Хранителната енергия се определя като енергията, отделяна от въглехидрати, мазнини, протеини и други органични съединения.
Свързани термини:
Изтеглете като PDF
За тази страница
Безопасност на храните: Технологии/техники за анализ на храните
Енергия
Хранителната енергия се определя като енергията, отделяна от въглехидрати, мазнини, протеини и други органични съединения. Когато трите основни калоригенни хранителни вещества (въглехидрати, мазнини и протеини) в храната се изгарят изцяло с достатъчно количество кислород, тя освобождава енергия или хранителни калории, изразени в килоджаули (kJ) или килокалории (kcal). Хранителната енергия обикновено се измерва с калориметър с бомба, базиран на топлината на изгаряне (Insel et al., 2012).
Енергията, отделяна от определена храна, е критичен параметър в храненето. Няколко хронични заболявания като затлъстяване, диабет и сърдечно-съдови заболявания се считат за причинени от излишния прием на енергия. Сега всички производители на храни трябва да етикетират енергията на своите продукти, за да помогнат на потребителите да контролират енергийния си прием. Мазнините имат най-голямо количество хранителна енергия на маса, до 9 kcal g -1. Повечето въглехидрати и протеини имат приблизително 4 kcal g -1, докато влакната имат по-малко поради ниската си смилаемост и абсорбция в човешките тела (Insel et al., 2012). Ограничаването на дългосрочната консумация на високоенергийни храни, богати на мазнини и захар, може да намали честотата на затлъстяване и други заболявания.
Биоенергетика в условия на аквакултури ☆
Един прост модел на енергийно разделяне
Хранителната енергия (С) е брутен прием, обикновено изразен като дневна норма, но не всичко това е достъпно за рибите. Някои от тях се изпразват във фекалиите (F) и има загуби като отделяне на урина (U) и чрез дифузия от телесната повърхност, включително хрилете на рибите. От това могат да се дефинират две количества: усвоена и абсорбирана енергия (DE) и метаболизираща се енергия (ME) (фиг. 2). DE е разликата между енергията на храната и фекалните загуби (т.е. DE = C − F). ME е разликата между енергията на храната и сумата на загубите във фекалиите, урината и по телесната повърхност, така че ME = C− (F + U). С други думи, ME е енергията, която е на разположение за задоволяване на изискванията за запазване на живота и за отглеждане и размножаване.
Метаболитните разходи от животно често се измерват като количество произведена топлина; това обикновено се нарича дишане (R). Разликата между ME и R е задържана енергия, която обикновено се нарича производство (P): ME − R = P. Когато животното е лишено от храна (C = 0), телесните тъкани се катаболизират, за да поддържат R, P е отрицателен и животното губи телесна маса. От друга страна, ако животното яде малко храна, но задържането на енергия е нула във времето (т.е. P = 0), има равновесие и животното отговаря на изискванията си за поддръжка (Фиг. 4).
Фиг. 4. Връзката между производството и приема на храна, илюстрираща ключови моменти, свързани със задържането на енергия.
С увеличаване на C се увеличава и R; R е по-голям при поддръжка, отколкото при животни, които са лишени от храна, и тъй като C се увеличава над поддръжката, R продължава да се увеличава. При нарастващо животно увеличаването на C води до запазване на пропорция (r) от ME като P и пропорция (1 − r) при загуба на дишане (R). С други думи, r е мярка за ефективността, с която енергията се задържа като производство, или ефективността на използване на енергията. Ефективността на използване на енергията не е постоянна, но варира в зависимост от количеството консумирана храна. Ако връзката между P и C е нелинейна, ефективността на задържане е най-висока в точката, където линия, изтеглена през началото, се пресича с начертаната линия, която изобразява връзката между P и C (Фиг. 4). Ефективността, с която C се запазва като P, обикновено се изразява като процент, ефективността на превръщането на храната. В земеделската практика понякога се използва реципрочната ефективност на преобразуване на храните, т.е. количеството храна, необходимо за производството на дадена единица продукция или печалба, съотношение фураж: печалба.
ЗАХРАНВАНЕ | Използване на електричество в хранителните технологии
Използване на електроенергия от секторите на хранителната промишленост
През последните две десетилетия енергийните разходи за храна непрекъснато нарастваха. През 1996 г. закупената електроенергия представлява над половината от общата енергия, използвана за преработка на храни. Потреблението на електроенергия при мелене на зърно, преработка на месо, консервирани плодове и зеленчуци представлява съответно 23, 19 и 13% от общото потребление на електроенергия в хранителната промишленост. Някои преработватели на храни експлоатират съоръжения за когенерация, използвайки излишна топлина за производство на електроенергия, но приблизително 92% от общата електроенергия, използвана от хранителната индустрия в САЩ, се закупува от комунални компании. Приблизително 87% от електроенергията се използва от моторно оборудване като компресори, помпи, миксери, мелнички, вентилатори и др. Таблица 1 сравнява разходите за електричество с общите енергийни разходи при преработката на храни. Потреблението на електроенергия се е увеличило приблизително с 3% годишно от 48,9 млрд. KWh през 1986 г. до 69,1 млрд. KWh през 1999 г. Таблица 2 показва тенденциите в разходите за електрическа енергия от 1980 до 1996 г.
Маса 1 . Електричество срещу обща енергия, използвана за преработка на храни
| Общо хранителна индустрия | 3364 | 5799 | 58,0 |
| Месни продукти | 614 | 884 | 69.5 |
| Млечни продукти | 401 | 632 | 62.4 |
| Консервирани плодове/зеленчуци | 459 | 804 | 57.1 |
| Продукти за мелница за зърно | 683 | 1142 | 59.8 |
| Хлебни изделия | 241 | 426 | 56.6 |
| Захар/сладкарски изделия | 177 | 424 | 41.7 |
| Мазнини и масла | 180 | 456 | 30.8 |
| Напитки | 345 | 584 | 59.1 |
| Разни | 464 | 447 | 59.1 |
Източник: Годишно проучване на производителите от 1996 г., Министерство на търговията на САЩ, с разрешение.
Таблица 2. Ръст на потреблението на електроенергия при преработката на храни като процент от общите разходи за енергия
| Общо храна | 41,0 | 51.8 | 57.4 | 58,0 |
| Месни продукти | 51.4 | 59.6 | 69.2 | 68,5 |
| Млечни продукти | 47.3 | 58.8 | 66.1 | 64.3 |
| Консервирани плодове/зеленчуци | 37.3 | 52.1 | 55.8 | 57.1 |
| Продукти за мелница за зърно | 44,0 | 53,0 | 57.5 | 59.8 |
| Хлебни изделия | 43.3 | 47.9 | 55.7 | 56.6 |
| Захар/сладкарски изделия | n/a | 35.9 | 34.9 | 41.7 |
| Мазнини и масла | 26.8 | 40.1 | 42.5 | 39.4 |
| Напитки | 43.1 | 52.1 | 61.1 | 59.1 |
| Разни | 48,0 | 54.8 | 53.8 | 59.1 |
Източник: Годишно проучване на производителите. Министерство на търговията на САЩ, с разрешение.
АКВАКУЛТУРА | Физиология на рибите в културни среди
Биоенергетика
Храната (енергията), консумирана от риба, се използва за задоволяване на метаболитните нужди на съществуващите тъкани, губи се за околната среда като отпадъци или, ако има излишък, може да се синтезира в нова тъкан. Този счетоводен процес обикновено се нарича енергиен бюджет на рибата или биоенергетика. Общото уравнение, използвано за илюстриране на разпределението на енергията на рибите в аквакултурата (или други условия), както е предложено от Уорън и Дейвис през 1967 г., е дадено като
където C е скоростта на енергопотребление, г-н стандартната скорост на метаболизма, Ma активната скорост на метаболизма, SDA специфичното динамично действие, F скоростта на загуба на енергия във фекалните вещества, U скоростта на загубата на енергия в урината, Gs скоростта на енергията разпределение за растежа на соматични тъкани (протеини, липиди и структурни елементи) и Gr скоростта на разпределение на енергията за растежа и съзряването на репродуктивните тъкани (Вижте също ТЕМПЕРАТУРА | Мерки за термична толерантност).
В аквакултурата общата цел е да се увеличи максимално скоростта на Gs (понякога също и Gr), като същевременно се свежда до минимум разпределението на енергия към останалите отделения. Постигането на този баланс изисква от културистите да максимизират излишъка от налична енергия, като същевременно осигуряват физиологично оптимални условия за растеж и свеждат до минимум необходимостта рибите да разпределят енергия в отделения за растеж като Mr или MA. Намаляването на рибната активност до нива, които максимизират производството на соматична тъкан, и по този начин намаляването на Ma, е доста лесно и може да бъде постигнато чрез внимателното проектиране на културните системи (напр. Писти или резервоари). Намаляването на енергията, изразходвана за различни аспекти на г-н, като осморегулация, поглъщане на кислород и киселинно-алкален баланс, изисква по-големи усилия, тъй като физикохимичната среда влияе върху тези аспекти на физиологията на рибата. За щастие, нашето разбиране и способност да манипулираме фактори на околната среда като концентрация на разтворен кислород, соленост и рН са достатъчно напреднали, така че да има на разположение техники и оборудване за това.
За по-нататъшна дискусия по тази тема в енциклопедията, Вижте също ЕНЕРГЕТИЧНИ МОДЕЛИ | Биоенергетика в условия на аквакултури .
Хранене
Шери М. Луис,. Джоузеф Дж. Кнапка, в Лабораторния плъх (Второ издание), 2006
Б. Енергия
Хранителната енергия се изразява в калории или джаули. Калорията е количеството енергия, необходимо при една атмосфера под налягане, за да се повиши температурата на 1 g вода от 14,5 ° C на 15,5 ° C (NRC, 1981). Джаулът (J), предпочитаната единица на Le Système International d'Unites (SI; Международна система от единици), често се използва алтернативно. Една калория е равна на 4.184 J.
Когато хранителен продукт е напълно окислен в бомбен калориметър до CO2 и вода, освободената енергия е известна като брутна енергия (GE). GE на храната може да се изрази в килокалории на грам. Средните концентрации на GE във въглехидрати, протеини и мазнини са оценени съответно на 4,1, 5,6 и 9,4 kcal/g (Mayes, 1996a).
Въпреки това, не всички GE в храната са достъпни за животните поради загуби в храносмилането и метаболизма. GE на храна, минус GE, съдържаща се в изпражненията, се равнява на привидната смилаема енергия (DE). Привидната DE е функция на състава на диетата, количеството консумирана диета и степента, до която диетата се усвоява в стомашно-чревния тракт. Диетичните компоненти с високо съдържание на фибри (по същество растителна целулоза) се използват по-добре от животни със значителна стомашно-чревна микробна ферментационна способност. Тъй като гризачите зависят от ендогенните стомашно-чревни храносмилателни ензими за повечето храносмилателни процеси, диетите с високо съдържание на фибри не се използват добре от плъховете и влакната често се използват за разреждане на енергийната плътност на диетите на гризачи.
Привидната ME на храна е равна на GE, минус GE на фекалиите, минус GE на урината и минус GE на горими газове (като следствие от храносмилателните процеси). В повечето случаи газообразните загуби на GE до голяма степен са под формата на метан от микробна ферментация в предното или задното черво. Загубата на газообразна енергия не е значителна за плъховете и често се пренебрегва (Lloyd et al., 1978).
Системата, най-широко прилагана за оценка на привидната ME на храните, е изчислена чрез използване на физиологични стойности на горивата. Тази система използва константи на Atwater за прилагане на килокалорийни стойности към енергийните компоненти в диетите, въглехидратите, протеините и мазнините (Merrill and Watt, 1955). При тази система физиологичните стойности на горивата, 4 kcal/g за въглехидрати и протеини и 9 kcal/g за мазнини, дават разумни приблизителни стойности на очевидната ME в състава на диетата на гризачи. Компонентите на влакната, целулозата и хемицелулозата, обикновено се считат, че не осигуряват налична енергия за гризачите.
Изискванията на плъховете за диетична енергия за поддържане на най-основните жизнени функции (т.е. жизненоважна клетъчна активност, дишане, сърдечно-съдово разпределение на кръвта) могат да бъдат изразени чрез метаболитен размер на тялото, който обикновено се нарича базален метаболизъм (BMR).
Основните изисквания могат да се считат за еквивалентни на енергийните нужди за поддържане, когато животните са в метаболитно равновесие. В идеалния случай BMR определя базалната енергийна потребност, когато животното е в пост-абсорбиращо състояние и е настанено в термонеутрална среда (Curtis, 1983).
Kleiber (1975) установява концепцията за метаболитния размер на тялото като силова функция на BW (BW n) и определя, че BMR на гладно възрастни животни, вариращи в BW от мишки (0,021 kg) до говеда (600 kg), може да се изрази като: BMR в kcal/ден = 70 × BW 0,75 кг. Когато класификациите на видовете и пола на животните се пренебрегват, тогава BW от 0,75 kg на Kleiber е полезно, въпреки че нито един термин не описва всички физиологични състояния (Thonney et al., 1976). Стойността на BW 0,75 кг обаче е подходяща за употреба при мъжки и женски плъхове. Точната прогноза на енергийните нужди за поддържане на плъховете обаче изисква отчитане на пола, възрастта, репродуктивния статус, количеството на приема на храна, здравословното състояние и телесния състав. Данните предполагат, че нуждите от енергия за поддръжка на плъховете в повечето случаи ще бъдат удовлетворени чрез диетичен прием от 112 kcal ME/BW 0,75 kg/ден (470 kJ/BW 0,75 kg/ден) NRC (1995) .
При плъхове приблизително 60% до 75% от ME, доставяна от диетата, се използва за задоволяване на изискванията за поддържане (BMR) (Lloyd et al., 1978; Curtis, 1983). Около 5% до 10% се използват за подпомагане на събития, свързани с храносмилането (Forsum et al., 1981; Mayes, 1996). Животните в клетки обикновено изискват добавки от само 13% до 35% към изискванията за поддържане на активността (Lloyd et al., 1978; Scott, 1986).
Тъй като диетичните енергийни нужди могат да се различават при различните щамове на плъхове, ежедневните потребности за растеж са трудни за точна оценка. Съставът на тялото по време на растеж и увеличаване на теглото значително влияе на необходимите диетични енергийни ресурси. Специфичните за масата BMR на бързо растящите животни са по-високи от тези на възрастните и в резултат на това енергията за подпомагане на бърз растеж и развитие може да достигне три до четири пъти повече от тази на възрастния (Clarke et al., 1977; Scott, 1986). По време на 4-седмичния период на растеж след отбиване на 21-дневна възраст, средното дневно енергийно изискване е най-малко 227 kcal ME/BW 0,75 kg/ден (950 kJ/BW 0,75 kg/ден) NRC (1995) .
Гестационната енергийна нужда може да бъде с 10% до 30% по-голяма от тази на зрели, но нерепродуктивни женски плъхове (Rogers, 1979; NRC, 1995). Приблизително една трета от 100 до 201 kcal (420 до 840 kJ), съхранявани по време на бременността, се отлага в тъканите на плода. Дневната потребност от ME при женски плъхове е около 143 kcal ME/BW 0,75 kg/ден (600 kJ/BW 0,75 kg/ден) в началото на бременността и може да се увеличи до 265 kcal ME/BW 0,75 kg/ден (1,110 kJ/BW 0,75 кг/ден) по време на късна бременност NRC (1995) .
Въпреки повишеното търсене на енергия по време на късна бременност, плъховете обикновено са в отрицателен енергиен баланс по време на пикова лактация и мастните запаси на майката се мобилизират, за да отговорят на енергийните нужди на лактацията. Кърмещите плъхове могат да имат енергийна потребност два до четири пъти по-голяма от тази на нелактиращите женски (Rogers, 1979). Въпреки че изискванията за лактация ще варират поради размера на постелята, по време на пикова лактация дневните нужди от ME на язовира ще бъдат най-малко 311 kcal ME/BW 0,75 kg/ден (1300 kJ/BW 0,75 kg/ден) NRC (1995) .
Енергията за поддържане и растеж може да бъде посрещната от диети с широк диапазон на енергийна плътност, а плъховете могат да регулират приема си, за да отговорят на енергийните си нужди, когато се хранят с AL. Бързо растящите отбивания обаче изискват енергийна плътност от най-малко 3 kcal ME/g (Rogers, 1979). Обикновено пречистените или химически дефинирани диети, които съдържат 10% мазнини, съдържат 4 до 4,5 kcals GE/грам. От това общо 90% до 95% е DE; ME варира от 90% до 95% от DE NRC (1995). При пречистените диети, към които е добавена целулоза или при диетите с естествени съставки (чау), усвояемостта може да бъде малко по-ниска, между 75% и 80% (Roe et al., 1995; Duffy et al., 2001).
ТАБЛИЦА 9-1. Ежедневен метаболизиращ се енергиен прием (kcal ME/BW 0,75 kg) от плъхове, подхранвани Ad Libitum (AL) или диетично ограничено (DR) в сравнение с прогнозните нужди за поддържане на възрастни от 112 kcal ME BW 0,75 kg на ден (NRC, 1995)
- Ферментирало мляко - преглед на ScienceDirect теми
- Зърнени протеини - общ преглед на ScienceDirect теми
- Chelidonium - общ преглед на ScienceDirect теми
- Ентеростомия - общ преглед на ScienceDirect теми
- Приемът на храна - общ преглед на ScienceDirect теми