能量飼料國(guó)際計(jì)算

動(dòng)物的能量需要和飼料的能量?jī)r(jià)值除用消化能、代謝能和凈能的絕對(duì)值來(lái)表示外，曾廣泛應(yīng)用能量?jī)r(jià)值的相對(duì)單位如淀粉價(jià)、TDN、大麥飼料單位和燕麥飼料單位等來(lái)表示。

　?。ㄒ唬?總消化養(yǎng)分（Total digestible nutrients，縮寫為TDN ）
　　TDN于1910年在美國(guó)創(chuàng)建，以后在世界各國(guó)廣泛應(yīng)用，對(duì)全世界動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)的研究影響頗大。目前，TDN有時(shí)仍被引用。
　　TDN是可消化粗蛋白、可消化粗纖維、可消化無(wú)氮浸出物與2.25倍可消化粗脂肪的總和，其計(jì)算公式為：
　　TDN = X1 + X2 × 2.25 + X3 + X4
　　式中：
　　X1 = 可消化粗蛋白（% 或 kg）
　　X2 = 可消化粗脂肪（% 或kg）
　　X3 = 可消化粗纖維（% 或kg）
　　X4 = 可消化無(wú)氮浸出物（% 或kg）
　　TDN體系將四項(xiàng)可消化養(yǎng)分合計(jì)為一個(gè)數(shù)值，測(cè)算和應(yīng)用比較方便，這是TDN體系的優(yōu)點(diǎn)。TDN實(shí)際上是以能量為基礎(chǔ)計(jì)算的可消化碳水化合物當(dāng)量，盡管以重量單位（kg）或相對(duì)單位（%）表示，但仍然具有能量的意義，屬于表示能量?jī)r(jià)值的相對(duì)單位。公式中可消化粗脂肪的系數(shù)2.25，表示每克可消化粗脂肪的總能（37.656kJ）約為可消化碳水化合物（16.736kJ）的2.25倍。可消化粗蛋白的系數(shù)為1是因?yàn)椋?span lang="EN-US"> 1克蛋白質(zhì)的總能為23.6396kJ，每攝入1克蛋白質(zhì)將從尿中排出5.23kJ的尿素能，蛋白質(zhì)的消化率按92%計(jì)，則每克可消化粗蛋白的總能為（23.6396 – 5.23）×92% =16.9452kJ，與可消化碳水化合物相當(dāng)。TDN考慮了部分能量損失，如糞能和尿能損失，但未考慮氣體能損失，因而具有消化能和部分代謝能的含義。TDN可換算為DE或ME：
　　1kgTDN =18.4 MJ DE =15.1 MJ ME
　　由于TDN未考慮氣體能損失，因此過(guò)高估計(jì)動(dòng)物尤其對(duì)反芻動(dòng)物利用粗飼料的能量?jī)r(jià)值。

　?。ǘ?淀粉價(jià)體系
　　由德國(guó)的凱爾納（Kellner）于1924年創(chuàng)建，曾廣泛用于飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的評(píng)定和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要的確定，與TDN體系一樣對(duì)全世界動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)的研究頗有影響。
　　淀粉價(jià)是通過(guò)氮碳平衡實(shí)驗(yàn)，測(cè)得所采食飼料在動(dòng)物體內(nèi)沉積的N、C數(shù)量，再推算出體內(nèi)沉積的脂肪量（沉積蛋白質(zhì)可根據(jù)其含能量多少換算為沉積的脂肪量，再納入脂肪沉積積多少總量）。已知1Kg淀粉在閹公牛體內(nèi)沉積248g脂肪（相當(dāng)于9.858MJ(2356kcal)凈能）。將其他飼料沉積脂肪的數(shù)量或沉積的凈能與淀粉比較，即可得出其他飼料與淀粉的等價(jià)量，簡(jiǎn)稱淀粉價(jià)。如1kg飼料沉積的脂肪量與1kg淀粉相同，則該飼料的飼喂價(jià)值為1個(gè)淀粉價(jià)；如沉積的脂肪量?jī)H為1kg淀粉的一半，則該飼料的飼喂價(jià)值為0.5個(gè)淀粉價(jià)。
　　淀粉價(jià)不以能量單位表示，但其計(jì)算以能量為基礎(chǔ)，因而具有能量含義，屬于能量?jī)r(jià)值的相對(duì)表示單位。淀粉價(jià)的建立基于氮碳平衡實(shí)驗(yàn)，故淀粉價(jià)體系屬于凈能體系，具有科學(xué)性，比較直觀，使用方便。因此，淀粉價(jià)體系對(duì)世界各國(guó)影響較大，一些國(guó)家（如英國(guó)、德國(guó)等）直接采用淀粉價(jià)體系，一些國(guó)家則采用變相的淀粉價(jià)體系，如北歐的大麥飼料單位（1kg大麥含6.904MJ1650kcal(6903.6kJ)凈能，可沉積173.6g脂肪）和蘇聯(lián)的燕麥飼料單位（1kg燕麥含5.916MJ(1414kcal)凈能，可沉積脂肪150g）。
　　實(shí)際應(yīng)用中，由于評(píng)定淀粉價(jià)的難度和工作量大，常用飼料的可消化養(yǎng)分推算淀粉價(jià)，然后對(duì)推算值和實(shí)測(cè)值之間的差異進(jìn)行校正。飼料種類不同，推算誤差越大，校正方法越繁雜，應(yīng)用越不方便。
　　實(shí)驗(yàn)評(píng)定飼料淀粉價(jià)以閹公牛為對(duì)象,若不區(qū)分畜別應(yīng)用于其他家畜，結(jié)果不準(zhǔn)確。

 飼料能量在動(dòng)物體內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)化后, 最終用于維持動(dòng)物生命和生產(chǎn)。動(dòng)物利用飼料能量轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品凈能, 投入能量與產(chǎn)出能量的比率關(guān)系稱為飼料能量效率。下面介紹兩個(gè)常用的能量效率的計(jì)算方法。

　　（一） 能量總效率(Gross Efficiency)
　　指產(chǎn)品中所含的能量與攝入飼料的有效能(指消化能或代謝能)之比。計(jì)算公式如下:

　　　　　　　　　 產(chǎn)品能量
總效率 = ───────——────────×100%
　　　　 攝入的有效能量(包括用于維持的能量)

　　（二） 能量?jī)粜?span lang="EN-US">(Net Efficiency)
　　指產(chǎn)品能量與攝入飼料中扣除用于維持需要后的有效能（指消化能或代謝能）的比值。計(jì)算公式為:

　　　　　　　　　　產(chǎn)品能量
凈效率 = ─────────—───── ×100%
　　　　 攝入的有效能-維持需要的有效能

  凈能：

（一） 計(jì)算公式

    凈能（Net Energy，縮寫為NE）是飼料中用于動(dòng)物維持生命和生產(chǎn)產(chǎn)品的能量 , 即飼料的代謝能扣去飼料在體內(nèi)的熱增耗 (Heat Increment ，縮寫為 HI) 后剩余的那部分能量。

    NE = ME – HI = GE – DE – UE – Eg - HI

    HI 過(guò)去又稱為特殊動(dòng)力作用或食后增熱，是指絕食動(dòng)物在采食飼料后短時(shí)間內(nèi) , 體內(nèi)產(chǎn)熱高于絕食代謝產(chǎn)熱的那部分熱能。熱增耗以熱的形式散失。

    HI 的來(lái)源有 : ①消化過(guò)程產(chǎn)熱 , 例如 : 咀嚼飼料，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主動(dòng)吸收和將飼料殘余部分排出體外時(shí)的產(chǎn)熱。②營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝做功產(chǎn)熱。體組織中氧化反應(yīng)釋放的能量不能全部轉(zhuǎn)移到 ATP 上被動(dòng)物利用 , 一部分以熱的形式散失掉。例如 : 葡萄糖 (l mol) 在體內(nèi)充分氧化時(shí) 31% 的能量以熱的形式散失掉。③與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝相關(guān)的器官肌肉活動(dòng)所產(chǎn)生的熱量。④腎臟排泄做功產(chǎn)熱。⑤飼料在胃腸道發(fā)酵產(chǎn)熱 (Heat of Fermentation ，縮寫為 HF) 。

    事實(shí)上 , 在冷應(yīng)激環(huán)境中 , 熱增耗是有益的，可用于維持體溫。但在炎熱條件下，熱增耗將成為動(dòng)物的額外負(fù)擔(dān)，必須將其散失，以防止體溫升高；而散失熱增耗，又需消耗能量。

    （二） 維持凈能（ Net Energy for maintenance ，縮寫為 NEm ）和生產(chǎn)凈能（ Net Energy for production ，縮寫為 NEp ）

    按照凈能在體內(nèi)的作用 , NE 可以分為 NEm 和 NEp 。 NEm 指飼料能量用于維持生命活動(dòng)、適度隨意運(yùn)動(dòng)和維持體溫恒定部分。這部分能量最終以熱的形式散失掉。 NEp 指飼料能量用于沉積到產(chǎn)品中的部分 , 也包括用于勞役做功的能量。因動(dòng)物種類和飼養(yǎng)目的不同，生產(chǎn)凈能的表現(xiàn)形式也不同，包括：增重凈能、產(chǎn)奶凈能、產(chǎn)毛凈能、產(chǎn)蛋凈能和使役凈能等。 

    （三）影響凈能的因素

    影響凈能值的因素包括影響代謝能、熱增耗的因素以及環(huán)境溫度。其中，影響 HI 的因素主要有三個(gè) :

    1 動(dòng)物種類。反芻動(dòng)物采食后熱增耗比非反芻動(dòng)物的更大和更持久（表 1 ）。原因是反芻動(dòng)物在咀嚼、反芻和消化發(fā)酵過(guò)程中消耗較多的能量。同時(shí) , 瘤胃中產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（ Volatile Fatty Acid ，縮寫為 VFA ）在體內(nèi)產(chǎn)生的 HI 比葡萄糖多。如反芻動(dòng)物利用禾本科籽實(shí)和飼草時(shí)， HI 分別占 ME 的 50% 和 60% 。

表1  不同動(dòng)物和養(yǎng)分的 HI （ 占 ME 的 % ）

養(yǎng) 分    豬    綿羊     牛
 粗脂肪    9     29      35
碳水化合物  17  32      37
粗蛋白質(zhì)  26    54      52
混合飼料  10 — 40  35 — 70  35--70
引自 Bondi ， A. A. （ 1987 ）， p.308.

    2 飼料組成。（ 1 ）不同營(yíng)養(yǎng)素?zé)嵩龊牟煌?，蛋白質(zhì)熱增耗最大 , 脂肪的熱增耗最低，碳水化合物居中。飼料中蛋白質(zhì)含量過(guò)高或者氨基酸不平衡 , 會(huì)導(dǎo)致大量氨基酸在動(dòng)物體內(nèi)脫氨分解，將氨轉(zhuǎn)化成尿素及尿素的排泄都需要能量 , 并以熱的形式散失；同時(shí) , 氨基酸碳架氧化時(shí)也釋放大量的熱量。（ 2 ）飼料中纖維素水平及飼料形狀會(huì)影響消化過(guò)程產(chǎn)熱及 VFA 中乙酸的比例 , 因此也影響 HI 的產(chǎn)生。（ 3 ）飼料缺乏某些礦物質(zhì) ( 如磷、鈉 ) 或維生素 ( 如核黃素 ) 時(shí)，熱增耗也會(huì)增加。

    3 飼養(yǎng)水平。當(dāng)動(dòng)物飼養(yǎng)水平提高時(shí) , 動(dòng)物用于消化吸收的能量增加。同時(shí) , 體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝也增強(qiáng)，因而熱增耗會(huì)增加。

    總之，飼料能量在動(dòng)物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化和分配比例因動(dòng)物和飼料類型、飼養(yǎng)水平等而異。表2 列舉了常見(jiàn)飼料的能值。圖1 反映產(chǎn)蛋雞飼料能量分配的比例關(guān)系，產(chǎn)蛋雞攝入 1 kg 含 16.736 kJ 總能的飼料后，有 13.389 kJ 能量可被消化， 13.144kJ 能量可被用于代謝，約 9.623 kJ 能量可用于維持、產(chǎn)蛋和組織生長(zhǎng)。

表 7-3 常見(jiàn)飼料的能值 (MJ/kg 干物質(zhì) )

動(dòng)物  飼料  GE    FE     UE    Eg     DE     ME
 家禽  玉米  18.4  2.2                        16.2
      小麥  18.1  2.8                        15.3
      大麥  18.2  4.9                        13.3
豬    玉米  18.9  1.6   0.4           17.3   16.9
      大麥  17.5  2.8   0.5           14.7   14.2

反芻動(dòng)物
      玉米  18.9  2.8   0.8   1.3     161    14
      大麥  18.3  4.1   0.8   1.1     14.2   12.3
  禾本科草  17.9  7.6   0.5   1.4     10.3   8.4
  玉米青貯  18.9  6.0   0.8   1.3     12.9   10.8

 引自 Bondi ， A. A. （ 1987 ）， p.306.

代謝能：

圖 7-2 產(chǎn)蛋雞飼料能量的剖分圖 （引自 NRC(1994) ， p.4. ）

（一） 代謝能的計(jì)算公式
　　代謝能(Metabolizable Energy，縮寫為ME) 指飼料消化能減去尿能（Energy in Urine，縮寫UE）及消化道可燃?xì)怏w的能量（Energy in Gaseous Products of Digestion，縮寫Eg）后剩余的能量。
　　ME = DE -（ UE + Eg ）= GE – FE – UE - Eg
　　尿能是尿中有機(jī)物所含的總能，主要來(lái)自于蛋白質(zhì)的代謝產(chǎn)物，如尿素、尿酸、肌酐等。尿氮在哺乳動(dòng)物中主要來(lái)源于尿素，禽類主要來(lái)于尿酸。每克尿氮的能值為：反芻動(dòng)物 31KJ, 豬 28KJ, 禽類 34KJ。
　　消化道氣體能來(lái)自動(dòng)物消化道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的氣體，主要是甲烷。這些氣體經(jīng)肛門、口腔和鼻孔排出。非反芻動(dòng)物的大腸中雖然也有發(fā)酵，但產(chǎn)生的氣體較少，通?？梢院雎圆挥?jì)。反芻動(dòng)物消化道（主要是瘤胃）微生物發(fā)酵產(chǎn)生的氣體量大, 含能量可達(dá)飼料GE的3-10% 。故代謝能應(yīng)按單胃動(dòng)物和反芻動(dòng)物分別計(jì)算。微生物發(fā)酵產(chǎn)氣的同時(shí)，也產(chǎn)生部分熱能，在冷環(huán)境條件下，具有參與維持體溫的作用。

　　（二）表觀代謝能（AME）和真代謝能（TME）
　　尿中能量除來(lái)自飼料養(yǎng)分吸收后在體內(nèi)代謝分解的產(chǎn)物外，還有部分來(lái)自于體內(nèi)蛋白質(zhì)動(dòng)員分解的產(chǎn)物，后者稱為內(nèi)源氮，所含能量稱為內(nèi)源尿能（Urinary Energy From endogenous origin products，縮寫為UeE）。飼料代謝能可分為AME和TME。計(jì)算公式如下：
　　AME = ADE - (UE + Eg)
　　　　= (GE -FE ) - (UE + Eg)　
　　　　= GE - (FE + UE + Eg)
　　TME = TDE - [ ( UE - UeE) + Eg ]
　　　　= [ GE - (FE - FmE) ] - UE - Eg + UeE
　　　　= GE - (FE + UE + Eg) + ( FmE + UeE )
　　　　= AME + ( FmE + UeE )
　　TME反映飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值比AME 準(zhǔn)確，但其測(cè)定更麻煩，故實(shí)踐中常用AME 。

　?。ㄈ┑Ｕx能 （N-corrected Metabolizable Energy ，縮寫為 MEn）
　　MEn是根據(jù)體內(nèi)氮沉積進(jìn)行校正后的代謝能，主要用于家禽。家禽的糞尿在泄殖腔混合后排出，測(cè)定代謝能比消化能容易。測(cè)定飼料的代謝能時(shí)，一般都利用處于生長(zhǎng)期的中雛，因而在實(shí)驗(yàn)期內(nèi)必然有增重，即伴隨有氮沉積。測(cè)定代謝能時(shí)，飼料種類不同，氮沉積量不同。為便于比較不同飼料的代謝能值，應(yīng)消除氮沉積量對(duì)ME值的影響，即根據(jù)氮沉積量對(duì)代謝能進(jìn)行校正，使其成為氮沉積為零時(shí)的ME。校正公式為：
　　AMEn = AME - RN ×34.39
　　TMEn = TME - RN ×34.39
　　式中：RN （Total Nitrogen Retained ）為家禽每日沉積的氮量（g），可為正值、負(fù)值和零，計(jì)算時(shí)將符號(hào)代入。34.39為每克尿氮所對(duì)應(yīng)的能量。

　?。ㄋ模?影響代謝能的因素
　　影響消化能、尿能和氣體能的因素均影響代謝能。
　　尿能的損失量比較穩(wěn)定。豬的尿能損失約占總能的2-3%，反芻動(dòng)物為4-5%。影響尿能損失的因素主要是飼料結(jié)構(gòu), 特別是飼料中蛋白質(zhì)水平、氨基酸平衡狀況及飼料中有害成份的含量。飼料蛋白質(zhì)水平增高，氨基酸不平衡，氨基酸過(guò)量或能量不足導(dǎo)致氨基酸脫氨供能等，均可提高尿氮排泄量，增加尿能損失，降低代謝能值；若飼料含有芳香油，動(dòng)物吸收后經(jīng)代謝脫毒產(chǎn)生馬尿酸，并從尿中排出，增加尿能損失。對(duì)于豬，代謝能、消化能和粗蛋白質(zhì)的關(guān)系為：
　　ME = DE × [（96 - 0.202 ×CP）/ 100]
　　即粗蛋白質(zhì)每增加1個(gè)百分點(diǎn)，消化能轉(zhuǎn)化為代謝能的利用率下降0.202個(gè)百分點(diǎn)。影響氣體能的因素有動(dòng)物種類和飼料性質(zhì)及飼養(yǎng)水平。氣體能損失在單胃動(dòng)物較少，可忽略不計(jì)。對(duì)于反芻動(dòng)物，氣體能的損失量與飼料性質(zhì)及飼養(yǎng)水平有關(guān)。低質(zhì)飼料所產(chǎn)甲烷量較大, 并且氣體能占GE比例隨采食量增加而下降，處在維持飼養(yǎng)水平時(shí)，氣體能約占GE的8%; 而在維持水平以上時(shí), 約占6-7%。

消化能：

消化能（Digestible Energy，縮寫為DE）是飼料可消化養(yǎng)分所含的能量，即動(dòng)物攝入飼料的總能與糞能之差。即：DE = GE - FE
　　按上式計(jì)算的消化能稱為表觀消化能（Apparent Digestible Energy，縮寫為ADE）。式中：FE（Energy in Feces，縮寫為FE）為糞中養(yǎng)分所含的總能，稱為糞能。正常情況下，動(dòng)物糞便主要包括以下能夠產(chǎn)生能量的物質(zhì)：
　　（1） 未被消化吸收的飼料養(yǎng)分
　?。?span lang="EN-US">2） 消化道微生物及其代謝產(chǎn)物
　　（3） 消化道分泌物和經(jīng)消化道排泄的代謝產(chǎn)物
　?。?span lang="EN-US">4） 消化道粘膜脫落細(xì)胞
　　后三者稱為糞代謝物，所含能量為代謝糞能（ Fecal Energy from metabolic origin products ，縮寫為FmE，m代表代謝來(lái)源）。FE中扣除FmE后計(jì)算的消化能稱為真消化能（ True Digestible Energy，縮寫為TDE），即：TDE = GE - ( FE - FmE )
　　用TDE反映飼料的能值比ADE準(zhǔn)確，但測(cè)定較難，故現(xiàn)行動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要和飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值表一般都用ADE。
　　影響飼料消化率的因素均影響消化能值。正常情況下，糞能是飼料能量中損失最大的部分，糞能占總能的比例因動(dòng)物種類和飼料類型不同而異，吮乳幼齡動(dòng)物不到10%；馬約40%；豬約20%；反芻動(dòng)物采食精料時(shí)為20-30%，采食粗飼料時(shí)為40-50%，采食低質(zhì)粗料時(shí)可達(dá)60%。

總能：

總能( Gross Energy，縮寫GE) 是指飼料中有機(jī)物質(zhì)完全氧化燃燒生成二氧化碳、水和其他氧化物時(shí)釋放的全部能量，主要為碳水化合物、粗蛋白質(zhì)和粗脂肪能量的總和。總能可用彈式測(cè)熱計(jì) (Bomb Calorimeter) 測(cè)定。