动物营养学.能量

第七章 能量,概念 能量不是一种营养素，而是能产生能量的营养素在代谢过程中能被氧化的一种特性。能量也可定义为做功的能力。在体内，化学能转化为热能(脂肪、葡萄糖或氨基酸氧化）或机械能（肌肉活动），也可蓄积在体内。 ,饲料的能量浓度决定饲料的进食量，动物的营养需要或营养供给均可以能量为单位。有效能：饲料中的能量不能完全被动物利用，其中可被动物利用的能量称为有效能。能值：饲料中的有效能含量即反应了饲料能量的营养价值，简称为能值。,第一节 能量来源及能量单位,一、能量的来源能量来源于三种有机物： 碳水化合物、脂肪和蛋白质。在三大营养物质的化学键中贮存着动物所需的化学能。体外产热：碳水化合物：16.70 kJ/g，脂肪为37.70kJ/g，蛋白质为23.60 kJ/g。(1g蛋白质要损失6.5kJ , 其有效能为17.1 kJ/g左右。),三大养分经消化吸收进入体内，在糖酵解、三羧酸循环或氧化磷酸化过程可释放出能量，最终以ATP的形式满足机体需要。能量转换和物质代谢密不可分。碳水化合物是主要的能量来源，脂肪在饲料中含量少，不是主要的能源。蛋白质主要用于提供氨基酸，宝宝湿疹不宜作能源，另外，蛋白质不能完全氧化，氨基酸脱氨基产生的氨过多对动物有害。 鱼类对碳水化合物的利用率低，主要利用蛋白质，其次是脂肪。饥饿时，动用体内储存的糖原、脂肪和蛋白质供能。,二、能量单位,1卡（cal)：将1g水从16.5升高到17.5 所需的热，为4.184焦耳。1千卡（kcal):即1000卡，为家禽饲料工业常用能量单位。1兆卡(Mcal)：等于1000000卡，常用于描述营养素与能量的关系。,1焦耳（J）： 等于107尔格（1尔格是使1g物质1秒钟移动1厘米所消耗的能量）。1千焦耳（KJ）：即1000焦耳。1兆焦耳（MJ）：即1000000焦耳。,我国传统的单位为卡，现在国家规定使用焦耳。卡与焦耳可相互转换。国际营养科学学会及国际生理科学学会确认焦耳为统一使用的能量单位。1cal=4.184J ; 1kcal=4.184kJ; 1Mcal=4.184MJ,第二节 饲料能量在动物体内的转化,饲料总能（GE） 4000卡 粪能（FE）800 卡 消化能（DE） 3200卡 尿能 300卡 气体能（甲烷能） 代谢能（ME） 2900卡 体增热（HI）600卡 净能（NE） 2300卡,净能（NE） 2300卡 维持净能（NEm）1500卡 生产净能(NEp) 800 （1） 基础代谢 （1）生长 （2） 随意运动 （2）产蛋 （3） 维持体温恒定 （3）繁殖 其中：消化能(DE)= 总能粪能 代谢能(ME)= 总能粪能尿能气体能 =消化能尿能气体能 净能(NE)= 代谢能体增热图2-1 能量在体内的转化过程,一、总能（gross energy,GE),总能是指饲料中有机物完全氧化成水、二氧化碳和其他氧化物时释放的全部能量。主要为碳水化合物、粗蛋白质和粗脂肪能量的总和。 ,三大营养物质的能量含量：碳水化合物：17.5kJ/g; 蛋白质23.64 kJ/g;脂肪39.5 kJ/g。与分子中的C/H比值有关，比值越小，释放的能量越多，每克碳氧化成CO2释放的能量（33.81kJ)比每克氢氧化成H2O释放的能量宝宝湿疹（144 .3kJ）低。脂肪平均含77%C、12%H、11%O；蛋白质平均含52%C、7%H、22%O；碳水化合物平均含44%C、6%H、50%O。含O越低，能值越高。,表7-1 部分营养物质及饲料的总能（干物质基础）（kJ/g)葡萄糖 15.65 蛋白质平均值 23.64淀粉 17.50 酪氨酸 24.73纤维素 17.50 尿素 10.54脂肪平均值 39.54 尿酸 32.30牛奶乳脂 38.07 玉米粒 18.41玉米油 39.33 燕麦杆 18.83已酸 14.60 豆饼 23.01,二、消化能（digestible energy,DE),消化能是饲料可消化养分所含的能量，即动物摄入饲料的总能与粪能之差，即：DE=GE-FE式中，FE（energy in feces,FE)为粪中养分所含的总能，称为粪能。,粪中包括以下产能物质：,（1）未被消化吸收的饲料养分（2）消化道微生物及其代谢产物（3）消化道分泌物和经消化道排泄的代谢产物（4）消化道黏膜脱落细胞后三者称为粪代谢物，所含的能量为代谢粪能（fecal energy from metabolic origin products, FmE，m代表代谢来源),真消化能（true digestible energy,TDE),FE 中扣除FmE后计算的消化能称为真消化能，即：TDE=GE-（FE-FmE)用TDE比ADE准确，但测定较难，一般用ADE。,三、代谢能（metabolizable energy,ME),(一）代谢能的计算公式 代谢能是饲料消化能减去尿能（enery in urine,UE)及消化道可燃气体的能量（energy in gaseous products,Eg)后剩余的能量。ME=DE-（UE+Eg)=GE-FE-UE-Eg,尿能 尿能是尿中有机物所含的总能。主要来自蛋白质代谢的产物，如尿素、尿酸、肌酐等。哺乳动物是尿素，禽类是尿酸。每克尿氮的能值：反刍动物31kJ,猪28kJ,禽类34kJ。气体能 气体主要为甲烷。非反刍动物生成的气体较少，可忽略不计。反刍动物消化道（瘤胃 ）产生的气体量大，可达GE的3%10%。,(二)表观代谢能(AME)和真代谢能(TME),内源尿能 尿中能量除来自饲料养分吸收后在体内代谢分解的产物外,还有部分来自于体内蛋白质动员分解的产物,后者称为内源尿能(urinary energy from endogenous origin products,UeE).饲料代谢能分为AME和TME。,表观代谢能AME AME=ADE-(UE+Eg) =(GE-FE)-(UE+Eg) =GE-(FE+ UE+Eg)真代谢能TMETME= TDE-(UE-UeE)+Eg =GE-(FE-FmE)-UE-Eg+ UeE =GE-(FE+ UE+Eg)+(FmE+UeE) =AME+(FmE +UeE),(三）氮校正代谢能（N-corrected metabolizable energy, 缩写为MEn),MEn是根据氮沉积进行校正后的代谢能，主要用于家禽。即根据氮沉积量对代谢能进行校正，使其成为氮沉积为零时的ME。校正公式：AMEn=AME-RN*34.39TMEn=TME-RN*34.39RN:为家禽每日沉积的氮量（g).34.39:为每克尿氮所对应的能量。,（四）影响代谢能的因素,影响消化能、尿能、气体能的因素均影响代谢能 。影响尿能的因素 尿能的损失比较稳定。猪 23%，反刍45%。 影响尿能的因素主要是饲料结构，特别是饲料中的蛋白质水平、氨基酸平衡状况及饲料中有害成分的含量。蛋白质水平增加，氨基酸不平衡，过量或能量不足，增加尿能损失。,猪： 96-0.202*CPME=DE* 100即粗蛋白质每增加1%，消化能转化为代谢能的利用率下降0.202%。,影响气体能的因素有动物种类和饲料性质及饲养水平。气体能在单胃动物可忽略不计。反刍动物，气体能的损失量与饲料性质及饲养水平有关。低质饲料所产甲烷量大，并且气体能随采食量的增加而下降。如：维持水平，占总能的8%，高于维持水平，约占6%7%。,四、净能（Net Energy,NE),NE ：是饲料中用于动物维持生命和生产产品的能量，即饲料的代谢能扣去饲料在提内的热增耗（heat increment, HI)(一）计算公式 NE=ME-HI =GE-DE-UE-Eg-HI,热增耗（HI）,HI又称为特殊动力作用或食后增热，是指绝食动物在采食饲料后短时间内，体内产热高于绝食代谢产热的那部分热能。,HI来源：消化过程产热，咀嚼，营养物质的主动吸收和将饲料的残渣排出体外。营养物质代谢作功产热。营养物质氧化供能与营养物质代谢相关的器官肌肉活动所产生的热量。肾脏排泄做功产热。饲料在胃肠道发酵产热（heat of fermentation, HF),(二）维持净能(net energy for maintenance,NEm)和生产净能(net energy for production,NEp),维持净能:指饲料能量用于维持生命活动、适度随意运动和维持体温恒定部分，这部分能量最终以热的形式散发掉。生产净能：是指饲料能量用于沉积到产品中的部分，也包括用于劳役做功的能量。生产净能的形式：增重净能、产奶净能、产毛净能、产蛋净能和使役净能。,（三）影响净能的因素,影响代谢能、热增耗的因素和环境温度。影响HI的因素主要有：1、动物的种类 反刍动物产生的热增耗高于单胃动物。,表7-2 不同动物和养分的HI（占ME的百分比）,养分 猪 绵羊 牛 粗脂肪 9 29 35 碳水化合物 17 32 37粗蛋白质 26 54 52混合饲料 1040 3570 3570,2、饲料组成不同营养素热增耗不同。蛋白质碳水化合物脂肪 蛋白质含量过高或者氨基酸不平衡，产热量增加。饲料中纤维水平及饲料的形状。消化过程及VFA中乙酸的比例饲料缺乏某些矿物质（鳞、钠）或维生素，热增耗增加。3、饲养水平 当动物饲养水平提高时，热增耗增加。,1kg 饲料能量在产蛋鸡体内的代谢,GE DE ME NE m NE p16.736 13.389 12.134 6.276 3.347FE UE HI 3.347 1.255 2.510能量单位：kJ引自：NRC，1994,第三节 动物能量需要的表示体系,动物的能量需要和饲料的能量营养价值常用有效能表示。不同国家、不同年代，对不同的动物采用的有效能体系不同。,一、消化能体系,世界各地的猪营养需要多采用消化能体系。优点：因粪能是饲料能损失的最大部分，尿能通常较低，所以用消化能来表示动物的营养需要。且相对于代谢能和净能，消化能测定比较容易。,缺点：一般消化能只考虑了粪能的损失，未考虑气体能、热增耗损失，因而不如代谢能和净能准确。反刍动物，消化能往往过高估计了高粗纤维饲料的有效能。,二、代谢能,代谢能在消化能的基础上，考虑了尿能和气体能的损失，比消化能体系更准确，但测定较难。家禽采用代谢能体系：1、粪尿不分，因此消化能测定不易进行，而代谢能的测定比较方便；2、代谢能值变异仅23%，饲料生产能值的变异可高达20%。,三、净能体系,净能 体系不但考虑了粪能、尿能与气体能的损失，还考虑了体增热的损失，比消化能和代谢能更准确。净能与产品能紧密相关，可根据动物的生产需要直接估计饲料用量，或根据饲料用量直接估计产品量，因而净能体系是动物营养学界评定动物能量需要和饲料能量价值的趋势。,净能 体系比较复杂，因为任何一种饲料用于动物生产的目的不同，其净能值不同；为使用方便，常将不同的生产净能换算为相同的净能，如将用于维持、生长的净能换算成为产奶净能，换算过程中存在较大的误差；净能的测定难度大，费工费时。生产上常采用消化能和代谢能来推算净能。,四、能量价值的相对单位体系,（一）总消化养分（total digestible nutrients, 缩写为TDN）TDN 于1910年在美国创建，以后在世界各国广泛应用，对动物营养的研究影响颇大。现在基本上不用了，TDN有时也被引用。,TDN,TDN是可消化粗蛋白、可消化粗纤维、可消化无氮浸出物与2.25倍可消化粗脂肪的总和，其计算公式为：TDN=X1+X22.25+X3+X4X1- 可消化粗蛋白（%或kg)X2-可消化粗脂肪（%或kg)X3-可消化粗纤维（%或kg)X4-可消化无氮浸出物（%或kg),优点：将四项可消化养分合计为一个数值，测算和应用比较方便。TDN实际上是以能量为单位计算的可消化碳水化合物的当量。TDN考虑了部分能量损失，如粪能和尿能损失，未考虑气体损失，因而具有消化能和部分代谢能的含义。1kgTDN=18.4KJ DG=15.1MJ ME由于TDN未考虑能量损失，因而过高地估计了反刍动物利用粗饲料的能量价值。,(二）淀粉价体系,淀粉价体系由德国的剀尔纳（Kellner)于1924年创建，曾广泛用于营养价值的评定和动物营养需要的研究。,淀粉价,淀粉价是通过氮碳实验，测得所采食饲料在动物体内沉积的氮、碳数量，再推算出体内沉积的脂肪量。已知1kg淀粉在阉公牛体内沉积248g脂肪（相当于9.858MJ净能）。将其他饲料沉积脂肪的数量或沉积的净能与淀粉比较，既可得到其他饲料与淀粉的等价量，简称淀粉价。如：1kg 饲料沉积脂肪量与1kg淀粉相同，则该饲料的饲喂价值为1个淀粉价；如沉积的脂肪量仅为1kg淀粉的一半，则该饲料的饲喂价值为0.5个淀粉价。,淀粉价不以能量单位