新时代配方师 (基于动态原料数据库)

新时代的饲料配方师——基于饲料原料数据库文：畜牧人IRIS

当前养殖已经进入行业洗牌的时代，优胜劣汰是主题思想，企业要想生存，最重要的还是优化产品，将产品整体提升到一个新的阶段，这也就是我们常说的饲料企业要有：“合理的配方、良好的原料、科学的工艺、优质的服务”。所以新时代的配方师已经从“营养配方”转换为“生产配方”，真正可执行的就是“工艺方案”。首先要保持配方的有效性，让各种添加营养元素和饲料添加剂呈现正面组合效应，提高产品在保质期内的效价。其次要消除和避免配伍禁忌，保护易被损失的物料，掩蔽容易引起破坏作用的物料，从根本上防止饲料氧化的发生。通过工艺手段除去原材料中不利于产品质量的杂质、有害物质的影响。最大限度地改善饲料加工过程引起的“继发性”产品质量下降。最后还要合理选择添加剂的规格、化学形式、物理性状，选择适宜的设备，提高设备和过程控制的合理性。

了解原料的特性是为了精确地执行预混工艺例如粉末状的饲料原料，由于比表面积大，在空气中容易吸收水分，表面被湿润，这种性质称为吸湿性。吸湿平衡时的相对湿度称为“临界相对湿度”(CRH)，它是指大量吸湿时的相对湿度。一般的物料在相对湿度小于“临界相对湿度”时吸湿少，反之则容易吸湿，物料的CRH值越大越不容易吸湿，反之亦然。在我国南方广大地区生产环境的相对湿度都很大，由于粉碎、混合等过程使物料吸湿性增加，吸湿后的物料则亦发生各种化学反应。预混料尤其要注意氧化还原反应，在碱性条件下Fe2+和Mn2+等可以自发的氧化为高价态，继而氧化其他营养素;I-和SeO32-可以直接反应生成I2，可再与其他营养素反应，这些反应直接造成营养素的失效和破坏。其次，金属微量元素极快地催化脂肪的氧化，生成的脂质过氧化物可以氧化破坏营养素(脂肪、维生素、类胡萝卜素)和有生物活性的添加剂(药物、酶制剂、微生态制剂)。维生素K3中的亚硫酸盐可以使维生素B1分解，使维生素B2还原失效;维生素C可以使维生素B12还原失效。饲料及环境中的H2O、CO2、脂肪、类脂、天然的维生素E(生育酚)、血红素皆可以加速上述氧化还原反应。精准原料的特性是生产优质饲料产品的基线 参与饲料的原料，在粉碎时多半变为“粉末”，从物理药学角度来看“粉末”属于固—气分散系，分散相是固体，分散介质是气体，主要是空气。在设计固体物料混合工艺及其他工艺时，不仅要从化学方面保证产品的质量，还应该掌握粉末的基本性质和工艺过程中所表现出的性质，至少需要了解粉末质点的大小、形状、粒度分布、表面特性、流动性、压缩性、填充性、孔隙性、吸湿性、电性、质点间力、密度等，在产品的运输、贮藏过程中也应了解粉末的一些基本性质，这些性质对提高产品的质量和产品的均匀度都很重要。例如某些具有表面活性剂作用的原料(氯化胆碱、甜菜碱、磷脂)，粉碎后了增加了体系的乳化作用。 另外，对于我们经常说的水分控制，饲料中水分的分布是不均一的，一些“水分”分布在细胞内和化合物晶体内；一些“水分”分布在物料的表面;还有一些“水分”是潜在的，即化学反应“放出”的水。我们通常以“干燥失重”表示饲料产品的水分含量，这是被平均算出的含量，不能代表水分的活度(可迁移的水分)。即使是水分含量达标的物料，在混合时一样可以发生溶剂化作用，促使反应的发生。至少物料表层的水分(与空气相对湿度接近)是可以支持化学反应的发生，而由反应生成的水则加快了反应速度。而且水分和脂溶性物质的“溶剂化”作用也有正面作用，如抗氧化剂的作用增强了，调味剂的作用增加了，一些靠气相扩散的添加剂(防霉剂)扩散途径增加了。 此外，对于饲料产品的颜色，基本是由原料决定的，有的豆粕颜色深，做出来的产品颜色就深，配方师自然就会根据客户要求调小豆粕比例，那么单纯的调小比例，而不了解豆粕颜色是如何变深的，颜色变化后营养物质及其水平是否也改变了，这些问题如果不能深入搞清楚，也会对饲料产品产生一定的影响。说到原料的颜色，预混料原料的颜色尤为重要。这种很普遍的问题，多半是由于饲料添加剂的杂质、水分偏高，载体或原料中碳酸盐偏高、碱性物料使用或添加方式不当所引起的。

构建动态原料数据库近几年来，农业部饲料工业中心一直致力于“猪饲料原料有效养分动态数据库”的建立，且目前已初具模型。配方师使用猪饲料有效成分动态数据库可以在配料前通过化学成分分析或者近红外分析快速获得饲料原料有效养分，达到精准配料，提高饲料中养分的利用效率和饲料质量，降低饲料成本，节约资源。这一先进科技的产生不论对缓解国家粮食压力还是对提高中国饲料行业的竞争力，都将是一种福音。这种数据库也可加强动物营养需求及饲料有效成分的研究，精准的配制日粮，合理优化配方，提高饲料利用率，用有限的粮食为人类提供更多的畜产品，从而达到节约饲料用粮，保证粮食安全的目的。同时数据库大力开发“非粮”饲料，充分利用农业生产中的作物秸秆和农产品加工产生的饼粕、麸皮、酒糟副产品，以减轻养殖业对饲料粮需求压力。在当前养殖不景气的大背景下，饲料行业也在考虑降低成本，同时提高自己产品的竞争优势，这就需要在优化饲料配方、提高饲料质量、降低饲料成本方面下番功夫，而饲料原料有效营养成分的变异是影响饲料质量的重要因素，饲料企业使用的原料永远不可能与数据库中原料的营养成分相同。因此，建立动态的饲料原料数据库势在必行。2012版NRC列出132种原料，每个原料133个指标，列出了各个指标的样本数，平均值和标准差，但是这种数据是静态的，没有反映出原料营养成分（特别是有效成分）的变化，且数据来自不同实验室，变异较大。 动态数据库是根据饲料原料的物理，化学方法，快速准确获得有效成分的数据库，体现了原料的变异，从这种变异种寻找规律，在生产中利用规律。目前国家饲料中心李德发院士开发的“猪饲料原料有效成分动态数据库”完成了10多种饲料原料的营养价值评价工作，初步建立一个饲料有效成分的动态数据，并形成了一个动态数据库的配方软件。这个想法缘于在上世纪80年代开始，法国农科院的营养研究所的Noblet通过61种全价饲料的消化、代谢试验，建立了一系列通过全价饲料原料化学成分推测有效成分的回归方程。 李德发院士的动态数据库是为整个行业服务的，但是现实中，差异是无处不存在的。我们企业的配方所使用的原料基本是固定的，即使原料供求不足，或者价格不能接受的情况，也只是1-3种原料在改变替换中，而且采购在选择供货商时，无论从企业、个人、地域、原料等方面还是从物流运输来说都有一定的局限性，这种局限性有一定的弊端，但反面来说，也将我们的原料营养成分变异缩小到一定范围内，因此，笔者认为，饲料企业应建立以自己企业为中心，周边供货商为单项目的原料数据库。另外，单一原料供货商的原料营养成分也不是固定不变的，据笔者在饲料厂的经验来看，单就豆粕粗蛋白质一项（不计大豆来源，取样变异等），其检测数值变异就在1-3%之间，因此品管部和化验室的记录工作，配方师的本厂/某供货商/某品牌的动态原料库是很有必要建立的。据了解，世界知名数据公司正在想办法寻找处理饲料真实成分和配方师使用数值的差异，并进行软件模拟，以便为配方师提供更准确的数值。 笔者对10批不同时间到厂的豆粕分别进行5点、10点、11点采样进行简单的分析，发现采样和最终检测的数值有一定的相关性，如图1所示。

图1 蛋白质检测值与采样的相关分析 当然有人说，就固定一个供货商的某一品牌的原料成分有变异是在所难免的，但是动态数据库是有差异拟合功能的，使用的回归方程中是可以精确这种差异的，这样可以使饲料原料有效成分值越来越能够接近真实有效成分值。

从营养成分分析动态数据库建立的必要性就像饲料管理体系公司的管理者John Foley所说“我们有很多的企业仍旧使用平均值，这使得我们的配方与标签相差过多或过少，我们要考虑我们原料的来源，确保它是一个准确的值。从自然本性考虑，栽培方法和收割条件均会改变原料的营养成分，自然也会改变应用到动物方面的消化率，性能和环境适应问题。例如最常使用的玉米，它的营养成分就呈现全球各地域性的变化，有时候其粘性的变化也如同小麦一样，呈现多种成分值。因此，从简单的玉米-豆粕基础型的饲料转变为复杂性的配方时，整体饲料配方的成本变化就会呈现不同比例的改变。例如，添加不同的蛋白质和能量来源自然会让纤维（NDF，ADF，阿拉伯木聚糖和木质素）不可消化氨基酸以及植酸水平也相应地改变，同时会降低日粮8%的淀粉（如图2）。这种组合效应的营养挑战必须要改变，目的是为了维持动物的性能，降低每千克增重的成本。

图2 从简单的配方转化到复杂配方时，饲料成本的变化简单的配方可以提供传统结构的内源酶，它们消除了饲料原料的变异性，提高了动物的消化率，改善了动物的性能和生长均匀性。当日粮变得复杂时，酶的变化也变得复杂，这是因为抗营养成分变化，自然外源添加酶添加量也在变化，相应地内源酶结构面也在变化，对动物性能的最终效应也有所不同，其他酶如木聚糖酶，淀粉酶，蛋白酶包括它们之间的比例也在变化，因此，精准饲料原料的营养成分，让酶和饲料原料之间的相互作用发挥到最好局面，才能真正改善动物性能，节省饲料成本。因此新时代的配方师应该更加注重原料之间的组合效应，例如，以鱼体氨基酸为目标来选择饲料原料时，菜粕与棉粕的组合（在1:2或2:1之间）均有显著的氨基酸互补性，依据精准的数据库进行养殖效价互补研究，才能真正实现配方的最优设计。结合上面综述，包括市场考察，企业不可能使用很简单的玉米-豆粕型配方，他们都是或多或少地使用了非常规原料，构建数据库也是为了非常规原料的更好使用，我们当前使用的ME系统忽略了能量在大肠体系中的使用情况，而NE系统则更好地解决了这个问题（如表），但是NE系统强调植物蛋白的来源，这就要求所使用原料的纤维和蛋白成分更加准确。此外，有效磷，乳糖减少使用的计算，氨基酸添加等问题都需要基础营养成分的准确，根据NRC2012提出