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成果名稱——豬禽飼料養(yǎng)分效價仿生消化評定技術的創(chuàng)建與應用

主要完成單位：中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所；湖南中本智能科技發(fā)展有限公司；廣東溫氏食品集團股份有限公司

主要完成人員：趙峰，張宏福，張子儀，鄧耀輝，譚會澤
起  止  時  間 ：2004年1月-2015年12月
獲  獎  情  況 ：2017年中國農(nóng)業(yè)科學院科學技術成果獎
內(nèi)  容  提  要：博觀而約取，勇挑動物營養(yǎng)學界基礎技術難題

    2017年我國飼料總產(chǎn)量接近2億噸，列居世界之首。在飼料生產(chǎn)中，全價飼料提供的可消化養(yǎng)分含量以及配方成本都是以各飼料原料的養(yǎng)分效價數(shù)據(jù)為依據(jù)進行計算。目前，該數(shù)據(jù)均不是實測數(shù)據(jù)，而是查表或獲通過化學成分作校正，存在較大的偏差乃至誤導，已經(jīng)成為飼料工業(yè)隱性浪費之首。近百年來，人們在實測飼料養(yǎng)分效價的方法上仍以動物試驗法為經(jīng)典方法，獲得數(shù)據(jù)的周期約需要10～15天，耗時長、系統(tǒng)誤差大、精度低、可重復性差等缺點無法滿足現(xiàn)代精準畜牧業(yè)的基本要求。因此，設計出一種科學、準確、快速的飼料養(yǎng)分效價測試工具與方法是急需的，也是現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)最為基礎的技術支撐。

    針對飼料科學領域這一重大技術需求，張子儀院士在上世紀八十年代對胃蛋白酶-豬小腸液體外模擬消化法估測豬飼料的消化能值進行了系統(tǒng)研究，并聯(lián)合國內(nèi)十多家單位對該方法進行了驗證，積累了大量數(shù)據(jù)。與此同時，國外學者也一直在探索以體外消化法解決飼料有效能、氨基酸消化率的快速測定。但當時條件下采用的胃腸道模擬消化裝置多以三角瓶、試管、透析管等簡單實驗材料為基礎，在每一步消化過程中pH值的改變、消化液的加入、產(chǎn)物的分離等都是通過人工手動的方式實現(xiàn)，而且模擬消化液的制備缺乏體內(nèi)參數(shù)的支撐。從而導致可重復性較差（平行樣的最大偏差達4%以上），且與動物體內(nèi)測值的差異在5%以上，難以被行業(yè)生產(chǎn)接受。針對這一發(fā)展現(xiàn)狀，項目組認為制約現(xiàn)有體外模擬消化方法的核心問題是模擬消化條件混亂、全程手工操作、過程繁瑣、人為干擾因素多、方法的重復性差。發(fā)明全自動、標準化、儀器化的仿生消化技術是解決上述共性技術難題的關鍵。

第二代單胃動物仿生消化系統(tǒng)                                                                      第三代單胃動物仿生消化系統(tǒng)

    為了實現(xiàn)對豬禽飼料養(yǎng)分效價的快速估測，根據(jù)豬禽體內(nèi)食糜與消化液的組成參數(shù)以及創(chuàng)建的單胃動物仿生消化系統(tǒng)（儀器），我們發(fā)明了基于單胃動物仿生消化系統(tǒng)測定豬禽飼料養(yǎng)分效價的技術體系。首先建立了從豬禽體內(nèi)腸液中采用“高速離心-乙醇沉淀-緩沖液復溶-凍干” 的方法純化消化酶粉劑產(chǎn)品。根據(jù)體內(nèi)消化液的組成，以自主純化的消化酶粉劑為基礎，開發(fā)了酶活性明確、高度可重復的模擬消化液試劑盒產(chǎn)品，使模擬消化液的水解能力達到了體內(nèi)消化液的98.5%。系統(tǒng)研究并規(guī)范了仿生消化中透析袋預處理后的保存時間、樣品粉碎粒度、清洗時間與次數(shù)，胃、小腸（前段、后段）、大腸消化時間。提出了豬、雞、鴨仿生消化操作規(guī)程各1套，根據(jù)仿生消化流程及操作規(guī)程設置了仿生消化系統(tǒng)控制軟件參數(shù)98個。解析了仿生消化過程中各步驟的變異程度，檢驗了測定結果的批間、批內(nèi)及實驗室間重復性，達到了平均變異系數(shù)不超過1%，樣品間測定結果具有可加性。仿生消化法測定結果與動物體內(nèi)法測定結果的相關系數(shù)在0.9以上，達到了準確估測飼料養(yǎng)分生物學效價的目的。通過《單胃動物仿生消化系統(tǒng)技術參數(shù)規(guī)范》、《豬、禽模擬消化液試劑盒制備方法技術規(guī)范》、《豬飼料酶水解物能值測定技術規(guī)程》、《雞飼料酶水解物能值測定技術規(guī)程》、《鴨飼料酶水解物能值測定技術規(guī)程》、《單胃動物仿生消化系統(tǒng)操作手冊》全面、翔實地規(guī)范了基于單胃動物仿生消化系統(tǒng)測定豬禽飼料養(yǎng)分效價的技術體系。上述研究成果已獲得發(fā)明專利3項，實用新型專利9項，軟件著作權11項，發(fā)表論文48篇。

國家龍頭企業(yè)示范推廣，經(jīng)濟效益顯著

    本項目成果在2009年與廣東溫氏食品集團股份有限公司（國內(nèi)最大養(yǎng)殖企業(yè)）合作開展仿生消化法建設黃羽肉雞飼料原料數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)研制了仿生消化評定飼料養(yǎng)分效價的可靠性。并基于仿生消化法建立了飼料原料理化指標預測雞代謝能值的動態(tài)模型30個。該成果2014、2015年為廣東溫氏食品集團股份有限公司節(jié)約的成本在6億元以上，2015年獲得了廣東溫氏食品集團股份有限公司科技特等獎。2012年本成果與廣東海大集團（飼料年產(chǎn)量超過600萬噸）合作開展了仿生消化法建設櫻桃谷鴨飼料原料數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)評估了71個飼料原料的代謝能值用于飼料配方，目前廣東海大集團的鴨商品飼料從零起點已成為廣東最大的鴨料生產(chǎn)企業(yè)，取得了巨大的效益。2014年本成果與新希望六和股份有限公司（飼料年產(chǎn)量超過1500萬噸）合作開展了基于仿生消化法的豬禽常用飼料原料基礎數(shù)據(jù)的研究，在驗證了仿生消化方法準確性的基礎上，開展了24類飼料原料，870個樣本庫的測定與建模，實現(xiàn)了飼料數(shù)據(jù)庫的實時更新。動物大群試驗證明，仿生消化法獲得的飼料養(yǎng)分效價實時數(shù)據(jù)可為每噸料的配方成本節(jié)約20元。此外，本項目成果在湖南中本智能科技發(fā)展有限公司獲得專利許可權后，批量生產(chǎn)了第二代和第三代單胃動物仿生消化系統(tǒng)及模擬消化液試劑盒推向我國飼料企業(yè)和科研單位。目前已在國內(nèi)29家大型國家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化龍頭飼料企業(yè)（其中上市企業(yè)9家）、14家科研單位應用，在我國飼料行業(yè)的應用覆蓋面達到了1/3，每年為我國飼料生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約的生產(chǎn)成本在10億元以上。同時，本成果可以使我國在飼料原料養(yǎng)分生物學效價大數(shù)據(jù)的獲取上節(jié)約90%的財物成本，取得良好的社會效益。

仿生消化系統(tǒng)提供對外檢測服務

指導仿生消化系統(tǒng)在廣東溫氏集團的應用