CN103927453B - 一种饲料必需氨基酸均衡性评价模型与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种必需氨基酸均衡性评价方法。是将饲料中各必需氨基酸含量与养殖动物需要量间的相关性进行相应的数学处理，建立一个综合性的匹配度计算公式与均衡性评价方法。公式以饲料第一限制性必需氨基酸含量与养殖动物需要量之比除以饲料其他必需氨基酸含量与养殖动物需要量之比其商的百分率为匹配度计算的主要参数。该数值越大，饲料中各种必需氨基酸的含量与养殖动物的需要量越接近，其均衡性与匹配度越高。且该匹配度与饲料的利用率及动物的生长率成正相关，能作为评价饲料必需氨基酸均衡性及饲料质量的主要指标。该评价方法既能为饲料产品的质量提高与控制提供重要的理论依据，又具有重大的经济与环保价值。

Description

一种饲料必需氨基酸均衡性评价模型与方法

技术领域

本发明涉及一种饲料必需氨基酸均衡性评价模型与方法。

背景技术

众所周知，饲料中各必需氨基酸的含量及均衡性是衡量饲料质量优劣的重要指标。其含量与均衡性越接近养殖动物的需要越好，适当添加某些必需氨基酸可降低木桶效应的不良影响。但事实上，该问题没有得到足够的重视和较好的解决。在目前的饲料质量检测中，氨基酸及必需氨基酸都不是必检项目，更没有要对饲料必需氨基酸均衡性进行测评的规定。因此，饲料中必需氨基酸是可加可不加。从而导致饲料必需氨基酸的含量及均衡性普遍欠佳，饲料的质量没有应有的保证。其主要原因一是氨基酸(包括必需氨基酸)的检测方法较复杂，检测的时间长，检测的准确性不高但成本较高，不宜进行经常性检测。二是没有合适的必需氨基酸均衡性测评方法，不能进行其均衡性评价。这样，由于没有进行必要的测评，饲料必需氨基酸的含量与均衡性及饲料的实际质量基本上都是一个未知数。为此，我们在大量开展饲料与畜产品的日常检测工作的基础上，进行了一些针对性的研究与试验，建立了一种新的饲料必需氨基酸均衡性评价方法。试验证明，该方法为准确、真实地了解和掌握饲料中必需氨基酸的均衡性及饲料的实际养殖效益提供了一个重要理论依据与途径。并为饲料研发中的配方研究、生产中的质量控制及饲料主管部门的质量监管与质量测评提供了一个切实可行，行之有效的方法。

实际上，饲料必需氨基酸含量与养殖动物需要量的一致性和均衡性，即饲料必需氨基酸的匹配度，是决定饲料的利用率与养殖效益的主要指标。但在目前饲料的质量检测中只有粗蛋白的含量测定与标示要求，没有有关饲料必需氨基酸均衡性的检测方法与标准，仅部分饲料有个别必需氨基酸的含量标示。而粗蛋白的检测结果仅能反映饲料的含氮量，与饲料的真蛋白及氨基酸的含量，与必需氨基酸的均衡性更不相关。即便含氮量与氨基酸的含量相吻合，如必需氨基酸的均衡性不高，也是饲料的利用率与养殖效益低，养殖污染严重。目前饲料必需氨基酸的动物需要量的匹配度约为50％左右，其实际养殖效益也往往也仅为理论效益的一半。如能建立饲料必需氨基酸均衡性评价方法，即可对饲料必需氨基酸的均衡性及饲料的真实质量作出有效的评价。如以此为基础制定相应的标准，还能对饲料生产厂家和养殖场户提供有效的指导与参考。在生产应用中，蛋白质含量高而必需氨基酸均衡性不高的饲料不仅不是好饲料，而且会造成一些不必要的浪费和额外的养殖污染。本发明的推出不仅很好地解决了饲料必需氨基酸均衡性评价的方法，有效地区分和揭示饲料的质量，还能促进饲料产品质量和养殖生产效益的提高，有利于养殖业的节能减排和可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于能为饲料所含和养殖动物所需的必需氨基酸间的定量关系建立一个的计算公式，即数学模型，为准确、真实地反映饲料必需氨基酸的均衡性与饲料的质量提供一种较准确的评价方法。

本发明包括以下内容和步骤：

1、饲料必需氨基酸均衡性的评价方法

(1)饲料必需氨基酸的匹配度即饲料中各必需氨基酸的含量与养殖动物对各相应必需氨基酸需要量的均衡性或一致性。饲料中各种必需氨基酸的含量与养殖动物的需要量越相近，其匹配度越高。如饲料中各种必需氨基酸含量能100％满足养殖动物的需要，其匹配度为100％。饲料必需氨基酸的匹配度越高，饲料的利用率与动物的生长率也越高。与此同时，由不能用于合成动物蛋白的多余必需氨基酸产生、排放的氨氮也越低。

与粗蛋白与氨基酸的含量相比，饲料必需氨基酸的均衡性更为重要。它不仅可影响养殖动物的生长速度，更是决定饲料利用率和养殖效益的重要因素。但是，目前饲料的质量标准与质量检测都没有这方面的要求，仅有粗蛋白的含量测定与标示。造成这一问题的主要原因是缺乏准确的饲料必需氨基酸均衡性评价方法，不能对饲料必需氨基酸的均衡性作出正确的评价。饲料的检测结果也往往与其实际质量不相符合。而实际上，蛋白质含量高而必需氨基酸均衡性不高的饲料并不一定是好饲料，它不仅可造成一些不必要的浪费，提高养殖成本，还会造成严重的养殖污染。本发明是在长期、大量进行的饲料及畜产品必需氨基酸含量的测定和确定了饲料必需氨基酸含量与养殖动物需要量的相关性的基础止，经反复的统计分析与研究及生产应用验证而建立的饲料必需氨基酸均衡性评价方法，很好地解决了饲料质量的评价方法和饲料标示与饲料的实际质量不相符的重要发明。

(2)本饲料必需氨基酸均衡性评价方法是以饲料中第一限制性必需氨基酸(FLEAA)含量与养殖动物的需要量之比和饲料中其他必需氨基酸(OLEAA)的含量与动物需要量之比的百分率，即匹配度，作为主要参数对饲料的必需氨基酸均衡性进行定量评价。其实用性强，能客观、真实地反映饲料产品的实际质量。FLEAA之比越接近OLEAA之比，饲料必需氨基酸的匹配度与均衡性越高，养殖效果越好。反之，饲料必需氨基酸的均衡性差，养殖效益低。如该比例不变，仅仅是各种必需氨基酸的绝对含量改变，饲料的利用率和动物的生长率不变，受影响的只是动物的生长速度和饲料用量。其计算见公式(1)。

在式(1)中，FLAAz÷LAAd为饲料中第一限制性必需氨基酸的含量(生猪和淡水成鱼的FLAAz为赖氨酸，家禽的FLAAz由于蛋氨酸含量测定上的问题，暂定为赖氨酸)与养殖动物的需要量之比。OLAAz为饲料中除第一限制性必需氨基酸以外的各种必需氨基酸含量，OLAAd为养殖动物除第一限制性必需氨基酸以外的必需氨基酸的需要量。饲料中FLAAz含量与动物的需要量之比(FLAA，下同)和饲料中OLAAz含量与动物需要量之比(OLAA，下同)越接近，饲料必需氨基酸的均衡性越好，其匹配度与饲料的利用率也越高。反之，OLAA的比例高，则饲料必需氨基酸的均衡性与匹配度低。

研究中的主要工作一是采用氨基酸自动分析仪测定各种试验饲料的氨基酸含量，同时用近红外扫描仪对这些饲料进行近红外扫描，然后将饲料氨基酸的仪器分析数据与近红外扫描结果进行对比分析，建立饲料氨基酸的近红外快速测定的初级模型，以方便进行饲料氨基酸的批量与常规测定。二是养殖动物对各种必需氨基酸需要量的确定，即对养殖动物肌肉必需氨基酸的含量结果进行必要的统计与处理，并借鉴了部分现有动物氨基酸模型的相关资料与数据分析，研究饲料氨基酸含量与养殖动物对饲料氨基酸的需要量的相关性。三是建立饲料必需氨基酸匹配度的计算数学模型及其质量评价方法，并以养殖生产应用试验对新建立的模型与方法进行验证和进一步的完善与修正。试验证明，饲料必需氨基酸的匹配度越高，饲料的利用率也越高。同时，造成的养殖污染减少，养殖效益提高。且饲料必需氨基酸的匹配度与应用效果的相关性越强，该评价方法的准确性与可行性越大。

此外，动物对不同饲料蛋白质的消化率和动物对饲料的吸收率不同，饲料中必需氨基酸的实际含量应是必需氨基酸的理论含量乘以该饲料蛋白的消化率与吸收率。饲料蛋白的消化率与吸收率越低，必需氨基酸的实际含量越低。反之，饲料蛋白的消化率与吸收率高，则必需氨基酸的实际含量也高。因此，理论上应将这一因素引入公式中。但生产对比试验表明，这些因素的实际影响并不大，可忽略不计。

饲料原料组成和各成分的比例不同，饲料的消化与吸收率各异，对饲料的利用率与饲料系数及饲料必需氨基酸的匹配度也有一定影响。但是，除蛋白原料外，饲料中的其他原料在不同饲料中的比例基本上是大同小异。其主要影响是蛋白原料，而蛋白原料的重要性与差异又主要在于必需氨基酸的均衡性。因此，该因素的实际影响并不大。不同养殖动物对不同饲料的消化率与吸收率也有所不相，存在一定的个体差异。但是，同一类动物对同一类型饲料的消化与吸收率基本相同。当试验样本数足够多，其影响也可忽略。

2、饲料必需氨基酸匹配度是反映饲料必需氨基酸的均衡性与饲料质量的重要指标，可衡量饲料的实际质量与价值。匹配度高即意味着饲料的利用率、性价比与动物的生长率高，产生氨氮的污染少。

目前饲料的质量标示包括粗蛋白、粗脂肪、钙、磷、粗纤维、粗灰分、水份、氯化钠及一些强制执行的卫生指标等，粗蛋白是其主要营养指标。没有氨基酸的含量与均衡性要求，只是部分饲料有个别必需氨基酸的含量标示。粗蛋白的含量仅仅是包括非蛋白氮在内的总氮量，而必需氨基酸的含量及其均衡性才是决定饲料的价值和利用率的主要因素。如各种必需氨基酸的含量正好能满足养殖动物的需要，饲料的利用率高，养殖效果好。一种必需氨基酸的严重缺乏就会影响其他必需氨基酸的利用，该氨基酸即成为动物蛋白合成的限制性因子，从而使其他必需氨基酸超出的部分成为多余。各种多余的必需氨基酸不能用于动物蛋白的合成，只能经转氨基和脱氨基作用转变为其他物质。其羰基进入糖代谢和脂肪代谢，氨基部分用于无关紧要的非必需氨基酸的合成，部分形成氨、胺和铵盐等有毒有害物质。饲料的利用率降低，产生的养殖效益和价值也明显降低，氨氮排放与养殖污染则明显增加。但这种浪费与污染等不仅在目前的饲料产品研发与生产中没有得到足够的重视和很好的解决，饲料监管部门在进行饲料质量监测时往往也是无能为力，养殖业者更是不知所从。

再者，过去饲料检测中的粗蛋白还包含部分不是蛋白质的非蛋白氮。从而使一些必需氨基酸均衡性差的劣质蛋白原料和非蛋白氮可几乎不受限制地进入饲料生产。饲料利用率低的劣质原料与非蛋白氮的大量使用，不仅会影响养殖生产效益，还会降低养殖产品的品质。而饲料必需氨基酸的匹配度与均衡性测评不仅能全面、客观、真实地反映饲料的利用率与效价，还能有效地保障饲料的质量与畜禽产品的质量。

3、饲料的FLEAA含量与动物的需要量的一致性与匹配度是决定饲料必需氨基酸均衡性的重要因素，其比值越接近1越好。饲料的OLEAA含量与动物的需要量之比也很重要，也是以接近1为最佳。而当饲料的FLEAA含量与动物需要量之比和OLEAA含量与需要量之比的比值为1，且OLEAA的标准差为0，饲料必需氨基酸的匹配度与饲料的利用率理论上为100％。

饲料的FLEAA含量与动物的需要量之比，即公式中的分子，是决定必需氨基酸均衡性及饲料质量的主要因素。其含量越接近需要量，饲料的利用率与效价越高。该比值多小于1，以接近1为最佳。现今多数饲料的这一比值往往偏低，多在50％左右。如能在饲料中适当添加FLEAA，饲料必需氨基酸的均衡性将明显提高。但在补足了该氨基酸后，原来的第二限制性必需氨基酸则成为新的FLEAA。

饲料的OLEAA含量与动物的需要量也是越接近越好。如两者的比值接近1，且各对应的必需氨基酸之比的变异系数也较小则更好。现饲料OLEAA的含量与动物对OLEAA的需要量之比多大于1，其比值越大，饲料必需氨基酸的匹配度越低。劣质蛋白原料的大量使用表面上可使饲料必需氨基酸的总量有所增加，但同时也会使其各对应必需氨基酸比值的变异系数增大，从而使必需氨基酸的匹配度与均衡性降低。

公式中的分子多小于1，分母多大于1。生产中多可通过在饲料中添加FLEAA或是减少OLEAA含量与需要量之差和标准差，提高饲料必需氨基酸的均衡性与匹配度。当分子与分母各自的比值都等于1，分子与分母的比值也等于1，则饲料必需氨基酸的匹配度为100％(OLEAA的标准差为0)。

4、当两种待测饲料各种必需氨基酸的比例相同而饲料的氨基酸总量不同，其养殖的效果也完全不同。此时计算匹配度时需在公式1中引入饲料系数。否则，该匹配度仅能反映饲料必需氨基酸的均衡性，不能体现匹配度与养殖效果的相关性。在公式中引入变量S后，即可消除饲料系数对饲料必需氨基酸匹配度计算的影响。其结果是待测饲料的饲料系数越大，饲料必需氨基酸的匹配度越小。当公式中LAA与的比值不变，其匹配度随待测饲料的饲料系数的增大而缩小。其计算见公式(2)。

在式(2)中，S为待测饲料样品的饲料系数与标准样品饲料系数之比的倒数，即S＝1÷S_样÷S_标。与式(1)不同的是，该结果除能反映饲料的利用率外，还体现了与饲料系数的相关性。即饲料系数越小，其匹配度越大，饲料的养殖效果利用率也越好。公式的分子通常要小于分母，如出现相反的情况，多是配方或配料出现错误，或是需要另外确定第一限制性氨基酸。计算中，三元土杂猪养殖中标准的饲料系数定为2.0，而淡水鱼和蛋鸡养殖中的饲料系数以1.8为标准值。

饲料系数也是养殖生产中一个衡量饲料质量的重要参数，是指动物增长1公斤毛重需要消耗饲料的公斤数。养殖中消耗的饲料越少，饲料系数越低，养殖效果越好。但它强调的是养殖产量，主要与蛋白质含量或氨基酸总量相关，未反应饲料的利用率。该饲料必需氨基酸匹配度虽体现了饲料中各种必需氨基酸均衡性与饲料利用率及养殖效益的相关性，但忽视了动物的生长速度与养殖效果同时还和饲料中蛋白质或氨基酸的总量有一定的相关性。

因此，在该匹配度的计算公式中引入饲料系数进行必要的校正，将使其内含更丰富，结果更准确。如饲料中各必需氨基酸的比例一定，饲料系数低，则饲料必需氨基酸的均衡性与匹配度高。其计算结果与饲料必需氨基酸比例及含量均相关，更能反映饲料的利用率与养殖效益。

5、此外，由于不同饲料中除第一限制性必需氨基酸外的其他必需氨基酸含量的差异通常也较大，一些饲料的必需氨基酸的含量与养殖动物的需要量之比的平均值相近，但单个的比值不一致，其离散度较大。而该离散度对必需氨基酸的均衡性及养殖效果也有较大影响。如FLEAA不变，OLEAA的离散度大，则饲料必需氨基酸的均衡性差，饲料的利用率与养殖效果也差。这时，可在公式中引入标准差(如在公式的分母加上标准差)；计算中，标准差越大，匹配度越小。

实际上，其他必需氨基酸同第一限制性必需氨基酸一样，也是以含量与需要量相一致为佳。只是前者在饲料中含量普遍偏低，显得更为重要。如要对每个必需氨基酸都用同样的方式去处理，其计算将更复杂，且其实用性和可操作性也低。而在其平均比值之上再引入标准差后，既可在较大程度上消除了各其他必需氨基酸比值间较大的离散度对饲料必需氨基酸均衡性评价的准确性造成的影响，又可使该计算更方便，可操作性更强。其计算见公式3。

应用中，均值相同而变异系数较大的饲料不如变异系数较小的饲料。变异系数大的主要影响一是饲料的利用率低，造成的养殖污染较大。二是对变异系数较大的饲料进行必需氨基酸均衡性调整时，其难度较大。因此，计算中有必要在匹配度计算公式中引入标准差。生产中应选择必需氨基酸变异系数较小的饲料。因此，饲料中其他必需氨基酸与动物对相应必需氨基酸需要量间的比值的标准差越大，其匹配度越小。反之，各其他必需氨基酸间的比值越接近平均值，匹配度越大。其结果更能反映饲料的实际质量。

总之，由上可知，该饲料必需氨基酸均衡性评价方法是从实践中来，经科学的数理统计、分析和推理而成，并得到生产应用试验的检验和证实。方法的立论成立，计算公式的逻辑性与实用性强，计算结果与生产应用效果的吻合度高，相关性强，能准确、客观地反映饲料的实际质量。其中，公式1是必需氨基酸匹配度计算的基本公式。如需考虑氨基酸总量和除FLEAA外的OLEAA含量与需要量比的离散度对养殖生产的影响，则分别采用公式2与3。

生产应用试验还证明，该方法的应用不仅对饲料的质量检测工作有较大的促进作用，对饲料生产与研发也有较大的指导作用。不同匹配度配合饲料的生产验证试验是根据饲料与养殖动物必需氨基酸匹配度的不同，将待试饲料分成不同的试验组分别进行饲养试验。从而比较不同匹配度饲料养殖效益的差异性，验证该饲料氨基酸评价系统的准确性与可行性。并以此对匹配度计算公式及评价模型进行必要的校正和完善。

初步的生产应用试验结果表明，使用原料组成相同，但原料的搭配比例及必需氨基酸的匹配度不同的饲料饲养三元土杂猪、淡水鱼和肉鸡，其匹配度越高，饲料的利用率越高，养殖效益也越好。但是，由于试验的条件有限，样品基数和试验次数不足，本试验未进行详细的统计学分析。

有关试验结果见下表。

不同必需氨基酸匹配度配合饲料的对比养殖试验表

Claims (5)

1.一种饲料必需氨基酸均衡性评价方法，其特征在于：

(1)饲料必需氨基酸的均衡性以饲料必需氨基酸的匹配度来衡量

饲料必需氨基酸的匹配度即饲料中各必需氨基酸的含量与养殖动物对各相应必需氨基酸需要量的均衡性或一致性；饲料中各种必需氨基酸的含量与养殖动物的需要量越相近，其匹配度越高；如饲料中各种必需氨基酸含量能100％满足养殖动物的需要，其匹配度为100％；饲料必需氨基酸的匹配度越高，饲料的利用率与动物的生长率也越高；与此同时，由不能用于合成动物蛋白的多余必需氨基酸产生、排放的氨氮也越低；

(2)饲料必需氨基酸匹配度的计算公式及计算

一般说来，饲料中第一限制性必需氨基酸，即FLEAA的含量与养殖动物的需要量之比对养殖动物的生长速度有较大影响；但只要FLEAA的含量与养殖动物的需要量之比和除FLEAA外的其他必需氨基酸，即OLEAA的含量与养殖动物的需要量之比较接近，饲料的利用率与动物的生长率基本不受影响；因此，将饲料中FLEAA的含量与养殖动物需要量百分比和饲料OLEAA含量与养殖动物需要量百分比之比值作为饲料必需氨基酸匹配度计算的主要参数很合适；这既强调了FLEAA在所有必需氨基酸中的特殊性，又体现了饲料所含和动物所需的FLEAA与OLEAA之比的重要性；如饲料FLEAA含量接近养殖动物的需要量，饲料OLEAA含量接近养殖动物的需要量，饲料必需氨基酸的匹配度就高；其中，不计饲料系数的匹配度计算见公式1，需体现饲料系数差异的计算见公式2；

公式1为饲料必需氨基酸匹配度计算的基本公式；式中，LAA为饲料FLEAA的含量与养殖动物的需要量之比的百分含量；AAz为饲料中除FLEAA以外各必需氨基酸的百分含量，AAd为养殖动物对除FLEAA以外各必需氨基酸的需要量百分数；公式中的分子LAA与分母越接近1，分子分母的比例也越接近1，其匹配度越高；OLEAA比例高于FLEAA的部分不能用于动物蛋白的合成，只能经脱氨基作用成为能量物质；公式中μi是除第一限制性必需氨基酸外，饲料所含与动物所需的相对应的必需氨基酸；与公式1不同，公式2引入了变量S；该变量为标准样品的饲料系数与待测饲料样品的饲料系数之比值；公式2的计算结果除了与公式1一样能反映饲料必需氨基酸的均衡性与饲料的利用率外，还体现了匹配度与饲料系数的相关性；如其他数据不变，饲料系数越小，匹配度越大；

动物对饲料蛋白的消化率与动物对已消化蛋白的吸收率可随饲料原料和养殖动物的种类、性别及养殖阶段的不同而异；动物对不同饲料蛋白质的消化率和动物对饲料的吸收率不同，饲料中必需氨基酸的实际含量应是必需氨基酸的理论含量乘以该饲料蛋白的消化率及吸收率；饲料蛋白的消化率及吸收率越低，必需氨基酸的实际含量越低；反之，则必需氨基酸的实际含量高；为精确计，理论上公式中还应考虑饲料蛋白消化率及吸收率的影响；但其实际影响不大，可忽略不计。

2.根据权利要求1所述的一种饲料必需氨基酸均衡性评价方法，其在应用上的特点是：饲料必需氨基酸匹配度是反映饲料必需氨基酸的均衡性与饲料质量的重要指标，可用于评价饲料质量的优劣；匹配度高即意味着饲料的利用率、性价比与动物的生长率高，产生氨氮的污染少；反之亦然。

3.根据权利要求1所述的一种饲料必需氨基酸均衡性评价方法，其中计算公式的特征在于：饲料的FLEAA含量与动物的需要量的一致性是决定饲料必需氨基酸均衡性的重要因素，其比值越接近1越好；饲料的OLEAA含量与动物的需要量之比也很重要，同样也是以接近1为最佳；当饲料FLEAA含量与动物需要量之比和OLEAA含量与需要量之比的比值为1，且OLEAA的标准差为0时，饲料必需氨基酸的匹配度与饲料的利用率理论上均为100％。

4.根据权利要求1所述的一种饲料必需氨基酸均衡性评价方法，其中有关饲料系数对匹配度的影响在于：当两种待测饲料各种必需氨基酸的比例相同而饲料的氨基酸总量不同，养殖的效果也完全不同；该匹配度仅能反映饲料必需氨基酸的均衡性，忽略了氨基酸总量与养殖效果的相关性；而在公式1中引入饲料系数校正因子S，即公式1乘上标准饲料样品饲料系数与待测饲料样品饲料系数之比值，则可同时体现不同饲料间氨基酸的均衡性与总量的差异；如待测饲料的饲料系数越大，则饲料必需氨基酸的匹配度越小；当公式中LAA与 的比值不变，其匹配度随待测饲料的饲料系数增大而缩小。

5.根据权利要求1所述的一种饲料必需氨基酸均衡性评价方法，其中有关饲料利用率的影响特征在于：由于在不同饲料中除第一限制性必需氨基酸外的其他必需氨基酸含量的差异通常较大，一些饲料的必需氨基酸的含量与养殖动物的需要量之比的平均值相近，但单个的比值不一致，离散度较大；而该离散度对必需氨基酸的均衡性及养殖效果也有一定影响，如FLEAA不变，OLEAA的离散度大，则饲料必需氨基酸的均衡性差，饲料的利用率与养殖效果也差；这时，需在公式中引入标准差，即在公式的分母加上标准差；计算中，标准差越大，匹配度越小；具体计算见公式3；

在公式3中，σ为饲料必需氨基含量的标准差；如各种必需氨基酸比值的差异性越大，则标准差越大，其匹配度越小。