Dinh dưỡng và thức ăn cho bò - chương 3 doc

77

CHUƠNG III

CÁC HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG VÀ PROTEIN

I. CÁC HỆ THỐNG ðÁNH GIÁ GIÁ TRỊ NĂNG LƯỢNG

1.1. ðịnh nghĩa và ñơn vị ño

1.1.1. ðịnh nghĩa

Từ năng lượng bắt nguồn từ tiếng Hylạp và có nghĩa là 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 và ion, tổng hợp các ñại phân tử từ các phân tử nhỏ bé.

Nguồn năng lượng cho các hoạt ñộng ấy là năng lượng hóa học dự trữ trong

thức ăn gia súc ăn vào. Các cầu nối năng lượng giữa các nguyên tử hoặc phân

tử chính là nguồn năng lượng tiềm năng, nguồn năng lượng này ñược giải

phóng khi các cầu nối trên bị bẻ gãy. Khi các hợp chất hoá học ñược chuyển

từ loại hợp chất có mức năng lượng cao sang các hợp chất có mức năng lượng

thấp, một phần năng lượng ñược giải phóng ñể sử dụng cho các hoạt ñộng hữu

dụng theo công thức:

Năng lượng tự do (free energy ) FE = H – T.S

Ở ñây: H = enthalpy (hàm lượng nhiệt năng trong hệ thống), T = Nhiệt

ñộ tuyệt ñối, S = entropy (ñộ hỗn loạn: degree of disorganization).

Hiểu biết các quá trình tạo ra năng lượng sinh học là cơ sở của khoa học

về dinh dưỡng vì tất cả các quá trình xẩy ra trong cơ thể ñộng vật khi thức ăn

bị tiêu hoá và tham gia vào quá trình trao ñổi chất là các quá trình sinh ra hoặc

lấy ñi năng lượng.

Năng lượng thường ñược biểu thị là giá trị nhiên liệu của thức ăn gia súc

"fuel value" và bao gồm ba nhóm chất dinh dưỡng chính: carbohydrate,

protein và mỡ. Việc biểu thị như vậy cho phép chúng ta xác ñịnh ñược quan hệ

về lượng giữa các chất dinh dưỡng ăn vào và hiệu quả dinh dưỡng - cơ sở ñể

dự ñoán năng suất gia súc.

Ngày nay, chúng ta biết rằng có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng ñến sử dụng

năng lượng ở gia súc ngay cả khi nhu cầu các chất dinh dưỡng cụ thể như

protein, vitamin và muối khoáng ñã ñược ñáp ứng ñầy ñủ thì nhu cầu về năng

lượng vẫn còn là một câu hỏi. Gia súc cần năng lượng ñể trước hết cho các

78

chức năng thiết yếu như: Hoạt ñộng cơ học của cơ, hoạt ñộng hoá học, vận

chuyển chủ ñộng các cơ chất ngược gradient nồng ñộ và tổng hợp các thành tố

cần thiết của cơ thể như: hormone, enzyme. Ở gia súc ñói, năng lượng cho các

chức năng này có ñược từ quá trình dị hoá nguồn dự trữ của cơ thể

(catabolism) trước hết là glycogen sau ñó là mỡ và protein. Gia súc cần năng

lượng của thức ăn ñể ñáp ứng nhu cầu duy trì và ngăn ngừa dị hóa, khi năng

lượng thức ăn ñược dùng cho các hoạt ñộng của cơ và các hoạt ñộng hoá học

trong quá trình duy trì, gia súc ở trạng thái ngủ và tổng năng lượng tiêu dùng

ñược chuyển thành nhiệt và có nhiệm vụ duy trì hoạt ñộng của cơ thể gia súc.

Ở gia súc ñói, lượng nhiệt sản xuất ra ñúng bằng năng lượng của mô bị dị

hoá và khi ño ñạc trong những ñiều kiện nhất ñịnh, năng lượng này ñược gọi

là năng lượng trao ñổi cơ bản (basal metabolism). Ứơc tính năng lượng trao

ñổi cơ bản cho phép ước tính nhu cầu năng lượng cho duy trì của gia súc.

Năng lượng do thức ăn cung cấp lớn hơn năng lượng cần cho duy trì sẽ

ñược sử dụng cho các chức năng sản xuất khác. Ở gia súc non, năng lượng về

cơ bản ñược dự trữ trong protein ở các mô cơ, trong khi gia súc trưởng thành

năng lượng ñược dự trự nhiều hơn ở các mô mỡ và ở gia súc tiết sữa năng

lượng của thức ăn sẽ chuyển thành năng lượng trong sữa và năng lượng ñể

nuôi thai. Có thể nói là không có chức năng nào, kể cả chức năng duy trì có

ñược ưu thế tuyệt ñối về sử dụng năng lượng.

Vậy một hệ thống năng lượng là gì? Hiểu theo nghĩa ñơn giản nhất hệ

thống năng lượng là một tập hợp các quy luật liên kết lượng năng lượng ăn

vào của một gia súc với năng suất hay khả năng sản xuất của con vật ñó. Hệ

thống này ñược dùng ñể hoặc chẩn ñoán năng suất của gia súc từ một mức

năng lượng ăn vào nào ñó hoặc ñể tính toán lượng năng lượng ăn vào cần thiết

ñể có ñược một mức năng suất nào ñó. Một hệ thống năng lượng ñơn giản

nhất cũng phải bao gồm hai bộ số liệu: một bộ số liệu về nhu cầu năng lượng

của gia súc và bộ kia là số liệu về giá trị năng lượng của thức ăn. Hai bộ số

liệu này ñược biểu thị bằng cùng một ñơn vị.

1.1.2. ðơn vị ño

ðơn vị ño năng lượng ñiện, cơ khí và hóa học là joule (J). Joule cũng có

thể chuyển ñổi thành calorie (cal). Một calorie bằng 4,184 joule và ñược ñịnh

nghĩa là nhiệt cần thiết ñể nâng nhiệt ñộ của 1 g nước từ 16,5 lên 17,5oC.

79

Trong thực tế, calorie quá nhỏ nên người ta thường dùng ñơn vị kilocalorie

(kcal) (1 kcal = 1000 cal) và megacalorie (Mcal) (Mcal = 1000 kcal).

1.2. Các dạng năng lượng của thức ăn

1.2.1. Năng lượng thô của thức ăn (Gross Energy - GE)

Gia súc dùng năng lượng từ thức ăn chúng ăn vào, số lượng năng lượng

hóa học có trong thức ăn có thể ño ñược bằng cách chuyển chúng thành năng

lượng nhiệt và xác ñịnh năng lượng này. Việc chuyển này ñược thực hiện bằng

cách ñốt (ôxy hoá) thức ăn. Số lượng nhiệt tạo ra từ ôxy hoá hoàn toàn một

loại thức ăn nào ñó chính là GE của thức ăn ñó.

Bảng 3.1. Một vài giá trị GE ñiển hình (MJ/kg chất khô)

Glucose 15,6

Tinh bột 17,7

Cellulose 17,5

Casein 24,5

Bơ 38,5

Các thành phần thức ăn

Mỡ từ hạt có dầu 39,0

Acetic 14,6

Propionic 20,6

Butyric 24,9

Lactic 15,2

Sản phẩm lên men

Methane 55,0

Cơ 23,6

Mô ñộng vật

Mỡ 39,3

Hạt ngô 18,5

Thức ăn Cỏ khô 18,9

Sữa 4% mỡ 24,9

Yếu tố chủ yếu ñầu tiên xác ñịnh hàm lượng GE của một chất hữu cơ là

mức ñộ ôxy hoá của chúng biểu thị bằng tỷ lệ (C + H)/O2. Tất cả carbohydrate

có cùng một tỷ lệ trên nên chúng có cùng một lượng GE/kg chất khô (17,5

MJ/kg CK). Protein có hàm lượng GE cao hơn carbohydrate và thấp hơn lipid.

Phương pháp xác ñịnh GE

80

GE ñược ño trong một thiết bị gọi là nhiệt lượng kế (Bomb Calorimeter).

Nguyên lý chung là khi ñốt cháy chất hữu cơ, nhiệt ñược hình thành hoặc sẽ

làm tăng nhiệt (ñẵng áp) hoặc sẽ làm tăng áp suất (ñẵng nhiệt) bình chứa. Căn

cứ sự chênh lệch nhiệt ñộ hoặc áp xuất trước và sau khi ô-xy hóa chất hữu cơ

mà có thế tính nhiệt lượng.

Trong thực tế,

người ta thường sử

dụng nhiệt lượng

kế ñẵng áp với cấu

tạo ñơn giản gồm

một buồng bằng

kim loại (bomb)

ñặt trong một bể

nước cách nhiệt.

Thức ăn và ôxy

ñược cho vào

Bomb dưới áp suất

cao. Mẫu ñược ñốt

cháy bằng dòng

ñiện 2 chiều thông

qua 2 ñiện cực kết

nối với mẫu thức ăn. Chênh lệch nhiệt ñộ nước trước và sau khi ñốt mẫu là căn

cứ ñể tính nhiệt lượng ñốt cháy hoàn toàn lượng thức ăn trong bomb. Thông

thường, người ta sử dụng một chất chuẩn ñã biết nhiệt lượng ñể quy ñổi (axit

benzoic, nhiệt lượng chuẩn: 6318 cal/g). Ví dụ, ñốt cháy 1 gam axit benzoic

làm tăng nhiệt ñộ 120C và trong khi ñốt cháy 1 gam thức ăn cũng làm tăng

120C thì nhiệt lượng thức ăn là 6318 cal/g (hay 6,3 Mcal/kg).

Bomb Calorimeter có thể dùng ñể xác ñịnh GE của thức ăn, của mô ñộng

vật, các sản phẩm bài tiết và các thành phần của thức ăn. Hầu hết các thức ăn

thông dụng có GE = 18,5 MJ/kg CK.

1.2.2. Năng lượng tiêu hoá của thức ăn (Digestible Energy - DE)

81

Không phải tất cả GE ñều ñược gia súc sử dụng. Một phần năng lượng bị

mất dưới dạng các chất bài tiết: rắn, lỏng hoặc khí (sơ ñồ 3.1). Năng lượng

tiêu hóa (DE) chính là GE - năng lượng trong phân.

Ví dụ, trong 1 thí nghiệm tiêu hoá, cừu ăn 1,63 kg chất khô, có GE = 18

MJ/kg CK thì tổng năng lượng ăn vào = 18 x 1,63 = 29,3 MJ/ngày. Cừu thải ra

0,76 kg chất khô phân, có 18,7 MJ/kg CK. Tổng năng lượng thải ra trong phân

= 18,7 x 0,76 = 14,2 MJ. Tỷ lệ tiêu hóa biểu kiến của năng lượng của cỏ khô =

(29,3 - 14,2)/29,3 = 0,515 hay 51,5%. Vậy DE của cỏ khô = 18 x 0,515 = 9,3

MJ/kg CK.