chế độ ăn

Việc bổ sung lá sắn vào chế độ ăn đã dẫn đến giảm lượng khí methane sản xuất trong quá trình tiêu hóa. Điều này có thể giúp giảm thiểu tác động đến môi trường.

4.2. Tăng năng suất thú nhai lại

Động vật tiêu thụ bã bia cho thấy sự cải thiện rõ rệt về năng suất và sức khỏe. Kết quả cho thấy bã bia có thể là một nguồn dinh dưỡng quan trọng cho thú nhai lại.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng lá sắn và bã bia có thể đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất khí methane và nâng cao năng suất thú nhai lại. Tương lai của nghiên cứu này có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong việc phát triển các phương pháp chăn nuôi bền vững.

5.1. Triển vọng sử dụng lá sắn

Lá sắn có thể trở thành một nguồn dinh dưỡng quan trọng trong chế độ ăn của động vật nhai lại, giúp giảm thiểu khí thải và cải thiện sức khỏe động vật.

5.2. Tương lai của bã bia trong chăn nuôi

Bã bia có thể được phát triển thành một nguồn dinh dưỡng chính trong chăn nuôi, giúp cải thiện hiệu suất và sức khỏe của động vật.

15/07/2025
Luận án tiến sĩ ảnh hưởng hiệp đồng cùa lá sắn manihot esculenta crantz bã bia và than sinh học biochar lên sự sản sinh khí methane và năng suất thú nhai lại

Trích đoạn nội dung tài liệu

HUE UNIVERSITY UNIVERSITY OF AGRICULTURE AND FORESTRY LE THUY BINH PHUONG SYNERGIC EFFECT OF CASSAVA (MANIHOT ESCULENTA CRANTZ) FOLIAGE, BREWER’S GRAINS, AND BIOCHAR ON METHANE PRODUCTION AND PERFORMANCE OF RUMINANTS DOCTOR OF PHILOSOPHY IN ANIMAL SCIENCES HUE HUE UNIVERSITY UNIVERSITY OF AGRICULTURE AND FORESTRY LE THUY BINH PHUONG SYNERGIC EFFECT OF CASSAVA (MANIHOT ESCULENTA CRANTZ) FOLIAGE, BREWER’S GRAINS, AND BIOCHAR ON METHANE PRODUCTION AND PERFORMANCE OF RUMINANTS SPECIALIZATION: ANIMAL SCIENCES CODE: 9620105 DOCTOR OF PHILOSOPHY IN ANIMAL SCIENCES SUPERVISOR 1: ASSOC. NGUYEN HUU VAN SUPERVISOR 2: DR. DINH VAN DUNG HUE Declaration I declare that this dissertation is the result of my work and that it has not been presented previously as a dissertation at this university or elsewhere. To the best of my knowledge, it does not breach copyright law, and has not been taken from other sources except where such work has been cited and acknowledged within the text.

All results have been published at Journal of Livestock Research for Rural Development (LRRD) http://www.org/ Hue University Le Thuy Binh Phuong i Dedication To my parent who spends their immense loves to me. To my husband, Than Van Dang, and my two daughters, Than Ngoc Kim Nguyen and Than Ngoc Hai An, who encouraged me to pursue my dreams. ii Acknowledgements My Ph. has been an amazing experience with Professor Thomas Reginal Preston.

He has been teaching me how good experiment is done and how to be real researcher. I have been grown up like that, thus, I would like to thank with all my heart to his guidance. I am thankful to Professor Ron A. Leng who gave me the background knowledge in biochemistry for stimulating the ideas in research.

I would like to thanks to Assoc. Nguyen Huu Van and Dr. Dinh Van Dung who gave me the most helpful advice and instructed me to complete the dissertation. I gratefully acknowledge financial support from the SIDA-financed project, MEKARN II for 3 years that made my Ph.

My classmate in Ph. course, the group is source of friendship as well as good collaboration. Lastly, I would like to thank my family for all their love and encouragement. For my parents who take care of my children during course time and support me to participate in learning and research activities.

Most of all for my loving, supportive, encouraging, and patient husband Dang who faithful support during the final stages of this Ph. is so appreciated. iii Abstract This dissertation was aimed to develop a greater understanding of both the constraints in the presence of cyanide toxin and benefits of using cassava foliage as bypass protein in order to improve its utilization in ruminant feeding systems. The study comprised two in vitro rumen incubations, one feeding trial on cattle and a digestibility/N retention experiment on goats, in each case involving comparisons of varieties of cassava known to be rich (KM94) or poor (Gon) in cyanogenic glucosides.

In the first experiment (Chapter 2), cassava foliage varieties (Japan, KM94, KM140 and Gon) with different level of cyanide concentration were considered their effect on methane production in ruminal in vitro incubation. The second experiment (Chapter 3) examined the relative responses of cattle fed cassava root pulp and urea as basal diet with foliage from “sweet” (Gon) or “bitter” (KM140) cassava foliage as protein source. The third experiment (Chapter 4) determined methane production in an in vitro rumen incubation of cassava pulp - urea with additives of brewers’ grain, rice wine yearst culture, yeast-fermented cassava pulp and leaves of sweet or bitter cassava variety. The fourth experiment (Chapter 5) measured effect of additives (brewer’s grain and biochar) on the nitrogen retention and rumen methane production when goats had access to mixed sweet and bitter varieties of cassava foliage compared with the sweet variety alone.

The results of these experiments indicated that bitter cassava foliage containing high levels of cyanogenic glucosides greatly reduces methane production, compared with sweet varieties, in the rumen in vitro incubations. However, the toxicity of cyanide in vivo in ruminants (cattle and goats) can be reduced by “prebiotic” properties provided by either brewers’ grains or biochar. In the presence of these “prebiotics”, HCN-linked challenges from feeding bitter cassava leaves at up to 50% of the diet of goats did not negatively impact to feed intake, growth and animal health. On the contrary, the HCN precursors present in bitter cassava leaves may lead to a partial shift in digestion of nutrients from the rumen to the lower parts of the ruminant digestive tract leading to improvement in productivity.

Key words: Prebiotic, cyanide, bitter cassava, rumen fermentation, in vitro. iv Table of Contents List of Figures.ix List of Tables. Aim and objective of the study.1 Aims of the study.2 Objective of the study. Significant/Innovation of study.1 Rumen fermentation and methane production.2 Volatile fatty acid pattern.

9 Pathway of methane production.5 Effect of feeding system on rumen fermentation.2 Understanding ruminal microorganism.1 The self-detoxify mechanism of ruminal microbes.2 Interaction of ruminal microorganism in biofilm formation.3 Using agro-industrial by-products for ruminant feeding system.19 Effect of tannin content in cassava leaves on the ruminant feeding system.21 Cyanogenic glucosides in cassava leaf.25 New potentially application on mitigation of HCN effect.30 Using brewers grain in ruminant feeding.3 Potential using cassava root pulp as energy source or protein enrichment source .4 Biochar: application as an additive.4 Supplementary Saccharomyces cerevisiae: concept on detoxification. METHANE PRODUCTION IN AN IN VITRO FERMENTATION OF CASSAVA PULP WITH UREA WAS REDUCED BY SUPPLEMENTATION WITH LEAVES FROM BITTER, AS OPPOSED TO SWEET, VARIETIES OF CASSAVA.2 Materials and methods. 64 Location and duration.3 Results and discussion.4 Conclusions and recommendation. A LOW CONCENTRATION (4% IN DIET DRY MATTER) OF BREWERS’ GRAINS IMPROVES THE GROWTH RATE AND REDUCES THIOCYANATE EXCRETION OF CATTLE FED CASSAVA PULP-UREA AND “BITTER” CASSAVA FOLIAGE.2 Materials and methods.

78 Location and duration. 78 Treatments and experimental design.78 Animals and housing.79 Feeding and management.79 Data collection and measurements.3 Results and discussion.4 Conclusions and recommendation. METHANE PRODUCTION IN AN IN VITRO RUMEN INCUBATION OF CASSAVA PULP-UREA WITH ADDITIVES OF BREWERS’ GRAIN, RICE WINE YEAST CULTURE, YEAST-FERMENTED CASSAVA PULP AND LEAVES OF SWEET OR BITTER CASSAVA VARIETY.2 Materials and methods. 97 Location and duration.

97 Treatments and design. 97 In vitro incubation.3 Results and discussion.4 Conclusions and recommendation. EFFECT OF ADDITIVES (BREWER’S GRAIN AND BIOCHAR) AND CASSAVA VARIETY (SWEET VERSUS BITTER) ON NITROGEN RETENTION, THIOCYANATE EXCRETION AND METHANE PRODUCTION BY BACH THAO GOATS.2 Materials and Methods.111 Location and duration.111 Feeds and feeding.112 Animals and feeding system.3 Results and discussion.4 Conclusions and recommendation. GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS.3 Implication and further research.

PROTOCOL D1- DETERMINATION OF THIOCYANATE IN URINE .139 viii List of Figures Figure 1.1 Pathway of VFA in metabolism.2 The reaction of methane generation.3 The pathway of hexose conversation to end-products.4 A sulfurtransferase reaction catalyzed by rhodanese.5 The porous structure of biochar invites microbial colonization- pine saw dust- derived biochar.1 Relationship between methane in the gas and HCN content in treatments.2 Effect of HCN content in treatment on ammonia production is expressed as all data in each treatment during the in vitro fermentation.3 Effect of HCN content in treatment on ammonia production is expressed as average in each treament.1 The negligible growth rate of Laisind cattle fed bitter cassava foliage as protein source in Period 1 was dramatically increased by adding 4% of brewers’ grains to the diet in Period 2.2 Growth curves of Laisind cattle showing the change in live weight gain after introduction of 4% brewers’ grains (as % of diet DM) to those fed bitter cassava foliage .3 Mean values for VFA proportions in rumen fluid from cattle in Period 2.1 Effect of additives, and source of cassava leaf (bitter or sweet variety) on gas production after 24h fermentation.2 Effect of stage of the fermentation on the methane content of the gas.3 Effect of additives, and source of cassava leaf on methane content of the gas after 24h fermentation.4 Interaction between source of cassava leaf and additive with brewers’ grains on methane content in the gas.5 Viable Saccharomyces cells in brewers’ grain and in cassava pulp fermented only with yeast (YFCP) or with yeast and urea (YFCP-U-DAP) after 07 days of ix fermentation.6 Lactobacilli in brewers’ grain and in cassava pulp fermented only with yeast (YFCP) or with yeast and urea (YFCP-U-DAP) after 07 days of fermentation.1 Condensed tannin in petiole and leaf from cassava foliage.2 HCN equivalent in petiole and leaf from cassava foliage.3 DM intake of leaf and petiole of sweet and bitter cassava varieties when the goats had free access to both (sweet+ bitter foliage) in Square 2.4 Individual and combined effects of additives and source of cassava foliage on N retention; (SW as Sweet; SW-BIT as Sweet and Bitter).5 Bach Thao goat from Latin Square 2.6 Methane: carbon dioxide ratios in mixed eructed gas and air in goats.7a Relationship between methane: carbon dioxide ratio in mixed eructed gas and air and nitrogen retention (includes all 8 goats).7b Relationship between methane: carbon dioxide ratio and nitrogen retention (excluding the outlier result).121 x List of Tables Table 1.1 Nutrient composition of fresh cassava leaf.2 Essential amino acid profile of cassava leaf.3 Chemical composition of brewers’ grain.1 Composition of the substrates.2 Ingredients in buffer solution.3 Chemical composition of the ingredients in the substrate.4 Mean values for gas production in 24 hours, methane in the gas and per unit DM mineralized in an in vitro rumen fermentation.5 Mean values for content of condensed tannin and HCN in the leaves of sweet and bitter varieties of cassava leaves, ammonia concentration and methane production per DM mineralized after 24h incubation.1 The chemical composition of ingredients.2a Mean values for feed intake, change in live weight and feed conversion of Laisind cattle in Period 1. Mean values for feed intake, change in live weight and feed conversion of Laisind cattle (in Period 2).3 Mean values for thiocyanate in the urine of cattle.4 Mean values for VFA proportions in rumen fluid of cattle (in Period 2).5 Mean values of methane: carbon dioxide ratios in mixed eructed gas/air of cattle.1 Chemical composition of substrates.2a Effect of source of cassava variety on gas production and methane percentage in the gas.2b Effect of additive on gas production and methane percentage in the gas.1 Layout of each Latin Square.2 Dry matter (DM) and crude protein (CP) of ingredients.3 Mean values for effects of cassava foliage (sweet or bitter) on % DM, tannin and HCN equivalent in leaves and petioles.4 Mean intakes of leaf and petiole for the goats in Square 2 that had free access to foliage of both sweet and bitter varieties.5 Mean values (g/d) for effects of cassava foliage (bitter or sweet) and of additives on DM intake (DMI), apparent digestibility of DM and crude protein (CP) and N balance.6 Mean values for effects of additives on N retention.7 Mean values for VFA proportions (mol %), acetic: propionic ratio, rumen ammonia, daily urine volume, daily excretion of thiocyanate (SCN) in urine and CH4:CO2 ratio in mixed eructed gas and air.119 xii Abbreviation ADG Average daily gain ATP Adenosine tri-phosphate ADF Acid detergent fiber BG Brewers’ grain CP Crude protein CF Crude fiber CFU Colony-forming unit DM Dry matter DMI Dry matter intake EPS Extracellular polymeric substances EE Ether extract HCN Hydrocyanic acid GE Gross energy LW Live weight MOS Manna-oligosaccharide N Nitrogen NADH Nicotinamide adenine dinucleotide hydride NDF Neutral detergent fiber NPN Non-protein nitrogen RDP Rumen degradable protein PEP Phosphoenolpyruvate SEM Standard error mean UDP Un-degradable protein VFA Volatile fatty acid xiii INTRODUCTION 1. Problem statement Cassava is perspective plant to climate change adaptation; its pests and its diseases resistance and greater drought tolerance is a major factor in ranking cassava in the food security of the world (Jarvis et al. In Vietnam, cassava is second crop, is grown mainly in both at the household and small-scale processor level (Hoang Kim et al.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ