玉米青贮饲料质量评定及其营养成分快速检测方法的建立

起到了明显促进作用。然而，全株青贮玉米的质量参差不齐，且用传统湿法评价体系较为缓 慢，制约了全株青贮玉米的有效利用。因此，如何对全株玉米青贮进行准确、快速地评价一直 是国内外相关领域专家研究的热点。文章综述了全株青贮玉米营养价值评价所涉及的指标、 常规评定方法，以及快速评价方法中近红外法和数学预测模型法的进展，旨在为全株玉米青贮

的科学评价和高效使用提供依据，促进反刍动物生产和养殖效益的提高。［关键词］ 全株玉米青贮；评定方法；营养成分快速检测；近红外光谱技术［中图分类号］S811.5 ［文献标识码］A ［文章编号］1005-5228(2019)10-0001-07doi：10. 3969/j. issn. 1673-1182. 2019. 10. 001玉米青贮是反刍动物重要的粗饲料来源，也是

支撑中国畜牧业发展的“标杆性”饲料，具有来源广、 成本低、制作简便等优点，对提高奶牛的生产性能和

1全株玉米青贮的主要品质评价指标1.1评价发酵品质的主要指标经济效益具有重要意义玉米在乳熟期至腊熟期发酵指标主要有PH、有机酸、氨态氮等，在测

，、全株玉米青贮(whole corn silage, WCS)［2］，具有营

定过程中都需要对样品进行前处理，极易影响评定

结果的准确性。pH能快速地反映青贮饲料品质。一般优良的

养价值高、保存效果好等优点3。传统的玉米青贮 饲料

作简 ，

， ，， 在生产实 中青贮饲料pH在4.2以下5 ,pH超过4. 2说明在青 贮发酵过程中腐败菌活动较为强烈。青贮通过微生

为适用，但需要经验丰富者方可较为准确地评定青 贮饲料的品质4。近年来，虽然该方法在细节上不 断的改进和更新，增加了评定指标，评分标准不断精

物(主要是乳酸菌)厌氧发酵，使原料中所含的糖分 转化为有机酸，主要是乳酸，当乳酸在青贮原料中积 累到一定程度时抑制其他微生物的活动，并阻止原

细,但受主观因素影响的实质无法避免。一直以来 公认的最准确的方法是实验室法，该方法既能准确

料中的养分被微生物分解破坏，从而保存原料中的

养分6。优质的青贮饲料不含丁酸，含有较多的乳

测定发酵指标，又能测定多种营养成分。而发酵指 标影响全株玉米青贮饲料的适口性，营养成分又影

酸，乙酸较少品质差的青贮饲料乳酸少，丁酸含

量较高。响全株玉米青贮饲料的营养价值。但是，该方法耗 对于有机酸的测定，1996年中国农业部颁布的 标准采用提取液用偏磷酸处理后，在气相色谱仪上

时较长，不适用于现场和生产环节的评价。随着科

学技术的不断进步，国内外学术和产业界对玉米青 贮饲料品质评定的方法越来越重视。对全株玉米青

直接测定乳酸、乙酸和丁酸⑷，测定方法快捷简单, 但对乳酸是否完全转化成终产物难以把握，所以气

贮的质量进行快速评定,并不断扩大评价指标范围、 提高评价的准确性具有现实而迫切需要。［收稿日期］2018-07-11修改日期：018-12-04相色谱法测得的乳酸含量不够准确。随着科技的进 步,有机酸的测定方法不断更新。许庆方等9采用

［基金项目］奶牛产业技术体系北京市创新团队(BAIC06-2018)冲国农业科学院科技创新工程F同创新任务(CAA3XTCX2016011-01)［作者简介］刘娜(1991-),女，甘肃平凉人，在读硕士，主要从事反刍动物营养与饲料科学研究。E-mail： liuna2017w@163. com* ［通讯作者］屠焰(1969-),浙江嘉善人,研究员，博士生导师，主要从事反刍动物营养研究。E-mail： tuyan@caas.cn2家畜生态学报第40卷高效液相色谱仪同时测定紫花苜蓿青贮浸提液的乳 酸、乙酸、丙酸、丁酸含量，有机酸分离效果好，回收

1.3评价消化性能和生长性能的主要指标营养物质在瘤胃内的降解特性是反映饲料营养

率高，测定数据真实可靠，操作简单。高瑞红等 运用离子色谱测定青贮饲料中有机酸，过程简单。价值的主要指标，通常会测定青贮饲料DM、CP、

NDF和ADF的瘤胃降解率。张永根等［16］通过尼

青贮玉米氨态氮含量是客观度量饲料中蛋白质 被微生物分解程度的重要指标［11\\氨态氮越高，蛋

龙袋法，对奶牛常用饲料干物质和蛋白质瘤胃降解

特性及小肠消化率的研究表明，决定干物质采食量

白质被微生物分解的越多，蛋白质损耗的越多。国 标测定氨态氮用凯氏定氮法测定，常用的还有比色

的主要因素是DM瘤胃降解率。干物质瘤胃降解 率越高，奶牛干物质采食量越大，产奶量越高：17］ o 青贮饲料中蛋白质的瘤胃降解率是反映蛋白质新体

法、分光光度法等阪，也可采用流动注射法［12］ o近 红外光谱扫描技术也被应用于测定苜蓿青贮饲料中

系的基本参数对反刍动物来说，蛋白质不仅需 要满足瘤胃微生物发酵，还要满足动物生长的需

的氨态氮、乳酸、乙酸、丁酸试验证实，其预测值与化

学分析值差异不显著，同时具有测定指标较多、操作 简单的优点o1.2评价营养成分的主要指标要o而影响瘤胃微生物发酵的是瘤胃可降解蛋 白（RDP）,剩下的一小部分瘤胃非降解蛋白（RUP）

通过瘤胃在小肠被吸收利用［20］，从而满足动物生长 需要° NDF作为瘤胃降解参数是评价青贮饲料营

饲料中各种养分组成比例及其本身特性对动物

吸收、代谢具有重要的作用。目前国内普遍使用概 略养分和范氏洗涤纤维分析法来测定饲料的养分含

养价值的一个重要指标曲。全株玉米青贮会因其 收割时期、品种、种植环境的影响，使NDF的消化

量，以干物质（DM）,粗蛋白质（CP）、粗脂肪（EE）、 同， 而 饲料 物 采 量，粗灰分（Ash）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维

（ADF）、无氮浸出物（NEF）、钙（Ca）和磷（P）作为评

NDF消化性能越好干物质采食量越高°定青贮饲料养分价值的指标［14］。另外，全株玉米青

2玉米青贮质量评定的传统方法目前，国内外青贮饲料品质评定常用的方法有: ⑴德国农业协会（DLG）评分法，其感官评分先根 据气味、结构、色泽3项进行评分，再按得分分为优、可、中、下等，见表1。该评分法虽然操作方便快捷,贮淀粉含量较高，其加精料日粮淀粉含量将达40% 左右［15\\所以，淀粉含量也可作为营养价值的评定 指标。虽然传统的操作方法精确率高,但工作量大,耗时长，使用大量的有毒有害试剂，导致在生产实践中的应用受到一定的限制。但评分人对其评价的主观因素较大「23 o （2）德国科表1青贮饲料感官评定标准（DLG）Table 1 Sensory evaluation standard for silage （DLG）指标Index气味Smell结构 Struture色泽Color标 Grading无丁酸臭味，有芳香果味或明显的面包香味有微弱的丁酸臭味，较强的酸味、芳香味弱丁酸味颇重，或有刺鼻的焦爛臭味或霉味有很强的丁酸臭味或氨味，或几乎无酸味茎叶结构保持良好叶子结构保持较差茎叶结构保存极差或轻度污染茎叶腐烂或污染严重与原料相似，烘干后呈淡褐色略有变色，呈淡黄色或带褐色变色严重，墨绿色或褪色呈黄色，有较强的霉味20〜16

优良,级

分数Score1410424210210总分等级Total grade15〜10 9〜5

尚好，2级

4〜0中等，3级

腐败，4级学家Flieg提出的青贮饲料评分法，即费氏评分法。1966年,Zummer进一步对费氏评分法进行修改,

用V-Score评分体系（见表3）对青贮品质评价，以

氨态氮和乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸（VFA）现被世界各地所使用，评分标准是81〜100分为很为评定指标，青贮发酵的质量由氨基酸被丁酸菌分解产生的氨态氮来判断。该评定方法将青贮饲料品

好，61〜81分为好，41〜60分为合格，21〜40分为

差,0-20分为失败〔24（见表2）° （3）2001年，日本 质分为3级，即好（80分以上）、合格（60〜80分）、差第10期刘娜,等：玉米青贮饲料质量评定及其营养成分快速检测方法的建立3（60分以下），满分为100分。各指标含量分配不 2005年提出如，评价指标以乙酸和丁酸作为标准,

同，其所得分数也不同。该评定体系中没有将青贮 该评价标准共分5个等级，且适合评价所有青贮饲

饲料乳酸含量作为评定标准「刘。（4）农业部于1996 年发布青贮饲料质量评定标准（试行）旳，该体系以

料的发酵品质。德国农业协会（DLG）评分法虽然操作方便快

青贮饲料的乳酸、乙酸、丁酸含量以及氨态氮占总氮 捷，但评分人的主观因素较多，对评级影响较大。

V-Score评分法需要实验室检测，耗时长，无法达到

的比值为测定指标，不同的有机酸含量和氨态氮含 量对应相应的分数。其规定有机酸分数和氨态氮分

现场快速评定标准；Kaiser提出的评分方法准确性

数各50%。（5）新的青贮发酵品质标准是Kaiser于表2乳酸 Lactic Acid差，对淀粉消化率等未做考虑。费氏青贮评分法乙酸 AceticAcidTable 2 Flieg's ensiling scoring method丁酸 Butyric Acid数Score2019181716151413121110987654321———————————乳酸/总酸/%Lactic Acid/Total Acid0. 0〜25. 025. 1 — 27. 527. 6〜30. 030.1 〜32.032. 1 〜34 034. 1 〜36. 036. 1 〜38. 038. 1 〜40. 040. 1 〜42. 042．1〜44．044．1 〜46．046．1 〜48．048．1 〜50．050．1 〜52．052．1 〜54．054．1 〜56．056．1 〜58．058．1 〜60．060．1 〜62．062．1 〜64．064．1 〜66．066．1 〜68．068．1 〜70．070．1 〜71．071．1〜72．072．1 〜73．073．1 〜74．074．1〜75．075以上75以上75以上分数Score0123456789101112131415161718192021222324252627282930乙酸/总酸/%AceticAcid/TotalAcid00 〜15．0151〜17．5176 〜20．0201 〜22．0221 〜24．0241 〜25．4255 〜26．7268〜28．0281 〜29．429 5 〜30．7308 〜32．0321 〜33．4335 〜34．7348 〜36．0361 〜37．4375 〜38．7388〜40．0401 〜42．5426 〜45．045以上———————————丁酸/总酸/%ButyricAcid/ TotalAcid00 〜1．516 〜3．031 〜4．041 〜6．06 1 〜8．081 〜100101 〜120121〜140141〜160161〜170171〜180181 〜190191 〜200201〜300301 〜320321 〜340341 〜360361 〜380381 〜40040以上 ———————————数Score5030201510987654320—1—2—3—4—5-—10———————————表3 V-Score分数分配计算式Table 3 V-Score fractional allocation calculation formula氨态氮/总氮Ammoniacal Nitrogen/Total NitrogenXNAcetic Acid + Propanoic Acid乙酸+丙酸丁酸及以上VFA

Butyric Acid and Above VFAXNXB<5V-ScoreY=YN =YA =YB计算式（YN）YN = 50XNXA<0. 2计算 (YN)计算 (YN)

XN£5YA=10YA = (150 —100XA)/13YB=40—80XBYB =05法的建立测定青贮玉米饲料中NDF和ADF含量，建立NDFADF 外 型， 其 系 数 R2

到0.9781和0.9905。陈鹏飞等研究表明，紫花苜蓿

目前，以干物质和淀粉含量为定价指标对青贮 同 种、 同 期、 同 同前的全株玉米进行质量评价已被大多数养殖场所接 青贮鲜样中氨态氮、乳酸、乙酸和丁酸近红外校正预 测效果较好，且预测值与化学值之间相关关系良好,

受。但是，由于全株玉米青贮饲料的营养成分较多, 且受限于现场的检测条件，要通过常规方法及时检 测每车或每块地全株玉米干物质和淀粉含量几乎无

对未知样品相关指标的预测具有可行性。李洁等「旳

外 反

营养结果表明牧草的CP近红外光谱定标模型验证结果

法完成。采用近红外建模及开展科学研究建立可靠 的数学模型，借助这些模型和实验室简单的测定，就

较好,其相关系数为0. 9638,交叉验证相对分析误差

可以比较准确地估计出该日粮成分的有效营养参 数，将对制定饲料成分参数估计值提供科学依据，也 给实际生产带来方便。3. 1近红外快速检测法中国对近红外技术（NIR）引进比较晚，其应用

于研究从农业领域开始，但建立数学模型困难较大o 对于复杂样品，有谱区重叠和谱图不稳定等问题o

因此，在NIRS定量分析时，必须采用全光谱的信

息o在NIRS分析时，首先应通过实验室测出样品 的化学含量或者性状，再利用化学计量学方法建立

全谱区的光谱信息与含量或者性状间的数学模型o 建立模型不仅要有可靠的算法软件，还要选择有代

表性的标准样品，实测标准样品的化学值。每一数 学模型对应一定的样品范围、仪器条件和测定方法，

每一种样品可以组建多个模型，稳定的数学模型需 要通过大量的数据和严格的统计建成［28 o在过去几年中，包括玉米青贮饲料在内的饲料 分析由实验室通过使用近红外光谱（NIRS）进行常

规测定，该方法是基于样品的吸光度/反射特性与其 有机营养物质之间关系的预测o这种分析可以

在实验室中进行,主要是干燥和研磨的饲料,或直接 在农场，通过使用便携式二极管阵列光谱仪在未

处理的饲料样品上进行。最近，基于高质量反射全 息光栅和InGaAs冷却光电二极管的创新二极管阵 列光谱仪出现，其中光学背景噪声最小化和测量的

稳定性得到提高，极大地扩大了 NIR光谱学应用于 农场水平的可能性，同时允许其直接应用于玉米收 获机，能够快速地分析收获期间植物的营养价

值⑶〕o Park等“2〕使用近红外光谱法预测高粱和苏 格兰青贮饲料中的化学成分和发酵参数，在680〜

2 500 nm的波长范围内以1nm的间隔扫描新鲜的

粗青贮样品，得到光学数据为log 1 / Reflectance

（log 1 / R）,进行快速测定新鲜青贮饲料的化学成

分和发酵参数。刘强等利用近红外光谱法快速 和外部验证相对分析误差均在3以上，分别为& 5782

和5. 0575 ,即所建立牧草CP近红外模型的稳定性较 高、预测能力好。DM的预测模型需要进一步校正,

而EE和P的分析误差较大，需要进一步提高。焦仁 海等应用近红外技术分析6个玉米杂交种籽粒的， 外 与农业部 物 验 中心实验室化学分析结果的一致性和相关性做了对比, 两种方法分析结果表明其平均值无显著差异，说明具

有很好的一致性；两种方法的相关系数分别为

0. 9540,0. 9623和0. 9394,验证达到极显著相关，说

明两种方法具有真实的直线性相关。随着近红外快

饲料营养

在农业生产实 中应用，大大降低了牧场的生产成本，减少环境污染,

化学

中有 物

o国内外 外 种

型而 ，为5种（表4） o饲料营养

饲料 酵

标多，一般利用近红外光谱法的都是实验室能够准确

标， 其

外在 饲料 含量应用中非常少，主要原因是淀粉结构复杂，用国标法 即酶解法或者酸解法分解中使用大量试剂，操作繁

琐，耗时，误差很大，所以近红外建模的过程中校正

系数难以控制。随着近年来研究者对淀粉的实验室

化， 通过 外 技术含量

o尽管近红外光谱法方便、快捷，但仍然存在一些

不足：1）需要大量已知的实测化学值建立数据库, 再找出定标值之间的回归关系建立近红外模型，前

处理耗时耗力；（2）由于仪器型号不同，所选的样品 品种之间有差异，实测指标不同，所建立的模型也不 同，具有一定的局限性；（3）饲料样品的粒度、装样厚

度及采样条件不同影响模型的稳定性口2 o3.2预测模型的建立为建立中国反刍动物饲料营养价值评定体系，第10期刘 娜,等：玉米青贮饲料质量评定及其营养成分快速检测方法的建立表4近红外仪器类型Table 4 Near infrared instrument type5类型Type仪器Instrument优点Advantage点Disadvantage采样 、 、现场分析的手提式仪器。文献Source滤光片性 Light filter福斯NIRS DS 2500多功能近 红外分析仪、福斯NIRS DA 1650多功能近红外分析仪等。波通9500plus型多功能谷物

外、等。8800型便携式近红外分析仪、波通DA7250型近红外分析仪、波通DA7300 -极管阵列在线近红外分析仪等。采样速度快、比较坚固、可制造 现场分析的手提式仪器。结构不复杂、容易制造。与中红外相比，由于近红外光谱仪区可采用高能量的光源和高灵敏度的检测器，其信噪比较高。⑶］型Rester scan变型仪器稍差，波长的准确性也有所下降。因光栅转动，不利于仪器的稳定性。、性型证。（光栅扫描型的一致性不如立 型）型与 型，价格也高，由于晶体制作等原， 性（ 与波长的准确性）不好。[38]阵列检测器Array detection声光可调（AOTF）型JC15-AOTF3070-实验室用近外Antaris II傅立叶变换近红 外、布鲁克TANGO力、型化傅 立叶变换近红外光谱仪等。分光系统中无可移动光学部件，结构简单，成本低，极容易实现小型化，仪器的长期稳定性和抗干扰性能好，且扫描速度快。 分光系统中无可移动部件、扫描速度快。既可以实现扫描范围内的全光谱扫描，也可以在扫描范围内任意选定一组波长进行扫描。仪器体积小、重量轻，便 于小型化。[39][0]傅里叶变换型 Fourier transform扫描速度快、分辨率高、波长准 确性好。信噪比优势不明显。⑷］给饲料资源合理利用提供科学依据，大量研究通过 基本营养物质的分析、半体外法、体外产气法建立相

素酶法（NC）对24种饲料的干物质溶解度（DMS） 和有机物溶解度（OMS）进行测定，并结合体内法所

关数学模型来快速评定反刍动物单一性饲料的营养 价值（见表5）。目前，通过建立一元回归模型对全

测营养成分消化率和有效能值的结果,建立营养成分 消化率和有效能值的预测模型;并通过预测方程及相

株玉米青贮饲料在贮存期营养品质变化规律有相关 关系数的比较，发现不同酶解法所得的预测结果存在

研究口3〕（见表6）,但对青贮饲料中营养物质可消化 差异,且中性洗涤剂纤维素酶法预测效果更好。目前对青贮饲料中营养物质可消化性的快速评 定研究较少,这将是未来研究的一个方向，可以借鉴

性的快速评定上研究较少。何亭漪「⑷通过对常见 的5种饲料在瘤胃中DM有效降解率与体外产气量

， 其 性回 性 ， 建立DM降解率与体外产气量的数学模型，决定系数为

饲料营养 型 研究 结 ， 通过基本营养物质的分析、CNCPS体系、半体外法、体外产 气法等建立相关数学模型对反刍动物青贮饲料营养 价值进行快速评定并验证，为青贮饲料营养物质可

0.792。同时，对代谢能ME和瘤胃降解率作了相

关性回归分析，具有高度相关性，其决定系数为

0.812。刘洁等「旳通过尼龙袋法对肉用绵羊12种

消化性能及生产性能快速评定方面提供参考资料。不同精粗比日粮研究表明,24 h可发酵有机物与代

谢蛋白质存在显著性关系，并可作为代谢蛋白质预 测因子，建立回归方程，决定系数为0.736。王菲血〕 采用蛋白酶一纤维素酶法（PC）和中性洗涤剂纤维

4总结全株玉米青贮是青贮饲料中优于玉米秸秆青贮 的一种新的常规饲料。利用全株玉米青贮饲料不仅表5反刍动物饲料不同方法预测模型的建立Table 5 Establishment of prediction model for different methods of ruminant feedItems项目方法MethodsPrediction modelDMD= 93. 282 + 0. 874TVFA— 1. 044Acet + 0 083CP +0 445EE—0. 117NDF预测模型Root- mean square error均方根误差

6. 5580 939犚文献Source[43][44]干物质消 化率DMD有机物消 化率OMD物化 DMD体外法0．870OMD = 29. 044 + 0 208IVOMD +1 257GP—纤维素酶法DMD=72. 145 + 0 033OMSPC +0. 235CP —0．652ADFOMD=32. 258 + 0 399OMSPC +0 419CP6. 70610 7050．8490．5840．9006[45 ]有机物消 化 OMDME半体内法Y=0. 0084X2 — 0. 455X +17. 25 （Y=MEX =干物质瘤胃降解率）[46 ]6家畜生态学报表6全株玉米青贮饲料中主要营养物质与贮存时间的回归模型Table 6 Regression model of main nutrients and storage time in whole corn silage营养物质Nutrients回归模型 Regression model犚2第40卷nDMYD犕= 281 7犲-0, 0016XYCP = 79. 7339-0. 0323X0 90000 94520 93940 88880 422499999Source[43]CP[43][43][43][43]StarchYStarch = 141. 3367 — 0. 1301XYCa = 4 3607 — 0. 0056XCaPYP = 1. 9763-0 0008X解决了中国青绿饲料短缺问题，一定程度上可替代 部分精料，有效地节省了处理玉米籽实和秸秆过程

[12] 范志影，陈金辉，肖靖泽，等.流动注射法测定青贮饲料中的氨

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的时间和人力资源，对于提高养殖效益和保护环境

具有重要的意义。对其品质准确、快速评定是产业 界最关心和亟需解决的问题。单一的品质评定不能

满足畜牧业和饲料行业的快速发展以及人们对绿 色、安全食品的需求。随着生产和研究的发展，近红外评定法对全株

玉米青贮品质评定是非常必要的。但在营养成分测 定方面，仅限于粗饲料单组分的测定,青贮饲料多组

分同时测定模型和其他方面的模型还有待继续建立 和研究。随着化学计量学、光谱学和计算机技术的 不断发展，近红外光谱技术和数学模型的建立将能

得到更快速的发展和更新，并在农业领域中的诸多 应用也将得到实现和拓展。参考文献：:1]陈军强，刘培培，李小刚，等•甘南桑科高寒草原牧区牧草混播

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of Rapid Detection Method for Nutrient Components of Corn SilageLIU Na1'2, WANG Jun3 ,TU Yan1* ,DIAO Qiyu1 ,CHEN Guoshun2 ,GUO Jiangpeng3 , QI Zhiguo3(1. Key LaboraLrry of Feed Biotechnology of the MinisLry of Agriculture ,Feed Research InsLiLuLe of Chinese Academy of

Agricultural Sciences , Beijing 100081, China ；2. College of Animal Science and Technology , Gansu Agricultural UniversiLy , Lanzhou, Gansu 730070 , China ；3. BeijingMunicipal Animal Husbandry Slain ,Beijing 100107 , China)Abstract:In recent years, the whole-plant corn silage was largely applied by farms, which improved

the production performance of ruminants. However, the quality of whole-plant corn silage varies a lot and the traditional wet chemical determination methods is relative slow, which restricts the effective use of whole-plant silage corn . Thus, the more accurately and quickly evaluation methods of the nutrients com—

positionofwhole-plantcornsilageispursuedby manyresearchersinrelatedfieldsathomeandabroad This paper summarized the indexes involved in the evaluation of nutritional value of whole-plant corn s-

age，theconventionalevaluationmethods，andtheprogressofthenear-infraredmethodandmathematical prediction modelmethodintherapidevaluation method，amingtoprovideabasisforscientificevaluation andeficientusageofwholeplantcornsilage，andtopromotetheimprovementofruminantfeedingande-

conomicbenefit．Key words： whole plant corn silage； evaluation method； rapid detection method for nutrient compo­

nents ；NIRS