 |
CHƯƠNG
III
NĂNG LƯỢNG
1. GIỚI THIỆU
2. MỘT
SỐ KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
2.1. Năng lượng thô (Gross ennergy-GE)
2.2. Năng lượng thức
ăn ăn vào : (Intake of food energy – IE)
2.3. Năng lượng tiêu hóa (Digestible
energy- DE)
2.4. Năng lượng
trao đổi (Metabolizable energy - ME )
2.5.
Năng lượng sinh trưởng (Retained energy- RE)
3. SỰ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG
TRONG CƠ THỂ ĐVTS
4. NHU CẦU NĂNG
LƯỢNG CỦA ĐỘNG VẬT THỦY SẢN
5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN NHU CẦU NĂNG LƯỢNG
5.1. Hàm lượng protein trong
thức ăn
6. CÁC NGUỒN
THỨC ĂN CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG
| 1. GIỚi THIỆU |
Năng lượng cần thiết cho
mọi hoạt động cần thiết của sinh
vật. Động vật
không có khả năng sử dụng năng lượng
từ mặt trời như thực vật mà chúng phải
sử dụng năng lượng từ thức ăn.
Thức ăn sau khi được tiêu hóa sẽ được
hấp thu vào cơ thể và thông qua quá
tŕnh oxy các chất này sẽ sinh ra năng lượng cho cơ
thể động vật hoạt động và phát
triển.
Mọi quá tŕnh tiêu hóa, trao đổi chất
xảy ra bên trong cơ thể động vật
đều liên hệ đến thay đổi năng lượng.
Khả năng cung cấp năng lượng của
một loại thức ăn là chức năng rất quan
trọng để xác định giá trị dinh dưỡng
của thức ăn đó, v́ vậy cung cấp năng lượng
là một chức năng quan trọng bậc nhất
của thức ăn.
Đối
với động vật thủy sản quá tŕnh trao
đổi năng lượng cũng tương tự như
động vật trên cạn, tuy nhiên động vật
thủy sản sống dước nước nên không
phải tốn chi phí cho quá tŕnh điều ḥa thân nhiệt
và khả năng thải trực tiếp NH3 ra
môi trường ngoài nên cá ít phải chi phí năng lượng
hơn.
| 2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC: |
Calorie
(cla) số lượng nhiệt năng cần thiết
để làm 1 gam nước nóng lên 1oC, tương
đương với 4,184 Joul (J).
Joule
(J) là đơn
vị năng lượng được sử dụng
rộng răi trên thế giới, dùng để diễn
tả năng lượng hóa học, cơ học và
điện tử cũng như khái niệm về
nhiệt.
Trong
dinh dưỡng học, đơn vị năng lượng
thường dùng là calorie g(cal) hay joule (J)
hoặc Kcal, KJ.
1
Kcal= 4.19 KJ hay 1KJ = 0.24 Kcal
1
Kcal = 1000 cal; 1 kJ = 1000 J
| 2.1. Năng lượng thô (Gross ennergy-GE) |
Năng
lượng hóa học trong thức ăn
được đo bằng phương pháp trực
tiếp khi đốt cháy một lượng thức ăn
trong calorie kế, nhiệt lượng sinh ra do sự đốt
cháy thức ăn này gọi là năng lượng thô. Năng
lượng thô tùy thuộc vào thành phần dinh dưỡng
trong thức ăn và có thể được
tính dựa vào năng lượng của protein, lipid và
carbohydrate. Các thành phần khác như vitamin và khoáng th́ cung
cấp một lượng năng lượng không
đáng kể.
1 g protein ̃
5,65 Kcal
1 g lipid ̃
9,45 Kcal
1 g carbohydrate ̃
4,2 Kcal
| 2.2. Năng lượng
thức ăn ăn vào : (Intake of food
energy – IE) |
Khi cho động vật thuỷ sản
ăn, một phần thức ăn không
được cá ăn vào mà bị mất đi vào môi trường.
Do đó năng lượng thức ăn ăn vào (IE) là
năng lượng thô của thức ăn được
động vật
thực sự ăn vào dạ dày. Tại đây một
số chất nội sinh như: emzime, tế bào chết,
chất nhầy sẽ được thêm vào. Các chất
này cùng với một phần thức ăn
không được tiêu hóa bị thải ra ngoài (Feace energy-
FE).
| 2.3 Năng lượng
tiêu hóa (Digestible energy- DE) |
Là
phần năng lượng của thức ăn
thực sự được động vật tiêu hóa. Do
đó năng lượng tiêu hóa sẽ bằng năng lượng
thức ăn ăn vào (IE) khi trừ đi
phần năng lượng thải ra qua phân (FE)
DE = IE – FE
Phần trăm năng lượng
tiêu hóa được tính (DE: IE) được gọi là
tỉ lệ tiêu hóa năng lượng (Apparent digectibility
–AD)
| 2.4. Năng lượng
trao đổi (Metabolizable energy - ME ) |
Năng
lượng trao đổi là phần năng lượng
tiêu hóa trừ đi một phần năng lượng
mất đi do sự bài tiết qua nước tiểu và
mang (Waste energy – WE). Năng lượng trao đổi
chất chiếm khoảng 8% năng lượng thô và thay đổi
tùy theo chất lượng của
thức ăn. Năng lượng trao
đổi một phần sử dụng cho năng lượng
duy tŕ (MEm) và một phần sử dụng cho năng lượng
sản xuất (MEp). Năng lượng
duy tŕ được sử dụng cho duy tŕ trao
đổi chất cơ sở, hoạt động, các
phản ứng sinh hóa… và kết quả mất nhiệt cho
quá tŕnh duy tŕ (Hm). Một phần của
(MEp) sử dụng cho quá tŕnh phân giải protein và lipid (Hp).
Như vậy, tổng lượng nhiệt mất đi
(năng lượng tỏa nhiệt - HE) bao gồm: (i) Năng
lượng mất đi do quá tŕnh duy tŕ (Hm); (ii) năng
lượng mất đi do quá tŕnh sản xuất (Hp).
ME = IE – (FE
– WE)
| 2. 5. Năng lượng sinh trưởng
(Retained energy- RE) |
Là phần năng lượng thực
sự được tích lũy trong cơ thể như
protein hoặc lipid. Năng lượng sinh trưởng sau
cùng được phân chia thành năng lượng sinh
trưởng ở dạng protein (Rep) và năng lượng sinh
trưởng ở dạng lipid (Ref).
| 3. SỰ BIẾN ĐỔI NĂNG
LƯỢNG TRONG CƠ THỂ ĐVTS |
Năng
lượng từ thức ăn
động vật thủy sản ăn vào sẽ được
sử dụng cho nhiều quá tŕnh yêu cầu năng lượng.
Sự phân chia năng lượng sử dụng cho
từng chức năng phụ thuộc vào năng lượng
ăn vào và khả năng tiêu hóa và
hiệu quả sử dụng năng lượng của
động vật thuỷ sản.
Sự
biến đổi năng lượng trong cơ thể cá được Smith (1976) phác họa qua
sơ đồ 3.1.
Mức độ cho ăn tăng dần từ trái sang
phải, từ 0 đến mức ăn tốt đa. Đường thẳng
đứng đứt khúc là giới hạn mức cho
ăn duy tŕ. Phía bên trái của
đường này thể hiện năng lượng
lấy vào nhỏ hơn yêu
cầu duy tŕ và và trọng lượng của cá bị
giảm. Phía bên phải của đường này là
mức năng lượng lấy vào cho cá có khả
năng sinh trưởng. Xa ra khỏi khu vực sinh trưởng,
nghĩa là lượng cho ăn quá mức th́ sinh trưởng
của cá sinh trưởng của cũng sẽ cá bị
giảm.
Phản ứng sinh hoá Hoạt động Giảm khối lượng Duy tŕ Trao
đổi chất cơ sở Sinh trưởng
Nước tiểu và mang Phân
H́nh
3.1: Sự biến đổi năng lượng trong cơ
thể ĐVTS
@ Các khái niệm
về nhu cầu năng lượng của cá
-
Nhu
cầu năng lượng duy tŕ: là
năng lượng cần thiết để cá đạt
một cân bằng giữa năng lượng hấp thu và tiêu thụ, trọng lượng các mô
và của cơ thể không thay đổi trong khoảng
thời gian thí nghiệm. Năng lượng duy tŕ được
biểu diễn bằng kcal (kJ)/kg cá trong 24 giờ và ở
một nhiệt độ nhất định.
-
Nhu
cầu năng lượng cho 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.
Phương tŕnh
cân bằng về năng lượng của động
vật thuỷ sản có thể được diễn
tả như sau:
IE
= RE + HE + WE + FE
Nếu xem xét theo tỉ lệ phân trăm phân chia năng lượng
th́ có thể diễn giải theo phương tŕnh sau (Tacon,
1990):
100 IE = 30 RE + 40 HE
+ 5 WE + 25 FE
Theo Brett và
Cá ăn
động vật: 100 IE = 29 RE + 44 HE + 7 WE + 20 FE
Cá ăn thực vật : 100 IE = 20 RE + 37 HE + 2 WE + 41 FE
H́nh 3.2: Con đường chuyển hóa năng
lượng trong cơ thể cá (Smith, 1989).
Như
vậy với động vật thủy sản, 1/3 năng lượng mất đi do quá tŕnh bài tiết
(trong phân, những phần không tiêu hóa được, nước
tiểu và bài tiết qua mang), 1/3 năng lượng dùng cho
các hoạt động của cơ thể và 1/3 c̣n lại
dành cho sự sinh trưởng. Các giá trị này thay đổi
tùy thuộc mức độ cho ăn và
khả năng tiêu hóa thức ăn của cá (Smith, 1989). Như vậy, năng lượng trao đổi
chất cơ sở càng thấp th́ năng lượng tích
lũy cho sinh trưởng càng cao. Đối với năng lượng tỏa nhiệt
gồm: trao đổi chất cơ sở (duy tŕ các
hoạt động của động vật TS), duy tŕ cho
sự vận động, phản ứng tổng hợp
hay phân giải, lột xác, … đo đó chi phí năng lượng
cho quá tŕnh này khác nhau tùy theo loài. Trong một phạm vi nào đó, để hạn chế mất
năng lượng nên đảm bảo điều
kiện môi trường thích hợp và hạn chế stress
hoặc những hoạt động quá mạnh đối
với cá.
| 4. NHU CẦU NĂNG LƯỢNG
CỦA ĐỘNG VẬT THỦY SẢN |
Cũng như
các động vật khác, động vật thủy
sản cần năng lượng để duy tŕ hoạt
động sống của cơ thể. Năng lượng
này dự trữ trong các liên kết hóa học của các
chất lấy từ thức ăn và
chúng được giải phóng bởi quá tŕnh oxy hóa. Con đường
oxy hóa các chất trong thức ăn
giải phóng năng lượng ở động vật
thủy sản cũng tương tự như động
vật trên cạn. Năng lượng sinh ra từ
thức ăn sẽ được cơ
thể dự trữ lại một phần ở dạng
adenosine triphosphate (ATP).
Động
vật thủy sản là một trong những động
vật chuyển hóa năng lượng từ thức ăn
để xây dựng cơ thể hiệu quả nhất.
Động vật thủy sản sử dụng hiệu
quả năng lượng từ thức ăn là do:
-
ĐVTS có khả năng
thải trực tiếp amonia ra môi trường ngoài (85%
tổng số N2 thải ra), nên không phải
tốn năng lượng để chuyển hóa amonia
thành ure hay acid uric.
-
Chi phí năng lượng cho
thực hiện quá tŕnh tiêu hóa và hấp thu chỉ chiếm
3-5% (ME) của năng lượng trao đổi, trong khi
ở động vật
hữu nhũ là 30%.
-
Do ĐVTS sống trong môi trường
nước có lực đẩy lớn và độ
nhớt nên tôm cá
ít tiêu hao năng lượng cho sự duy tŕ thăng
bằng cho cơ thể và vận động, v́ thế nhu
cầu duy tŕ thấp.
-
Động vật thuỷ
sản là động vật biến nhiệt nên không tiêu tốn nhiều năng
lượng để duy tŕ thân nhiệt.
-
Năng lượng cho phí cho
trao đổi chất cơ sở thấp hơn so
với động vật hữu nhũ và chim
Nhu cầu năng lượng (thô) trong
thức ăn cho tôm sú là khoảng 3100-4000 kcal/kg, cá trơn
là 2750-3100 kcal/kg, cá rô phi 2500- 3400 Kcal/kg, cá chép: 2700-3100 kcal/kg, nhóm cá
biển: 2700-3700 kcal/kg.
Bảng 3.1: Nhu cầu năng lượng cho
một đơn vị tăng trọng của một
số loài cá và động vật khác
|
Giống loài |
Năng lượng |
Tỉ lệ P/E (Kj/mg protein) |
|
|
|
Cho kg thức ăn (MJ/kg) |
Cho kg tăng trọng (Mj/kg) |
|
|
Cá hồi |
12.4 |
18.7 |
28 |
|
Cá trơn |
14.2 |
22.7 |
21.1 |
|
Gà |
12.2 |
30.8 |
16.3 |
|
Heo |
13.7 |
54.9 |
11.7 |
|
Ḅ |
10.4 |
83.2 |
9.6 |
5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
NHU CẦU NĂNG LƯỢNG:
| 5.1.
Hàm lượng protein trong thức ăn |
Trên thực tế, rất khó xác định
nhu cầu năng lượng thực sự của cá mà người
ta dựa vào tỉ lệ năng lượng và protein
tối ưu. Tỉ lệ tối ưu này
rất quan trọng bởi v́ nếu thức ăn vượt
quá nhu cầu năng lượng sẽ giảm sự
bắt mồi của; ngược lại, nếu thức
ăn thiếu năng lượng th́ protein trước
tiên sẽ được dùng để cung cấp năng
lượng thỏa măn nhu cầu của cơ thể.
Hầu
hết các kết quả nghiên cứu trên cá nheo Mỹ
cỡ từ 3-266 g, cho ăn thức ăn nguyên chất và
chế biến ở các điều kiện nhiệt độ
khác nhau cho thấy nhu cầu Protein/năng lượng (P/E)
thích hợp là 26-30 mg protein/KJ hay 8-9 kcal/g protein (Wilson, 1996). Tỉ lệ P/E của một số loài cá trơn
khác cũng tương đương với cá nheo Mỹ,
từ 20-30 mg protein/KJ.
Đối với tôm sú tỉ lệ P/E 28 mg protein/KJ
| 5.2.
Nhiệt độ: |
Khi
nhiệt độ môi trường giảm thấp quá mức cá
phải tăng cường quá tŕnh trao đổi chất
để cung cấp năng lượng cho quá tŕnh duy tŕ
thân nhiệt. hầu hết cá nước
ngọt th́ không phải sử dụng năng lượng
cho quá tŕnh duy tŕ này v́ khi nhiệt độ môi trường
giảm th́ nhiệt độ cơ thể giảm và quá
tŕnh trao đổi chất cũng giảm. Quá
tŕnh trao đổi chất giảm làm cho cá có khả
năng sống một thời gian dài trong mùa đông.
Phần lớn các loài khi nhiệt độ môi trường
tăng quá tŕnh trao đổi chất tăng và cá cũng
ăn một lượng thức ăn lớn hơn do
đó sinh trưởng của cá cũng tăng lên. Tuy nhiên
nếu nhiệt độ tăng quá cao cá sẽ giảm ăn và sinh trưởng sẽ chậm
lại.
| 5.3. Ḍng chảy: |
Tốc
độ ḍng chảy quá mạnh sẽ làm cho cá phải chi
phí một lượng năng lượng rất lớn
cho quá tŕnh chống lải ḍng nước.
Tuy nhiên nếu ḍng chảy quá yếu sẽ
làm cho chất thải khó được giải thoát.
Do đó trong nuôi cá bè thường FCR cao hơn trong nuôi cá
ao, do cá tốn một năng lượng khá lớn cho quá
tŕnh chống lại ḍng chảy.
| 5.4. Mức độ
cho ăn: |
Mức
độ cho ăn có ảnh hưởng
đến chi phí năng lượng của động
vật thuỷ sản. Khi mức độ cho ăn tăng, ngoài trao đổi chất cơ
sở các chi phí cho mọi hoạt động khác
đều tăng nhanh do đó năng lượng cũng
mất đi nhiều. Tuy nhiên nguồn
năng lượng dự trữ cũng được
tích lũy nhiều hơn, nghĩa là sinh trưởng
của động vật thuỷ sản sẽ tăng.
| 5.5. Kích thước
cơ thể: |
Động
vật thuỷ sản nhỏ cần nhiều năng lượng
hơn cỡ lớn tính trên một đơn vị
trọng lượng do giai đoạn nhỏ là giai
đoạn sinh trưởng nhanh. V́ vậy cá nhỏ nên
được cho ăn một lượng
thức ăn nhiều hơn (%BW) cá lớn.
Một
vài yếu tố khác cũng ảnh hưởng tới
việc sử dụng năng lượng của
động vật thuỷ sản như: mật
độ nuôi, oxy thấp, lắng đọng chất
thải….
| 6. CÁC
NGUỒN THỨC ĂN CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG
|
Năng lượng tiêu hóa
và năng lượng biến dưỡng thay đổi
tùy giống loài và phản ảnh đúng giá trị năng lượng có
khả năng sử dụng của loại thức ăn
đó. Trong khi đó, giá trị năng lượng thô chỉ có giá trị tham
khảo ban đầu v́ chúng không nói lên được
khả năng tiêu hóa năng lượng thức ăn. Tuy
nhiên, phương pháp xác định năng lượng
tiêu hóa và năng lượng biến dưỡng rất
khó do việc kiểm soát năng lượng bài tiết qua phân, nước
tiểu và qua mang rất phức tạp.
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 các nguồn năng lượng
không phải protein nên cung cấp ở mức tối đa
có thể được. Các nghiên cứu cho
thấy cá yêu cầu năng lượng từ protein, lipid
hơn ở nhóm động vật trên cạn.
Điều này có thể là do tôm cá bắt buộc phải
cần acid amin và acid béo để cung cấp năng lượng
hơn các động vật khác.
Lipid chứa năng lượng
nhiều nhất trên mỗi đơn vị trọng lượng
và nguồn năng lượng này được cá sử
dụng hiệu quả. Lipid có trong thức ăn
c̣n làm tăng mùi vị và độ trơn láng của viên
thức ăn. Tuy nhiên, nếu lượng
lipid cao sẽ gặp trở ngại trong khâu 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 các loài cá tiêu hóa dễ dàng, nhưng
các dạng phức hợp như cellulose, lignin th́ chỉ được
tiêu hóa do vi khuẩn. Năng lượng
trao đổi carbohydrat của cá đối với cellulose
là 0, 3,8 kcal/g cho nhóm đường được
tiêu hóa. Đối với tinh bột thô là 1.2-2 kcal/g,
nếu được hồ hóa sẽ tăng lên 3.2 kcal/g.
Carbohydrate là nguồn năng lượng rẻ tiền nhất nên sử
dụng trong thức ăn ở mức tối đa có
thể để giảm giá thành thức ăn. Tuy nhiên lượng dùng thích hợp là bao nhiêu đối
với từng loài th́ vẫn c̣n được nghiên
cứu.
Bảng
3.2: Năng lượng tiêu hoá và trao đổi (Kcalo/g)
một số loài cá với các loại dưỡng chất
|
Nguồn |
Năng
lượng thô (GE) |
Năng
lượng tiêu hóa (DE) |
Năng
lượng trao đổi (ME) |
||||
|
|
|
Cá
hồi |
Cá
nheo |
Cá
chép |
Cá
hồi |
Cá
nheo |
Cá
chép |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Protein
|
5.65 |
4.5 |
4.1 |
4.1 |
3.4 |
3.5 |
3.5 |
|
Lipid |
9.45 |
|
|
|
|
|
|
Unsaturated
|
² |
8.5 |
8.5 |
8.5 |
8.5 |
8.5 |
8.5 |
|
Saturated |
² |
7.5 |
8.1 |
8.1 |
7.5 |
8.1 |
8.1 |
|
Phospholipid |
² |
-
- |
-
- |
7.2 |
-
- |
-
- |
7.2 |
Carbohydrate
|
4.1 |
|
|
|
|
|
|
Tinh
bột thô
|
² |
1.6 |
2.5 |
2.5 |
1.6 |
2.5 |
2.5 |
|
Gelatinized Starch |
² |
2.3 |
3.0 |
2.9 |
2.3 |
3.0 |
2.9 |
|
Dextrin |
² |
3.2 |
-
- |
3.3 |
3.2 |
-
- |
3.3 |
|
Xơ |
² |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Trên thế giới, nguồn
carbohydrate thường dùng là bột ngũ
cốc, chủ yếu là các phụ phẩm của các nhà
máy xay xát lúa ḿ. Ở dạng thô, các nguyên liệu này có giá
trị năng lượng rất thấp đối với
cá, do đó, người ta chế biến thành các dạng
tinh bột để nâng cao giá trị năng lượng.
Ở nước ta, nguồn carbohydrate dùng trong các nhà máy
chế biến thức ăn là cám gạo, tấm, bột
bắp, bột ḿ...Giá trị năng lượng nguồn
carbohydrat sẽ tăng lên nếu quá tŕnh chế biến
thức ăn được hồ hóa tốt.
|
     |