Quá trình sinh khí methane ở động vật nhai lại

Đặc diểm tiêu hóa của gia súc nhai lại

Gia súc nhai lại đặc trưng với dạ dày kép gồm 4 túi: Ba túi trước (dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách) được gọi chung là dạ dày trước (không có ở gia súc dạ dày đơn), còn túi thứ 4 gọi là dạ múi khế (tương tự dạ dày đơn).

Dạ cỏ chiếm hầu hết nửa trái của xoang bụng, từ cơ hoành đến xương chậu, chiếm 85 - 90% dung tích dạ dày, 69% diện tích bề mặt dạ dày. Dạ cỏ được coi là một thùng lên men lớn với chức năng lên men tiêu hóa thức ăn (thức ăn thô xanh và thức ăn tinh).

Khi ăn thức ăn thô, gia súc thường nhai chưa kỹ, thức ăn được nuốt vào vẫn dưới dạng kích thước lớn do đó vi sinh vật dạ cỏ khó có thể lên men hoàn toàn. Chất chứa dạ cỏ liên tục được nhào trộn nhờ sự co bóp theo nhịp của vách dạ cỏ. Phần thức ăn chưa được nhai kĩ có kích thước lớn nằm trong dạ cỏ và dạ tổ ong, được ợ lên theo từng miếng vào thực quản và trở lại xoang miệng để gia súc nhai lại, chính quá trình ợ thức ăn lên nhai lại là lúc khí methane được thoát ra môi trường.

Quá trình sinh khí methane và phát thải khí nhà kính

Dạ cỏ có môi trường thuận lợi cho VSV lên men yếm khí: Nhiệt độ tương đối ổn định khoảng 38 - 420C, pH 5,5 - 7,4. Có khoảng 50 - 80% các chất dinh dưỡng của thức ăn được lên men ở dạ cỏ.

Hệ vi sinh vật dạ cỏ (VSV) cộng sinh trong dạ cỏ và dạ tổ ong rất phức tạp, thường gọi chung là vi sinh vật dạ cỏ. Hệ vi sinh vật dạ cỏ gồm có 3 nhóm chính là vi khuẩn (Bacteria), động vật nguyên sinh (Protozoa) và nấm (Fungi). Quần thể vi sinh vật dạ cỏ có sự biến đổi theo thời gian và phụ thuộc vào tính chất của khẩu phần ăn. Trong đó, có vi khuẩn tạo methane, nhóm vi khuẩn này rất khó nuôi cấy trong ống nghiệm, cho nên những thông tin về những VSV này còn hạn chế. Các loài vi khuẩn của nhóm này là Methano baccterium, Methano ruminantium và Methano forminicum.

Trong dạ cỏ, quá trình phân giải các gluxit phức tạp đầu tiên sinh ra các đường đơn hexoza và pentoza. Những phân tử đường này là các sản phẩm trung gian nhanh chóng được lên men tiếp bởi các VSV dạ cỏ. Sản phẩm lên men chính là axit béo bay hơi (ABBH), sinh khối VSV và khí methane. Đó là các axit axetic, propionic và butyric theo một tỷ lệ tương đối khoảng 70:20:8 cùng với một lượng nhỏ izobutyric, izovaleric và valeric. Những axit này được hấp thu qua vách các dạ dày trước vào máu và trở thành nguồn năng lượng cho vật chủ. Quá trình lên men ở dạ cỏ sinh ra khí cacbonic và hydro, hai khí này kết hợp với nhau tạo ra một phụ phẩm lên men là khí methane.
Axit axetic: C6H12O6 + 2H2O ->        

2CH3COOH + 2CO2 + 4H2

Axit propionic: C6H12O6 + 2H2 ->   

2CH3CH2COOH + 2H2O

Axit butiric: C6H12O6     ->     

CH3-CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2

Khí methane: 4H2 + CO2 ->  CH4 + 2H2O

Hoạt động lên men gluxit của vi sinh vật dạ cỏ đã giải phóng ra một khối lượng khổng lồ các khí, chủ yếu là CO2 và CH4. Các thể khí này không được gia súc sử dụng, mà được thải ra ngoài cơ thể thông qua phản xạ ợ hơi.

Lượng thức ăn thô ăn vào được quyết định bởi chất lượng của thức ăn như độ hòa tan, phần không hoà tan nhưng có thể lên men được, tốc độ phân giải phần không hòa tan và độ ngon miệng (Orskov, 2005). Vì vậy, điều quan trọng là phải hiểu biết đặc tính của mỗi loại thức ăn, cách chế biến thức ăn, cân bằng dinh dưỡng, cân đối khẩu phần và chế độ cho ăn để gia súc tiêu hóa triệt để các dinh dưỡng có trong thức ăn, vừa tăng hiệu quả kinh tế, vừa giảm khí methane thải ra môi trường, giảm phát thải khí nhà kính.