Циркадианная инкубация™ Дизайн нового поколения для инкубатория будущего
Pas Reform Hatchery Technologies
Задача современного инкубатория – вывести большое количество однородных крепких суточных цыплят, критерии здоровья которых зарождаются еще в эмбрионе и напрямую соотносятся с производительностью и выносливостью на площадке. Данные статьи посвящены новейшим разработкам для модульного одноступенчатого оборудования с Циркадианной инкубацией™, которое поддерживает применение стимуляции температурой для производства партий однородных суточных цыплят в современном инкубатории.
Циркадианная инкубация™
Циркадианная инкубация™ Дизайн нового поколения для инкубатория будущего
Введение Современное птицеводство требует однородной и продуктивной птицы. В свою очередь, продуктивность особи достигается за счет кормления, обеспечивая устойчивость к воздействию стрессовых факторов и потребление лишь небольшого количества корма для поддержания деятельности основных физиологических систем. Генетики представили новую концепцию выносливости, целью которой было описание продуктивных современных птиц биологическими терминами, так как на сегодняшний день выносливость является важнейшим условием отбора, направленного на улучшение здоровья животных (Star et al., 2008 J. of agricultural and environmental ethics; McKay, 2009, In: Biology of Breeding Poultry. Ed. P. Hocking). Выносливость является критерием здоровья, который закладывается еще в период эмбрионального развития, и связан с ростом и устойчивостью отдельных цыплят при различных условиях на площадке. Мы определяем выносливого суточного цыпленка как первоклассного, если уровень его роста и производительности соответствует нормам при различном способе содержания и колеблющихся климатических условиях, таких как высокие и низкие температуры. Стада выносливых суточных цыплят демонстрируют низкий уровень падежа, нуждаются в меньшем количестве медикаментов и обладают потенциалом для оптимального роста даже при неблагоприятных условиях на площадке.
компания Pas Reform представила Циркадианную инкубацию как новую ступень естественного и прогрессивного развития одноступенчатой инкубации. Циркадианная инкубация основана на наблюдениях за «закаливанием» эмбриона (импринтинг функций организма), способствующим выносливости цыпленка на площадке. «Импринтинг» достигается путем воздействия на эмбрион некоторых механизмов окружающей среды во время критических периодов развития систем физиологического контроля и вызывает длительные изменения в перинатальном эпигенетическом программировании функций тела (Tzchenkte and Plageman, 2006). В птицеводстве понятие «физиологическая система» означает развитие терморегуляции и её зависимость от температуры в инкубаторе. Исследования показали, что у эмбрионов, которые подвергались кратковременным воздействиям тепла или холода, впоследствии лучше развивалась функция контроля температуры тела в холодные или жаркие периоды на площадке (Decuypere, 1984; Janke t al. 2002). Следовательно, такая птица использует большую часть потребляемой пищи для роста, а её меньшую часть для поддержания функций тела.
Чтобы поддержать развитие выносливых суточных цыплят,
Циркадианная инкубация – одноступенчатая процедура, которая включает циклическую стимуляцию путем увеличения температуры во время определенных критических периодов эмбрионального развития. Термин «циркадианный» означает «около дня» и происходит от латинского (‘circa’ – около и ‘dies’ – день). Таким образом, термин «циркадианный» относится к суточным биологическим ритмам, таким как, например, ритм смены дня и
2
Циркадианная инкубация™
ночи для температуры тела, которые есть практически во всех организмах. Биологические ритмы, также называемые циркадианные или биологические часы, необходимы для регуляции суточного метаболического ритма и других физиологических функций. В отличие от природных условий эмбрионы, которые выводятся в комфортном климате инкубатора, не подвергаются суточным ритмам. Циркадианная инкубация меняет данную практику.
Развитие выносливого суточного цыпленка Для того чтобы лучше понять, что подразумевается под выносливостью суточных цыплят, необходимо сначала осознать, как происходит развитие и созревание физиологических систем эмбриона (Tzschentke and Plagemann, 2006; Gilbert and Epel, 2009). Эмбриональное развитие включает в себя набор комплексных физиологических взаимодействий между клетками и группами клеток, понять которые можно, пронаблюдав развитие на разных этапах. Первый этап развития называется Фазой дифференциации (разделения). На этой фазе определяются и разделяются эмбриональные структуры и поля органов. Второй этап - Фаза роста, называемая так, потому что различные органы и ткани приобретают свои окончательные размеры и структуру. Органы не только приобретают окончательную форму, они также получают способность
функционировать физиологически, хотя на этом этапе они еще не связаны с физиологической системой контроля. Третья финальная фаза эмбрионального развития называется Фазой созревания. Данная фаза характеризуется созреванием физиологических функций и развитием интегральных физиологических и эндокринных систем контроля. Эмбриональное развитие – процесс непрерывный. Каждая эмбриональная фаза перекрывает следующую при постепенном переходе эмбриона от стадии зародыша к стадии цыпленка. Нормальный вывод возможен только после функционального созревания всех органов и налаживания интегральных физиологических систем в последние дни инкубации. Хорошим примером «интегральной физиологической системы» является терморегуляторная система, которая контролирует температуру тела на последней стадии развития эмбриона и цыпленка. Органы, задействованные в процессе терморегуляции, такие как гипоталамус, щитовидная железа, гипофиз, развиваются и растут в середине инкубации или во время Фазы роста. Окончательное формирование терморегуляторных систем, тем не менее, приходятся на последние дни Фазы созревания эмбриона и первые дни после вывода. Для того чтобы понять способ получения крепких суточных цыплят, которые могут справляться с различными условиями на площадке, необходимо рассмотреть наиболее ранний период эмбрионального развития - взаимодействие между клетками и дифференциальную экспрессию генов. Каждая фаза
Циркадианная инкубация™
3
эмбрионального развития, описанная выше, распознается по определенным клеточным взаимодействиям и экспрессии генов. Эмбрион начинает свое развитие после оплодотворения посредством увеличения количества клеток, которые впоследствии становятся дифференцированными, то есть каждой клетке присваивается свое определенное предназначение. Одни клетки растут для формирования мышечной ткани, другие для формирования скелета. Разделение клеток – результат дифференциальной экспрессии генов: мышечные клетки производят сократительные протеины, в то время как клетки кости производят связывающие кальций протеины. Таким образом, дифференциальная экспрессия генов является основой 3 фаз эмбрионального развития, а дифференциальная активация и экспрессия генов формируют основное направление для исследований и публикаций в области онтогенетики (например, Gilbert, 2006). Незначительные отклонения в среде клеток эмбриона оказывают влияние на вариации экспрессии генов. Эмбрионы от одних родителей, унаследовав в основном тот же генетический потенциал, развиваются до различных фенотипов под воздействием различных климатических стимулирующих агентов, которые готовят и адаптируют эмбрион для того, чтобы он мог справиться с постоянно меняющимися условиями после рождения. Наиболее часто для объяснения взаимодействия эмбриона с окружающей средой используется термин эпигенетическая адаптация - изучения об изменении экспрессии генов, возникших под влиянием окружающей среды, которые могут повлечь вариации фенотипов (Gilbert and Epel, 2009). Сегодня ведутся дискуссии о том, что на человеческое здоровье и сердечную недостаточность в зрелом возрасте влияют эпигенетические воздействия во время эмбрионального развития ребенка. Идея о том, что эмбрион может приспособиться к определенным механизмам для лучшей производительности на более поздних этапах его жизни становится все более распространенной в результате проведенных исследований (Decuypere, 1984, Minne and Decuypere, 1984; Nichelmann and Tzschentke, 2002; Yahav et al., 2004). В настоящее время, наиболее изучаемый механизм эпигенетической адаптации – кратковременное воздействие на эмбрион высокими или низкими температурами. Критические периоды для термальной адаптации характерны для начальной стадии развития, когда происходит дифференциация определенных структур, и для более поздней стадии, когда происходит созревание органов и физиологических систем. 4-х дневное термальное воздействие во время фазы дифференциации влияет на пролиферацию мышечных клеток эмбрионов индейки, что в дальнейшем оказывает положительное воздействие на развитие мышц после вывода (Maltby, et al., 2004). Короткие периоды увеличения температуры на 4-7 сутки эмбрионального развития цыпленка провоцируют двигательную активность, что способствует развитию ножек и мышц (Hammond, et al., 2007). Если подвергнуть температурным
4
воздействиям эмбрионы бройлера в последние дни в инкубационном шкафу, цыплята выработают устойчивость к тепловому воздействию в раннем возрасте на площадке, что способствует росту после вывода (Collin и et al., 2005; Halevy et al., 2006). Кратковременное воздействие холодом (60 мин. при 15°С) на 18 и 19 сутки эмбрионального развития приводит к улучшенной производительности на 38 сутки выращивания (Shinder et al., 2009). Адаптация длится дольше, если периодическое термальное воздействие применяется в конце стадии созревания, когда интегральные системы терморегуляции хорошо развиты и поддаются закаливанию. Термальное воздействие во время последней стадии развития в инкубационном и выводном шкафу улучшает выводимость на 1,5%, рост на 2,9% и снижает конверсию корма, что способствует выносливости суточных цыплят (см. таблицу 1 на стр. 5). Дальнейшие исследования расшифруют критические эмбриональные фазы и условия для возможности применения термальной стимуляции в промышленных инкубаториях для развития выносливости суточных цыплят различных возрастов маточного стада и пород. Тем временем многообещающие результаты научных исследований подтверждают развитие и применение Циркадианной инкубации.
От одноступенчатой к Циркадианной инкубации Целью современного инкубатория является получение однородных выносливых суточных цыплят, однако многоступенчатая система не обеспечивает необходимый уровень контроля, а одноступенчатой инкубации требуется дальнейшее развитие. Одноступенчатые инкубаторы могут быть настроены таким образом, что климатические условия будут соответствовать потребностям современных эмбрионов для улучшения качества суточных цыплят и однородности (Boerjan, 2002). На сегодняшний день основой для разработки одноступенчатых программ инкубации является тот факт, что оптимальное эмбриональное развитие происходит при постоянных однородных условиях. Тем не менее, идея того, что эмбрион может адаптироваться к различным стрессовым факторам (например, высокая или низкая температура) для улучшения выносливости и хорошей производительности, получила широкое признание. В птицеводческом секторе, где существенный рост ожидается в течение следующих 2 или 3 десятилетий, Циркадианная инкубация является важным «мостом» для удовлетворения потребностей коммерческих инкубаториев следующих поколений. Большинство исследований по термальным стимуляциям выполнялось в лабораторных условиях, в небольших инкубаторах. В сотрудничестве с промышленными бройлерными инкубаториями и Научно-исследовательским центром университета Wageningen компания Pas Reform провела опыты с 4-мя стадами, возрастом 35, 42, 48 и 56 недель. В каждом эксперименте яйцо кросса Ross 308 от разных поставщиков инкубировалось в модульном одноступенчатом инкубаторе вместимостью 115,200 яиц с функцией Циркадианной инкубации. Каждая партия подвергалась
Циркадианная инкубация™
104,00
Рисунок 1 Стимуляция температурой в
103,00
средняя температура скорлупы (ºF)
модульном одноступенчатом инкубаторе применяется для 102,00
Циркадианной инкубации. Температурное воздействие осуществлялось в течение 3-х
101,00
часов путем увеличения настройки температуры от 98°F до 100.6°F на 16,5, 17,5 и 18,5 сутки
100,00
инкубации. Температура яичной скорлупы была измерена
99,00 16,0
16,5
17,0
17,5
18
18,5
автоматически контактными термисторами.
дни инкубации
Таблица 1 Общая (петушки +
Петушки: привес
Петушки: окончат.
курочки) вывод-ть
гр/бройлер/день
вес (35 д)
от оплод. яйца (%)
1 - 35
94.6
62.2 ± 2.9
Петушки: КК (1 - 35д)
Стимуляция температурой 337 яиц подвергли температуре 38.5°С на 2 часа течение 4 дней
Hастройка
2270 ± 203
1.50 ± 0.04
инкубации (18-21 сутки). (Tzschentke B. and Halle I (2009)).
инкубатора
Влияние стимуляции температурой Темп.
97.0*
64.6* ± 2.0
2336* ± 191
1.47* ± 0.02
в последние 4 дня инкубации на вторичное соотношение полов и
стимуляция
последующую производительность петушков и курочек. Br. Poultry Sci
*(P< 0.05)
50 (5):634-640)
тепловому воздействию в течение 3 часов путем увеличения температурной настройки от 36.7°С (98°F) до 38.1°С (100.6°F) (см. рисунок 1 на стр. 5). Во всех 4-х экспериментах температура яичной скорлупы резко повышалась после увеличения настройки. В конце периода термального воздействия средняя температура яичной скорлупы достигала 39.8 – 40.1°С (103.6 – 104.2°F). В каждый день эксперимента, когда настройка возвращалась на прежний уровень – 36.7°С (98°F), температура яичной скорлупы спустя 1.5 часа после завершения термического воздействия становилась такой же, как температура в контрольном инкубаторе. Все партии показали, что термальное воздействие положительно влияет на результаты по выводу. Наблюдалась четкая тенденция увеличения производительности с улучшением конверсии корма на 1-2 пункта. Термальное воздействие оказывает пользу только тогда, когда применяется при строгом контроле, в определенное время с определенной продолжительностью. Циркадианная инкубационная программа может применяться в промышленном масштабе, если одноступенчатая система инкубации содержит отдельно контролируемые секции для точного климат контроля и достижения однородной температуры яичной скорлупы. Система должна быть оборудована приборами обогрева и охлаждения для коротких и точных стимуляций холодом и теплом для получения однородных жизнеспособных суточных цыплят.
При правильном применении Циркадианная инкубация позволяет управляющему производить однородных крепких суточных цыплят, которые впоследствии покажут хорошую производительность на площадке.
Заключение Конечной целью современного инкубатория является производство однородных крепких суточных цыплят. Выносливость – это критерий здоровья, который зарождается еще в эмбрионе цыпленка и соотносится напрямую с производительностью и стойкостью отдельных цыплят при различных условиях на площадке. Выносливость требует воздействия специальным механизмом во время так называемых критических периодов, то есть стимуляции теплом или холодом. Температурное воздействие на короткий период с применением Циркадианной инкубации улучшает результаты вывода и оказывает продолжительный эффект, выражающийся в увеличении финального веса на 1-2% и снижении конверсии корма на 1-2 пункта. Партии однородных выносливых суточных цыплят сохраняют однородность в убойном возрасте, что улучшает эффективность и производительность всей цепи производства. Однако для возможности Циркадианной инкубации инкубатор должен иметь точный климатический контроль для обеспечения высокой однородности температуры. Каждое яйцо должно получать постоянный поток кондиционируемого воздуха для оптимального термального воздействия.
Циркадианная инкубация™
5
Дизайн следующего поколения для современного инкубатория Создание адаптивного микроклимата
Введение В предыдущей статье о Циркадианной инкубации мы обсуждали влияние стимуляции температурой на качество цыплят после вывода. Исследования показывают, что периодическое использование стимуляции температурой в последние дни инкубации (период созревания) оказывает положительное и продолжительное влияние на выводимость, выносливость, конечный вес и коэффициент конверсии корма. В данной статье мы обсудим новые достижения в разработке оборудования для модульной одноступенчатой Циркадианной инкубации, которые позволяют использовать термическую стимуляцию для производства однородных выносливых высококачественных цыплят в современном инкубатории.
1 Гомогенность температуры Термическая стимуляция применяется на практике только в том случае, если инкубационное оборудование может обеспечить однородный климат для синхронного эмбрионального развития. Эмбрион переносит лишь незначительные колебания температуры, что следует учитывать при теплообмене, который определяется температурой воздуха и скоростью его циркуляции вокруг яйца.
стадии инкубационного процесса. Это означает, что необходимо обеспечить оптимальный поток воздуха для однородного распределения температуры вокруг каждого из большого количества инкубируемых яиц, расположенных очень близко друг к другу. Воздух должен постоянно беспрепятственно циркулировать вокруг поверхности яичной скорлупы все время. Данная задача сложна также в силу тенденции к увеличению мощности инкубационных машин. Так как современный эмбрион выделяет все больше тепла, поддерживать гомогенную температуру яичной скорлупы и скорость движения воздуха в таких больших инкубаторах становится сложнее. Дополнительные сложности могут возникнуть из-за затруднения движения воздушного потока в инкубационной машине. Распределение температуры и влажности внутри инкубационной машины зависит от степени свободы, с которой воздух проходит сквозь инкубационные лотки и охватывает поверхность яичной скорлупы. Если тележки и лотки плохо сконструированы, воздух циркулирует вокруг массы яиц, а не между ними, что ведет к неравномерному распределению температуры.
Для производителей инкубационного оборудования на сегодняшний день самой сложной задачей является разработка инкубационных машин, способных обеспечить синхронное оптимальное развитие эмбриона в каждом яйце на каждой
Существуют также другие причины неоднородности температуры воздуха внутри инкубатора: 1 Температура и относительная влажность поступающего снаружи воздуха обычно отличаются от средней температуры и относительной влажности воздуха внутри
6
Дизайн нового поколения для инкубатория будущего
Рис.1. Разработка 3D-модели отдельной секции инкубатора с собственными настройками.
машины, в результате чего в областях забора воздуха температура и влажность неоднородны. 2 Как охлаждение, так и подогрев воздуха являются причиной локальной неоднородности температуры. 3 Испарение воды в целях контроля уровня влажности для оптимальной потери веса яйцом также ведет к разнице температур. Дизайн современного инкубатора должен обеспечить обмен энергии, СО₂/О₂ и влажности без влияния на гомогенность температуры вокруг яйца. В данных главах описывается, как новые разработки оборудования для инкубации могут улучшить распределение однородной температуры и обеспечить точный климатический контроль, необходимый для успешного применения Циркадианной инкубации. В главе 2 речь пойдет о применении вычислительной гидроаэродинамики (CFD) для получения ценных научных данных о схеме движения воздушного потока и распределения температуры. В главе 3 аэродинамика представлена как полностью оптимизированная система воздушного потока и распределения воздуха для Циркадианной инкубации. И, наконец, в 4-й главе рассказывается о достижении гомогенной температуры посредством оптимизации системы воздушного потока с помощью новой разработки компании Pas Reform, известной как ‘Адаптивная метаболическая обратная связь (AMF™)’.
2 Применение вычислительной гидроаэродинамики Традиционно разработка схемы прохождения воздушных потоков основывалась на первоначальном производстве пробного варианта и его тестировании. Это был долгий и дорогостоящий процесс с определенными ограничениями, так как не все реальные ситуации могут быть смоделированы и не все варианты продукции могут быть протестированы. В поисках способов оптимизации гомогенности температуры компания Pas Reform начала применение вычислительной гидроаэродинамики (CFD) для имитации воздушного потока и теплообмена внутри инкубационной машины. Вычислительная гидроаэродинамика – научная дисциплина, в рамках которой поток и теплообмен любой газообразной или жидкой среды можно сымитировать виртуально. Данная дисциплина использует числовые алгоритмы для расчетов воздушного потока и распределения температуры, позволяя тем самым глубже проникнуть в физические процессы, происходящие внутри инкубационной машины. Несмотря на то, что точность и надежность расчетов доказаны в самых специфических областях производства, компания Pas Reform – первая компания, которая применила вычислительную гидроаэродинамику для разработки новой продукции в инкубационной отрасли. Применяя вычислительную гидроаэродинамику при разработке дизайна нового инкубатора, компания Pas Reform сотрудничала с инжиниринговой компанией FlowMotion.
Дизайн нового поколения для инкубатория будущего
7
Рис.2. Наиболее эффективный метод обмена энергии, CO₂/O₂ и влажности в инкубаторе для создания лопастями вихревого пульсатора наибольшего количества воздушных вихрей определенного размера и интенсивности (цвета указывают на скорость воздуха)
Применение вычислительной гидроаэродинамики для разработки продукции можно разделить на три этапа: предварительный, непосредственное применение и контроль: 1 На предварительном этапе создается 3D-модель секции инкубатора. После завершения разработки 3D-модели область вычислений разделяют на миллионы маленьких клеток, для которых нужно решить основное уравнение (см. рисунок 1). Граничные условия прописываются для всех поверхностей инкубатора: приточные и выходные отверстия, вентиляторы и т.д., то есть для всех областей, которые являются ключевыми в создании воздухо- и теплообмена, включая само инкубационное яйцо. Разработка конструкции вычислительной решетки и определение всех граничных условий являются наиболее важными процессами в вычислительной гидроаэродинамике, так как они имеют огромное значение для подлинности и точности результатов. Данный этап требует высокой квалификации и опыта в гидродинамике. 2 На втором решающем этапе компьютер решает основные уравнения для каждой решетки клеток (а это миллионы клеток). Для того чтобы обработать небольшое количество клеток требуется несколько часов, а чтобы получить комплексный результат, необходимо работать несколько дней.
этапе команда научно-исследовательского отдела компании Pas Reform, имеющая точное представление о потребностях растущего эмбриона совместно со специалистами компании FlowMotion анализируют результат, который представляет собой модель воздушного потока, который должен соответствовать условиям современного инкубатора.
3 Аэродинамика нового принципа воздушного потока Концепция инкубаторов Smart с модульной одноступенчатой системой инкубации компании Pas Reform была разработана для преодоления недостатков традиционной системы инкубации. Модульный одноступенчатый дизайн инкубаторов Smart состоит из отдельных секций из 19,200 куриных яиц с определенной внутренней средой. Во время инкубации климат в каждой секции можно контролировать отдельно – это единственный способ гарантировать гомогенную температуру в инкубаторе мощностью более 100,000 яиц. Отдельная температура, система обогрева и охлаждения, увлажнения и вентиляции для каждой секции инкубатора обеспечивают гомогенную среду вокруг инкубируемого яйца.
3 На финальном этапе происходит процесс визуализации данных, собранных на предыдущих двух этапах. На этом
Системе Smart доверяют инкубатории во всем мире. Так как компания Pas Reform является новатором в инкубационной промышленности, логичным для нее шагом явился поиск способов дальнейшего развития этой прочной основы с целью извлечения максимальной выгоды из применения системы гомогенного климат-контроля для Циркадианной инкубации.
8
Дизайн нового поколения для инкубатория будущего
Рис.3. Система вентиляции с
Рис.4. Входящий воздух двигается
технологией Vortex™ сокращает
вокруг яиц вдоль инкубационных
до оптимума количество свежего
тележек во избежание непосред-
воздуха из инкубационного зала и
ственного контакта воздуха извне
циркулирует его в каждой из
с яйцами (цвета указывает на
отдельных секций инкубатора
скорость воздуха).
(цвета указывает на скорость воздуха).
В результате применения вычислительной гидроаэродинамики были получены ценные научные данные по схемам воздушного потока и распределения температуры в каждой секции инкубатора. При наличии этих данных стало возможным визуализировать результаты детальных исследований для различных дизайнов инкубатора. При этом компания Pas Reform сфокусировала свое внимание на следующих важных деталях: количество и форма лопастей пульсатора, принципы поступления и прохождения воздуха, разделение на секции, размеры зон смешения, дизайн тележек и лотков, возможность обогрева, охлаждения и увлажнения, степень герметичности и зоны покрытия. После трех лет активной работы по имитации воздушных потоков компания Pas Reform разработала полностью оптимизированную систему воздушного потока и распределения воздуха со следующими аэродинамическими характеристиками: Принцип воздушного потока Основой нового воздушного потока и распределения является система вентиляции с технологией Vortex™ компании Pas Reform – воздушный насос новой конструкции, названный так из-за производимого вихревого движения воздуха (см. рисунок 2). После глубокого анализа различных форм лопасти пульсатора, выяснилось, что наиболее эффективным методом обмена энергии, СО₂/О₂ и влажности в инкубаторе является производство лопастями пульсатора как можно большего количества вихревых движений особого размера и интенсивности. Данная форма лопасти пульсатора также оптимально влияет на подачу свежего воздуха, обеспечивает необходимое количество вращательных моментов для
достижения максимальной однородности температуры, уменьшает потребление электроэнергии и способствует прохождению воздушного потока вдоль нагревательных/ охлаждающих элементов в инкубаторе. Принцип подготовки воздуха Через отверстие подачи воздуха в потолке, имеющейся в каждой секции инкубатория, система вентиляции с технологией Vortex™ закачивает свежий воздух из инкубационного зала, который затем проходит через вертикальный канал, центральный узел пульсатора и внутреннюю полость его лопастей, создавая радиальные толчки воздуха (см. рисунок 3). Каждая отдельная секция инкубатора оборудована системой вентиляции с технологией Vortex™, которая создает циркуляцию «свежего» воздуха в каждой секции инкубатора. Воздух проходит вдоль инкубационных тележек в так называемые «зоны смешения» инкубатора. Главным достоинством данной модели прохождения воздушного потока является то, что только что поступивший снаружи воздух никогда не контактирует с яйцом напрямую, что позволяет избежать локальных изменений температуры яиц (см. рисунок 4). Принцип смешивания воздуха После прохождения вдоль тележек воздух поступает в «зоны смешивания», где оставшиеся температурные различия достигают минимума, и только потом воздух контактирует с яйцом. Размер данной зоны является решающим для ее влияния на гомогенность температуры яйца внутри каждой секции инкубатора (см. рисунок 5).
Дизайн нового поколения для инкубатория будущего
9
Рис.5. Зона смешения снижает
Рис. 6. Схема принципа
разницу в температуре воздуха до
распространения пульсатором
минимума (цвета указывает на
Vortex™ вихрей из смешанного
скорость воздуха).
воздуха сквозь инкубационные лотки.
Принцип обмена Система вентиляции с технологией Vortex™ протягивает смешанный воздух вертикальными спиралями через лотки и перегоняет вокруг яиц назад к центру вихревого пульсатора (см. рисунок 6). Этот метод имеет два основных преимущества по сравнению с традиционной системой распределения воздуха. При протягивании воздуха вокруг яиц (вместо толчков), поверхность инкубируемого яйца становится доступной для оптимального обмена температурой и влажностью. Особое направление воздуха вдоль яиц постоянно изменяется, тем самым поддерживается постоянная однородная температура яичной скорлупы каждого яйца в течение всего периода инкубации. К тому же, вихри двигаются параллельно направлению поворота инкубационных тележек, управляя воздушным потоком таким образом, что он затрагивает всю поверхность яйца. Это предотвращает появление «мертвых зон» в местах, недоступных воздушному потоку, а это в свою очередь, способствует равномерному распределению воздуха в пределах каждой секции инкубатора. Чтобы уменьшить препятствия для прохождения воздуха, создаваемые инкубационным лотком, мы создали новый дизайн лотков – открытая, просторная решетка, которая предотвращает образования «мертвых зон» и позволяет воздушным вихрям свободно циркулировать сквозь лоток, вокруг каждого яйца (см. рисунок 7).
10
Когда воздушные вихри, наконец, выходят из лотков, они попадают в «зону обмена» секции инкубатора. Здесь первой задачей вентилятора является обмен энергии, СО₂/О₂ и влажности, чтобы обработать воздух перед повторной циркуляцией по секции инкубатора, не нарушая однородность температуры яйца. Форма Vortex™ посредством особых вихрей, создаваемых лопастями, полностью оптимизирована для смешивания «старого» воздуха из секции инкубатора со «свежим», поступающим снаружи, а также для интегрированного обогрева/охлаждения (см. рисунок 8).
4 Максимизация однородности с Адаптивной метаболической обратной связью (AMF™) Описанная в главе 3 данной статьи схема воздушного потока обеспечивает создание полностью контролируемой окружающей среды - предпосылка для стимуляции температурой или Циркадианной инкубации. В данной главе речь пойдет о том, как можно довести однородность температуры до максимума посредством оптимизации воздушного потока, используя модуль ‘Адаптивной метаболической обратной связи (AMF™)’. Адаптивная метаболическая обратная связь предоставляет возможность контролировать параметры процесса инкубации в соответствии с временными метаболическими изменениями определенных партий эмбрионов в инкубаторе. В конечном счете AMF доводит однородность до максимума посредством оптимизации воздушного потока и перераспределения воздуха, что делает возможным применение Циркадианной инкубации.
Дизайн нового поколения для инкубатория будущего
Рис. 7. Новый дизайн
Рис.8. В зоне обмена воздух
инкубационного лотка позволя-
обрабатывается перед повторной
ет воздушным вихрям свободно
циркуляцией по секции
циркулировать вокруг каждого
инкубатора для поддержания
яйца.
гомогенной температуры (цвета указывает на скорость воздуха).
Для поступления достаточного количества кислорода и удаления углекислого газа, производимого в процессе инкубации, необходима вентиляция. Система вентиляции контролирует количество свежего воздуха и, соответственно, уровень углекислого газа, а также относительную влажность в инкубаторе. Процент углекислого газа и относительная влажность увеличиваются, когда клапаны закрыты, и вентиляция полностью отсутствует. Уровень углекислого газа и относительная влажность тесно связаны и должны контролироваться одновременно одинаково точными датчиками. Эффект от повышенной влажности часто недооценивается, несмотря на то, что это ограничивает испарение воды из яиц, уменьшая потерю веса яйцом и степень охлаждения испарением. Повышенный уровень относительной влажности влияет на развитие эмбриона как физически, так и физиологически. Испарение воды – физический процесс, известный, как охлаждение испарением. Во время данного процесса яйца теряют тепло и охлаждаются. Постоянное испарение воды из яиц на всех этапах инкубации измеряется как потеря веса. Данный процесс необходим для поддержания минерального баланса в различных отделах эмбриона на физиологическом уровне. В невентилируемых инкубаторах фактическая относительная влажность становится выше настройки, и если увлажнители инкубатора не работают, не возникает холодных точек. Температура эмбриона повышается, так как охлаждение испарением не происходит в результате увеличения влаги в
воздухе инкубатора. Как бы то ни было, повышенное содержание влажности в невентилируемом инкубаторе ограничивает потерю веса яйцом, влияя на развитие эмбриона. В результате повышается риск плохого качества цыплят, пупков и увеличенных желточных мешков. Контроль влажности и уровня углекислого газа в коммерческих инкубаторах должен подчиняться как физическим, так и физиологическим законам. Важно, чтобы современный инкубатор мог справляться с варьирующимися профилями влажности и углекислого газа, приспосабливаясь к местным условиям. Эти знания послужили фундаментом для развития Адаптивной метаболической обратной связи (AMF). Степень вентиляции инкубатора определяется влагой и углекислым газом и зависит от количества метаболической энергии инкубируемого яйца и степени развития эмбриона. Так как влажность и углекислый газ постоянно контролируются специальными настройками, система AMF оптимизирует процесс инкубации, сокращая количество холодных зон от вентиляции и увлажнения, одновременно предотвращая избыточное образование СО₂. Система AMF обеспечивает точный контроль, поэтому естественное испарение воды из яиц не нарушается, и, таким образом, инкубатор соответствует изменяющимся потребностям растущего эмбриона на разных стадиях цикла.
Дизайн нового поколения для инкубатория будущего
11
С помощью системы AMF осуществляется постоянный контроль, как рециркулируемого, так и поступающего свежего воздуха на основе метаболизма эмбрионов, который определяет уровень влажности и СО₂. Таким образом, происходит обмен энергии, СО₂/О₂ и влажности без влияния на гомогенность температуры инкубатора.
Выводы Так как Циркадианная инкубация требует однородной температуры в инкубаторе, возникла необходимость в новом дизайне для дальнейшего усовершенствования. Три года интенсивной работы по моделированию и эмпирических исследований в этой области показали, что совмещение модульного дизайна инкубационной машины, нового принципа построения воздушного потока, основанного на создании воздушных вихрей, и системы AMF, обеспечивают высокую точность контроля над окружающей средой и являются предпосылками для успешного использования термической стимуляции.
Совместное использование этих трех компонентов1 делает возможным обмен энергии, СО₂/О₂ и увлажнения без влияния на гомогенность температуры вокруг яиц. Это является существенным преимуществом для современного инкубатория, включая распределение однородной температуры вокруг яйца в период созревания. Коротко говоря, стало возможным повышение температуры для каждого эмбриона с высокой степенью точности для применения Циркадианной инкубации для оптимизации выводимости, выносливости, конечного веса и коэффициента конверсии корма.
1
12
Заявлен патент права на интеллектуальную собственность
Дизайн нового поколения для инкубатория будущего
Ссылки • Boerjan, M.L. (2002) Avian and Poultry Biology Reviews, 13: 237. • Collin, A., Picard, M. и Yahav, S. (2005) Anim. Res., 54: 105-111. • Collin, A., Berri, C., Tesseraud, S., Requena Rodón, F.E., Skiba-Cassy S., Crochet, S., Duclos, M.J., Rideau, N., Tona, K., Buyse, J., Bruggeman, V., Decuypere, E, Picard, M. and Yahav, S. (2007) Poultry Science 86: 795-800. • Decuypere, E. (1984) Archiv für Experimentelle Veterinärmedizin, 38: 439449. • Gilbert, S.F. 2006. Developmental Biology, eighth edition. Sinauer Associates, Massachusetts. • Gilbert, S.F. и Epel, D. (2009) Ecological Developmental Biology: integrating epigenetics, medicine and evolution. Sinauer Associates, Massachusetts. • Hammond, C.L., Simbi, B.H. и Stickland, N.C. (2007) (Gallus gallus). J. Exp. Biol., 210: 2667-2675. • Halevy, O., Yahav, S. и Rozenboim, I. (2006a) World’s Poultry Science Journal, 62: 485-497.
Onagbesan, O.M., Buyse, J., Decuypere, E. и Macari, M. (2003) Journal of Thermal Biology 28,133-140. • Nichelmann, M. и Tzschentke B. (2002) Comp. Biochem and Physiol., 131A: 751-763. • Star, L., Ellen, E.D., Uitdehaag, K.A. и Brom, F.W.A.. (2008) J. Agric. Environ. Ethics, 21:109-125. • Shinder, D., Rusal, M., Giloh, M. и Yahav, S. (2009) Poultry Science 88:636646. • Tzschentke, B. (2007) Poultry Science, 86: 1025-1036. • Tzschentke, B. (2008) Computers and electronics in agriculture 64: 61-71. • Tzschentke, B. и Halle I. (2009) Br. Poultry Sci., 50(5): 634-40. • Tzschentke, B. и Plagemann, A. (2006) World’s Poultry Science Journal, 62: 626-637. • Yahav, S., Collin, A., Shinder, D. and Picard M. (2004) Poultry Science, 83:1959-1963.
• Halevy, O., Piestun, Y., Rozenboim, I., Yablonka-Reuveni, Z. (2006b) Am. J. Physiol. Regul. Intergr. Comp. Physiol., 290: 1062-1070. • Janke, O., Tzschentke, B., Höchel, J. и Nichelmann, M. (2002) Comp. Biochem. Physiol., 131A: 741-750. • McKay, J.C. (2009) In: Biology of Breeding Poultry. Ed. P. Hocking; chapter 1. • Maltby, V., Somaiya, A., French, N.A. и Stickland, N.C.(2004) British Poultry Science, 45: 491-98. • Minne, B. и Decuypere, E. (1984) Archiv für Experimentelle Veterinärmedizin, 38: 374-383. • Moraes, V.M.B., Malherios, R.D., Bruggeman, V., Collin, A., Tona, K., Van As, P.,
© Авторские права Pas Reform 2010. Все права защищены.
Pas Reform Hatchery Technologies Pas Reform - это международная компания, специализирующаяся на разработке инновационных технологий в инкубации с 1919 года. Компания по праву заслужила статус одного из ведущих мировых производителей инкубационного оборудования через десятилетия исследований биологических и физиологических аспектов развития эмбриона в совокупности с полным пониманием всех аспектов цепи птицеводства и концентрацией внимания на тенденциях будущего.
Pas Reform Hatchery Technologies Pas Reform Russia 308036 Россия Белгород ул. Есенина, 20В Тел. +7 4722 58 90 50 Факс +7 4722 58 90 51 E-mail info@pasreform.ru Internet www.pasreform.ru Pas Reform P.O. Box 2 7038 ZG Zeddam The Netherlands Phone +31 314 659 111 Fax +31 314 652 575 E-mail info@pasreform.com Internet www.pasreform.com