Химический состав растений и тела животного

Растения и животные состоят из одинакового набора главных химических элементов: углерода, кислорода, водорода, азота. При окислении, при соединении кислорода с углеродом и водородом, образуются летучие окислы — углекислый газ и вода — и выделяется тепло. Способность кормов обогревать животных, давать энергию для работы мышц, материал для жиронакоплення обусловлена наличием в кормах углерода и водорода. При построении белков тела в обмен веществ включается и азот корма.

При сжигании сухого вещества кормов и тела животных остаются нелетучие окислы минеральных веществ — калия, кальция, натрия, хлора, фосфора, магния, кремния, серы. Это макроминеральные элементы, потребность в которых из расчета на 1 кг сухого вещества кормов определяется граммами. Другие нелетучие минеральные вещества находятся в кормах и теле животных в значительно меньшем количестве — на 1 кг сухого вещества в миллиграммах и в микрограммах (0,001 миллиграмма). Это микроэлементы — железо, медь, марганец, цинк, бор, молибден, кобальт, йод, фтор, селен, мышьяк, которые входят в состав растении и тела животных. Основная разница элементарного состава сухого вещества растений и тела животных состоит в том, что в растениях несколько больше кислорода, чем в теле животных, но меньше углерода, водорода, азота и минеральных веществ. Поэтому сухое вещество тела животных более калорийно (в нем больше жира и белка) и более полноценно (наличие биологически полноценного белка, витаминов, минеральных веществ) как продукт питания людей. В этом смысл превращения при помощи животных непригодных для питания людей органических веществ кормов в высокоценные продукты питания людей. Конечно, элементарный состав сухого вещества растений и тела животных изменяется в зависимости от ряда факторов: вида, возраста, типа питания. Корма, тело животных, продукты состоят из сухого вещества и воды. Вода не является питательным веществом. Она служит лишь средой, в которой происходят процессы обмена веществ как у животных, так и у растений. Содержание воды в кормах колеблется в довольно значительных пределах. Так, сухие корма содержат воды от 6−8 до 18−20%. При такой влажности корма не повреждаются плесенью и они способны длительное время сохраняться. У сочных кормов содержание влаги колеблется в пределах 50−90%. у водянистых отходов технических производств 85−96%. Влажность сказывается на содержании в кормах питательных веществ. Однако сочные корма, как правило, довольно охотно поедаются, и их сухое вещество обладает высокой, обычно одинаковой со средними концентратами, питательностью. Сухое вещество делится на органическое вещество и золу. Зола — нелетучие окислы металлов. Содержание золы в сухом веществе кормов составляет 2−10%, хотя у некоторых кормов, как мясокостная и рыбная мука, водоросли, может быть и выше. В золе содержится набор окислов и солей макро и микроминеральных элементов. Животные нуждаются в первую очередь в кальции и фосфоре. Содержание этих минеральных Ееществ в теле животных составляет 2% веса, а их удельный вес среди минеральных соединений 65−70%. В основном кальций и фосфор входят в состав костных тканей животных, обычно кальций и фосфор находятся в костной ткани в виде трикальциевой соли фосфорной кислоты. При недостатке кальция в кормах возникает нарушение в формировании костной ткани, которая становится мягкой, хрупкой, содержит избыток хрящевой ткани; готовки костей, костные швы оказываются увеличенными. У молодняка животных при недостатке кальция возникает тяжелое заболевание рахит; при этом не только задерживается формирование костяка, но и тормозится рост, нарушается обмен веществ, ухудшается усвоение корма. Переболевшие рахитом животные не способны хорошо использовать корм, медленно растут, имеют низкую продуктивность. Кальций имеет большое значение в работе нервной системы. При его недостатке, например у птицы, наблюдаются расстройства деятельности нервной системы, судороги, запрокидывание головы. Усвоению кальция способствует витамин D. Витамин D помогает организму использовать кальций и фосфор. Наибольшее количество кальция, а одновременно и фосфора находится в кормах животного происхождения (мясокостная и рыбная мука). Вполне достаточно кальция в траве бобовых, а также в сене и силосе, полученных из этой травы. Не хватает кальция в зернах и семенах, в болотных кислых травах, корнеклубнеплодах, гуменных кормах. Если такие корма являются основными в рационах, то животным необходимо давать кальциевые подкормки: мел, известняк, ракушку, сапропель. Фосфор более широко участвует в обмене веществ по сравнению с кальцием. При участии фосфорорганических соединений осуществляется работа мышц, синтез белка (фосфор входит в его состав), работа пищеварительных органов (при недостатке фосфора в кормах существенно снижается аппетит животных); фосфор необходим при образовании сперматозоидов и яйцеклеток. Таким образом, роль фосфора в обмене веществ более многогранна. При недостатке в рационе фосфора возникает заболевание афосфорозрезкое снижение обмена веществ, ухудшение разнообразных жизненных процессов. Значительное количество фосфора находится в отрубях, жмыхах, шротах, барде и некоторых других кормах. Среднее количество фосфора содержится в зернах злаков, хорошей траве, сене и силосе. Недостает его в гуменных кормах, плохом сене и силосе, корнеклубнеплодах. Натрий и хлор необходимы животным, так как они способствуют перевариванию кормов, выделяясь в тех или иных соединениях в пищеварительных соках: хлор, например, выделяется в виде соляной кислоты в желудке, натрий входит в состав так называемых буферных веществ крови, которые при возрастании кислотности, а также щелочности крови приводят ее реакцию к желательной, слабощелочной. Тем самым повышается выносливость животных, способность их к более высокой производительности, большему напряжению. Калий также требуется животным, так как входит в состав крови, тканей, имеется в золе молока и т. д. Много калия в траве, корнеклубнеплодах. Известную роль калий может играть при нейтрализации избытка органических кислот в излишне кислом силосе при скармливании его в большом количестве. Поэтому весьма полезно скармливать силос вместе с корнеплодами. Магний также необходим животным, но его, как и калия, содержится вполне достаточное количество в таких кормах, как трава, сено, силос. При недостатке магния нарушается деятельность нервной системы, появляются судороги, нервные расстройства. Сера входит в состав белков и некоторых аминокислот (метионина, цистина). Как правило, серы достаточно в кормах. Скармливание неорганической серы дает положительный эффект лишь тогда, когда она оказывается в минимуме при синтезе в желудочно-кишечном тракте метионина и цистина. В большей степени сера необходима тонкорунным овцам, так как она нужна им для образования шерсти и жиропота. Микроэлементы играют роль биокатализаторов, входя в состав отдельных витаминов (кобальт в витамине В12, гормонов (йод в гормоне щитовидной железы тироксине). Поэтому, несмотря на минимальную потребность в микроэлементах, они могут играть существенную роль в обмене веществ. Недостаток микроэлементов вызывает ряд заболеваний, снижает продуктивность и ухудшает использование корма. Недостаток минеральных веществ в кормах восполняется минеральными подкормками. Разумеется, скармливание солей микроэлементов в качестве подкормок сказывается в том случае, когда их не хватает в рационе. Железа животным требуется несколько сотен миллиграммов на килограмм сухого вещества, больше, чем других микроэлементов. Железа обычно достаточно в кормах. Лишь поросятам-сосунам практикуется дополнительная дача сернокислого железа в водном растворе (2−10 г на 1 л воды). Производят и однократную инъекцию гидроокиси железа. Другие виды и производственные группы животных в подкормке солями железа, как правило, не нуждаются. Медь принадлежит к числу дефицитных микроэлементов. Она играет роль в окислительных процессах, в процессе кроветворения. Недостаток меди в рационе вызывает у животных паралич зада, падучую болезнь, лизуху, понос. Заболевания вследствие медной недостаточности усиливаются при наличии в кормах таких микроэлементов, как молибден, свинец и цинк. Лучше усваиваются животными растворимые соли меди: сернокислая и другие. Кобальт необходим для процессов окисления, кроветворения, синтеза витамина В12, образования гемоглобина в организме. Недостаток кобальта в рационе снижает продуктивность животных, а резкая его нехватка вызывает заболевания — лизуху, сухотку. Акобальтоз — болезненные явления, вызванные недостатком кобальта, обычно возникает при содержании кобальта в кормах примерно от 0,1 мг на 1 кг сухого вещества корма и ниже. Нехватка других микроэлементов — марганца, цинка увеличивает потребность в кобальте. Задается кобальт в виде сернокислой и хлористой солей. Доза в 0,5 г кобальта на 1 кг сухого вещества корма является токсичной. Йод необходим для нормальной деятельности щитовидной железы. Повышенные дозы йода ускоряют обменные процессы. Значительный недостаток йода в кормах, а также в воде меньше 1−5 мкг (0,001−0,005 мг) на 1 кг сухого вещества корма вызывает заболевание «зоб» (Средняя Азия, Дальний Восток). При меньшей нехватке йода снижается продуктивность животных. Для подкормки животных используют йодистый калий. Дают его в водном растворе (2−10 г на литр воды) или пропитывают им поваренную соль (3 г йодистого калия на 1 кг соли). Дозы йодистого калия 100−200 мг и выше на 1 кг сухого вещества корма снижают продуктивность животных. Цинк также в ряде случаев относится к дефицитным микроэлементам. Он входит в состав оксидаз, повышенное количество его имеется в мозге и половых органах. Цинк — антагонист кальция. При избытке кальция в рационе свиней (свыше 1%в сухом веществе корма) у животных возникает заболевание кожи паракератоз. Его можно излечить, если давать соли цинка от 10−40 до 100 мг на 1 кг сухого вещества корма. Цинк лучше усваивается из сернокислой и углекислой солей, из окиси (технической и чистой). Повышение дачи меди (1 г на 1 кг сухого вещества корма) подавляет действие цинка. Марганец участвует в окислительных процессах организма. Рационы, в которых содержится меньше 0,5−10 мг марганца на 1 кг сухого вещества корма, вызывают у птицы неправильное развитие оперения. Больше всего в марганце нуждается птица, затем крупный рогатый скот, меньше свиньи и овцы. Токсичен марганец при дозе 4−8 г на 1 кг корма. Соотношение щелочных и кислотных элементов имеет большое значение для здоровья животных, так как избыток кислотных минералов вызывает болезнь, известную под названием ацидоз, избыток щелочных — алкалоз. Желательно, чтобы суммарная реакция золы корма была нейтральной, слабокислотной или слабощелочной. Органические вещества кормов делятся на азотистые и без азотистые. Азотистые органические вещества, или, иначе говоря, сырой протеин, определяются по содержащемуся в них азоту. В среднем считается, что азот составляет 16% сырого протеина. В действительности же содержание азота в различных органических азотистых веществах колеблется от 15 до 18%. Азотистые органические вещества делятся на две группы: белки и небелковые соединения — амиды. Молекула белка в живом состоянии способна постоянно ассимилировать (поглощать), диссимилировать (разлагать) питательные вещества из окружающей среды, а также синтезировать свои, характерные для того или иного живого тела, соединения. На основе этого специфического процесса живые организуы, в частности сельскохозяйственные животные, строят свое тело, производят продукцию. Животные способны использовать для азотистого питания лишь определенные азотистые органические соединения — белки и продукты их распада (пептоны, пептиды и аминокислоты). Азотистые органические вещества всасываются в желудочно-кишечном тракте животных в виде аминокислот. Из аминокислот организм строит свои, характерные для него белки. Белковое питание животных может осуществляться лишь за счет азотистых органических веществ кормов. Недостаток их резко снижает продуктивность животных, сдерживает успешное размножение, приводит к заболеваниям. Например, при уровне протеина 50 г на кормовую единицу на 1 кг молока затрачивается (не считая расхода на поддержание жизни) на 50% кормовых единиц больше, чем следует по норме. Это происходит за счет пониженного использования органических веществ кормов рациона. При избытке протеина в кормах, свыше 220 г на кормовую единицу, также наблюдаются нарушения обмена веществ. Организм должен затрачивать дополнительные усилия на вывод белковых шлаков. Если уровень переваримого протеина для свиней, например, превышает 350 г на кормовую единицу, то возникают заболевания со смертельным исходом. Так бывает при кормлении свиней одним высокобелковым жмыхом (соевым и арахисовым). Увеличение количества протеина в кормах, в пределах потребности животных, способствует повышению переваримости органических веществ корма, более активному состоянию тканей и органов, что предопределяет повышенный обмен веществ и увеличение продуктивности. Белок способен резервироваться в клетках и межклеточных пространствах тела животных. При недостатке азотистых органических веществ в кормах животные используют эти запасы, выделяя резервный белок тела в пищеварительный тракт, где он вместе с кормовым белком переваривается. Но это невыгодно, так как уже синтезированный и отложенный белок тела, перевариваясь, теряет часть своей питательности. Поэтому лучше не допускать снижения упитанности животных. Для получения максимальной продуктивности очень важно, чтобы животный организм наиболее совершенно и в большем размере использовал питательные вещества кормов. Для этого необходимо, чтобы белковые элементы тела, которые и определяют уровень обмена веществ, находились в более активном состоянии. Поэтому у молочной коровы пониженной упитанности удой не восстановится, пока белковые ткани полностью не заполнятся. Животные могут использовать белок тела для целей питания — самопожирать себя. Однако после использования 50% белка от его максимального накопления наступает гибель животного. Использование более простых, чем аминокислоты, азотистых органических соединений животными осуществляется при помощи микроорганизмов пищеварительного тракта. Эти микроорганизмы способны для синтеза своего бактериального белка использовать довольно простые соединения азота. Отмершие бактерии вместе с пищевыми массами корма перевариваются и служат целям белкового питания. Непосредственно ни аммонийные соли, ни амиды и некоторые другие более простые, чем аминокислоты, соединения организмом животных не усваиваются. Животные не могут, даже при помощи бактерий, использовать неорганический азот воздуха для целей белкового питания. Растения также не способны его утилизировать. Неорганический азот усваивается лишь определенной группой бактерий, так называемых азотфиксирующих бактерий, клубеньковые, азотобактер, нитрагин. Эти бактерии превращают азот в простейшие соединения, пригодные для питания растений. Растения синтезируют уже более сложные азотистые соединения — растительные белки, которые используются для белкового питания животными. Животные выделяют мочу и кал. Под воздействием микроорганизмов азотистые вещества мочи и кала, в том числе и непереваренный белок, разлагаются на более простые, которыми уже могут питаться растения. Таким образом осуществляется своеобразный кругооборот азота: азот воздуха — азотфнксирующие бактерии — простейшие азотистые соединения — растения — растительный белок — животное — животный белок — кал, моча — простейшие азотистые соединения. Человек внес существенную поправку в этот природный кругооборот. Разработаны и широко применяются приемы превращения азота воздуха в простейшие азотистые соединения, аммиачную селитру, карбамид, аммиак и другие. Эти вещества применяются в качестве удобрений для растений, а растения в свою очередь являются источником азотистого питания животных. Кроме того, эти химические азотистые вещества при добавлении их к силосуемому сырью, при обработке ими соломы в рубце жвачных животных под действием микроорганизмов превращаются в бактериальный белок, идущий на питание животных. Таким образом, химия решает и вопросы азотистого питания животных. Однако в рационе жвачных животных этими простейшими азотистыми соединениями можно заменять не более 25% потребности животного в азоте. Простейшие азотистые соединения в рубце жвачных разлагаются и выделяют аммиак, который и используется бактериями желудка жвачных для синтеза бактериального протеина. Если бактерии оказываются не в состоянии использовать весь аммиак, то он всасывается в кровь и, когда содержание аммиака в крови превысит определенную норму (свыше 1 мгв 100 мл крови), происходят тяжелые отравления животных, часто со смертельным исходом. Плохие последствия и малая эффективность дачи карбамида с кормом могут вызываться и другими неблагоприятными условиями для синтеза аммиака в рубце жвачных: недостатком легко растворимых углеводов, для устранения чего рекомендуется вместе с карбамидом давать меляссу (кормовую патоку) и другие сахаристые корма, слишком быстрым образованием аммиака, когда карбамид дают в виде раствора, неравномерностью поедания карбамида отдельными животными. Поэтому целесообразнее закладывать карбамид и другие простейшие азотистые соединения при силосовании и химической обработке соломы. В этом случае подавляющее количество карбамида превращается в бактериальный протеин до того, как корм попадает в желудок жвачных. Закладка карбамида при силосовании и химической обработке соломы совершенно безвредна, карбамидом можно заменить значительно больше азота органических веществ в питании животных, в том числе и нежвачных. Кроме того, биологическая ценность карбамида в виде получаемых из него соединений существенно выше, чем при даче его непосредственно с кормом. При использовании азотистых органических веществ для белкового питания животных необходимо учитывать биологическую полноценность протеина. Как известно, специфические свойства белка определяются набором и расположением в белковой молекуле отдельных аминокислот. Всего различных аминокислот насчитывается свыше двадцати. Из них десять — аргинин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, триптофан, лизин, фенилаланин, еалин, гистидин — не переходят одна в другую, находясь в желудочно-кишечном тракте, и относятся к категории незаменимых, или, как их иначе называют, жизненно необходимых. Эти аминокислоты в значительной мере и определяют биологическую полноценность белка, в особенности для нежвачных животных. В последнее время обращается большое внимание на аминокислотный состав протеина. Но метод определения аминокислот отличается большой трудоемкостью. В настоящее время разработан более простой метод определения аминокислот в кормах — метод бумажной хроматографии. Поэтому появилась возможность широко изучить содержание аминокислот в кормах и определить потребность животных в них. Наиболее дефицитными в большинстве растительных кормов являются так называемые критические аминокислоты — метионин, триптофан и лизин. О биологической полноценности протеина судят обычно по тому, сколько переваренного азота превращается животным в белок тела и молока. Метод этот, правда, недостаточно точен, так как процент ассимиляции азота зависит от уровня продуктивности животных, но в примерно аналогичных условиях он дает правильные сравнительные показатели. В среднем наибольшей полноценностью обладают белки животного происхождения — используются на 90% Белки сочных кормов используются на 75−89%, белки хорошего сена на 65−79%, смеси концентратов на 55- 69%, гуменных кормов на 45−59%. Но есть и исключения. Так, белок роговых образований и шерсти — кератин совершенно не переваривается, белок хрящей используется плохо. Содержание отдельных аминокислот в кормах в процентах к сухому веществу корма колеблется от долей процента до 2−3%. Раньше в СССР белковая питательность кормов оценивалась по переваримому белку, в настоящее время белковая питательность кормов оценивается по переваримому протеину. При переводе переваримого белка в переваримый протеин необходимо помнить, что в протеине сухих кормов небелковых азотистых органических веществ (амидов) содержится 10−15, в протеине сочных кормов 30−50%. Основные корма, используемые в стойловый период, — гуменные корма, кукурузный силос, злаковые зерновые содержат недостаточное количество протеина, что существенно снижает продуктивность животных, их плодовитость, вызывает заболевания. Пути снабжения протеином животных: выращивание бобовых культур (бобов, гороха, клевера, люцерны), а также использование карбамида (химические заводы в ближайшее время должны производить его свыше 1 млн. т в год). Безазотистые органические вещества делятся на жиры, растворимые углеводы и сырую клетчатку и другие соединения.