饲料能量营养价值的评定

饲料能量营养价值的评定饲料能量含量是衡量饲料营养价值的一个重要方面，饲料中的有机物都是能量的来源。在动物体内，饲料中的化学能可以转化为热能和机械能，也可以蓄积在体内,还可以用于形成动物产品。评定饲料的能量营养价值方法颇多，这些评价体系各有特色，且在不同地域使用或使用于不同动物种类。一、能量评定术语（一）可消化有机物（DOM）根据饲料的可消化有机物含量来评价其能量价值，这一体系忽视了脂肪所含能量高于其它养分这一事实。（二）可消化养分总量（TotalDigestibleNutrient，TDN）一般而言，动物利用饲料中的能量时，最大的能量损失是未被消化而从粪排泄的部分，这一损失与饲料的种类有很大关系。因此把损失量最大而且变动大的粪中所含的能量从饲料总能量中减出去，由此可得可消化养分，以此可消化养分为基础表示能量的单位就是可消化养分总量。这一体系考虑了脂肪含能高这一因素，即TDN=DOM+1.25DEE,但所用消化率系数是沿用反刍动物的，而不是家禽、猪或犊牛的测定值。（三）淀粉价（StarchValue,SV）这是德国的Kellner建立的评定能量价值的方法。根据体脂肪的生产量计算出饲料的能量值。这一方法是以淀粉生产脂肪的能力为基础，给成年牛喂以超过维持所需的养分，1kg可消化淀粉可生产体脂肪248g，1kg可消化纯蛋白质和可消化粗脂肪生产体脂肪量分别为235g和470g〜598g。后来的研究结果显示可消化纯蛋白与可消化粗蛋白有相同的生产量，就使用可消化粗蛋白的单位了。而且把各种可消化成分生成体脂肪的能力换算成1kg可消化淀粉生成体脂肪的能力，只要把各种成分乘上淀粉价系数就可以了。猪的体脂肪合成能力与此不同，所以其系数也不同。淀粉价系数如表3～2所示。表3～2各种成分的淀粉价系数牲畜可消化粗蛋白可消化淀粉可消化粗纤维可消化粗脂肪可消化糖分牛（反刍家畜适用）0.941.001.00粗料1.91谷类2.12油籽2.410.76猪0.981.000.762.620.94把上述表中的系数乘各种可消化养分量就是淀粉价的基础数据。（四）饲料单位（FeedUnit）这是北欧斯堪地维纳国家常用的单位，是瑞典的Hansson等人用乳牛做了许多饲养试验的结果。以1kg大麦喂给奶牛生产牛奶的效果为1饲料单位，由这个牛奶生产效果确定各种饲料的饲料单位。例如1kg豆饼是1.24饲料单位，1kg干草是0.4饲料单位。饲料单位是以淀粉价为计算基础。和淀粉价的思路是一致的，即用一定的系数乘各种可消化养分，以确定牛奶的生产价。不同的是，计算淀粉价时可消化纯蛋白的系数相当于1kg，而在乳生产中，这一系数相当于1.43kg，就以1.43为系数（在淀粉价里是0.94），其它成分的系数和淀粉价的系数相同。（五）总能（GE）动物从饲料中获取能量。饲料中的化学能含量根据其转换成热能的多少测定，这种热能的转换是通过饲料的氧化燃烧确定的。因此，单位重量的饲料氧化燃烧所释放的热量就称为总能。表3～3列出了部分重要化合物的总能含量。一种有机物质的总能含量主要由其以碳氢氧的比例表示的氧化程度决定。所有的碳水化合物都有类似的碳氢氧比，因此他们具有相同的总能含量（约17.5MJ/kg干物质）。甘油三酯的氧比例低，因此其总能含量也高得多（35～39MJ/kg干物质）。总能常用氧弹式测热计测定，测定程序比较简单，国产的自动测热计可以达到国外同类产品同样精确和方便。（六）消化能（DE）饲料的表观消化能等于其总能减去粪能后剩余的能量。只要具备氧弹式测热计，这种方法很容易测定。而且比通过饲料和粪中的粗蛋白、粗脂肪和粗纤维计算更精确。但蛋白质生产水平低时（生长缓慢、产蛋少），DE的ATP潜力估计过高，因为从蛋白质产生的ATP数量低。目前猪饲料的有效能评定多用消化能体系。由于禽的粪尿同时排泄，故通常禽不用消化能体系。该体系在中国和美国应用表3～3某些饲料和纯化学品的总能值（单位：kJ/g）名称总能名称总能葡萄糖淀粉纤维素酪蛋白黄油脂肪（植物油籽）乙酸丙酸丁酸乳酸15.617.717.524.538.539.014.620.824.915.2甲烷肌肉（无灰分）脂肪（无灰分）玉米燕麦子实燕麦秸秆亚麻油饼禾本科干草奶（4%乳脂）55.023.639.318.519.618.521.418.924.9较广，在美国消化能也曾用于反刍动物饲料平定评定，消化能和可消化养分总量之间的关系为：1kg可消化养分总量等于18.4MJ消化能。（七）代谢能（ME）饲料的代谢能等于其消化能减去尿能和可燃性气体能（特别是反刍动物）后所剩余的能量。（八）净能（NetEnergy）饲料净能是饲料能量中能用于维持动物生命活动和生产动物产品的有效部分，可以用公式表示为：NE＝ME-HI（3～10）式中HI代表体增热。净能用于维持主要是在体内的代谢过程中必需的热量损失，而用于生产的净能则以化学能沉积在动物产品中，如肌肉、奶和蛋。值得一提的是，所有的热能损失，只有体增热部分是真正的废能，用于维持的热能损失实际上可看成动物利用过程中将能量“降解”成无用的形式。体增热：饥饿动物在采食后的几小时内，产热量超过基础代谢时的水平，这种产热量的增加就称为饲料的体增热。除非动物处于低温环境，这些热能是无用的。二、代谢能的测定代谢能的测定比测定消化能需花更多的劳力。精确测定代谢能，应考虑甲烷气损失和尿的损失，这只有在呼吸测热室才有可能。事实上，猪和禽的甲烷能损失很少，一般低于0.5%，实际测定中都忽略不计。尿能损失主要是含氮物质所含的能量，因此其损失量取决于日粮蛋白质水平，尤其是氨基酸的平衡（限制性氨基酸的水平），其实尿能损失可以通过尿氮计算，因为1g尿素氮损失尿能约22.7kJ，1g尿酸氮损失尿能34.4kJ，用这种方法校正的消化能与氮平衡为零的代谢能很接近。测定代谢能时，若氮平衡不为零或者生产蛋白质（如蛋、乳蛋白），也可用同样的校正因子。如：产蛋母鸡，若测定的代谢能为1.5MJ，氮平衡为-0.2g，蛋中含氮0.8g，因此，氮平衡为零时的代谢能为1500kJ+0.2×34.4kJ-0.8×34.4kJ=1479kJ。又如生长猪，测定的代谢能为15MJ，氮平衡为+20g，氮平衡为零时的代谢能为：15000-20×22.7=14.55MJ。正常日粮由于含氮量低，这些校正部分也很小，但对含蛋白质高的饲料，这些校正值要高得多。在生产水平低时，氮校正平衡代谢能同样过高的估计了ATP潜能，但比DE要少。从瘤胃的可燃性气体损失几乎全部是甲烷。甲烷的产生与采食量密切相关，处于维持营养水平时，甲烷能损失占食入总能的7%～9%（或占消化能的11%～13%），当饲养水平提高时，这一比例降低到6%～7%。当没有呼吸测热室时，可以按8%来估计可燃气体能的损失。前面提到的多数评价体系都忽视了脂肪合成时对能量利用的正效应和发酵植物细胞壁对能量利用的负效应。通常，在代谢能测定时忽略了甲烷能损失，在家禽和喂奶的犊牛这样做是可行的，因为甲烷的产生很少。然而，比较大的猪，其甲烷能损失可增至总能采食的2%。70kg的猪，这一数值为0.5%～1%。在荷兰于20世纪80年代采用了一种新的代谢能体系（只限于产蛋家禽），即代谢能再加上10%的可消化脂肪，这已经在欧洲使用。进行代谢能测定时，动物的选择非常重要，如不宜选用生长猪和肉用仔鸡，必须选用成年的动物。而在美国和加拿大就忽视了这一问题，因此，比较美国和欧洲的饲料营养价值时，就会发现美国的饲料ME值高于欧洲的饲料ME值。由于家禽的气体能损失是次要的，所以可以通过摄入的总能和排泄物中能量损失的差异来确定饲料代谢能。这一能值是指表观代谢能（AME）值，以便区分于被认为能较好评估饲料代谢能的其他表达方式，通常使用氮校正的表观代谢能（AMEn）。AMEn是以零氮平衡为基础来调整所有饲料的结果计算得出的。这样做的原则是：如果是常用的能量饲料，应考虑到氮沉积的不同。家禽营养学家使用的另一指标是真代谢能（TME），而TME是通过测定代谢能和内源尿能损失的AME计算而得。内源尿能损失与饲粮无关，但要考虑这些损失在消除不同饲养水平对AME值结果的影响有重要作用。TME也要用氮平衡校正为TMEn。当所评价的饲料是以单个饲粮成分进行评估时，代谢能含量的测定方法可采用直接测定。然而对于饲料而言，单个成分的分析是不可行的，并且必须通过已知代谢能值的基础饲粮组成成分的不同来评价饲料。这样就要用到半纯合日粮。在半纯合饲粮里试验饲料要取代某种纯合养分（如葡萄糖和纤维素）。换句话说，整个饲粮是由纯合组分与所添加的一部分试验饲料组成。当对试验饲料进行评价时，对多水平饲粮成分的评估有利。这就需要通过回归分析进行试验饲料代谢能的测定，并且要考虑基础饲粮与试验饲粮之间的关系（Sibbald,1980）。Farrel(1978)进行了AME的快速测定。这种方法就是给家禽饲喂试验饲粮1h后，在此后的24h内收集排泄物。Sibbald（1980）用了类似的方法，只是家禽要先绝食24h，然后在强饲试验饲料后收集排泄物24h。我国也于1985～1990年间对这一方法进行了尝试，并于1995年由霍启光和张子仪制定了“鸡饲料表观代谢能测定技术规程”，对试验鸡试验期的饲养管理、试验进程和被测饲料测定程序进行了明确的规定。代谢能的实验室估测：尽管用活体法快速测定评估家禽饲料是可行的，但对于商品化配合饲料的品质控制以及单独检验饲料中已知能值时，仍然要用到实验室法。由于这些目的，饲料中的能值或许可以用与化学分析和代谢能含量相关的回归方程来推测。所知的各种方程最好的一种是实际误差约为±2％～4％的方程。三、净能的测定测定饲料的净能必须测定动物的热能损失或动物体内沉积的能量数量，而这二者的测定不论从原理还是实际测定都相当复杂。动物产热量的测定可以用动物测热计（AnimalCalorimetry）直接测定，也可以通过测定呼吸商间接测定。用动物测热计直接测定时，给两组动物饲喂两个不同采食量水平的同一饲料，假定两个采食水平的基础代谢相同，这样根据两组动物产热量的差异可以计算出体增热。当测定单个饲料时，若能单独饲喂也可以按上述方法，若不能单独饲喂，则低采食量组饲喂基础饲粮，高采食量组由同一基础饲粮再加上一些待测饲料。间接测热则是利用动物物质代谢需要消耗氧气并产生二氧化碳的原理，而且不同的营养分氧化降解需要的氧和产生的二氧化碳各不相同，如葡萄糖和脂肪（棕榈酸三酯）氧化分解的反应如下：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+2.82MJ(3～11)C3H5（OOCC15H31）3+72.5O251CO2+49H2O+32.02MJ(3～12)由于1mol氧在标准状态下的体积是22.4L，因此动物若全部从葡萄糖氧化获取能量，每消耗1L氧所产生的热量为2820÷（6×22.4）=20.98kJ/L，若氧化的是碳水化合物，则所产生的热量为21.12kJ/L，这一数值称为氧化热价。在间接测热中用它从所消耗的氧气估计产热量。相同地，若动物全部氧化脂肪获取能量，则氧化热价为19.61kJ/L。实际上，动物并不单从碳水化合物或脂肪获取能量，通常是氧化混合有机物，也包括蛋白质的氧化。若要根据氧消耗量估计产热量，就要知道消耗的氧用于脂肪、碳水化合物和蛋白质的比例，这一比例要根据呼吸商来确定。呼吸商是动物利用营养物质所产生的二氧化碳与消耗的氧气的比值。蛋白质的氧化数量可以根据尿氮排泄量来计算，尽管蛋白质的燃烧热为22.2kJ/g，但动物体内的蛋白质并非完全氧化，故1g蛋白质氧化的平均产热量为18.0kJ。每克蛋白质的氧化可以产生0.77L二氧化碳，消耗0.96L氧，故蛋白质的呼吸商为0.8。根据反应式（3～11）和（3～12），碳水化合物和脂肪的呼吸商分别为1.0和0.7。如已知混合有机物氧化的非蛋白呼吸商为0.9，则碳水化合物的比例为67.5%，脂肪为32.5%，氧化热价为20.60kJ/L。但当碳水化合物和脂肪不完全氧化时，呼吸商和产热量的关系就会改变。动物出现代谢紊乱，如酮症时，就是不完全氧化；反刍动物在正常情况下也有不完全氧化的情况，因为碳水化合物在瘤胃发酵产生甲烷，因此经呼吸商计算的产热量必须经校正，每产生1L甲烷减除2.42kJ产热量。上述产热量计算可以用Brouwer方程来表示：HP(kJ)=16.18VO2(L)+5.16VCO2(L)-5.90N(g)-2.42CH4(L)(3～13)家禽的氮系数为1.2，因为家禽排泄的是比尿素氧化更完全的尿酸。动物体内沉积能的测定如前所述的碳氮平衡试验可以用于测定沉积能。沉积能也可通过比较屠宰试验来测定。选择2组条件相同的试验动物，一组在试验开始时屠宰，测定其体内的能量沉积量，另一组试验动物则经过一段时间的饲养后再进行屠宰，同样测定其沉积的能量，两次测定的差值就是在饲养期间沉积的能量，根据饲料采食量就可以测定饲料的沉积能。在现代动物生产体系中，饲料净能的测定要根据饲料所饲喂的对象动物和动物所生产的产品来确定。如维持净能、增重净能、产蛋净能、产奶净能、产毛净能和产脂净能。这主要是由于饲料代谢能用于不同的生产目的时，其利用效率不同。目前净能体系主要用于反刍动物，应用较多的是美国加州净能体系(CNES)和美国Flatt的奶牛净能体系。（一）美国加州净能体系(CNES)饲料的净能随着饲养水平的变化而变化，当饲粮能值由1/2基础代谢上升到2倍基础代谢时，每千克饲粮的净能含量NE(m+p)(MJ／kgDM)由9.97减少到7.40(Kleiber,1961)。由于NE的易变性，所以不宜用于衡量饲料的营养价值和确定家畜的营养需要量。于是Kleiber提出采用维持净能(NEm)与增重净能(NEg)2种能量单位。在维持水平以上，直到任意采食，增重净能与体增重(G)之间大致存在直线回归关系。换言之，饲料的增重净能值(NEg)在维持饲养水平以上时，恒定不变。另外，饲粮的维持净能NEm等于基础代谢，而基础代谢是比较恒定的。所以同时采用NEm与NEg为衡量单位的净能体系比用NE为衡量单位更准确。饲料的增重净能值可通过连续2次试验来测定，并同时测定饲料的维持净能值。第一次试验时，饲养水平为维持水平，使增重能量等于零，记录采食量(I/Wkg0.75),此时饲料净能为维持净能，所以饲料的维持净能值可计算如下：NEm=77（kcal/kg）=322（kJ/kg）（3～14）第二次试验对饲料采食量不限量，只记录，测定其增重净能量（kJ/W0.75），根据这些数据，即可计算每千克饲料的增重净能含量。饲料增重净能值=（3～15）加州净能体系只供肉牛饲养业应用，在北美洲肉牛饲养业中广泛推广应用并已获得成效。1969年经美国国家科委(NRC)正式批准，认为可在肉牛饲养业中应用。但该体系认为肉牛的维持饲养需要量是恒定不变的，并不受生产水平高低及沉积能量的影响，其实，由于肉牛沉积能量的个体差异很大，很难相信消耗能量保持恒定不变。另外，NEg在理论上也有缺点，它没有区分增重中的沉积养分是蛋白质还是脂肪。加州净能体系用于推算年龄较大的成年牛的体增重能量所得准确性较高，而用于推算生长期幼牛的增重能量所得准确性较差。因为生长期肉牛增重中既有蛋白质沉积，又有脂肪沉积，而且两者比例变化较大，故推算时误差较大。（二）美国Fla