第1章动物与饲料的化学组成

1、第一章 动物与饲料的化学组成动物为了维持自身的生命活动和生产，必须从外界环境中摄取所需要的各种营养物质或含有这些营养物质的饲料。植物及其产品是动物饲料的主要来源，因此，了解动物与饲料，特别是植物性饲料的化学组成与动物之间的相互关系，是学习动物营养学的重要基础。本章重点阐述了动物与植物的相互关系，动植物体的化学组成，动物饲料中主要营养物质，特别是饲料概略养分分析方案中六大成分的概念。以后各章均是从不同角度，不同侧面对动物与饲料的关系的展开和深化，所以本章是本书的逻辑起点。第一节 动物与饲料一、动物与植物 动物和植物是自然界生态系统中两个重要组成部分，植物和大多数微生物能利用土壤和大气中的无机物合

2、成自身所需要的有机物，属自养生物，动物则直接从外界环境中获得所需要的有机物，属异养生物。异养生物与自养生物是生物界生态系统内物质循环的两大主要生物群落，他们之间相互制约，相互依存，共同保持着生态系统内的物质平衡。高等动物的食物直接或间接来源于植物。高等动物在生命活动过程中的排泄物和死后尸体，经微生物分解，最后转化为无机物还原于自然界。绿色植物及少数具有光合作用的微生物是自然界有机营养物质的生产者，他们利用二氧化碳、水及各种无机物，通过光合作用生产各种有机物。同时也贮存能量，释放氧气，为动物生存提供条件。由此看出，生物界中动物和植物，以营养为纽带，构成各种不同的食物链，把生物与生物，生物与环境紧

3、密地联系在一起。经过人类长期驯化的家养动物，无论杂食动物、草食动物或肉食动物，都是不同食物链中的主要消费者。这种以营养为纽带的生态系统，不停地进行着能量和物质的交换，从而构成了自然界的物质循环。动物与植物则是物质循环的两个主要方面。生产领域中，动物生产与植物生产是农业生产的两大支柱。植物生产除了为人类生存提供食物外，也为动物生产提供饲料，特别是人类不能直接利用的农作物副产物，可以通过动物转化成优质的动物产品，供人类食用。而动物生产又为植物生产提供有机肥料，有利于农作物增产。因此，动物生产和植物生产，不仅是人类生存的条件，而且他们之间也是相互依存、相互促进的。二、饲料中的营养物质动物为了生存、生

4、长、繁衍后代和生产，必须从外界摄取食物，动物的食物称为饲料。一切能被动物采食、消化、利用，并对动物无毒无害的物质，皆可作为动物的饲料。饲料中凡能被动物用以维持生命、生产产品的物质，称为营养物质，简称养分。饲料中养分可以是简单的化学元素，如Ca、P、Mg、Na、Cl、K、S、Fe、Cu、Mn、Zn、Se、I、Co等，也可以是复杂的化合物，如蛋白质、脂肪、碳水化合物和各种维生素。国际上通常采用1864年，德国Hanneberg 提出的常规饲料分析方案，即概略养分分析方案(Feed Proximate Analysis)，将饲料中的养分分为六大类（见图1-1）。该分析方案概括性强，简单、实用，尽管分

5、析中存在一些不足，特别是粗纤维分析尚待改进，目前世界各国仍在采用。 水分 饲料 无机物质（粗灰分或矿物质） 干物质 含氮化合物（粗蛋白质） 有机物质 乙醚浸出物（粗脂肪） 无氮化合物 粗纤维 碳水化合物 无氮浸出物图1-1 概略养分与饲料组成之间的关系 (一)水分 各种饲料均含有水分，其含量差异很大，最高可达95%以上，最低可低于5%。水分含量越多的饲料，干物质含量越少，营养浓度越低，相对而言，营养价值也越低。同一种饲料植物，收割期不同，部位不同，水分含量也不一样。幼嫩时含水较多，成熟后水分含量减少；枝叶中水分较多，茎杆中水分较少。青绿多汁饲料和各类鲜糟渣饲料中水分含量较多，谷物籽实和糠麸类饲

6、料中水分含量较少。水分含量多不利于饲料的贮存和运输，一般保存饲料的水分以不高于14%为宜。饲料中的水分常以两种状态存在。一种是含于动植物体细胞间、与细胞结合不紧密、容易挥发的水，称为游离水或自由水；另一种是与细胞内胶体物质紧密结合在一起、形成胶体水膜、难以挥发的水，称结合水或束缚水。构成动植物体的这两种水分之和，称为总水分。常规饲料分析将饲料中总水分分为初水和吸附水。1初水(Primary Moisture)即自由水、游离水或原始水分。将新鲜饲料样品切细，放置于饲料盘中，在60-70烘箱中烘小时，取出在空气中冷却分种，再同样烘干小时，取出，待两次称重相差小于.g时，所失重量即为初水。各种新鲜的

7、青绿多汁饲料，含有较多的初水。 鲜饲料重（克）-风干饲料重（克） 初水（%）= ×100 鲜饲料重（克）2吸附水(Absorption Water)即结合水或束缚水。测定初水后的饲料、经自然风干的饲料或谷物饲料（一般含14%左右的吸附水），放入称量皿中，在100-105烘箱内烘干小时后取出，放入干燥器中冷却分钟，再重复烘干小时，待两次称重小于0.002g时,即为恒重，失去的重量为吸附水。 风干饲料重（克）-烘干后饲料重（克） 吸附水（%）= ×100 风干饲料重（克） 除去初水和吸附水的饲料为绝干饲料(Dry Matter,缩写DM）。绝干物质是比较各种饲料所含养分多少的基

8、础。(二)粗灰分(Ash) 粗灰分是饲料、动物组织和动物排泄物样品在550-600高温炉中将所有有机物质全部氧化后剩余的残渣。主要为矿物质氧化物或盐类等无机物质，有时还含有少量泥沙，故称粗灰分。 灰分重(g) 粗灰分(%)= ×100 饲料样品重(g)(三)粗蛋白质(Crude Protein,缩写CP) 粗蛋白质是常规饲料分析中用以估计饲料、动物组织或动物排泄物中一切含氮物质的指标，它包括了真蛋白质和非蛋白质含氮物(Non-protein Nitrogen,缩写NPN)两部分。NPN包括游离氨基酸、硝酸盐、氨等。常规饲料分析测定粗蛋白质，是用凯氏定氮法测出饲料样品中的氮含量后，用N

9、×6.25计算粗蛋白质含量。6.25称为蛋白质的换算系数，代表饲料样品中粗蛋白质的平均含氮量为16%（100/16=6.25）。因此，一般测定粗蛋白质都用6.25进行计算。计算公式如下： 饲料样品含N(g)×6.25 粗蛋白质(%)= ×100 饲料样品重(g)(四)粗脂肪(Ether Extract,缩写EE) 粗脂肪是饲料、动物组织、动物排泄物中脂溶性物质的总称。常规饲料分析是用乙醚浸提样品所得的乙醚浸出物。粗脂肪中除真脂肪外，还含有其他溶于乙醚的有机物质，如叶绿素、胡萝卜素、有机酸、树脂、脂溶性维生素等物质，故称粗脂肪或乙醚浸出物。 乙醚浸出物重(g) 粗脂

10、肪(%)= ×100 饲料样品重(g)(五)粗纤维(Crude Fiber,缩写CF) 粗纤维是植物细胞壁的主要组成成分，包括纤维素、半纤维素、木质素及角质等成分。常规饲料分析方法测定的粗纤维，是将饲料样品经.稀酸、稀碱各煮沸30分钟后，所剩余的不溶解碳水化合物。其中纤维素是由-1，4葡萄糖聚合而成的同质多糖；半纤维素是葡萄糖、果糖、木糖、甘露糖和阿拉伯糖等聚合而成的异质多糖；木质素则是一种苯丙基衍生物的聚合物，它是动物利用各种养分的主要限制因子。该方法在分析过程中，有部分半纤维素、纤维素和木质素溶解于酸、碱中，使测定的粗纤维含量偏低，同时又增加了无氮浸出物的计算误差。为了改进粗纤维

11、分析方案，Van Soest(1976)提出了用中性洗涤纤维(Neutral Detergent Fiber,缩写NDF)、酸性洗涤纤维(Acid Detergent Fiber, 缩写ADF)、酸性洗涤木质素(Acid Detergent Lignin,缩写ADL)作为评定饲草中纤维类物质的指标。同时将饲料粗纤维中的半纤维素、纤维素和木质素全部分离出来，能更好地评定饲料粗纤维的营养价值。测定方案如图1-2。饲料处理灰分纤维素被燃烧灰分木质素被燃烧木质素和矿物质纤维素被溶解纤维素和残余矿物质木质素氧化损失KMnO4处理PH=3.072%H2SO4PH=7.0中性洗涤剂处理中性洗涤纤维（NDF）

12、酸性洗涤剂处理酸性洗涤纤维（ADF）酸性洗涤可溶物（ADS）图12 Van Soest 粗纤维分析方案中性洗涤可溶物（NDS）粗饲料中粗纤维含量较高，粗纤维中的木质素对动物没有营养价值。反刍动物能较好地利用粗纤维中的纤维素和半纤维素，非反刍动物借助盲肠和大肠微生物的发酵作用，也可利用部分纤维素和半纤维素。(六)无氮浸出物(Nitrogen Free Extract,缩写NFE) 无氮浸出物主要由易被动物利用的淀粉、菊糖、双糖、单糖等可溶性碳水化合物组成。 常规饲料分析不能直接分析饲料中无氮浸出物含量，而是通过计算求得： 无氮浸出物%=100%-（水分+灰分+粗蛋白质+粗脂肪+粗纤维）% 常用饲

13、料中无氮浸出物含量一般在50%以上，特别是植物籽实和块根块茎饲料中含量高达70-85%。饲料中无氮浸出物含量高，适口性好，消化率高，是动物能量的主要来源。动物性饲料中无氮浸出物含量很少。 无氮浸出物中除碳水化合物外，还包括水溶性维生素等其他成分，随着营养科学的发展，饲料养分分析方法的不断改进，分析手段越来越先进，如氨基酸自动分析仪、原子吸收光谱仪、气相色谱分析仪等的使用，使饲料分析的劳动强度大大减轻，效率提高，各种纯养分皆可进行分析，促使动物营养研究更加深入细致，饲料营养价值评定也更加精确可靠。图1-3列出了饲料或食品干物质中所含的各种化学成分。饲料中养分按不同分析方案获得的指标也不同（见图1

14、-4）。三、饲料中各种营养物质的基本功能饲料中各种营养物质的基本功能可归结为三个方面：(一)作为动物体的结构物质 营养物质是动物机体每一个细胞和组织的构成物质，如骨骼、肌肉、皮肤、结缔组织、牙齿、羽毛、角、爪等组织器官。所以，营养物质是动物维持生命和正常生产过程中不可缺少的物质。 必需氨基酸赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苏氨酸 蛋 缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸 白 半必需氨基酸精氨酸、组氨酸、半胱氨酸、 含 质 酪氨酸、甘氨酸、脯氨酸 氮 非必需氨基酸丙氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、 物 羟脯氨酸、谷氨酸 非蛋白质含氮物肽、胺、酰胺、核酸、硝酸盐、尿素、 游离氨基酸等 必需脂肪酸亚油酸、亚麻酸 固醇

15、类胆固醇、维生素D等 脂 类萜烯胡萝卜素、叶黄素等 类 蜡角质等 有 磷 脂卵磷脂等 机 其 它游离脂肪酸等 物 碳 单 糖 水 双 糖 化 低聚糖 合 非纤维性多糖 饲 物 纤维性多糖 料 水溶性维生素 或 维生素 食 脂溶性维生素 品 其他混合物木质素、有机酸、着色物、风味物、臭味 干 物、酶或激素、毒物或抗营养因子等 物 常量Ca、P、Mg、K、Na、Cl、S 质 必需矿物质元素 微量Fe、Cu、Co、Zn、Mn、I、Se、 无 Mo、F、Cr、Ni、Sn、V、Si 机 可能必需矿物元素As、Ba、Br、Cd、Sr 物 非必需矿物元素Ag、Al、Bi、Ge、Hg、Pb、Sb、Ti 有 毒

16、 元 素As、Cd、F、Hg、Pb、Si等 图1-3 常用饲料(或食品)干物质中化学成分 引自Pond等（1995）p.10(参见主要参考文献,以下同)。100水细胞内容物水水灰分灰分灰分粗蛋白质粗蛋白质粗蛋白质粗脂肪粗脂肪粗脂肪无N浸出物无N浸出物无N浸出物半纤维素细胞壁NDF纤维素ADF粗纤维木质素ADL 饲料组成 常规 Van Soest 分析体系 分析体系图1-4 不同分析方案指标比较 (二)作为动物生存和生产的能量来源 在动物生命和生产过程中，维持体温、随意活动和生产产品，所需能量皆来源于营养物质。碳水化合物、脂肪和蛋白质都可以为动物提供能量，但以碳水化合物供能最经济。脂肪除供能外还

17、是动物体贮存能量的最好形式。(三)作为动物机体正常机能活动的调节物质 营养物质中的维生素、矿物质以及某些氨基酸、脂肪酸等，在动物机体内起着不可缺少的调节作用。如果缺乏，动物机体正常生理活动将出现紊乱，甚至死亡。除以上功能外，营养物质在动物机体内，经一系列代谢过程后，还可以形成各式各样的离体产品。第二节 动植物体的化学组成动物与植物虽然营养方式不同，但在化学组成上却十分相近。目前已知的109种化学元素中，动植物体内已发现60多种，其中绝大多数元素分布于元素周期表中第族和第族，多数处于第1-4周期内，原子序数较小，是比较轻的元素。这些元素中，以C、H、O、N含量最多，占总量95%以上。矿物元素的含

18、量较少，约占5%。构成动植物体的化学元素并非都游离存在，绝大部分构成复杂的有机和无机化合物。一、动物体的化学成分 动物体的化学成分依动物种类、年龄、体重、营养状况不同而不同，见表1-1。(一) 水分 动物体内水分含量随年龄的增加而大幅度的降低。以牛为例，胚胎期含水分高达95%，初生犊牛含水75-80%，5月龄幼牛含水66-72%，成年牛体内含水仅40-60%，相对稳定。动物体内水分随年龄增长而大幅度降低的主要原因，是由于体脂肪的增加。从表1-1可以看出：瘦阉牛体内含脂肪12%，含水64%；肥阉牛体内含脂肪41%，含水43%。又如猪从体重8kg至100kg，水分从73%下降到49%，脂肪则从6%

19、上升到36%。由此可见动物体内水分和脂肪的消长关系十分明显。水分是动物体成分之一，不同器官和组织因机能不同，水分含量亦不同。血液含水分90-92%，肌肉含分水72-78%，骨骼组织含水分约45%，牙齿珐琅质含水分仅5%。(二)有机物质 脂肪和蛋白质是动物体内两种重要的有机物质。动物体内碳水化合物含量极少。蛋白质是构成动物体各组织器官重要的组成成分。动物体内各种酶、抗体、内外分泌物、色素以及对动物有机体起消化、代谢、保护作用的一些特殊物质多为蛋白质。动物体内的蛋白质是由各种氨基酸按一定顺序排列构成的真蛋白质。动物种类不同体内的脂肪含量不同。一般说来，猪体脂肪贮量最高，牛、羊次之，鸡、兔、鱼等动物

20、体内脂肪贮量较少。脂肪的含量与营养水平、采食量密切相关。同一种动物用高营养水平，特别是高能量水平饲喂，体脂的贮量则高。动物随年龄和体重的增加，体脂肪和水分含量呈显著负相关（r=-0.89）。动物生产上分割脂肪组织含脂肪30-90%。分割肌肉组织含脂肪较少。如猪的肌肉组织含脂肪约20% ；鸡的胸肌组织含脂肪不足20%；大理石状的牛腰肉含脂肪15-20%。表1-1 动物体的化学成分(%)*动物种类水分蛋白质脂肪灰分无脂样本无脂干物质水分蛋白质灰分蛋白质灰分犊牛(初生)幼牛(肥)阉牛(瘦)阉牛(肥)绵羊(瘦)绵羊(肥)猪(体重8kg)猪(体重30kg)猪(体重100kg)母鸡兔子马人小鼠大鼠豚鼠74

21、686443744073604957696160666564191819131611171312211817181722193101241546624361981718139124.14.05.13.34.42.83.42.52.63.24.84.54.34.53.65.076.275.672.672.578.474.378.279.577.070.275.273.972.975.471.772.719.620.021.621.917.020.518.217.218.925.919.620.621.919.424.321.64.24.45.85.64.65.23.63.34.13.95.25.

22、55.25.24.05.782.281.679.179.578.279.383.384.382.486.879.179.280.779.186.079.317.818.420.920.521.820.716.715.717.613.220.920.819.320.914.020.7* 除去消化道内容物。引自Maynard,L.A等（）p.10。动物体内碳水化合物含量少于1%，主要以肝糖元和肌糖元形式存在。肝糖元约占肝鲜重的2-8%，总糖元的15%。肌糖元约占肌肉鲜重的0.5-1%，总糖元的8%。其他组织中糖元约占。葡萄糖是重要的营养性单糖，肝、肾是体内葡萄糖的贮存库。(三)灰分（矿物质） 动物

23、体内灰分主要由各种矿物质组成，其中钙、磷占65-75%。90%以上的钙，约80%的磷和70%的镁分布在动物骨骼和牙齿中，其余钙、磷、镁则分布于软组织和体液中。据18头不同年龄的阉牛空体成分（除去消化道内容物）分析，主要矿物元素平均百分含量为：Ca 1.33、 0.74、Mg 0.04、Na 0.16、K 0.19、Cl 0.11、S 0.15。除以上矿物元素外，含量仅为动物体十万分之几至千万分之几的Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Se、Mo、F、Cr、Ni、V、Sn、Si、As等15种元素，是动物必需的微量元素。Ba、Cd、Sr、Br等元素是否必需，尚无定论。另外还有一些元素在动物体内存在，但生

24、理作用不了解，它们是动物所必需的还是因环境污染而进入动物体内的，尚待进一步研究。(四)动物活体成分的估计 动物总体成分的分析，是研究动物营养经常要进行的一项工作。鉴于动物总体成分分析耗费大量人力、物力，不少学者进行了大量研究，简化分析程序，获得了一定成效。根据动物活体成分构成规律，动物总体重=水分重+脂肪重+脱脂干物质重。水分与脂肪含量呈显著负相关。脱水和脱脂干物质中，蛋白质和灰分含量又相对稳定（见表12）。因此估计动物的活体成分只需要测出体脂肪或水分含量，即可估测活体其他成分。有人认为用比重法可以测定动物活体脂肪含量；用各种染料（如evans蓝染料）或氧化氘(deuterium oxide)

25、或氚(tritium)等作标记物，静脉注射，然后测定该化合物在动物体内的稀释量,由此估计动物体内水分含量。以牛为例，经测定水分和脂肪存在如下关系：y=355.9+0.36x-202.9logx （Kirchgessner,1987）式中y=脂肪含量(%)； x=水分含量(%)。蛋白质和灰分含量分别可按占无脂干物质的80.3%和19.7%计算。其他动物活体成分的估计，也有类似的推算公式。二、植物体的化学成分表1-2列出了植物及其各部位的化学成分。植物不同部位，化学成分相对比例变异较大。植物整体水分含量随植物从幼龄至老熟，逐渐减少。碳水化合物是植物的主要组成成分。碳水化合物分为粗纤维和无氮浸出物。

26、粗纤维是植物细胞壁的构成物质，在植物茎杆中含量较高。蛋白质、脂肪、矿物质的含量随植物种类不同差异很大。如豆科植物含蛋白质较多，牧草特别是豆科牧草含矿物质相对较多。一般说来，动物体内蛋白质含量较高，植物体内碳水化合物含量较高。表1-2 植物性饲料及其化学成分(%)种类水分蛋白质脂肪碳水化合物灰分钙磷植株(新鲜)玉米苜蓿猫尾草植物产品(风干)苜蓿叶苜蓿茎玉米籽实玉米秸大豆籽实猫尾干草66.474.172.410.610.914.615.69.111.42.65.73.522.59.78.95.737.96.30.91.11.22.41.13.91.117.42.328.716.820.755.67

27、4.671.371.430.775.61.42.42.28.93.71.36.24.94.50.090.440.160.220.820.020.500.240.360.080.070.100.240.170.270.080.580.15 引自aynard,L.A.等（）p.。 植物不同部位的成分差异较大。植物成熟后，将大量营养物质输送到籽实中贮存，因而籽实中蛋白质、脂肪和无氮浸出物含量皆高于茎叶，粗纤维含量则低于茎叶。如玉米籽实和玉米秸的成分差异较大（见表1-2）。植物叶片是制造养分的主要器官，叶片中蛋白质、脂肪、无氮浸出物含量比茎秆高，粗纤维则比茎秆低。如表1-2中苜蓿叶与苜蓿茎相比，成分差

28、异较大。动物生产上，叶片保存完整的饲料植物营养价值也相对较高。三、动植物体组成成分的比较 十九世纪初期，科学工作者利用化学分析方法对动植物体化学成分进行研究，并作了比较，发现二者所含化学元素种类基本相同，数量略有差异。植物因种类不同，化学元素含量差异很大。不同种类动物体化学元素含量差异不显著。无论植物或动物所含化学元素，皆以氧为最多，碳和氢次之，钙和磷较少。动物体内的钙、磷、钠含量，大大超过植物，钾含量则低于植物。其它微量元素的含量，相对较稳定。植物则受土壤、肥料、气候条件和收、贮时间等因素影响而变化。 动物从饲料中摄取由各种化学元素组成的化合物后，在体内代谢过程中，经一系列化学变化合成特定的无机和有机化合物。这些化合物大