Tài liệu Nghiên cứu sử dụng một số chế phẩm vi sinh vật trong chế biến bảo quản thức ăn thô xanh từ cỏ voi và thân cây ngô cho gia súc nhai lại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -------
 ------- LÊ VĂN HUYÊN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MỘT SỐ CHẾ PHẨM VI SINH VẬT TRONG CHẾ BIẾN BẢO QUẢN THỨC ĂN THÔ XANH TỪ CỎ VOI VÀ THÂN CÂY NGÔ CHO GIA SÚC NHAI LẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH Mã số : 60.54.10 Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN QUỐC VIỆT TS. NGUYỄN THỊ THANH THỦY HÀ NỘI - 2011 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ ñể thực hiện luận văn này ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Lê Văn Huyên Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. i LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc ñến TS. Trần Quốc Việt, TS. Nguyễn Thị Thanh Thủy, người ñã dành nhiều thời gian quý báu và công sức của mình ñể hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến các Thầy Cô trong Khoa Công nghệ Thực phẩm, cán bộ Viện ñào tạo sau ñại học ñã tạo ñiều kiện thuân lợi trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn sự giúp ñỡ quý báu và kịp thời của các bạn ñồng nghiệp trẻ ở bộ môn Dinh dưỡng Thức ăn Chăn nuôi và ðồng cỏ -Viện Chăn Nuôi trong quá trình tiến hành ño ñạc và thực hiện nội dung nghiên cứu. Những góp ý kịp thời và hữu ích của các bạn ñã giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này. Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn và tình cảm sâu nặng ñối với sự ñộng viên, hỗ trợ lớn lao của những người thân yêu trong gia ñình và bạn bè trong suốt những tháng ngày tháng qua. Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2011 Lê Văn Huyên Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. ii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục hình viii 1 MỞ ðẦU i 1.1 ðặt vấn đề 1 1.2 Mục ñích yêu cầu 2 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 2.1 ðặc ñiểm vai trò của thức ăn thô xanh và phụ phẩm nông nghiệp vùng nhiệt ñới 2.2 3 ðặc ñiểm, vai trò của cỏ voi và thân cây ngô già sau thu bắp ở Việt 4 Nam 2.3 Vai trò và hoạt ñộng của vi sinh vật và enzyme trong ủ chua thức ăn xanh 7 2.4 Những nguyên nhân gây hỏng thức ăn ủ do vi sinh vật 2.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng chất cấy vi sinh vật trong chế biến, bảo quản thức ăn thô xanh theo phương pháp ủ chua 2.6 25 Tình hình nghiên cứu sử dụng enzyme trong chế biến, bảo quản thức ăn thô xanh và phụ phẩm nông nghiệp làm thức ăn chăn nuôi 2.7 24 28 Tình hình nghiên cứu phương pháp chế biến thức ăn xanh và phụ phẩm nông nghiệp làm thức ăn chăn nuôi. 30 2.8 Tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng của thức ăn thô xanh ủ chua 31 3 VẬT LIỆU - NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 3.1 Vật liệu nghiên cứu 33 3.2 Quy trình chế biến 34 3.3 Nội dung nghiên cứu 37 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. iii 3.4 Phương pháp nghiên cứu 37 4 KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN 41 4.1 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi các chỉ tiêu cảm quan của cỏ voi và thân cây ngô ủ chua 4.2 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi ñộ pH ở cỏ voi và thân lá ngô ủ chua. 4.3 41 44 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi hàm lượng vật chất khô và protein thô ở cỏ voi và thân lá cây ngô ủ chua. 4.4 47 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự biến ñộng hàm lượng nitơ amoniac (N-NH3) trong cỏ voi và thân lá cây ngô ủ chua. 4.5 52 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự biến ñộng hàm lượng các axit hữu cơ trong cỏ voi và thân lá cây ngô ủ chua. 4.6 55 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự biến ñộng mật ñộ vi khuẩn lactic, nấm men và nấm mốc trong cỏ voi và thân lá cây ngô ủ chua. 62 4.7 Chi phí sản xuất cho một tấn thức ăn ủ chua từ cỏ voi và cây ngô 69 4 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 71 5.1 Kết luận 71 5.2 ðề nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 73 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOB : Chế phẩm vi sinh vật Bio-Stabil Plus (của công ty Biomin - Áo) BS : Bổ sung CBD : cellulose bind domain CMC : Carboxymethyl cellulase CS : Cộng sự ðC : ðối chứng Lac: : Axit lactic MS : Màu sắc N : Nitơ NM : Nấm men Nm : Nấm mốc N-NH3 : Nitơ amoniac NT Pr RM TCVN VCK : : : : : Nghiệm thức Protein Rỉ mật Tiêu chuẩn Việt Nam Vật chất khô VCN1 : Chế phẩm gồm các chủng vi khuẩn lactic thuộc loài Lactobacilus plantarum, lên men lactic ñồng chất (L01; 2-10; 8-10) VCN2 : Chế phẩm ña enzyme vi sinh vật phân giải chất xơ (Cellulase, βglucanase, Xylanlase) VK VSV VTM : Vi khuẩn : Vi sinh vật : Vitamin Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. v DANH MỤC BẢNG 1 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam trong những năm qua 5 2.3 ðặc ñiểm một số loại thức ăn ủ chua tốt (ngô và cỏ rye) 32 3.1 Sơ ñồ bố trí thí nghiệm trên cỏ voi. 38 3.2 Sơ ñồ bố trí thí nghiệm trên thân lá ngô sau thu hoạch. 38 4.1 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến một số chỉ tiêu cảm quan của cỏ voi tươi ủ chua trong quá trình bảo quản. 41 4.2 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến một số chỉ tiêu cảm quan của cỏ voi phơi héo ủ chua trong quá trình bảo quản. 4.3 42 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến một số chỉ tiêu cảm quan của thân lá ngô sau thu bắp ủ chua trong quá trình bảo quản. 4.4 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi pH của cỏ voi trong quá trình bảo quản. 4.5 45 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi pH của thân lá cây ngô trong quá trình bảo quản. 4.6 43 46 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự biến ñộng của hàm lượng vật chất khô (VCK) và protein thô (Pr) của cỏ voi 4.7 48 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự biến ñộng hàm lượng vật chất khô (VCK) và protein thô (Pr) của thân lá ngô ủ chua 4.8 49 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi hàm lượng N-NH3 của cỏ voi trong quá trình bảo quản (g/kg VCK). Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 52 vi 4.9 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi hàm lượng N-NH3 của thân lá cây ngô trong quá trình bảo quản (g/kg VCK). 4.10 54 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến hàm lượng các axit hữu cơ trong cỏ voi tươi ủ chua (% trong vật chất khô). 4.11 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến hàm lượng các axit hữu cơ trong cỏ voi héo ủ chua 4.12 59 Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm vi sinh vật ñến hàm lượng các axit hữu cơ trong thân lá cây ngô ủ chua 4.13 57 60 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự biến ñộng mật ñộ của các VK lactic, nấm men và nấm mốc ở cỏ voi tươi ủ chua (log10 cfu/g). 4.14 64 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự biến ñộng mật ñộ của các VK lactic, nấm men và nấm mốc ở cỏ voi héo ủ chua (log10 cfu/g). 4.15 66 Ảnh hưởng của việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật ñến sự biến ñộng mật ñộ của các VK lactic, nấm men và nấm mốc ở thân lá ngô 4.16 ủ chua (log10 cfu/g). 68 Chi phí sản xuất cho một tấn thức ăn ủ chua từ cỏ voi và cây ngô 69 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. vii DANH MỤC HÌNH STTT Tên hình Trang 2.1 Sơ ñồ thủy phân liên kết β -1,4-O-glucoside của cellulase 2.2 Cơ chế thủy phân phân tử cellulose (A) và phức hệ cell (B) của các 18 enzyme thuộc phức hệ cellulose 18 3.1 Sơ ñồ quy trình chế biến thức ăn gia súc từ cỏ voi 34 3.2 Sơ ñồ quy trình chế biến thức ăn gia súc cây ngô 36 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. viii 1. MỞ ðẦU 1.1. ðặt vấn đề Trong chăn nuôi gia súc nói chung, thức ăn chiếm vai trò quan trọng quyết ñịnh thành công hay thất bại của người chăn nuôi. Trong chăn nuôi gia súc nhai lại nói riêng, do ñặc thù của ñường tiêu hóa thì thức ăn thô xanh có vai trò quan trọng hàng ñầu. Trong những năm gần ñây, chăn nuôi gia súc ăn cỏ ñang tăng trưởng nhanh và ổn ñịnh trong cả nước. Trong giai ñoạn 2001-2006 tốc ñộ tăng hàng năm của ñàn bò thịt là 9,67% và bò sữa là 22,4%, dê cừu là 21,6 % và trâu với mức 0,72%. Tổng ñàn gia súc nước ta hiện nay có khoảng xấp xỉ 12 triệu gia súc nhai lại. Chính vì vậy nhu cầu thức ăn thô xanh cho ñàn gia súc ngày càng cao. Theo tính toán thì nhu cầu thức ăn thô xanh cho ñàn gia súc năm 2005 là 84,9 triệu tấn, năm 2006 là 89,6 triệu tấn, năm 2007 là 95,6 triệu tấn, năm 2009 là 100 triệu tấn, năm 2010 là 104 triệu tấn và năm 2011 là 110 triệu tấn. Trong khi ñó thực tế hiện nay diện tích trồng cỏ và năng suất chất xanh chỉ ñáp ứng ñược 7,66% nhu cầu của ñàn gia súc. Vì thế trong thực tế, sử dụng phụ phẩm nông nghiệp ñang là một hướng có triển vọng giải quyết nguồn thức ăn cho gia súc nhai lại ở nước ta (Cục chăn nuôi 2011). Các giống cây cỏ trồng ở nước ta phát triển tốt vào mùa mưa và phát triển rất kém vào mùa khô (ñặc biệt là ở các tỉnh miền Bắc) nên thường dẫn ñến tình trạng thiếu ổn ñịnh về nguồn cung thức ăn thô xanh quanh năm. Hiện tượng thiếu thức ăn, ñặc biệt trong mùa ñông giá rét là nguyên nhân chủ yếu dẫn ñến hiện tượng ñổ ngã trâu bò ở nhiều ñịa phương trong cả nước, ñặc biệt là các tỉnh miền núi. Phụ phẩm nông nghiệp là sản phẩm phụ của sản xuất nông nghiệp, có tính mùa vụ rất cao vì thế khi muốn sử dụng chúng làm thức ăn chăn nuôi chúng ta phải có phương pháp chế biến và bảo quản thích hợp. ðể khắc phục tình trạng này, ở nước ta từ trước ñến nay, phương pháp ủ Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 1 chua thức ăn là kỹ thuật chế biến thức ăn cho gia súc nhai lại ñược sử dụng phổ biến. Tuy nhiên các phương pháp này chỉ dựa trên cơ sở lên men lactic nhờ những vi khuẩn (VK) lactic có mặt tự nhiên ở các vật liệu ủ nên thức ăn có chất lượng thấp hơn nhiều so với nguyên liệu ban ñầu. ðể tăng hiệu quả lên men, người ta thường bổ sung thêm nguồn carbohydrate dễ lên men (rỉ mật mía, cám gạo, bột sắn…), nhưng chất lượng của thức ăn ủ vẫn rất không ổn ñịnh, mùi vị không tốt và hay bị thối, hỏng…. Theo báo cáo của rất nhiều tác giả ngoài nước, hiệu quả lên men lactic khi ủ chua thức ăn xanh thường không cao nếu không bổ sung thêm các chế phẩm vi sinh vật như các chất cấy vi sinh vật và enzyme, ñặc biệt là ñối với những cây cỏ mà hàm lượng vật chất khô, ñường hòa tan thấp. ðể nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn thức ăn thô xanh, phụ phẩm nông nghiệp phục vụ phát triển chăn nuôi gia súc nhai lại chúng tôi tiến hành ñề tài: “Nghiên cứu sử dụng một số chế phẩm vi sinh vật trong chế biến bảo quản thức ăn thô xanh từ cỏ voi và thân cây ngô cho gia súc nhai lại” nhằm khảo sát hiệu quả của việc sử dụng các chế phẩm sinh học, gồm các vi sinh vật lên men lactic, một số vi sinh vật có khả năng sản sinh enzyme phân giải chất xơ trong chế biến, bảo quản một số loại thức ăn thô xanh và phụ phẩm nông nghiệp làm thức ăn cho gia súc nhai lại ở nước ta. 1.2. Mục ñích yêu cầu 1.2.1. Mục đích ðánh giá ñược hiệu quả của việc sử dụng một số chế phẩm vi sinh vật trong chế biến và bảo quản thức ăn thô xanh dùng cho gia súc nhai lại. 1.2.2. Yêu cầu - Xác ñịnh ñược hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm vi sinh vật trong chế biến thức ăn gia súc từ cỏ voi. - Xác ñịnh ñược hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm vi sinh vật trong chế biến thức ăn gia súc từ thân cây ngô sau thu hoạch. - ðánh giá ñược hiệu quả kinh tế thức ăn gia súc ủ chua từ cỏ voi và cây ngô. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 2 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. ðặc ñiểm vai trò của thức ăn thô xanh và phụ phẩm nông nghiệp vùng nhiệt ñới Thực vật vùng nhiệt ñới có khả năng quang hợp tốt hơn và có khuynh hướng phát triển về khối lượng, nhưng giá trị dinh dưỡng thấp hơn so với nhóm thực vật ôn ñới. Ngay cả một số thực vật nguồn gốc nhiệt ñới (như bắp, cao lương), ñược trồng ở ñiều kiện ôn ñới thì cũng có chất lượng tốt hơn, giàu chất dinh dưỡng hơn. ðộ tiêu hóa của bắp và cao lương trồng ở vùng nhiệt ñới thường thấp hơn 3-5 ñơn vị so với trồng ở vùng ôn ñới. Thực vật vùng ôn ñới, thường có mùa ñông lạnh giá, nên có khuynh hướng tích trữ dưỡng chất. Mặt khác, trong ñiều kiện khí hậu nhiệt ñới, ñể chống lại sự mất nước, chống lại sự tấn công của côn trùng, sâu hại, thực vật vùng nhiệt ñới có khuynh hướng phát triển lớp tế bào vách bao bọc bên ngoài, từ ñó dẫn ñến tăng tỉ lệ lignin (gỗ) và làm giảm tỷ lệ tiêu hóa. Theo Lê ðức Ngoan và CS.. (2004), cỏ ở lứa tuổi 45 ngày tuổi, tỉ lệ tiêu hóa của cỏ trồng vùng ôn ñới là 69%, trong khi cỏ trồng vùng nhiệt ñới là 58%. Tỷ lệ ñạm thô trong cỏ trồng vùng nhiệt ñới thường chỉ ñạt 2-5%, trong khi ñó cỏ trồng ở vùng ôn ñới có thể ñạt mức 8-15%, ñặc biệt có những loại cỏ có tỉ lệ ñạm thô lên ñến 28% (cỏ Alfalfa). Thức ăn xanh chứa 60 - 85% nước, ñôi khi cao hơn. Chất khô trong thức ăn xanh có hầu hết các chất dinh dưỡng cần thiết cho ñộng vật và dễ tiêu hoá. Chúng chứa protein dễ tiêu hoá, giầu vitamin, khoáng ña lượng, vi lượng ngoài ra còn chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học cao. Thành phần dinh dưỡng của thức ăn xanh phụ thuộc vào giống cây trồng, ñiều kiện khí hậu, ñất ñai, kỹ thuật canh tác, giai ñoạn sinh trưởng...Cây ñược bón nhiều phân ñạm thì hàm lượng protein thường cao, nhưng chất lượng protein giảm vì làm tăng nitơ phi protein như nitrat, amit. Nhìn chung thức ăn xanh ở nước ta rất phong phú và ña dạng, nhưng hầu hết chỉ sinh trưởng vào Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 3 mùa mưa, còn mùa ñông và mùa khô thường sinh trưởng rất kém gây hiện tượng thiếu nghiêm trọng thức ăn cho gia súc nhai lại (Bùi Văn Chính, 1995). Thức ăn thô và phụ phẩm nông nghiệp bao gồm cỏ khô, rơm, thân cây ngô già, cây lạc, thân ñậu ñỗ và các phụ phẩm nông nghiệp khác. Loại thức ăn này thường có hàm lượng xơ cao (20 - 35% tính trong chất khô) và tương ñối nghèo chất dinh dưỡng (Paul Pozy, 2001). Nhưng ở nước ta bình quân ñất nông nghiệp tính trên một ñầu người rất thấp (0,1ha/người), bãi chăn thả ít; phần lớn bãi chăn lại là ñồi núi trọc có ñộ dốc cao, ñất xấu và khô cằn. Do ñó, ở nhiều vùng, thức ăn thô và phụ phẩm nông nghiệp trở thành thức ăn chính của trâu bò nhất là trong mùa khô. Tuy nhiên các chất dinh dưỡng trong các loại thức ăn này không ñủ ñáp ứng nhu cầu của gia súc, cho nên cần bổ sung thêm một phần cỏ xanh hoặc các loại thức ăn khác. 2.2. ðặc ñiểm, vai trò của cỏ voi và thân cây ngô già sau thu bắp ở Việt Nam Cỏ voi (Pennisetum purpureum): là một trong những giống cỏ hòa thảo mới du nhập và ñược trồng phổ biến ở nước ta. Cỏ thân ñứng, lá dài và nhân giống chủ yếu bằng ñoạn thân hay bụi. Cỏ voi thuộc nhóm cây tổng hợp chuỗi 4 cacbon (C4) có khả năng thâm canh cao. Trong ñiều kiện thuận lợi có thể ñạt 25 - 30 tấn chất khô/ha, trong 1 năm với 7 - 8 lứa cắt. ðôi khi có thể ñạt năng suất cao hơn nếu ñáp ứng ñủ phân bón và nước. Hàm lượng protein thô ở cỏ voi trung bình 100 g/kg chất khô. Khi thu hoạch ở 30 ngày tuổi, hàm lượng protein thô ñạt tới 127 g/kg chất khô. Theo Lê ñức Ngoan và CS.. (2004), lượng ñường ở cỏ voi trung bình 70 - 80 g/kg chất khô. Thường thì cỏ voi thu hoạch 28 - 30 ngày tuổi làm thức ăn xanh cho lợn và thỏ; khi sử dụng cho bò có thể thu hoạch ở 40 - 45 ngày tuổi. Trong trường hợp sử dụng cỏ voi làm nguyên liệu ủ chua có thể cắt ở 50 ngày tuổi. Ở Việt Nam thường sử dụng các giống cỏ voi thân mềm như cỏ voi ðài Loan, Selection I, các giống King grass. Hầu hết cỏ voi sinh trưởng nhanh vào mùa hè, ra hoa kết quả vào mùa thu và gần như dừng sinh trưởng vào mùa ñông. ðến mùa xuân cỏ voi lại phát triển nhanh và cho nhiều lá. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 4 Cỏ voi có ưu ñiểm là sinh trưởng nhanh, năng suất cao nhưng nhược ñiểm cơ bản là hàm lượng xơ cũng tăng nhanh khi cây cỏ già, do ñó giá trị dinh dưỡng theo ñó cũng giảm nhanh. Lượng protein thô tính trong chất khô của cỏ voi ở nước ta trung bình 9,8% (75-145g/kg chất khô) tương tự với giá trị trung bình của cỏ hoà thảo ở nhiệt ñới. Nhưng hàm lượng xơ khá cao (269 - 372 g/kg chất khô). Vì thế trong mùa hè (mùa sinh trưởng nhanh) cần thu hoạch ñúng lứa, không ñể cỏ già, nhiều xơ sẽ làm hiệu quả chăn nuôi giảm (Lê ñức Ngoan và CS., 2004). Ngô là cây trồng nhiệt ñới, ñược trồng phổ biến trong khoảng vĩ ñộ 30–55. Ngô thích hợp với thời tiết ấm, nhiệt ñộ thích hợp cho giai ñoạn sinh trưởng mạnh là từ 21-270C. Khi nhiệt ñộ dưới 190C ngô sinh trưởng phát triển chậm lại. Lượng mưa thích hợp nhất cho cây ngô phát triển trong khoảng 600-900 mm/năm. Ngô là cây có thể trồng ñược nhiều vụ trong năm, ở nước ta trồng vụ ñông xuân và hè thu ở miền Nam, vụ xuân và vụ ñông ở miền Bắc. Cây ngô không kén ñất, do vậy có thể trồng ñược trên nhiều loại ñất khác nhau, song thích hợp nhất là ñất trung tính (pH từ 6,0-7,2), tơi xốp, thoát nước tốt, giàu mùn và dinh dưỡng. Trong những năm gần ñây sản xuất ngô ở Việt Nam tăng lên nhanh nhờ sự thúc ñẩy của ngành chăn nuôi và công nghiệp chế biến. Cùng với việc ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào sản xuất như ñưa ngô lai vào trồng trên diện tích rộng ñã làm tăng liên tục năng suất và sản lượng ngô (Ngô Hữu Tình, 2003). Bảng 1: Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam trong những năm qua Năm Diện tích (1000 ha) Sản lượng (1000 tấn) 2000 2005 730,2 1052,6 2005,9 3787,1 2006 1033,1 3854,6 2007 2008 2009 2010 1096,1 1140,2 1089,2 1126,9 3403,2 4573,1 4371,7 4606,7 Nguồn: Tổng cục thống kê 2011 và Báo cáo tổng kết 2010 Cục Trồng trọt Bộ NN và PTNT tháng 3/2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 5 Thức ăn thô xanh như cỏ voi là một trong những yếu tố quan trọng hàng ñầu trong chăn nuôi gia súc nhai lại hiện nay. Tuy nhiên, các nguồn này kể cả các phụ phẩm qui ñổi, chỉ ñáp ứng ñược khoảng 53% nhu cầu thực tế của ñàn gia súc. Sự mất cân ñối về các nguồn thức ăn theo mùa vụ, diện tích ñất trồng cỏ thu hẹp và chất lượng thức ăn chưa cao là những trở ngại lớn ñối với chăn nuôi gia súc ăn cỏ. Ngoài ra, việc khai thác kém hiệu quả các nguồn phụ phẩm nông nghiệp cũng là một nguyên nhân dẫn ñến sự mất cân ñối giữa nhu cầu và nguồn thức ăn cung cấp. Thực tế cho thấy, hàng năm sản lượng của các loại phụ phẩm nông nghiệp ñạt khoảng 100 ngàn tấn, nhưng chỉ có khoảng 40% trong số này ñược sử dụng trong chăn nuôi gia súc, phần còn lại ñược sử dụng vào các mục ñích khác nhau như làm chất ñốt, làm chất ñộn chuồng…. Các nguồn phụ phẩm này nếu ñược bảo quản và chế biến một cách hợp lý sẽ góp phần cải thiện tình hình khan hiếm thức ăn trong chăn nuôi ñại gia súc hiện nay. Thân cây, lá cây ngô sau thu bắp: Là một loại phụ phẩm nông nghiệp ñồng thời cũng là một loại thức ăn thô cho chăn nuôi trâu bò ở nhiều vùng khác nhau ở nước ta. Sản lượng cây ngô sau thu bắp ước tính khoảng 3,8 triêu tấn chất khô, nhưng chủ yếu làm chất ñốt. Chỉ một phần nhỏ cho ăn lúc thu hoạch và ñem chế biến ủ chua nuôi trâu bò rất it. Giá trị dinh dưỡng của thân lá cây ngô sau thu bắp không cao, thường chứa nhiều xơ (30-40%) và ít ñạm (7-10%), do ñó việc chế biến ñể bảo quản và tăng giá trị dinh dưỡng của chúng là cần thiết. Kết quả nghiên cứu của Lê Phạm Hoàng Nhựt (2006) cho thấy thân và lá ngô sau khi cắt ngắn và trộn chung lại có thể ñược bảo quản bằng nhiều cách khác nhau như ủ với 2% bột ngô, 2% amonium sulphat hoặc 2% mật ñường. Với các phương thức ủ này, pH của thân lá giảm xuống tới 4,0 ở thời ñiểm 56 ngày sau khi ủ, và giá trị dinh dưỡng cũng ñược cải thiện thông qua tăng hàm lượng ñạm thô, giảm chất xơ và tăng tỷ lệ tiêu hóa in vitro (vi sinh vật từ dạ cỏ). Xét về hiệu quả kinh tế, thân lá ngô ủ với amonium sulphat cho kết quả cao nhất, gia súc rất thích ăn và có thể trữ với số lượng lớn trong thời gian lâu (Ngô Hữu Tình, 2003). Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 6 Như vậy cỏ xanh cũng như cây ngô già sau thu hoạch nếu có biện pháp chế biến và dự trữ phù hợp sẽ góp phần làm giảm sự thiếu hụt lượng thức ăn thô xanh trong chăn nuôi gia súc nhai lại hiện nay. 2.3. Vai trò và hoạt ñộng của vi sinh vật và enzyme trong ủ chua thức ăn xanh 2.3.1 . Vai trò và hoạt ñộng của vi sinh vật trong ủ chua thức ăn xanh Ủ chua là một phương pháp bảo quản thức ăn dựa trên sự lên men của các vi khuẩn lactic trong ñiều kiện yếm khí. Các vi khuẩn lactic chuyển hoá các nguồn carbohydrate dễ lên men trong thức ăn thành các axit hữu cơ (chủ yếu là axit lactic) làm giảm ñộ pH và ức chế sự phát triển của các vi khuẩn không mong muốn (Clostridium, Enterobacterium...). Quá trình lên men ñược chia làm 4 thời kỳ: (i) thời kỳ hiếu khí (aerobic phase): thường kéo dài vài giờ và ñược ñặc trưng bằng sự giảm lượng khí oxy do hô hấp tế bào, tăng hoạt ñộng của các enzyme protease và carbohydrase thực vật và sự hoạt ñộng của các VK hiếu khí, yếm khí tuỳ tiện ; (ii) thời kỳ lên men (fermentation phase): ñược ñặc trưng bằng sự lên men của các VK lactic, pH giảm; (iii) thời kỳ ổn ñịnh (stable phase): ñược ñặc trưng bởi sự giảm dần của các VK lên men lactic, chỉ một số loài VK sống ñược trong môi trường pH thấp vẫn hoạt ñộng; và (iv) thời kỳ hư hỏng hiếu khí (aerobic spoilage phase): thời kỳ này bắt ñầu khi thức ăn ủ ñược bộc lộ ra ngoài không khí (ñể sử dụng) với sự hoạt ñộng mạnh của các vi khuẩn hiếu khí và một số loài nấm làm thức ăn bị hư hỏng và chất dinh dưỡng bị hao hụt. Các vi sinh vật luôn hiện diện một cách tự nhiên ở hầu hết các bộ phận của cây trồng. Theo Mc Donald (1991), tổng số vi khuẩn ở cây, cỏ tươi dao ñộng rất lớn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố (loài, ñiều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, kỹ thuật canh tác...) nhưng thường ở mức từ 106-109 cfu/g vật chất khô, số lượng vi khuẩn tìm thấy trên lá nhiều hơn trên thân. Phần lớn chúng là những vi khuẩn hiếu khí bắt buộc và không có nhiều ý nghĩa trong quá trình ủ chua. Khi thu hoạch và chế biến, sự phá vỡ cấu trúc các mô thực vật kích thích cả các vi khuẩn hiếu khí và yếm khí tuỳ tiện dẫn ñến làm tăng ñáng kể về số lượng các vi sinh Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 7 vật theo thời gian trước khi chế biến, ñặc biệt trong trường hợp cây cỏ chuẩn bị ủ ñược phơi héo ngoài ñồng ruộng. Hiện nay, vai trò của các vi khuẩn lactic khi chúng hiện diện ở cây trồng vào thời kỳ thu hoạch vẫn chưa ñược làm sáng tỏ. Có giả thiết cho rằng, chúng có thể bảo vệ cây trồng khỏi những tác hại của các vi khuẩn gây bệnh do sản sinh ra các bacteriocin, các axit hữu cơ, các tác nhân chống nấm. Giả thiết này ñược nhiều người công nhận vì có những bằng chứng cho thấy, tại những vùng bị tổn thương ở thực vật, người ta ñã phát hiện thấy sự tăng mạnh về số lượng của các vi khuẩn lactic. Vai trò của chúng trong toàn bộ quá trình ủ chua ñã ñược khẳng ñịnh, nhưng ñáng tiếc là số lượng của chúng rất hạn chế (hàng nghìn lần thấp hơn so với các loài vi khuẩn cạnh tranh khác). ðó là lý do giải thích tại sao trong rất nhiều trường hợp, quá trình lên men lactic diễn ra không hoàn hảo, ảnh hưởng ñáng kể ñến chất lượng của thức ăn ủ. Kết thúc thời kỳ hiếu khí (aerobic phage), các vi khuản có khả năng phát triển trong ñiều kiện yếm khí (vi khuẩn lactic, Enterobacterium, Clostridium, một vài loài Bacillus, nấm men) bắt ñầu sinh trưởng và cạnh tranh những chất dinh dưỡng sẵn có. Những thay ñổi trong vài ngày ñầu trong quá trình ủ chua là những tiêu chí rất quan trọng ñối với sự thành công hay thất bại của quá trình lên men. Nếu những thay ñổi ñó tạo lập ñược một môi trường thích hợp cho sự phát triển của các vi khuẩn lactic, những vi khuẩn này sinh sôi, phát triển và nhanh chóng tạo ra một môi trường axit ức chế sự phát triển của các vi sinh vật không mong muốn (Clostridium, enterobacteria, nấm men...) (McDonald, 1991). 2.3.1.1. ðặc ñiểm sinh học của vi khuẩn lactic a) Hình thái và phân loại Kích thước và hình dạng vi khuẩn lactic rất khác nhau ở các loài và sự thay ñổi hình dạng, kích thước tế bào thường xảy ra trong quá trình sinh trưởng và ñược xác ñịnh bởi nhiều yếu tố bên ngoài (Emanuenl, 2005). Có rất nhiều cách phân loại vi khuẩn lactic. Orla-Jensen ñã phân loại vi khuẩn lactic dựa vào những ñặc ñiểm: hình thái học (cầu khuẩn hoặc trực Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 8 khuẩn), kiểu lên men, khả năng phát triển ở các nhiệt ñộ khác nhau, mức ñộ sử dụng ñường. Dựa vào hình thức này, vi khuẩn lactic ñược chia thành 4 chi. - Lactobacillus: Trực khuẩn, có thể xếp ñôi, chuỗi hoặc ñứng riêng rẽ. ðây là loại vi khuẩn phổ biến nhất. Hình dạng của chúng thay ñổi từ hình cầu méo ngắn cho ñến hình que dài, hình chĩa ba. Chẳng hạn L. plantatum có dạng hình que kích thước từ 0,7-1,1µm ñến 3-8µm, sắp xếp thành chuỗi hoặc ñứng riêng lẻ, trong khi L. casei có dạng hình que ngắn hoặc hình que dài, tế bào hình que mảnh, ñôi khi hơi cong, sắp xếp thành cặp hay chuỗi (Emanuel, 2005). Nhiệt ñộ tối ưu là 30-45oC. Lên men ñược ñường galactose, glucose, fructose… Lactobacillus gồm có ba nhóm với ba loài ñặc trưng: L. bulgaricus, L. brevis, L. casei. - Leuconostoc: Cầu khuẩn, có hình ovan hoặc hình trứng; ñường kính từ 0,50,8µm và chiều dài khoảng 1,6µm. ðôi khi chúng có dạng hơi tròn, chiều dài khoảng1-3µm, sắp xếp thành chuỗi và không tạo thành ñám (Emanuenl, 2005). Lên men ñường dextran, trioza, sản phẩm tạo thành là axit D-lactic, etanol, CO2. Có 2 loài ñặc trưng là L. mensenteroides và L. lactic. - Pediococus: Trực khuẩn, tồn tại dưới dạng bát cầu khuẩn, tụ cầu khuẩn. Lên men ñường glucose theo con ñường EMP, axit tạo thành có dạng DL, D(-) hay D(+). Có ba loài ñặc trưng là P. acidilactici, P. dextranicum, P. halophilus. - Streptococus và Lactococus: Cầu khuẩn, xếp ñôi hoặc chuỗi ; ñường kính khoảng 0,5-1,0µm. Tuy nhiên, một số chủng thuộc loài này có thể có dạng hơi giống trực khuẩn vì có kích thước chiều dài lớn hơn chiều rộng, chẳng hạn như Streptococus lactic (Emanuenl, 2005). Có khả năng lên men ñường hexoza thành axit lactic và các loại ñường khác. Có ba loài ñặc trưng ñược sử dụng trong sữa: S. lactic, S. cremoris, S. thermophilus. b) Hoạt ñộng lên mencủa vi khuẩn lactic Lên men lactic là một trong những quá trình sinh hoá phổ biến trong thiên nhiên, ñó là quá trình chuyển hoá các chất gluxit thành axit lactic nhờ hoạt ñộng sống trực tiếp của hệ vi sinh vật lactic. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 9 Dựa vào hình thức lên men lactic, vi khuẩn lactic tồn tại dưới hai dạng: - Nhóm vi khuẩn lên men lactic ñồng hình: có khả năng phân huỷ ñường ñơn giản và sản phẩm chủ yếu là axit lactic (chiếm hơn 80%). C6H12O6 → 2CH3CH(OH)COOH + 22,5Kcalo Do hệ enzyme trong những vi sinh vật khác nhau thường khác nhau nên cơ chế hoá học của quá trình lên men lactic ở các giống vi sinh vật thường không giống nhau. Ở vi khuẩn lactic ñồng hình sự chuyển hoá ñường thành axit lactic ñi theo con ñường ñường phân ñể tạo ra axit pyruvic, axit này sau ñó ñược khử ñi hai nguyên tử hidro nhờ hoạt ñộng của enzyme lacticodehydrogenase ñể trở thành axit lactic. CH3COCOOH + 2H CH3CHOHCOOH - Nhóm vi khuẩn lên men lactic dị hình: ngoài acid lactic còn có nhiều sản phẩm phụ: axit acetic, rượu etylic, CO2, H2, một số chất thơm như diacetyl ester ñược tạo thành trong quá trình lên men. 2C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + COOHCH2CH2COOH + CH3COOH + CH3CH2OH + CO2 + H2 Số lượng các sản phẩm phụ này hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật, môi trường dinh dưỡng và ñiều kiện ngoại cảnh. Nói chung acid lactic thường chiếm 40% lượng ñường ñã phân huỷ, acid succinic gần 20%, rượu etylic khoảng 10% và các khí vào khoảng 20%. ðôi khi lượng khí ít hơn và thay vào ñó là lượng acid formic. Lên men lactic thì cần có sự lên men ñồng thời của vi khuẩn lactic ñồng hình và dị hình. Vì quá trình lên men dị hình ngoài việc tạo thành acid lactic còn tạo các sản phẩm phụ như acid và rượu sinh ra ester có mùi thơm làm cho sản phẩm có hương vị ñặc trưng. c) ðặc ñiểm sinh lý, sinh hoá Về hình thái, vi khuẩn lactic có hình dạnh không ñồng nhất. Nhưng về mặt sinh lý chúng lại có những ñiểm tương ñối ñồng nhất. Chúng ñều là những Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 10 vi khuẩn Gram(+), không có khả năng tạo bào tử, không di ñộng, sinh axit lactic trong quá trình phát triển, catalase, oxydase và khử nitrat âm tính, không chứa các xitocrom, hô hấp kỵ khí hoặc vi hiếu khí (Fagbenro O.A, 1996). Trong quá trình phát triển vi khuẩn lactic không những cần cung cấp ñủ các chất dinh dưỡng: cacbon, nitơ, muối khoáng.. - Nhu cầu dinh dưỡng cacbon Nguồn cacbon chủ yếu vi khuẩn lactic sử dụng là các hydratcacbon như: hexose (glucose, fructose, mantose, galactose), ñường ñôi (saccharose, lactose, maltose), các polysaccarit (tinh bột, dextrin) (Torriani, 2001). Trong ñó monosaccarit và disaccarit ñược vi khuẩn lactic sử dụng nhiều nhất vì chúng là những ñường ñơn giản giúp vi khuẩn dễ ñồng hoá. Các nguồn cacbon này dùng ñể cung cấp năng lượng cho cơ thể, xây dựng cấu trúc tế bào, và sinh ra các axit hữu cơ như axit lactic, malic, axetic, pyruvic… Một số loài vi khuẩn lactic lên men dị hình, phân lập từ các sản phẩm thực phẩm, có thể sử dụng các axit gluconic và galacturonic tạo sản phẩm là axit lactic, axit axetic, O2. - Nhu cầu dinh dưỡng nitơ Phần lớn vi khuẩn lactic không thể sinh tổng hợp ñược các hợp chất hữu cơ phức tạp có chứa nitơ, vì vậy chúng phải sử dụng nitơ trong môi trường ñể phát triển. Chỉ có một số ít loài vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp các hợp chất nitơ hữu cơ từ nguồn nitơ vô cơ. Cũng có những trường hợp sự phát triển của một vài loài như L. helveticus bị kích thích bởi sự có mặt của muối amoni trong môi trường. Những nguồn nitơ chủ yếu cho sự phát triển của vi khuẩn lactic gồm: nitơ dưới dạng axit amin, pepton, dịch protein thuỷ phân từ thịt, lactanbumin…. - Nhu cầu về vitamin Vi sinh vật cần vitamin cho sự phát triển của chúng. Tuy với lượng rất nhỏ nhưng nó lại ñóng vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn. Vitamin thường ñược bổ sung vào môi trường qua các chất chứa nó Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………………. 11