Tài liệu Sử dụng phụ phẩm ethanol từ ngô (ddgs) trong thức ăn hỗn hợp cho lợn thịt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------------------------- LUẬN VĂN THẠC SỸ NÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG PHỤ PHẨM ETHANOL TỪ NGÔ (DDGS) TRONG THỨC ĂN HỖN HỢP CHO LỢN THỊT Chuyên ngành : CHĂN NUÔI Mã số : 60.62.40 Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. TÔN THẤT SƠN Người thực hiện : VŨ VIẾT CẦU Hµ Néi - 2011 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Vũ Viết Cầu Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… i LỜI CẢM ƠN Ơ Sau một thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện ñề tài tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi còn nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ quý báu của nhà trường, các thầy giáo, cô giáo và các bạn ñồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS. Tôn Thất Sơn và TS. Nguyễn Thị Mai ñã ñộng viên, hướng dẫn và chỉ bảo tận tình cho tôi trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Tôi xin cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Dinh dưỡng - Thức ăn, Khoa Chăn nuôi - Nuôi trồng Thuỷ sản, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã góp ý và chỉ bảo ñể luận văn của tôi ñược hoàn thành. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám ñốc, các Anh, các Chị cùng toàn thể cán bộ công nhân viên Công ty TNHH Sunjin Farmsco ñã tạo mọi ñiều kiện giúp ñỡ tôi thực hiện ñề tài và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. ðể hoàn thành luận văn này, tôi còn nhận ñược sự ñộng viên khích lệ của những người thân trong gia ñình và bạn bè. Tôi xin chân thành cảm ơn những tình cảm cao quý ñó. Tác giả Vũ Viết Cầu Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… ii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC SƠ ðỒ VÀ BIỂU ðỒ viii 1. MỞ ðẦU 1 1.1. ðẶT VẤN ðỀ 1 1.2. MỤC ðÍCH CỦA ðỀ TÀI 2 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 2.1. PHỤ PHẨM ETHANOL TỪ NGÔ 3 2.1.1. Nguồn phụ phẩm Ethanol khô (DDGS) 3 2.1.2. Công nghệ sản xuất Ethanol từ ngô 4 2.1.3. Thành phần dinh dưỡng trong DDGS 8 2.2. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DDGS LÀM THỨC ĂN CHO LỢN 12 2.3 THỨC ĂN HỖN HỢP 15 2.3.2. Thức ăn hỗn hợp ñậm ñặc 17 2.3.3. Thức ăn bổ sung 17 2.4 ðẶC ðIỂM MỘT SỐ NGUYÊN LIỆU THỨC ĂN CHO LỢN 18 2.4.1 Nhóm thức ăn giàu năng lượng 18 2.4.2 Nhóm thức ăn giàu protein 20 2.5. NHU CẦU DINH DƯỠNG CỦA LỢN CON 24 2.5.1. Nhu cầu về năng lượng 24 2.5.2. Nhu cầu về protein và các axit amin 24 2.5.3. Nhu cầu về khoáng chất 26 2.5.4. Nhu cầu về vitamin 26 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… iii 2.6 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG 26 2.6.1 Khái niệm về sinh trưởng: 26 2.6.2 Các giai ñoạn phát triển của lợn thịt: 28 2.6.3 Các chỉ tiêu ñánh giá năng suất và chất lượng thịt lợn 28 2.6.4 Các yếu tố ảnh hưởng: 29 3. ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 3.1 ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU 33 3.2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 3.2.1. Nội dung nghiên cứu 33 3.2.2. Phương pháp nghiên cứu 33 3.2.3. Phương pháp phân tích thành phần hóa học của thức ăn thí nghiệm 34 3.2.4. Phương pháp theo dõi các chỉ tiêu: 35 3.3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 38 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 4.1. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA NGUYÊN LIỆU TRONG THỨC ĂN THÍ NGHIỆM 39 4.2. CÔNG THỨC THỨC ĂN THÍ NGHIỆM 44 4.2.1. Công thức thức ăn thí nghiệm cho lợn giai ñoạn từ 30kg ñến 60kg 45 4.2.2. Công thức thức ăn thí nghiệm cho lợn giai ñoạn từ 60kg ñến xuất chuồng 46 4.3. THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG THỨC ĂN THÍ NGHIỆM 48 4.3.1. Thành phần dinh dưỡng thức ăn cho lợn giai ñoạn từ 30kg ñến 60kg 49 4.3.1. Thành phần dinh dưỡng thức ăn cho lợn giai ñoạn từ 60kg ñến xuất chuồng 51 4.4 KHỐI LƯỢNG CƠ THỂ LỢN QUA CÁC GIAI ðOẠN NUÔI THÍ NGHIỆM 53 4.4.1 Sinh trưởng tích lũy của lợn qua các tuần nuôi giai ñoạn 30kg- 60kg 53 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… iv 4.4.2 Sinh trưởng tích lũy của lợn qua các tuần nuôi giai ñoạn 60kg ñến xuất chuồng. 56 4.5 TỐC ðỘ SINH TRƯỞNG TUYỆT ðỐI CỦA CƠ THỂ LỢN QUA CÁC GIAI ðOẠN 59 4.5.1 Tốc ñộ sinh trưởng tuyệt ñối của lợn qua các tuần nuôi giai ñoạn từ 30kg ñến 60kg 60 4.5.2 Tốc ñộ sinh trưởng tuyệt ñối của lợn qua các tuần nuôi giai ñoạn 60kg ñến xuất chuồng 62 4.6 TỐC ðỘ SINH TRƯỞNG TƯƠNG ðỐI CỦA LỢN QUA CÁC GIAI ðOẠN 65 4.6.1 Tốc ñộ sinh trưởng tương ñối của lợn qua các tuần nuôi giai ñoạn 30kg 60kg 65 4.6.2 Tốc ñộ sinh trưởng tương ñối của lợn qua các tuần nuôi giai ñoạn 60kg ñến xuất chuồng 67 4.7 THỨC ĂN THU NHẬN 69 4.8 HIỆU QUẢ SỬ DỤNG VÀ CHI PHÍ THỨC ĂN 71 4.9 KHẢO SÁT NĂNG SUẤT THỊT 75 4.10 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA THỊT LỢN 78 4.11 HIỆU QUẢ SỬ DỤNG CỦA PHỤ PHẨM ETHANO 81 5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 84 5.1 KẾT LUẬN 84 5.2 ðỀ NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. KL 2. TA 3. TPDD 4. HQSDTA 5. LTATN 6. TTTA 7. ðC 8. TN 9. TB 10. TPDD 11. DDGS 12. TCVN 13. DXKN 14. ME 15. TME 16. CV 17. VCK 18. DE 19. Lys 20. Met 21. Cys 22. Thre 23. Tryp 24. Leu 25. Isoleu 26. Arg 27. Cs 28. L 29. Y 30. PiDu : Khối lượng : Thức ăn : Thành phần dinh dưỡng : Hiệu quả sử dụng thức ăn : Lượng thức ăn thu nhận : Tiêu tốn thức ăn : ðối chứng : Thí nghiệm : Trung Bình : Thành phần dinh dưỡng : Distillers Dried Grains with Solubles : Tiêu chuẩn Việt Nam : Dẫn xuất không nitơ : Metabolizable Energy (Năng lượng trao ñổi) : True Metabolizable Energy (Năng lượng trao ñổi thực) : ðộ lệch chuẩn : Vật chất khô : Digestilibity Energy (Năng lượng tiêu hóa) : Lysine : Methionine : Cystein : Threonine : Tryptophan : Leucine : Isoleucine : Arginine : Cộng sự : Giống lợn Landrace : Giống lợn Yorkshire : Lợn lai giữa Pietrain và Duroc Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Gía trị DE và ME của DDGS và ngô (Stein, 2007) 9 Bảng 2.2: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của ngô và DDGS (Stein, 2009). 10 Bảng 2.3: Tỷ lệ tiêu hóa hồi tràng axit amin (%) 11 Bảng 4.1. Thành phần dinh dưỡng của các loại nguyên liệu thức ăn 40 Bảng 4.2. Công thức thức ăn cho lợn giai ñoạn từ 30kg – 60kg 45 Bảng 4.3. Công thức thức ăn cho lợn giai ñoạn từ 60kg ñến xuất chuồng 47 Bảng 4.4 Thành phần dinh dưỡng trong công thức 49 thức ăn cho lợn giai ñoạn 30kg- 60kg 49 Bảng 4.5. Thành phần dinh dưỡng trong công thức thức ăn cho lợn giai ñoạn từ 60kg ñến xuất chuồng 51 Bảng 4.6. Sinh trưởng tích lũy của lợn qua các tuần nuôi giai ñoạn 30kg- 60kg 54 Bảng 4.7. Sinh trưởng tích lũy của lợn qua các tuần nuôi giai ñoạn từ 60kg ñến xuất chuồng (kg) 57 Bảng 4.8. Sinh trưởng tuuyệt ñối của lợn qua các tuần nuôi 60 giai ñoạn 30kg- 60kg ( gam/con/ngày) 60 Bảng 4.9. Sinh trưởng tuuyệt ñối của lợn qua các tuần nuôi 63 giai ñoạn từ 60kg ñến xuất chuồng ( gam/con/ngày) 63 Bảng 4.10. Tốc ñộ sinh trưởng tương ñối của lợn qua các tuần nuôi giai ñoạn 30kg- 60kg (%) 65 Bảng 4.11. Tốc ñộ sinh trưởng tương ñối của lợn qua các tuần nuôi 67 giai ñoạn từ 60kg ñến xuất chuồng (%) 67 Bảng 4.12. Thức ăn thu nhận (g/con/ngày) 70 Bảng 4.13. Hiệu quả sử dụng và chi phí thức ăn 74 Bảng 4.14. Kết quả mổ khảo sát lợn thí nghiệm ( n= 6) 76 Bảng 4.15. Thành phần hóa học của thịt lợn (n = 12) 79 Bảng 4.16. Hiệu quả sử dụng DDGS 82 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… vii DANH MỤC SƠ ðỒ VÀ BIỂU ðỒ Sơ ñồ 2.1. Quy trình sản xuất Ethanol và phụ phẩm (Batal, 2006) 6 Sơ ñồ 3.1. Bố trí thí nghiệm 34 Biểu ñồ 4.1 Khối lượng cơ thể qua các tuần nuôi gia ñoạn từ 30 – 60kg 56 Biểu ñồ 4.2: Khối lượng cơ thể qua các tuần nuôi giai ñoạn từ 60kg – xuất chuồng 59 Biểu ñồ 4.3: Sinh trưởng tuyệt ñối qua các tuần nuôi gia ñoạn từ 30 – 60kg 62 Biểu ñồ 4.5: Sinh trưởng tương ñối qua các tuần nuôi giai ñoạn 30 – 60kg 66 Biểu ñồ 4.6: Sinh trưởng tương ñối qua các tuần nuôi giai ñoạn từ 60 kg ñến xuất chuồng 69 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… viii 1. MỞ ðẦU 1.1. ðẶT VẤN ðỀ Trên thế giới, chăn nuôi lợn là ngành kinh doanh lớn, thịt lợn chiếm 40% tổng lượng các loại thịt. Còn ở Việt Nam, chăn nuôi lợn là nghề truyền thống của hàng triệu hộ nông dân, thịt lợn chiếm tới 70% tổng lượng các loại thịt tiêu thụ hàng ngày trên thị trường. Tuy nhiên, ngành chăn nuôi lợn trong nước ñang gặp phải nhiều khó khăn và trở ngại do ảnh hưởng của dịch bệnh, biến ñộng giá cả thị trường, ñặc biệt là do giá thức ăn luôn tăng cao. Vì vậy chất lượng và giá thành thức ăn là một yếu tố có ảnh hưởng quyết ñịnh ñến hiệu quả của chăn nuôi lợn. Dinh dưỡng phù hợp sẽ giúp cho lợn luôn khỏe mạnh, sinh trưởng phát triển tốt, ñồng thời nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. ðể ñảm bảo cung cấp ñầy ñủ nhu cầu về các chất dinh dưỡng cho lợn cần phải sử dụng các khẩu phần ăn phù hợp với từng giai ñoạn nuôi khác nhau. Các khẩu phần này là hỗn hợp của nhiều loại nguyên liệu thức ăn ñể ñảm bảo cung cấp chất dinh dưỡng ñầy ñủ và cân bằng. ðiều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn và hạ giá thành sản phẩm chăn nuôi. Nguồn nguyên liệu thức ăn chăn nuôi có chất lượng tốt với giá cả phù hợp là ñiều mà người chăn nuôi cũng như các nhà sản xuất thức ăn luôn quan tâm. Trong những năm vừa qua, sự phát triển của nền kinh tế thế giới làm cho giá dầu mỏ ngày một tăng cao. Chính vì vậy, việc tìm nguồn năng lượng thay thế ñang ñược xúc tiến mạnh mẽ. Một trong những nguồn năng lượng sinh học thay thế một phần dầu mỏ là cồn ethanol. Cồn ethanol ñược sản xuất từ các loại ngũ cốc như ngô, sắn, lúa mì, cao lương ...Trong quá trình sản xuất ethanol, người ta ñã bỏ ñi nhiều phụ phẩm ethanol từ ngô, phụ phẩm này có tên là DDGS (Distiller’s Dried Grain with Solubles). Theo CME Group Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 1 (2011) tổng lượng ngô sử dụng làm thức ăn chăn nuôi dự kiến cho năm 2011 2012 khoảng 124 triệu 466000 tấn, thấp hơn 20% năm 2004 – 2005. Tổng lượng DDGS sử dụng làm thức ăn chăn nuôi là 42 triệu 338000 tấn, tỷ lệ sử dụng DDGS trong thức ăn cho lợn là 20 – 30% có trường hợp sử dụng ñến 40%. Lượng DDGS mà Việt Nam nhập khẩu năm 2010 là 184 nghìn tấn (Cục chăn nuôi, 2010). Theo Ken Palen (2011) giá DDGS tháng 3 năm 2011: Ngô 261 USD/tấn, DDGS 212 USD/tấn, khô ñậu tương 400 USD/tấn, lúa mỳ 200 USD/tấn, giá DDGS bằng một nửa giá khô ñậu tương. Việc sản xuất cồn sinh học ñã làm cho ngành chăn nuôi bị thiếu hụt một lượng lớn ngũ cốc, dẫn tới ñẩy giá thành nguyên liệu thức ăn lên cao. Vì vậy việc sử dụng phụ phẩm này thay thế các loại nguyên liệu khác giúp tiết kiệm nguyên liệu cho sản xuất thức ăn chăn nuôi, ñồng thời hạ giá thành sản phẩm và nâng cao hiệu quả chăn nuôi. ðể tìm ñược tỷ lệ sử dụng DDGS thích hợp cho lợn thịt, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Sử dụng phụ phẩm ethanol từ ngô (DDGS) trong thức ăn hỗn hợp cho lợn thịt ”. 1.2. MỤC ðÍCH CỦA ðỀ TÀI Nghiên cứu sử dụng phụ phẩm ethanol từ ngô (DDGS) trong thức ăn hỗn hợp cho lợn thịt. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 2 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. PHỤ PHẨM ETHANOL TỪ NGÔ 2.1.1. Nguồn phụ phẩm Ethanol khô (DDGS) Trong vài năm trở lại ñây, khi giá dầu mỏ trên thế giới liên tục tăng cao, nguồn cung cấp nhiên liệu hóa thạch ngày càng khan hiếm thì việc nghiên cứu và ứng dụng các nguồn nhiên liệu sinh học sản xuất từ thực vật, ñặc biệt là từ các loại hạt ngũ cốc trở nên phổ biến rộng rãi và ngày càng ñược ưa chuộng ở các nước phát triển. Tại Liên minh châu Âu các nguồn năng lượng tái sinh rất ñược ưa chuộng, chính ñiều này ñã thúc ñẩy sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất các nhiên liệu sinh học. Nhờ ñó ñã làm xuất hiện một nguồn cung cấp DDGS cho thị trường nguyên liệu thức ăn chăn nuôi. Do có hàm lượng chất dinh dưỡng cao, dễ dàng sấy khô, sơ chế, bảo quản và vận chuyển, DDGS thu ñược từ quá trình sản xuất Ethanol hiện ñại có thể sử dụng làm nguồn thức ăn cho gia súc, gia cầm. Ngành công nghiệp sản xuất ethanol phát triển không ngừng, ñồng nghĩa với nguồn DDGS cung cấp ra thị trường ngày một nhiều hơn. Tháng 12 năm 2007 tại Mỹ có 112 nhà máy sản xuất ethanol, sản xuất ra 5,53 tỉ galon ethanol, và 83 nhà máy ñang xây dựng dự kiến sản xuất thêm 6 tỉ galon ethanol trong 2 năm tiếp theo. Nguồn DDGS sản xuất tại Mỹ năm 2006 ñạt 8,5 triệu tấn và phấn ñấu ñến năm 2010 ñạt 36 triệu tấn (USGC,2008). Bã Ethanol khô (Dislillers Dried Grains with Solubles – DDGS) là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất Ethanol công nghiệp, nó là sản phẩm thu ñược sau khi chưng cất rượu etylic ra khỏi tinh bột ñã lên men. Nói một cách khác DDGS là hỗn hợp thu ñược sau khi cô ñọng và sấy khô ít nhất 75% lượng bã còn lại bằng phương pháp của ngành công nghiệp chưng cất ngũ cốc. Ngô là nguồn tinh bột có thể lên men rất tốt, nó là loại ngũ cốc chính ñược sử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu Ethanol. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 3 Tuy nhiên, do ñiều kiện khí hậu và ñất ñai, tại một số vùng châu Âu và Bắc Mỹ người ta cũng sử dụng các nguồn khác như lúa mỳ, lúa mạch, lúa mạch ñen, cây lúa miến hoặc hỗn hợp các loại ngũ cốc trên ñể sản xuất nhiên liệu Ethanol. Ngoài các nguồn nguyên liệu tái sinh từ phế phẩm nông nghiệp thì người ta cũng sử dụng cả những phế phẩm lâm nghiệp (vụn gỗ, mạt cưa, vụn thân cây hoặc cành cây); các phế phẩm hữu cơ trong rác (giấy vụn); phế phẩm từ nhà máy thực phẩm gia công (phế phẩm của nhà máy rượu và nhà máy giấy) ñể sản xuất Ethanol. Phương pháp ñược sử dụng hiện nay là sản xuất Ethanol từ ngô hoặc ñường mía làm nguyên liệu qua quá trình lên men vi sinh vật. Sự phát triển của ngành sản xuất Ethanol ñã tạo ra một số lượng lớn DDGS cung cấp cho các nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi. DDGS thu ñược từ ngành sản xuất ñồ uống ñã ñược sử dụng làm thức ăn chăn nuôi ở các trang trại trong nhiều năm trước ñây, tuy nhiên chủ yếu làm thức ăn cho các loài ñộng vật nhai lại. Loại DDGS này có sự biến ñổi khá lớn về chất dinh dưỡng và sự hạn chế một số chất dinh dưỡng nên chỉ ñược làm thức ăn cho gia cầm với tỷ lệ thấp (khoảng 5%). Hiện nay, DDGS thu ñược từ quá trình chưng cất Ethanol có ưu ñiểm là giá trị dinh dưỡng cao, dễ dàng sấy khô và sơ chế nên có thể ñược sử dụng trong khẩu phần ăn cho ñộng vật dạ dày ñơn với tỷ lệ cao hơn. Việc này có thể làm gia tăng lượng tiêu thụ DDGS trên thị trường thức ăn chăn nuôi, tuy nhiên những biến ñổi trong thành phần chất dinh dưỡng vẫn sẽ là một hạn chế cho việc sử dụng nguyên liệu thức ăn này. 2.1.2. Công nghệ sản xuất Ethanol từ ngô Ngô là loại nguyên liệu chính cung cấp cho ngành công nghiệp sản xuất ethanol. Ngô có chứa một lượng lớn tinh bột, mà tinh bột ñược chuyển thành Ethanol và CO2 trong quá trình chưng cất và lên men. Chất dinh dưỡng còn lại trong ngô như protein, mỡ, khoáng và các vitamin ñược cô Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 4 ñặc lại theo các cách khác nhau và ñược xem như là hạt ngũ cốc ñã chưng cất hoặc như là những chất có thể hòa tan sau chưng cất ñã ñược cô ñặc. Các phụ phẩm thu ñược từ các nhà máy sản xuất Ethanol thì có thành phần hóa học khác nhau tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu và phương pháp chế biến. Trên thực tế hiện nay thì nguồn nguyên liệu ñể sản xuất Ethanol chủ yếu từ ngô, lúa mạch, mía ñường, sắn… Còn về phương pháp chế biến thì trên thế giới thường sử dụng hai phương pháp của Anh và của Mỹ. Sau ñây là hai phương pháp sản xuất Ethanol quan trọng: • Phương pháp của Anh Hạt ñược nghiền nhỏ rồi dùng mạch nha ñể biến ñổi tinh bột của hạt thành ñường. Phần ñường ñược chiết xuất riêng, phần hạt còn lại ñược sử dụng ở dạng ướt hoặc sấy khô ñể làm thức ăn cho gia súc. Sau ñó, dùng nấm men cho vào phần nước ñường ñã tách ở trên ñể thực hiện quá trình lên men. Từ dung dịch ñã lên men người ta tiếp tục chưng cất thu lấy Ethanol. Phần nước sau quá trình chưng cất Ethanol thì vẫn chứa nấm men lại tiếp tục ñược sấy khô ñể lấy các chất hòa tan hoặc tiến hành ly tâm tách nước thu ñược phần ñặc, sau ñó sấy khô và sử dụng làm thức ăn chăn nuôi. • Phương pháp của Mỹ Sử dụng mạch nha ñể biến ñổi tinh bột trong hạt ñã nghiền nhỏ thành ñường, sau ñó hỗn hợp này ñược trộn với men trong thùng lên men. Sau khi ñã lên men, toàn bộ hỗn hợp trên ñược cho vào thiết bị chưng cất thu lấy Ethanol. Phần còn lại thì tiến hành sàng tách riêng phần hạt và phần dịch lỏng. Phần dịch lỏng này ñược gọi là dịch chưng cất loãng trong vẫn chứa nấm men. Sau ñó ñem cô ñặc và làm khô thành sản phẩm hòa tan khô. Ở một số nhà máy dịch chưng cất lỏng này ñược ly tâm trước khi cô ñặc, sau ñó ñem phần ñặc này trộn vào phần hạt rồi tiến hành sấy khô thu ñược sản phẩm gọi là DDGS. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 5 Toàn bộ quá trình sản xuất Ethanol và phụ phẩm ñược Batal (2006) và Regina Meeks (2007) sơ ñồ hóa (sơ ñồ 2.1). Sơ ñồ 2.1. Quy trình sản xuất Ethanol và phụ phẩm (Batal, 2006)[42] Ngô Nghiền nhỏ Nấu chín α -amylase CO2 Hóa lỏng Lên men Gluco-amylase Hạt chưng cất (DDG) DDG + DDS Toàn bộ phụ phẩm sau chưng cất Dịch chưng cất cô ñặc (DDS) Chưng cất Ethanol DDGS * Giảm kích thước hạt Quá trình ñược bắt ñầu bằng xay ngô thành bột ngô. Ngô ñược xay bởi hệ thống búa xay có tốc ñộ cao, sàng lọc có kích thước nhỏ 1/8 – 3/16 inch. * Hóa lỏng Bột ngô sau khi ñã xay nhỏ ñược trộn với nước hoặc có bổ sung enzyme ñể bắt ñầu quá trình lọc tách các chất tan chủ yếu là protein, ñường, lipit. Hồ trộn sau ñó ñược nấu ñể hydrat tinh bột thành glucose. Sau ñó với enzyme phân giải tinh bột là amylolytic ñể chuyển hóa glucose thành Ethanol. Nhiệt ñộ sử dụng trong quá trình này khoảng 40 – 600C. Sự gelatin Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 6 hóa tinh bột bắt ñầu xảy ra khi nhiệt ñộ tới 50 – 700C. Một khâu rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa tinh bột thành glucose ñòi hỏi sự hoàn tất của quá trình gelatin hóa tinh bột. Trong quá trình này gần như tất cả lượng amylase trong các hạt tinh bột nhỏ ñược lọc ra, ñược làm tăng tính dẻo ñể thành các hạt căng phồng và gel bao gồm amylase ñược hòa tan. Hoàn thành quá trình hydrat hóa tinh bột ñòi hỏi một sự phối hợp các enzyme. Amylase là enzyme ñược sử dụng rộng rãi nhất, enzyme này có khả năng chịu nhiệt trong ngành công nghiệp tinh bột. Các enzyme này bao gồm α-amylase và gluco-amylase. Các enzyme phải chịu ñược nhiệt mục ñích cho sự thủy phân của tinh bột xảy ra ngay lập tức sau quá trình gelatin hóa. * Lên men Lên men là quá trình mà ở ñó ñường ñược chuyển hóa thành rượu dưới tác dụng của các men sinh học. Men ñược dùng nhiều nhất là sacharomyces vì nó có khả năng sản xuất Ethanol tập trung cao, ngoài ra có thể sử dụng gluco-amylase. Trong mô hình lên men có khoảng 95% lượng ñường ñược chuyển hóa thành Ethanol và CO2, 1% thành tinh bột của nấm men, 4% thành các sản phẩm khác như glyxerol. Quá trình này xảy ra ở nhiệt ñộ khoảng 330C, pH = 4. CO2 sản sinh ra trong quá trình này có thể không ñược thu lại mà giải phóng trực tiếp ra ngoài không khí. * Chưng cất Sau quá trình lên men, Ethanol ñược thu lại bằng cách sử dụng phương pháp chưng cất. Hỗn hợp thu ñược lại ñược chuyển qua hệ thống sàng lọc phân tử ñể loại bỏ nước và thu Ethanol tinh khiết. * Các ñồng sản phẩm của hệ thống sấy khô Phụ phẩm sau khi chưng cất Ethanol có thành phần chính là nước, xơ, protein và các chất béo. Hỗn hợp này ñược ly tâm tách các chất rắn thô ra khỏi chất lỏng. Chất rắn thô này chứa khoảng 30% vật chất khô, có thể làm thức ăn cho gia súc hoặc sấy khô ñể sản xuất DDG (dried distiller’s grain). Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 7 Chất lỏng thu ñược tiếp tục cho ñi qua một thiết bị bay hơi ñể loại bỏ hơi nước và kết quả ñồng sản phẩm thu ñược là “distiller’s soluble” cô ñặc có chứa khoảng 30% vật chất khô. Distiller’s soluble cô ñặc có thể ñược bán làm thức ăn cho bò thịt. Ngoài ra thì hạt chưng cất sấy khô thu ñược ở trên có thể trộn với distiller’s soluble cô ñặc ñể sản xuất distiller’s dried grains with solubes (DDGS). Sản phẩm này chứa 88% vật chất khô. Theo Budi Tangendjaja (2008) sản phẩm thu ñược khi sử dụng 1 tấn ngô ñể sản xuất Ethanol là: 400 lít Ethanol, 322kg CO2 và 322kg DDGS. 2.1.3. Thành phần dinh dưỡng trong DDGS Trong quá trình lên men, tinh bột ngũ cốc ñược chuyển hóa thành rượu etylic và CO2, do ñó nồng ñộ của các chất dinh dưỡng còn lại trong phần bã tăng lên khoảng 2 – 3 lần. DDGS chứa một lượng lớn protein thô, amino axit, photpho và các dưỡng chất cần thiết khác cho lợn. Vấn ñề chính là chất lượng và hàm lượng dưỡng chất trong DDGS là khác nhau ñối với các nguồn DDGS khác nhau. Trong những năm gần ñây, nhiều nghiên cứu ñã ñược thực hiện nhằm ñánh giá thành phần chất dinh dưỡng và sự biến ñổi tỷ lệ các chất dinh dưỡng ñó trong các nguồn DDGS khác nhau. Theo Stein va cs (2009) giá trị năng lượng trao ñổi và tiêu hóa của DDGS trên lợn thịt tương ñương với ngô. Hàm lượng phospho trong DDGS cao hơn ngô. Tỷ lệ tiêu hóa phospho của DDGS là 59%, ñiều này làm giảm tỷ lệ phospho vô cơ sử dụng trong khẩu phần. Tỷ lệ tinh bột trong DDGS thấp từ 3 – 11% nhưng lipit tổng số trong DDGS cao 10%. ADF và NDF tương ứng 9,9% và 25,3% với tỷ lệ tiêu hóa tương ứng 65,9 và 63,1% Theo Wrriola, Shurson và Stein (2010) tỷ lệ vật chất khô, protein thô, tinh bột và xơ thô từ 10 nguồn DDGS tương ứng 87,5 - 88,9%, 27,4 – 28,4%, 6,5 – 7% và 6,6%. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 8 Gía trị năng lượng tiêu hóa và năng lương trao ñổi của DDGS rất phụ thuộc vào giống ngô và công nghệ sản xuất ethanol của các nhà máy. Theo Eric van Heugten (2007) giá trị năng lượng tiêu hóa của DDGS 10% ñộ ẩm dao ñộng từ 2940 ñến 3628 kcal/kg. Gía trị năng lượng tiêu hóa và năng lương trao ñổi của DDGS trên lợn sinh trưởng từ 11 nguồn DDGS khác nhau theo Stein (2007) ñược trình bày ở bảng 2.1: Bảng 2.1: Giá trị DE và ME của DDGS và ngô (Stein, 2007) Nguyên liệu Năng lượng Ngô DDGS Trung bình Min Max DE (kcal/kgVCK) 4088 4140 3947 4593 ME (kcal/kgVCK) 3989 3897 3674 4336 Tỷ lệ tiêu hóa VCK (%) 90,4 76,8 73,9 82,8 Stein và cs (2005) thử nghiệm ở nhiều mức khác nhau của các nguồn DDGS của 10 nhà máy sản xuất ethanol tại nam Dakota trên lợn thịt cho biết: tỷ lệ tiêu hóa protein thô và phospho tương ứng 83% và 59,1%, tỷ lệ tiêu hóa giá trị năng lượng tiêu hóa và năng lượng trao ñổi là 4090 và 3989 kcal/kgVCK. Belyea và Cs (2004) cũng tìm ra rằng sự biến ñổi về tỷ lệ các chất dinh dưỡng trong các mẫu DDGS khác nhau có liên quan ñến thành phần ngô sử dụng ñể lên men và kỹ thuật sản xuất. Hàm lượng chất béo cao trong DDGS sản xuất từ ngô cho năng lượng tổng số cao, tuy nhiên năng lượng tiêu hóa lại thay ñổi và có thể bị ảnh hưởng bởi hàm lượng NSP. Pedersen và Cs (2007) cho biết lượng năng lượng thô trong 10 mẫu DDGS là 5430 kcal/kg vật chất khô, cao hơn so với ngô. Fastinger và cộng sự (2006) lại tìm thấy mức năng lượng tổng số thấp hơn (4848 – 4969 kcal/kg vật chất khô) trong DDGS từ 5 nguồn ở phía Tây miền Trung nước Mỹ. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 9 Cũng theo Stain (2009) ñưa ra bảng thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của ngô và DDGS làm thức ăn cho lợn ñược trình bày ở bảng 2.2: Bảng 2.2: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của ngô và DDGS (Stein, 2009). Nguyên liệu Ngô DDGS 87 88 DE (kcal/kgVCK) 3544 3643 ME (kcal/kgVCK) 3458 3429 Protein thô (%) 7,2 27,5 Lipit thô (%) 2,9 10,2 ADF (%) 2,3 9,9 NDF (%) 6,7 25,3 Ca (%) 0,02 0,04 P (%) 0,2 0,61 P hấp thu (%) 19,3 59 Năng lượng VCK (%) Qua bảng 2.2 ta thấy DDGS chứa hàm lượng các chất dưỡng dưỡng khá cao, protein thô 27,5% cao gấp 4 lần so với ngô. Hàm lượng lipit thô cũng cao 10,2%, trong khi ñó hàm lượng phospho hấp thu 59%. Tương tự như vậy, Batal và Dale (2006) cũng phát hiện thấy những sự khác biệt ñáng kể về tỷ lệ tiêu hóa thực các amino axit giữa các mẫu khác nhau. Nói chung các mẫu vàng hơn và sáng hơn có hàm lượng và tỷ lệ tiêu hóa các amino axit lớn hơn, ñặc biệt là Lys. Nguyên nhân của hiện tượng này theo nhóm nghiên cứu là do Lys trong các mẫu có màu sẫm hơn có thể bị phá hủy do xử lý nhiệt quá mức (trong phản ứng Maillard giữa cacbonhydrat trong glucozo và nhóm ε – amino của Lys). Họ cũng ñề xuất Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 10 rằng phân tích màu sắc có thể là một phương pháp nhanh chóng và ñáng tin cậy ñể ñánh giá hàm lượng các amino axit, ñặc biệt là Lys và tỷ lệ tiêu hóa DDGS của gia cầm. Nghiên cứu của Ergul và cộng sự (2003), cũng ñã kiểm chứng các kết quả trên, nó cho thấy một mối tương quan dương giữa Lys, Cys, tỷ lệ tiêu hóa và các giá trị ñộ sáng (L*), ñộ vàng (b*) của DDGS. Theo Stein (2009) ñã nguyên cứu tỷ lệ tiêu hóa hồi tràng các axit amin trên lợn thịt ñược trình bầy ở bảng 2.3. Bảng 2.3: Tỷ lệ tiêu hóa hồi tràng axit amin (%) (Stein, 2009) Nguyên liệu Ngô DDGS Protein thô 79,9 72,8 Arginine 84,5 81,1 Histidine 82 77,4 Isoleucine 77,8 75,2 Leucine 85,2 83,4 Lysine 68,5 62,3 Methionine 82,8 91,9 Cysteine 77,4 73,6 Phenilalanine 81,6 80,9 Tyrosine 76,9 80,9 Threonine 71,8 70,7 Triptophan 69,8 69,9 76 74,5 Năng lượng Valine Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………… 11