能量饲料国际计算

007畜牧 2013-12-30 09:17

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简介

动物的能量需要和饲料的能量价值除用消化能、代谢能和净能的绝对值来表示外，曾广泛应用能量价值的相对单位如淀粉价、TDN、大麦饲料单位和燕麦饲料单位等来表示。　　（一）总消化养分（Total digestible nutrien ...

动物的能量需要和饲料的能量价值除用消化能、代谢能和净能的绝对值来表示外，曾广泛应用能量价值的相对单位如淀粉价、TDN、大麦饲料单位和燕麦饲料单位等来表示。

　　（一）总消化养分（Total digestible nutrients，缩写为TDN ）
　　TDN于1910年在美国创建，以后在世界各国广泛应用，对全世界动物营养的研究影响颇大。目前，TDN有时仍被引用。
　　TDN是可消化粗蛋白、可消化粗纤维、可消化无氮浸出物与2.25倍可消化粗脂肪的总和，其计算公式为：
　　TDN = X1 + X2 × 2.25 + X3 + X4
　　式中：
　　X1 = 可消化粗蛋白（% 或 kg）
　　X2 = 可消化粗脂肪（% 或kg）
　　X3 = 可消化粗纤维（% 或kg）
　　X4 = 可消化无氮浸出物（% 或kg）
　　TDN体系将四项可消化养分合计为一个数值，测算和应用比较方便，这是TDN体系的优点。TDN实际上是以能量为基础计算的可消化碳水化合物当量，尽管以重量单位（kg）或相对单位（%）表示，但仍然具有能量的意义，属于表示能量价值的相对单位。公式中可消化粗脂肪的系数2.25，表示每克可消化粗脂肪的总能（37.656kJ）约为可消化碳水化合物（16.736kJ）的2.25倍。可消化粗蛋白的系数为1是因为： 1克蛋白质的总能为23.6396kJ，每摄入1克蛋白质将从尿中排出5.23kJ的尿素能，蛋白质的消化率按92%计，则每克可消化粗蛋白的总能为（23.6396 – 5.23）×92% =16.9452kJ，与可消化碳水化合物相当。TDN考虑了部分能量损失，如粪能和尿能损失，但未考虑气体能损失，因而具有消化能和部分代谢能的含义。TDN可换算为DE或ME：
　　1kgTDN =18.4 MJ DE =15.1 MJ ME
　　由于TDN未考虑气体能损失，因此过高估计动物尤其对反刍动物利用粗饲料的能量价值。

　　（二）淀粉价体系
　　由德国的凯尔纳（Kellner）于1924年创建，曾广泛用于饲料营养价值的评定和动物营养需要的确定，与TDN体系一样对全世界动物营养的研究颇有影响。
　　淀粉价是通过氮碳平衡实验，测得所采食饲料在动物体内沉积的N、C数量，再推算出体内沉积的脂肪量（沉积蛋白质可根据其含能量多少换算为沉积的脂肪量，再纳入脂肪沉积积多少总量）。已知1Kg淀粉在阉公牛体内沉积248g脂肪（相当于9.858MJ(2356kcal)净能）。将其他饲料沉积脂肪的数量或沉积的净能与淀粉比较，即可得出其他饲料与淀粉的等价量，简称淀粉价。如1kg饲料沉积的脂肪量与1kg淀粉相同，则该饲料的饲喂价值为1个淀粉价；如沉积的脂肪量仅为1kg淀粉的一半，则该饲料的饲喂价值为0.5个淀粉价。
　　淀粉价不以能量单位表示，但其计算以能量为基础，因而具有能量含义，属于能量价值的相对表示单位。淀粉价的建立基于氮碳平衡实验，故淀粉价体系属于净能体系，具有科学性，比较直观，使用方便。因此，淀粉价体系对世界各国影响较大，一些国家（如英国、德国等）直接采用淀粉价体系，一些国家则采用变相的淀粉价体系，如北欧的大麦饲料单位（1kg大麦含6.904MJ1650kcal(6903.6kJ)净能，可沉积173.6g脂肪）和苏联的燕麦饲料单位（1kg燕麦含5.916MJ(1414kcal)净能，可沉积脂肪150g）。
　　实际应用中，由于评定淀粉价的难度和工作量大，常用饲料的可消化养分推算淀粉价，然后对推算值和实测值之间的差异进行校正。饲料种类不同，推算误差越大，校正方法越繁杂，应用越不方便。
　　实验评定饲料淀粉价以阉公牛为对象,若不区分畜别应用于其他家畜，结果不准确。

饲料能量在动物体内经过一系列转化后, 最终用于维持动物生命和生产。动物利用饲料能量转化为产品净能, 投入能量与产出能量的比率关系称为饲料能量效率。下面介绍两个常用的能量效率的计算方法。

　　（一）能量总效率(Gross Efficiency)
　　指产品中所含的能量与摄入饲料的有效能(指消化能或代谢能)之比。计算公式如下:

　　　　　　　　　产品能量
总效率 = ───────——────────×100%
　　　　摄入的有效能量(包括用于维持的能量)

　　（二）能量净效率(Net Efficiency)
　　指产品能量与摄入饲料中扣除用于维持需要后的有效能（指消化能或代谢能）的比值。计算公式为:

　　　　　　　　　　产品能量
净效率 = ─────────—───── ×100%
　　　　摄入的有效能-维持需要的有效能

净能：

（一）计算公式

净能（Net Energy，缩写为NE）是饲料中用于动物维持生命和生产产品的能量 , 即饲料的代谢能扣去饲料在体内的热增耗 (Heat Increment ，缩写为 HI) 后剩余的那部分能量。

NE = ME – HI = GE – DE – UE – Eg - HI

HI 过去又称为特殊动力作用或食后增热，是指绝食动物在采食饲料后短时间内 , 体内产热高于绝食代谢产热的那部分热能。热增耗以热的形式散失。

HI 的来源有 : ①消化过程产热 , 例如 : 咀嚼饲料，营养物质的主动吸收和将饲料残余部分排出体外时的产热。②营养物质代谢做功产热。体组织中氧化反应释放的能量不能全部转移到 ATP 上被动物利用 , 一部分以热的形式散失掉。例如 : 葡萄糖 (l mol) 在体内充分氧化时 31% 的能量以热的形式散失掉。③与营养物质代谢相关的器官肌肉活动所产生的热量。④肾脏排泄做功产热。⑤饲料在胃肠道发酵产热 (Heat of Fermentation ，缩写为 HF) 。

事实上 , 在冷应激环境中 , 热增耗是有益的，可用于维持体温。但在炎热条件下，热增耗将成为动物的额外负担，必须将其散失，以防止体温升高；而散失热增耗，又需消耗能量。

（二）维持净能（ Net Energy for maintenance ，缩写为 NEm ）和生产净能（ Net Energy for production ，缩写为 NEp ）

按照净能在体内的作用 , NE 可以分为 NEm 和 NEp 。 NEm 指饲料能量用于维持生命活动、适度随意运动和维持体温恒定部分。这部分能量最终以热的形式散失掉。 NEp 指饲料能量用于沉积到产品中的部分 , 也包括用于劳役做功的能量。因动物种类和饲养目的不同，生产净能的表现形式也不同，包括：增重净能、产奶净能、产毛净能、产蛋净能和使役净能等。

（三）影响净能的因素

影响净能值的因素包括影响代谢能、热增耗的因素以及环境温度。其中，影响 HI 的因素主要有三个 :

1 动物种类。反刍动物采食后热增耗比非反刍动物的更大和更持久（表 1 ）。原因是反刍动物在咀嚼、反刍和消化发酵过程中消耗较多的能量。同时 , 瘤胃中产生的挥发性脂肪酸（ Volatile Fatty Acid ，缩写为 VFA ）在体内产生的 HI 比葡萄糖多。如反刍动物利用禾本科籽实和饲草时， HI 分别占 ME 的 50% 和 60% 。

表1 不同动物和养分的 HI （占 ME 的 % ）

养分    猪    绵羊     牛
粗脂肪    9     29      35
碳水化合物 17 32      37
粗蛋白质 26    54      52
混合饲料 10 — 40 35 — 70 35--70
引自 Bondi ， A. A. （ 1987 ）， p.308.

2 饲料组成。（ 1 ）不同营养素热增耗不同，蛋白质热增耗最大 , 脂肪的热增耗最低，碳水化合物居中。饲料中蛋白质含量过高或者氨基酸不平衡 , 会导致大量氨基酸在动物体内脱氨分解，将氨转化成尿素及尿素的排泄都需要能量 , 并以热的形式散失；同时 , 氨基酸碳架氧化时也释放大量的热量。（ 2 ）饲料中纤维素水平及饲料形状会影响消化过程产热及 VFA 中乙酸的比例 , 因此也影响 HI 的产生。（ 3 ）饲料缺乏某些矿物质 ( 如磷、钠 ) 或维生素 ( 如核黄素 ) 时，热增耗也会增加。

3 饲养水平。当动物饲养水平提高时 , 动物用于消化吸收的能量增加。同时 , 体内营养物质的代谢也增强，因而热增耗会增加。

总之，饲料能量在动物体内的转化和分配比例因动物和饲料类型、饲养水平等而异。表2 列举了常见饲料的能值。图1 反映产蛋鸡饲料能量分配的比例关系，产蛋鸡摄入 1 kg 含 16.736 kJ 总能的饲料后，有 13.389 kJ 能量可被消化， 13.144kJ 能量可被用于代谢，约 9.623 kJ 能量可用于维持、产蛋和组织生长。

表 7-3 常见饲料的能值 (MJ/kg 干物质 )

动物饲料 GE    FE     UE    Eg     DE     ME
家禽玉米 18.4 2.2                        16.2
      小麦 18.1 2.8                        15.3
      大麦 18.2 4.9                        13.3
猪    玉米 18.9 1.6   0.4           17.3   16.9
      大麦 17.5 2.8   0.5           14.7   14.2

反刍动物
      玉米 18.9 2.8   0.8   1.3     161    14
      大麦 18.3 4.1   0.8   1.1     14.2   12.3
禾本科草 17.9 7.6   0.5   1.4     10.3   8.4
玉米青贮 18.9 6.0   0.8   1.3     12.9   10.8

引自 Bondi ， A. A. （ 1987 ）， p.306.

代谢能：

图 7-2 产蛋鸡饲料能量的剖分图（引自 NRC(1994) ， p.4. ）

（一）代谢能的计算公式
　　代谢能(Metabolizable Energy，缩写为ME) 指饲料消化能减去尿能（Energy in Urine，缩写UE）及消化道可燃气体的能量（Energy in Gaseous Products of Digestion，缩写Eg）后剩余的能量。
　　ME = DE -（ UE + Eg ）= GE – FE – UE - Eg
　　尿能是尿中有机物所含的总能，主要来自于蛋白质的代谢产物，如尿素、尿酸、肌酐等。尿氮在哺乳动物中主要来源于尿素，禽类主要来于尿酸。每克尿氮的能值为：反刍动物 31KJ, 猪 28KJ, 禽类 34KJ。
　　消化道气体能来自动物消化道微生物发酵产生的气体，主要是甲烷。这些气体经肛门、口腔和鼻孔排出。非反刍动物的大肠中虽然也有发酵，但产生的气体较少，通常可以忽略不计。反刍动物消化道（主要是瘤胃）微生物发酵产生的气体量大, 含能量可达饲料GE的3-10% 。故代谢能应按单胃动物和反刍动物分别计算。微生物发酵产气的同时，也产生部分热能，在冷环境条件下，具有参与维持体温的作用。

　　（二）表观代谢能（AME）和真代谢能（TME）
　　尿中能量除来自饲料养分吸收后在体内代谢分解的产物外，还有部分来自于体内蛋白质动员分解的产物，后者称为内源氮，所含能量称为内源尿能（Urinary Energy From endogenous origin products，缩写为UeE）。饲料代谢能可分为AME和TME。计算公式如下：
　　AME = ADE - (UE + Eg)
　　　　= (GE -FE ) - (UE + Eg)　
　　　　= GE - (FE + UE + Eg)
　　TME = TDE - [ ( UE - UeE) + Eg ]
　　　　= [ GE - (FE - FmE) ] - UE - Eg + UeE
　　　　= GE - (FE + UE + Eg) + ( FmE + UeE )
　　　　= AME + ( FmE + UeE )
　　TME反映饲料的营养价值比AME 准确，但其测定更麻烦，故实践中常用AME 。

　　（三）氮校正代谢能（N-corrected Metabolizable Energy ，缩写为 MEn）
　　MEn是根据体内氮沉积进行校正后的代谢能，主要用于家禽。家禽的粪尿在泄殖腔混合后排出，测定代谢能比消化能容易。测定饲料的代谢能时，一般都利用处于生长期的中雏，因而在实验期内必然有增重，即伴随有氮沉积。测定代谢能时，饲料种类不同，氮沉积量不同。为便于比较不同饲料的代谢能值，应消除氮沉积量对ME值的影响，即根据氮沉积量对代谢能进行校正，使其成为氮沉积为零时的ME。校正公式为：
　　AMEn = AME - RN ×34.39
　　TMEn = TME - RN ×34.39
　　式中：RN （Total Nitrogen Retained ）为家禽每日沉积的氮量（g），可为正值、负值和零，计算时将符号代入。34.39为每克尿氮所对应的能量。

　　（四）影响代谢能的因素
　　影响消化能、尿能和气体能的因素均影响代谢能。
　　尿能的损失量比较稳定。猪的尿能损失约占总能的2-3%，反刍动物为4-5%。影响尿能损失的因素主要是饲料结构, 特别是饲料中蛋白质水平、氨基酸平衡状况及饲料中有害成份的含量。饲料蛋白质水平增高，氨基酸不平衡，氨基酸过量或能量不足导致氨基酸脱氨供能等，均可提高尿氮排泄量，增加尿能损失，降低代谢能值；若饲料含有芳香油，动物吸收后经代谢脱毒产生马尿酸，并从尿中排出，增加尿能损失。对于猪，代谢能、消化能和粗蛋白质的关系为：
　　ME = DE × [（96 - 0.202 ×CP）/ 100]
　　即粗蛋白质每增加1个百分点，消化能转化为代谢能的利用率下降0.202个百分点。影响气体能的因素有动物种类和饲料性质及饲养水平。气体能损失在单胃动物较少，可忽略不计。对于反刍动物，气体能的损失量与饲料性质及饲养水平有关。低质饲料所产甲烷量较大, 并且气体能占GE比例随采食量增加而下降，处在维持饲养水平时，气体能约占GE的8%; 而在维持水平以上时, 约占6-7%。

消化能：

消化能（Digestible Energy，缩写为DE）是饲料可消化养分所含的能量，即动物摄入饲料的总能与粪能之差。即：DE = GE - FE
　　按上式计算的消化能称为表观消化能（Apparent Digestible Energy，缩写为ADE）。式中：FE（Energy in Feces，缩写为FE）为粪中养分所含的总能，称为粪能。正常情况下，动物粪便主要包括以下能够产生能量的物质：
　　（1）未被消化吸收的饲料养分
　　（2）消化道微生物及其代谢产物
　　（3）消化道分泌物和经消化道排泄的代谢产物
　　（4）消化道粘膜脱落细胞
　　后三者称为粪代谢物，所含能量为代谢粪能（ Fecal Energy from metabolic origin products ，缩写为FmE，m代表代谢来源）。FE中扣除FmE后计算的消化能称为真消化能（ True Digestible Energy，缩写为TDE），即：TDE = GE - ( FE - FmE )
　　用TDE反映饲料的能值比ADE准确，但测定较难，故现行动物营养需要和饲料营养价值表一般都用ADE。
　　影响饲料消化率的因素均影响消化能值。正常情况下，粪能是饲料能量中损失最大的部分，粪能占总能的比例因动物种类和饲料类型不同而异，吮乳幼龄动物不到10%；马约40%；猪约20%；反刍动物采食精料时为20-30%，采食粗饲料时为40-50%，采食低质粗料时可达60%。