Понимание принципов биоэнергетических процессов фундаментальных исследований в науке питания, начиная со всех процессов, происходящих в теле животных с перевариванием и усвоением корма в процессе обмена веществ, приводит к энергетическим изменениям.
Как отмечает F. Sundstol, существует множество факторов, влияющих на использование энергии у животных, но при условии, что потребности в определенных питательных веществах, таких как белки, витамины и минеральные вещества отвечают пищевым потребностям [405].
По данным C.K. Reynolds, даже перед развитием системы сенных эквивалентов Thaer в 1809 году были стремления разработать универсальные системы оценки и определения пищевой ценности кормов относительно их способности удовлетворять определенным потребностям животных [400, с. 95].
Впервые оценка питательности кормов в сравнимых единицах была осуществлена немецким ученым Albrecht von Thaer в 1809 году. Он сравнивал питательность кормов по их продуктивной ценности с сеном среднего качества. В 1810 году он опубликовал таблицы взаимной замены кормов по отношению к сену, где питательность 1 кг картофеля равнялась на 0,5 кг сена, 1 кг овса – 2 кг сена и др. было введено понятие «сенного эквивалента Тэера», хотя сам Albrecht von Thaer не пользовался таким термином, но, тем не менее, в истории науки о кормлении сельскохозяйственных животных «сенные эквиваленты» справедливо связаны с его именем, поскольку Albrecht von Thaer был первым выразителем идеи о суммарной питательности корма – общей для всех кормов единицы сравнительного изменения их питательности [195, с. 64; 226, с. 6; 318, с. 47; 400, с. 95; 405].
Система сенных эквивалентов широко применялась в животноводстве европейских стран до 50-х годов XIX столетия. Однако истинное питательное достоинство сена в то время было неизвестно, следовательно, данный способ оценки питательности кормов не имел под собой научного обоснования [226, с. 7].
Работа Thaer и Einhof привела к развитию первого «официального» теплового эквивалента систем питания и стала фундаментом системы анализа кормов «Weende». Начало разработки системы оценки кормов по сумме переваримых питательных веществ и нормированию кормления животных было положено на опытной станции Weende в Германии в 1860 году [364; 400, с. 96].
Метод оценки кормов по наличию в них сырых питательных веществ не нашел практического применения. Позднее (60-е годы XIX века) на основании исследований Wilhelm Henneberg и Friedrich Stohmann по переваримости питательных веществ было установлено,
что решающее значение имеет не содержание в кормах сырых питательных веществ, а лишь та доля, которая усваивается в ЖКТ животных. Исходя из этого, наибольшее распространение получило нормирование по содержанию переваримых питательных веществ.
Развитие химии и физиологии, разработка методов химического анализа кормов в 50-х годах XIX века дали возможность оценивать питательность кормов по химическому составу. Немецкий ученый Emil Wolf показал несостоятельность системы оценки питательности кормов и нормирования кормления животных, разработанные Albrecht von Thaer, и с 1864 года предложил метод оценки питательности кормов по их химическому составу, то есть по сумме переваримых питательных веществ. Им были разработаны таблицы химического состава кормов, отражающих их питательную ценность, где указывалось содержание переваримых питательных веществ [226, с. 7; 195, с. 64].
Позднее, как отмечает Б. Г. Шарифянов и др., применяя закон сохранения энергии к животному организму, были предложены методы определения баланса веществ и энергии у животных.
Использование коэффициентов переваримости, как способа оценки питательности кормов, в практике кормления животных не давало ответа на вопросы о роли отдельных питательных веществ в обменных процессах при синтезе продукции животного [226, с. 8].
В 1905 году немецкий ученый Oskar Kellner, а позже G. Fingerling в Германии, предложили новую систему оценки питательности кормов. В основе данной системы заложен способ оценки питательной ценности кормов по их продуктивному действию (жироотложению) на организм животного. В обменных опытах О. Kellner определил отложение жира и белка при скармливании взрослому волу различных питательных веществ (белков, жира и углеводов) в чистом виде как добавку к основному рациону. Исследования показали, что из 100 г переваримых веществ в организме вола отложилось 25 г жира (отложенный белок был переведен в жир по калорийности: 1 г жира имеет 9,5 ккал, 1 г белка – 5,7 ккал энергии) [405; 378; 34, с. 29].
Полученные данные по отложению жира в опытах на животных О. Kellner назвал константами жироотложения чистых питательных веществ и в дальнейшем использовал их для определения продуктивного действия кормов, исходя от наличия в них переваримых питательных веществ. Этому способствовала разработка новых методов исследований – определения баланса азота в опытах по кормлению и баланса углерода и энергии в респирационных калориметрических опытах [226, с. 8; 372; 369].
Питательную ценность кормов О. Kellner предложил выражать в абсолютных единицах в виде массы отложенного жира на единицу
потребленного корма. За эквивалент питательной ценности кормов принят 1 кг переваримого крахмала, обеспечивающий отложение в теле взрослого вола 248 г жира (крахмальный эквивалент) [405; 252, с. 312; 318, с. 47].
С точки зрения О. Kellner, крахмальный эквивалент и переваримый белок были одинаковыми для всех видов животных и направлений продуктивности [34, с. 19].
Как считают Б.Г. Шарифянов и др., предложенная О. Kellner оценка питательности кормов в крахмальных эквивалентах была первым научно обоснованным методом, который нашел применение в практике животноводства многих стран мира [226, с. 9; 378].
Однако в дальнейшем выяснилось, что переваримые питательные вещества различных кормов не обладают таким же продуктивным действием, как переваримые питательные вещества в чистом виде. Только для зерен кукурузы и картофеля расчетные данные совпали с фактическим жироотложением. В других случаях фактические жироотложение было ниже и особенно большие расхождения выявлены при скармливании волам грубых кормов: сена – на 37 %, соломы – на 80 % [195, с. 64; 226, с. 9].
Создание калориметрических установок для молочного скота в Исследовательском центре американского Министерства сельского хозяйства в Белтсвилле (Мэриленд) послужило толчком к научным спорам по причине того, почему сумма переваримых питательных веществ концентратов поддерживает более высокую молочную продуктивность, чем сумма переваримых питательных веществ фуража [376; 400, с. 97].
Сам О. Kellner объяснил это большими потерями энергии в процессе пищеварения и особенно грубых кормов с высоким содержанием клетчатки. Исходя из этого, он ввел поправку на переваривание клетчатки: 1000 г сырой клетчатки сена и соломы снижает отложение жира в теле на 143 г, зеленого корма с 14 % клетчатки – на 131 г, с 10 % клетчатки – на 107 г и с 6 % клетчатки – на 82 г, мякины – на 72 г.
Применительно к другим кормам были установлены коэффициенты относительной ценности, которые характеризуют разницу между ожидаемым и фактическим жироотложением, выраженные в процентах: зерно кукурузы – 100, картофель – 100, зерно ячменя – 99, льняной жмых – 95, отруби пшеничные – 78 и др. [226, с. 9; 195, с. 65].
Однако метод О. Kellner, основанный на изучении обмена веществ и энергии, был сложным и поэтому побудил исследователей искать более простые способы оценки [378].
В начале XIX столетия профессор из Пенсильвании H.P. Armsby предложил систему энергетической питательности кормов, которая
