應(yīng)用近紅外技術(shù)快速測(cè)定飼料原料氨基酸含量

王俊強(qiáng) · 發(fā)表于 2007-11-6 15:19:54

應(yīng)用近紅外技術(shù)快速測(cè)定飼料原料氨基酸含量

作者:  來(lái)源:慧聰激光光電子行業(yè)

通常，飼料原料的氨基酸含量是通過(guò)離子交換（IEC）或高效液相色譜（HPLC）方法測(cè)定。這些方法由于費(fèi)用極其昂貴，而且所需時(shí)間很長(zhǎng)，用于飼料廠(chǎng)的配方調(diào)整和質(zhì)量控制，不切實(shí)際。也可以通過(guò)測(cè)定飼料原料的干物質(zhì)和粗蛋白含量，回歸預(yù)測(cè)氨基酸含量（NRC,1998），但是，這種折中的方法推測(cè)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(huì)造成較大的損失。在實(shí)際生產(chǎn)中，飼料廠(chǎng)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(kù)中推薦的平均值，但推薦的平均值無(wú)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(cè)定飼料原料氨基酸含量的方法。

過(guò)去人們認(rèn)為，近紅外（Near-Infrared Reflectance Spectroscopy，簡(jiǎn)稱(chēng)NIRS）技術(shù)不適用于測(cè)定飼料原料氨基酸含量，因?yàn)樵现邪被岷窟^(guò)低。但是，近年來(lái)，隨著近紅外分析技術(shù)和儀器的發(fā)展，通過(guò)近紅外技術(shù)測(cè)定的氨基酸結(jié)果與傳統(tǒng)的測(cè)定方法具有了很好的可比性（張維軍等，2000）。本文主要對(duì)筆者近期應(yīng)用NIRS 方法快速測(cè)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(guó)內(nèi)飼料行業(yè)。

1 NIRS技術(shù)測(cè)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(cè)樣品中某一化學(xué)成分對(duì)近紅外區(qū)光譜的吸收特性而進(jìn)行定量測(cè)定的一種分析方法。應(yīng)用NIRS方法測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)定這些數(shù)據(jù)，這也是NIRS在測(cè)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(guò)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(duì)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(duì)其取樣、制樣，然后利用NIRS 分析儀對(duì)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。

表1  已經(jīng)建立定標(biāo)方程的飼料原料

類(lèi)別原料名稱(chēng)N
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(lèi)葵花粕107
豌豆110
羽扇豆105
魚(yú)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(cè)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(cè)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(cè)定的豆粕、肉骨粉和小麥的蛋氨酸以及賴(lài)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(duì)飼料原料的氨基酸含量的預(yù)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定結(jié)果的時(shí)間主要決定于對(duì)原料進(jìn)行采樣和制樣的時(shí)間。飼料廠(chǎng)可以通過(guò)快速、準(zhǔn)確的氨基酸含量測(cè)定值，評(píng)估來(lái)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(chǎng)可以根據(jù)氨基酸的測(cè)定值，將到廠(chǎng)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(chǎng)更準(zhǔn)確的優(yōu)化配方。為了統(tǒng)計(jì)分析不同來(lái)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(lái)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(cè)定值，飼料原料可以分為不同的質(zhì)量等級(jí)。不同質(zhì)量的飼料原料，應(yīng)該以不同的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)。

表2 根據(jù)養(yǎng)分含量對(duì)飼料原料（以豆粕為例）的細(xì)分表

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=490N=62N=348N=80
粗蛋白（均值）44.8741.6944.8147.58
變異系數(shù)4.70 4.632.723.51
賴(lài)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(chǎng)以相同的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)所有質(zhì)量級(jí)別的飼料原料，那么飼料廠(chǎng)將會(huì)為氨基酸含量較低的飼料原料支付過(guò)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(chǎng)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(cè)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(huì)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(huì)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(huì)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(cè)其氨基酸含量，飼料廠(chǎng)則可以根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果，對(duì)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(wèn)題與對(duì)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(chǎng)沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)NIRS 分析儀器，有些飼料廠(chǎng)雖然擁有自己的NIRS分析儀器，卻沒(méi)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(duì)以上情況，可以采用一些更為靈活的方法，使飼料廠(chǎng)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(méi)有購(gòu)買(mǎi)NIRS分析儀器的飼料廠(chǎng)，可以將采集的飼料原料樣品郵寄到相應(yīng)單位進(jìn)行測(cè)定。而已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)了NIRS分析儀器卻沒(méi)有能力建立定標(biāo)方程的飼料廠(chǎng)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(chǎng)也可以利用自己的NIRS分析儀對(duì)飼料原料進(jìn)行掃描，然后將獲得的NIRS光譜值，通過(guò)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(guò)這些方法，飼料廠(chǎng)可以在幾乎不增加成本的基礎(chǔ)上，利用NIRS技術(shù)，在線(xiàn)檢測(cè)飼料原料的氨基酸含量。通過(guò)在線(xiàn)檢測(cè)飼料原料氨基酸含量，飼料廠(chǎng)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(cè)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(chǎng)可以利用NIRS技術(shù)對(duì)主要的飼料原料氨基酸含量進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，調(diào)整配方和采購(gòu)策略，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

王俊強(qiáng) · 發(fā)表于 2007-11-27 09:13:35

:hehe: 頂一下，希望聽(tīng)聽(tīng)各位，對(duì)近紅外目前在企業(yè)實(shí)現(xiàn)測(cè)定的問(wèn)題，和需實(shí)現(xiàn)突破的方面。

wutao85925 · 發(fā)表于 2007-11-28 18:14:32

近紅外儀器分析很快，也比較準(zhǔn)確，不過(guò)很貴的吧，我實(shí)習(xí)的時(shí)候用的一臺(tái)德國(guó)近紅外漫反射光譜分析儀器就38萬(wàn)，光那個(gè)裝樣品的杯子就5萬(wàn)，一般公司企業(yè)可能買(mǎi)不起，就算買(mǎi)得起也不會(huì)花這么多錢(qián)投入。。。不知道國(guó)產(chǎn)的要多少錢(qián)

liujiangming · 發(fā)表于 2007-11-30 09:37:44

近紅外用于飼料檢測(cè)方面,主要是儀器投入較大,除了近紅外分析儀外,尚需理化分析儀來(lái)配套用于建模,對(duì)于經(jīng)常檢測(cè)的樣品和比較規(guī)范的樣品測(cè)量精度高而快,且建模也好,對(duì)于不常用的原料且變異太大的樣,建模周期長(zhǎng),準(zhǔn)確性差,需要從源頭來(lái)上來(lái)考濾進(jìn)行規(guī)范.