Efikasnost i Uzgoj 2

Download Efikasnost i Uzgoj 2

Post on 11-Apr-2015

39 views

Category:

Documents

7 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

c

TRANSCRIPT

7. Efikasnost i uzgojAH meso je trava!. Ova bibblijska izjava predstavlja progenitora mnogih interesantnih pitanja. Koliko trave je jednako jednoj kravi, koliko krmiva jednoj svinji!? Jedna od definicija rasta je proces pri kojem se hranjivi materijali okoline inkorporiraju u tkivo ivotinje. Snadbjevanje ivotinja hranom je glavni troak veine uzgojnih postrojenja. U komercijalnom svijetu ivotinjske proizvodnje poveanje efikasnosti je kljuna strategija. Predstavlja takoe i glavni cilj genetikog poboljavanja i moderne ishrane. Svrha ovog poglavja je da ilustruje neke od glavnih koncepta kao i da predoi primjere korinih pristupa u razumjevanju efikasnosti u vezi sa uzgojem. Krajnji ograniavajui faktori rasta efikasnosti ne ukljuuju samo oigledne zakone termodinamike i biohemije, nego i granice postavljene osnovnim vezama izmeu forme i funkcije.

7.1. Numeriki koncept efikasnostiEfikasnost se obino izraava kao odnos ulaza i izlaza. Npr. Povrat energije u tijelu ivotinje iz energije koja je potekla iz hrane, to se moe izraziti kao: Ukupna tjelesna energija/ ukupna energija iz hrane Ili u procentima: Ukupna tjelesna energija x 100/ ukupna energija iz hrane Postoje izuzetci u ovoj generalnog formi koji se definiu od sluaja do sluaja. Npr. Reciprona vrijednost efikasnosti se ponekad koristi kao kod raunanja potrebne koliine hrane za prirast mase jedne jedinke: Koliina konzumirane hrane(kg. po vremenskoj jedinici)/prirast ive vage(kg. po vremenskoj jedinici) Ovaj oblik obino bi se opisao kao "omjer konverzije hrane 'ili kao' konverzija hrane'. Naalost, to se ponekad naziva pogreno kao 'uinkovitost ishrane', a to moe dovesti do zabune. Spektar moguih izraza uinkovitost je vrlo irok. Ona se protee od isto ekonoms kih razloga, kao to su povrat novca / ukupne novane izdatke na jednom, i detaljima efikasnosti biolokih procesa na drugom. Na primjer, netko moe biti zabrinut zbog uinkovitosti s kojom unos proteina hranom se povrati u tkivu ivotinja: prirast teine proteina u tkivima/koliina proteina u hrani ili uinkovitosti kojom se ograniavajui prehrambeni resurs kao to su amino kiseline lizina reciklira kao lizin u jestivom dijelu trupa:

prirast lizina u miiima/masa lizina u prehrani Ove jednaine pokazuju da spektar moguih odnosa moe obuhvatiti uinkovitost na makroekonomskim i poljoprivrednim razinama, a moe se produiti na detaljan ptikaz na staninim i biokemijskim razinama.

7.2. Energija kao osnovica za unos hraneIako su mnoge hranjive tvari potrebne za rast, energiju hrane obino se uzima kao osnovni uvjet i druge hranjive tvari su izraene u odnosu na nju. Sam ivot je energija i dugotrajan proces, kontrolirano izgaranje, i to je pojam koji je ugraen u naslov Maxa Kleiber-ove poznate knjige Fire of Life (1961). Ugljikohidrati, bjelanevine i masti u hrani svi djeluju kao gorivo za ivotne procese. Opisujui ih u smislu njihovog potencijala dobivanja energije sagorijevanjem je sredstvo za razmjenu jednica zajednikom valutom. Iako su krmiva 'gorivo' ivotu, energija nije strogo nutritijent. Energija se oslobaa iz hrane samo sloenim procesima metabolizma. Svi sastavni dijelovi normalne prehrane su osjetljivi na oksidaciju. Neke molekule ne oksidiraju, ve se rekonstruiu u nove molekularne strukture koje se inkorpriraju u ivotinjskom tkivu. Ovo je jo jedan nain gledanja rasta i moe se opisati kao "hemijski rast '. Energija proizvedena fiziolokom oksidacijom se korisiti u dva glavna naina. Prvo se koristi za rad, kao primjerice napajanj pokreta njezinih razliitih miia, kao to su pumpanje krvi u srcu, dijafragma i miii interkostalnog regiona u disanju, i miia udova u pruaju kretanja. Drugo, energija se koristi za odravanje tjelesne temperature koja je uinkovito stvaranje topline. Ako ivotinja nema priliku za prijenos rad na okoli za npr. hodanje uzbrdo sama, onda na kraju se sav posao koji se obavlja unutar vlastitog sustava se prebacuje u okoli kao toplina u nekom obliku. Nije bitno da li totalna oksidacija hemikalija hrane se javlja u laboratoriju ili u ivotinji, jer je ukupni prinos energije svih koraka isti u svakom pojedinom sluaju. To je, naravno, u skladu s prvim zakonom termodinamike koji zahtijeva da se sva energija prijenosa izmeu sustava i njegove okolice budu jednaki zbroju topline i rada koji prenose izmeu njih.

7.3. Jedinice energijeRazliite jedinice koje se koriste u nauci za opisivanje koliine energije, odraava injenicu da se energija moe mjeriti, u pogledu rada ili topline. Neke definicije i izvedenice su dati u nastavku.7.3.1 Dul

Standardna SI (Systeme International) jedinica energije je Dul(Joule). Ona se definira kao sila od 1 N koja djeluje na 1 metru u smjeru djelovanja sile. Jedan Newton je sila koja djeluje kada se masi od 1 kilograma poveava brzina za 1 metar po sekundi svake sekunde u smjeru u kom djeluje. Matematiki stenogram: 1 Joule = 1 kg (m-2s-2)

Nefiziar moe imati neke potekoe sa jedinicom u vezi s tom definicijom. Za one s nekim razumijevanjem elektriciteta moe pomoi odreivanje odnosa izmeu Joule i jedinice elektrine energije: 1 Joule = 1 W(Watt) u trajanju od 1s7.3.2.kalorija

Povijesna jedinica topline koja se koristila se za opisivanje sposobnosti dobivanja energije iz hrane (i goriva) potpunim izgaranjem bila je kalorija.Definicija kalorie je koliina topline potrebna za podizanje temperature 1 grama iste vode za 1 C. Kalorija ima stalnu vrijednost u odnosu na Joule(Dul) 1 kalorija = 4.184 dula. Navedene definicije omoguuju prevoenje svih jedinica energije, ali zbunjenost moe nastati zbog dugotrajne organizacije rije kalorija s energijom u ljudskoj hrani. Kaloriju gore definiranu ponekad nazivamo 'mala' kalorija kako bi se razlikovala od Kalorija s velikim K, to je ekvivalent do 1000 malih kalorija ili 1 Kilokalorija. Kalorija sistem se nairoko koristi u prehrambenoj industriji ljudi, a najee je to Velika kalorija koja se koristi, ali naalost nije uvijek oznaena sa namjenjenim velikim K(C). Znanstveni radovi u Europi gotovo uvijek referiraju u SI sustavu upotrebljavajui Joule. Industrije stone hrane i stoarske skupine u SAD-u i dalje su zadrale njihovu upotrebu sistema kalorija, ali koristite Kilokaloriju(kcal) umjesto veliku kaloriju. Tablica 7.1 daje konverzione faktore za energetske jedinice. Kako bi pokazali neke od konverzija navedenih u tablici 7.1 na primjeru , razmislite: Odavanje topline po danu tijela od70kg odraslog mukaraca = 10.125 kJ = 10,1 MJ = 2420 kcal = 2.42Mcal = 117W za 24h = 2.81kW/h

7.4.Bruto energija stone hraneBruto energija krmiva moe se smatrati toplinom koja nastaje kad jedinica mase hrane potpunosti izgara u kisik da bi dala vodu i ugljini dioksid pod standardiziranim uvjetima temperature i tlaka. Toplina izgaranja se mjeri u laboratoriju koritenjem izgaranja u kalorimetru. Najee koriteni oblik se esto naziva kao kalorimetrijska bomba jer se izgaranje koristi robustan elini cilindar nalik na bombu. U osnovi, maseni iznos ispitnog materijala izgara u atmosferi istog kisika i generirana toplina se biljei kao porast temperature u izoliranom vodoenom kupatilu koje okruuje bombu. Ureaj je prikazan na slici. 7.1

Tabela 7.1. Konverzioni faktori za energetske jedinice 1 joule 1 joule 1 kalorija 1 kilokalorija 1 kilokalorija 1 megakalorija 1 kilowatt h =0.239 kalorija = 1 watt u trajanju od 1 sekunde = 4.184 joule (dula) = 4.184 watta u trajanju od 1 sekunde = 4.184 kiloJula = 1 velika Kalorija (nije preporuljivo) =4.184 megajouls = 3.6 megajouls

U hemijskom pogledu izgaranjem se smatra promjena entalpije izgorenog materijala, a u nekim udbenicima se ovo odnosi na entalpiju izgaranja. U nutricionizmu, rast energetskog potencijala hrane je njegova toplina izgaranja. Gorivu slina priroda hrane lako se razumije u odnosu na sluajeve iz kuhinje, npr. chip-pan vatra i paljenje tosta. Domai eer (saharoza) je uinkovita, ali skupa, zamjena za sredstva za potpalu. Za ilustraciju neka od naela najjednostavnije je uzeti iste prirodne nutritijente kao to je glukoza: Glukoza plus kisik -> ugljini dioksid plus voda i energija Molekularna forma za ove reakcije je: C6H12O6 + 6O2 ----> (6CO2) + 6H2O + energija U nekim sluajevima reakcija se posmatra u smislu "molarnih 'omjera pri emu su atomske mase svakog od atoma i svake molekule sumirane i pretvorene u teini.Postupak je prikazan ispod. Uz pretpostavku da su atomske mase ugljika, vodika i kisika 12, 1 i 16, i referentna teina od 1 g na atom vodika, tada je:

[(C6) 6 x 12] + [(H12) 12 x 1] [(O6) 6 x 16] = 180g glukoze + [(6O2) 12 x 16] = 192 g kisika Iz ega slijedi [(6CO2) 6 x 12 + 12 x 16] = 264 g CO2 + [(6H2O) 12 x 1 + 6 x 16] = 108g vode +a energij (2806 kJ) Linearnim predstavljanjem dobijamo: 180g glukoze + 192g kisika > 264 g CO2 + 108 g vode+ 2806kj

Vrijednost 2806 odnosi se na kJ topline osloboene po gramu molekule glukoze spaljivanjem, tj. 180g glukoze To je ekvivalent bruto energije gustoe 15.6kJ po g ili 15,6 megajoules (MJ) po kg bezvodne iste glukoze. Za koritenje objavljenih vrijednosti toplina izgaranja, bitno je

biti svjestan da se oni mogu dati bilo po jedinici mase materijala ili u sluaju istih kemikalija po gramu molekule. Proieni sastojci hrane imaju karakteristine sposobnosti dobivanja energije kada potpuno sagorijevaju. Osnovni su predstavljeni u tablici 7.2, a razmatranje tih vrijednosti nam odmah pokazuje zato i ivotinje i biljke koriste lipide kao glavno sredstvo za pohranu energije. Table 7.2. Totalni energetski kapacitet preieni sastojaka hrane u MJkg-1 Material MJkg-1 Glukoza Saharoza krob Celuloza Biljno ulje ivotinjska mast Proteini , i --------------------------------------15.6 16.5 17.5 17.5 38.9 39.4 23.6

7.5 Definicije energije krmiva u sistemima ivotinjaivotinja nije jako uinkovita u pretvaranju energije hrane u svoju tjelesnu energiju. Postoji nekoliko komponenti ove neuinkovitosti. Poetna energija hrane ili 'bruto energija' (GE) je jednostavno toplina izgaranja jedinice mase u izvornom materijalu. Sve tvari sadrane u hrani nee ui u metabolike procese ivotinje i vidljivi dokaz za to je proizvodnja izmeta. Energija koja se gubi u obliku neistoa moe se oduzeti od izvorne bruto energije odgovarajue hrane. To se zove 'oito probavljiva energija'. Rije oito znai da fekalne materije nisu strogo samo neprobavljivi materijal ili njegovi derivati, ve sadri i tvari koje su nekad bile "dio" od ivotinja, kao to su oljutene stanice iz zida probavnog trakta i ostaci od sekreta u sustavu, kao to su sluzi. Stoga: Vidljiva probavljiva energija (DEa) = Bruto energija hrane - Bruto energija fekalija Sva navodno apsorbirana energija nije korisna ivotinji. Energija se gubi u procesu fermentacije, osobito u preivaa kroz evoluciju zapaljivih plinova kao to su metan i vodik. Daljnji gubitak energije u prehrani doe u energetsku komponentu urina, uglavnom zbog svog sadraja uree koja je krajnji produkt razgradnje proteina ili katabolizma u sisavaca. Ovo je glavno sredstvo kojim se eliminira viak duika iz aminokiselina. U ptica krajnji proizvod razgradnje aminokiselina je mokrana kiselina. Kada se ovi gubici energije oduzmu od oito probavljive energije, stanje se naziva metabolitika energija (ME), tako da je: ME = GE - DEa - mokrana energija - energija zapaljivih plinova Metabolitika energija je uinkovito dostupna ivotinji za metabolizam i koristi se za proizvodnju topline, obavljanje rada ili rasta. Popis proizvoda moe se proiriti i na potomstvo enke u reprodukciji, vunu i vlakana, mlijeko u laktaciji, te u sluaju kokoi nesilica, jaja.

7.6. Podjela Metabolitike energije u uzgoju ivotinjaJesu li neke vrste uinkovitije od drugih? Jesu li neki pojedinci unutar vrste uinkovitije nego druge? Kakav uinak stopa rasta ima na uinkovitost? Koji je stadij optimalan za klanje ivotinja za maksimalnu uinkovitost? Za izvaenje neke od odgovora na ta pitanja, vano je razumjeti interakcije izmeu rasta i unosa hrane, a takoer od prirode energetskih trokova i reijskih trokova koji su nastali tijekom uzgoja. Podjela energije izmeu razliitih funkcija je glavna rasprava o opim aspektima uinkovitosti kod sisavaca. S take gledita uinkovitosti rasta, jasno je poeljno da se maksimalni iznos od prehrambenih molekula pretvara u molekule rasta i minimalno oksidira u ugljini dioksid i vodu. Jedan od naina izraavanja ove uinkovitosti u odnosu na korisnu energiju isporuene ivotinji i koliinu te energije zadrane u ivotinji ili izgubljene u vidu toplote: ME = R + H gdje ME = unos metabolitike energije, R = sauvana energija, , H = ukupni gubitak topline iz ivotinje; Povrat metabolitike energije iz prehrane u smislu energije tkiva utvreno je na oko 40%, a u veini sluajeva daleko manje. Ova brojka je smanjena mnogo dalje ako se posmatra samo obnavljanje energije u jestivim dijelovima ivotinja. Sastavnice gubitka topline bioloki su od iznimnog interesa i znatan znanstveni napor je potroen u pokuaju logike particije doprinosa razliitih metabolikih procesa. Glavni faktori koji e se uzeti u obzir su: 1. Proizvodnja topline koja je nuna za preivljavanje ivotinja. 2. Proizvodnja topline povezana sa taloenjem proteina ili masti ili pozitivne energije retenciju u ivotinje. Osnovni faktori nastavku. koji utjeu na uinkovitost koritenja energije za rast su pobrojani u

7.7. Odravanje i bazalni metabolizamMinimalna proizvodnja topline iz zdrave ivotinje se postie kada se zaustavi ishrana za neko vrijeme (post), a ivotinja senalazi u termoneutralnom okoliu s najmanje aktivnosti. Srodna mjerenja razliito se opisuju kao bazalni metabolizam (uglavnom se koristi u istraivanjima ljudskie energije), ili metabolizam posta, ili minimalni metabolizam, ili postabsorptivni metabolizam. Eksperimentalni uvjeti se relativno lako postiu u granicama ivotinjskog kalorimetra. Zbog toga su poduzeta mjerenja sa irokim rasponom vrsta. Prehrambeni koncept odravanja iako se odnosi na minimalni metabolizam nije isti, jer ivotinja ne posti , ve jede. Metabolitika energija za odravanje (Mem) definira se kao stopa topline proizvodena od ivotinje koja se dri u termoneutralnom okoliu, gdje je stopa unosa metabolitike energije u hrani tano izbalansirana sa stopom gubitka topline. ivotinja koja se se hrani tako da je stabilna u teini i hemijskom sastavu tijekom vremena, se nalazi u stanju odravanja. Proizvodnja topline odravanja (Mem) uvijek je vea od bazalnog metabolizma

jer proces prehrane, probavljanja hrane i metaboliziranja hrane zahtijeva energiju koja na kraju izlazi iz ivotinja u vidu topline. Toplinska proizvodnja ivotinje pri odravanju dijete je zbir proizvodnje topline mnogih procesa. Glavni inioci su navedeni u tablici 7.3. Odravanje proizvodnje topline. "kombinira faktore 1 i 2 navedene u tablici, dok metabolizam posta iskljuuje faktore povezane s 1. Bazalni metabolizam i zahtjevi za odravanje obino izraeni su na dnevnoj bazi. Na primjer, energije odravanja isporuena u hrani bi se izrazila kao megajoules metabolitike energije po danu, ili mem (MJ dan-1). Odravanje i bazalni metabolizam takoe zavisi i od mase ivotinje. Opsena studija o irokom rasponu razliitih vrsta...