飼料企業(yè)動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫的建設(shè)

畜牧編輯

　作者：王繼華
　轉(zhuǎn)自：[url=]最佳效益飼料配方設(shè)計[/url]

　飼料質(zhì)量的穩(wěn)定，是飼料廠穩(wěn)步發(fā)展的重要保證。然而，在飼料生產(chǎn)中常出現(xiàn)成品質(zhì)量與配方設(shè)計質(zhì)量之間有一定差異，即所謂配方失真。配方失真的原因，有的屬于配方設(shè)計問題，有的屬于品控問題；有的可以人為調(diào)控，有的不可人為調(diào)控。本文主要討論大型飼料品牌構(gòu)建和使用動態(tài)飼料數(shù)據(jù)模型，降低飼料配方失真，提高飼料配方可靠性的理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)措施。

　　1、飼料配方的失真

　　王繼華等（2012）總結(jié)飼料配方失真的主要原因有：①原料營養(yǎng)成分的變異。②原料粉碎粒度不同其消化率常有差異。③飼料混合均勻度。④配料精度。⑤制粒工藝。⑥成品水分。⑦機(jī)器物料殘留。⑧采樣、化驗。汝應(yīng)俊（2006）指出飼料數(shù)據(jù)庫變異的主要原因有：⑨測定數(shù)據(jù)所用的方法、測定營養(yǎng)價值如測定消化率所用的方法、試驗的重復(fù)數(shù)、數(shù)據(jù)測定年限、表示結(jié)果的方法（不同單位和不同基礎(chǔ)，例如干物質(zhì)或風(fēng)干物）等。所以，飼養(yǎng)試驗得到的消化率存在變異，應(yīng)視消化率為隨機(jī)變量。

　　本文不討論那些人為誤差或機(jī)器誤差。實踐中配方師不可避免、只能盡量減少，需要配方師考慮的影響飼料配方可靠性的因素主要有以下幾個。

　　1.1、氨基酸周轉(zhuǎn)

　　動物體內(nèi)存在蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)，已降解的體蛋白質(zhì)并不完全隨排泄物或分泌物排出，而是大部分被動物重新利用合成體蛋白。所以豬體蛋白生長與牛奶或雞蛋生成后即離體不同，豬體這部分周轉(zhuǎn)的蛋白質(zhì)會降低生產(chǎn)效率。據(jù)報道，生長豬體蛋白質(zhì)的日周轉(zhuǎn)量（除去凈蛋白質(zhì)沉積之外的合成量）高達(dá)全身蛋白質(zhì)總量的1/7~1/8，尤其是，這部分周轉(zhuǎn)的氨基酸如何與飼糧氨基酸相平衡，有待深入研究。

　　1.2、靜態(tài)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)

　　飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)是靜態(tài)的，而動物營養(yǎng)需要量是動態(tài)的。所謂理想氨基酸模型，應(yīng)全面考慮時、空、量三個要素，而不僅僅是量的觀念——比例和數(shù)值。我們設(shè)計的日糧最理想的是以恰好的速度、比例和數(shù)量來消化、吸收和運送各種必需和非必需氨基酸到靶細(xì)胞，因為吸收到體內(nèi)的氨基酸在豬體內(nèi)的貯存能力很弱，時間很短，特別是各種單個氨基酸基本上不能貯存。

　　1.3、飼料數(shù)據(jù)庫變異

　　我們設(shè)計飼料配方一般是使用國家公布的飼料數(shù)據(jù)庫，那個數(shù)據(jù)庫僅僅給出平均數(shù)，配方師使用的本廠飼料原料未必是國家飼料數(shù)據(jù)庫的養(yǎng)分指標(biāo)。即使同一批同一種原料，其養(yǎng)分含量也存在抽樣誤差和測定誤差，是一個隨機(jī)變量，多個養(yǎng)分指標(biāo)就構(gòu)成一個隨機(jī)向量。

　　1.4、飼料加工

　　不同加工方式對于飼料的有效養(yǎng)分含量影響很大，例如原料粉碎、制粒等，配方師在設(shè)計飼料配方時應(yīng)該根據(jù)本廠機(jī)械性能參數(shù)設(shè)置和調(diào)整飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是要考慮粉碎粒度、制粒溫度等，受飼料加工影響最大的是酶制劑和維生素等。

　　當(dāng)前，我國飼料企業(yè)、豬場在應(yīng)用中參照的主要是“中國飼料原料數(shù)據(jù)庫”、NRC、ARC等數(shù)據(jù)庫。相比而言，美國NRC飼料原料營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)比較豐富全面。2012版NRC共列出122個原料，每個原料133個指標(biāo)，列出了各個指標(biāo)的樣本數(shù)、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，豬生長階段的劃分較之前的劃分更加細(xì)致合理，但其數(shù)據(jù)依然是靜態(tài)的，沒有反映出原料營養(yǎng)成分（特別是有效成分）的之間的相關(guān)，且數(shù)據(jù)是來自不同時間、不同實驗室，變異較大，同時許多原料的營養(yǎng)成分沒有數(shù)據(jù)。

　　2、動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫及其數(shù)學(xué)模型

　　在配合飼料前獲得準(zhǔn)確的飼料原料營養(yǎng)價值對高效動物生產(chǎn)至關(guān)重要。隨著快速檢測方法的建立和科學(xué)數(shù)據(jù)的積累，需要一個快速傳送數(shù)據(jù)的工具，目前學(xué)界稱之為“動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫”。動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫的主要作用是關(guān)于飼料養(yǎng)分?jǐn)?shù)值的估計，國內(nèi)外都有報道。

　　飼料原料有效成分動態(tài)數(shù)據(jù)庫是根據(jù)飼料原料的物理、化學(xué)方法，快速、準(zhǔn)確估計飼料原料有效成分的數(shù)據(jù)庫。動態(tài)數(shù)據(jù)庫體現(xiàn)了飼料原料的變異，從變異中尋找規(guī)律，在生產(chǎn)中利用規(guī)律。數(shù)據(jù)庫主要以表格和近紅外測定數(shù)據(jù)的形式為企業(yè)提供參考和支持。飼料原料動態(tài)數(shù)據(jù)庫的實施計劃周密、方法科學(xué)，主要通過對不同有效成分的準(zhǔn)確測定，建立有效能值的預(yù)測模型，并應(yīng)用整豬替代小鼠或體外消化試驗進(jìn)行驗證，更加符合生產(chǎn)實際需要。目前我國，李德發(fā)團(tuán)隊已根據(jù)對玉米、DDGS和小麥、谷物加工副產(chǎn)物等十多個飼料原料有效營養(yǎng)成分分析，成功建立了方程并驗證了其準(zhǔn)確性，公布于《中國飼料行業(yè)信息網(wǎng)》并不斷更新完善，為飼料企業(yè)、養(yǎng)殖企業(yè)提供數(shù)據(jù)支持和參考。

　　用近紅外法（NIR）快速估測飼料能量值的原理和方法是根據(jù)有機(jī)鍵反射光測定飼料近紅外光譜值與真正實測的消化能值的相關(guān)，樣品用NIR掃描后建立光譜數(shù)據(jù)庫，然后把樣品飼喂豬和雞測定消化能，建立回歸模型，一組獨立的樣品掃描后飼喂豬雞作為驗證值，比較估測值和實測值的差異，用相關(guān)系數(shù)和估測誤差評估回歸模型的實用性。目前用NIR估測谷物飼料的消化能，估計誤差在0.38MJ/kg?？焖俟罍y谷物飼料的消化能可以提高配合飼料的準(zhǔn)確性，持續(xù)增加實測值以提高估測模型的準(zhǔn)確性，尤其是消化能在13.0~13.5MJ/kg的樣品。NIR估測玉米消化能的模型正在研究之中，但估測其他營養(yǎng)指標(biāo)的模型已經(jīng)應(yīng)用，這些指標(biāo)可以間接估測表觀代謝能（見圖1）。

　　動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫估計飼料養(yǎng)分?jǐn)?shù)值的方法，是根據(jù)什么原理？目前國內(nèi)外都是采用線性回歸模型。當(dāng)兩個變量之間有相關(guān)時，我們就可以根據(jù)一個變量來估計另一個，這就是回歸，高爾登的方法。依據(jù)的信息來源越多，估計的結(jié)果就越可靠。例如實踐中直接估計日糧凈能：

　　規(guī)模化飼料廠分析原料比較全面，完全可以測定出這些自變量的統(tǒng)計分布參數(shù)，這些參數(shù)對于提高飼料配方的準(zhǔn)確性，降低配方失真，具有巨大價值，然而過去常常忽視了這些信息。一個供貨商的某一品牌的原料成分有變異是難免的，但是，使用的多元線性模型可以精確校正這種變異，這樣可以使飼料原料有效成分值越來越能夠接近真實有效成分值。這就是所謂的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，有變異校正功能。

　　這里特別指出，國內(nèi)外常使用回歸模型估計某一飼料原料的有效能值，而回歸模型有很大局限性，例如不考慮自變量間的相關(guān)，這是極其寶貴的數(shù)據(jù)信息。建議用多元線性模型進(jìn)行估計，因為同一原料不同養(yǎng)分間不相互獨立。例如小麥麩，假定其粗蛋白質(zhì)方差為0.73，粗纖維方差為1.35，粗灰分方差為0.48，粗蛋白質(zhì)與粗纖維的協(xié)方差為-0.334，粗蛋白質(zhì)與粗灰分的協(xié)方差為-0.035，粗纖維與粗灰分的協(xié)方差為0.355，則可有如下數(shù)據(jù)模型：

　　以這種方式給出的數(shù)據(jù)庫，可極大地提高飼料配方設(shè)計的可靠性和精確性；國內(nèi)外有報道原料養(yǎng)分含量的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，但是還沒有見到同時報道不同養(yǎng)分之間的協(xié)方差或相關(guān)系數(shù)。如果假定同一原料內(nèi)不同養(yǎng)分之間的協(xié)方差為零，則會丟失極有價值的信息。

　　3、動態(tài)飼料數(shù)據(jù)模型

　　大型飼料廠日常觀測的指標(biāo)較全，具有豐富的觀測數(shù)據(jù)，完全可以建立自己的動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫，這對于提高本公司配方設(shè)計的可靠性有巨大作用。假定觀測了多個指標(biāo)，例如玉米，要根據(jù)多個觀測指標(biāo)（例如化學(xué)成分測定值或容重等指標(biāo)）估計玉米的賴氨酸含量：

　　4、動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用

　　前面講的都是先設(shè)計飼料配方，然后估計飼料配方的營養(yǎng)成分保證值。如果先設(shè)定要求的飼料配方養(yǎng)分保證值，該怎么設(shè)計飼料配方？

　　關(guān)于飼料配方的可靠性（概率保證值），國內(nèi)罕見報道。國外有極少報道，但常為了易懂，簡化一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，而正是這種簡化，使得他們的結(jié)論令人啼笑皆非。例如在考慮線性規(guī)劃法時，把飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)分指標(biāo)提高1個標(biāo)準(zhǔn)差，就可以使飼料配方的可靠性從線性規(guī)劃的50%提高到68%，要使可靠性提高到95%，就需要提高1.96個標(biāo)準(zhǔn)差。這1.96個標(biāo)準(zhǔn)差的養(yǎng)分是多大成本？這不等于把這種提高配方可靠性的方法給槍斃了么！

　　使用隨機(jī)規(guī)劃法可避免這些缺陷。關(guān)于隨機(jī)規(guī)劃法的原理與方法，可見王繼華等（2012）《仔豬飼料配方設(shè)計高級技術(shù)》，這里不再贅述。需要強(qiáng)調(diào)的是，有了原料養(yǎng)分之間的方差-協(xié)方差或相關(guān)系數(shù)信息，配方師就可根據(jù)已測養(yǎng)分校正或預(yù)測已測甚至未測養(yǎng)分的數(shù)值。如果飼料原料數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)十分準(zhǔn)確，用線性規(guī)劃法也可達(dá)到相應(yīng)準(zhǔn)確度。所以也可以先進(jìn)行飼料數(shù)據(jù)估計，然后使用線性規(guī)劃法設(shè)計飼料配方。

　　提高飼料養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)該使用多元線性模型。

　　我國地域廣、飼料原料種類多、同一（同名）飼料原料的養(yǎng)分變異很大。大型飼料企業(yè)應(yīng)該研究和制定自己的飼料原料標(biāo)準(zhǔn)和飼料數(shù)據(jù)庫。當(dāng)然是要建立動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫。企業(yè)集團(tuán)技術(shù)部對飼料數(shù)據(jù)庫和飼料配方設(shè)計的規(guī)范上應(yīng)有宏觀機(jī)制，結(jié)合各個分公司的實際情況，適當(dāng)指導(dǎo)飼料數(shù)據(jù)模型和飼料配方設(shè)計模式。

　　豬的飼料數(shù)據(jù)庫，有效能測定不易，SID氨基酸也不易測定，需要國家加大科研投入來完成。但是大型飼料企業(yè)可建立初步的動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫，例如常規(guī)的飼料原料以氨基酸、非淀粉多糖、淀粉、礦物質(zhì)等為主，指導(dǎo)各企業(yè)使用。大型集團(tuán)企業(yè)完全有能力建立自己的飼料原料數(shù)據(jù)庫，甚至只需要把現(xiàn)有的化驗數(shù)據(jù)匯總分析即可。

　　雜粕的使用是降低飼料成本的常用手段，企業(yè)不可能完全使用玉米-豆粕型配方，市場上都或多或少地使用非常規(guī)原料，構(gòu)建動態(tài)數(shù)據(jù)庫就是為了非常規(guī)原料的更好使用，要求所使用原料的養(yǎng)分值成分更加準(zhǔn)確。

　　在糧價不斷上漲的大背景下，飼料行業(yè)成本也在不斷攀升，飼料企業(yè)想要使自己的產(chǎn)品具有競爭優(yōu)勢，必然需要在優(yōu)化飼料配方、提高飼料質(zhì)量、降低飼料成本方面下翻功夫，而飼料原料有效營養(yǎng)成分的變異是影響飼料質(zhì)量的重要因素，飼料企業(yè)使用的原料永遠(yuǎn)不可能與數(shù)據(jù)庫中原料的營養(yǎng)成分相同。因此，建立企業(yè)自己的動態(tài)飼料原料數(shù)據(jù)庫勢在必行。近3 年來李德發(fā)院士一直致力于“豬飼料原料有效養(yǎng)分動態(tài)數(shù)據(jù)庫”的建立，完成了多種飼料原料的營養(yǎng)價值評價工作，初步建立一個飼料有效成分的動態(tài)數(shù)據(jù)，并形成了一個動態(tài)數(shù)據(jù)庫的配方軟件。據(jù)說，這個想法緣于在上世紀(jì)90 年代開始，法國農(nóng)科院營養(yǎng)研究所的Noblet通過61 種全價飼料的消化、代謝試驗，建立了一系列通過全價飼料原料化學(xué)成分推測有效成分的回歸方程。

　　配方師使用豬飼料有效成分動態(tài)數(shù)據(jù)庫，可在配料前通過化學(xué)成分分析或者近紅外分析快速獲得飼料原料有效養(yǎng)分，達(dá)到精準(zhǔn)配料，提高飼料中養(yǎng)分利用效率和飼料質(zhì)量，降低飼料成本，節(jié)約資源。這一先進(jìn)科技的產(chǎn)生無論對緩解國家糧食壓力還是對提高飼料企業(yè)的競爭力，都將是一種福音。

　　一個企業(yè)的配方所用原料基本固定，即使原料供求不足，或價格不能接受，也只是改變替換幾種原料，而且在選擇供貨商時，無論從企業(yè)、個人、地域、原料等方面還是從物流運輸來說都有一定局限性，這種局限性有一定弊端，但反過來，也縮小了企業(yè)的原料營養(yǎng)成分變異。因此，對于工業(yè)化產(chǎn)品例如豆粕、DDGS等原料，飼料企業(yè)應(yīng)建立以自己企業(yè)為中心，以供貨商為項目的原料數(shù)據(jù)庫。

　　單一原料供貨商的原料養(yǎng)分也有變異，據(jù)筆者經(jīng)驗，單就豆粕粗蛋白質(zhì)一項（不計大豆來源，取樣變異等），其檢測數(shù)值變異在1%~3%之間，因此，有必要建立品管部的化驗記錄，配方師的本廠、某供貨商、某品牌的動態(tài)原料數(shù)據(jù)庫。

　　據(jù)了解，世界知名數(shù)據(jù)公司正在想辦法尋找處理飼料真實成分和配方師使用數(shù)值的差異，并進(jìn)行軟件模擬，以便為配方師提供更準(zhǔn)確的數(shù)值。

　　5、小結(jié)

　　總之，大型飼料企業(yè)完全有條件建立自己的動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫，這對于提高本公司配方的準(zhǔn)確性和可靠性具有巨大作用。規(guī)劃分析自己的原料數(shù)據(jù)庫，將誤差降低到最小，是當(dāng)前配方師應(yīng)尋求的方法。學(xué)會使用數(shù)學(xué)模型，建立動態(tài)飼料數(shù)據(jù)庫是降低成本的最有效手段。