ILVALORE ENERGETICO DEGLI ALIMENTI

Transcript

1 ILVALORE ENERGETICO DEGLI ALIMENTI

2 VALORE ENERGETICO (V.E.): Il valore nutritivo esprime la quantità di nutrienti che i componenti chimici di un alimento possono rendere effettivamente disponibile per il metabolismo (mantenimento e produzione) dell animale Il valore energetico esprime la quantità di energia resa disponibile dagli alimenti Non tutta l energia degli alimenti viene utilizzata dagli animali

3 Metabolismo energetico Con questo termine si intendono tutte le reazioni chimiche che avvengono nel corpo animale e che utilizzano come prodotto di partenza i principi nutritivi assorbiti dopo la digestione e quelli analoghi provenienti dalle riserve corporee (grasso e proteine) mobilizzati da parte degli animali sottoalimentati. Anabolismo sintesi di molecole più complesse Reazioni endoergoniche Catabolismo scissione di vari composti organici in molecole più semplici Reazioni esoergoniche

4 Metabolismo energetico L energia liberata dalla reazione cataboliche viene immagazinata in forma chimica attraverso l ATP. Non tutta l energia liberata dalle reazioni esoergoniche è utilizzabile ma una parte viene persa come calore (II princ. Termodinamica)

5

6

7 Metabolismo energetico glucidi e lipidi Il metabolismo di questi due gruppi di sostanze è strettamente collegato sia sotto l aspetto anabolico che catabolico. Glucidi presenti nel corpo animale: glucosio, glicogeno Lipidi presenti nel corpo animale: trigliceridi acidi grassi AGV

8 Il glucosio nell organismo animale Nell'organismo animale il glucosio svolge un ruolo importantissimo: 1. fornisce l energia alla cellula 2. il nutritivo per eccellenza del tessuto nervoso in particolare di quello cerebrale 3. è indispensabile per la sintesi degli acidi nucleici; 4. fornisce gran parte (30-40%) dell'energia necessaria per l'attività della ghiandola mammaria; 5. il precursore indispensabile per la sintesi del lattosio nel latte; 6. è la fonte energetica essenziale per lo sviluppo del feto. 7. indispensabile per la sintesi dei grassi nel tessuto adiposo in quanto fornisce la glicerina necessaria per l esterificazione degli acidi grassi. 8. usato anche per fornire il substrato energetico per la contrazione muscolare anaerobia: in questo caso è catabolizzato a lattato che ritorna la fegato per essere ritrasformato in glucosio (ciclo di Cori). 9. l eventuale quota eccedente è convertita in grasso principalmente nel tessuto adiposo o negli adipociti presenti negli altri tessuti.

9 Il glicogeno nell organismo animale Il glicogeno si trova depositato a livello del fegato (glicogeno epatico) e dei muscoli e rappresenta una riserva di glucosio (energia) prontamente disponibile; Quando la concentrazione di glucosio nel sangue diminuisce, il glicogeno epatico viene ritrasformato in glucosio. nei ruminanti il valore della glicemia è basso, e che AGV (acetico, propionico e butirrico) forniscono l 80 % dell apporto energetico. Glicogenosintesi- Nel bovino la sintesi di glicogeno avviene attraverso la gluconeogenesi dal glucosio ematico, può altresì da altri metaboliti quali: aminoacidi glucogenetici e lipogenetici, il cui scheletro carbonioso da luogo a formazione di glucosio l'acido lattico, gli ac. grassi a numero dispari di atomi di carbonio, il glicerolo l'ac.propionico principalmente di origine ruminale

10 METABOLISMO DEI GLUCIDI fegato e muscoli CATABOLISMO Glicogeno Glucosio glicoge nolisi fegato ANABOLISMO Acido piruvico Glucosio glucone ogenesi tutte le cellule glicolisi fegato e muscoli glicoge nosinte si Acido piruvico Glicogeno glicolisi a nae robia Acido lattico + 2 ATP glicolisi a erobia AcetilCoA CO 2 H 2 O + 38 ATP glucidi vanna vannucchi 12

11 Metabolismo dei lipidi CATABOLISMO Trigliceridi lipolisi colesterolo glicerolo + acidi grassi c. chetonici b-ossidazione AcetilCoA Ciclo di Krebs ANABOLISMO AcetilCoA Acidi grassi fino a 16 C desaturazione Biosintesi (citoplasma) Allungamento (mitocondri) CO 2 H 2 O + energia ( ATP) AG insaturi escluso AGE AG a lunga catena Nei mitocondri di tutte le cellule escluso globuli rossi e cervello Sintesi AG e fosfolipidi in tutte le cellule Sintesi trigliceridi solo in intestino, fegato, t. adiposo gh. mammaria

12 METABOLISMO DEI PROTIDI CATABOLISMO Le proteine vengono demolite ad AA Proteina ANABOLISMO Le cellule fabbricano gli AA non essenziali idrolis i ossidazione AA Trasformati o utilizzati per formare altre proteine Le cellule legano insieme gli AA secondo un ordine stabilito dal DNA (sintesi proteica) Sintesi urea fegato Gruppo NH 2 Urea Scheletro carbonioso AA AA proteina AA RNA messaggero AA AA Ossidato Trasformato per produrre in glucosio o ribosoma energia grasso Eliminata con le urine protidi vanna vannucchi 13 AA AA RNAtransfer

13

14 VALORE ENERGETICO (V.E.): Il Valore energetico (V.E.) esprime la quantità di energia che i componenti chimici di un alimento possono rendere effettivamente disponibile per il metabolismo dell animale (mantenimento e produzioni), al netto delle perdite nel corso del processo di utilizzazione (energia netta )

15 V.E. : perché determinarlo La determinazione del V.E. degli alimenti consente: - noti i fabbisogni (mantenimento + produzioni) dell animale, di formulare una dieta bilanciata dal punto di vista dell apporto energetico - di classificare gli alimenti secondo una scala di valori a seconda della loro efficienza di trasformazione energetica nelle diverse produzioni

16 V.E. : unità di misura dell energia Unità di riferimento: Caloria termochimica (cal): quantità di calore necessaria per elevare un g di acqua da 14.5 C a 15.5 C (a pressione normale) Unità di misura dell energia cal = kcal (o Cal) = 1 Mcal Joule (J) : lavoro compiuto dalla forza di Newton quando il suo punto di applicazione si sposta di un m J = kj = 1 MJ dove J = Joule 1 kcal = 4,184 kj 1 kj = 0,239 kcal

17

18

19 ENERGIA LORDA L'energia lorda (EL) è la quantità di energia che si trasforma in calore quando il cibo viene completamente ossidato ad anidride carbonica e acqua. Dipende dalla composizione chimica dell alimento ed in particolare dal contenuto in lipidi.

20 V.E. : energia lorda (EL) L energia lorda si misura in modo diretto mettendo una quantità nota della sostanza da valutare in uno strumento chiamato BOMBA CALORIMETRICA ADIABATICA nella quale viene introdotto ossigeno e la sostanza viene combusta producendo calore

21 V.E. : energia lorda (EL) A e B sistemi di termoisolamento C. massa d'acqua calorimetrica D. bomba calorimetrica E. capsula di platino, contenente la massa p della sostanza in esame e i due elettrodi F. termometro per la misura della temperatura della massa d'acqua calorimetrica G. sistema di agitazione H. apparato per riempire la bomba calorimetrica di ossigeno EL = ((K * DT)-(e 1 *e n ))/P K = costane dell apparecchio DT= innalzamento termico P = peso del campione E 1-n = correzioni

22

23 V.E. : energia lorda (EL) dei diversi costituenti chimici

24 Nell organismo le proteine apportano solo 4,1 kcal a differenza di quanto avviene in bomba calorimetrica dove la combustione è completa con un apporto di 5,7 kcal.

25 (*) NB la PG, l'ee, la FG e gli EI sono espressi in g/kg di SS V.E. : energia lorda (EL) (EL (Kcal/kg SS) = 5,72PG + 9,50 EE + 4,79FG + 4,17EI + DELTA² Valore di correzione (²) per la stima dell'el negli alimenti concentrati(*) Cereali orzo avena mais frumento segale Sottoprodotti crusca di frumento residui macinazione frumento residui macinazione segale germe d'orzo di malteria lievito di birra scarti di lievito farina manioca amido Granella pisello lupino dolce lino arachide soia girasole cotone Farine di estrazione soia di estrazione arachide di estrazione arachide expeller copra estrazione palmisto estrazione palmisto expeller lino estrazione colza estrazione girasole estrazione Farine animali farina di pesce farina di carne Radici e Bulbi bietolc da zucchero bietole da foraggio carote rutabaga patate topinambur polpe secche di bietola

26 ENERGIA LORDA L'energia lorda apportata dagli alimenti è abbastanza costante (18,5 Mj o 4420 Kcal/kg ss) per la predominanza negli alimenti dei carboidrati (strutturali e non) fatta eccezione per alimenti molto ricchi di grasso (panelli) o molto ricchi di ceneri

27 V.E. : energia lorda (EL) di diversi alimenti

28 ENERGIA LORDA La valutazione dell'energia lorda di un alimento fornisce una stima assai imprecisa dell' energia disponibile per l'animale poiche' non tiene conto delle perdite che avvengono durante la Digestione dell'alimento Sua utilizzazione metabolica

29 V.E. : energia digeribile (ED)

30 V.E. : energia digeribile (ED)

31 V.E. : energia digeribile Le perdite di energia digeribile possono essere ridotte facendo ricorso a corrette pratiche alimentari Favorire il corretto rapporto fra AGV senza eccedere nella produzione di metano Evitare gli eccessi proteici Fare attenzione alla quantità e alla qualità dell azoto somministrato favorendo nel rumine la disponibilità contemporanea di energia ed azoto.

32 V.E. : energia metabolizzabile (EM) Energia derivante dai principi nutritivi effettivamente assorbiti e completamente utilizzabili nel metabolismo EM = ED (E gas di fermentazione + E urine) Perdite dovute ai gas di fermentazione: metano - ruminanti (5-10% dell EL) - valori massimi per i foraggi Perdite urinarie: composti azotati - in funzione del livello proteico e del valore biologico della proteina (circa il 5% dell EL) - valori pari a 40 kj/g di N escreto nei monogastrici - valori pari a 60 kj/g di N escreto nei ruminanti

33 Le perdite energetiche come gas e urine sono influenzate dalla composizione della dieta In particolare dipendono dal tenore e dalle caratteristiche dei carboidrati, dall'apporto di proteine e dalla loro degradabilità. Le fermentazioni che avvengono nel rumine principalmente, nel grosso intestino in misura minore, portano alla formazione di composti gassosi, tra cui il metano, che contengono ancora nei loro legami circa l'8% dell'energia alimentare. I gas di eruttazione rappresentano quindi una perdita energetica inevitabile. Questa perdita è incrementata dal calore prodotto dalle fermentazioni. Un'altra fonte di perdita di energia sono le urine che contengono circa il 5 % dell' EG alimentare. Queste percentuali possono variare a seconda del tenore in proteine e carboidrati della dieta e della loro degradabilità.

34 Le perdite energetiche come gas e urine sono influenzate dalla composizione della dieta

35 V.E. : metabolizzabilità (q) Il concetto di metabolizzabilità dell energia esprime quanta parte dell energia lorda sarà presente nei principi nutritivi assorbiti al netto delle diverse perdite (fecali, gas, urine) q = EM/EL Nei ruminanti q varia da 0.4 a 0.7 (più basso nei foraggi, più elevato nei concentrati) Essendo per questi alimenti il valore di EL piuttosto costante, il q varia con la stessa intensità con cui varia EM

36 V.E. : energia netta (EN) Energia disponibile a livello metabolico per il mantenimento e le produzioni al netto di tutte le perdite comprese quelle per i processi digestivi, fermentativi e metabolici EN = EM (E dovuta all heat increment) Perdite dovute all incremento di calore ( heat increment ): processi di digestione degli alimenti (masticazione, deglutizione, ruminazione, peristalsi GI, attività secretoria, ecc.) processi di assorbimento intestinale dei principi nutritivi e trasporto sanguigno e di assorbimento cellulare rendimento imperfetto dei processi metabolici dei nutrienti assorbiti (azione dinamico specifica, A.D.S.): ADS elevata per proteine (16%) rispetto a CHO (6%) e lipidi (3%)

37 V.E. : energia netta (EN) L'extra calore: è l'energia spesa per: (a) digestione e fermentazione; (b) azione dinamico specifica (ADS). L'extra calore è variabile e dipende: - dalla qualità della dieta e dal substrato metabolizzato (L'ADS delle proteine è > di quella dei grassi); -dalla destinazione dell'energia (mantenimento, produzione di latte, carne, ecc.).

38 V.E. : energia netta (EN) Variando l'extra calore cambia l'en. L'EM ha un rendimento medio in EN di circa il: - 72% per il mantenimento; - 60% per la produzione del latte; % per l'ingrasso; - 67% per la produzione di carne (rendimento di mantenimento + accrescimento - ingrasso).

39 V.E. : efficienza di utilizzazione dell EM In condizioni di neutralità termica l energia contenuta nei principi nutritivi assorbiti viene utilizzata per: Mantenimento Produzioni - Variazioni di stato corporeo (accrescimento e ingrasso) - Produzione di latte - Riproduzione - Lavoro NB: Le trasformazioni metaboliche dei principi nutritivi assorbiti per sostenere queste diverse funzioni provocano perdite di energia (calore) variabili EN diversa in funzione della utilizzazione dell alimento

40 Energia netta EN (15-65% di EL) EN si identifica con il valore nutritivo di un Alimento, cioè quella frazione di EL che, detratte le varie perdite, è realmente utilizzata dall animale per: Gestazione Lavoro Mantenimento ENm Metabolismo basale Attività fisiche spontanee Termoregolazione Produzione ENp Accrescimento (ENa) Latte (ENl) Carne (ENc) Uova Etc

41 SCHEMA DELLE VARIE TAPPE UTILIZZAZIONE DELL ENERGIA ALIMENTARE Energia lorda EL (100%) Energia persa con le feci (20-60% di EL) Quota alimentare non digerita Prodotti metabolici, muco, enzimi batteri, ecc Energia digeribile ED (40-80% di EL) Energia persa con i gas di fermentazione (6-10% di EL) Energia persa con le urine (2-8% di EL) Energia metabolizzabile EM (35-65% di EL) Energia persa per l utilizzazione degli alimenti: Fermentazione, digestione, assimilazione Azione dinamico specifica o extracalore (incremento di calore dovuto alle attività digestive, assimilative e fermentative) Energia netta EN (15-65% di EL) Mantenimento Produzione Gestazione Lavoro Latte Carne Uova Etc N.B. Durante le varie tappe di utilizzazione dell energia lorda da parte degli animali si verificano delle perdite di quest ultima

42

43

44 V.N. : andamento dei k

45 V.E. : tipo di energia nelle diverse specie Ruminanti Poiché i valori di k variano in funzione della destinazione metabolica dell energia e della metabolizzabilità è evidente che per uno stesso alimento il contenuto di EN può essere espresso come: EN mantenimento = EM* km EN latte = EM* kl EN accrescimento = EM*ka EN gestazione = EM*kg Dal punto di vista pratico: Nella produzione del latte si utilizza il concetto di EN di lattazione utilizzando il coefficiente kl ENl= EM*kl Nella produzione della carne si utilizza un coefficiente kma che media i coefficienti km e ka ENma = EM* kma

46 V.E. : tipo di energia nelle diverse specie Monogastrici Gli alimenti somministrati ai monogastrici differiscono meno in termini di contenuto di EM Inoltre i valori di efficienza di utilizzazione dell EM in ED (0.95) e dell EM in EN (0.80) sono relativamente costanti Il VN degli alimenti per monogastrici (suini, avicoli ecc.) e i relativi fabbisogni energetici sono quindi espressi in ED o EM NB: Per polli e avicoli si utilizza l EM Erbivori (cavalli) Come per i poligastrici, negli equini si utilizza l EN (Martin-Rosset, INRA) V.N. : tipo di energia nelle diverse specie

47 Il Valore energetico degli alimenti, comunque espresso, non è un valore assoluto ma un valore variabile: Tra le specie capacità individuale Entro la specie livello nutritivo tipo di trasformazione: mantenimento carne grasso latte Composizione della razione

48 k 0,70 0,60 0,50 0,45 0,40 0,669 0,72 0,583 Mantenimento Lattazione Ingrasso 0,619 0,775 0,552 0,57 Variazione del rendimento dell energia metabolizzabile (EM) per il mantenimento (km), la lattazione (kl) e l ingrasso (kf) nei ruminanti, in funzione della concentrazione in EM della razione (q = EM/EL) 0,30 0,318 q 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 ) Kl è indipendente dal livello di produzione lattea ma varia al variare di q; q = EM/EL in particolare per q = 57, Kl = 60; per ogni aumento o diminuzione centesimale di q rispetto a 0,57, Kl aumenta o diminuisce dello 0,4%; km = 0,287q + 0,554; kl ( 1 ) = 0,60 + 0,24 (q - 0,57); kf = 0,78q + 0,006

49 VALORE ENERGETICO (V.E.): sistemi di espressione nei ruminanti Calcolo EN dipende dall efficienza di utilizzazione dell EM che a sua volta dipende da q (metabolizzabilità dell energia) ENL = EM x kl kl = 0,24q + 0,463 q = EM/EL

50

51

52 VALORE ENERGETICO (V.E.): sistemi di espressione nei ruminanti Calcolo EN dipende dall efficienza di utilizzazione dell EM che a sua volta dipende da q (metabolizzabilità dell energia) EN = EM x k Formule per il calcolo dell energia netta a partire dall energia metabolizzabile per le diverse produzioni (INRA)* Lattazione Mantenimento km Ingrasso kl kf = 0,60 + 0,24 (q - 0,57) = 0,287 q + 0,554 = 0,78 q + 0,006 km x kf x 1,5 Accrescimentokmf = km + 0,5 x kf dove q = concentrazione energetica dell energia metabolizzabile EM/EL

53

54

55 VALORE ENERGETICO (V.N.): sistemi di espressione nei ruminanti Le Unità Foraggere Latte L'unità foraggera latte (UFL) corrisponde all'energia netta per la produzione lattea (ENL) di 1 kg di orzo (86% di SS), preso come riferimento, pari a 1700 kcal. (7,11MJ) UFL = ENL : 1700 kcal UFL =ENL : 7.11 (MJ)

56 VALORE ENERGETICO (V.E.): sistemi di espressione nei ruminanti L'unità foraggera carne (UFC) corrisponde all'energia netta per il mantenimento e l'accrescimento di 1 kg di orzo (86% di ss), preso come riferimento, pari a 1820 kcal. UFC = ENma / 1820 kcal ENma = kma X EM UFC =ENm / 7.62 (MJ)

57 VALORE ENERGETICO (V.E.): sistemi di espressione nei ruminanti Negli animali in accrescimento e all'ingrasso l'em é usata contemporaneamente per soddisfare i fabbisogni di mantenimento (con un rendimento pari a km) e quelli per la produzione di carne (con un rendimento pari a ka) ENma = EM x kma kma = (km x ka x 1,5)/(ka + km x 0,5) dove: km = 0,287q + 0,554 ka = 0,78q + 0,006 LN = Livello Nutritivo = 1,5 Kma = (0,3358q2 + 0,6508q + 0,005)/ (0,9235 q +0,2830) q = EM/ EL

58 VALORE ENERGETICO (V.N.): sistemi di espressione nei ruminanti SISTEMA FRANCESE (UFC e UFL) ENl = kl X EM UFL =ENl/7.11 (MJ) ENma = kma X EM UFC =ENm/7.62 (MJ) L UFL e UFC rappresentano la quantità di energia netta apportata da 1 kg di orzo di riferimento

59 1 Kg di orzo 1 UFL = 1700 Kcal Energia netta fornita da 1 kg di orzo per la produzione del latte (1) 1 Kg di orzo 1 UFC = 1820 Kcal Energia netta fornita da 1 kg di orzo per la produzione della carne (2)

60 Il rendimento dell energia metabolizzabile (EM) in energia netta (EN) varia EM ( 1 ) kmf = 67% EN Carne 1 UFL = 1700 kcal (2) kl = 63% EN Latte 1 UFC = 1820 kcal EN Mantenimento = 75 (1) Il valore più elevato dell UFC deriva dal fatto che: il 60% dell EM dell orzo (2700 kcal/kg) è utilizzata per il mantenimento con una efficienza del 75,6% e il 40% per l ingrasso con rendimento del 55,4% con un rendimento globale del 67,5 e una EN = 1820 kcal 2700 x 67,5 = 1820 kcal di EN (2) Per l UFL si considera il rendimento dell EM dell orzo per la sola lattazione che è il 63% con un rendimento in EN di 1700 kcal 2700 x 63 = 1700 kcal di EN

61 (1) L EN del Kg di orzo deriva dal calcolo sul tal quale: EM = 2700 kcal; ENL = EM x kl 2700 x 0,63 = 1700 kcal = 1 UFL (2) L EN del Kg di orzo = 2700 kcal; kmf 0,675*; ENC = EM x kmf = 1820 kcal (*) km = 0,756; kf = 0,554; 2700 x 0,675 = 1820 kcal = 1 UFC km x kf x 1,5 kmf = = 0,675 kf + 0,5 km

62 Il rendimento energetico delle riserve corporee (EN) utilizzate per la lattazione = 0,80 Il rendimento dell EM per la ricostruzione delle riserve energetiche per la lattazione = 0,60 Il rendimento globale per la costituzione delle riserve da utilizzare per la lattazione = 0,48

63 Fabbisogno in UFL 1 kg di latte al 4% in grasso contiene 750 kcal Per produrre 1 kg di latte avremo quindi bisogno di 750 Kcal di energia netta. 1 UFL = 1700 Kcal Per un kg di LN ho quindi bisogno di 750/1700 = 0,44 UFL

64 Fabbisogno in UFL È possibile calcolare il fabbisogno energetico in UFL per kg di lattte attraverso il rapporto : Kcal del latte/1700 Latte % grasso Contenuto calorico Fabbisogno in UFL/ kg di latte È possinile normalizzare il latte al 4% in grasso secondo la formula LN = (0,4+0,15*%in grasso)* kg di latte

65 1 Unità Foraggera Latte UFL In una vacca da latte permette la produzione di 2,5 kg di latte al 3.5% in grasso E corrisponde a: (a) 1 kg di orzo (0,9 Kg SS) (b) 4,0 kg di silomais (1,2 kg di SS) (c) 1,8 kg di fieno (qualità media) (1,5 kg di SS) (d) 2,2 kg di paglia di frumento (~ 1.9 kg di SS)

66 1 Unità Foraggera Carne UFC In un vitellone tardivo di 300 kg permette l accrescimento di 200 g/d E corrisponde a: (a) 1 kg di orzo (0,9 Kg SS) (b) 4,3 kg di silomais (1,3 kg di SS) (c) 2.1 kg di fieno (qualità media) (1,8 kg di SS) (d) 3,5 kg di paglia di frumento (~ 3.1 kg di SS)

67 Energy Value Kcal/g measuring energy content of feeds: STRAW GRAIN Gross Energy Digestible Energy Energy Metabolizable Net Energy INRA MilK and Meat FU (UFL UFV )(energy requirement )

68 ENERGY VALUES - OF FEED

69 Quantità di alimenti che bisogna somministrare ad una vacca da latte o a un bovino in accrescimento per sostituire 1 kg di orzo: Ad una vacca da latte 1 kg di orzo corrisponde a: (a) 1,2 kg di SS di silomais (~ 3,4 kg di tq) (b) 1,4 kg di SS di fieno (qualità media) (~ 1,5 kg di tq) (c) 2,4 kg di SS di paglia di frumento (~ 2,8 kg di tq) Ad un bovino in accrescimento 1 kg di orzo corrisponde a: (a) 1,3 kg di SS di silomais (~ 3,6 kg di tq) (b) 1,7 kg di SS di fieno (qualità media) (~ 2 kg di tq) (c) 3,3 kg di SS di paglia di frumento (~ 3,8 kg di tq)

70 Le UFL della razione sono date dalla somma delle UFL dei singoli alimenti Per assicurare la copertura dei fabbisogni è necessario apportare la correzione per: UFL Razione effetti associativi tra alimenti rapporto foraggi - concentrati

71 Correzione da apportare al valore energetico di razioni per vacche da latte per tener conto delle interazioni tra concentrati e foraggi (effetti associativi). Più semplicemente i valori esprimono le UFL da somministrare giornalmente alla bovina in aggiunta a quelle apportate dalla razione (INRA, 1988) Livello produttivo (kg latte/giorno) Valore medio del foraggio (UFL/kg SS ) ,9 0,1 0,2 0,6 1,1 1,7 2,2 0,8 0,1 0,4 0,9 1,4 1,9 2,5 0,7 0,2 0,7 1,2 1,7 2,2 -