Dinh dưỡng và thức ăn cho bò - chương 3

Chia sẻ: Vu Dinh Hiep | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:59

Thêm vào BST

Báo xấu

116
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Từ năng lượng bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp và có nghĩa la trong công việc "in work" (en ergon). Công việc của các tế bào là co bóp tự thân, vận chuyển tích cực các phân tử nhỏ bé. Nguồn năng lượng cho các hoạt động ấy là năng lượng hóa dự trữ học

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Dinh dưỡng và thức ăn cho bò - chương 3

CHUƠNG III CÁC H TH NG NĂNG LƯ NG VÀ PROTEIN I. CÁC H TH NG ðÁNH GIÁ GIÁ TR NĂNG LƯ NG 1.1. ð nh nghĩa và ñơn v ño 1.1.1. ð nh nghĩa T năng lư ng b t ngu n t ti ng Hyl p và có nghĩa là trong công vi c "in work" (en ergon). Công vi c c a các t bào là co bóp t thân, v n chuy n tích c c các phân t và ion, t ng h p các ñ i phân t t các phân t nh bé. Ngu n năng lư ng cho các ho t ñ ng y là năng lư ng hóa h c d tr trong th c ăn gia súc ăn vào. Các c u n i năng lư ng gi a các nguyên t ho c phân t chính là ngu n năng lư ng ti m năng, ngu n năng lư ng này ñư c gi i phóng khi các c u n i trên b b gãy. Khi các h p ch t hoá h c ñư c chuy n t lo i h p ch t có m c năng lư ng cao sang các h p ch t có m c năng lư ng th p, m t ph n năng lư ng ñư c gi i phóng ñ s d ng cho các ho t ñ ng h u d ng theo công th c: Năng lư ng t do (free energy ) FE = H – T.S ñây: H = enthalpy (hàm lư ng nhi t năng trong h th ng), T = Nhi t ñ tuy t ñ i, S = entropy (ñ h n lo n: degree of disorganization). Hi u bi t các quá trình t o ra năng lư ng sinh h c là cơ s c a khoa h c v dinh dư ng vì t t c các quá trình x y ra trong cơ th ñ ng v t khi th c ăn b tiêu hoá và tham gia vào quá trình trao ñ i ch t là các quá trình sinh ra ho c l y ñi năng lư ng. Năng lư ng thư ng ñư c bi u th là giá tr nhiên li u c a th c ăn gia súc "fuel value" và bao g m ba nhóm ch t dinh dư ng chính: carbohydrate, protein và m . Vi c bi u th như v y cho phép chúng ta xác ñ nh ñư c quan h v lư ng gi a các ch t dinh dư ng ăn vào và hi u qu dinh dư ng - cơ s ñ d ñoán năng su t gia súc. Ngày nay, chúng ta bi t r ng có r t nhi u y u t nh hư ng ñ n s d ng năng lư ng gia súc ngay c khi nhu c u các ch t dinh dư ng c th như protein, vitamin và mu i khoáng ñã ñư c ñáp ng ñ y ñ thì nhu c u v năng lư ng v n còn là m t câu h i. Gia súc c n năng lư ng ñ trư c h t cho các 77
ch c năng thi t y u như: Ho t ñ ng cơ h c c a cơ, ho t ñ ng hoá h c, v n chuy n ch ñ ng các cơ ch t ngư c gradient n ng ñ và t ng h p các thành t c n thi t c a cơ th như: hormone, enzyme. gia súc ñói, năng lư ng cho các ch c năng này có ñư c t quá trình d hoá ngu n d tr c a cơ th (catabolism) trư c h t là glycogen sau ñó là m và protein. Gia súc c n năng lư ng c a th c ăn ñ ñáp ng nhu c u duy trì và ngăn ng a d hóa, khi năng lư ng th c ăn ñư c dùng cho các ho t ñ ng c a cơ và các ho t ñ ng hoá h c trong quá trình duy trì, gia súc tr ng thái ng và t ng năng lư ng tiêu dùng ñư c chuy n thành nhi t và có nhi m v duy trì ho t ñ ng c a cơ th gia súc. gia súc ñói, lư ng nhi t s n xu t ra ñúng b ng năng lư ng c a mô b d hoá và khi ño ñ c trong nh ng ñi u ki n nh t ñ nh, năng lư ng này ñư c g i là năng lư ng trao ñ i cơ b n (basal metabolism). ơc tính năng lư ng trao ñ i cơ b n cho phép ư c tính nhu c u năng lư ng cho duy trì c a gia súc. Năng lư ng do th c ăn cung c p l n hơn năng lư ng c n cho duy trì s ñư c s d ng cho các ch c năng s n xu t khác. gia súc non, năng lư ng v cơ b n ñư c d tr trong protein các mô cơ, trong khi gia súc trư ng thành năng lư ng ñư c d tr nhi u hơn các mô m và gia súc ti t s a năng lư ng c a th c ăn s chuy n thành năng lư ng trong s a và năng lư ng ñ nuôi thai. Có th nói là không có ch c năng nào, k c ch c năng duy trì có ñư c ưu th tuy t ñ i v s d ng năng lư ng. V y m t h th ng năng lư ng là gì? Hi u theo nghĩa ñơn gi n nh t h th ng năng lư ng là m t t p h p các quy lu t liên k t lư ng năng lư ng ăn vào c a m t gia súc v i năng su t hay kh năng s n xu t c a con v t ñó. H th ng này ñư c dùng ñ ho c ch n ñoán năng su t c a gia súc t m t m c năng lư ng ăn vào nào ñó ho c ñ tính toán lư ng năng lư ng ăn vào c n thi t ñ có ñư c m t m c năng su t nào ñó. M t h th ng năng lư ng ñơn gi n nh t cũng ph i bao g m hai b s li u: m t b s li u v nhu c u năng lư ng c a gia súc và b kia là s li u v giá tr năng lư ng c a th c ăn. Hai b s li u này ñư c bi u th b ng cùng m t ñơn v . 1.1.2. ðơn v ño ðơn v ño năng lư ng ñi n, cơ khí và hóa h c là joule (J). Joule cũng có th chuy n ñ i thành calorie (cal). M t calorie b ng 4,184 joule và ñư c ñ nh nghĩa là nhi t c n thi t ñ nâng nhi t ñ c a 1 g nư c t 16,5 lên 17,5oC. 78
Trong th c t , calorie quá nh nên ngư i ta thư ng dùng ñơn v kilocalorie (kcal) (1 kcal = 1000 cal) và megacalorie (Mcal) (Mcal = 1000 kcal). 1.2. Các d ng năng lư ng c a th c ăn 1.2.1. Năng lư ng thô c a th c ăn (Gross Energy - GE) Gia súc dùng năng lư ng t th c ăn chúng ăn vào, s lư ng năng lư ng hóa h c có trong th c ăn có th ño ñư c b ng cách chuy n chúng thành năng lư ng nhi t và xác ñ nh năng lư ng này. Vi c chuy n này ñư c th c hi n b ng cách ñ t (ôxy hoá) th c ăn. S lư ng nhi t t o ra t ôxy hoá hoàn toàn m t lo i th c ăn nào ñó chính là GE c a th c ăn ñó. B ng 3.1. M t vài giá tr GE ñi n hình (MJ/kg ch t khô) Glucose 15,6 Tinh b t 17,7 Cellulose 17,5 Các thành ph n th c ăn Casein 24,5 Bơ 38,5 M t h t có d u 39,0 Acetic 14,6 Propionic 20,6 S n ph m lên men Butyric 24,9 Lactic 15,2 Methane 55,0 Cơ 23,6 Mô ñ ng v t M 39,3 H t ngô 18,5 Th c ăn C khô 18,9 S a 4% m 24,9 Y u t ch y u ñ u tiên xác ñ nh hàm lư ng GE c a m t ch t h u cơ là m c ñ ôxy hoá c a chúng bi u th b ng t l (C + H)/O2. T t c carbohydrate có cùng m t t l trên nên chúng có cùng m t lư ng GE/kg ch t khô (17,5 MJ/kg CK). Protein có hàm lư ng GE cao hơn carbohydrate và th p hơn lipid. Phương pháp xác ñ nh GE 79
GE ñư c ño trong m t thi t b g i là nhi t lư ng k (Bomb Calorimeter). Nguyên lý chung là khi ñ t cháy ch t h u cơ, nhi t ñư c hình thành ho c s làm tăng nhi t (ñ ng áp) ho c s làm tăng áp su t (ñ ng nhi t) bình ch a. Căn c s chênh l ch nhi t ñ ho c áp xu t trư c và sau khi ô-xy hóa ch t h u cơ mà có th tính nhi t lư ng. Trong th c t , ngư i ta thư ng s d ng nhi t lư ng k ñ ng áp v i c u t o ñơn gi n g m m t bu ng b ng kim lo i (bomb) ñ t trong m t b nư c cách nhi t. Th c ăn và ôxy ñư c cho vào Bomb dư i áp su t cao. M u ñư c ñ t cháy b ng dòng ñi n 2 chi u thông qua 2 ñi n c c k t n i v i m u th c ăn. Chênh l ch nhi t ñ nư c trư c và sau khi ñ t m u là căn c ñ tính nhi t lư ng ñ t cháy hoàn toàn lư ng th c ăn trong bomb. Thông thư ng, ngư i ta s d ng m t ch t chu n ñã bi t nhi t lư ng ñ quy ñ i (axit benzoic, nhi t lư ng chu n: 6318 cal/g). Ví d , ñ t cháy 1 gam axit benzoic làm tăng nhi t ñ 120C và trong khi ñ t cháy 1 gam th c ăn cũng làm tăng 120C thì nhi t lư ng th c ăn là 6318 cal/g (hay 6,3 Mcal/kg). Bomb Calorimeter có th dùng ñ xác ñ nh GE c a th c ăn, c a mô ñ ng v t, các s n ph m bài ti t và các thành ph n c a th c ăn. H u h t các th c ăn thông d ng có GE = 18,5 MJ/kg CK. 1.2.2. Năng lư ng tiêu hoá c a th c ăn (Digestible Energy - DE) 80
Không ph i t t c GE ñ u ñư c gia súc s d ng. M t ph n năng lư ng b m t dư i d ng các ch t bài ti t: r n, l ng ho c khí (sơ ñ 3.1). Năng lư ng tiêu hóa (DE) chính là GE - năng lư ng trong phân. Ví d , trong 1 thí nghi m tiêu hoá, c u ăn 1,63 kg ch t khô, có GE = 18 MJ/kg CK thì t ng năng lư ng ăn vào = 18 x 1,63 = 29,3 MJ/ngày. C u th i ra 0,76 kg ch t khô phân, có 18,7 MJ/kg CK. T ng năng lư ng th i ra trong phân = 18,7 x 0,76 = 14,2 MJ. T l tiêu hóa bi u ki n c a năng lư ng c a c khô = (29,3 - 14,2)/29,3 = 0,515 hay 51,5%. V y DE c a c khô = 18 x 0,515 = 9,3 MJ/kg CK. 81
Năng lư ng thô(GE) Năng lư ng trong phân (FE) Năng lư ng tiêu hoá (DE) Năng lư ng nư c ti u (UE) Năng lư ng methane Năng lư ng trao ñ i(ME) Sinh nhi t (HI) Năng lư ng thu n (NE) Năng lư ng duy trì (NEm) Năng lư ng s n ph m (NEp) T ng s n nhi t c a gia súc (HP) Sơ ñ 3.1. Sơ ñ chuy n hóa năng lư ng c a th c ăn 82
1.2.3. Năng lư ng trao ñ i c a th c ăn (Metabolisable Energy- ME) Gia súc m t ti p năng lư ng trong các ch t có ch a năng lư ng trong nư c ti u và trong khí th i t ñư ng tiêu hóa ñ c bi t là gia súc nhai l i. Năng lư ng trao ñ i c a m t th c ăn nào ñó ñư c tính theo công th c: ME = DE – (Năng lư ng trong nư c ti u + năng lư ng trong khí th i t ñư ng tiêu hóa). Năng lư ng trong nư c ti u có m t trong các ch t có ch a nitơ như urea, axit hippuric, creatine và allantoin. Năng lư ng trong nư c ti u còn có m t trong các ch t không ch a nitơ như glucoronate, và axit citric. Khí m t ñi t d c h u như toàn b là methan (CH4). Lư ng methane t o ra trong d c có quan h ch t ch v i lư ng th c ăn ăn vào. m c nuôi dư ng duy trì, kho ng 7 - 9% GE c a th c ăn ho c kho ng 11 - 13% DE m t ñi dư i d ng CH4. m c nuôi dư ng cao hơn là 6 - 7% so v i duy trì, v i các th c ăn ñã lên men (bã bia) khí m t ñi dư i d ng CH4 th p hơn, kho ng 3% GE. N u không ño ñư c lư ng CH4 th i ra thì m c ñ nh s d ng giá tr năng lư ng t methane là 8% GE ăn vào. Ư c tính ME = DE x 0,8, ñi u này có nghĩa là trung bình có 20% năng lư ng trong th c ăn ăn vào ñã m t ñi trong nư c ti u và khí methane. gia c m tính ME tr c ti p d hơn tính DE vì phân và nư c ti u tr n l n v i nhau. Phương pháp nhanh và tiêu chu n ñ tính ME trong th c ăn gia c m là s d ng gà tr ng: Gà tr ng nh n ñói (hay ch cho ăn m t lư ng nh glucose) cho ñ n khi ñư ng tiêu hoá không còn gì, sau ñó cho ăn m t b a duy nh t b ng th c ăn ñang c n nghiên c u. Ch t th i (phân + uric) ñư c thu th p cho ñ n khi không còn phân và uric n a. Trong cùng th i gian ñó, m t lư ng nh ch t th i c a gà ñói ho c gà cho ăn glucose ñư c thu th p và ño m t mát n i sinh. L y năng lư ng trong ch t th i c a gà ăn m t b a tr ñi năng lư ng n i sinh s ư c tính ñư c ME th t (TME) ch không ch là ME bi u ki n. Xác ñ nh ME c a th c ăn ME c a th c ăn ñư c xác ñ nh trong các thí nghi m nuôi dư ng (feeding trials) tương t như thí nghi m tiêu hoá, ñây phân, nư c ti u, methan ñư c thu th p và ghi chép cho t ng các th gia súc. Khi c n ph i ño methan, ph i 83
ñưa gia súc vào các bu ng hô h p chuyên d ng (respiration chamber). Respiration chamber có th dùng ñ ño: - Nhu c u năng lư ng c a gia súc, trư c h t là nhu c u duy trì - Năng lư ng trao ñ i c a th c ăn. - Th i khí methan t gia súc nhai l i (methan emission) Các y u t nh hư ng ñ n giá tr ME c a th c ăn Trong s các m t mát v năng lư ng thì m t mát năng lư ng trong phân là quan tr ng nh t và l n nh t (b ng 3. 2). Ngay c các th c ăn có t l tiêu hoá cao như lúa m ch thì m t mát năng lư ng trong phân cũng cao hơn hai l n năng lư ng m t ñi trong nư c ti u và CH4. Y u t quan tr ng nh t nh hư ng ñ n giá tr ME chính là y u t nh hư ng ñ n t l tiêu hoá c a th c ăn ñó. ME c a th c ăn tuỳ thu c vào lo i gia súc, lo i hình tiêu hoá. Tiêu hoá vi sinh v t - lên men làm m t nhi u năng lư ng th khí CH4. Thông thư ng m t mát năng lư ng th khí và nư c ti u gia súc nhai l i cao hơn gia súc d dày ñơn. Vì v y nh ng th c ăn như th c ăn tinh ñư c tiêu hoá cùng m t t l như nhau gia súc nhai l i và d dày ñơn nhưng giá tr ME c a chúng gia súc d dày ñơn cao hơn giá tr này gia súc nhai l i. Sai khác gi a c u và bò v năng lư ng m t ñi trong phân là r t nh và không ñáng tin c y v m t th ng kê. B ng 3.2. Giá tr năng lư ng trao ñ i c a m t vài th c ăn ñi n hình Gia Th c ăn GE M t năng lư ng trong ME súc Phân Nư c ti u CH4 Cu Lúa m ch 18,5 3,0 0,6 2,0 12,9 C Rye khô, non 19,5 3,4 1,5 1,6 13,0 C Rye khô, già 19,0 7,1 0,6 1,4 9,9 C khô, non 18,0 5,4 0,9 1,5 10,2 C Rye khô, già 17,9 7,6 0,5 1,4 8,4 C chua 19,0 5,0 0,9 1,5 11,6 Bò Ngô 18,9 2,8 0,8 1,3 1 4,0 M ch 18,3 4,1 0,8 1,1 12,3 Cám lúa mì 19,0 6,0 1,0 1,4 10,6 84
C khô Lucern 18,3 8,2 1,0 1,3 7,8 Giá tr ME c a m t lo i th c ăn còn ph thu c vào vi c các axit amin c a th c ăn ñư c gi l i b i gia súc ñ t ng h p protein hay b kh amin thành urê và b th i ra ngoài theo nư c ti u. Vì lý do này, ñôi khi ME c a th c ăn ñư c hi u ch nh v cân b ng nitơ (m c zerô), b ng cách tr ñi 28 KJ l n, 31 KJ gia súc nhai l i và 34 KJ cho m i gam nitơ gi l i. Cách ch bi n cũng nh hư ng ñ n giá tr ME c a th c ăn. gia súc nhai l i nghi n và ñóng viên th c ăn thô d n ñ n tăng s m t mát năng lư ng trong phân nhưng l i gi m m t mát năng lư ng qua CH4 vì làm gi m s n sinh CH4 trong d c . M c nuôi dư ng gia súc nhai l i cũng nh hư ng ñ n giá tr ME c a th c ăn. Tăng m c ñ nuôi dư ng, nghi n th c ăn thô, làm TMR (total mixed ration) ñ u làm gi m ME. V lý thuy t có th làm ng ng s n xu t methan ñ không m t ñi 8% năng lư ng c a th c ăn dư i d ng khí. Th c t có th làm gi m s n xu t methan b ng các ch t hoá h c như chloroform, nhưng k t qu không ñư c như mong mu n vì năng lư ng có th m t ñi dư i d ng các ch t khác như hydrô và vi khu n sinh methan thích nghi r t nhanh v i các lo i ch t này. 1.2.4. Sinh nhi t c a th c ăn (Heat Increment-HI) Tiêu hoá th c ăn gia súc ñi li n v i vi c m t mát năng lư ng hoá h c dư i d ng r n, l ng, khí và c dư i d ng nhi t. Gia súc liên t c t o ra nhi t và th i ra ngoài môi trư ng thông qua các phương th c tr c ti p như: truy n nhi t, d n nhi t, b c x nhi t và gián ti p là b c hơi. N u m t con v t b ñói, cho ăn, ch sau m t vài gi , lư ng nhi t s n xu t ra cơ th chúng s tăng cao hơn m c trao ñ i cơ b n. Lư ng nhi t tăng thêm so v i nhi t trao ñ i cơ b n g i là sinh nhi t c a th c ăn. HI c a th c ăn sinh ra t quá trình tiêu hóa th c ăn ñó và t quá trình trao ñ i các ch t dinh dư ng có trong th c ăn. Các ho t ñ ng ăn u ng, bao g m nhai, nu t, ti t nư c b t, nhai l i ñòi h i các ho t ñ ng c a cơ. Ho t ñ ng c a cơ l y năng lư ng t ôxy hóa các ch t dinh dư ng. Khi gia súc nhai l i nhai các th c ăn nhi u xơ, năng lư ng cho các ho t ñ ng này là 3-6 % t ng năng lư ng trao ñ i ăn vào. Năng lư ng c n cho nhai l i chi m kho ng 0,3% 85
năng lư ng trao ñ i ăn vào. Gia súc nhai l i cũng sinh nhi t thông qua ho t ñ ng trao ñ i ch t c a h vi sinh v t ñư ng tiêu hóa c a chúng. Tiêu t n năng lư ng ñây vào kho ng 7-8% năng lư ng trao ñ i ăn vào hay 0,6 KJ cho 1 KJ methan t o ra. Nhi t sinh ra nhi u hơn trong quá trình trao ñ i ch t. Ví d , khi glucose b ôxy hóa ñ t o thành ATP, hi u su t gi năng lư ng t do gi i phóng ra ch là 0,69 (hay 69%), 0,31 (hay 31%) năng lư ng b m t dư i d ng nhi t. Hi u su t gi năng lư ng t do gi i phóng ra còn th p hơn n a n u c n d tr các ch t dinh dư ng t m th i (glucose ñư c gi dư i d ng glycogen) vì c n nhi u các ph n ng sinh hóa h c hơn ñ hòan thành quá trình này. T ng h p các thành t c u trúc c a cơ th cũng lãng phí năng lư ng dư i d ng nhi t. ð n i m t axit amin này v i m t axit amin khác c n t i b n c u n i cao năng lư ng pyrophotphate và n u ATP cung c p năng lư ng cho ph n ng này ñư c t o ra t ôxy hóa glucose thì c m t kg protein ñư c t o ra cơ th gi i phóng m t lư ng nhi t là 2,5 MJ. T ng h p protein xãy ra không nh ng gia súc sinh trư ng mà c gia súc ñư c nuôi duy trì vì sinh t ng h p protein gia súc này là ñ thay th các protein các mô. Trao ñ i protein t o ra 10% t ng nhi t gia súc. Gia súc cũng c n dùng các các c u n i photphate cao năng lư ng cho các ho t ñ ng khác, ví d v n chuy n tích c c các cơ ch t (ion Na+ và K+) ngư c gradien n ng ñ . Quá trình này ñư c g i là 'bơm ion' và ñóng góp kho ng 10% nhi t t o ra c a cơ th . Thông thư ng m t n a nhi t s n xu t ra t cơ th gia súc nhai l i là t ñư ng tiêu hóa và gan. 1.2.5. Năng lư ng thu n (Net Energy - NE) và tích lu năng lư ng Năng lư ng thu n ñư c tính theo công th c: NE = ME - HI NE là năng lư ng gia súc có th s d ng cho các m c ñích h u ích: duy trì cơ th và s n xu t. NE s d ng cho duy trì ch y u dùng cho các ho t ñ ng trong ph m vi cơ th gia súc và s ra kh i cơ th gia súc dư i d ng nhi t. NE s d ng cho s n xu t là ñ dùng cho tăng tr ng, v béo, t o và ti t s a, tr ng, lông ho c ñư c d tr trong cơ th d ng năng lư ng hoá h c trong các s n ph m. S lư ng năng lư ng d tr ñư c g i là tích tr năng lư ng c a cơ th . C n ph i hi u m t ñi u quan tr ng là: trong t ng s nhi t m t ñi t cơ th gia súc ch có ph n HI c a th c ăn là ph n năng lư ng lãng phí th c s và có th xem như là “m t lo i thu ” ñánh tr c ti p vào năng lư ng c a th c ăn. 86
Nhi t t o ra t năng lư ng ñã ñư c s d ng cho duy trì có th ñư c xem như là năng lư ng ñã ñư c s d ng b i gia súc và phân gi i thành các d ng không có ích trong quá trình s d ng. 1.3. Các phương pháp ño nhi t s n sinh và năng lư ng tích lũy (Animal Calorimetry) Calorimetry có nghĩa là ño nhi t. Trong th c t vi c ño nhi t s n xu t ra, hay nhi t tích lu ñư c s d ng ñ tính NE c a th c ăn. Nhi t s n xu t ra c a m t gia súc có th ño ñư c b ng phương pháp v t lý hay phương pháp ño nhi t tr c ti p. Bên c nh ñó, nhi t s n xu t ra có th ñư c ư c tính t trao ñ i hô h p (respiration exchange) c a gia súc. ð làm vi c này ngư i ta ph i dùng các bu ng trao ñ i hô h p hay bu ng hô h p (respiration chamber) và ñây là phương pháp gián ti p. Bu ng hô h p còn dùng ñ ư c tính năng lư ng tích lu trong các thí nghi m cân b ng nitơ - carbon. 1.3.1. ðo nhi t lư ng tr c ti p Gia súc không d tr nhi t, hay nói khác hơn là chúng ch gi nhi t trong m t th i gian tương ñ i ng n. Như v y n u chúng ta ño ñ c su t 24 h ho c lâu hơn thì có th nói r ng lư ng nhi t thoát ra kh i cơ th gia súc ñúng b ng lư ng nhi t gia súc s n xu t ra. ð ño HI c a m t th c ăn, gia súc ñư c cho ăn th c ăn ñó 2 m c ME ăn vào và nhi t s n xu t ra ñư c ño c 2 m c này. S dĩ ph i ño hai m c ME ăn vào vì m t ph n nhi t s n xu t ra t cơ th gia súc là t trao ñ i cơ b n. Tăng lư ng th c ăn ăn vào làm tăng nhi t s n xu t ra, nhưng trao ñ i cơ b n v n gi nguyên. Tăng nhi t s n xu t ra như v y chính là năng lư ng nhi t (HI) c a th c ăn cho ăn thêm. Cách tính HI c a th c ăn th hi n sơ ñ 3.2. Trong ñ th này: A: là trao ñ i cơ b n; B, C là nhi t s n xu t ra hai m c năng lư ng trao ñ i ăn vào 40 và 100MJ. ð ñơn gi n ngư i ta coi quan h gi a nhi t s n xu t và ME ăn vào là tuy n tính. Tuy nhiên, nó không luôn luôn là như v y. ví d trên ñ th 3.2, hai m c ME ăn vào 40 và 100 MJ ñư c áp d ng, vi c tăng 60 MJ ăn vào (BD) làm tăng s n xu t nhi t (CD = 24MJ). V y, sinh nhi t c a th c ăn: HI = CD/BD hay 24/60 = 0,4. 87
Cũng có th ch dùng m t m c ME ăn vào ñ tính HI. HI trong trư ng h p này chính là s khác bi t gi a nhi t s n xu t ra m c trao ñ i cơ b n và nhi t s n xu t ra gia súc ñư c cho ăn. Trong ñ th 3.2 HI = BE/AE = 16/40 = 0,4. Vì ño nhi t lư ng tr c ti p ñòi h i chi phí cao cho xây d ng và v n hành nên hi n nay h u h t các nghiên c u v trao ñ i nhi t ñư c ti n hành b ng phương pháp gián ti p. Nhi t s n xu t (MJ/ngày) C 80 60 B D 40 A E 20 0 20 60 80 40 ME (MJ/ngày) Năng lư ng trao ñ i ăn vào ð th 3.2. Phương pháp hi u s ư c tính HI c a th c ăn 1.3.2. ðo nhi t lư ng b ng phương pháp gián ti p thông qua trao ñ i ch t Các ch t b ôxy hoá trong cơ th và năng lư ng gi i phóng t s ôxy hoá sau ñó chuy n thành nhi t ch y u là ba lo i ch t cơ b n: carbohydrate, m và protein. Ph n ng ôxy hoá t ng quát c a carbohydrate, ví d glucose (phương trình 1) như sau: 88
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 2,82 MJ Ph n ng ôxy hoá m (phương trình 2), ví d tripalmitin như sau: 51 CO2 + 49H2O)3 + 32,02 MJ C3H5(OOC. C15H31)3 + 72.5O2 M t gam phân t O2 chi m th tích 22,4 lít ñi u ki n nhi t ñ và áp su t bình thư ng. Như v y m t gia súc thu ñư c năng lư ng t ôxy hoá glucose s s n xu t 2820 KJ/(6 x 22,4) = 20,98 KJ nhi t. V i m t h n h p carbohydrate giá tr trung bình là 21,12 KJ/lít. Nh ng giá tr này ñư c g i là ñương lư ng nhi t c a ôxy và ñư c s d ng trong ño nhi t gián ti p ñ ư c tính nhi t s n xu t ra t lư ng ôxy tiêu th . ð i v i m t gia súc ôxy hoá h n h p m , ñương lư ng nhi t c a ôxy là 19,61 KJ/ lít. Gia súc thông thư ng không ch thu ñư c năng lư ng t m ho c carbohydrate riêng l . Chúng ôxy hoá h n h p m , carbohydrate (và c protein), vì v y ñ có th áp d ng ñương lư ng nhi t thích h p khi chuy n lư ng ôxy tiêu th thành năng lư ng nhi t c n ph i bi t bao nhiêu ôxy ñư c s d ng cho m i ch t dinh dư ng. M t t l ñã ñư c tính toán là thương s hô h p (Respiration quotient - RQ). ðây là t l gi a th tích CO2 mà cơ th gia súc t o ra và th tích O2 ñã s d ng. B i vì trong cùng m t ñi u ki n nhi t ñ và áp su t, m t th tích không khí c ñ nh có ch a m t lư ng phân t c ñ nh, RQ có th ñư c t s lư ng phân t CO2 mà cơ th gia súc t o ra và th tích O2 ñã s d ng. T phương trình 1, RQ cho carbohydrate là 6CO2/6O2 = 1. T phương trình 2, RQ cho m (tripalmitin) là 51CO2/72,5O2 = 0,70. N u RQ ñã ñư c bi t, t l carbohydrate và m b ôxy hoá có th xác ñ nh ñư c t m t b ng tính s n. Ví d : RQ = 0,9 ch ng t ñã ôxy hoá m t h n h p 67,5% carbohydrate và 32,5 % m và ñương lư ng nhi t c a ôxy cho h n h p này là 20,6 KJ/lít. Các h n h p b ôxy hoá thư ng g m c protein. S lư ng protein b d hoá có th ñư c ư c tính t lư ng nitơ trong nư c ti u. Thông thư ng, 0,16 g nitơ bài ti t trong nư c ti u cho m i gam protein. Nhi t năng khi ñ t cháy protein (có nghĩa là nhi t năng s n xu t ra khi protein b ôxy hoá) hoàn toàn ph thu c vào t l axit amin c a protein nhưng bình quân là 22,2 KJ/g. Tuy v y, protein không b ôxy hoá hoàn toàn trong cơ th gia súc vì cơ th không ôxy hoá ñư c nitơ và lư ng nhi t s n xu t ra khi d hoá 1g protein ch 89
là 18 KJ. M i g protein b ôxy hoá t o ra 0,77 lít CO2 và dùng h t 0,96 lít ôxy có RQ = 0,8. Nhi t ñư c s n xu t ra không ch do ôxy hoá các ch t h u cơ mà còn do các ch t h u cơ ñư c s d ng ñ t ng h p các thành ph n c a mô bào. Tuy nhiên, ngư i ta ñã phát hi n ra r ng s lư ng nhi t s n xu t ra trong quá trình t ng h p này có cùng quan h v i trao ñ i hô h p gi ng như quan h gi a trao ñ i hô h p và ôxy hóa các ch t h u cơ. Quan h gi a trao ñ i hô h p và s n xu t nhi t b thay ñ i n u ôxy hoá carbohydrate và m không hoàn toàn. Tình hình này xãy ra các trư ng h p r i lo n trao ñ i ch t, ví d ketosis, khi axit béo không b ôxy hoá hoàn toàn thành CO2 và H2O, carbon và hydro r i kh i cơ th như là các th keton hay các ch t gi ng keton. Ôxy hoá không hoàn toàn cũng xu t hi n trong các ñ u ki n bình thư ng gia súc nhai l i, vì m t s n ph m cu i cùng c a lên men carbohydrate là khí CH4. Trong th c t s n xu t, nhi t tính t trao ñ i hô h p ñư c hi u ch nh cho y u t này b ng cách tr ñi 2,42 KJ cho m i m t lít CH4. Các tính toán ñư c gi i thích trên ñã ñư c d a vào m t phương trình ñơn gi n g i là phương trình Brouwer (tên c a m t nhà khoa h c ð c: E. Brouwer): HP = 16,18 VO2 + 5,16 VCO2 - 5,90 N - 2,42 VCH4 (phương trình 3) HP là t ng lư ng nhi t s n xu t ra (KJ) VO2: ôxy tiêu th (lít) VCO2: CO2 s n xu t ra (lít) N: Nitơ bài ti t trong nư c ti u (g) VCH4: khí methane s n xu t ra (lít) ð i v i gia c m công th c trên như sau: HP = 16,18 VO2 + 5,16 VCO2 - 1,20 N - 2,42 VCH4 ñây h s c a nitơ là 1,20 thay vì 5,9 vì gia c m th i nitơ d ng axít uric. Trong m t vài tình hu ng, HP ph i ư c tính t m t y u t duy nh t là lư ng ôxy tiêu th . N u RQ là 0,82; ñương lư ng nhi t c a O2 là 20, t RQ này (0,7 -1,0) s t o ra m t ñ l ch < 3,5 % khi ư c tính HP. V trao ñ i c a protein chúng ta cũng có th ñơn gi n hoá ñư c. ðương lư ng nhi t c a O2 s d ng ñ ôxy hoá protein là 18,8 KJ/lít, không khác nhi u so v i giá tr 20 90
KJ/lít cho ôxy hoá carbohydrate và m . N u ch có m t ph n nh nhi t sinh ra t ôxy hoá protein thì không c n thi t ph i ph i tính toán riêng và nitơ t nư c ti u cũng không c n ph i ño ñ c, theo dõi. B ng 3.3. Tính toán nhi t s n xu t ra c a 1 bê t các s li u trao ñ i ch t và nitơ bài ti t trong nư c ti u (Blaxter, Graham, McDonald và Rook, 1955. Journal of Agricultural Science, Cambridge, 45:10) K t qu c a thí nghi m (24 h) O2 tiêu th (lít) 392,0 CO2 t o ra (lít) 310,7 Ni tơ bài ti t trong nư c ti u (g) 14,8 Nhi t s n xu t ra t trao ñ i protein Protein b ô xy hoá (g) (14,8 x 6,25) 92,5 Nhi t s n xu t ra (KJ) (92,5 x 18) 1665 O2 tiêu th (lít) (92,5 x 0,96) 88,8 CO2 t o ra (lít) (92,5 x 0,77) 71,2 Nhi t s n xu t ra t trao ñ i carbohydrate và m O2 s d ng (lít) (392-88,8) 303,2 CO2 t o ra (lít) (310 - 71,2) 239,5 H s hô h p cho các ch t không ph i protein 0,79 ðương lư ng nhi t c a O2 khi RQ = 0,79 KJ/lít 20,0 Nhi t s n xu t ra (KJ) (303,2 x 20,0) 6064 T ng s nhi t s n xu t ra (KJ) (1655 + 6064) 7729 Ví d v tính toán nhi t s n xu t ra t trao ñ i hô h p ñư c trình bày b ng 3.3. N u phương trình Brouwer (phương trình 3) ñư c áp d ng ñ i v i s li u trao ñ i hô h p b ng này, nhi t s n xu t ra s b ng 7858 KJ. Nh ng thay ñ i quan tr ng g n ñây trong nghiên c u v trao ñ i năng lư ng là chuy n t nghiên c u trên toàn cơ th gia súc sang nghiên c u trao ñ i năng lư ng trong t ng mô bào và cơ quan. Cơ s cho nh ng phương pháp nghiên c u này là: s d ng các Catheter ñưa vào t nh m ch và vào m t cơ quan nào ñó c a cơ th và xác ñ nh thành ph n cũng như lưu lư ng máu ñ t ñó ư c tính lư ng O2 tiêu th và lư ng CO2 t o ra. Trong cùng th i gian này cũng có th ño ñư c s h p thu các s n ph m trao ñ i ch t như glucose. 91
ðo trao ñ i hô h p trong bu ng hô h p D ng c thư ng ñư c dùng cho gia súc là bu ng hô h p. Có nhi u lo i bu ng hô h p khác nhau hi n ñang ñư c s d ng (hình 3.2). Lo i bu ng hi n ñ i nh t hi n nay là h th ng bu ng m. Không khí ñi qua bu ng v i t c ñ có th ño ñ c ñư c và m u không khí ñư c l y và phân tích t ñ ng. Như v y, CO2, CH4, và O2 tiêu th có th ñư c xác ñ nh m t cách chính xác b ng các thi t b ño (detectors). 1.3.3. ðo trao ñ i hô h p gia súc không nuôi nh t Trao ñ i hô h p có th ño ñư c nhưng không c n dùng bu ng hô h p mà dùng m t n (face mask). M t n này ñư c n i v i m t thi t b ñ xác ñ nh lư ng O2 tiêu th ho c c lư ng O2 tiêu th và lư ng CO2 s n xu t ra. Phương pháp này phù h p cho vi c nghiên c u mà th i gian ño ñ c ng n nhưng không th ño ñư c nhi t s n xu t ra khi gia súc ñang ăn u ng. ð nghiên c u trao ñ i năng lư ng m t th i gian dài gia súc không nuôi nh t (chăn th ch ng h n), HP có th ư c tính t t ng lư ng CO2 v i ñ chính xác có th ch p nh n ñư c. ð ư c tính t ng lư ng CO2 ngư i ta ñưa vào d ch th c a cơ th gia súc m t lo i carbon ñánh d u ñ ng v phóng x (C14bicarbonate natri) và l y m u d ch th c a cơ th ñ xác ñ nh m c ñ hoà tan c a carbon phóng x vào carbon do cơ th gia súc t o ra. 92
1.3.4. ðo năng lư ng tích lũy b ng k thu t cân b ng carbon - nitơ Trong nghiên c u năng lư ng v i bu ng hô h p nhi t s n xu t ra ñư c u c tính và năng lư ng gi l i ñư c xác ñ nh b ng hi u s gi a: ME ăn vào - nhi t s n xu t ra. Còn có cách l a ch n khác n a ñ ư c tính năng lư ng gi l i m t cách tr c ti p và tính nhi t s n xu t ra b ng phương pháp hi u s . D ng d tr năng lư ng ch y u gia súc sinh trư ng và v béo là protein và m , năng lư ng d tr dư i d ng carbohydrate là nh và tương ñ i n ñ nh. S lư ng protein và m d tr có th ñư c ư c tính b ng cách ti n hành các thí nghi m cân b ng carbon - ni tơ. Thông qua vi c ño lư ng carbon, nitơ ñi vào và ra kh i cơ th chúng ta tính ñư c ph n carbon, nitơ ñư c gi l i trong cơ th . Lư ng năng lư ng gi l i sau ñó có th tính ñư c b ng cách l y s lư ng ch t dinh dư ng ñư c gi l i nhân v i giá tr năng lư ng c a ch t dinh dư ng ñó. C carbon và nitơ ñ u ñi vào cơ th duy nh t thông qua th c ăn và nitơ r i kh i cơ th duy nh t qua phân và nư c ti u. Carbon còn r i kh i cơ th CO2 và CH4, và thí nghi m cân b ng ph i ñư c ti n hành trong các bu ng hô h p. Cách tính toán năng lư ng tích lũy ñư c ñư c mô ph ng trong m t ví d sau ñây cho m t gia súc d tr năng lư ng c d ng protein và m . gia súc ki u này lư ng carbon và nitơ ăn vào s l n hơn lư ng carbon và nitơ th i ra, và gia súc tr ng thái cân b ng dương v năng lư ng. S lư ng protein d tr ñư c tính b ng cách nhân cân b ng nitơ v i 1000/160 (= 6,25) vì protein c a cơ th có ch a kho ng 160 g nitơ/kg. Protein cũng ch a 512g carbon và s lư ng carbon ñư c d tr trong protein cũng có th tính ñư c. Ph n carbon còn l i ñư c gi l i trong m và có ch a kho ng 746g C/kg. Vì th , m d tr ñư c tính b ng cách chia cân b ng carbon, tr ph n ñã d tr trong protein, v i 0,746. Năng lư ng d tr trong protein và m sau ñó ñư c tính toán b ng cách s d ng các giá tr năng lư ng trung bình cho các mô c a cơ th gia súc. Nh ng giá tr này thay ñ i tuỳ thu c vào loài gia súc, ñ i v i bò và c u, giá tr hi n ñư c s d ng là 39,3MJ/kg cho m và 23,6 MJ/kg cho protein. Ví d v cách tính toán cho m t thí nghi m cân b ng ñư c trình bày b ng 3. 4. B ng 3.4. Tính toán năng lư ng tích lũy và nhi t s n xu t ra c a m t c u t thí nghi m cân b ng carbon - nitơ (Blaxter et al.,1955. J.of Agric. Sci., Cambridge, 46:292) 93
K t qu c a thí nghi m 24 h C (g) N (g) Năng lư ng (MJ) Lư ng th c ăn ăn vào 684,5 41,67 28,41 Th i ra trong phân 279,3 13,96 11,47 Th i ra trong nư c ti u 33,6 25,41 1,50 Th i trong CH4 20,3 - 1,49 Th i ra trong CO2 278,0 - - Cân b ng 73,3 2,3 - Lư ng ME ăn vào - - 13,95 Protein và m tích lũy Protein tích lũy (g) (2,3 x 6,25) 14,4 Carbon tích lũy trong protein (g) (14,4 x 0,512) 7,4 Carbon tích lũy trong m (g) (73,3-7,4) 65,9 M tích lũy (g) 65,9/0,746 88,3 Năng lư ng tích lũy và nhi t s n xu t Năng lư ng tích lũy trong protein (14,4 x13,6) 0,34 (MJ) Năng lư ng tích lũy trong m (88,3 x 39,3) 3,47 (MJ) T ng năng lư ng tích lũy (MJ) (0,34 + 3,47) 3,81 T ng nhi t s n xu t ra (MJ) (13,95 - 3,81) 10,14 1.3.5. ðo năng lư ng tích lũy b ng k thu t gi t m so sánh (Comparative Slaughter Technique) Vì các thí nghi m ño năng lư ng v i các bu ng hô h p ñòi h i nhi u trang thi t b ñ t ti n và l i ch ti n hành ñư c v i m t lư ng gia súc h n ch , nên các phòng thí nghi m dinh dư ng gia súc trên th gi i ñã phát tri n các k thu t khác ñ ño năng lư ng gi l i. Trong nhi u thí nghi m nuôi dư ng, lư ng DE ho c ME ăn vào có th ño ñư c v i ñ chính xác cao, nhưng năng lư ng d tr trong cơ th ch có th ư c tính thông qua thay ñ i kh i lư ng. Tuy nhiên, thay ñ i kh i lư ng không cho m t ư c tính chính xác v năng lư ng ñư c gi l i vì trư c h t s thay ñ i kh i lư ng ñơn gi n có th ch ph n ánh s thay ñ i kh i lư ng c a ñư ng tiêu hoá, hơn th n a hàm lư ng năng lư ng d tr trong các mô thay ñ i r t l n ph thu c vào t l gi a 94
xương, cơ và m . ð i v i năng lư ng d tr trong tr ng và s a thì d dàng hơn vì g n như không bi n ñ ng l n và d ño ñ c. Năng lư ng d tr tuy v y có th xác ñ nh trong các thí nghi m nuôi dư ng, n u hàm lư ng năng lư ng c a m t gia súc ñư c ư c tính vào lúc b t ñâù và lúc k t th c thí nghi m. Trong các thí nghi m ki u này gia súc ñư c chia làm hai nhóm ñ ng ñ u và s gi t m m t nhóm lúc b t ñ u thí nghi m và nhóm kia sau khi k t th c thí nghi m. Hàm lư ng năng lư ng c a m i gia súc ñư c xác ñ nh b ng Bomb calorimetry, dùng c cơ th ho c c cơ th gia súc ñã nghi n nh ho c m u ñ i di n cho các mô c a cơ th sau khi ñã kh o sát và tính t l ñ ñưa vào ñ t. Sau ñó s xây d ng quan h gi a kh i lư ng cơ th và hàm lư ng năng lư ng, quan h này s ñư c dùng ñ ch n ñoán hàm lư ng năng lư ng trong cơ th lúc b t ñ u thí nghi m c a nhóm th hai là nhóm không gi t m vào lúc b t ñ u thí nghi m. Nhóm th hai ñư c gi t m vào lúc k t thúc thí nghi m cũng s ñư c xác ñ nh hàm lư ng năng lư ng b ng phương pháp tương t và sau ñó tính lư ng năng lư ng d tr tăng lên sau th i gian làm thí nghi m. B ng 3.5 là m t ví d v thí nghi m lo i này. ñây ñ so sánh bu ng hô h p cũng ñư c s d ng song song. B ng 3.5. Ư c tính năng lư ng tích lũy và nhi t s n xu t gia c m s d ng k thu t gi t m so sánh (Fuller et al., 1983. J. of Nutr., 113: 1403) Chi ti t v gà thí nghi m B tñ u K t thúc Sai khác Kh i lư ng (g) 2755 2823 68 Năng lư ng thô (KJ) 27491 28170 679 ME ăn vào (KJ) 2255 Nhi t s n xu t ra (KJ) 1576 Nhi t s n xu t ra ño b ng bu ng 1548 hô h p (KJ) Phương pháp này không yêu c u trang thi t b nhưng r t t n công s c và ti n c a. 1.4. Hi u su t s d ng năng lư ng trao ñ i Hi u su t s d ng năng lư ng trao ñ i (k) là t s gi a năng lư ng thu n (NE) và năng lư ng trao ñ i (ME), k = NE/ME. Hi u su t s d ng năng lư ng trao ñ i là ch s c n thi t cho vi c xác ñ nh nhu c u dinh dư ng. 95
B ng 3.6. Ký hi u v hi u su t s d ng năng lư ng trao ñ i (k) cho các ho t ñ ng khác nhau Hsk Hi u qu s d ng cho km Duy trì kp Tích lu protein kf Tích lu m kg (kpf) Sinh trư ng kl S n xu t s a kc Phát tri n bào thai, tr ng kw Lao tác kwo T o lông, len Nói chung, m i quan h gi a năng lư ng trao ñ i và năng lư ng tích lu trình bày trên ñ th 3.3. ð th 3.3 cho th y khi ME ăn vào là zero (gia súc nh n ñói) thì tích lũy năng lư ng là âm. Trong trư ng h p ñó gia súc ôxy hoá ch t d tr trong cơ th ñ cung c p năng lư ng cho duy trì các ch c năng quan tr ng c a cơ th và năng lư ng này m t ñi dư i d ng nhi t. Khi ME ăn vào tăng lên, năng lư ng tích lũy gi m d n. Khi năng lư ng tích lũy b ng zero, ME ăn vào tho mãn nhu c u duy trì ð th 3.3. Hi u su t s d ng ME c a loài nhai l i c a gia súc. ME ăn vào ti p t c tăng thì gia súc b t ñ u tích lu năng lư ng c trong cơ th và trong s n ph m như s a, tr ng. ð d c c a ñ th liên quan ñ n năng lư ng ăn vào và tích lu dùng ñ ch hi u qu s d ng năng lư ng trao 96