VŨ CHÍ CƯƠNG – Bước đầu sử dụng kỹ thuật BƯỚC ĐẦU SỬ DỤNG KỸ THUẬT QUANG PHỔ HẤP PHỤ CẬN HỒNG NGOẠI (NEAR INFRARED REFLECTANCE SPECTROSCOPY - NIRS) ĐỂ CHẨN ĐOÁN THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA PHÂN VÀ THỨC ĂN CHO GIA SÚC NHAI LẠI Vũ Chí Cương*, Phạm Kim Cương, Đoàn Thị Khang Nguyễn Thu Anh Viện Chăn Nuôi *Tác giả để liên hệ: TS Vũ Chí Cương, Phó Viện trưởng Viện Chăn nuôi, ĐT: 0912121506, Email: vccuong@netnam.vn ĐẶT VẤN ĐỀ Kỹ thuật quang phổ hấp phụ cận hồng ngoại (Near Infrared Reflectance Spectroscopy viết tắt NIRS) kỹ thuật biết đến từ lâu ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực: xác định lượng nước ngũ cốc loại hạt (Norris Hart, 1965), xác định thành phần hoá học tỷ lệ tiêu hoá cỏ khô, thức ăn thô khô (Brown cộng sự, 1990), thức ăn ủ chua (Park cộng 1998), cỏ tươi (Berarado cộng 1997; Givens cộng 1997), xác định lượng thức ăn ăn vào (Coelho cộng sự, 1988), xác định thành phần hoá học giá trị dinh dưỡng thức ăn hạt cốc cho gia súc nhai lại (Arminda cộng sự., 1998), lợn (Van Barneveld cộng sự., 1999), gia cầm (Valdes Leeson, 1992), xác định tinh bột, mỡ, dầu thực vật, lượng trao đổi, tồn dư thuốc bảo vệ thực vật độc tố ngũ cốc (Wrigley, 1999), kiểm tra loại thực phẩm (De Boever cộng sự, 1994), tồn dư nấm mốc chất phụ gia trộn nguyên liệu thức ăn (Givens Deaville, 1999) Dùng NIRS để xác định thành phần hoá học, tỷ lệ tiêu hoá thức ăn, từ ước tính giá trị dinh dưỡng thức ăn công nhận phương pháp phòng thí nghiệm có độ xác cao (Boval cộng sự, 2004) NIRS phương pháp AOAC thức công nhận để phân tích protein thô ADF ẩm độ (Barton Windham, 1998) Những ưu điểm, hạn chế phương pháp nhiều tác giả đề cập đến (Givens cộng sự, 1997; Coleman cộng 1999) NIRS cho phép phân tích nhanh, nhiều mẫu đồng thời, không độc hại, không phá huỷ môi trường không dùng hoá chất, tốn thời gian, rẻ dù đầu tư ban đầu cao để mua thiết bị (William cộng sự., 1998), chuẩn bị mẫu đơn giản (Mark cộng sự, 2002), độ xác cao, đơn giản cho sử dụng vận hành (Given Deaville, 1999) Nhược điểm phương pháp cần nhiều thời gian cho chuẩn hoá phát triển mô hình, xử lý số liệu khó, chuyển đổi số liệu từ máy khác serie khó khăn (Given Deaville, 1999) Với mục đích ứng dụng NIRS để xây dựng phương trình chẩn đoán thành phần hoá học thức ăn, phân tiến tới xây dựng phương trình chẩn đoán tỷ lệ tiêu hoá giá trị dinh dưỡng thức ăn tiến hành đề tài VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên lý phương pháp Theo William cộng (1998), nguyên lý phương pháp sau: Khi có chùm ánh sáng tới chiếu qua mẫu sinh học, vùng ánh sáng cận hồng ngoại (7502500nm) cầu nối C-H, N-H, O-H - thành tố tạo nên chất hữu VŨ CHÍ CƯƠNG – Bước đầu sử dụng kỹ thuật mô sinh học, hấp phụ Đo phổ ánh sáng phản xạ từ mẫu ta có thông tin thành phần hoá học mẫu Từ phổ (Spectrum) thu nhờ phần mềm ví dụ WinISI có ma trận giá trị số phổ cho chất hữu (ví dụ protein thô) Vì mẫu đồng thời phân tích thành phần hoá học nên có ma trận số giá trị phân tích chất hữu (ví dụ protein thô) Dùng mô hình thống kê nhiều biến cho phép mô tả quan hệ phổ hấp phụ thành phần hoá học, quan hệ sau mô hình toán để chẩn đoán thành phần hoá học mẫu chưa phân tích phòng thí nghiệm Toàn nguyên lý trình mô tả Sơ đồ Phần mềm WINisi Phân tích Ma trận phổ hấp phụ chất A Ma trận kết phân tích chất A x1 x2 x1p …… x21 y1 WinISI xn1 y2 y2 yn y2 yn Phương trình chẩn đoán NIRS cho chất A Sơ đồ 1: Qui trình xây dựng phương trình chẩn đoán thành phần hoá học thức ăn phân với máy NIRS Các mẫu thức ăn, phân sử dụng nghiên cứu Mẫu sử dụng thí nghiệm gồm: cỏ tự nhiên cỏ trồng thí nghiệm in vivo cừu phân cừu thí nghiệm tiêu hoá in vivo tiến hành Viện Chăn nuôi từ năm 2004 - 2005 Các mẫu sau sấy khô 450C 24 nghiền đến mm để phân tích thành phần hoá học chạy quét phổ máy NIRS monochromator 5000 hãng Foss, USA Phân tích thành phần hoá học Thành phần hóa học thức ăn, phân đựơc phân tích phòng Phân tích thức ăn sản phẩm chăn nuôi, Viện Chăn nuôi Các tiêu chuẩn TCVN 4326 - 86, TCVN 4328 - 86, Shocklex, TCVN 4329 - 86, TCVN 4327 - 86 đựơc sử dụng để phân tích tỷ lệ nước ban đầu, protein thô, mỡ thô, xơ thô khoáng tổng số NDF, ADF xác định theo phương pháp Goering Van Soest (1970) Chạy phổ xử lý số liệu xây dựng phưong trình chẩn đoán Qui trình chạy xây dựng phương trình chẩn đoán theo Sơ đồ Mẫu thức ăn sau chạy phổ phần mềm chuyên dụng WinISI chuyển thành ma trận số Ma trận VŨ CHÍ CƯƠNG – Bước đầu sử dụng kỹ thuật với ma trận kết phân tích hồi qui với (sau loại bỏ tự động số liệu cực đoan) với WinISI để xây dựng phương trình chẩn đoán Mô hình toán học để xây dựng quan hệ hai ma trận số hồi qui tuyến đa chiều (Multiple linear regssionMLR): Y= b0 + b1X1 + b2X2 + … + biXi + bpXp Trong đó: Y kết phân tích phòng thí nghiệm chất A đó; X kết chẩn đoán với NIRS; b: hệ số KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết xây dựng phương trình chẩn đoán chất khô, protein thô, xơ thô mỡ cỏ Bảng 1: Kết phân tích DM, CP, Fat CF cỏ máy NIRS Thành phần DM CP Fat CF n 37 37 37 37 Mean 18,38 10,678 1,92 30,41 SD 4,93 3,16 0,416 3,35 Min 3,58 1,20 0,680 20,37 Max 33,17 20,15 3,15 40,46 SEC 0,76 0,42 0,11 0,72 SECV 0,97 0,65 0,18 1,24 Bảng 2: So sánh kết phân tích DM, CP, Fat CF cỏ với kết NIRS Chỉ tiêu CK CP Mỡ CF n 39 37 39 37 39 37 39 37 Lab NIRS Lab NIRS Lab NIRS Lab NIRS Mean ± SD 18,46 ± 4,83 18.38 ± 4,93 11,12 ± 3,65 10,68 ± 3,16 1,98 ± 0,49 1,92 ± 0,416 30,20 ± 3,58 30,41± 3,35 Min 10,48 3,58 4,92 1,20 1,04 0,68 21,21 20,37 Max 27,32 33,17 20,07 20,15 3,38 3,15 36,10 40,46 Bảng 3: Phương trình hồi qui chẩn DM, CP, Fat CF cỏ máy NIRS Chỉ tiêu DM cỏ Y1 CP cỏ Y2 Fat cỏ Y3 CF thô cỏ Y4 n 39 49 28 47 Phương trình Y5 =.8393 + 0.9658 DMCoNIRS Y6 = - 0.6514 + 1.082 CPCoNIRS Y7 = - 0.0101 + 1.033 FatCoNIRS Y8 = - 0.943 + 1.026 CFCoNIRS R2 (%) 93,6 90,6 68,4 92,7 P ( ... – Bước đầu sử dụng kỹ thuật mô sinh học, hấp phụ Đo phổ ánh sáng phản xạ từ mẫu ta có thông tin thành phần hoá học mẫu Từ phổ (Spectrum) thu nhờ phần mềm ví dụ WinISI có ma trận giá trị số phổ. .. chẩn đoán Qui trình chạy xây dựng phương trình chẩn đoán theo Sơ đồ Mẫu thức ăn sau chạy phổ phần mềm chuyên dụng WinISI chuyển thành ma trận số Ma trận VŨ CHÍ CƯƠNG – Bước đầu sử dụng kỹ thuật. .. phép mô tả quan hệ phổ hấp phụ thành phần hoá học, quan hệ sau mô hình toán để chẩn đoán thành phần hoá học mẫu chưa phân tích phòng thí nghiệm Toàn nguyên lý trình mô tả Sơ đồ Phần mềm WINisi Phân