动物养殖饲营养价值的评定方法

动物养殖饲营养价值的评定方法近一个世纪以来，饲料营养价值主要通过化学分析、消化试验、代谢试验、平衡试验和饲养试验来评定。各国学者对评定方法进行了大量的研究和改进，已使饲料营养价值的评定成为许多营养实验室的常规工作之一。一、化学分析（一）分析用样品的采集与制备样品采集是饲料营养价值评定工作中最重要的一步，采集的样品必须具有代表性，即代表全部被检物质的平均水平。否则，即使实验室分析的仪器和方法先进、科学，也不能得出科学、公证和实用的结果。饲料样本的制备在于确保样品十分均匀，在分析时，取任何部分都能代表全部被检测物质的成分。根据被检物质的性质和检测项目要求，可以用摇动、搅拌、切碎、研磨或捣碎等方法进行。互不相溶的液体，分离后分别取样。（二）饲料养分的表示百分数（%）：是最为常用的表示方法，即表示饲料中某养分在饲料中的重量百分比。主要用以表示概略养分、常量元素、氨基酸的含量。mg/kg：通常用以表示微量元素、水溶性维生素等养分（有时还用µg/kg）。IU（国际单位）：常用以表示脂溶性维生素等在饲料中的含量。CIU(鸡国际单位，chickeninternationalunit)。饲料的存在状态不同，其养分含量有很大差异。因此饲料营养价值经常用3种存在状态来表示：原样基础：有时可能是鲜样基础或潮湿基础，有时也可能是风干基础。原样基础的水分变化很大，不便于进行饲料间的比较。风干基础：指空气中自然存放基础或自然干燥状态，亦称风干状态。该状态下饲料水分含量在13%左右。绝干基础（DMbasis）：指完全无水的状态或100%干物质状态。绝干基础在自然条件下不存在，在实践中常将DM含量不一致的原样基础或风干基础下的养分含量换算成绝干基础，以便于比较。（三）概略养分分析法1860年德国Weende试验站的Henneberg与Stohmann二人创建了分析测定水分、粗灰分、粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维与无氮浸出物的概略养分分析方法。该法测得的各类物质，并非化学上某种确定的化合物，故也有人称之为“粗养分”。尽管这一套分析方案还存在某些不足或缺陷，但长期以来，这套方法在科研和教学中被广泛采用，用该分析方案所获数据在动物营养与饲料的科研与生产中起到了十分重要的作用，因此，一直沿用至今。其分析方案见图3-1。饲料样品105℃烘干至恒重水分干物质,DM灰分,A灰分,Ash有机物,OM粗蛋白质,CP粗蛋白质（CP）粗蛋白质,CP粗蛋白质（CP）无氮有机物乙醚或石油醚回流浸提粗脂肪（EE）碳水化合物稀酸（1.25%H2SO4和0.313mol/LNaOH分别处理30min）粗纤维,CF无氮浸出物,NFE图3-1概略养分分析方法概略养分分析法仅能给出饲料中“粗养分”含量的测定值，而未给出“粗养分”中各种具体营养成分的含量，如灰分中各种元素含量，粗纤维中各种物质含量等，导致本属于不同养分的化合物划分在同一养分内，使营养价值的评定不准确。如在粗纤维的测定过程中，酸处理会使很大一部分半纤维素被溶解，使饲料中最不能被利用的成分并未完全包括在粗纤维中，从而加大了无氮浸出物的计算误差。粗纤维并非化学上的一种物质，而是几种物质比例不确定的混合物，同时也并未将饲料中的这几种物质全部包括在其中。（四）VanSoest饲草分析法（粗饲料分析方案）概略养分分析法虽在饲料营养价值评定中起了十分重要的作用，但它在碳水化合物分析方法上的不足也受到广泛批评。为此，VanSoest在1964年首次建立了适于动物营养目的的粗饲料洗涤分析程序(见图3-2)。（五）纯养分分析随着动物营养科学的发展和测试手段的提高，饲料营养价值的评定进一步深入细致，也更趋于自动化和快速化。饲料纯养分分析项目，包括蛋白质中各种氨基酸、各种维生素、各种矿物质元素及必需脂肪酸等。这些项目的分析需要昂贵的精密仪器和先进的分析技术。（六）近红外分析技术（NearInfraredReflectanceSpectroscopy,NIRS）用传统的化学方法分析饲料营养价值，由于耗时、耗试剂而成本高，最近20年来，在一些营养实验室采用了将分析技术和统计分析技术联合使用的近红外分析技术。这一技术是应用一套光学设备和计算机获得样品的数据谱，将一套已知分析值的饲料样品（通常需要50个样品）在近红外仪上测定，然后计算二者之间的回归关系，这一关系被输入计算机，用作样品测定时的经验公式。近红外的波长范围从730nm到2500nm，是介于波长更短饲草等3%十二烷基硫酸钠煮沸1h中性洗涤可溶物，NDSNDF2%十六烷基三甲基溴化铵煮沸1h酸性洗涤可溶物，ADSADF72%H2SO420～30℃处理3h水解液（纤维素）ADL500℃2h木质素灰分图3-2VanSoest粗饲料分析方案的可见光和波长更长的红外光之间的，样品分析时只要读取光学数据就可以很快获得分析结果。自1984年以来，该方法已经用于测定青草粗蛋白、酸性洗涤纤维和水溶性淀粉，用于测定青贮饲料的粗蛋白和酸性洗涤纤维。目前，国外一些大型企业已经开始将NIRS技术用于常规营养成分的快速测定。使用该方法时，样品的制备非常重要，由于样品制备不好，颗粒大小变异而造成的分析误差可以占整个仪器分析误差的90%。（七）抗营养因子和毒素的分析在植物性饲料中主要存在的是蛋白酶抑制因子、血凝素、致甲状腺肿物质、氰、巢菜碱、植酸磷、浓缩丹宁、黄曲霉毒素和生物碱及动物性饲料中的病原微生物等抗营养因子，其分析方法一般都很专一，有些还需要精密仪器。二、消化试验饲料进入动物消化道后，经机械的、化学的及生物学的作用后，大分子的饲料颗粒被逐渐降解为简单的分子，并为动物肠道所吸收，这就是动物的消化过程。在实践中通常用消化率来表示饲料养分被消化的程度及动物对养分的消化能力。动物食入的某饲料养分减去粪中排出的该养分，即称可消化养分。那么消化率就是指饲料某养分的可消化养分占饲料中该养分总量的百分率，可用公式表示为：某养分的消化率（%）＝（3～1）但是按以上方法测得的养分消化率，严格地说应称为表观消化率。这是由于粪中所排出的养分并非全部属于饲料本身未被消化吸收部分，还有一部分是来自消化道本身的产物，它包括消化器官所分泌的消化液的残余、消化道粘膜及上皮细胞脱落的残余和消化道微生物残体及产物等，这些产物常被称为（粪）代谢性产物（metabolicfecalproducts,MFP）。那么真（实）消化率的概念可用以下公式表示：某养分的真实消化率（％）＝（3～2）显然，从理论上讲，同一饲料养分的表观消化率总是低于其真实消化率。当然用真消化率表示饲料养分的消化程度（评定饲料）比用表观消化率更真实、可靠。但对于许多的养分来说，要准确收集与测定试验动物MFP的养分是非常困难的，因此，用表现消化率来评定饲料的消化性能仍被普遍采用。根据试验所使用的条件，消化试验可分为体内消化试验（invivo）、尼龙袋消化试验（nylonbagtechnique）和离体消化试验(invitro)。根据被测定饲料种类，消化试验分为直接法与间接法。能独立构成动物饲粮的饲料，如混合饲料，反刍动物的干草、青草等可用直接法测定；而不能单独构成饲粮的单一饲料则采用间接法。间接法需做2次消化试验才能计算出被测饲料的养分消化率。根据收集方法不同消化试验又可分为全收粪法和指示剂法。（一）体内消化试验1.全收粪法在试验期间精确计量饲料采食量；全部收集试验动物粪便并准确计量。有代表性地采取饲料与粪样并准确分析。使用全收粪法测定消化率时，收粪设备有多种：最简单的是粪袋，适于大型草食动物消化试验收粪。猪和家禽有专用消化试验栏或笼。栏式要求水磨石地面，笼式多为钢质结构；鱼类消化试验另有特殊设备。应选择生长发育、营养状况、食欲、体质均正常的健康动物，为了便于粪尿分离，哺乳动物一般应选雄性。同时要求动物的品种、年龄、体重、血缘关系和发育阶段基本一致。评定一种饲料需动物3～6头（只）。试验日粮应参照动物的营养需要，按照试验设计要求配制。试验所需饲料总量按动物采食量与试验天数估算，并一次配好，再按每天所需数量分装成包，备试验时使用，同时应采样，在实验室制成分析样品供饲料营养成分分析用。消化试验全期分为预试期和正试期。预试期的工作包括：将选好的试验动物关进消化试验笼中，单笼饲养，饲喂待测饲粮（如待测饲粮有适应性等问题则先经过一段时间的过渡），并注意观察试验动物的采食习性、排粪情况及其他行为活动。预试期的长短，因动物而异（动物消化道内食糜的排空速度）。通过预试后，动物预试前采食的其他饲料的食糜残渣应从消化道排尽。为了保证这一点，对不同动物预试期的长短作出如下规定：牛、水牛、绵羊10d；哺乳期动物4d；猪（4～8月龄）6d；肉食性动物3d。在预试期的最后3d应定量（准确）饲喂待测料。在预试期间应作好正试期的一切准备工作。正试期的任务是按预试期末确定的喂量准确定量饲喂；全部收集各试验动物正试期的排粪，按比例取样保存（保存期间注意防腐）。待正试期结束时，将各头试验动物每天的粪样混合在一起干燥制成风干样以备分析。从理论上讲，正试期越长，越准确，但由于人力、物力的限制，正试期不可能太长，一般为：牛、羊、10d（哺乳期犊牛4d）；猪（4～8月龄）5d；肉食动物5d。2．指示剂法（稳定物质法）为了简化消化试验繁锁的收粪手段，Wiepf(1874)曾采用粗饲料中所含的不被动物消化吸收的二氧化硅为内源指示剂，Ebin(1918)又采用了用三氧化二铬（Cr2O3）为外源指示剂来测定饲料养分的消化率。其原理是：假定指示剂（稳定物质）通过家畜消化道后能完全从粪中排出（即完全不被吸收），从而通过饲料与粪中养分与指示剂含量的变化即可计算出养分的消化率，其计算公式为：饲料养分消化率（％）＝100-（3～3）常用指示剂包括内源指示剂和外源指示剂，前者有SiO2、木质素、酸不溶灰分（AIA，AcidInsolubleAsh）等。较为常用的是AIA，即2mol/L（或4mol/L）盐酸不溶的灰分。后者有Cr2O3,Fe2O3,Ti2O3（钛），BaSO4等。对指示剂回收率的研究表明：没有一种稳定物质的回收率能真正达100%。多数研究者认为Cr2O3较为理想，回收率可达98%。因此目前常用的指示剂是Cr2O3和AIA。外源指示剂的一般添加量为0.2%～1.0%。如添加太少，难以准确测定，对回收率影响较大，但添加太多又可能影响动物对养分的消化（注意准确、均匀的掺和）。粪样的采集与制备：应采集未受其它物质污染（如尿）的粪便，一般应每天采集3次，采集的总量一般不应少于总排粪量的35%。烘干混匀制成分析样，待测定养分和指示剂含量。3．间接法对于不能单独用于饲喂动物的饲料，其消化率测定使用间接法。它需要经过2次消化试验。第一次测定基础日粮的养分消化率；第二次试验测定由80%～50%的基础饲粮和20%～50%待测饲料构成的新日粮的养分消化率。基本假定：基础日粮养分的消化率在2次试验中保持不变。营养分的消化率具有可加性。在以上基本假定成立的情况下，通过2次消化试验便可按如下公式计算出待测饲料养分消化率：待测饲料养分消化率（DF，%）＝DB+（3～4）式中DB和DT分别表示基础日粮与新日粮养分的消化率;f表示新日粮养分中待测饲料养分所占的比例。注意事项：本法是在假定基础饲料养分消化率在两次测定中保持完全一致的条件下实现，但实际上100%的不变是不可能的（饲料间的互作及其他条件的影响）。为了保证测定结果的相对准确，就应保持基础饲粮养分消化率的稳定。因此须注意以下几个方面：（1）基础饲粮应是营养平衡的配合饲料（应符合动物营养需要），且基础饲粮中含有约10%的待测饲料。（2）两次试验所需的基础饲粮应一次配齐。（3）待测饲料在新日粮中替代基础饲粮的比例不宜太少，一般以20%～50%为宜。（二）离体消化试验离体消化实验是模拟动物消化道的环境，在体外进行饲料的消化。可以使用消化道消化液法和人工消化液法。使用消化道消化液时，先制取小肠液冻干粉（PIF）并进行效价标定，然后取饲料样0.5g(4份)用0.2%胃蛋白酶的0.075mol/L盐酸溶液37℃恒温水浴振荡4h；用0.2mol/LNaOH液中和至pH值等于7.0；加PIF液恒温振荡4h，两两合并加水静置过夜（夏季需置于冷暗处和加甲苯一滴以防腐）。用已知干重及能值的滤纸过滤，残渣烘干称重与测热。该法由中国农科院畜牧所张子仪院士的研究小组制定，适于测定猪的配合饲料、能量饲料、粗饲料及植物性蛋白质饲料的干物质消化率和表观消化能。评定反刍动物饲料的离体消化试验常用人工瘤胃法，该法有些类似于猪的离体消化试验。先从瘘管动物的瘤胃中取出定量的瘤胃液，并去除其中的饲料颗粒后，置于一容器中，再将待测饲料样（0.5g）加入其中，在中性、39℃、厌氧避光条件下处理和测热，即可计算出未校正的DM和能量消化率。但由于测定结果一般低于体内法的结果，故需进行校正。人工瘤胃法有人不用瘤胃液，而采用真菌纤维素酶代替，但这样一般先用胃蛋白酶处理。该法由德国Hohenhaim大学Menkel首先提出。取瘤胃液的动物饲粮中应保持50%～60%的粗料（主要干草），因为精粗料比例会影响动物瘤胃液中纤维素酶和淀粉分解酶的活性均衡。（三）尼龙袋法主要用于反刍动物饲料蛋白质的瘤胃降解率测定。将饲料放入特制的尼龙袋，再从瘤胃瘘管将尼龙袋放入瘤胃中，经24～48h后取出，冲洗干净，烘干称重，然后根据饲料中的蛋白质含量可以计算出饲料蛋白质降解率。由于该法简单易行、重复性好、耗时耗力少，目前国际上已经普遍用于测定饲料蛋白质的降解率。三、代谢试验物质代谢是利用供试动物采食与排出体外的营养物质之差来测定动物体内组成分变化情况的一种试验方法。因而通过物质代谢试验可了解各种饲料养分（如碳、Ca、P等）在动物体内的沉积能力（沉积率），以评定饲料的营养价值。物质代谢试验既可测定饲料养分的利用率（沉积率），也可测知动物体内营养物质的增损情况。用物质代谢实验可研究的营养物质有水分、蛋白质、脂肪、各种矿物元素和维生素等。在食品动物生产中，人们特别重视动物机体蛋白质与脂肪的变化。因此，普遍开展的还是碳氮平衡试验（据氮平衡测定体内蛋白质增损，据碳平衡了解体内脂肪的增损），亦即研究动物碳氮平衡乃研究物质代谢的重点。其基本方法：是在消化试验基础上增加收集尿、气体的装置。（一）氮平衡试验1.动物体内的氮代谢池动物体内的氮来源、氮排泄及动物体内的氮代谢途径总结于图3～3。在动物生产中，动物食入的饲料蛋白质除部分在其消化道没有被消化吸收经粪排出外，吸收的含氮物（氨基酸）一部分用来合成新的组织蛋白以满足生产或组织修补的需要，另一部分含氮物氧化分解并以尿素、尿酸等形式从尿中排出。2.氮平衡测定在氮平衡试验中，可以建立如下关系式：食入氮－粪氮－尿氮－体外产品氮＝沉积氮（3～5）当沉积氮大于零时，则称为氮的正平衡；沉积氮小于零，则称为氮的负平衡；沉积氮等于零，则称为氮的零平衡或零氮平衡。AA合成组织蛋白饲料CPAA合成组织蛋白小肠AA吸收脱NH2小肠AA吸收脱NH2作用a-酮酸a-酮酸NH3尿酸、尿素氧化供能或生成糖或脂尿酸、尿素氧化供能或生成糖或脂图3-3动物体内的氮代谢途径氮平衡试验的方法要点与消化试验方法基本相同。氮平衡试验对实验动物的头数及其选择，试验期的划分、安排与处理均可参照消化试验要求，另外，在消化试验基础上增加收集试验动物所有排尿。（二）碳平衡试验通过碳平衡试验可以测定动物体内脂肪增减情况。动物体内碳来源于饲料三大类有机物质（即蛋白质、脂肪和碳水化合物）；碳的排出途径为：（1）粪碳及肠道气体碳。粪碳是指饲料中未被动物消化吸收的有机物质。另外，在反刍动物的瘤胃和大肠、单胃动物大肠内微生物的发酵，可产生CH4和CO2等从肠道排出，构成消化道气体碳损失。（2）尿碳。主要以尿素或尿酸形式排出。（3）呼出气体碳。吸收到动物体内的有机物质在体内氧化供能中将形成CO2，随动物呼吸排出体外。（4）沉积体内或体外产品蛋白质、脂肪中的碳。因此，碳平衡可表示为：沉积碳＝饲料碳-粪碳-尿碳-呼出气体碳-消化道气体碳-体外产品碳(3～6)四、饲养试验饲料营养价值评定的主要目的如下：（1）衡量一种饲料替代另一种饲料满足动物生理功能的程度（饲料营养价值相对排序）；（2）建立饲料与其完成某一特定功能的相关，如第一限制氨基酸与动物蛋白质增重关系；（3）通过营养供给来预测或控制动物的生产性能。上述目的的共同点就是饲料的营养价值只有在描述动物的生理功能和生产性能时才会有用，因此动物的生产性能是衡量饲料的绝对和相对营养价值的一个必需指标。动物生产性能通常是指那些与可销售动物产品密切相关的指标，如产奶量、产蛋率、体增重、纤维增长（毛），维持以及繁殖组织和胚胎的生长尽管不是直接可销售商品，也是密切相关的性状。饲料采食量也是动物生产性能的一个重要方面，评价饲料时，其采食特性是一个不容忽视的方面。以动物生产性能评价饲料的营养价值通常通过饲养试验来实现。在动物营养的饲养试验中，常用的设计方法有：对照试验、配对试验、单因子试验、随机化完全区组设计、拉丁方设计和正交设计等。（一）对照试验在营养研究中，如需考察某一营养因素或非营养因素对动物是否有影响，就可以采用对照试验。如比较玉米和糙米对猪的饲养价值，我们可选两组条件相近的猪，一组饲喂含玉米的饲粮，另一组饲喂含糙米的饲粮。对照试验是最简单的设计。其统计模型为：Yij=u+Ti+eijk(3～7)其中：Yijk为观察值，u为平均效应，Ti为处理效应，eijk为随机误差（二）配对试验为了使对照组和处理组动物尽量一致，常选择各方面条件相同动物，双双配成对。再将每对动物随机分到对照组和处理组，更确切地讲是互为对照。在动物营养研究中，配对试验与对照试验的适用范围并无多大差异，主要视试验动物的情况而定。相似年龄、体重、遗传基础和养育历史的动物经一段时间的调整期后，配对进行饲养试验，同一对动物分别饲喂不同的饲粮，同一对动物的采食量相同。该方法不适于自由采食的动物试验。统计方法可用t检验。（三）单因子试验设计与对照试验和配对试验相比，单因子试验有更多的处理组。例如，要研究饲粮赖氨酸对生长猪生产性能的影响并确定其适宜添加水平，一般设计一个赖氨酸水平很低的基础饲粮（有时使用半纯合日粮），然后在基础饲粮中添加不同水平的赖氨酸，根据赖氨酸水平与生长猪生产性能的关系确定适宜的饲粮赖氨酸水平。有时还根据血液的某些生化参数作为评定依据。不设对照组，而设多个处理组，通常又称剂量反应法（Dose-response）。统计方法简单，常用SAS软件的GLM模型进行方差分析。（四）随机化完全区组试验在上面研究生长猪赖氨酸适宜添加水平的试验中，如果试验猪来自三个养猪场，尽管猪的品种、年龄、体重和以前的饲粮基本一样，但为了考察不同环境、水质等是否给试验带来影响，就可把三个养猪场看成三个区组，采用随机化完全区组设计。试验的单元根据年龄、性别等因素分组或分区。在每一区组的动物则随机分配到各处理组，一个区组可以是任何一个可以影响重复之间的变异的任何因素。如比较3种饲粮对犊牛生长的影响，犊牛的开始体重对实验结果有较大影响，但又无必要研究开始体重的效应。处理方法：先将动物按体重分组，再将每组动物随机分配到各处理组。该设计可以区分饲粮、起始体重的效应，同时可以估计饲粮和起始体重之间的交互作用。统计模型：Yijk=u+Ti+Bj+eijk(3～8)其中：Yijk为观察值，u为平均效应，Ti为处理效应，Bj