全 文 ：近红外光谱分析技术在小麦鼓的饲料营养
价值评定上的应用
中国农科院畜牧所 冯 平 张子仪
前 言
随着集约化饲养业及配合饲料工业的迅
速发展 , 对饲料营养价值评定手段的精度和
效率提出了愈来愈高的要求 。 近几十年来常
规化学分析技术有了一系列突破 , 在 手段简
化 、 试剂节约 以及自动化方面都取得了许多
卓有成效的进展 。 但是所有方法都还需要对
饲料样品进行破坏性的预处理及经过相应 的
测试程序 ; 对饲料营养价值的评定则还需要
通过试验动物 。 由于这些条件的限制 , 在分
析某一饲料时 , 一般只能采取压缩样品量 ,
精简测定次数 , 通过小样对整体进行窥测 。
这便在很大程度上限制了测试 结 果 的代表
性 。 鉴于此 , 近十几年来近 红外线光谱分析技
术 ( n e a r i n f r a r e d r e f l e e t a n e e简称N I R下
同 ) 有了很大的发展①③⑦ 。 N IR 线光谱分 析
技术又称为瞬间分析技术 , 其理论基础是所
有有机成分在 0 . 7一 。 . 25 微米 。 这段 N IR 光区
内都具有各自的光学特性 ( 。 tP ic a l ” i g n a 一
t u r c )
, 根据各种成分的这些特性 , 事先通
过饲料标样研制出相应的软件 , 在此基础上
只要掌握仪器规定的简单操作步骤 , 即可在
数十秒钟内测出样品中的几种乃至十几种成
分 。 从最近这项技术的发展趋势看①③孚 , 应
用面愈来愈广 , 精度也愈来愈高 。 这项技术
除了应用 于医药卫生 、 食品质 量 检验⑧⑨ 、
农作物育种等方面外在饲料营养价值评定 ,
甚至对家畜采食量的估测方面也有人进行过
有益的尝试L④ 。 为了明确通过这 项 技术在
饲料营养价值评定上的实用价值以 国产小麦
鼓为试样进行了可行性探讨 。
材 料 和 方 法
一 、 采样和制样
从江苏 、 新疆 、 山西 、 安徽 、 四川 、 北
京 、 山东 、 辽宁 、 湖北 、 天津 、 黑龙江 、 江
西 、 浙江 、 广西 、 云南等 15 省 、 市 、 自治区
的 3 7个加工厂采集各种具有代表性的小麦鼓
样品 42 个 , 每样 2公斤四分法取 20 0克样品 ,
过 l m m 孔筛磨碎 ,分为四份置冷暗 干燥处 ,
1 份用于化学成分分析 , 1 份 用 于 N I R测
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图 4
试 , 1 份用于猪调料的消化能 ( 离体法 ) 测
试 , 另 1份低温保存不经磨碎样品供测鸡伺
料的代谢能值 。
二 、 有效能值评定方法
( 一 ) 、 鸡饲料表观代谢能 ( A M E , 下
}司 ) 的测定 。
实验动物选用体重 1 . 8公斤左右 的 成年
单冠 白来享公鸡 , 单笼饲养 , 每种小麦数的
测定分别用四只鸡 , 用排空强饲法 。
( 二 ) 、 猪饲料消化能值 ( D E , 下同 )
的测定 。
选 35 公斤左右的健康杜北杂交小公猪 7
头 , 在距幽门巧 O一 1 70 厘米的 小 肠 处安装
“ T ” 型套管 , 术后两周每隔 2 天采集小肠
液一次 , 离心取上 清 液 、 一 20 ℃下 保 存 。
D E的测定采用胃蛋白酶— 猪小 肠 液两阶段离体法进行 。
( 三 ) 、 近红外光谱分析
仪器用美国 N e ot e 。公 司产 F Q A 51 A 型
饲料品质分析仪 。 测量前先据小麦鼓的特性
和光谱 吸收原理 , 从 42 个原始样品中找出测
定小麦鼓各种营养成分的最佳近红外脉冲点
( 换算成波长 ) 和数学处理方法 , 从中选 24
个小麦鼓样供制定标准曲线用 , 标准样品按
营养成分含量的梯度均 匀搭配 , 另外 18 个供
检验测定结果用 , 测量时先把选好的数学处
理方法和波长输入仪器 , 再逐个对定标样品
进行扫描 、 并将扫描所得光密度值存入计算
机内 , 然后把每个定标样品相应的化学数据
也输入计算机内 , 自动进行逐步回归运算 ,
求得标准方程 :
Y = C
。 + C I D I + C : D Z + C a D s + C ` D一 +
C
。
D
。 + C 。D 。… …式一
式中 Y表示被测某种指标的估测值 ,
D :一 D .为仪器对小麦鼓样品 扫 描后的
光密度值 , C :一 C 。为回归系数 , C 。为常数 。
测定未知样品时 , 将标准方程输入仪器 , 再
对未知样扫描 , 计算机即可自动根据扫描值
通过打印机在 35 秒左右给出测定结果 。
结 果 与 讨 论
一 、 小麦鼓中的常规成分 N I R法测值与
常法测值比较 。
从用 N I R法和常法测得的 24 个小麦数定
标样品的常规成分可看出 ( 见 图 1 、 图 2 )
两种方法的粗蛋白 、 粗纤维 、 粗脂肪和粗灰
分的测值间的相关系数分别为 0 . ” 7 、 0 . 9 9 2、
0
.
8 9 1和 0 . 7 0 3残余标准差分别为 0 。 2 3 、 0 。 3 5、
0
.
5 和 0 . 5 3 , 以此为标准对另外 18 个小麦鼓
样品用 N I R法对常规成分进行了测定 , 结果
指出 : 粗蛋 白和粗纤维的 N I R法测值与常法
相当近似 。 但粗脂肪和粗灰分的 N I R法测值
与常法测值则仅能达粗估水平 。 ( 见表 l )
表 1 用常法与NI R法洲得的小金轶常规饲
料成分含 t 比较 单位 : %
一竺止箭…洲溃器……………1……
用现行的常规营养成分分析方法测得的
粗蛋白 、 粗脂肪 、 粗纤维 、 粗灰分等项成分
都不是结构清楚 、 内涵一致的化学物质 。 尽
管各项成分中也包含有类似的官能团 , 但是
大量的研究工作证明 , 不同类型的饲料中的
同名成分的化学组成有的相似 , 有的差异则
较大 。 为此分门别类地选好饲料标样 , 便成
为提高N IR法测值精度的重要条件 。
此外常法测值 自身的精度 一也极为重要 ,
如用常法测定粗脂肪时由于提取时间 , 小样
品的量及水分条件的掌握等等因素的干扰 ,
常法测值自身的再现性一般比其他成分的测
值的再现性较差 , 因此掌握好定标样品的测
值精度也是极其重要一环 。
二 、 有效能值与常规化学成分的关系
有效能不具有固定的化学结构 。 因此应
用 N I R法测定有效能值时首先需要找到对有
效能值影响较大的主要化学成分 , 然后通过
这些成分与在 N I R光谱分析仪上得到的信息
进行 间接测定 。 根据这一设想 , 作者等以小
麦妖干物质中的粗脂肪 ( x , ) 、 粗蛋 白 ( x Z ) 、
粗纤维 ( x 3 ) 、 粗灰分 ( x ` ) 含 量 为 自变
量 , 分别以 D E和 A M E值为因变量 ( Y ) 进
行了通径分析 , 结果指出 : 粗纤维对小麦鼓
的消化能和代谢能的总 作 用 最大 , 分别是
一 。 。 96 9和 一 0 . 96 5 , 直接作用也以粗纤维的
绝对值为最大 , 分别为 一 1 . 1 87 和 一 1 · 08 9,
由此证明 , 小麦鼓中的粗纤维含量是影响其
D E和 A M E值的主要因素 。
根据这一规律用逐步 回归分析法 , 筛选
出估测 D E值和 A M E值 的 最 优方程 ( 见式
二 、 式三 )
D E ( 兆卡 /公斤 /干物 质 ) 二 4 . 0 3 5 一 0 . 1 6 4 c l `
… … 式二
R = 0
.
9 7 0 R SD = O
。
1 2 C
·
V = 5
。
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AM E ( 兆卡 /公斤 /干物质 ) = 3 . 4了4 一 0 . i s s C F
… … 式三
R = 0
.
9 6 5 R S D = 0
.
1 2 C
·
V = 7
.
2夕百 N = 2 4
通过式二 、 式三对另外 1 8个小麦鼓样品
的 D E 、 A M E值进行估测 。 估测值与生物学
法测值的相关系 数 为0 . 90 1 、 R S D 为 0 . 1 5,
C V为 6 . 4% (见表 2 ) 。 说明以小麦欲中的
粗纤维含量作为 N I R法的估测有效能值的间
接指标具有相当可信的实用价值 。
三 、 应用 N工R法估测饲料有效能值的可
行性分析有鉴于饲料有效能值与饲料中的粗
纤维含量有着密切关系 , 同时通过饲料中的
粗纤维含量可以相当可信地估测出饲料中的
D E及 M E值 。 为此在应用 测定 D E 或 A M E
值时选用了粗纤维在 N IR 分光光谱仪上的脉
冲点 。 小麦扶标样的N 工R法 的 D E 和 M E测
值与生物学法测值间的 相 关 系 数 分 别为
0
.
9 8 5和 0 . 9 8 8 , 残余标准离差分别为 0 . 09 和
0
.
0 7 , 变异系数分别为 3 . 9%和 4 . 2% ( 见图
3
、 图 4 ) 。
* 十 ,* * ” * 十* * * * * 《 中国良种黄牛 》 征仃启事* 中* * 十* 十` 十十十
本刊自 1 9巧年创刊以来 ( 1 9 8 1年以前为 《 黄牛技术资料 》 ) , 在 主编邱怀教授及 全体编委的辛勤 劳 动
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《 中国良种黄牛》 编委会
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裹 2 用生物学法与回归法洲定的消化能
(猪 ) 及代谢能 ( 鸡 ) 值
消化能 ( 猪 )
( 兆卡/ 公斤 ) 代谢能 (鸡 ) ( 兆卡/ 公斤 )
样品编号 一一}生物学注 触妹
/ 公斤 、 和 。. 1 1兆卡/ 公斤 , 变异系数分别为
3
.
0%和 5 . 6% 。 这种程 度的变异在生物学法
测 定中也是经常出现的 。 另与回归法 比较 ,
精度也显著较好 。
生物学 法 回 归 法
结 语
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表 3 用生物学法与NI R法洲得的小安狱的
D E ( 猪 ) 与 A一E ( 鸡 ) 位比较
样品编号
消化能 ( 猪 )
( 兆卡 /公斤 ) 代谢能 (鸡 )( 兆卡 /公斤 )
生物学法 N I R直接法 生物学法 N IR直接法
4 7
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用 N I R法对国产小麦扶中的常规饲料成
分含量进行了测定 , 粗纤维 、 粗蛋白测值达
到了与常法近似的水平 , 残余标准离差分别
为 0 . 3 9和 0 . 34 ( % ) , 但用 N I R法测定粗灰
分和粗脂肪仅能作为一种粗估手段 。
根据通径分析结果表明 : 小麦故中的粗
纤维含量对其 D E和 A M E值的 直 接 影响最
大 , 根据这一生物学试验规律 , 选用小麦鼓
的粗纤维的波长 , 用 N IR 法 对 其 D E值和
A M E值进行了估测 。 结果表 明 : 用 N IR法
可 以测得与常法测值相当近 似的测值 。 残余
标准离差分别为 0 . 07 和。 . 1 1兆卡 / 公 斤 。 从
测试效率看 , 每测一个样品只需数十秒钟即
可能测出生物学法需要数 周 才 能测得的结
果 。
参考文做
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用上述标样对N I R仪进行校正后测定另
外 18 个小麦鼓样品 , 结果指出 : ( 见表 3 )
D E和 A M E的残余标准离差分别为。 . 0 7兆卡
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