Bài giảng dinh dưỡng và thức ăn thủy sản chương 7 năng lượng và nhu cầu năng lượng

KHÁI NIỆM  Năng lượng là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng sinh ra công của vật chất Từ điển tiếng Việt, 1998  Trong dinh dưỡng ĐV: Năng lượng là nhiệt lượng sản sinh ra trong

DINH DƯỠNG VÀ THỨC ĂN THUỶ SẢN

CHƯƠNG 7

NĂNG LƯỢNG VÀ NHU CẦU

NĂNG LƯỢNG

1 KHÁI NIỆM

 Năng lượng là đại lượng vật lý đặc

trưng cho khả năng sinh ra công của vật chất (Từ điển tiếng Việt, 1998)

 Trong dinh dưỡng ĐV: Năng lượng là nhiệt lượng sản sinh ra trong quá

trình đốt cháy các hợp chất hữu cơ

và được tính bằng calori hay Joule

Đơn vị đo năng lượng:

cal, Kcal, Mcal

Mcal = 1.000 Kcal = 1.000.000 cal

 Năng lượng <-> khả năng làm việc

 ĐVTS có nhu cầu năng lượng ở tất

cả các giai đoạn sống

 Cần E để thực hiện các phản ứng sinh hóa trong cơ thể phục vụ cho duy trì, sinh trưởng và phát triển để tạo ra sản phẩm

 Được sử dụng hoặc tích lũy dưới dạng mỡ hoặc glycogen

Sử dụng năng lượng ở cá

2 Cách xác định giá trị năng lượng

 Hai phương pháp xác định giá trị E:

PP trực tiếp: Đốt cháy thức ăn trong bomb calorimeter, nhiệt sinh ra trong quá trình đốt cháy thức ăn là năng

lượng của TĂ

PP gián tiếp: xác định thông qua năng lượng của các thành phần dinh dưỡng

có trong TĂ (PP ước tính)

Bộ phận đánh lửa Nhiệt kế Cánh khuấy

Nước

Môi trường chứa oxi

Mẫu chứa trong cốc

Bomb caloriemeter

Phương pháp ước tính giá trị năng lượng của thức ăn:

+ Năng lượng thức ăn có thể biểu thị theo năng lượng thô (GE), năng lượng tiêu hoá (DE) và NL trao đổi (ME)

+ Ước tính E của TA: định lượng thành phần DD của TA, rồi sử dụng giá trị E của 1g chất dinh dưỡng để tính

Giá trị E cho 1g các chất dinh dưỡng

Chất DD GE

(Kcal/g)

DE (Kcal/g)

BÀI TẬP

1 Tính hiệu suất sử dụng năng lượng

của các chất DD nêu trên?

2 Rút ra nhận xét?

Giải:

NFE = 100 – (% Nước + % CP + % EE + % CF + % CA)

= 100 – (13 + 35 + 10 + 5 + 7) = 30 Tổng carbohydrate: 30% NFE + 5% CF = 35%

Chất dd trong

HHTA (g/kg)

GE kcal/g chất DD

GE Kcal/kgHHTA

1435

1925

910

4270 Kcal/kg 17,9MJ/kg

3- ĐẶC ĐIỂM CHUYỂN HOÁ NĂNG

LƯỢNG Ở ĐVTS

3.1 Các dạng năng lượng chuyển hóa

Trong cơ thể ĐV, NL có thể được

chuyển từ dạng này sang dạng khác,

đó là:

Năng lượng thô (GE): lấy từ thức ăn

Năng lượng tiêu hóa (DE)

Năng lượng của phân (FE)

Năng lượng nước tiểu (UE)

Năng lượng bài tiết qua mang (GEE)

Năng lượng trao đổi (ME)

Năng lượng tỏa ra dưới dạng nhiệt (HE)

Năng lượng thuần (NE)

Năng lượng dùng để duy trì (NEm)

Năng lượng dùng để sản xuất (NEp)

3.1.1 Năng lượng tổng số (thô)

NL tổng số (Năng lượng thô - Gross Energy - GE)

Năng lượng hóa học có trong thức ăn

chuyển đổi thành nhiệt năng nhờ đốt cháy

Nhiệt lượng sản sinh ra do đốt cháy hoàn

toàn một đơn vị khối lượng thức ăn gọi là

năng lượng thô

Năng lượng thô được xác định bằng máy đo năng lượng (Bomb calorimeter)

Giá trị năng lượng thô của một số chất dinh dưỡng và thức ăn như sau (MJ/kg VCK):

GE cao thấp do tỷ lệ C+H so với Oxy

Thức ăn chứa nhiều tinh bột thì năng

lượng thô thấp hơn so với thức ăn chứa nhiều dầu, mỡ

GE của các acid béo khác nhau do chuỗi Carbon dài hay ngắn quyết định

GE của Protein cao hơn Carbohydrate do

có chứa N, S

Metan chỉ có C và H nên GE cao

3.1.2 Năng lượng của phân

Là NL thô của phân (FE: Feces Energy)

Bao gồm:

 NL của phần TĂ không tiêu hóa

 Từ các sản phẩm TĐC: enzyme tiêu hóa

 Từ các sản phẩm nội sinh: tế bào biểu bì, tê bào màng nhầy…

 Từ sản phẩm bài tiết khác

-> Xác định TLTH biểu kiến và TLTH thực các chất DD có trong thức ăn

Chiếm 20-60% GE ăn vào

3.1.3 Năng lượng tiêu hóa

 NL tiêu hóa: DE (Digestible Energy)

 DE là năng lượng của tổng các chất hữu cơ tiêu hóa

 Hoặc DE là hiệu số của NL thô của

TĂ với NL thô trong phân:

DE = GE – FE

Bài tập:

Lượng ăn vào/cá/1kg/ngày: 0,1kg VCK

GE/kgTĂ: 18,5MJ Lượng phân thải ra/ngày: 30gr (18,5MJ/kg) Tính TLTH NL khẩu phần? Tổng GE ăn vào/cá/ngày:

Giá trị DE tính toán bao giờ cũng thấp hơn giá trị thật vì trong phân chứa các chất

trao đổi không có nguồn gốc từ thức ăn

DE phụ thuộc vào khả năng tiêu hóa thức

ăn, TLTH cao thì DE cao và ngược lại

Giá trị GE và DE của một số chất dinh dưỡng

Chất dinh

dưỡng

GE (kJ/g)

DE (kJ/g)

Cá chình

Rô phi Cá

chép Protein

Mỡ

Carbohydrate

23,9 39,8 17,6

22,2 33,3 6,8

18,9 37,7 16,8

16,8

33,5 14,7

3.1.4 Năng lượng nước tiểu

 NL của các chất thải trong quá trình TĐC

NL mất qua nước tiểu khoảng 3% GE

3.1.5 Năng lượng thải qua mang

NL thải qua mang: GEE (Gill Excretion

3.1.6 Năng lượng trao đổi

Các yếu tố ảnh hưởng đến ME:

 Khả năng tiêu hóa

 Lượng các chất mất qua mang, nước tiểu

Sự sai khác giữa giá trị DE và ME ở cá hồi

Chất dinh dưỡng DE

(kJ/g)

ME (kJ/g)

TL sử dụng

Glucose

Tinh bột chín

Bột sống

15,6 10,6 4,8

13,1 9,0 3,0

83,9 84,9 62,5

Giá trị DE và ME của một số loại thức ăn cá

Nguyên liệu DE (MJ/kg) ME

(MJ/kg) (Cá hồi)

Cá da trơn

Rô phi Cá hồi

- 10,7 10,7 11,2 17,2 2,5

- 11,2

- 16,1

- 36,4 15,2 11,2

-

-

-

- 12,5-14,8 11,3 14,6-19,8

8,1

- 11,5 7,1-10.2

-

-

-

- 10,8-137 9,5-10,3 12,5-17,3

5,8

-

- 5,2-9,4

3.1.7 Năng lượng nhiệt tổng số

 NL nhiệt tổng số: HE (Heat Energy) hay HP

(Total Heat Production)

 Gồm NL nhiệt sản sinh ra trong:

 Tiêu hóa

 Hấp thu

 Quá trình lên men

 Tạo chất thải & bài tiết

 Các hoạt động cơ học (bơi, bắt mồi…)

 Các hoạt động sinh lý bình thường: hô hấp, tuần hoàn, hoạt động tế bào…

3.1.8 Năng lượng thuần

NL thuần (NL tích lũy): NE – Net Energy

NE là hiệu số giữa năng lượng trao đổi với năng lượng nhiệt

NE = ME – HE

= DE – (UE + GEE + HE)

= GE – (FE + UE + GEE + HE)

Các yếu tố ảnh hưởng đến NE?

NE gồm:

+ NL cho duy trì (NEm)

+ NL cho sản xuất (NEp)

-> NE = NEm + NEp

NE là phần NL hữu ích cuối cùng trong quá trình chuyển hóa NL của thức ăn trong cơ thể động vật

THẢO LUẬN Các bạn có suy nghĩ gì về tỷ lệ NE/ME?

3.1.9 Năng lượng cho duy trì

 NL cho duy trì: NEm (Net Energy for Maintenance)

 NL cho duy trì bao gồm:

NL cho vận động

NL cho duy trì các chức năng của cơ thể (hô hấp, tuần hoàn, trao đổi chất cơ bản…)

3.1.10 Năng lượng cho sản xuất

 NL cho sản xuất: NEp (Net Energy for Production)

 NEp gồm:

NL cho tăng trưởng

NL cho sản phẩm

THẢO LUẬN

Dòng chuyển hóa năng lượng thức

ăn ăn vào trong cơ thể động vật thủy sản?

3.2 Sự biến đổi NL trong cơ thể ĐVTS

Sơ đồ chuyển hóa năng lượng trong cơ thể cá (Smith, 1989)

Năng lượng lấy vào (100%)

Năng lượng tiêu hóa

(75%)

Bài tiết qua phân (25%)

Năng lượng trao đổi

Sơ đồ Chuyển hóa năng lượng của thức ăn trong cơ thể ĐV (Webster, Lim, 2002)

GE

DE FE

ME UE, GEE

NE HE (Nhiệt sinh ra do tiêu hóa, hấp

thu; tạo SP tiêu hóa; tạo chất thải

& bài tiết)

NEp NEm (Trao đổi cơ bản, hoạt động bắt

buộc, điều chỉnh thân nhiệt)

3.3 Nguồn cung cấp năng lượng

ĐVTS có thể sử dụng cả 3 nguồn protein, lipid và carbohydrate trong thức ăn làm

nguồn năng lượng:

Nguồn năng lượng từ protein: đắt tiền

nhất, do đó nên cung cấp ở mức tối đa

các nguồn năng lượng không phải protein Tuy nhiên, cá yêu cầu năng lượng từ

protein, lipid hơn ở nhóm động vật trên

cạn

Lipid chứa năng lượng nhiều nhất, được

cá sử dụng hiệu quả Lipid có trong thức

ăn còn làm tăng mùi vị và độ trơn láng của viên thức ăn Lượng lipid cao sẽ trở ngại trong chế biến và bảo quản thức ăn

Khả năng sử dụng carbohydrate làm năng lượng khác nhau tùy loài cá (cá ăn động vật có khả năng sử dụng carbohydrate

kém hơn so với cá ăn thực vật) và tùy loại carbohydrate:

- Dạng đường đơn được tiêu hóa dễ dàng,

- Cellulose, hemicellulose chỉ được tiêu

hóa do vi khuẩn

- Carbohydrate là nguồn năng lượng rẻ

tiền nhất -> sử dụng trong thức ăn ở mức tối đa có thể để giảm giá thành

Tuy nhiên lượng dùng thích hợp là bao

nhiêu đối với từng loài thì vẫn còn đang

nghiên cứu

THẢO LUẬN Các giải pháp làm tăng năng lượng tiêu hóa và năng lượng tích lũy đối với ĐVTS

4- NHU CẦU NĂNG LƯỢNG

• Khó xác định nhu cầu năng lượng cho tôm cá vì rất khó đo năng lượng mất đi ở HE, U, G và F

• Nhu cầu năng lượng phụ thuộc vào:

1/ Nhiệt độ nước 2/ Khối lượng tôm và cá 3/ Trạng thái sinh lý (tăng trong kỳ sinh sản) 4/ Dòng chảy của nước

5/ Ánh sáng 6/ Chất lượng nước và stress (ô nhiễm, độ mặn, oxy…tăng nhu cầu năng lượng duy trì)

7/Thức ăn tiêu thụ

Trong đó, nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng

quan trọng nhất vì:

- Thân nhiệt cá gần giống với t0môi trường

- Khi t0môi trường gần với nhiệt độ tối ưu của ĐVTS thì tăng trao đổi chất, độ ngon miệng và sinh trưởng

- Khi t0môi trường giảm dưới ngưỡng

thích hợp thì giảm trao đổi chất

-> Cần theo dõi t0môi trường nước thường xuyên trong quá trình nuôi

 Trong thực tế, ĐVTS có nhu cầu về protein cao hơn và nhu cầu năng lượng thấp hơn các động

ít hoạt động để giữ yên vị trí của chúng

- Cá và tôm nhận nhiều năng lượng hơn 15-20% so với động vật trên cạn khi phân giải protein (Cá thải khoảng 85% chất thải trao đổi dưới dạng NH3 trực tiếp qua mang vào môi trường nước và cần rất ít năng

lượng do không tốn năng lượng để biến

amoniac thành ure hay acid uric trong lúc động vật có vú phải dùng năng lượng để tạo urea và gia cầm thì tạo acid uric

 Là năng lượng cần thiết để cá đạt một cân bằng giữa năng lượng hấp thu và sử dụng, giữ trọng lượng các mô và của cơ thể không thay đổi

trong khoảng thời gian thí nghiệm

 Năng lượng duy trì được tính bằng Kcal (kJ)/kg

cá trong 24 giờ và ở một nhiệt độ nhất định

 Để xác định nhu cầu năng lượng người ta tiến hành phương pháp cân bằng cacbon hay cân bằng năng lượng hoặc bằng phương pháp nuôi

dưỡng

4.1 Nhu cầu năng lượng duy trì

Nhu cầu năng lượng duy trì của cá thấp

hơn động vật trên cạn vì:

- Tiêu hao ít năng lượng cho sự vận động

và giữ thăng bằng cơ thể

- Không có cơ chế điều tiết thân nhiệt,

- Bài tiết amonia mà không bài tiết ure hay axit uric

Nhu cầu năng lượng duy trì cho cá bình

quân 70 kJ/kg thể trọng hay 50 kJ/kg W0.75(khi nhiệt độ nước 20-240C)

Nhu cầu năng lượng duy trì so với tổng

nhu cầu năng lượng hàng ngày:

- Cá chép: 14-17%

- Cá hồi: 17-24%

- Động vật có vú: 30-59%.

Nhu cầu NL duy trì của ba nhóm cá

(Guillaume, 1999 theo Lê Thanh Hùng, 2000)

Nhóm cá

Khối lượng cá

(g)

Nhiệt độ (0C)

Duy trì (kJ/kg cá/ngày)

60

4.2 Nhu cầu năng lượng tăng trưởng

 Là năng lượng cần thiết để được 1 kg cá tăng trọng

Mức nhu cầu này thay đổi tùy theo thành phần của thức

ăn, đặc biệt là tỉ lệ protein và năng lượng

 Khẩu phần đủ protein, tăng năng lượng thì tăng sinh

Ảnh hưởng của năng lượng và protein khẩu phần đến tốc độ sinh trưởng của cá (cá chép W=170g, cung cấp thức ăn ở mức

DE (MJ/kg VCK)

Protein (% VCK)

41,3 46,5 51,4

18,3 20,1

2,01 2,15

1,99 2,17

2,01 2,14

Page&andrews,1973

Garling&Wilson,1976 Mangalik, 1986

Mangalik, 1986 Li&Lovell, 1992

El Sayed, 1987 Takeuchi et al., 1979

22,7 22,5 23,2 20,5 19,3 24,6 25,8

9,71 2,8

11,6 13,1 12,8 12,3 12,3

22,2 28,8 27,0 27,0 24,4

30 31,5

DE (KJ/g)

DP (%)

Khối lượng (g)

Giống loài

TỶ LỆ DP/DE CHO TĂNG TRƯỞNG TỐI ƯU CỦA MỘT

SỐ LOÀI CÁ (NRC, 1993)

Cho&Kaushik, 1985

Machiels&Henken,

1985

Hung L.T, 1999 Hung L.T, 1999

22,0 21,5**

18,6**

14,4**

15,1 18,6*

DE (KJ/g)

DP (%)

Khối lượng (g)

 Phương trình cân bằng về năng lượng của

ĐVTS có thể được diễn tả như sau:

GE = NE + HE + WE (UE+GEE) + FE

 Theo Brett và Groves (1979) cân bằng năng

lượng thức ăn của cá khác nhau tùy theo tính ăn của cá

5 Tích lũy và sử dụng năng lượng ở cá

5.1 Hình thức tích lũy năng lượng

Lipid: Nguồn dự trữ chủ yếu

 Cá tầng nổi (mè, trắm ) dự trữ lipid nhiều

hơn cá tầng đáy (chép, trê…) do nhiều O2

 Dự trữ ở mô liên kết dưới da (chép, chình,

ngừ), ở trong cơ và giữa các vách cơ (nục,

hồi), ở trong xoang bụng, màng treo ruột

(chép, vược ), trong gan

 Tích lũy dưới dạng triglycerid, phospholipid,

sterol, cholesterol, acid béo tự do

Cơ chế chuyển hoá năng lượng và vận chuyển lipid

Pyruvat carboxylase

Tích luỹ mỡ ở gan

Glucose Acetyl Co-A

(theo con đường Acety Co-A carboxylase

gluconeogenesis ) ( phụ thuộc Biotin )

Glycogen: Nguồn dự trữ quan trọng

- Dự trữ đủ sử dụng trong 24giờ (0,5-1,5%P cơ thể)

- 30-50% glycogen dự trữ biến thành NL

- Định khu ở gan (8-10%P gan), cơ (0,01-1% P cơ), tim (1-2%P tim), não (0,1-0,5%)

- Được sử dụng nhiều khi cá bị đói

- Glycgen ở cơ là NL trực tiếp cho vận động ở giai đoạn đầu, sau đó là từ lipid

- Có sự phối hợp chặt chẽ trong sử dụng NL từ glycogen và lipid

Các hợp chất cao năng (ATP, ADP, …)

- Được tích lũy qua dị hóa thức ăn

- Được huy động trực tiếp và nhanh chóng

để cung cấp NL cho cơ thể

5.2 Sử dụng năng lượng

5.2.1 Mục đích sinh sản

- Cường độ và quy mô phân giải lipid trước sinh sản

- Giảm Lipid ở GĐ I chín sinh dục (quá trình phân

hóa), phân giải lipid chậm lại ở GĐ III và IV (quá

trình sinh trưởng)

- Lượng lipid dự trữ ban đầu trước thời kỳ sinh sản đẩy nhanh tốc độ chín sinh dục Cá già tuổi dễ tích lũy lipid hơn -> Khối lượng gan lớn hơn

- Khối lượng tuyến sinh dục tăng theo sinh trưởng -> mất Protein ở các mô nếu không cung cấp đủ từ

thức ăn

5.2.2 Mục đích di cư

- Di cư để củng cố loài, đa dạng cấu trúc quần thể, mở rộng phạm vi phân bố, cải thiện điều

kiện sống và tăng tỷ lệ sống sót

- Di cư trú đông: do nhiệt độ thấp -> thay đổi chỗ

ở Cá tích lũy Lipid trước khi di cư Lượng Lipid càng cao cá càng nhạy cảm với nhiệt độ và độ tập trung của đàn (tín hiệu di cư)

- Di cư sinh sản: do bản năng giống nòi, điều

kiện sinh sản, thay đổi hoạt tính ở vùng dưới

đồi, tuyến yên Nghiên cứu tiếp tục để biết được đặc trưng của quá trình trao đổi lipid trong cơ

thể cá chuẩn bị cho sinh sản

5.2.3 Mục đích trú đông

- Lipid là nguồn NL cơ bản đảm bảo duy trì

và trao đổi chất trong thời gian trú đông

b) Đem 5kg hỗn hợp này cho cá ăn trong một ngày đêm Thức ăn còn thừa chiếm

20% tổng số thức ăn cho ăn Hiệu suất sử dụng NE/GE là 30%; Năng lượng cho duy trì chiếm 20% NE Hỏi năng lượng cá đã

sử dụng cho sản xuất?

c) Trong phân cá ăn hỗn hợp TĂ trên

nguời ta thu được tổng số 204g CP; 40,8g Lipid; 765g HC và 71,4g Khoáng Hỏi

TLTH VCK, OM, CP, Lipid và khoáng?

THẢO LUẬN NHÓM

Giải pháp sử dụng hiệu quả năng lượng thức ăn đối với tôm, cá

XIN CÁM

ƠN