應(yīng)用近紅外技術(shù)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(fèi)用極其昂貴，而且所需時(shí)間很長，用于飼料廠的配方調(diào)整和質(zhì)量控制，不切實(shí)際。也可以通過測定飼料原料的干物質(zhì)和粗蛋白含量，回歸預(yù)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(shí)際值差異較大(丁麗敏等，2002)，直接用于生產(chǎn)，會造成較大的損失。在實(shí)際生產(chǎn)中，飼料廠在制定飼料配方時(shí)，飼料原料中所用的氨基酸含量只好參考數(shù)據(jù)庫中推薦的平均值，但推薦的平均值無法反應(yīng)特定原料氨基酸含量的變異。因此，飼料研究和生產(chǎn)人員一直在尋找一種快速、廉價(jià)的測定飼料原料氨基酸含量的方法。
　　過去人們認(rèn)為，近紅外(Near-Infrared Reflectance Spectroscopy，簡稱NIRS)技術(shù)不適用于測定飼料原料氨基酸含量，因?yàn)樵现邪被岷窟^低。但是，近年來，隨著近紅外分析技術(shù)和儀器的發(fā)展，通過近紅外技術(shù)測定的氨基酸結(jié)果與傳統(tǒng)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(yīng)用NIRS 方法快速測定飼料原料氨基酸含量方面所取得的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行介紹，以使NIRS技術(shù)更好的服務(wù)于國內(nèi)飼料行業(yè)。
　　1 NIRS技術(shù)測定飼料原料氨基酸含量的原理和方法
　　NIRS技術(shù)是依據(jù)被檢測樣品中某一化學(xué)成分對近紅外區(qū)光譜的吸收特性而進(jìn)行定量測定的一種分析方法。應(yīng)用NIRS方法測定原料氨基酸含量，首先要建立定標(biāo)方程。定標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)分析值必須是對同一樣品進(jìn)行的。根據(jù)所得的光譜值和化學(xué)分析值，運(yùn)用多元回歸計(jì)算便可得到相應(yīng)的定標(biāo)方程。但僅有很少的實(shí)驗(yàn)室能夠大量的測定這些數(shù)據(jù)，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(gè)樣品才能建立定標(biāo)方程，而且所取樣品必須具有代表性。增加建立定標(biāo)方程所用的樣品數(shù)量，能夠提高定標(biāo)方程的準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)室，每年分析的飼料樣品超過10，000個(gè)，為建立NIRS定標(biāo)方程奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，目前，已經(jīng)對全球16種常用飼料原料的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)和所有必需氨基酸含量建立了定標(biāo)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(jìn)行掃描獲得NIRS 光譜值，并根據(jù)相應(yīng)的定標(biāo)方程計(jì)算，很快就可以獲得飼料原料的氨基酸含量。
　　目前，已經(jīng)建立定標(biāo)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(chǎn)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(dòng)物副產(chǎn)品羽毛粉　247
　　肉骨粉　468
　　注：N=建立相應(yīng)飼料原料定標(biāo)方程的樣本數(shù)
　　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(jié)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(yīng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，NIRS方法對飼料原料的氨基酸含量的預(yù)測值非常準(zhǔn)確和可靠。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以利用快速、低成本的NIRS 技術(shù)代替耗時(shí)、昂貴的色譜法測定飼料原料的氨基酸含量。
　　3 NIRS 技術(shù)在飼料生產(chǎn)中的作用
　　由于利用NIRS技術(shù)測定飼料原料氨基酸含量，不僅費(fèi)用極其低廉，而且所用時(shí)間很短，因此獲得飼料原料氨基酸含量測定結(jié)果的時(shí)間主要決定于對原料進(jìn)行采樣和制樣的時(shí)間。飼料廠可以通過快速、準(zhǔn)確的氨基酸含量測定值，評估來自不同產(chǎn)地和供貨商的原料，實(shí)施真正的質(zhì)量管理。
　　3.1 細(xì)分飼料原料
　　飼料廠可以根據(jù)氨基酸的測定值，將到廠的飼料原料進(jìn)行細(xì)分。例如，以下幾個(gè)因素可以作為細(xì)分時(shí)考慮的因素：品種，種植方法(例如施肥情況)，產(chǎn)地，加工條件。將飼料原料細(xì)分，能夠促使配合飼料廠更準(zhǔn)確的優(yōu)化配方。為了統(tǒng)計(jì)分析不同來源、品種或供應(yīng)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(yīng)商的樣品至少應(yīng)該有20個(gè)。如表2所示，根據(jù)粗蛋白質(zhì)和氨基酸含量的測定值，飼料原料可以分為不同的質(zhì)量等級。不同質(zhì)量的飼料原料，應(yīng)該以不同的價(jià)格購買。
　　

　　根據(jù)養(yǎng)分含量對飼料原料(以豆粕為例)的細(xì)分：

　　養(yǎng)分含量(%)所有樣品，低等質(zhì)量，中等質(zhì)量，高等質(zhì)量
　　N=490，N=62，N=348，N=80
　　粗蛋白(均值)44.8741.6944.8147.58
　　變異系數(shù)4.70 4.632.723.51
　　賴氨酸(均值)2.7632.5612.7552.961
　　變異系數(shù)4.643.482.511.69
　　蛋+胱(均值)1.2771.1891.2761.353
　　變異系數(shù)4.693.952.662.89
　　蘇氨酸(均值)1.7321.6081.7291.840
　　變異系數(shù)6.15 4.35 2.89 3.26
　　注：N=樣品數(shù)量
　　如果配合飼料廠以相同的價(jià)格購買所有質(zhì)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(jià)格。因此，當(dāng)供應(yīng)商提供的飼料原料氨基酸含量較低時(shí)，飼料廠應(yīng)該調(diào)低支付價(jià)格或拒絕接貨。
　　3.2 提高配合飼料質(zhì)量
　　NIRS技術(shù)還能充分保證配合飼料的質(zhì)量。如果不能及時(shí)檢測到的飼料原料的養(yǎng)分變異，即使機(jī)械設(shè)備和混和技術(shù)達(dá)到最佳，也會嚴(yán)重影響配合飼料的質(zhì)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(shù)，從而增加生產(chǎn)成本。在養(yǎng)殖業(yè)中，飼料養(yǎng)分的變異，會導(dǎo)致動(dòng)物生產(chǎn)性能的降低和畜產(chǎn)品質(zhì)量變異的增加，尤其是像胸肉率和瘦肉率這些敏感指標(biāo)。畜產(chǎn)品質(zhì)量的降低或不整齊，會導(dǎo)致其價(jià)格的降低。如果飼料原料到貨時(shí)以及隨后能經(jīng)常性的檢測其氨基酸含量，飼料廠則可以根據(jù)檢測的結(jié)果，對配方進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而保證配合飼料的氨基酸含量。
　　4 NIRS技術(shù)推廣中存在的問題與對策
　　NIRS 技術(shù)能夠降低飼料生產(chǎn)成本，提高飼料產(chǎn)品質(zhì)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(biāo)方程，在一定程度上限制了NIRS 技術(shù)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(chǔ)上，獲得NIRS技術(shù)服務(wù)。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(yīng)單位進(jìn)行測定。而已經(jīng)購買了NIRS分析儀器卻沒有能力建立定標(biāo)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(biāo)方程的單位合作，獲得定標(biāo)方程的轉(zhuǎn)移和人員的培訓(xùn)服務(wù)。定標(biāo)方程轉(zhuǎn)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(jìn)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(biāo)方程的單位，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)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(chǔ)上，利用NIRS技術(shù)，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(zhì)量和調(diào)整配方，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)、低價(jià)的配合飼料產(chǎn)品。
　　綜上所述，NIRS技術(shù)測定飼料原料氨基酸含量，具有快速、準(zhǔn)確、成本低的特點(diǎn)。因此，飼料廠可以利用NIRS技術(shù)對主要的飼料原料氨基酸含量進(jìn)行在線監(jiān)測，調(diào)整配方和采購策略，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。