能量飼料國際計算

動物的能量需要和飼料的能量價值除用消化能、代謝能和凈能的絕對值來表示外，曾廣泛應用能量價值的相對單位如淀粉價、TDN、大麥飼料單位和燕麥飼料單位等來表示。

　　（一） 總消化養分（Total digestible nutrients，縮寫為TDN ）
　　TDN于1910年在美國創建，以后在世界各國廣泛應用，對全世界動物營養的研究影響頗大。目前，TDN有時仍被引用。
　　TDN是可消化粗蛋白、可消化粗纖維、可消化無氮浸出物與2.25倍可消化粗脂肪的總和，其計算公式為：
　　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 = 可消化粗纖維（% 或kg）
　　X4 = 可消化無氮浸出物（% 或kg）
　　TDN體系將四項可消化養分合計為一個數值，測算和應用比較方便，這是TDN體系的優點。TDN實際上是以能量為基礎計算的可消化碳水化合物當量，盡管以重量單位（kg）或相對單位（%）表示，但仍然具有能量的意義，屬于表示能量價值的相對單位。公式中可消化粗脂肪的系數2.25，表示每克可消化粗脂肪的總能（37.656kJ）約為可消化碳水化合物（16.736kJ）的2.25倍。可消化粗蛋白的系數為1是因為： 1克蛋白質的總能為23.6396kJ，每攝入1克蛋白質將從尿中排出5.23kJ的尿素能，蛋白質的消化率按92%計，則每克可消化粗蛋白的總能為（23.6396 – 5.23）×92% =16.9452kJ，與可消化碳水化合物相當。TDN考慮了部分能量損失，如糞能和尿能損失，但未考慮氣體能損失，因而具有消化能和部分代謝能的含義。TDN可換算為DE或ME：
　　1kgTDN =18.4 MJ DE =15.1 MJ ME
　　由于TDN未考慮氣體能損失，因此過高估計動物尤其對反芻動物利用粗飼料的能量價值。

　　（二） 淀粉價體系
　　由德國的凱爾納（Kellner）于1924年創建，曾廣泛用于飼料營養價值的評定和動物營養需要的確定，與TDN體系一樣對全世界動物營養的研究頗有影響。
　　淀粉價是通過氮碳平衡實驗，測得所采食飼料在動物體內沉積的N、C數量，再推算出體內沉積的脂肪量（沉積蛋白質可根據其含能量多少換算為沉積的脂肪量，再納入脂肪沉積積多少總量）。已知1Kg淀粉在閹公牛體內沉積248g脂肪（相當于9.858MJ(2356kcal)凈能）。將其他飼料沉積脂肪的數量或沉積的凈能與淀粉比較，即可得出其他飼料與淀粉的等價量，簡稱淀粉價。如1kg飼料沉積的脂肪量與1kg淀粉相同，則該飼料的飼喂價值為1個淀粉價；如沉積的脂肪量僅為1kg淀粉的一半，則該飼料的飼喂價值為0.5個淀粉價。
　　淀粉價不以能量單位表示，但其計算以能量為基礎，因而具有能量含義，屬于能量價值的相對表示單位。淀粉價的建立基于氮碳平衡實驗，故淀粉價體系屬于凈能體系，具有科學性，比較直觀，使用方便。因此，淀粉價體系對世界各國影響較大，一些國家（如英國、德國等）直接采用淀粉價體系，一些國家則采用變相的淀粉價體系，如北歐的大麥飼料單位（1kg大麥含6.904MJ1650kcal(6903.6kJ)凈能，可沉積173.6g脂肪）和蘇聯的燕麥飼料單位（1kg燕麥含5.916MJ(1414kcal)凈能，可沉積脂肪150g）。
　　實際應用中，由于評定淀粉價的難度和工作量大，常用飼料的可消化養分推算淀粉價，然后對推算值和實測值之間的差異進行校正。飼料種類不同，推算誤差越大，校正方法越繁雜，應用越不方便。
　　實驗評定飼料淀粉價以閹公牛為對象,若不區分畜別應用于其他家畜，結果不準確。

 飼料能量在動物體內經過一系列轉化后, 最終用于維持動物生命和生產。動物利用飼料能量轉化為產品凈能, 投入能量與產出能量的比率關系稱為飼料能量效率。下面介紹兩個常用的能量效率的計算方法。

　　（一） 能量總效率(Gross Efficiency)
　　指產品中所含的能量與攝入飼料的有效能(指消化能或代謝能)之比。計算公式如下:

　　　　　　　　　 產品能量
總效率 = ───────——────────×100%
　　　　 攝入的有效能量(包括用于維持的能量)

　　（二） 能量凈效率(Net Efficiency)
　　指產品能量與攝入飼料中扣除用于維持需要后的有效能（指消化能或代謝能）的比值。計算公式為:

　　　　　　　　　　產品能量
凈效率 = ─────────—───── ×100%
　　　　 攝入的有效能-維持需要的有效能

  凈能：

（一） 計算公式

    凈能（Net Energy，縮寫為NE）是飼料中用于動物維持生命和生產產品的能量 , 即飼料的代謝能扣去飼料在體內的熱增耗 (Heat Increment ，縮寫為 HI) 后剩余的那部分能量。

    NE = ME – HI = GE – DE – UE – Eg - HI

    HI 過去又稱為特殊動力作用或食后增熱，是指絕食動物在采食飼料后短時間內 , 體內產熱高于絕食代謝產熱的那部分熱能。熱增耗以熱的形式散失。

    HI 的來源有 : ①消化過程產熱 , 例如 : 咀嚼飼料，營養物質的主動吸收和將飼料殘余部分排出體外時的產熱。②營養物質代謝做功產熱。體組織中氧化反應釋放的能量不能全部轉移到 ATP 上被動物利用 , 一部分以熱的形式散失掉。例如 : 葡萄糖 (l mol) 在體內充分氧化時 31% 的能量以熱的形式散失掉。③與營養物質代謝相關的器官肌肉活動所產生的熱量。④腎臟排泄做功產熱。⑤飼料在胃腸道發酵產熱 (Heat of Fermentation ，縮寫為 HF) 。

    事實上 , 在冷應激環境中 , 熱增耗是有益的，可用于維持體溫。但在炎熱條件下，熱增耗將成為動物的額外負擔，必須將其散失，以防止體溫升高；而散失熱增耗，又需消耗能量。

    （二） 維持凈能（ Net Energy for maintenance ，縮寫為 NEm ）和生產凈能（ Net Energy for production ，縮寫為 NEp ）

    按照凈能在體內的作用 , NE 可以分為 NEm 和 NEp 。 NEm 指飼料能量用于維持生命活動、適度隨意運動和維持體溫恒定部分。這部分能量最終以熱的形式散失掉。 NEp 指飼料能量用于沉積到產品中的部分 , 也包括用于勞役做功的能量。因動物種類和飼養目的不同，生產凈能的表現形式也不同，包括：增重凈能、產奶凈能、產毛凈能、產蛋凈能和使役凈能等。 

    （三）影響凈能的因素

    影響凈能值的因素包括影響代謝能、熱增耗的因素以及環境溫度。其中，影響 HI 的因素主要有三個 :

    1 動物種類。反芻動物采食后熱增耗比非反芻動物的更大和更持久（表 1 ）。原因是反芻動物在咀嚼、反芻和消化發酵過程中消耗較多的能量。同時 , 瘤胃中產生的揮發性脂肪酸（ Volatile Fatty Acid ，縮寫為 VFA ）在體內產生的 HI 比葡萄糖多。如反芻動物利用禾本科籽實和飼草時， HI 分別占 ME 的 50% 和 60% 。

表1  不同動物和養分的 HI （ 占 ME 的 % ）

養 分    豬    綿羊     牛
 粗脂肪    9     29      35
碳水化合物  17  32      37
粗蛋白質  26    54      52
混合飼料  10 — 40  35 — 70  35--70
引自 Bondi ， A. A. （ 1987 ）， p.308.

    2 飼料組成。（ 1 ）不同營養素熱增耗不同，蛋白質熱增耗最大 , 脂肪的熱增耗最低，碳水化合物居中。飼料中蛋白質含量過高或者氨基酸不平衡 , 會導致大量氨基酸在動物體內脫氨分解，將氨轉化成尿素及尿素的排泄都需要能量 , 并以熱的形式散失；同時 , 氨基酸碳架氧化時也釋放大量的熱量。（ 2 ）飼料中纖維素水平及飼料形狀會影響消化過程產熱及 VFA 中乙酸的比例 , 因此也影響 HI 的產生。（ 3 ）飼料缺乏某些礦物質 ( 如磷、鈉 ) 或維生素 ( 如核黃素 ) 時，熱增耗也會增加。

    3 飼養水平。當動物飼養水平提高時 , 動物用于消化吸收的能量增加。同時 , 體內營養物質的代謝也增強，因而熱增耗會增加。

    總之，飼料能量在動物體內的轉化和分配比例因動物和飼料類型、飼養水平等而異。表2 列舉了常見飼料的能值。圖1 反映產蛋雞飼料能量分配的比例關系，產蛋雞攝入 1 kg 含 16.736 kJ 總能的飼料后，有 13.389 kJ 能量可被消化， 13.144kJ 能量可被用于代謝，約 9.623 kJ 能量可用于維持、產蛋和組織生長。

表 7-3 常見飼料的能值 (MJ/kg 干物質 )

動物  飼料  GE    FE     UE    Eg     DE     ME
 家禽  玉米  18.4  2.2                        16.2
      小麥  18.1  2.8                        15.3
      大麥  18.2  4.9                        13.3
豬    玉米  18.9  1.6   0.4           17.3   16.9
      大麥  17.5  2.8   0.5           14.7   14.2

反芻動物
      玉米  18.9  2.8   0.8   1.3     161    14
      大麥  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
  玉米青貯  18.9  6.0   0.8   1.3     12.9   10.8

 引自 Bondi ， A. A. （ 1987 ）， p.306.

代謝能：

圖 7-2 產蛋雞飼料能量的剖分圖 （引自 NRC(1994) ， p.4. ）

（一） 代謝能的計算公式
　　代謝能(Metabolizable Energy，縮寫為ME) 指飼料消化能減去尿能（Energy in Urine，縮寫UE）及消化道可燃氣體的能量（Energy in Gaseous Products of Digestion，縮寫Eg）后剩余的能量。
　　ME = DE -（ UE + Eg ）= GE – FE – UE - Eg
　　尿能是尿中有機物所含的總能，主要來自于蛋白質的代謝產物，如尿素、尿酸、肌酐等。尿氮在哺乳動物中主要來源于尿素，禽類主要來于尿酸。每克尿氮的能值為：反芻動物 31KJ, 豬 28KJ, 禽類 34KJ。
　　消化道氣體能來自動物消化道微生物發酵產生的氣體，主要是甲烷。這些氣體經肛門、口腔和鼻孔排出。非反芻動物的大腸中雖然也有發酵，但產生的氣體較少，通常可以忽略不計。反芻動物消化道（主要是瘤胃）微生物發酵產生的氣體量大, 含能量可達飼料GE的3-10% 。故代謝能應按單胃動物和反芻動物分別計算。微生物發酵產氣的同時，也產生部分熱能，在冷環境條件下，具有參與維持體溫的作用。

　　（二）表觀代謝能（AME）和真代謝能（TME）
　　尿中能量除來自飼料養分吸收后在體內代謝分解的產物外，還有部分來自于體內蛋白質動員分解的產物，后者稱為內源氮，所含能量稱為內源尿能（Urinary Energy From endogenous origin products，縮寫為UeE）。飼料代謝能可分為AME和TME。計算公式如下：
　　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反映飼料的營養價值比AME 準確，但其測定更麻煩，故實踐中常用AME 。

　　（三）氮校正代謝能 （N-corrected Metabolizable Energy ，縮寫為 MEn）
　　MEn是根據體內氮沉積進行校正后的代謝能，主要用于家禽。家禽的糞尿在泄殖腔混合后排出，測定代謝能比消化能容易。測定飼料的代謝能時，一般都利用處于生長期的中雛，因而在實驗期內必然有增重，即伴隨有氮沉積。測定代謝能時，飼料種類不同，氮沉積量不同。為便于比較不同飼料的代謝能值，應消除氮沉積量對ME值的影響，即根據氮沉積量對代謝能進行校正，使其成為氮沉積為零時的ME。校正公式為：
　　AMEn = AME - RN ×34.39
　　TMEn = TME - RN ×34.39
　　式中：RN （Total Nitrogen Retained ）為家禽每日沉積的氮量（g），可為正值、負值和零，計算時將符號代入。34.39為每克尿氮所對應的能量。

　　（四） 影響代謝能的因素
　　影響消化能、尿能和氣體能的因素均影響代謝能。
　　尿能的損失量比較穩定。豬的尿能損失約占總能的2-3%，反芻動物為4-5%。影響尿能損失的因素主要是飼料結構, 特別是飼料中蛋白質水平、氨基酸平衡狀況及飼料中有害成份的含量。飼料蛋白質水平增高，氨基酸不平衡，氨基酸過量或能量不足導致氨基酸脫氨供能等，均可提高尿氮排泄量，增加尿能損失，降低代謝能值；若飼料含有芳香油，動物吸收后經代謝脫毒產生馬尿酸，并從尿中排出，增加尿能損失。對于豬，代謝能、消化能和粗蛋白質的關系為：
　　ME = DE × [（96 - 0.202 ×CP）/ 100]
　　即粗蛋白質每增加1個百分點，消化能轉化為代謝能的利用率下降0.202個百分點。影響氣體能的因素有動物種類和飼料性質及飼養水平。氣體能損失在單胃動物較少，可忽略不計。對于反芻動物，氣體能的損失量與飼料性質及飼養水平有關。低質飼料所產甲烷量較大, 并且氣體能占GE比例隨采食量增加而下降，處在維持飼養水平時，氣體能約占GE的8%; 而在維持水平以上時, 約占6-7%。

消化能：

消化能（Digestible Energy，縮寫為DE）是飼料可消化養分所含的能量，即動物攝入飼料的總能與糞能之差。即：DE = GE - FE
　　按上式計算的消化能稱為表觀消化能（Apparent Digestible Energy，縮寫為ADE）。式中：FE（Energy in Feces，縮寫為FE）為糞中養分所含的總能，稱為糞能。正常情況下，動物糞便主要包括以下能夠產生能量的物質：
　　（1） 未被消化吸收的飼料養分
　　（2） 消化道微生物及其代謝產物
　　（3） 消化道分泌物和經消化道排泄的代謝產物
　　（4） 消化道粘膜脫落細胞
　　后三者稱為糞代謝物，所含能量為代謝糞能（ Fecal Energy from metabolic origin products ，縮寫為FmE，m代表代謝來源）。FE中扣除FmE后計算的消化能稱為真消化能（ True Digestible Energy，縮寫為TDE），即：TDE = GE - ( FE - FmE )
　　用TDE反映飼料的能值比ADE準確，但測定較難，故現行動物營養需要和飼料營養價值表一般都用ADE。
　　影響飼料消化率的因素均影響消化能值。正常情況下，糞能是飼料能量中損失最大的部分，糞能占總能的比例因動物種類和飼料類型不同而異，吮乳幼齡動物不到10%；馬約40%；豬約20%；反芻動物采食精料時為20-30%，采食粗飼料時為40-50%，采食低質粗料時可達60%。

總能：

總能( Gross Energy，縮寫GE) 是指飼料中有機物質完全氧化燃燒生成二氧化碳、水和其他氧化物時釋放的全部能量，主要為碳水化合物、粗蛋白質和粗脂肪能量的總和。總能可用彈式測熱計 (Bomb Calorimeter) 測定。