饲料产品质量不仅事关饲料产业自身的生存发展,而且饲料产品在畜禽生产成本中占有较大比例,是发展规模集约化养殖业的必要条件;同时,饲料产品质量与人们的健康安全紧密相关。科学完善的饲料品质评价体系是确保饲料工业和畜牧产业可持续发展的前提条件之一,针对目前我国饲料品质评价理论滞后于饲料行业发展的现状,积极开展饲料品质评价方案的研究,将为建立公平合理的饲料市场秩序、提高饲料资源利用率、科学生产使用饲料产品提供理论平台。
饲料产品质量不仅事关饲料产业自身的生存发展,而且饲料产品在畜禽生产成本中占有较大比例,是发展规模集约化养殖业的必要条件;同时,饲料产品质量与人们的健康安全紧密相关。科学完善的饲料品质评价体系是确保饲料工业和畜牧产业可持续发展的前提条件之一,针对目前我国饲料品质评价理论滞后于饲料行业发展的现状,积极开展饲料品质评价方案的研究,将为建立公平合理的饲料市场秩序、提高饲料资源利用率、科学生产使用饲料产品提供理论平台。
1饲料品质的内涵
动物群体的生长发育、生理代谢状况是检验饲料品质的最终标准,评价饲料品质需围绕饲料对饲喂动物行为的影响全方位、多角度的展开。饲料营养物质特性限定了动物生长发育所能利用的物质基础,饲料的卫生安全特性影响着动物健康和生理机能协调的状况,饲料的消化吸收特性和适口性则决定了动物对饲料的利用效率和程度,而饲料加工质量特性借助改变饲料的消化吸收特性和适口性来影响动物行为。因此,饲料营养物质特性、消化吸收特性、适口性、加工质量特性、卫生安全特性是组成饲料品质的几个主要方面。
1.1饲料营养物质特性
营养物质是饲料价值核心,是动物生长发育的物质基础,饲料营养物质特性主要包括以下3个方面。
1.1.1饲料中各种营养物质的含量
饲料营养物质主体由碳水化合物和蛋白质组成。外源碳水化合物降解产生的化学能是动物机体代谢活动最主要的能量来源,且其酵解产物乙酰辅酶A是动物体合成脂肪酸的主要底物;外源的蛋白质主要用于构建、更新和修复机体细胞,也可用于提供部分能量。除碳水化合物和蛋白质外,饲料亦含有一定量的矿物质、维生素、脂肪和水等动物生长发育必需的营养物质。
1.1.2各种营养物质组成比例及自身组成特性
Moorby(2002)和Schei(2005)等研究表明,饲料中蛋白质和能量之间的平衡,蛋白质中各组成氨基酸之间的平衡直接影响动物体对饲料利用率的高低;而饲料中合理的矿物质和维生素组成比率,对动物体免疫功能的调控具有重要作用[1,2]。
1.1.3饲料营养物质的来源
不仅动物体吸收利用不同来源营养物质效果方面存在明显的差异,而且越来越多研究结果和现实案例表明,不同饲料的原料特性对动物生长也存在着潜在的、错综复杂的影响。如动物源蛋白在反刍动物饲料中的使用,造成了“疯牛病”的大量传播。通常动物源饲料中的营养物质更容易被消化吸收,但其带有的微生物或病毒在一定程度上能"逃避"饲养动物机体的免疫反应,因此其传播疾病的机率较大;而植物源饲料在营养物质组成和消化利用率方面存在一些不足,但随着微生物技术、遗传育种技术、基因工程技术的迅猛发展及在农业中的广泛应用,逐渐弥补了植物源饲料的缺陷。总之,饲料营养物质来源对饲料营养品质的影响正逐渐得到人们更多的关注。
1.2饲料的消化吸收特性
饲料的消化吸收特性是饲料品质的另一重要方面,亦是动物营养学的一个研究热点,它直接反映饲料原料的利用价值和动物对饲料原料的利用能力。
1.2.1饲料的消化特性
饲料中的营养物质只有经动物消化系统逐步降解,释放出化学能和小分子物质,才能被上皮细胞吸收,最终进入血液循环而被机体利用。如蛋白质在胃中部分消化后,进入小肠,经胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等降解成游离氨基酸后被机体细胞利用;淀粉则需经唾液淀粉酶部分降解为麦芽糖,进入小肠,被α-淀粉酶、寡糖酶等降解成单糖参加代谢,或经肠道细菌分解,以酸、CH4、CO2或H2的形式释放。饲料营养物质特性、加工特性对饲料的消化特性有着直接影响。
1.2.2饲料的吸收特性
生物体正常的新陈代谢活动保持着动态平衡,即营养物质的吸收和利用相互间存在着密切的调控作用。当生物体处于生长发育阶段时,为完成机体的构建,摄入的氮量会大于排出的氮量,而摄入的能量物质除用于供给机体代谢活动必需的能量外,其余部分将合成为脂肪,储存起来。另外,除了矿物元素,各营养物质之间亦存在一定程度的协调作用,如当一个动物摄取的可利用碳水化合物不足时,为了满足能量需要,机体将利用蛋白质或脂肪酸作为能源物质,相反,动物体脂肪酸的合成碳源,又主要是来自糖酵解产生的乙酰辅酶A。营养物质的组成比例、动物的生理状态直接影响饲料的吸收特性。
1.3饲料的适口性
目前,在定量和定性评价饲料品质时,往往忽视饲料适口性的重要作用,而众多试验结果显示,饲料的适口性对动物生产效率和饲料转化率有着举足轻重的影响,动物对不同饲料采食量的变化,远比对不同饲料消化吸收特性的变化复杂。我们注意到,尽管人类在选择食物时比畜禽有着更多的理性,但调查研究表明,口感、营养和方便是决定一种食品成功与否的3个关键因素。而且有趣的是,口感仍然是3个关键因素中最重要的一环。因此,饲料的适口性是评价饲料品质的另一重要指标,而饲料的口感、香味、颜色、营养物质特性、加工质量特性等对饲料的适口性有着显着影响[3]。
1.4饲料的加工质量特性
饲料加工过程是一系列的物理变化和化学反应,加工质量特性是衡量饲料品质的一个重要指标。产品的物理特性,以及因剪切、受热等作用,营养物质、化学特性的改变是衡量饲料加工质量的两个重要方面[4,5]。
1.4.1饲料的物理特性
主要包括饲料原料粉碎粒度、混合均匀度、颗粒饲料含粉率和粉化率、颗粒饲料密度等,它们对动物的采食速度、饲料配方、原料的选择、消化吸收效果都有一定程度的影响。
1.4.2饲料产品化学特性的改变
化学特性的改变与物料受热条件、调质设备、机械压力、调质时间等操作条件息息相关。在加工过程中,通过加热或摩擦产生的热量使饲料原料中的氢键和非共价键发生重组,导致淀粉糊化、蛋白质变性、以及部分抗营养因子活性的灭活。上述这些营养物质化学特性的改变,直接影响饲料产品的口感和消化吸收特性。
1.5饲料的卫生安全特性
饲料的卫生安全特性亦是评判饲料品质的重要指标之一。饲料产品的卫生安全是确保食品安全的基础条件之一,饲料卫生安全问题越来越受到消费者、政府管理部门和科研机构的重视。
1.5.1有害物质及微生物
通常来讲,饲料产品中有害物质主要包括重金属、黄曲霉毒素、残留农药等,而微生物指标主要包括霉菌、细菌总数等。随着相关理论和检测仪器方法的发展,国家标准及行业标准对各类饲料产品中有害物质和微生物指标的规定逐渐趋于更加全面和明确。
1.5.2生物安全指标
饲料产品的生物安全性主要涉及到两个方面:①饲料中药物添加剂和特殊化学物质在动物体内的累积,可能潜在的造成对饲养动物和人类生理代谢调控的危害;②动物源性饲料和转基因植物资源带来的安全问题。在这方面,各国政府也正不断加强对动物源饲料中传染性病毒的监测,以及加强转基因动植物对畜禽和人类安全影响的长效监控。
2饲料品质评价途径
2.1饲料营养物质特性的评价
2.1.1饲料中各种营养物质含量、组成比例特性的评价
现代仪器分析方法是评价饲料中各营养物质组成含量的重要手段,其主要包括下列分析技术:气相色谱分析技术(GC)、气相色谱-质谱连用技术(GC-MS)、高效液相色谱分析技术(HPLC)、液相色谱-质谱连用技术(LC-MS)、加压毛细管电色谱分析技术(CHV)、超临界流体色谱分析技术(SFC)等,它们可准确、灵敏地确定饲料中营养元素的组成及含量。另外,在相对简单的实验条件下,可通过确定饲料中的粗蛋白(CP)、乙醇抽提物(EE)、粗纤维(CF)和水溶性多糖(NFF)的组成含量,依据经验公式,初步评价饲料蛋白质和总能量的状况[6],如总能量=0.0226CP+0.040 7EE+0.019 2CF+0.017 7NFF(MJ/kg DM),这种简单、经济的检测方法具有150年的使用历史,目前仍然常被采用。
2.1.2饲料营养物质的来源
在食品行业中,为确保食物安全和保护原产地权益,产地标签制度在一些国家逐渐趋于完善和获得管理者、消费者的认同。而在饲料行业,明确饲料营养物质来源,除了有助于传染疾病和流行病的预防控制,还能在一定程度上反映饲料的营养价值。因此,产地标签制度也得到越来越多的重视。目前,图像处理技术和DNA检测技术是对饲料原料进行溯源的主要技术途径。
2.2饲料消化吸收特性的评价
2.2.1饲料消化特性的评价
目前,评价饲料的消化特性主要是通过各种消化实验来实现,根据组织实施消化实验的具体方法,分为自然位置法和体外分析法。自然位置法又称尼龙袋法,主要是针对动物瘤胃中微生物降解过程、肠道内营养物质消化状况,对饲料消化特性进行评估,此法操作较复杂,需对饲养动物进行外科手术,安装瘤胃导管等。体外分析法包括瘤胃液孵化法、微生物发酵、酶解法等,主要是对饲料中蛋白质在动物体内的降解过程进行合理的预测。其中,酶解法是通过用蛋白酶模拟动物对饲料的消化过程,具有非常好的发展潜力,实验成本低、周期短、稳定性高,能在实验室标准化实施,且各实验室已摸索了多种酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、真菌蛋白酶等)的实验条件。
2.2.2饲料吸收特性的评价
动物体吸收利用外源营养物质的情况,目前主要借助动物饲喂实验和一些科学预测模型来完成。如利用代谢能和可利用消化能2个指标进行饲料吸收特性的评估,其中通过代谢率和饲料产品总能量估算代谢能,通过代谢能同肉、奶或羊毛等生产指标之间的比例衡量饲料的可利用消化能。另外,图像处理技术在预测评价饲料消化吸收特性方面也得到了一定的应用。再有,根据实验数据建立的预测模型也得到快速发展,如1997年Boisen等开发建立了一种较完善的体外消化吸收评价模型,能较准确的预测饲料消化过程和饲料能量利用情况[7]。
2.3饲料适口性的评价
饲养动物的采食量是评价饲料适口性的直接指标。目前有许多动物生长模型可用来估测动物的干物质采食量,如Bosch等建立的饲喂混合日粮泌乳牛瘤胃充满程度、排空速度和干物质采食量预测模型。通过这些预测模型估测出饲养动物干物质采食量后,如果发现此值远低于估测值,说明饲养动物采食量偏低,尚有增加潜力,应提高饲料适口性,增加饲喂量,以提高其营养摄入量;相反,如果实际值远高于估测值,则表明饲料利用率偏低,应通过调整精料配方、粗料质量或日粮精粗比等方法进行修改[8,9]。
2.4饲料加工质量特性的评价
2.4.1饲料产品物理特性的评价
通过物理检测方法,可以对饲料原料粉碎粒度、混合均匀度、颗粒饲料含粉率和粉化率、颗粒饲料密度等进行检测,而且各类饲料产品的国家标准或行业标准对这些指标的范围和检测方法有较为详细的规定。
2.4.2饲料产品化学特性的改变
通过化学分析方法可以检测饲料原料化学特性的改变,如原料中的淀粉糊化、蛋白质变性、有害微生物和抗营养因子的灭活等[10,11]。通过检测原料化学特性的变化,可以评估饲料生产过程中调质和制粒单元的加工效果。相对于蛋白质变性而言,淀粉糊化度的测定更便捷、更具可操作性。目前,许多国内外研究机构和饲料生产企业将检测原料淀粉糊化度的变化,作为评价颗粒饲料加工质量的一项重要指标。
2.5饲料卫生安全特性的评价
2.5.1有害物质及微生物的评价
饲料卫生安全分析技术涉及面广、综合性高,且发展迅速,在有害物质及微生物指标的检测中,常规化学分析方法以及越来越灵敏,精确的现代仪器分析方法都有着广泛的应用。饲料产品的国家卫生标准中,对各种有害物质和微生物都有明确的检测方案,并且,随着相关理论和仪器的发展,不断涌现出快速准确的检测新方法。
2.5.2生物安全的评价
免疫学技术和核酸诊断技术在检测饲料生物安全指标中发挥着重要作用。免疫学技术是利用特异性抗原抗体反应,观察和研究组织细胞特定抗原(或抗体)的定位和定量技术,主要包括:单克隆抗体技术、荧光抗体技术、酶免疫技术。而核酸诊断技术是以病原体的核酸为研究对象,通过鉴定病原核酸分子来证实病原,主要包括:核酸杂交技术、PCR(聚合酶链式反应)技术、16SrRNA 检测技术等。
3饲料品质评价方法的发展趋势及饲料品质评价体系的建设
饲养动物的生长发育状况和生理代谢状态是饲料品质的最终仲裁者,在进行饲料品质评价的诸多方法中,通过饲喂试验获得的评价结果最容易被人承认和信服,但由于此方法本身存在一些局限性和缺陷,一定程度上限制了它在饲料品质评价中的应用。如动物饲喂试验成本高、周期长,往往单一实验室没有足够的财力和人力进行科学全面的动物饲喂试验;且不同动物的遗传个性和特异性会影响饲料品质评价试验的准确性和公平性,以及动物饲喂试验在评价转基因作物饲用品质中存在样本量不足的明显缺陷等。因此,要科学、全面评价饲料品质,需借助完善的饲料品质评价体系,综合利用各种评价手段,并不断加以改进完善。
3.1评价方法的发展趋势
能直接准确的提供饲料营养成分的组成变化,不管是通过传统的化学分析手段还是快速的图像处理分析技术,化学分析法在饲料品质评价中将继续占有不可或缺的地位。而同饲养动物有着一定程度关联的体外分析方法,其市场需求也较广泛,将进一步得到发展,但前提是要获得大量准确的相关数据,合理利用数理统计方法进行加工分析,使预测模型的模拟程度更加贴近动物体,从而提高此方法预测的准确性和分析能力。另外,在不断发展变化的饲料品质评价预测技术方法中,图像数据处理技术将会得到更加快速的发展和广泛应用,这种技术的核心包括:在图像采集系统使用超声波、核磁共振、计算机X射线断层摄影技术等技术,然后通过图像前加工系统、图像分割系统、以及模糊理论、神经网络系统逐步加工处理所获得的数据信息,最终将待测指标进行分级和分类。这种技术不仅能用于营养元素的快速检测分析,也能用于饲料消化吸收特性和营养价值的综合评定,如氨基酸利用率、有效能值的评定等[12]。
3.2饲料品质评价体系的建设
饲料品质和饲养动物的生长发育一样,受多方面、多因素、多角度的影响,仅仅依靠单一评价方法、单一指标参数、某一个实验室或研究机构是不可能科学全面的预测评价饲料产品的质量。另外,评价饲料品质的各项指标之间也相互关联、存在着内在联系,各种评价方法亦都具有其不同的针对性和优势,在操作使用中需相互协调,才能取得最佳的评价效果,例如,化学分析方法和体外分析方法能够增强饲养动物体内试验的简捷准确性。再有,国外饲料品质评价的理论通常是针对反刍动物,特别是牛的生理特征而构建的,而我国畜牧养殖业和饲料产品的主要对象是猪,加上我国地域和自然条件复杂,在借鉴国外动物生长和饲料评价模型时,需要进行适当的校正和完善。总之,建立科学的饲料品质评价体系具有相当的复杂性,但亟待发展,需要各研究机构、饲料生产者和使用者密切合作,综合利用各种评价手段和实验方法,逐步构建国内外数据共享机制,最大的发挥饲料原料基础数据的作用[13]。
参考文献
1Moorby JM., Dewhurst R J., Evans RT., Fishe WJ., Effects of varying the energy and protein supply to dry cows on high-forage systems, Livestock Production Science,2002,76(1~2): 125~136
2Schei I., Volden H., B?覸vre L., Effects of energy balance and metabolizable protein level on tissue mobilization and milk performance of dairy cows in early lactation Livestock Production Science, Available online 25 January 2005
3王友明, 邹晓庭, 朱保卫, 朱允荣, 陈晓栋, 王怀亮.颗粒饲料的外观色泽.中国饲料, 2004, 1:40~41
4Gilpin AS., Herrman TJ., Behnke KC., Fairchild FJ. Feed moisture, retention, and steam as quality and energy utilization determinants in the pelleting process. Applied Engineering in Agriculture, 2002, 18(3): 331~338
5于庆龙, 李军国, 邓志刚, 卢文涛.高蛋白质饲料制粒工艺参数研究.粮食与饲料工业, 2004, 5: 26~28
6Mould FL., Predicting feed quality-chemical analysis and in vitro evaluation. Field Crops Research, 2003, 84(1): 31~44
7Boisen S., Fernhdez JA, Prediction of the total tract digestibility of energy in feedstuffs and pig diets by in vitro analyses, Animal Feed Science Technology, 1997, 68(2): 277~286
8李石强, 姚军虎, 成连升.影响颗粒饲料质量的因素.饲料博览, 2004, 3: 34~36
9张浩.乳牛日粮营养与检测.安徽农业科学, 2001, 29(3): 390~392
10Aarseth KA., Prestl?kken E., Mechanical properties of feed pellets: Weibull Analysis. Biosystems Engineering, 2003, 84(3): 349~361
11Bosch MW., Tamminga S., Van Bruchem. Dietary and animal factors affecting rumen capacity in dairy cows. Archives of Animal Breeding, 1991, 34(3): 369~481
12Stuth J., Jama A., Tolleson D., Direct and indirect means of predicting forage quality through near infrared reflectance spectroscopy. Field Crops Research, 2003, 84(1): 45~56
13Holden JM., Bhagwat SA., Patterson KY., Development of a multi-nutrient data quality evaluation system. Journal of Food Composition and Analysis, 2002, 15(3): 339~348作者:李军国 秦玉昌 吕小文 王静