Tài liệu Nghiên cứu xác định nhu cầu năng lượng cho duy trì của bò sữa lai 34 hf ở các mức khối lượng khác nhau

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CHĂN NUÔI LÊ MINH LỊNH NGHIÊN CỨU XÁC ðỊNH NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CHO DUY TRÌ CỦA BÒ SỮA LAI ¾ HF Ở CÁC MỨC KHỐI LƯỢNG KHÁC NHAU Chuyên ngành Mã số : DINH DƯỠNG VÀ THỨC ĂN CHĂN NUÔI : 62 - 62 - 45 - 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Vũ Chí Cương 2. TS. Vũ Văn Nội HÀ NỘI - 2012 i CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN ADF Xơ không tan trong môi trường a xít (Acid detergent fiber) BW Khối lượng cơ thể (Body weight) CP Protein thô (Crude protein) CF Xơ thô (Crude fiber) DE Năng lượng tiêu hóa (Digestible energy) DM Vật chất khô (Dry matter) EE Mỡ (Ether extract) FHP Nhiệt sản sinh ở trạng thái trao ñổi ñói (Fasting heat production) GE Năng lượng thô (Gross energy) HF Holstein Friesian HI Nhiệt gia tăng (Heat increatment) HP Tổng nhiệt sản sinh (Heat production) KL Khối lượng ME Năng lượng trao ñổi (Metabolisable energy) MEm Năng lượng trao ñổi cho duy trì (Metabolisable energy for maintain) NDF Xơ không tan trong môi trường trung tính (Neutral detergent fiber) NE Năng lượng thuần (Net energy) NEm Năng lượng thuần cho duy trì (Net energy for maintain) NL Năng lượng OM Chất hữu cơ (Organic matter) RE Năng lượng tích luỹ (Retention energy) RQ Thương số hô hấp (Respiration quotient) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TðKL Thay ñổi khối lượng W0,75 Khối lượng trao ñổi (Metabolic weight) ii MỤC LỤC Trang CHƯƠNG I. MỞ ðẦU ............................................................................................................. 1 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI. ................................................................................. 1 1.2. MỤC ðÍCH CỦA ðỀ TÀI. ............................................................................................ 2 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ NGHIÊN CỨU NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CHO DUY TRÌ Ở BÒ SỮA ....................................................................................................... 3 2.1. CÁC HỆ THỐNG ðÁNH GIÁ GIÁ TRỊ NĂNG LƯỢNG ........................................... 3 2.1.1. ðịnh nghĩa và ñơn vị ño năng lượng....................................................................... 3 2.1.2. Các dạng năng lượng của thức ăn ........................................................................... 4 2.1.3. Phương pháp ño nhiệt lượng và năng lượng tích lũy .............................................. 6 2.2. NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CHO DUY TRÌ .............................................................. 14 2.2.1. Phương pháp tính nhu cầu năng lượng thuần cho duy trì (NEm) ......................... 14 2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến nhu cầu năng lượng cho duy trì .................................. 15 2.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ NHU CẦU NĂNG LƯỢNG TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .................................................................................................................................. 18 2.3.1. Tình hình nghiên cứu về nhu cầu năng lượng ngoài nước .................................... 18 2.3.2. Tình hình nghiên cứu về nhu cầu năng lượng trong nước .................................... 22 CHƯƠNG III. ƯỚC TÍNH NHU CẦU NĂNG LƯỢNG TRAO ðỔI (MEm) VÀ NĂNG LƯỢNG THUẦN (NEm) CHO DUY TRÌ CỦA BÒ TƠ LỠ HƯỚNG SỮA LAI 3/4 HF BẰNG HAI PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU......................................................................... 25 3.1. ðẶT VẤN ðỀ .............................................................................................................. 25 3.2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 26 3.3. KẾT QUẢ ..................................................................................................................... 30 3.3.1. Nhu cầu năng lượng trao ñổi cho duy trì............................................................... 30 3.3.2. Nhu cầu năng lượng thuần cho duy trì .................................................................. 37 3.4. THẢO LUẬN ............................................................................................................... 41 3.5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ........................................................................................... 45 iii CHƯƠNG IV. ƯỚC TÍNH NHU CẦU NĂNG LƯỢNG THUẦN CHO DUY TRÌ (NEm) CỦA BÒ TƠ LỠ HƯỚNG SỮA VÀ BÒ CẠN SỮA LAI 3/4 HF BẰNG PHƯƠNG PHÁP ðO NHIỆT LƯỢNG GIÁN TIẾP THÔNG QUA BUỒNG HÔ HẤP (RESPIRATION CHAMBER) ............................................................................................................................. 47 4.1. ðẶT VẤN ðỀ .............................................................................................................. 47 4.2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 48 4.3. KẾT QUẢ ..................................................................................................................... 50 4.3.2. Bò cái cạn sữa không chửa.................................................................................... 54 4.4. THẢO LUẬN ............................................................................................................... 58 4.5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ........................................................................................... 61 CHƯƠNG V. KIỂM TRA NHU CẦU NĂNG LƯỢNG THUẦN CHO DUY TRÌ (NEm) CỦA BÒ SỮA LAI 3/4 HF TẠI VIỆT NAM BẰNG CÁC THÍ NGHIỆM NUÔI DƯỠNG TRONG ðIỀU KIỆN SẢN XUẤT .......................................................................................... 62 5.1. ðẶT VẤN ðỀ .............................................................................................................. 62 5.2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 63 5.3. KẾT QUẢ ..................................................................................................................... 66 5.4. THẢO LUẬN ............................................................................................................... 72 5.5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ........................................................................................... 75 CHƯƠNG VI. HIỆU CHỈNH GIÁ TRỊ NHU CẦU NĂNG LƯỢNG THUẦN CHO DUY TRÌ CỦA BÒ CÁI TƠ LỠ LAI 3/4 HF Ở CÁC MỨC KHỐI LƯỢNG KHÁC NHAU BẰNG THÍ NGHIỆM NUÔI DƯỠNG................................................................................................ 76 6.1. ðẶT VẤN ðỀ .............................................................................................................. 76 6.2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 76 6.3. KẾT QUẢ ..................................................................................................................... 80 6.4. THẢO LUẬN ............................................................................................................... 86 6.5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ........................................................................................... 88 CHƯƠNG VII. THẢO LUẬN CHUNG .................................................................................. 89 CHƯƠNG VIII. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ CHUNG............................................................ 92 8.1. KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................................... 92 iv 8.2. ðỀ NGHỊ CHUNG ....................................................................................................... 92 NHỮNG CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ðà CÔNG BỐ LIÊN QUAN ðẾN LUẬN ÁN........ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 94 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM BUỒNG HÔ HẤP ..................................................... 102 v DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Tính toán nhiệt sản xuất ra của 1 bê từ các số liệu trao ñổi hô hấp và ni tơ bài tiết trong nước tiểu..........................................................................................................................10 Bảng 2.2. Cách tính năng lượng tích lũy và nhiệt lượng của cừu từ thí nghiệm cân bằng ni-tơ và carbon...................................................................................................................................12 Bảng 2.3. Ước tính năng lượng tích lũy và nhiệt sản xuất ở gia cầm sử dụng kỹ thuật giết mổ so sánh ......................................................................................................................................14 Bảng 3.1. Thành phần hóa học của các thức ăn thử nghiệm (% tính theo chất khô) ...............27 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của phương pháp xác ñịnh ñến GE, DE (MJ/ngày) và hệ số tiêu hóa năng lượng ................................................................................................................................30 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của phương pháp xác ñịnh ñến ME và tỷ lệ ME/GE của thức ăn .........33 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của phương pháp xác ñịnh ñến GE, DE và ME của thức ăn.................34 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của phương pháp xác ñịnh ñến nhu cầu ME cho duy trì.......................35 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của loại thức ăn ñến NE ăn vào.............................................................38 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của loại thức ăn ñến nhu cầu năng lượng thuần cho duy trì (NEm) ......38 Bảng 3.8. Giá trị NE (MJ/kg ngày), mật ñộ NE (MJ/gDM) và nhu cầu NEm tính theo công thức của INRA (1989) và ARC (1980).....................................................................................40 Bảng 3.9. Tóm tắt nhu cầu năng lượng trao ñổi cho duy trì (MEm) ở bò ñang vắt sữa của một số tác giả sử dụng phương pháp hồi qui và các số liệu trao ñổi nhiệt ......................................42 Bảng 3.10. NEm của bò cái sữa cho ăn khẩu phần cơ sở là cỏ khô...........................................44 Bảng 4.1. Lượng O2 tiêu thụ, CH4 và CO2 thải ra (lít/ngày) và tổng FHP (KJ/ngày) theo nhóm khối lượng (Mean±SE; n = 5 cho mỗi nhóm khối lượng) ........................................................51 Bảng 4.2. Lượng O2 tiêu thụ, CH4 và CO2 thải ra (lít/kgW0,75) và tổng FHP (KJ/kgW0,75) hay nhu cầu NE cho duy trì theo nhóm khối lượng (Mean±SE; n = 5 cho mỗi nhóm khối lượng) 52 Bảng 4.3. Hệ số chuyển hóa năng lượng trao ñổi sang năng lượng thuần cho duy trì (km) xác ñịnh trên các nhóm thức ăn khác nhau .....................................................................................52 Bảng 4.4. Lượng O2 tiêu thụ, CH4 và CO2 thải ra và tổng FHP hay nhu cầu năng lượng thuần cho duy trì tính chung cho các nhóm khối lượng .....................................................................53 vi Bảng 4.5. Các phương trình hồi qui giữa lượng CH4 sản sinh với FHP và giữa FHP với khối lượng sống và khối lượng trao ñổi............................................................................................54 Bảng 4.6. Lượng O2 tiêu thụ, CH4 và CO2 thải ra (lít/ngày) và tổng FHP (KJ/ngày) của bò thí nghiệm theo nhóm khối lượng (Mean ±SE; n = 6 cho mỗi nhóm khối lượng). .......................55 Bảng 4.7. Lượng O2 tiêu thụ, CH4 và CO2 thải ra (lít/kgW0,75) và tổng lượng FHP (KJ/kgW0,75) hay nhu cầu năng lượng thuần cho duy trì của bò thí nghiệm theo nhóm khối lượng (Mean ±SE; n = 6 cho mỗi nhóm khối lượng). ..............................................................56 Bảng 4.8. Lượng O2 tiêu thụ, CH4 và CO2 thải ra và tổng lượng FHP hay nhu cầu năng lượng thuần cho duy trì của bò thí nghiệm tính chung cho các nhóm khối lượng..............................56 Bảng 4.9. Các phương trình hồi qui giữa lượng FHP với khối lượng bò thí nghiệm...............57 Bảng 4.10. NEm của bò cái sữa cho ăn khẩu phần khác nhau công bố từ năm 1997................60 Bảng 5.1. Nhu cầu năng lượng cho mang thai bốn tháng cuối của bò sữa...............................65 Bảng 5.2. Thành phần hoá học và năng lượng trao ñổi của các loại thức ăn thí nghiệm .........67 Bảng 5.4. Nhu cầu năng lượng trao ñổi và năng lượng thuần cho duy trì sữa của bò cái ñang cho sữa 3/4 HF..........................................................................................................................68 Bảng 5.5. Chất khô ăn vào (kg/ngày), ME ăn vào (MJ/ngày), khối lượng cơ thể (kg), thay ñổi khối lượng (kg/ngày), tháng vắt sữa, năng suất sữa tiêu chuẩn (kg), tháng mang thai (tháng) của bò cái ñang cho sữa lai 3/4 HF theo giai ñoạn cho sữa......................................................69 Bảng 5.6. Nhu cầu năng lượng trao ñổi và năng lượng thuần cho duy trì của bò cái ñang cho sữa lai 3/4 HF theo giai ñoạn cho sữa.......................................................................................70 Bảng 5.7. Quan hệ giữa năng suất sữa tiêu chuẩn với DM ăn vào, năng lượng ME ăn vào và thay ñổi khối lượng...................................................................................................................71 Bảng 5.8. Tóm tắt nhu cầu năng lượng trao ñổi cho duy trì (MEm) ở bò ñang vắt sữa của một số tác giả sử dụng phương pháp hồi qui và các số liệu trao ñổi nhiệt ......................................73 Bảng 6.1. Sơ ñồ bố trí thí nghiệm cho mỗi thí nghiệm ............................................................77 Bảng 6.2. Thành phần hóa học của cỏ voi cắt tái sinh lúc 40 ngày và cám gạo loại 1.............77 Bảng 6.3. Tỷ lệ tiêu hóa của cỏ voi cắt tái sinh lúc 40 ngày và cám gạo loại 1 (%). ...............77 Bảng 6.4. Giá trị năng lượng của cỏ voi cắt tái sinh lúc 40 ngày và cám gạo loại 1 (Kcal/kg DM) ..........................................................................................................................................78 vii Bảng 6.5. Nhu cầu năng lượng cho duy trì của bò cái tơ lỡ 3/4 HF ở mức khối lượng 200 kg ....81 Bảng 6.6. Nhu cầu năng lượng cho duy trì của bò cái tơ lỡ 3/4 HF ở mức khối lượng 250 kg .....82 Bảng 6.7. Nhu cầu năng lượng cho duy trì của bò cái tơ lỡ 3/4 HF ở mức khối lượng 300 kg .....83 Bảng 6.8. Tổng hợp nhu cầu năng lượng cho duy trì của bò cái tơ lỡ 3/4 HF ở 3 mức khối lượng 200, 250 và 300 kg .........................................................................................................84 Bảng 6.9. Các phương trình hồi qui biểu diễn quan hệ giữa nhu cầu năng lượng cho duy trì và khối lượng trao ñổi W0,75 ..........................................................................................................85 Bảng 7.1. Giá trị MEm (MJ/kg KL), MEm (MJ/kgW0,75), NEm (MJ/kgKL) và NEm (MJ/kgW0,75) xác ñịnh bằng các phương pháp khác nhau........................................................91 viii DANH MỤC CÁC SƠ ðỒ VÀ ðỒ THỊ Trang Sơ ñồ 2.1. Sự phân chia năng lượng thức ăn ở gia súc...............................................................5 ðồ thị 2.1. Phương pháp hiệu số ước tính nhiệt gia tăng của thức ăn ........................................7 ðồ thị 3.1. Hồi qui giữa GE ăn vào (MJ/ngày) xác ñịnh trực tiếp với Bomb calorimeter và ước tính theo công thức của INRA (1989) ......................................................................................37 ðồ thị 3.2. Hồi qui giữa DE ăn vào (MJ/ngày) xác ñịnh trực tiếp với Bomb calorimeter và ước tính theo công thức của INRA (1989) ......................................................................................37 ðồ thị 3.3. Hồi qui giữa ME ăn vào (MJ/ngày) xác ñịnh trực tiếp với Bomb calorimeter và ước tính theo công thức của INRA (1989) ...............................................................................37 ðồ thị 3.4. Hồi qui giữa NE ăn vào (MJ/ngày) ước tính theo INRA (1989) và theo ARC (1980)........................................................................................................................................41 ðồ thị 3.5. Hồi qui giữa NEm (MJ/kgKL) ước tính theo INRA (1989) và theo ARC (1980) ..41 ðồ thị 3.6. Hồi qui giữa NEm (MJ/kgW0,75) ước tính theo INRA (1989) và............................41 theo ARC (1980) ......................................................................................................................41 ðồ thị 4.1. Quan hệ giữa FHP (KJ/kgW0,75) và khối lượng (kg)..............................................58 ðồ thị 4.2. Quan hệ giữa FHP (KJ/kgW0,75) và khối lượng trao ñổi ........................................58 ðồ thị 4.3. Quan hệ giữa FHP (KJ/ngày) và khối lượng (kg) ..................................................58 ðồ thị 4.4. Quan hệ giữa FHP (KJ/ngày) và khối lượng trao ñổi.............................................58 ðồ thị 6.1. Quan hệ giữa năng lượng trao ñổi cho duy trì và khối lượng trao ñổi W0,75 .........85 ðồ thị 6.2. Quan hệ giữa năng lượng thuần cho duy trì và khối lượng trao ñổi W0,75 ............85 1 CHƯƠNG I. MỞ ðẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI. Kinh tế nước ta ñang phát triển liên tục với tốc ñộ cao nên nhu cầu tiêu thụ thực phẩm ngày càng tăng. Những năm qua, sản lượng lương thực của nước ta không chỉ ñáp ứng ñủ nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn dư ñể xuất khẩu. Tuy nhiên, sản phẩm chăn nuôi vẫn còn thiếu và phải nhập từ các nước ngoài. Chính vì thế Bộ Nông nghiệp và PTNT ñã xác ñịnh trong thời gian tới cơ cấu sản xuất nông nghiệp cần chuyển dịch theo hướng ñẩy mạnh phát triển ngành chăn nuôi và bò sữa là một trong những ngành nghề ñược chính phủ ñặc biệt quan tâm. Nhờ sự quan tâm này chỉ trong vài năm, ñàn bò sữa nước ta ñã phát triển nhanh chóng, theo số liệu của Tổng cục Thống kê ngày 01/10/2010, tổng ñàn bò sữa của cả nước tăng 11,31% so với năm 2009, từ 115.518 con lên 128.583 con, tăng thêm 13.065 con. Cơ cấu giống bò sữa năm 2005 của cả nước chủ yếu là bò lai HF (90.608 con chiếm 84,65% tổng ñàn, trong ñó lai 1/2 HF chiếm 24,16%; 3/4 HF chiếm 26,11% và trên 7/8 HF chiếm 34,38%) còn lại là bò HF thuần chủng (Viện Chăn nuôi, 2006). Tuy nhiên, sự tăng trưởng quá nhanh ñang làm cho chăn nuôi bò sữa trở nên kém bền vững. ðể chăn nuôi bò sữa có thể phát triển một cách bền vững thì yếu tố quan trọng nhất là làm sao ñể chăn nuôi có lãi. Cùng với việc Việt Nam ñã chính thức gia nhập tổ chức thương mại thế giới (WTO), việc ñảm bảo chăn nuôi bò sữa có lãi ngày càng trở nên khó khăn khi mà theo cam kết chúng ta sẽ phải giảm dần mức thuế nhập khẩu ñối các sản phẩm chăn nuôi nói chung và sữa nói riêng. Giá sữa nhập khẩu giảm thấp hơn sẽ buộc sản lượng sữa sản xuất trong nước phải tăng khả năng cạnh tranh hơn nữa và một trong những giải pháp quan trọng là làm sao ñể hạ giá thành sản xuất sữa. Vì thức ăn chiếm tỷ lệ rất cao trong giá thành sản xuất sữa nên chi phí thức ăn ñóng vai trò quyết ñịnh ñến lợi nhuận của ngành chăn nuôi. Bởi vậy, việc xác ñịnh nhu cầu năng lượng duy trì cho bò sữa nuôi trong ñiều kiện nhiệt - ẩm cao, thực liệu là thức ăn bản ñịa có tỷ lệ tiêu hóa và mật ñộ năng lượng thấp là rất cần thiết. Trên cơ sở 2 ñó, việc xây dựng khẩu phần ăn cân ñối và ñảm bảo nhu cầu dinh dưỡng cho bò từ nguồn thức ăn bản ñịa rẻ tiền sẽ góp phần ñáng kể trong việc hạ thấp giá thành sản phẩm của ngành chăn nuôi bò sữa ở Việt nam. Nhu cầu năng lượng cho duy trì và sản xuất của bò sữa phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như giống, loại thức ăn, môi trường nuôi dưỡng… nên việc sử dụng tiêu chuẩn ăn của nước ngoài ñể lập khẩu phần cho ñàn bò sữa Việt Nam như hiện nay là chưa hợp lý, dẫn ñến lãng phí thức ăn làm cho giá thành sản xuất sữa cao. Do ñó việc xây dựng tiêu chuẩn ăn cho bò sữa nuôi trong ñiều kiện Việt Nam là rất cần thiết, cho phép chúng ta xây dựng chế ñộ dinh dưỡng phù hợp hơn cho ñàn bò sữa, giúp người chăn nuôi bò sữa nâng cao hiệu quả nhờ tiết kiệm thức ăn, giảm giá thành sản xuất sữa. ðể từng bước xây dựng và hoàn thiện tiêu chuẩn ăn cho bò sữa ở Việt Nam chúng tôi tiến hành ñề tài “Nghiên cứu xác ñịnh nhu cầu năng lượng cho duy trì của bò sữa lai 3/4 HF ở các mức khối lượng khác nhau”. 1.2. MỤC ðÍCH CỦA ðỀ TÀI. Xác ñịnh nhu cầu năng lượng trao ñổi và năng lượng thuần cho duy trì của bò cái tơ lỡ và bò cái cạn sữa không mang thai 3/4 HF ở các mức khối lượng khác nhau bằng phương pháp ño nhiệt lượng trong buồng hô hấp và bằng các thí nghiệm nuôi dưỡng trong ñiều kiện sản xuất. 3 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ NGHIÊN CỨU NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CHO DUY TRÌ Ở BÒ SỮA 2.1. CÁC HỆ THỐNG ðÁNH GIÁ GIÁ TRỊ NĂNG LƯỢNG 2.1.1. ðịnh nghĩa và ñơn vị ño năng lượng Từ năng lượng bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp và có nghĩa là công việc “in work” (en ergon). Công việc của 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 này 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 hóa 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 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). Hiểu biết các quá trình tạo ra năng lượng sinh học là cơ sở khoa học về dinh dưỡng vì tất cả các quá trình xảy ra trong cơ thể ñộng vật khi thức ăn bị tiêu hóa 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 và ñược tích lũy ở ba nhóm chất dinh dưỡng chính là carbohydrate, protein và mỡ. Việc biểu thị như vậy cho phép chúng ta xây dựng 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. 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. Trong thực tế, calorie quá nhỏ nên người ta thường dùng ñơn vị kilocalorie (kcal) (1 kcal = 1000 cal) và 4 megacalorie (Mcal) (Mcal = 1000 kcal). 2.1.2. Các dạng năng lượng của thức ăn Khi gia súc thu nạp thức ăn, chỉ một phần năng lượng trong thức ăn ñược tích lũy và sử dụng cho mục ñích sản xuất, còn một phần bị ñào thải ra ngoài qua phân, nước tiểu, khí mê tan, nhiệt sản sinh vv… Quá trình ñào thải năng lượng từ thức ăn sau khi gia súc ăn ñược mô tả trong sơ ñồ 2.1. ðể xác ñịnh phần năng lượng khác nhau trong quá trình tiêu hóa thức ăn, người ta sử dụng các khái niệm năng lượng thô, năng lượng tiêu hóa, năng lượng trao ñổi và năng lượng thuần. 2.1.2.1. Năng lượng thô của thức ăn (Gross energy - GE) Theo Mc Donald và cộng sự (2002), năng lượng thô là tổng lượng năng lượng hoá học có trong thức ăn khi ñược chuyển hoá thành nhiệt năng. Năng lượng thô thường ñược xác ñịnh bằng cách ñốt thức ăn trong thiết bị ño bomb calorimeter. Yếu tố chính quyết ñịnh hàm lượng GE của một chất hữu cơ là mức ñộ oxy hoá của chúng biểu thị bằng tỷ lệ giữa hydro + carbon và oxy (H + C)/O2. Tất cả các loại carbohydrates có tỷ lệ này giống nhau và bởi vậy chúng có hàm lượng GE như nhau (khoảng 17,5 MJ/kg chất khô). Chất béo triglyceride ít nguyên tử oxy hơn so với các phân tử carbohydrates và do ñó có giá trị GE cao hơn (khoảng 39 MJ/kg chất khô). Giá trị GE của các a xít béo thường khác nhau và phụ thuộc vào chuỗi carbon mạch dài hay ngắn; các a xít béo mạch ngắn có giá trị GE thấp hơn. Protein có giá trị GE cao hơn các phân tử carbohydrates, vì trong cấu trúc phân tử thường có chứa các nguyên tố oxy hoá, nitơ và cũng có thể là lưu huỳnh. 2.1.2.2. Năng lượng tiêu hoá (Digestible energy - DE) Năng lượng tiêu hoá chính là phần năng lượng thô của một khối lượng ñơn vị thức ăn trừ ñi phần lượng năng lượng thô trong phân khi gia súc tiêu thụ khối lượng ñơn vị thức ăn ñó. 5 Sơ ñồ 2.1. Sự phân chia năng lượng thức ăn ở gia súc. Năng lượng thô energy Năng lượng phân Năng lượng tiêu hoá Năng lượng nước tiểu Năng lượng trao ñổi Năng lượng khí methan Nhiệt gia tăng Nhiệt sản sinh Năng lượng thuần Năng lượng cho duy trì Năng lượng cho sản xuất Nguồn:Mc Donald và cs. (2002) Năng lượng mất ñi ñược thể hiện trong khung bên tay trái 2.1.2.3. Năng lượng trao ñổi (Metabolisable energy - ME) Năng lượng trao ñổi của thức ăn là năng lượng tiêu hoá trừ ñi phần năng lượng mất ñi trong nước tiểu và khí methan. Năng lượng trong nước tiểu chủ yếu có trong các hợp chất chứa nitơ như urea, a xít uric, creatinine.... Ở gia súc nhai lại, nhiệt lượng khí sinh ra từ quá trình trao ñổi chất trong dạ cỏ chủ yếu là methan. Lượng nhiệt khí methan có mối tương quan chặt chẽ với lượng thức ăn ăn vào. Ở mức ăn duy trì, lượng nhiệt khí methan sản sinh ra khoảng 7 - 9% giá trị GE của thức ăn ăn vào (khoảng 11 - 13% giá trị năng lượng tiêu hóa) (Mc Donald và cs., 2002) và ở mức ăn vào cao hơn, lượng nhiệt khí methan giảm xuống còn 6 - 7% giá trị GE của thức ăn ăn vào. Với các loại thức ăn lên men như bã bia, lượng nhiệt khí methan rất thấp (khoảng 3% giá trị GE ăn vào). Theo Mc Donald và cs. (2002), khi không thể ño trực tiếp ñược lượng khí methan sản sinh ra, chúng ta có thể ước tính bằng khoảng 8% của giá trị GE ăn vào. Ở gia súc nhai 6 lại, giá trị ME của thức ăn bằng khoảng 80% giá trị DE. ðiều này có nghĩa là khoảng 20% giá trị DE bị thải ra qua ñường nước tiểu và khí methan. 2.1.2.4. Năng lượng thuần (Net energy - NE) Năng lượng thuần là năng lượng sẵn có cho gia súc ñể sử dụng vào những mục ñích như cho duy trì cơ thể và cho sản xuất (năng lượng tích luỹ, RE). Năng lượng thuần ñược tính bởi năng lượng trao ñổi trừ ñi lượng nhiệt gia tăng. Nhiệt gia tăng (HI) là tổng nhiệt lượng sản sinh ra ñược sử dụng cho quá trình tiêu hoá, hấp thu và ñồng hoá, cho quá trình lên men, cho quá trình hình thành và bài tiết chất thải và cho quá trình tạo thành sản phẩm. Khi gia súc ñược cung cấp thức ăn lý tưởng trong môi trường không stress, thì phần nhiệt năng ñược dùng cho hoạt ñộng chủ ñộng và cho quá trình ñiều tiết nhiệt là không ñáng kể và khi ñó HI và nhiệt sản sinh khi trao ñổi ñói (FHP) là hai thành phần chính cấu thành nên tổng nhiệt lượng sản sinh (HP). Nếu một gia súc ñói ñược cho ăn, thì trong vòng vài giờ lượng nhiệt gia súc thải ra sẽ tăng lên trên mức nhiệt lượng sản sinh ra ở trạng thái trao ñổi ñói và lượng nhiệt này gọi là nhiệt gia tăng. 2.1.3. Phương pháp ño nhiệt lượng và năng lượng tích lũy Calorimetry có nghĩa là ño nhiệt. Trong thực tế việc ño nhiệt sản sinh ra, hay nhiệt tích lũy ñược sử dụng ñể tính NE của thức ăn. Nhiệt sản sinh ra bởi gia súc có thể ño bằng phương pháp vật lý hay phương pháp ño nhiệt trực tiếp. Bên cạnh ñó, nhiệt sản sinh 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 lũy trong các thí nghiệm cân bằng nitơ - carbon. 2.1.3.1. Phương pháp ño nhiệt lượng trực tiếp (Animal Calorimetry) Gia súc không dự trữ nhiệt, hay nói khác hơn là chúng chỉ giữ nhiệt trong khoảng thời gian tương ñối ngắn. Một giả thuyết ñưa ra rằng lượng nhiệt mất ñi từ cơ thể gia súc bằng lượng nhiệt sản sinh ra khi tiến hành ño nhiệt lượng trong khoảng thời gian 24 giờ hoặc dài hơn thế. ðể xác ñịnh nhiệt gia tăng, gia súc ñược cho ăn ở 2 mức ME và nhiệt gia tăng ñược ño ở cả hai mức này (ðồ thị 2.1). Sở dĩ phải ño ở hai mức 7 ME ăn vào là vì một phần nhiệt sản xuất ra từ cơ thể gia súc là từ quá trình trao ñổi chất cơ bản. Tăng lượng thức ăn ăn vào sẽ làm tăng tổng nhiệt lượng, nhưng nhiệt lượng sinh ra từ quá trình trao ñổi cơ bản vẫn giữ nguyên. Sự tăng về nhiệt lượng này chính là gia nhiệt của lượng thức ăn ăn vào ñược tăng thêm. Một ví dụ ñưa ra ở ñồ thị 2.1 cho thấy, thức ăn ñược cho ăn ở 2 mức ME là 40 và 100 MJ. ðể ñơn giản, người ta coi quan hệ giữa nhiệt sản xuất và ME ăn vào là tuyến tính. Tăng 60 MJ (BD trong hình 1) làm tăng sản xuất nhiệt 24 MJ (CD). Nhiệt gia tăng như sau: CD/BD hay 24/60 = 0.4 Nhiệt gia tăng chính là sự khác nhau về nhiệt lượng giữa quá trình trao ñổi chất và quá trình ăn của gia súc. ðồ thị 2.1. Phương pháp hiệu số ước tính nhiệt gia tăng của thức ăn Phương pháp ño nhiệt lượng trực tiếp thông qua buồng hô hấp. Hệ thống buồng hô hấp phải ñược ñiều khiển ở ñiều kiện ñẳng nhiệt nhằm tránh gia súc bị stress và giảm bớt sự cần thiết hiệu chỉnh nhiệt của nước, không khí và thức ăn cung cấp cho 8 gia súc. Nhiệt lượng khí sinh ra ñược ño bởi thể tích khí lưu thông qua buồng hô hấp và ñộ ẩm của nó lúc vào và ra. Lượng nhiệt mất ñi ñược hấp thu bởi hệ thống nước tuần hoàn chạy quanh thành của buồng hô hấp; nhiệt lượng qua buồng hô hấp ñược tính toán bởi tốc ñộ dòng chảy của nước và sự khác nhau giữa nhiệt ñộ vào và ra của nước. 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 ñều tiến hành bằng phương pháp gián tiếp. 2.1.3.2. Phương pháp ño nhiệt lượng gián tiếp (Indirect calorimetry) Các chất bị oxy hóa trong cơ thể và năng lượng giải phóng ra từ sự oxy hóa sau ñó chuyển thành nhiệt chủ yếu là ba loại chất cơ bản: carbohydrate, mỡ và protein. Ví dụ một mol phân tử glucose khi bị oxy hóa hoàn toàn sẽ cần 6 mol phân tử O2 và giải phóng ra 6 mol phân tử nước, 6 mol phân tử CO2 và 2,82 MJ (phương trình 1). C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 2,82 MJ (1) Phản ứng oxy hóa mỡ (phương trình 2), ví dụ tripalmitin như sau: C3H5 (OOC.C15H31) + 72,5O2 51CO2 + 49(H2O)3 + 32,02 MJ (2) Một mol phân tử O2 chiếm thể tích 22,4 lít ở ñiều kiện nhiệt ñộ và áp suất tiêu chuẩn. Như vậy một gia súc thu ñược năng lượng từ oxy hoá glucose sẽ sản xuất 2820 KJ/6x 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 O2 và ñược sử dụng trong việc ước tính nhiệt sản sinh ra từ lượng O2 tiêu thụ. Khi chất bị oxy hóa là mỡ thì ñương lượng nhiệt của O2 là 19,61 KJ/lít. Gia súc thông thường không chỉ thu năng lượng từ mỡ hoặc carbohydrate riêng lẻ. Chúng oxy hóa hỗn hợp mỡ, carbohydrate (và cả protein), vì vậy có thể áp dụng ñương lượng nhiệt thích hợp khi chuyển lượng O2 tiêu thụ thành năng lượng nhiệt cần phải biết bao nhiêu O2 ñược sử dụng cho mỗi chất dinh dưỡng. Một tỷ lệ ñã ñược tính toán là thương số hô hấp (RQ). ðây là tỷ lệ giữa thể tích CO2 mà cơ thể gia súc tạo ra và thể tích O2 ñã sử dụng. Bởi vì trong cùng một ñiều kiện nhiệt ñộ và áp suất, một thể 9 tích không khí cố ñịnh có chứa một lượng phân tử cố ñịnh, RQ có thể xác ñịnh ñược từ số lượng phân tử CO2 mà cơ thể gia súc tạo ra và thể tích O2 ñã sử dụng. Từ phương trình 1, RQ cho carbohydrate là 6CO2/6O2 = 1. Từ phương trình 2, RQ cho mỡ (tripalmitin) là 51CO2/72,5O2 = 0,70. Nếu RQ ñã ñược biết, tỷ lệ carbohydrate và mỡ bị oxy hóa có thể xác ñịnh ñược từ một bảng tính sẵn. Ví dụ: RQ = 0,9 chứng tỏ ñã oxy hóa một hỗn hợp 67,5% carbohydrate và 32,5% mỡ và ñương lượng nhiệt của O2 cho hỗn hợp này là 20,6 KJ/lít. Các hỗn hợp bị oxy hóa thường gồm cả protein. Số lượng protein bị dị hóa có thể ñược ước tính từ lượng nitơ trong nước tiểu. Thông thường, mỗi g protein khi bị phân giải sẽ có 0,16 g nitơ bài tiết trong nước tiểu. Nhiệt năng khi ñốt cháy protein (có nghĩa là nhiệt năng sản xuất ra khi protein bị oxy hóa) hoàn toàn phụ thuộc vào tỷ lệ axit amin của protein nhưng bình quân là 22,2 KJ/g. Tuy vậy, protein không bị oxy hóa hoàn toàn trong cơ thể gia súc và cơ thể không oxy hóa ñược nitơ và nhiệt lượng sản xuất ra khi dị hóa 1 g protein chỉ là 18 KJ. Mỗi g protein bị oxy hóa tạo ra 0,77 lít CO2 và dùng hết 0,96 lít O2 và do ñó RQ = 0,8. Nhiệt ñược sản sinh ra trong cơ thể gia súc không chỉ do quá trình oxy hoá các chất hữu cơ mà còn từ các quá trình tổng hợp các thành phần của mô bào. Lượng nhiệt sản sinh ra từ quá trình tổng hợp này có mối liên hệ mật thiết với quá trình hô hấp vì nhiệt ñược tạo ra khi các chất dinh dưỡng ñã bị oxy hoá hoàn toàn. Quan hệ giữa trao ñổi hô hấp và quá trình sản nhiệt bị thay ñổi nếu oxy hoá carbohydrate và mỡ không hoàn toàn. Quá trình này xảy ra ở các trường hợp rối loạn trao ñổi chất ví dụ: Ketosis xẩy ra khi a xit béo không bị oxy hoá hoàn toàn thành CO2 và H2O và carbon và hydro rời khỏi cơ thể dưới dạng các thể keton hay các chất giống keton. Oxy hoá không hoàn toàn cũng xuất hiện trong các ñiều kiện bình thường ở gia súc nhai lại và một trong những sản phẩm cuối cùng của lên men carbohydrate là khí CH4. Trong thực tế lượng nhiệt sản sinh ước tính từ trao ñổi hô hấp ñược hiệu chỉnh cho yếu tố này bằng cách trừ ñi 2,42 KJ cho một lit CH4 sinh ra. Với các quá trình liên quan chặt chẽ như miêu tả ở trên, tổng lượng nhiệt sản sinh từ gia súc nhai lại thường ñược ước tính từ lượng khí O2 tiêu thụ, khí CO2 và CH4 sản sinh ra và N bài tiết trong nước tiểu theo phương trình của Brouwer (1965): 10 HP = 16,18 VO2 + 5,16 VCO2 - 5,90 N - 2,42 CH4 (3). Trong ñó: HP là nhiệt sản sinh ra (KJ) VO2: thể tích O2 tiêu thụ (lít) VCO2: thể tích CO2 thải ra (lít) N: lượng nitơ bài tiết trong nước tiểu (g) CH4: thể tích khí metan ñược sinh ra (lít). Bảng 2.1. Tính toán nhiệt sản xuất ra của 1 bê từ các số liệu trao ñổi hô hấp và ni tơ bài tiết trong nước tiểu. Kết quả của thí nghiệm (24 h) O2 tiêu thụ (lít) 392,0 CO2 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 oxy hoá (g) (14,8 x 6,25) 92,5 Nhiệt sản xuất ra (KJ) (92,5 x 18) 1665 O2 tiêu thụ (lít) (92,5 x 0,96) 88,8 CO2 tạo ra (lít) (92,5 x 0,77) 71,2 O2 sử dụng (lít) (392 - 88,8) 303,2 CO2 tạo ra (lít) (310 - 71,2) 239,5 Nhiệt sản xuất ra từ trao ñổi carbanhydrate và mỡ Hệ số hô hấp cho các chất không phải protein 0,79 ðương lượng nhiệt của O2 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 Nguồn: Blaxter, Graham, và Rook (1955) trích dẫn từ Mc Donald và cs. (2002) Trong một vài tình huống, HP phải ước tính từ một yếu tố duy nhất là lượng O2 tiêu thụ. Nếu RQ là 0,82, ñương lượng nhiệt của O2 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 có thể ñơn giản hóa ñược. ðương lượng nhiệt của O2 sử dụng ñể oxy hóa protein là 18,8 KJ/lít, không khác nhiều so với giá trị 20 KJ/lít oxy hóa carbohydrate và mỡ. Nếu chỉ có một 11 phần nhỏ nhiệt sinh ra từ oxy hóa protein thì không cần thiết phải tính toán riêng và cũng không cần phải xác ñịnh lượng nitơ trong nước tiểu. Ví dụ về tính toán nhiệt sản xuất ra từ trao ñổi hô hấp ñược trình bày ở Bảng 2.1. 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. Thiết bị thường ñược dùng ñể xác ñịnh gián tiếp nhiệt sản sinh ở gia súc là buồng hô hấp. Có nhiều loại buồng hô hấp khác nhau hiện ñang ñược sử dụng (xem hình dưới). 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, CO2, CH4 thải ra và O2 tiêu thụ có thể ñược xác ñịnh một cách chính xác bằng các thiết bị ño. 2.1.3.3. Phương pháp ño năng lượng tích lũy bằng kỹ thuật cân bằng carbon-nitơ Trong nghiên cứu năng lượng ở buồng hô hấp, nhiệt lượng sản sinh ñược ước tính và năng lượng tích lũy ñược xác ñịnh bởi sự khác nhau giữa năng lượng trao ñổi ăn vào và nhiệt sản sinh ra. Tuy nhiên vẫn có một phương pháp khác có thể ước tính ñược năng lượng tích lũy và nhiệt lượng. Ở gia súc sinh trưởng và vỗ béo, các dạng năng lượng ñược dự trữ chủ yếu ở dạng protein và mỡ, còn năng lượng dự trữ dưới dạng carbohydrate trong cơ thể gia súc