Содержание сахара и крахмала в кормах
Мы поможем в написании ваших работ!
Мы поможем в написании ваших работ!
Мы поможем в написании ваших работ!
ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Углеводы – обширная группа органических веществ, весьма распространённых во всех природных кормах, особенно в растительных .
Сырая клетчатка – та часть корма, которая остается после последовательного кипячения навески корма в разбавленных кислотах и щелочах. В этому группу безазотисных веществ корма входят собственно клетчатка – целлюлоза, а также пентозаны, гескозаны, инкрустирующие вещества – лигнин, кутин, субертин.
Клетчатка расщепляется в организме до глюкозы под действием фермента микроорганизмов – целлюлазы.
Крахмал в разном количестве содержится во всех природных кормах, особенно в растительных зерновых. Концентрация его в семенах кукурузы доходит до 65-75% , картофеля – 55-60% в СВ. Особая форма крахмала – инулин – в больших количествах обнаруживается в клубнях топинамбура и хорошо усваивается животными.
Единственным представителем полисахаридов и аналогом крахмала в организме животных является гликоген. Он содержится в тканях и кормах животного происхождения, особенно много его в печени (1-4 % от ее массы). В небольшом количестве гликоген обнаружен в кормовых дрожжах и зерне сахарной кукурузы.
Сахара в растительных клетках представлены моносахаридами (глюкоза и фруктоза) и дисахаридами (мальтоза и сахароза).
Сахара накапливаются в больших количествах (до 22%) в виде резервных веществ в кормях сахарной свеклы, моркови и в растениях сорго. Единственный представитель сахаров животного происхождения – лактоза (молочных сахар) – содержится до 4-5 % в молоке коров и других животных. Несмотря на значительное содержание лактозы в молоке, оно не имеет заметной сладости. Объясняется это тем, что лактоза в 4-5 раз менее сладкая, чем сахарозы. Сбраживается лактоза лишь особыми (лактозными) дрожжами, находящимися в кисломолочных продуктах.
Углеводное питание – обеспечение специфических потребностей организма животных в углеводах и восполнение их запасов, истраченных в процессе обмена веществ, за счет углеводов кормов. Данные органические вещества вследствие их быстрой способности к распаду и окислению являются основным энергетическим материалом. Кроме того, они обеспечивают нормальное превращение основных метаболитов, образующихся при распаде белков и жиров.
Жиры кормов и их значение в кормлении сельскохозяйственных животных.
Сырой жир, содержащийся в кормах, делится на простые липиды(жир,воск) и сложные липиды (гликолипиды,фосфолипиды).
Значение липидов:
1. Источник энергии – 1г жира – 38кДж энергии.
2. Жир в качестве структурного материала входит в состав протоплазмы всех клеток.
3. Жиры в организме животных составляют основу многих ферментов, гормонов и витаминов.
4. Жиры принимают участие в синтезе мужских и женских половых гормонов.
5. Жиры являются источником жирных кислот.
6. Жирные кислоты – это строительные блоки в структурах нейтральных жиров и масел, в строении фосфоглицеридов, гликолипидов, эфиров холестерина и некоторых восков.
Дифференцированная и комплексная оценка питательности кормов и рационов.
Питательные вещества, синтезируемые микрофлорой пищеварительной системы жвачных животных.
В переваривании питательных веществ у жвачных главная роль принадлежит микрофлоре преджелудков, с помощью которой усваивается 60-85% сухого вещества корма. Бактериальная масса составляет около 10% от СВ содержимого рубца.
Жвачные животные эволюционно развивали в себе способность ферментировать потребляемый корм с помощью микроорганизмов. Это превосходная особенность наиболее важна для переваривания кормов с большим содержанием клетчатки. В то же время ферментацию в рубце нельзя считать благоприятным способом для переваривания концентрированных кормов, так как в процессе ферментации происходит значительная потеря энергии и азота, в то время как жвачные животные способны переваривать крахмал без предварительной ферментации.
Сложные биохимические превращения, которым подвергаются питательные вещества в преджелудках жвачных, происходят в результате жизнедеятельности огромного количества разнообразных микроорганизмов. Важное значение при этом имеет симбиоз микроорганизмов в преджелудках животного, а также оптимальные условия для культивирования полезных бактерий и простейших.
У КРС температура содержимого желудка – +39-41С. Реакция среды близка к нейтральной. Это очень важно для развития отдельных культур микроорганизмов, так как резко кислая или щелочная реакция кормов сдвигает реакцию рубцового содержимого, а следовательно отражается на процессах переваривания кормов.
Рассматривая роль отдельных культур микроорганизмов, можно подразделить их условно на группы по отношению к основному субстрату. Такое разделение нельзя считать абсолютным, так как некоторые бактерии адаптируются и выживают на разных субстратах: целлюлоза, крахмал, сахара, белки.
Целлюлозу ферментируют бактерии, которые очень чувствительны к кислой среде. Эти бактерии в основном продуцируют уксусную кислоту, которая влияет на уровень жира в молоке. Они чувствительны к уровню жиров в рационе. При содержании жиров свыше 5% от СВ, активность их размножения резко снижается. В связи с этим включение в состав рационов жвачных животных жировых добавок сверх нормы снижает потребление клетчатки, а также ее переваримость.
Крахмал. Крахмалферментирующие бактерии менее чувствительны к кислой среде. Эти бактерии синтезируют в основном молочную кислоту, а отдельные группы – пропионовую.
Сахара. Бактерии, ферментирующие сахара продуцируют главным образом пропионовую и масляную кислоты. Масляная кислота как предшественник жирных кислот оказывает благоприятное влияние на образование молочного жира.
Белок. Многие бактрии, включая те, которые ферментируют углеводы, могут также ферментировать белок. При этом образуется аммиак, который затем использует микрофлора для синтеза белков собственных клеток, и органические кислоты. Избыток аммиака бактерии усвоить не могут, поэтому он всасывается в кровь и выделяется в виде мочевины с мочой.
Научные основы полноценного минерального питания животных. Минеральная питательность кормов.
Минеральные элементы выполняют в организме очень важную роль. Длительное бессолевое питание может привести к гибели животных. Частичный недостаток мин.вещ-в вызывает нарушение обмена вещ-в у животных. Они необходимы для синтеза ферментов, витаминов, гормонов, учувствуют в белковом, жировом, углеводном и водно-солевом обмене. Они составляют в среднем 4-6% от массы тела. По количественному содержанию в кормах они делятся на макроэлементы(более 0,01%) и микроэлементы(менее 0,001%). Н=Нормальное функционирование организма возможно только при оптимальном соотношении данных групп элементов.
Пример: фермент пепсин действует в присутствии водородных ионов соляной кислоты, трипсин – ионов ОН, в щелочной среде.
Длительное использование рационов, в которых преобладают элементы кислотного характера, вызывает у животных ацидоз (закисление организма). Чтобы удержать щелочное равновесие, в рацион необходимо включать корма, содержащие больше щелочных элементов (траву, сено, корнеплоды).
Кроме того, необходимо учитывать рН кормов рациона, который зависит также от содержания в нем органических кислот.
Для удовлетворения потребности организма в минеральных веществах, необходимо знать не только их содержание в кормах, но и степень усвоения (доступность) организмом, которая значительно изменяется в зависимости от вида, физ.состояния, возраста и уровня продуктивности животных. Многие из необходимых мин.элементов можно рассматривать как токсические вещ-ва. Пример: медь и фтор – кумулятивные яды, организм не может их выводить быстро, поэтому повышение дозы таких веществ могут вызвать отравления животных.
Источник
Источник:
Керстен, Роде, Неф, 3-е издание, 2010 год; доклад Леонарда Грубера, учебный и исследовательский центр Раумберг-Гумпенштайн на 37-й конференции по животноводству. Перевод Елены Бабенко
Расширенный анализ состава корма представляет собой дополнение анализа корма по Венде. В нем появляется возможность разложить неточно определенные фракции безазотистых экстрактивных веществ и сырой клетчатки на более точные составляющие (рисунок 1).
В целом разделяют две больших группы веществ:
1. Содержимое клеток растений. В них содержатся:
- Сырой протеин
- Сырая зола
- Сырой жир
- Часть фракции БЭВ: неструктурные углеводы сахар и крахмал, а также “органический остаток”
2. Клеточные стенки. Эта группа включает прежде всего структурные углеводы и подобные вещества (часть фракции БЭВ и сырая клетчатка из анализа по Венде): нейтрально детергентная клетчатка, кислотно-детергентная клетчатка, кислотно детергентный лигнин.
Определение содержания крахмала и сахара в корме
Метод для крахмала базируется на двойном определении. При первом определении пробу обрабатывают разбавленной соляной кислотой при температуре кипения. После очищения (взвешенные частицы в растворе связываются химически) и фильтрации измеряют оптическое вращение раствора методом поляриметрии.
При втором определении пробу экстрагируют этанолом (40%). После обработки фильтрата соляной кислотой здесь также очищают, фильтруют и измеряют оптическое вращение раствора при одинаковых условиях, как при первом измерении.
Разница между двумя измерениями, умноженная на известную постоянную, дает содержание крахмала в пробе в процентах.
При этом методе используется тот факт, что крахмал активен оптически. Он в состоянии поворачивать плоскость поляризованного света (свет плоскости вибрации) на определенный угол. Этот угол поворота можно определить при помощи поляриметра (оптический измерительный прибор).
Определение сахара происходит посредством полной инверсии измерительно-аналитическим способом (определение титрованием) по методу Луффа-Шоорла. Полная инверсия объясняется тем, что сахар (сахароза) также активен оптически. Он поворачивает плоскость поляризованного света направо.
При обработке разбавленной кислотой сахар распадается на смесь глюкозы и фруктозы. При этом направление оптического вращение меняется на противоположное. Раствор становится не правовращающимся, а левовращающимся (инвертированный сахар).
В методе по Луффу-Шоорлу соли меди (ІІ), которые используются как в избытке, так и в точно известной концентрации, снижаются до оксида меди (І) в реакции с инвертированным сахаром. Не использованная медь (ІІ) определяется посредством титрования. Содержание сахара в пробе рассчитывается по расходу раствора для титрования.
Аналитика структурной клетчатки
Анализ по Венде (HENNEBERG & STOHMANN 1864) служит многие десятилетия для характеристики кормов. Но сырая клетчатка не соответствует фактической клетчатки корма, когда под понятием «клетчатка» подразумеваются полимерные вещества, которые не могут расщепляться пищеварительными ферментами позвоночных животных (VAN SOEST & ROBERTSON 1980). Это ведет также к тому, что содержание неструктурных углеводов оценивается ошибочно, поскольку обычно рассчитывается в виде разности БЭВ = СВ – СЗ — СЖ – СП – СК. Причина кроется в очень разных в обоих методах реагентах, которые приводят к разным растворам питательных веществ анализируемого корма. Общее во всех методах то, что следующие один за другим шаги химической обработки неструктурная часть растворяется, а клетчатка определяется как остаток.
Сырая клетчатка
Под сырой клетчаткой понимают часть кормового сырья, свободную от золы, которая остается после обработки разбавленной кислотой и щелочью. Пробу в два шага по 30 минут варят в 1,25% растворе серной кислоты и 1,25%-ом растворе NaOH или КОН. После этого проба обезжиривается ацетоном, высушиватеся и обеззоливается (VDLUFA 1976). Обезжиривание и обеззоливание используется также при детергентном анализе Ван Соеста. Органическая часть остатка дает содержание сырой клетчатки. Изначально она должна описывать менее переваримые углеводы, в то время как под безазотистыми экстрактивными веществами – рассчитанными как разница – понимаются более хорошо переваримые углеводы. Во времена HENNEBERG и STOHMANN (1864) обычным было название «древесная клетчатка». В их «Предложение для обоснования рационального кормления жвачных животных» они рекомендуют использовать понятие «сырая клетчатка».
Исследования VAN SOEST (1977) показали, что обработка кормового сырья кислотой и щелочью в соответствии с методом определения сырой клетчатки в результате не дает полного содержания «клетчатки». Скорее даже большая часть гемицеллюлозы и лигнина растворяются, также часть целлюлозы переходит в раствор.
Как показано в таблице 1, степень растворения лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы в анализе сырой клетчатки сильно зависит от принадлежности кормового сырья к определенной ботанической группе или виду растений. В среднем у бобовых культур растворяется 30% лигнина, у трав – 82% лигнина, у других видов (особенно у сложноцветных и зонтичных) – 52%. Касательно гемицеллюлозы – растворяется 63, 76 и 64%, а целлюлозы – 28, 21 и 22% соответственно.
Таблица 1. Доли (%) лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы, которые расщепляются в процессе определения сырой клетчатки (VAN SOEST 1977)
| Группа | Лигнин | Гемицеллюлоза | Целлюлоза |
| Бобовые | 30 | 63 | 28 |
| (8 -62) | (21 — 86) | (12 — 30) | |
| Травы | 82 | 76 | 21 |
| (53 — 90) | (64 — 89) | (5 — 29) | |
| Другое 1) | 52 | 64 | 22 |
| (10 — 84) | (43 — 84) | (7 — 32) | |
| 1) преимущественно сложноцветные и зонтичные | |||
Таким образом, аналитика сырой клетчатки не в состоянии точно определить волокнистые вещества кормового сырья (как сумму целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина).
Наиболее неблагоприятным последствием этого является то, что безазотистые экстрактивные вещества, содержат не только легкоусвояемые углеводы, но также трудно перевариваемые углеводы и лигнин. Следствием этого может быть то, что усвояемость сырой клетчатки выше, чем у безазотистых экстрактивных веществ (VAN SOEST 1975). Это означает, что четкое и очень важное для кормления жвачных животных разделение на волокнистые и неволокнистые углеводы было и остается невозможным при работе с сырой клетчаткой.
Детергентная клетчатка
Модель стенки клетки по Алберсхайму (NULTSCH 2001)
Чтобы определить фактическое содержание волокон в растении, т.е. содержание нерастворимой матрицы клеточных стенок, Ван Соест разработал так называемый детергентный анализ (VAN SOEST 1963a, 1963b, 1964, 1965, VAN SOEST & WINE 1967, GOERING & VAN SOEST 1970). С его помощью стало возможным правильное разделение углеводов на волокнистые вещества (клеточные стенки) и неволокнистые вещества (содержимое клеток) (VAN SOEST 1967). Содержимое клеток (растворимые углеводы, крахмал, органические кислоты, белок), а также пектин (средняя ламелла) являются более или менее полностью усваяемыми (90 — 100%), в то время как клеточные стенки могут использоваться организмом только через микробную ферментацию в преджелудках.
Уровень расщепления в процессе микробной ферментации зависит от степени лигнификации. Сама лигнифицированная фракция, а также кутин, кремний, дубильные вещества и т. д. являются полностью недоступными (VAN SOEST 1994). Детергентный анализ также позволяет разделить волокна на их основные компоненты, а именно целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин.
Основным препятствием для получения части клеточных стенок растений, в которых содержатся неперевариваемые вещества, является удаление загрязняющего протеина. По этой причине при определении сырой клетчатки используется гидроксид натрия. Но, к сожалению, при этом удаляется не только протеин, но и гемицеллюлоза и часть лигнина. В разработанном Ван Соестом методе анализа используются детергенты, способные образовывать растворимые протеиновые комплексы, благодаря чему они удаляются.
Нейтрально-детергентная клетчатка (NDF)
Совокупность волокнистых веществ, т.е. остаток после варки в растворе нейтрального детергента (NDS, neutral detergent solution) называется нейтрально детергентной клетчаткой (NDF). При этом содержимое клеток при этом растворяется. Детергентный раствор состоит из лаурилсульфата натрия, этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) и триэтиленгликоля, а также буферов бората натрия (буры) и дигидрофосфата натрия для регулирования кислотности среды (рН = 7). Точное поддержание нейтрального pH имеет решающее значение, так как кислотная или щелочная среда может растворить волокна. При этом необходимо соблюдать диапазон pH от 6,95 до 7,05.
Первоначально метод NDF был разработан для определения волокнистых веществ в грубых кормах. Более высокие уровни крахмала в концентрированных кормах мешают анализу NDF или приводят к повышенным значениям NDF. Следовательно, при высоких уровнях крахмала обязательным является удаление крахмала термостабильной амилазой в дополнение к триэтиленгликолю (VAN SOEST et al., 1991). Как тип используемой амилазы, так и ее применение во время анализа влияют на значение NDF (MERTENS 2002). Лучшим решением оказалось использование в процессе экстракции термостабильной амилазы. Использование амилазы в анализе волокнистых веществ обозначается буквой «а», т.е. аNDF.
Метод NDF с момента его создания претерпел несколько модификаций. Это было необходимо, потому что некоторые реагенты больше не были разрешены по причинам влияния на здоровья и потому что метод, первоначально разработанный для грубых кормов, был расширен и на концентрированные корма. Основные модификации описаны VAN SOEST et al. (1991) и MERTENS (2002). Терминология для определения используемого метода NDF была определена UDEN et al. (2005).
Пектин
Пектины полностью растворяются при варке в нейтральном детергенте, даже если они являются частью клеточных стенок. Это часто рассматривается как слабое место данного метода анализа. Растворение пектина обусловлено действием ЭДТА. Но по мнению VAN SOEST и соавт. (1991), пектины занимают особое положение, поскольку они быстро и полностью расщепляются микробами рубца. Это показывает, что, в отличие от гемицеллюлозы, они не ковалентно связаны с лигнифицированным матриксом клеточных стенок. Поэтому их называют растворимой в нейтральном детергенте клетчаткой (NDSF, neutral detergent-soluble fiber) (HALL 2003).
Кислотно детергентная клетчатка (ADF)
Гемицеллюлозa полностью нерастворимa в нейтральном растворе детергента (при рН = 7), но легко растворяется при кислотном и щелочном рН (VAN SOEST & ROBERTSON 1977). Обработка образца катионным детергентом цетилтриметиламмонийбромидом (ЦТАБ) в 1 N серной кислоты (раствор кислотного детергента = ADS) растворяет гемицеллюлозу и большую часть белка. ЦТАБ представляет собой соединение четвертичного аммония с длинноцепочечной алкильной группой и служит комплексообразующим агентом. Остаток называется кислотно-детергентной клетчаткой (ADF). Оставшийся белок (ADIN) не считается доступным для рубцовых микробов (KRISHNAMOORTHY et al., 1982).
Содержание гемицеллюлозы рассчитывается по разнице NDF минус ADF. Таким образом, ADF больше не содержит всю клетчатку, но служит для того, чтобы разделить ее на лигноцеллюлозу и гемицеллюлозу. Кислотно растворимая фракция содержит преимущественно гемицеллюлозу и белок клеточных стенок, в то время как остаток содержит целлюлозу, лигнин и наименее усваиваемые неуглеводы (VAN SOEST 1994).
В процессе определения ADF удаляются многие вещества, которые мешают анализу компонентов клеточных стенок. Поэтому, остаток ADF очень полезен для последовательного определения лигнина, кутина, целлюлозы, неперевариваемого азота и кремния.
Часто ADF определяли вместо сырой клетчатки и также использовали в уравнениях регрессии для прогнозирования переваримости. Однако, поскольку ADF представляет собой только часть клетчатки, отношение между ADF и усвояемостью согласно VAN SOEST (1994) носит преимущественно статистический характер и не основано на биологических взаимосвязях между показателями. Перевариваемость и состав клетчатки в гораздо большей степени определяются условиями окружающей среды во время роста растений (температура, свет, широта, вода, удобрения, почва) (VAN SOEST et al., 1978).
Кислотно детергентный лигнин
Гигер (1985) выделяет три метода анализа:
- прямые гравиметрические методы растворением целлюлозы (первоначально метод Клэйсона);
- косвенные гравиметрические методы из разницы после удаления лигнина;
- измерение поглощения в продуктах окисления лигнина.
В принципе, метод Класона состоит из обработки растворителями и последующим раствором 72% серной кислоты (THEANDER & WESTERLUND 1986). Лигнин является нерастворимым остатком. Метод Класона первоначально был разработан для анализа древесины.
Значения лигнина по Класону в травах обычно в 2-4 раза выше, чем значения ADL и только на 30% выше в бобовых (JUNG et al., 1997). Эти авторы сравнили лигнин по Класону и ADL касательно их влияния на переваримость сухого вещества и NDF для широкого перечня видов растений и обнаружили, что оба метода анализа приблизительно эквивалентны в прогнозировании переваримости, хотя значения лигнина заметно различались.
Метод ADL состоит из двух этапов. В обработке раствором AD (кислотный детергент, см. ADF) с помощью ЦТАБ удаляются протеин и другие компоненты клетки, а также гемицеллюлоза с помощью кислоты. Остаток ADF обрабатывают 72% серной кислотой в течение трех часов, тем самым растворяя целлюлозу. Высушенный органический остаток (определяемый озолением) обозначается ADLsa (sulfuric acid, серная кислота). Если лигнин определяется косвенно и растворяется в K-перманганате (ADLpm, перманганат), получается содержание лигнина из разницы остатка ADF за вычетом углеводного остатка (VAN SOEST & WINE 1968).
Непрямые методы определения ADL связаны с риском того, что при окислении лигнина могут раствориться и нелигниновые углеводы (особенно остатки гемицеллюлозы и пектина. С другой стороны, прямой метод растворяет некоторые компоненты лигнина. В результате значения ADLpm примерно на 20% превышают значения ADLsa (VAN SOEST & WINE 1968). Разница ADF минус ADL указывает на содержание целлюлозы.
О том, как применяется детергентный анализ в Корнеллской системе чистых углеводов и протеина (CNCPS), как определяют различные фракции протеина и углеводов, мы поговорим в следующей статье данной серии.
Источник