动物能量代谢实验技术(第一章)

第一章动物能量代谢的基本原理

第一节能量转换的某些热力学概念

研究能的转换和传递过程及其规律的科学成为热力学。

1、热力学第一定律（能量守恒定律）

能量从一种形式转化为其他形式时，其总量保持不变。

宇宙间能的总量是恒定的，而只是能量的转变与传递。

同一化学反应，不论其经历的过程如何（一步完成或几步完成），只要体系的初态与终态一定，则反应的热效应总是相等的。

2、热力学第二定律

一切自发过程都是不可逆的，热不可能在无外加条件下从低温物体流到高温物体。

3、动能与位能

动能是指可以用于各种生命活动的能量，如物质运输，肌肉收缩，神经传导等；

位能是指一个物体或一个系统中所束缚着的能量，在一定条件下可释放出来变为动能而作功。

4、熵

系统的位能蕴含于系统的秩序之中，系统愈有秩序则所蕴含的位能就愈多。系统当由高能级转向低能级释放出能量的同时，系统的秩序便随之减小，或者说无序度增大了。热力学把这种无序度成之为熵。物体的温度愈高，其无序度愈大，熵4愈低。理论上认为，熵在-273.15℃时等于零。

第二节营养物质的能量

一、燃烧热（总能）

1克分子物质完全氧化时的热效应称该物质的燃烧热，也就是它的总能。

对于有机物质来说，完全燃烧是指C变成CO2，H变成H2O，S变成SO2等。

热的单位是卡，千克，兆卡。

能量的单位是焦耳，千焦，兆焦。

1卡 = 4.184焦耳。

二、营养物质的燃烧热及测定方法

1、营养物质的燃烧热

营养物质的燃烧热取决于营养物质的分子组成。每克C氧化为CO2时产生8.03千卡热能；每克H氧化为H2O时产生34.5千卡热能。

饲料中的产能物质主要为碳水化合物，脂肪和蛋白质。

碳水化合物平均含C 44%，含H 6%，其燃烧时平均产热4.1千卡/克（8.03 * 0.44 + 34.5 * 0.06）；

脂肪平均含C 77%，含H 12%，其燃烧时平均产热9.45千卡/克（8.03 * 0.77 + 34.5 * 0.12）；

蛋白质平均含C 53%，含H 7%，其燃烧时平均产热5.65千卡/克（8.03 * 0.53 + 34.5 * 0.07）。

2、燃烧热的测定方法

1）用氧弹式测热器测定：

将一定量的待测样本置于一密封的厚壁钢弹内，向内充入过量的纯氧，将钢弹浸入一装有水的容器中，用电点燃钢弹内的样本使其与氧充分化和燃烧，所放之热

由水、钢瓶和盛水的容器所吸收，温度升高，将水及整个系统温度上升的度数乘以

其比热，就可得知样本燃烧所放之热-样本的燃烧热。

2）由饲料中产能物质的含量进行推算：

燃烧热（Kcal /100克）= 5.72 *（粗蛋白%）+ 9.5 *（粗脂肪%）+ 4.79 * （粗纤维%）+ 4.03 *（无氮浸出物%）

此类估算模型很多，不同的估算模型是在不同条件下用不同类型的饲料配合出来的，因而，对于不同类型的饲料应选用不同的模型进行估算。

第三节能量在动物体内的转化及测定方法

生产净能

净能（1）生长，肥育

（2）产奶，产毛

代谢能（3）工作

维持净能

消化能热增耗1）基础代谢

（12）维持时的活动

甲烷能（2）养分代谢的热（3）维持体温总能

尿能

（1）饲料养分代谢不完全的残余物（主要为含氮化合物）

（2）内源分解（主要为肌酸酐）

粪能

（1）饲料中未消化的部分

（2）消化道分泌物，粘膜，细菌，酶。

饲料能量在动物体内的转化同样遵从能量守恒定律。

总能 = 粪能 + 尿能 + 甲烷能 + 热增耗 + 净能（维持净能 + 生产净能）

1、总能（GE）

饲料中所含有的全部能量称饲料的总能，也就是饲料的燃烧热。

饲料的总能（燃烧热）一般由氧弹式测热器测定。

在无法用氧弹式测热器测定时也可用数学模型由饲料的营养物质含量估算（见上节）。

2、粪能（FE）

粪能指饲料被动物采食后由粪中所排出的能量，它不但包含饲料中未被消化吸收的能量，还包含动物消化道的分泌物（如消化酶等），动物消化道脱落的粘膜细胞，动物消化道

内的细菌等。

粪能用氧弹式测热器测定。

3、消化能（DE）

饲料总能去掉粪能余下的部分称消化能，即饲料中可被动物消化吸收的能量。

DE = GE - FE

消化能的测定需要进行消化试验，即测定动物食入的饲料量与能值和所排出的粪量与能值，并计算两者之差。

由于用体内法测定饲料的消化率比较繁琐，饲料的种类又比较多，因而很多饲料的消化能值是采用体外法测定或采用数学模型估算出来的。如：

消化能 = 总能×饲料的能量消化率

能量消化率 = 83.3 - 0.15X - O.151X2（X—饲料中粗纤维的含量）

又如：

谷物性饲料: DE = GE(OMD-0.013) (OMD—有机物消化率)

饼类饲料: DE = GE(OMD-0.020)

其它精饲料: DE = GE(OMD-0.015)

OMD = 90.1 - 0.88 CF (CF—粗纤维)

不同饲料的消化能变化很大。

4、尿能（UE）

动物采食饲料后从尿中排出的能量称尿能。对于哺乳动物来说，尿能主要来自于尿素，对于禽类来说，尿能主要来自于尿酸，尿素与尿酸都是饲料蛋白或体蛋白不完全代谢的产物。尿能的测定有两种方法，其一为将尿液干燥后用氧弹式测热器测定，其二为先测定尿中的含氮量，然后根据尿素的含氮量、尿素的能量含量推算出尿能。每克尿素含能量5.5千卡，每克尿酸含能6.7千卡。反刍动物每排出１克尿氮相当于7.41千卡能量；猪每排出1克尿氮相当于6.7千卡能量；禽类每排出1克尿氮相当于8.13千卡能量。

5、甲烷能

反刍动物采食后在瘤胃内发酵产生一定量的甲烷，并随嗳气排出，甲烷中含有能量，此即甲烷能。

每升甲烷含有9.45千卡能量.

甲烷的产生量可在气体代谢试验时收集测定，也可以由有关参数进行估测。

甲烷产生量（克）= 4.012x + 17.68

x--100克可消化碳水化合物

甲烷的能量损失 = DE × 0.1276 (适用于粗饲料)

甲烷的能量损失 = DE × 0.0919 (适用于精饲料)

单胃动物的大肠中虽也有微生物的发酵作用，但产生的甲烷量很少，可以忽略不计。