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 17,5
o
C.
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
Cỏ khô 18,9
Thức ăn
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)/O
2.
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 12
0
C và trong khi ñốt cháy 1 gam thức ăn cũng làm tăng
12
0
C 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.
82






Năng lượng thô(GE)
Năng lượng tiêu hoá (DE)

Năng lượng thuần (NE)


Năng lượng trong phân (FE)

Năng lượng trao ñổi(ME)

Sinh nhiệt (HI)

Năng lượng methane

Năng lượng nước tiểu (UE)

Năng lượng sản phẩm (NE
p
)

Năng lượng duy trì (NE
m
)

Tổng sản nhiệt của gia súc (HP)
Sơ ñồ 3.1. Sơ ñồ chuyển hóa năng lượng của thức ăn

83


1.2.3. Năng lượng trao ñổi của thức ăn (Metabolisable Energy- ME)
Gia súc mất tiếp năng lượng trong các chất có chứa năng lượng trong
nước tiểu và trong khí thải từ ñường tiêu hóa ñặc biệt là gia súc nhai lại. Năng
lượng trao ñổi của một thức ăn nào ñó ñược tính theo công thức:
ME = DE – (Năng lượng trong nước tiểu + năng lượng trong khí thải từ
ñường tiêu hóa).
Năng lượng trong nước tiểu có mặt trong các chất có chứa nitơ

như urea,
axit hippuric, creatine và allantoin. Năng lượng trong nước tiểu còn có mặt
trong các chất không chứa nitơ

như glucoronate, và axit citric. Khí mất ñi từ
dạ cỏ hầu như toàn bộ là methan (CH
4
).
Lượng methane tạo ra trong dạ cỏ có quan hệ chặt chẽ với lượng thức ăn
ăn vào. Ở mức nuôi dưỡng duy trì, khoảng 7 - 9% GE của thức ăn hoặc
khoảng 11 - 13% DE mất ñi dưới dạng CH
4
. Ở mức nuôi dưỡng cao hơn là 6 -
7% so với duy trì, với các thức ăn ñã lên men (bã bia) khí mất ñi dưới dạng
CH
4
thấp hơn, khoảng 3% GE. Nếu không ño ñược lượng CH
4
thải ra thì mặc
ñịnh sử dụng giá trị năng lượng từ methane là 8% GE ăn vào. Ước tính ME =
DE x 0,8, ñiều này có nghĩa là trung bình có 20% năng lượng trong thức ăn ăn
vào ñã mất ñi trong nước tiểu và khí methane.
Ở gia cầm tính ME trực tiếp dễ hơn tính DE vì phân và nước tiểu trộn lẫn
với nhau. Phương pháp nhanh và tiêu chuẩn ñể tính ME trong thức ăn ở gia
cầm là sử dụng gà trống: Gà trống nhịn ñói (hay chỉ cho ăn một lượng nhỏ
glucose) cho ñến khi ñường tiêu hoá không còn gì, sau ñó cho ăn một bữa duy
nhất bằng thức ăn ñang cần nghiên cứu. Chất thải (phân + uric) ñược thu thập
cho ñến khi không còn phân và uric nữa. Trong cùng thời gian ñó, một lượng
nhỏ chất thải của gà ñói hoặc gà cho ăn glucose ñược thu thập và ño mất mát
nội sinh. Lấy năng lượng trong chất thải của gà ăn một bữa trừ ñi năng lượng

nội sinh sẽ ước tính ñược ME thật (TME) chứ không chỉ là ME biểu kiến.
Xác ñịnh ME của thức ăn
ME của thức ăn ñược xác ñịnh trong các thí nghiệm nuôi dưỡng (feeding
trials) tương tự như thí nghiệm tiêu hoá, ở ñây phân, nước tiểu, methan ñược
thu thập và ghi chép cho từng các thể gia súc. Khi cần phải ño methan, phải
84


ñưa gia súc vào các buồng hô hấp chuyên dụng (respiration chamber).
Respiration chamber có thể dùng ñể ño:
- Nhu cầu năng lượng của gia súc, trước hết là nhu cầu duy trì
- Năng lượng trao ñổi của thức ăn.
- Thải khí methan từ gia súc nhai lại (methan emission)
Các yếu tố ảnh hưởng ñến giá trị ME của thức ăn
Trong số các mất mát về năng lượng thì mất mát năng lượng trong phân
là quan trọng nhất và lớn nhất (bảng 3. 2). Ngay cả các thức ăn có tỷ lệ tiêu
hoá cao như lúa mạch thì mất mát năng lượng trong phân cũng cao hơn hai lần
năng lượng mất ñi trong nước tiểu và CH
4
. Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng
ñến giá trị ME chính là yếu tố ảnh hưởng ñến tỷ lệ tiêu hoá của thức ăn ñó.
ME của thức ăn tuỳ thuộc vào loại gia súc, loại hình tiêu hoá. Tiêu hoá vi
sinh vật - lên men làm mất nhiều năng lượng ở thể khí CH
4
. Thông thường
mất mát năng lượng ở thể khí và nước tiểu ở gia súc nhai lại cao hơn ở gia súc
dạ dày ñơn. Vì vậy những thức ăn như thức ăn tinh ñược tiêu hoá ở cùng một
tỷ lệ như nhau ở gia súc nhai lại và dạ dày ñơn nhưng giá trị ME của chúng ở
gia súc dạ dày ñơn cao hơn giá trị này ở gia súc nhai lại. Sai khác giữa cừu và
bò về năng lượng mất ñi trong phân là rất nhỏ và không ñáng tin cậy về mặt

thống kê.
Bảng 3.2. Giá trị năng lượng trao ñổi của một vài thức ăn ñiển hình
Mất năng lượng trong
Gia
súc
Thức ăn GE
Phân Nước tiểu

CH
4

ME
Lúa mạch 18,5 3,0 0,6 2,0 12,9
Cỏ Rye khô, non 19,5 3,4 1,5 1,6 13,0
Cỏ Rye khô, già 19,0 7,1 0,6 1,4 9,9
Cỏ khô, non 18,0 5,4 0,9 1,5 10,2
Cỏ Rye khô, già 17,9 7,6 0,5 1,4 8,4
Cừu
Cỏ ủ chua 19,0 5,0 0,9 1,5 11,6
Ngô 18,9 2,8 0,8 1,3 1 4,0
Mạch 18,3 4,1 0,8 1,1 12,3
Bò
Cám lúa mì 19,0 6,0 1,0 1,4 10,6
85


Cỏ khô Lucern 18,3 8,2 1,0 1,3 7,8
Giá trị ME của một loại thức ăn còn phụ thuộc vào việc các axit amin của
thức ăn ñược giữ lại bởi gia súc ñể tổng hợp protein hay bị khử amin thành urê
và bị thải ra ngoài theo nước tiểu. Vì lý do này, ñôi khi ME của thức ăn ñược

hiệu chỉnh về cân bằng nitơ (mức zerô), bằng cách trừ ñi 28 KJ ở lợn, 31 KJ ở
gia súc nhai lại và 34 KJ cho mỗi gam nitơ giữ lại.
Cách chế biến cũng ảnh hưởng ñến giá trị ME của thức ăn. Ở gia súc nhai
lại nghiền và ñóng viên thức ăn thô dẫn ñến tăng sự mất mát năng lượng trong
phân nhưng lại giảm mất mát năng lượng qua CH
4
vì làm giảm sản sinh CH
4

trong dạ cỏ.
Mức nuôi dưỡng ở gia súc nhai lại cũng ảnh hưởng ñến giá trị ME của
thức ăn. Tăng mức ñộ nuôi dưỡng, nghiền thức ăn thô, làm TMR (total mixed
ration) ñều làm giảm ME.
Về lý thuyết có thể làm ngừng sản xuất methan ñể không mất ñi 8% năng
lượng của thức ăn dưới dạng khí. Thực tế có thể làm giảm sản xuất methan
bằng các chất hoá học như chloroform, nhưng kết quả không ñược như mong
muốn vì năng lượng có thể mất ñi dưới dạng các chất khác như hydrô và vi
khuẩn sinh methan thích nghi rất nhanh với các loại chất này.
1.2.4. Sinh nhiệt của thức ăn (Heat Increment-HI)
Tiêu hoá thức ăn ở gia súc ñi liền với việc mất mát năng lượng hoá học
dưới dạng rắn, lỏng, khí và cả dưới dạng nhiệt. Gia súc liên tục tạo ra nhiệt và
thải ra ngoài môi trường thông qua các phương thức trực tiếp như: truyền nhiệt,
dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt và gián tiếp là bốc hơi.
Nếu một con vật bị ñói, cho ăn, chỉ sau một vài giờ, lượng nhiệt sản xuất
ra ở cơ thể chúng sẽ tăng cao hơn mức trao ñổi cơ bản. Lượng nhiệt tăng thêm
so với nhiệt trao ñổi cơ bản gọi là sinh nhiệt của thức ăn.
HI của thức ăn sinh ra từ quá trình tiêu hóa thức ăn ñó và từ quá trình
trao ñổi các chất dinh dưỡng có trong thức ăn. Các hoạt ñộng ăn uống, bao
gồm nhai, nuốt, tiết nước bọt, nhai lại ñòi hỏi các hoạt ñộng của cơ. Hoạt ñộng
của cơ lấy năng lượng từ ôxy hóa các chất dinh dưỡng. Khi gia súc nhai lại

nhai các thức ăn nhiều xơ, năng lượng cho các hoạt ñộng này là 3-6 % tổng
năng lượng trao ñổi ăn vào. Năng lượng cần cho nhai lại chiếm khoảng 0,3%
86


năng lượng trao ñổi ăn vào. Gia súc nhai lại cũng sinh nhiệt thông qua hoạt
ñộng trao ñổi chất của hệ vi sinh vật ñường tiêu hóa của chúng. Tiêu tốn năng
lượng ở ñây vào khoảng 7-8% năng lượng trao ñổi ăn vào hay 0,6 KJ cho 1 KJ
methan tạo ra.
Nhiệt sinh ra nhiều hơn trong quá trình trao ñổi chất. Ví dụ, khi glucose
bị ôxy hóa ñể tạo thành ATP, hiệu suất giữ năng lượng tự do giải phóng ra chỉ
là 0,69 (hay 69%), 0,31 (hay 31%) năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt. Hiệu
suất giữ năng lượng tự do giải phóng ra còn thấp hơn nữa nếu cần dự trữ các
chất dinh dưỡng tạm thời (glucose ñược giữ dưới dạng glycogen) vì cần nhiều
các phản ứng sinh hóa học hơn ñể hòan thành quá trình này. Tổng hợp các
thành tố cấu trúc của cơ thể cũng lãng phí năng lượng dưới dạng nhiệt. ðể nối
một axit amin này với một axit amin khác cần tới bốn cầu nối cao năng lượng
pyrophotphate và nếu ATP cung cấp năng lượng cho phản ứng này ñược tạo ra
từ ôxy hóa glucose thì cứ một kg protein ñược tạo ra cơ thể giải phóng một
lượng nhiệt là 2,5 MJ. Tổng hợp protein xãy ra không những ở gia súc sinh
trưởng mà cả ở gia súc ñược nuôi duy trì vì sinh tổng hợp protein ở gia súc
này là ñể thay thế các protein ở các mô. Trao ñổi protein tạo ra 10% tổng nhiệt
ở gia súc. Gia súc cũng cần dùng các các cầu nối photphate cao năng lượng
cho các hoạt ñộng khác, ví dụ vận chuyển tích cực các cơ chất (ion Na
+
và K
+
)
ngược gradien nồng ñộ. Quá trình này ñược gọi là 'bơm ion' và ñóng góp
khoảng 10% nhiệt tạo ra của cơ thể. Thông thường một nửa nhiệt sản xuất ra

từ cơ thể gia súc nhai lại là từ ñường tiêu hóa và gan.
1.2.5. Năng lượng thuần (Net Energy - NE) và tích luỹ năng lượng
Năng lượng thuần ñược tính theo công thức: NE = ME - HI
NE là năng lượng gia súc có thể sử dụng cho các mục ñích hữu ích: duy
trì cơ thể và sản xuất. NE sử dụng cho duy trì chủ yếu dùng cho các hoạt ñộng
trong phạm vi cơ thể gia súc và sẽ ra khỏi cơ thể gia súc dưới dạng nhiệt. NE
sử dụng cho sản xuất là ñể dùng cho tăng trọng, vỗ béo, tạo và tiết sữa, trứng,
lông hoặc ñược dự trữ trong cơ thể ở dạng năng lượng hoá học trong các sản
phẩm. Số lượng năng lượng dự trữ ñược gọi là tích trữ năng lượng của cơ thể.
Cần phải hiểu một ñiều quan trọng là: trong tổng số nhiệt mất ñi từ cơ thể
gia súc chỉ có phần HI của thức ăn là phần năng lượng lãng phí thực sự và có
thể xem như là “một loại thuế” ñánh trực tiếp vào năng lượng của thức ăn.
87


Nhiệt tạo ra từ năng lượng ñã ñược sử dụng cho duy trì có thể ñược xem như
là năng lượng ñã ñược sử dụng bởi gia súc và phân giải thành các dạng không
có ích trong quá trình sử dụng.
1.3. Các phương pháp ño nhiệt sản sinh và năng lượng tích lũy (Animal
Calorimetry)
Calorimetry có nghĩa là ño nhiệt. Trong thực tế việc ño nhiệt sản xuất ra,
hay nhiệt tích luỹ ñược sử dụng ñể tính NE của thức ăn. Nhiệt sản xuất ra của
một gia súc có thể ño ñược bằng phương pháp vật lý hay phương pháp ño
nhiệt trực tiếp. Bên cạnh ñó, nhiệt sản xuất ra có thể ñược ước tính từ trao ñổi
hô hấp (respiration exchange) của gia súc. ðể làm việc này người ta phải dùng
các buồng trao ñổi hô hấp hay buồng hô hấp (respiration chamber) và ñây là
phương pháp gián tiếp. Buồng hô hấp còn dùng ñể ước tính năng lượng tích
luỹ trong các thí nghiệm cân bằng nitơ - carbon.
1.3.1. ðo nhiệt lượng trực tiếp
Gia súc không dự trữ nhiệt, hay nói khác hơn là chúng chỉ giữ nhiệt trong

một thời gian tương ñối ngắn. Như vậy nếu chúng ta ño ñạc suốt 24 h hoặc lâu
hơn thì có thể nói rằng lượng nhiệt thoát ra khỏi cơ thể gia súc ñúng bằng
lượng nhiệt gia súc sản xuất ra.
ðể ño HI của một thức ăn, gia súc ñược cho ăn thức ăn ñó ở 2 mức ME
ăn vào và nhiệt sản xuất ra ñược ño ở cả 2 mức này. Sở dĩ phải ño ở hai mức
ME ăn vào vì một phần nhiệt sản xuất ra từ cơ thể gia súc là từ trao ñổi cơ bản.
Tăng lượng thức ăn ăn vào làm tăng nhiệt sản xuất ra, nhưng trao ñổi cơ bản
vẫn giữ nguyên. Tăng nhiệt sản xuất ra như vậy chính là năng lượng nhiệt (HI)
của thức ăn cho ăn thêm. Cách tính HI của thức ăn thể hiện ở sơ ñồ 3.2.
Trong ñồ thị này: A: là trao ñổi cơ bản; B, C là nhiệt sản xuất ra ở hai
mức năng lượng trao ñổi ăn vào 40 và 100MJ. ðể ñơn giản người ta coi quan
hệ giữa nhiệt sản xuất và ME ăn vào là tuyến tính. Tuy nhiên, nó không luôn
luôn là như vậy.
Ở ví dụ trên ñồ thị 3.2, hai mức ME ăn vào 40 và 100 MJ ñược áp dụng,
việc tăng 60 MJ ăn vào (BD) làm tăng sản xuất nhiệt (CD = 24MJ). Vậy, sinh
nhiệt của thức ăn: HI = CD/BD hay 24/60 = 0,4.
88


Cũng có thể chỉ dùng một mức ME ăn vào ñể tính HI. HI trong trường
hợp này chính là sự khác biệt giữa nhiệt sản xuất ra ở mức trao ñổi cơ bản và
nhiệt sản xuất ra ở gia súc ñược cho ăn. Trong ñồ thị 3.2 HI = BE/AE = 16/40
= 0,4.
Vì ño nhiệt lượng trực tiếp ñòi hỏi chi phí cao cho xây dựng và vận hành
nên hiện nay hầu hết các nghiên cứu về trao ñổi nhiệt ñược tiến hành bằng
phương pháp gián tiếp.

D









1.3.2. ðo nhiệt lượng bằng phương pháp gián tiếp thông qua trao ñổi chất
Các chất bị ôxy hoá trong cơ thể và năng lượng giải phóng từ sự ôxy hoá
sau ñó chuyển thành nhiệt chủ yếu là ba loại chất cơ bản: carbohydrate, mỡ và
protein.
Phản ứng ôxy hoá tổng quát của carbohydrate, ví dụ glucose (phương
trình 1) như sau:
60

80

0

20

40

60

20

40

80

A

B

C

E

Nhiệt sản xuất
(MJ/ngày)

ME (MJ/ngày)

Năng lượng trao ñổi ăn vào

ðồ thị 3.2. Phương pháp hiệu số ước tính HI của thức ăn
89




Phản ứng ôxy hoá mỡ (phương trình 2), ví dụ tripalmitin như sau:

Một gam phân tử O
2

chiếm thể tích 22,4 lít ở ñiều kiện nhiệt ñộ và áp
suất bình thường. Như vậy một gia súc thu ñược năng lượng từ ôxy hoá
glucose sẽ sản xuất 2820 KJ/(6 x 22,4) = 20,98 KJ nhiệt. Với một hỗn hợp
carbohydrate giá trị trung bình là 21,12 KJ/lít. Những giá trị này ñược gọi là
ñương lượng nhiệt của ôxy và ñược sử dụng trong ño nhiệt gián tiếp ñể ước
tính nhiệt sản xuất ra từ lượng ôxy tiêu thụ. ðối với một gia súc ôxy hoá hỗn
hợp mỡ, ñương lượng nhiệt của ôxy là 19,61 KJ/ lít.
Gia súc thông thường không chỉ thu ñược năng lượng từ mỡ hoặc
carbohydrate riêng lẻ. Chúng ôxy hoá hỗn hợp mỡ, carbohydrate (và cả
protein), vì vậy ñể có thể áp dụng ñương lượng nhiệt thích hợp khi chuyển
lượng ôxy tiêu thụ thành năng lượng nhiệt cần phải biết bao nhiêu ôxy ñược sử
dụng cho mỗi chất dinh dưỡng. Một tỷ lệ ñã ñược tính toán là thương số hô
hấp (Respiration quotient - RQ). ðây là tỷ lệ giữa thể tích CO
2
mà cơ thể gia
súc tạo ra và thể tích O
2
ñã sử dụng. Bởi vì trong cùng một ñiều kiện nhiệt ñộ
và áp suất, một thể tích không khí cố ñịnh có chứa một lượng phân tử cố ñịnh,
RQ có thể ñược từ số lượng phân tử CO
2
mà cơ thể gia súc tạo ra và thể tích
O
2
ñã sử dụng. Từ phương trình 1, RQ cho carbohydrate là 6CO
2
/6O
2
= 1. Từ
phương trình 2, RQ cho mỡ (tripalmitin) là 51CO

2
/72,5O
2
= 0,70. Nếu RQ ñã
ñược biết, tỷ lệ carbohydrate và mỡ bị ôxy hoá có thể xác ñịnh ñược từ một
bảng tính sẵn. Ví dụ: RQ = 0,9 chứng tỏ ñã ôxy hoá một hỗn hợp 67,5%
carbohydrate và 32,5 % mỡ và ñương lượng nhiệt của ôxy cho hỗn hợp này là
20,6 KJ/lít. Các hỗn hợp bị ôxy hoá thường gồm cả protein. Số lượng protein
bị dị hoá có thể ñược ước tính từ lượng nitơ trong nước tiểu. Thông thường,
0,16 g nitơ bài tiết trong nước tiểu cho mỗi gam protein. Nhiệt năng khi ñốt
cháy protein (có nghĩa là nhiệt năng sản xuất ra khi protein bị ôxy hoá) hoàn
toàn phụ thuộc vào tỷ lệ axit amin của protein nhưng bình quân là 22,2 KJ/g.
Tuy vậy, protein không bị ôxy hoá hoàn toàn trong cơ thể gia súc vì cơ thể
không ôxy hoá ñược nitơ và lượng nhiệt sản xuất ra khi dị hoá 1g protein chỉ
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2

6CO
2
+ 6H
2
O + 2,82 MJ
C
3

H
5
(OOC. C
15
H
31
)
3
+ 72.5O
2
51 CO
2
+ 49H
2
O)
3
+ 32,02 MJ

90


là 18 KJ. Mỗi g protein bị ôxy hoá tạo ra 0,77 lít CO
2
và dùng hết 0,96 lít ôxy
có RQ = 0,8.
Nhiệt ñược sản xuất ra không chỉ do ôxy hoá các chất hữu cơ mà còn do
các chất hữu cơ ñược sử dụng ñể tổng hợp các thành phần của mô bào. Tuy
nhiên, người ta ñã phát hiện ra rằng số lượng nhiệt sản xuất ra trong quá trình
tổng hợp này có cùng quan hệ với trao ñổi hô hấp giống như quan hệ giữa trao
ñổi hô hấp và ôxy hóa các chất hữu cơ.

Quan hệ giữa trao ñổi hô hấp và sản xuất nhiệt bị thay ñổi nếu ôxy hoá
carbohydrate và mỡ không hoàn toàn. Tình hình này xãy ra ở các trường hợp
rối loạn trao ñổi chất, ví dụ ketosis, khi axit béo không bị ôxy hoá hoàn toàn
thành CO
2
và H
2
O, carbon và hydro rời khỏi cơ thể như là các thể keton hay
các chất giống keton. Ôxy hoá không hoàn toàn cũng xuất hiện trong các ñều
kiện bình thường ở gia súc nhai lại, vì một sản phẩm cuối cùng của lên men
carbohydrate là khí CH
4
. Trong thực tế sản xuất, nhiệt tính từ trao ñổi hô hấp
ñược hiệu chỉnh cho yếu tố này bằng cách trừ ñi 2,42 KJ cho mỗi một lít CH
4
.
Các tính toán ñược giải thích ở trên ñã ñược dựa vào một phương trình
ñơn giản gọi là phương trình Brouwer (tên của một nhà khoa học ðức: E.
Brouwer):
HP = 16,18 VO
2
+ 5,16 VCO
2
- 5,90 N - 2,42 VCH
4
(phương trình 3)
HP là tổng lượng nhiệt sản xuất ra (KJ)
VO
2
: ôxy tiêu thụ (lít)

VCO
2
: CO
2
sản xuất ra (lít)
N: Nitơ bài tiết trong nước tiểu (g)
VCH
4
: khí methane sản xuất ra (lít)
ðối với gia cầm công thức trên như sau:
HP = 16,18 VO
2
+ 5,16 VCO
2
- 1,20 N - 2,42 VCH
4

Ở ñây hệ số của nitơ là 1,20 thay vì 5,9 vì gia cầm thải nitơ ở dạng axít
uric.
Trong một vài tình huống, HP phải ước tính từ một yếu tố duy nhất là
lượng ôxy tiêu thụ. Nếu RQ là 0,82; ñương lượng nhiệt của O
2
là 20, từ RQ
này (0,7 -1,0) sẽ tạo ra một ñộ lệch < 3,5 % khi ước tính HP. Về trao ñổi của
protein chúng ta cũng có thể ñơn giản hoá ñược. ðương lượng nhiệt của O
2
sử
dụng ñể ôxy hoá protein là 18,8 KJ/lít, không khác nhiều so với giá trị 20
91

KJ/lít cho ôxy hoá carbohydrate và mỡ. Nếu chỉ có một phần nhỏ nhiệt sinh ra
từ ôxy hoá protein thì không cần thiết phải phải tính toán riêng và nitơ từ nước
tiểu cũng không cần phải ño ñạc, theo dõi.
Bảng 3.3. Tính toán nhiệt sản xuất ra của 1 bê từ các số liệu trao ñổi chất và
nitơ bài tiết trong nước tiểu (Blaxter, Graham, McDonald và Rook, 1955.
Journal of Agricultural Science, Cambridge, 45:10)
Kết quả của thí nghiệm (24 h)

O
2
tiêu thụ (lít) 392,0
CO
2
tạo ra (lít) 310,7
Ni tơ bài tiết trong nước tiểu (g) 14,8
Nhiệt sản xuất ra từ trao ñổi protein

Protein bị ô xy hoá (g) (14,8 x 6,25) 92,5
Nhiệt sản xuất ra (KJ) (92,5 x 18) 1665
O
2
tiêu thụ (lít) (92,5 x 0,96) 88,8
CO
2
tạo ra (lít) (92,5 x 0,77) 71,2
Nhiệt sản xuất ra từ trao ñổi carbohydrate và
mỡ

O

2
sử dụng (lít) (392-88,8) 303,2
CO
2
tạo ra (lít) (310 - 71,2) 239,5
Hệ số hô hấp cho các chất không phải protein 0,79
ðương lượng nhiệt của O
2
khi RQ = 0,79 KJ/lít 20,0
Nhiệt sản xuất ra (KJ) (303,2 x 20,0) 6064
Tổng số nhiệt sản xuất ra (KJ) (1655 + 6064) 7729
Ví dụ về tính toán nhiệt sản xuất ra từ trao ñổi hô hấp ñược trình bày ở
bảng 3.3. Nếu phương trình Brouwer (phương trình 3) ñược áp dụng ñối với
số liệu trao ñổi hô hấp ở bảng này, nhiệt sản xuất ra sẽ bằng 7858 KJ.
Những thay ñổi quan trọng gần ñây trong nghiên cứu về trao ñổi năng
lượng là chuyển từ nghiên cứu trên toàn cơ thể gia súc sang nghiên cứu trao
ñổi năng lượng trong từng mô bào và cơ quan. Cơ sở cho những phương pháp
nghiên cứu này là: sử dụng các Catheter ñưa vào tỉnh mạch và vào một cơ
quan nào ñó của cơ thể và xác ñịnh thành phần cũng như lưu lượng máu ñể từ
ñó ước tính lượng O
2
tiêu thụ và lượng CO
2
tạo ra. Trong cùng thời gian này
cũng có thể ño ñược sự hấp thu các sản phẩm trao ñổi chất như glucose.
92


ðo trao ñổi hô hấp trong buồng hô hấp
Dụng cụ thường ñược dùng cho gia súc là buồng hô hấp. Có nhiều loại

buồng hô hấp khác nhau hiện ñang ñược sử dụng (hình 3.2). Loại buồng hiện
ñại nhất hiện nay
là hệ thống
buồng mở.
Không khí ñi
qua buồng với
tốc ñộ có thể ño
ñạc ñược và mẫu
không khí ñược
lấy và phân tích
tự ñộng. Như
vậy, CO
2
, CH
4
,
và O
2
tiêu thụ có
thể ñược xác
ñịnh một cách
chính xác bằng
các thiết bị ño
(detectors).
1.3.3. ðo trao ñổi hô hấp ở gia súc không nuôi nhốt
Trao ñổi hô hấp có thể ño ñược nhưng không cần dùng buồng hô hấp mà
dùng mặt nạ (face mask). Mặt nạ này ñược nối với một thiết bị ñể xác ñịnh
lượng O
2
tiêu thụ hoặc cả lượng O

2
tiêu thụ và lượng CO
2
sản xuất ra. Phương
pháp này phù hợp cho việc nghiên cứu mà thời gian ño ñạc ngắn nhưng không
thể ño ñược nhiệt sản xuất ra khi gia súc ñang ăn uống. ðể nghiên cứu trao ñổi
năng lượng một thời gian dài ở gia súc không nuôi nhốt (chăn thả chẳng hạn),
HP có thể ước tính từ tổng lượng CO
2
với ñộ chính xác có thể chấp nhận ñược.
ðể ước tính tổng lượng CO
2
người ta ñưa vào dịch thể của cơ thể gia súc một
loại carbon ñánh dấu ñồng vị phóng xạ (C
14
bicarbonate natri) và lấy mẫu dịch
thể của cơ thể ñể xác ñịnh mức ñộ hoà tan của carbon phóng xạ vào carbon do
cơ thể gia súc tạo ra.

93


1.3.4. ðo năng lượng tích lũy bằng kỹ thuật cân bằng carbon - nitơ
Trong nghiên cứu năng lượng với buồng hô hấp nhiệt sản xuất ra ñược
uớc tính và năng lượng giữ lại ñược xác ñịnh bằng hiệu số giữa: ME ăn vào -
nhiệt sản xuất ra. Còn có cách lựa chọn khác nữa ñể ước tính năng lượng giữ
lại một cách trực tiếp và tính nhiệt sản xuất ra bằng phương pháp hiệu số.
Dạng dự trữ năng lượng chủ yếu ở gia súc sinh trưởng và vỗ béo là
protein và mỡ, năng lượng dự trữ dưới dạng carbohydrate là nhỏ và tương ñối
ổn ñịnh. Số lượng protein và mỡ dự trữ có thể ñược ước tính bằng cách tiến

hành các thí nghiệm cân bằng carbon - ni tơ. Thông qua việc ño lượng carbon,
nitơ ñi vào và ra khỏi cơ thể chúng ta tính ñược phần carbon, nitơ ñược giữ lại
trong cơ thể. Lượng năng lượng giữ lại sau ñó có thể tính ñược bằng cách lấy
số lượng chất dinh dưỡng ñược giữ lại nhân với giá trị năng lượng của chất
dinh dưỡng ñó.
Cả carbon và nitơ ñều ñi vào cơ thể duy nhất thông qua thức ăn và nitơ
rời khỏi cơ thể duy nhất qua phân và nước tiểu. Carbon còn rời khỏi cơ thể ở
CO
2
và CH
4
, và thí nghiệm cân bằng phải ñược tiến hành trong các buồng hô
hấp. Cách tính toán năng lượng tích lũy ñược ñược mô phỏng trong một ví dụ
sau ñây cho một gia súc dự trữ năng lượng ở cả dạng protein và mỡ. Ở gia súc
kiểu này lượng carbon và nitơ ăn vào sẽ lớn hơn lượng carbon và nitơ thải ra,
và gia súc ở trạng thái cân bằng dương về năng lượng. Số lượng protein dự trữ
ñược tính bằng cách nhân cân bằng nitơ với 1000/160 (= 6,25) vì protein của
cơ thể có chứa khoảng 160 g nitơ/kg. Protein cũng chứa 512g carbon và số
lượng carbon ñược dự trữ trong protein cũng có thể tính ñược. Phần carbon
còn lại ñược giữ lại trong mỡ và có chứa khoảng 746g C/kg. Vì thế, mỡ dự trữ
ñược tính bằng cách chia cân bằng carbon, trừ phần ñã dự trữ trong protein,
với 0,746. Năng lượng dự trữ trong protein và mỡ sau ñó ñược tính toán bằng
cách sử dụng các giá trị năng lượng trung bình cho các mô của cơ thể gia súc.
Những giá trị này thay ñổi tuỳ thuộc vào loài gia súc, ñối với bò và cừu, giá trị
hiện ñược sử dụng là 39,3MJ/kg cho mỡ và 23,6 MJ/kg cho protein. Ví dụ về
cách tính toán cho một thí nghiệm cân bằng ñược trình bày ở bảng 3. 4.
Bảng 3.4. Tính toán năng lượng tích lũy và nhiệt sản xuất ra của một cừu từ
thí nghiệm cân bằng carbon - nitơ (Blaxter et al.,1955. J.of Agric. Sci.,
Cambridge, 46:292)
94

Kết quả của thí nghiệm 24 h

C (g)

N (g)

Năng lượng (MJ)

Lượng thức ăn ăn vào 684,5 41,67 28,41
Thải ra trong phân 279,3 13,96 11,47
Thải ra trong nước tiểu 33,6 25,41 1,50
Thải trong CH
4
20,3 - 1,49
Thải ra trong CO
2
278,0 - -
Cân bằng 73,3 2,3 -
Lượng ME ăn vào - - 13,95
Protein và mỡ 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 mỡ (g) (73,3-7,4) 65,9
Mỡ tích lũy (g) 65,9/0,746 88,3
Năng lượng tích lũy và nhiệt sản xuất
Năng lượng tích lũy trong protein
(MJ)

(14,4 x13,6) 0,34
Năng lượng tích lũy trong mỡ
(MJ)
(88,3 x 39,3) 3,47
Tổng năng lượng tích lũy (MJ) (0,34 + 3,47) 3,81
Tổng nhiệt sản xuất ra (MJ) (13,95 - 3,81) 10,14
1.3.5. ðo năng lượng tích lũy bằng kỹ thuật giết mổ so sánh (Comparative
Slaughter Technique)
Vì các thí nghiệm ño năng lượng với các buồng hô hấp ñòi hỏi nhiều
trang thiết bị ñắt tiền và lại chỉ tiến hành ñược với một lượng gia súc hạn chế,
nên các phòng thí nghiệm dinh dưỡng gia súc trên thế giới ñã phát triển các kỹ
thuật khác ñể ño năng lượng giữ lại. Trong nhiều thí nghiệm nuôi dưỡng,
lượng DE hoặc ME ăn vào có thể ño ñược với ñộ chính xác cao, nhưng năng
lượng dự trữ trong cơ thể chỉ có thể ước tính thông qua thay ñổi khối lượng.
Tuy nhiên, thay ñổi khối lượng không cho một ước tính chính xác về năng
lượng ñược giữ lại vì trước hết sự thay ñổi khối lượng ñơn giản có thể chỉ
phản ánh sự thay ñổi khối lượng của ñường tiêu hoá, hơn thế nữa hàm lượng
năng lượng dự trữ trong các mô thay ñổi rất lớn phụ thuộc vào tỷ lệ giữa
95


xương, cơ và mỡ. ðối với năng lượng dự trữ trong trứng và sữa thì dễ dàng
hơn vì gần như không biến ñộng lớn và dễ ño ñạc.
Năng lượng dự trữ tuy vậy có thể xác ñịnh trong các thí nghiệm nuôi
dưỡng, nếu hàm lượng năng lượng của một gia súc ñược ước tính vào lúc bắt
ñâù và lúc kết thức thí nghiệm. Trong các thí nghiệm kiểu này gia súc ñược
chia làm hai nhóm ñồng ñều và sẽ giết mổ một nhóm lúc bắt ñầu thí nghiệm
và nhóm kia sau khi kết thức thí nghiệm. Hàm lượng năng lượng của mỗi gia
súc ñược xác ñịnh bằng Bomb calorimetry, dùng cả cơ thể hoặc cả cơ thể gia
súc ñã nghiền nhỏ hoặc mẫu ñại diện cho các mô của cơ thể sau khi ñã khảo

sát và tính tỷ lệ ñể ñưa vào ñốt. Sau ñó sẽ xây dựng quan hệ giữa khối lượng
cơ thể và hàm lượng năng lượng, quan hệ này sẽ ñược dùng ñể chẩn ñoán hàm
lượng năng lượng trong cơ thể lúc bắt ñầu thí nghiệm của nhóm thứ hai là
nhóm không giết mổ vào lúc bắt ñầu thí nghiệm. Nhóm thứ hai ñược giết mổ
vào lúc kết thúc thí nghiệm cũng sẽ ñược xác ñịnh hàm lượng năng lượng
bằng phương pháp tương tự và sau ñó tính lượng năng lượng dự trữ tăng lên
sau thời gian làm thí nghiệm. Bảng 3.5 là một ví dụ về thí nghiệm loại này. Ở
ñây ñể so sánh buồng hô hấp cũng ñược sử dụng song song.
Bảng 3.5. Ước tính năng lượng tích lũy và nhiệt sản xuất ở gia cầm sử dụng
kỹ thuật giết mổ so sánh (Fuller et al., 1983. J. of Nutr., 113: 1403)

Chi tiết về gà thí nghiệm

Bắt ñầu

Kết thúc

Sai khác
Khối lượng (g) 2755 2823 68
Năng lượng thô (KJ) 27491 28170 679
ME ăn vào (KJ) 2255
Nhiệt sản xuất ra (KJ) 1576
Nhiệt sản xuất ra ño bằng buồng
hô hấp (KJ)
1548
Phương pháp này không yêu cầu trang thiết bị nhưng rất tốn công sức và
tiền của.
1.4. Hiệu suất sử dụng năng lượng trao ñổi
Hiệu suất sử dụng năng lượng trao ñổi (k) là tỷ số giữa năng lượng thuần
(NE) và năng lượng trao ñổi (ME), k = NE/ME. Hiệu suất sử dụng năng lượng

trao ñổi là chỉ số cần thiết cho việc xác ñịnh nhu cầu dinh dưỡng.
96


Bảng 3.6. Ký hiệu về hiệu suất sử dụng năng lượng trao ñổi (k) cho các hoạt
ñộng khác nhau
Hệ số k Hiệu quả sử dụng cho
k
m

k
p

k
f

k
g
(k
pf
)
k
l

k
c

k
w

k
wo

Duy trì
Tích luỹ protein
Tích luỹ mỡ
Sinh trưởng
Sản xuất sữa
Phát triển bào thai, trứng
Lao tác
Tạo lông, len
Nói chung, mối quan hệ giữa năng lượng trao ñổi và năng lượng tích luỹ
trình bày trên ñồ thị 3.3. ðồ thị 3.3 cho thấy khi ME ăn vào là zero (gia súc
nhịn ñói) thì tích lũy năng lượng là âm. Trong trường hợp ñó gia súc ôxy hoá
chất dự trữ trong cơ thể ñể cung cấp năng lượng cho duy trì các chức năng
quan trọng của cơ thể và năng lượng này mất ñi dưới dạng nhiệt. Khi ME ăn
vào tăng
lên, năng
lượng
tích lũy
giảm dần.
Khi năng
lượng
tích lũy
bằng
zero, ME
ăn vào
thoả mãn
nhu cầu
duy trì

của gia
súc. ME ăn vào tiếp tục tăng thì gia súc bắt ñầu tích luỹ năng lượng cả trong
cơ thể và trong sản phẩm như sữa, trứng. ðộ dốc của ñồ thị liên quan ñến
năng lượng ăn vào và tích luỹ dùng ñể chỉ hiệu quả sử dụng năng lượng trao
ðồ thị 3.3. Hiệu suất sử dụng ME của loài nhai lại
97


ñổi. Ví dụ, nếu ME ăn vào tăng 10 MJ và tích luỹ tăng 7 MJ thì hiệu quả sử
dụng ME là 7/10 = 0,7. Như vậy, HI là 3/10 = 0,3 của ME. Hệ số k thường
ñược sử dụng như ở bảng 3.6.
1.4.1. Hiệu suất sử dụng năng lượng trao ñổi cho duy trì
Gia súc ở trạng thái duy trì thì năng lượng tích luỹ trong sản phẩm bằng
không, vì vậy ME ăn vào chính bằng ME
m
. Cho ñến nay có rất it thí nghiệm
xác ñịnh hiệu quả sử dụng năng lượng cho duy trì trừ một vài thí nghiệm tiến
hành trên gia súc nhai lại (Bảng 3.7).
Bảng 3.7. Hiệu suất sử dụng năng lượng trao ñổi cho duy trì của một số chất
dinh dưỡng và thức ăn
Nhai lại Lợn Gia cầm
Glucose
Tinh bột
Dầu ôliu
Cazein
Axit acetic
Axit propionic
Axit butyric
Ngô
Khẩu phần cân ñối

Cỏ rye non phơi khô
Cỏ rye phơi khô
Cỏ medicago
Cỏ ủ silô
0,94
0,80
-
0,70
0,59
0,86
0,76
0,80
0,70
0,78
0,74
0,82
0,65-0,71
0,95
0,88
0,97
0,76




0,85
0,89
0,97
0,95
0,84

0,90
1.4.2. Hiệu suất sử dụng năng lượng trao ñổi cho sinh trưởng
Như ñã biết, trong quá trình sinh trưởng gia súc tích luỹ trong cơ thể một
lượng lớn protein và lipit. Quá trình này chính là sự tích luỹ năng lượng. Hiệu
quả sử dụng năng lượng rất khác nhau ñối với từng loại gia súc và từng khẩu
phần hay từng loại thức ăn. Nhìn chung, hiệu quả sử dụng năng lượng cho sinh
trưởng của gia súc nhai lại thấp hơn lợn và biến ñộng hơn. Khi bò và cừu
ñược cho ăn khẩu phần tương tự như khẩu phần cho lợn (các loại hạt cốc) k
g
ít
khi vượt quá 0,62 và thấp hơn giá trị này ở lợn, trung bình là 0,70. Giá trị k
g
98


còn

thấp hơn nữa khi khẩu phần ăn là cỏ và cũng dao ñộng hơn. ðối với cỏ,
thức ăn thô chất lượng thấp k
g
có khi chỉ bằng 0,2.
1.4.3. Hiệu suất sử dụng năng lượng trao ñổi cho sản xuất sữa (k
l
)
Rất khó ñể xác ñịnh hiệu suất sử dụng năng lượng trao ñổi cho sản xuất
sữa riêng biệt vì sản xuất sữa luôn ñi kèm với tăng mỡ hoặc protein dự trữ

trong cơ thể hoặc giảm mỡ hoặc protein dự trữ trong cơ thể. Vì vậy, phải dùng
các thuật toán ñể ước tính phần năng lượng trao ñổi ñược sử dụng cho tổng
hợp sữa. Hơn nữa, ñể tổng hợp sữa cần có các khẩu phần phức tạp chứ không
thể là một thức ăn ñơn lẻ như trường hợp xác ñịnh hiệu quả sử dụng năng
lượng trao ñổi cho duy trì và sinh trưởng.
Hiệu suất sử dụng năng lượng trao ñổi ñể sản xuất sữa của gia súc nhai
lại nằm trong khoảng từ 0,56 ñối với khẩu phần nghèo dinh dưỡng nhất (7 MJ
ME/kg vật chất khô) ñến 0,66 ñối với khẩu phần tốt nhất (13MJ ME/kg vật
chất khô). Giá trị trung bình của k
l
là 0,6 hoặc 0,62. Hiệu suất sử dụng năng
lượng tạo sữa cao hơn nhiều so với sinh trưởng vì dạng năng lượng dự trữ
trong sữa ñơn giản hơn, chúng là ñường lactose và các axit béo mạch ngắn.
1.4.4. Các yếu tố khác ảnh hưởng ñến hiệu suất sử dụng năng lượng trao
ñổi
Nhiều yếu tố khác cũng ảnh hưởng ñến hiệu suất sử dụng năng lượng
trao ñổi của thức ăn. Yếu tố ñầu tiên là ảnh hưởng kết hợp khi hai hay nhiều
loại thức ăn ñược sử dụng trong một khẩu phần. Người ta ñã thấy là hiệu suất
sử dụng năng lượng trao ñổi của bột ngô cho vỗ béo k
f
dao ñộng từ 0,58 ñến
0,74 tùy thuộc vào bản chất của khẩu phần cơ sở sử dụng kèm với ngô. Ảnh
hưởng kết hợp của thức ăn ñến hiệu quả sử dụng năng lượng trao ñổi ở gia súc
nhai lại chính là ảnh hưởng kết hợp của các thức ăn ñến tỷ lệ tiêu hóa của toàn
khẩu phần và hấp thu năng lượng. ðiều này có nghĩa là hiệu suất sử dụng năng
lượng trao ñổi của một thức ăn nào ñó là không cố ñịnh mà tùy thuộc vào việc
thức ăn ñó ñược dùng trong khẩu phần với những thức ăn nào, tỷ lệ bao nhiêu.
Cân bằng các chất dinh dưỡng trong khẩu phần cũng ảnh hưởng ñến hiệu
suất sử dụng năng lượng trao ñổi. Ví dụ, gia súc vỗ béo sử dụng năng lượng có
hiệu quả cao hơn khi khẩu phần nhiều carbohydrate hơn protein. Tương tự

vậy, một gia súc ñang giai ñoạn sinh trưởng sử dụng năng lượng tốt hơn nếu
99


khẩu phần giàu protein. Thiếu khoáng và vitamin làm giảm hiệu quả sử dụng
năng lượng. Ví dụ, thiếu P làm giảm hiệu quả sử dụng 10% ở bò.
1.5. Một số hệ thống ñánh giá giá trị năng lượng của thức ăn cho gia súc
nhai lại
Trong 200 năm qua có một số hệ thống ñánh giá giá trị năng lượng của
thức ăn gia súc ñã ñựoc tạo lập. Vì vậy khó mà có thể nói về tất cả các hệ
thống này một cách chi tiết ở ñây. Tuy nhiên những hệ thống quan trọng nhất
sẽ ñược mô tả ở phần sau ñây.
1.5.1. ðơn vị cỏ khô
ðơn vị cỏ khô (hay unit) ñược Albrecht von Thaer mô tả vào năm 1809,
mặc dù vẫn còn chưa rõ ai là tác giả của hệ thống này. ðây là cố gắng ñầu tiên
giới thiệu một giá trị thay thế có nghĩa là một giá trị cho phép biết ñược cần
bao nhiêu một loại thức ăn nào ñó ñể thay thế một ñơn vị thức ăn tiêu chuẩn
mà không gây ra bất cứ một sự thay ñổi nào về năng suất.
1.5.2. Tổng các chất dinh dưỡng tiêu hoá ñược
Tổng các chất dinh dưỡng tiêu hoá ñược (Total digestible nutrients -
TDN) ñược phát triển ñã gần 200 năm nay, ñể khắc phục phương pháp phân
tích tương ñối (Weende) không mô tả một cách ñầy ñủ giá trị dinh dưỡng của
thức ăn. Tổng các chất dinh dưỡng tiêu hoá (TDN) của một kg chất khô của
một thức ăn nào ñó ñược tính như sau:
TDN g/kg = DCP + (DEE x 2,25) + DCF + DNFE
Ở ñây: DCP, DEE, DCF, DNFE lần lượt là protein tiêu hoá, chất béo tiêu
hoá, xơ thô tiêu hoá và bột ñường tiêu hoá (g)
Hệ thống TDN ñã ñược sử dụng rộng nhất ở Bắc Mỹ và hiện vẫn còn
ñược sử dụng ở một phạm vi nhất ñịnh tại Nam Mỹ, châu Phi và châu Á.
1.5.3. ðơn vị thức ăn Scandinavian

ðơn vị thức ăn Scandinavian (SFU) có nguồn gốc từ ðan Mạch vào
khoảng những năm 1880, tại ñây người ta coi 1 kg thức ăn tinh là một ñơn vị
thức ăn. Thức ăn tinh vào thời ñiểm này là hỗn hợp của ngũ cốc (yến mạch và
ñại mạch), nhưng sau ñó (1915- 1916) các nước Bắc Âu ñồng ý sử dụng 1 kg
ñại mạch là một ñơn vị thức ăn chuẩn. Nhờ Niels Johannes Fjord và Nils
100


Hansson, SFU ñã ñược phát triển mạnh hơn và nhiều thí nghiệm nuôi dưỡng
ñã ñược tiến hành ñể xác ñịnh giá trị thay thế của rất nhiều thức ăn khác so với
ñơn vị chuẩn. Ngày nay, SFU ñược tính bằng phương pháp tương tự như ñơn
vị thức ăn cho vỗ béo trước ñây (Fattening Feed Unit - FFU).
1.5.4. Hệ thống Kellner
Hệ thống Kellner ñược phát triển hơn 100 năm trước ñây do O. Kellner
và sau ñó là G. Fingerling ở ðức. Bởi vì mỡ dự trữ là dạng dự trữ năng lượng
thuần khiết nhất, các thí nghiệm trao ñổi hô hấp ñã ñược tiến hành với việc bổ
sung các chất dinh dưỡng ñơn thuần khiết (protein, mỡ, tinh bột và cellulose)
cho bò ñực thiến trưởng thành. Người ta ñã thấy rằng năng lượng tích lũy dưới
dạng mỡ (KJ) cho 1g chất dinh dưỡng tiêu hóa là:
Tinh bột: 9,87 (100%); cellulose của rơm 10,0 (101%); protein (gluten)
9,37 (94%); mỡ trong các hạt có dầu 23,81 (241%); mỡ trong hạt ngũ cốc
20,92 (212%), mỡ trong cỏ 18,83 KJ (191%). Những số này ñược gọi là nhiệt
lượng thuần ñể vỗ béo và ñược chuyển thành calorie.
1.5.5. Hệ thống ME của ARC (Anh)
Hệ thống năng lượng trao ñổi (hệ thống ME) sử dụng ở Vương quốc Anh
ñầu tiên ñược Blaxter (1962) phát triển và ñược Hội ñồng nghiên cứu nông
nghiệp (Agricultural Research Council - ARC) giới thiệu lần ñầu tiên năm
1965. Sử dụng các ñề nghị của ARC (1965), bộ Nông nghiệp-Thủy sản-Thực
phẩm Vương quốc Anh (1975) ñã ñưa hệ thống ME ñã ñơn giản hóa ra áp
dụng trong sản xuất. Hệ thống này sau ñó ñược ARC xem xét lại và xuất bản

dưới dạng sách: Nhu cầu dinh dưỡng của gia súc nhai lại vào năm 1980 (The
Nutrient Requirements for Ruminant Livestock, 1980). Vào năm 1990, hệ
thống ñã ñược một nhóm nghiên cứu quốc gia ñánh giá lại và sửa ñổi và năm
1993, Hội ñồng nghiên cứu thực phẩm và nông nghiệp Anh (Agricultural and
Food Research Council - AFRC) tái bản lại hệ thống này.
1.5.6. Hệ thống NE của Hội ñồng nghiên cứu quốc gia (Hoa Kỳ)
Hệ thống năng lượng cho bò ở Hoa kỳ của Hội ñồng nghiên cứu quốc gia
(National Research Council – NRC) có một lịch sử khá dài và lần xuất bản gần
ñây nhất (2001) là lần xem xét lại thứ bảy. Hệ thống này khởi nguồn từ TDN,
101


nhưng hiện nay TDN không còn ñược dùng nữa và chuyển TDN thành DE ñể
sử dụng trong hệ thống NE mới.
1.5.7. Hệ thống NE của Van Es ở Hà Lan và Bỉ
Ở Hà Lan, Tiến sỹ A.J.H Van Es vào các năm 1975 và 1978 ñưa ra hệ
thống năng lượng thuần cho tiết sữa (Net Energy System for Lactation, NEl).
Những nguyên tắc của hệ thống này ñược một số nước châu Âu như Pháp, Na-
Uy, Phần Lan áp dụng cho việc ñánh giá giá trị dinh dưỡng thức ăn của mình.
1.6. Hệ thống năng lượng trao ñổi của ARC (Anh)
Như ñã nói ở trên, hệ thống này cho phép ước tính nhu cầu năng lượng
của bò, cừu; gia súc nhai lại ñang sinh trưởng, chửa và tiết sữa. Trong hệ
thống này giá trị năng lượng của thức ăn cũng ñược biểu thị dưới dạng năng
lượng trao ñổi và giá trị năng lượng trao ñổi của một khẩu phần bằng tổng giá
trị năng lượng trao ñổi của các thức ăn thành phần tạo nên khẩu phần ñó. Nhu
cầu năng lượng của gia súc ñược biểu thị bằng năng lượng thuần. ðặc ñiểm
chủ yếu của hệ thống này là một hệ thống các phương trình dự ñoán hiệu quả
sử dụng năng lượng trao ñổi cho duy trì, sinh trưởng và tiết sữa. Các dự ñoán
này ñược xác lập trên cơ sở hàm lượng năng lượng trao ñổi của khẩu phần và
ñược biểu thị bằng tỷ lệ ME/GE chứ không phải là MJ/kg. Hàm lượng năng

lượng trao ñổi của khẩu phần có thể chuyển thành MJ ME/kg chất khô bằng
cách nhân tỷ lệ ME/GE với 18,4 là hàm lượng năng lượng trao ñổi trung bình
của 1 kg DM. Giá trị này này quá cao cho các thức ăn có nhiều khoáng và quá
thấp cho các thức ăn giàu protein và mỡ.
Các hệ số sử dụng năng lượng trao ñổi cho các mục ñích khác nhau ñược
trình bày ở bảng 3.8.
Bảng 3.8: Hệ số sử dụng năng lượng trao ñổi cho duy trì, tăng trưởng và tiết
sữa ở gia súc nhai lại
ME/GE = q
m
0,4 0,5 0,6 0,7
Hàm lượng năng lượng trao ñổi MJ/kgDM

7,4 9,2 11,0 12,9
k
m
0,643 0,678 0,714 0,750
k
g
0,318 0,396 0,474 0,552
k
l
0,560 0,595 0,630 0,665
Phương trình: