應用近紅外技術快速測定飼料原料氨基酸含量

　　通常，飼料原料的氨基酸含量是通過離子交換(IEC)或高效液相色譜(HPLC)方法測定。這些方法由于費用極其昂貴，而且所需時間很長，用于飼料廠的配方調整和質量控制，不切實際。也可以通過測定飼料原料的干物質和粗蛋白含量，回歸預測氨基酸含量(NRC,1998)，但是，這種折中的方法推測的飼料原料的氨基酸含量與其實際值差異較大(丁麗敏等，2002)，直接用于生產，會造成較大的損失。在實際生產中，飼料廠在制定飼料配方時，飼料原料中所用的氨基酸含量只好參考數據庫中推薦的平均值，但推薦的平均值無法反應特定原料氨基酸含量的變異。因此，飼料研究和生產人員一直在尋找一種快速、廉價的測定飼料原料氨基酸含量的方法。
　　過去人們認為，近紅外(Near-Infrared Reflectance Spectroscopy，簡稱NIRS)技術不適用于測定飼料原料氨基酸含量，因為原料中氨基酸含量過低。但是，近年來，隨著近紅外分析技術和儀器的發(fā)展，通過近紅外技術測定的氨基酸結果與傳統的測定方法具有了很好的可比性(張維軍等，2000)。本文主要對筆者近期應用NIRS 方法快速測定飼料原料氨基酸含量方面所取得的經驗進行介紹，以使NIRS技術更好的服務于國內飼料行業(yè)。
　　1 NIRS技術測定飼料原料氨基酸含量的原理和方法
　　NIRS技術是依據被檢測樣品中某一化學成分對近紅外區(qū)光譜的吸收特性而進行定量測定的一種分析方法。應用NIRS方法測定原料氨基酸含量，首先要建立定標方程。定標方程的建立，不僅需要飼料原料的NIRS光譜值，而且需要利用標準方法測定的原料的氨基酸含量。飼料原料NIRS光譜的掃描和氨基酸含量的化學分析值必須是對同一樣品進行的。根據所得的光譜值和化學分析值，運用多元回歸計算便可得到相應的定標方程。但僅有很少的實驗室能夠大量的測定這些數據，這也是NIRS在測定原料氨基酸含量方面發(fā)展較慢的原因。
　　每種飼料原料至少需要50個樣品才能建立定標方程，而且所取樣品必須具有代表性。增加建立定標方程所用的樣品數量，能夠提高定標方程的準確性和可靠性。德固賽(Degussa)公司擁有全球最大的飼料氨基酸分析實驗室，每年分析的飼料樣品超過10，000個，為建立NIRS定標方程奠定了堅實的基礎，目前，已經對全球16種常用飼料原料的干物質、粗蛋白質和所有必需氨基酸含量建立了定標方程(表1)。新到貨的飼料原料，可以對其取樣、制樣，然后利用NIRS 分析儀對其樣品進行掃描獲得NIRS 光譜值，并根據相應的定標方程計算，很快就可以獲得飼料原料的氨基酸含量。
　　目前，已經建立定標方程的飼料原料如下：

　　名稱?。?BR>　　大麥　233
　　玉米　328
　　黑麥　273
　　谷物及其副產品小麥　281
　　麥麩　178
　　高梁　205
　　米糠　181
　　玉米蛋白粉　184
　　菜籽粕　171
　　豆粕　341
　　油籽類葵花粕　107
　　豌豆　110
　　羽扇豆　105
　　魚粉　307
　　動物副產品羽毛粉　247
　　肉骨粉　468
　　注：N=建立相應飼料原料定標方程的樣本數
　　2 NIRS與色譜法測定的飼料原料氨基酸含量的一致性
　　NIRS分析結果的有效性，最終還要看其與色譜法測定值的吻合程度(Fontaine等，2001)。圖1～3列出了德固賽(Degussa)公司利用NIRS和色譜方法測定的豆粕、肉骨粉和小麥的蛋氨酸以及賴氨酸含量之間的擬合情況。由圖以及相應的統計結果可以看出，NIRS方法對飼料原料的氨基酸含量的預測值非常準確和可靠。因此，在實際生產中，可以利用快速、低成本的NIRS 技術代替耗時、昂貴的色譜法測定飼料原料的氨基酸含量。
　　3 NIRS 技術在飼料生產中的作用
　　由于利用NIRS技術測定飼料原料氨基酸含量，不僅費用極其低廉，而且所用時間很短，因此獲得飼料原料氨基酸含量測定結果的時間主要決定于對原料進行采樣和制樣的時間。飼料廠可以通過快速、準確的氨基酸含量測定值，評估來自不同產地和供貨商的原料，實施真正的質量管理。
　　3.1 細分飼料原料
　　飼料廠可以根據氨基酸的測定值，將到廠的飼料原料進行細分。例如，以下幾個因素可以作為細分時考慮的因素：品種，種植方法(例如施肥情況)，產地，加工條件。將飼料原料細分，能夠促使配合飼料廠更準確的優(yōu)化配方。為了統計分析不同來源、品種或供應商原料的差別，所采集的樣品必須具有代表性。而且，每種來源或供應商的樣品至少應該有20個。如表2所示，根據粗蛋白質和氨基酸含量的測定值，飼料原料可以分為不同的質量等級。不同質量的飼料原料，應該以不同的價格購買。
　　

　　根據養(yǎng)分含量對飼料原料(以豆粕為例)的細分：

　　養(yǎng)分含量(%)所有樣品，低等質量，中等質量，高等質量
　　N=490，N=62，N=348，N=80
　　粗蛋白(均值)44.8741.6944.8147.58
　　變異系數4.70 4.632.723.51
　　賴氨酸(均值)2.7632.5612.7552.961
　　變異系數4.643.482.511.69
　　蛋+胱(均值)1.2771.1891.2761.353
　　變異系數4.693.952.662.89
　　蘇氨酸(均值)1.7321.6081.7291.840
　　變異系數6.15 4.35 2.89 3.26
　　注：N=樣品數量
　　如果配合飼料廠以相同的價格購買所有質量級別的飼料原料，那么飼料廠將會為氨基酸含量較低的飼料原料支付過高的價格。因此，當供應商提供的飼料原料氨基酸含量較低時，飼料廠應該調低支付價格或拒絕接貨。
　　3.2 提高配合飼料質量
　　NIRS技術還能充分保證配合飼料的質量。如果不能及時檢測到的飼料原料的養(yǎng)分變異，即使機械設備和混和技術達到最佳，也會嚴重影響配合飼料的質量。原料氨基酸含量較大的變異，不可避免的需要增加配合飼料的安全系數，從而增加生產成本。在養(yǎng)殖業(yè)中，飼料養(yǎng)分的變異，會導致動物生產性能的降低和畜產品質量變異的增加，尤其是像胸肉率和瘦肉率這些敏感指標。畜產品質量的降低或不整齊，會導致其價格的降低。如果飼料原料到貨時以及隨后能經常性的檢測其氨基酸含量，飼料廠則可以根據檢測的結果，對配方進行及時調整，從而保證配合飼料的氨基酸含量。
　　4 NIRS技術推廣中存在的問題與對策
　　NIRS 技術能夠降低飼料生產成本，提高飼料產品質量，但是許多飼料廠沒有購買NIRS 分析儀器，有些飼料廠雖然擁有自己的NIRS分析儀器，卻沒有能力建立可靠的氨基酸定標方程，在一定程度上限制了NIRS 技術的推廣。針對以上情況，可以采用一些更為靈活的方法，使飼料廠能夠在幾乎不增加成本的基礎上，獲得NIRS技術服務。沒有購買NIRS分析儀器的飼料廠，可以將采集的飼料原料樣品郵寄到相應單位進行測定。而已經購買了NIRS分析儀器卻沒有能力建立定標方程的飼料廠則可以與建立了NIRS 飼料原料氨基酸含量定標方程的單位合作，獲得定標方程的轉移和人員的培訓服務。定標方程轉移的前提條件是軟硬件之間的兼容性。另外，這些飼料廠也可以利用自己的NIRS分析儀對飼料原料進行掃描，然后將獲得的NIRS光譜值，通過電子郵件傳到擁有NIRS定標方程的單位，進行相應的數據處理，便可以獲得飼料原料的氨基酸含量值。通過這些方法，飼料廠可以在幾乎不增加成本的基礎上，利用NIRS技術，在線檢測飼料原料的氨基酸含量。通過在線檢測飼料原料氨基酸含量，飼料廠可以更有效的監(jiān)控原料質量和調整配方，生產出優(yōu)質、低價的配合飼料產品。
　　綜上所述，NIRS技術測定飼料原料氨基酸含量，具有快速、準確、成本低的特點。因此，飼料廠可以利用NIRS技術對主要的飼料原料氨基酸含量進行在線監(jiān)測，調整配方和采購策略，降低生產成本，提高產品質量。