近红外光谱技术在饲料品质检测中的应用

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 户如霞 周凌云＊ 卜登攀 孙 鹏

甘肃农业大学动物科学技术学院 李发弟

近红外光谱分析技术（NIRS）是近些年来迅速发展起来的一种高效、快速的分析检测技术,其综合了光谱测量技术、化学计量学技术、计算机技术与基础测试技术于一体，主要应用于复杂样品成分的快速分析（杨玫等，2006）。利用不同样品中C-H、O-H、N-H等不同含氢基团在近红外吸收基频的倍频及合频的差异而形成吸收光谱。不同的基团，光谱吸收峰值不同，每种饲料样品中含有的这些基团数量多少也不相同，因此，可以根据光谱中吸收峰的位置分布和形状来推断待测未知物的化学成分和含量 （石德芝，2009）。在饲料原料和配合饲料检测中，NIRS不仅可以检测饲料常规成分，包括水分、粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分等，还可以检测微量成分钙、磷和氨基酸等，另外，还可以分析其他表观指标，如粒度、混匀度等（沈恒胜等，2003；白琪林等，2004；苏彩珠等，2004；胡新中等，2002；卢利军等，2001；丁丽敏等，2000）。

1 近红外光谱技术在饲料原料检测中的应用

Bruno-Soares等（1998）成功建立了燕麦、大麦、黑小麦、小麦及高粱等多种饲料原料的粗蛋白质、粗灰分、粗纤维、可消化有机物等参数的近红外光谱分析定标模型。郭蕊等（2011）应用FOSS近红外谷物分析仪快速测定芝麻的含水量，结果表明，芝麻水分含量的近红外预测值与国标法测定的值呈高度相关。Losada等（2010）比较了分别利用体外分析方法和NIRS方法建立的油料种子和油料种子产品的表观代谢能模型，得出乙醚浸提物的表观代谢能和表观代谢能/总能的R2值分别为0.945和0.902。Vokers等（2003）在4年时间内总共收集了6296个玉米样品并建立了玉米品质检测的模型，使用其中398个样品对建立的净能和粗蛋白质模型进行校正和评价，得到很好的结果。此外，应用近红外光谱分析模型快速检测用于生产动物日粮的大麦和谷物的营养价值准确率也很高（Deaville 等，2009）。

目前，应用NIRS已分析测定的植物组织包括叶、茎、全株和种子等成分指标已有几十种，包括水分、蛋白质、纤维、淀粉、糖分、脂肪、油分、灰分等，其中牧草粗蛋白质、酸性洗涤纤维等的NIRS测定技术已被国际标准化委员会认可。Duncan等（1987）将NIRS技术应用于评定牧草种类和收获期对其生物学组分的影响，得出牧草种类和收获期不同对NIRS模型分析的准确性和精密度无影响。类似地，Park等（1998）利用NIRS分析未干燥青贮饲料样品的化学成分及降解率系数得出，NIRS可以很大范围内快速准确地对未干青贮样化学成分及降解率参数进行预测。

在新的饲料评定体系中，NIRS也得到了应用。杨方等（2010）利用近红外光谱技术快速测定了玉米籽粒粉末CNCPS（康奈尔净碳水化合物-净蛋白体系）组分，得出近红外光谱法能够很好地分析玉米籽粒粉末的干物质、粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分、淀粉、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维组分的含量，可溶性蛋白质含量也可以预测，只是误差微高，但是预测酸性洗涤蛋白质和中性洗涤蛋白质成分的决定系数较低，因此，有关这方面的研究还有待深入验证。

由以上诸多研究结果可以看出，应用NIRS技术快速检测法测定的饲料原料的常规成分值及钙、磷微量元素含量值与化学分析方法检测的结果十分接近，或者是相关性较高。这也证明了NIRS技术在饲料原料评定中是一项快速、高效、准确、无污染的一项检测技术。

2 近红外光谱技术在配合饲料及全混合日粮检测中的应用

国内外有关NIRS技术应用于配合饲料品质检测中的研究较多。Aufrer等（1996）分别应用传统化学分析方法和近红外光谱技术分析方法检测了87种猪配合饲料和80种反刍动物配合饲料的消化特性，得出NIRS测定的结果优于借助酶法建立的经验模型的测定结果。Brown和Moore（1987）等应用近红外技术和湿法化学方法对15种饲料样品的化学成分和体内降解率进行了分析，结果表明，应用NIRS法建立的粗蛋白质和纤维的模型可以很好的预测未知样品中粗蛋白质和纤维含量。

NIRS技术不仅可以直接评定动物饲料的营养成分，还可以间接地通过分析检测动物粪便中的成分来确定其日粮的营养需要和估计日粮中有机物质的消化性能。Lyons等（1993）利用NIRS技术分析了母牛粪便的营养成分以确定其饲喂过程中是否需要添加补充日粮。Glasser等（2008）应用NIRS技术建立山羊粪便成分的定标模型，从而使山羊日粮中三种植物性饲料比例更适宜。Fanchone等（2009）研究认为，建立粪便的NIRS技术分析定标模型能更真实的估测绵羊对有机物质的可消化性。

NIRS技术对家畜采食的饲料在体内的消化能也可以通过定标模型进行评定（Valdes和Leeson，1992）。 此外，有研究表明，NIRS对于动物需要的微量元素也可以进行估测。Gonzdlez-Martin等（2006）应用近红外光谱分析技术测定不同形状饲料中的维生素E含量，测定结果的决定系数和校正标准误差与碱水解和正己烷提取等化学分析方法测定结果十分接近。

有关NIRS技术在奶牛全混合日粮（TMR）品质评定中应用研究也已有报导。Mentink等（2006）应用NIRS很好的分析了奶牛TMR日粮中粗蛋白质、中性洗涤纤维、淀粉、非纤维性碳水化合物及脂肪等成分（R2＞0.80），但对TMR日粮中的生物学成分、蛋白质组分和NDF的体外降解率的预测准确度较低。Anja Peters等（2010）利用NIRS技术研究了奶牛TMR日粮中添加外源性纤维酶对瘤胃发酵和营养物质消化的影响，并测定了微生物蛋白在十二指肠中的合成量。

Ki等（2010）应用NIRS和化学方法对253种TMR日粮的品质进行了分析评定，其中水分、粗蛋白质、乙醚浸出物、粗纤维、粗灰分、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维的相关度很高，分别为0.701、0.965、0.796、0.889、0.894、0.933 和 0.889。Soldado等（2009）通过化学方法和NIRS技术分析和建立了183种TMR日粮营养成分分析模型，使NIRS检测方法更规范化，降低了其预测误差。以上研究表明，NIRS可以部分的应用到奶牛TNR日粮品质的评定当中，但还有很多成分的预测评价不够精确或者对于这些指标的评定还需要大量的研究进行验证。

3 近红外光谱分析技术在饲料检测中的应用前景

NIRS技术作为一种高效、快速的现代分析技术，除了在畜牧领域外，在石油化工、农业和食品等领域也有广泛的应用。但NIRS技术是近些年来才兴起的一种快速检测技术，由于其涉及知识面较广，检测技术还不是十分完善，且影响因素又很多，因此，在一些化学成分的预测及检测过程中存在着相关性低，甚至偏差比较大的情况。而且成功建立NIRS预测模型除需要丰富的化学计量学和数理统计知识除外，建立标准方程的过程也十分费时费力，因此，需要研究开发更快捷的应用程序以及分析仪器，来更好的服务于畜牧业和其他领域。

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