第1章动物与饲料的化学组成

第一章动物与饲料的化学组成动物为了维持自身的生命活动和生产，必须从外界环境中摄取所需要的各种营养物质或含有这些营养物质的饲料。植物及其产品是动物饲料的主要来源，因此，了解动物与饲料，特别是植物性饲料的化学组成与动物之间的相互关系，是学习动物营养学的重要基础。本章重点阐述了动物与植物的相互关系，动植物体的化学组成，动物饲料中主要营养物质，特别是饲料概略养分分析方案中六大成分的概念。以后各章均是从不同角度，不同侧面对动物与饲料的关系的展开和深化，所以本章是本书的逻辑起点。第一节动物与饲料一、动物与植物动物和植物是自然界生态系统中两个重要组成部分，植物和大多数微生物能利用土壤和大气中的无机物合成自身所需要的有机物，属自养生物，动物则直接从外界环境中获得所需要的有机物，属异养生物。异养生物与自养生物是生物界生态系统内物质循环的两大主要生物群落，他们之间相互制约，相互依存，共同保持着生态系统内的物质平衡。高等动物的食物直接或间接来源于植物。高等动物在生命活动过程中的排泄物和死后尸体，经微生物分解，最后转化为无机物还原于自然界。绿色植物及少数具有光合作用的微生物是自然界有机营养物质的生产者，他们利用二氧化碳、水及各种无机物，通过光合作用生产各种有机物。同时也贮存能量，释放氧气，为动物生存提供条件。由此看出，生物界中动物和植物，以营养为纽带，构成各种不同的食物链，把生物与生物，生物与环境紧密地联系在一起。经过人类长期驯化的家养动物，无论杂食动物、草食动物或肉食动物，都是不同食物链中的主要消费者。这种以营养为纽带的生态系统，不停地进行着能量和物质的交换，从而构成了自然界的物质循环。动物与植物则是物质循环的两个主要方面。生产领域中，动物生产与植物生产是农业生产的两大支柱。植物生产除了为人类生存提供食物外，也为动物生产提供饲料，特别是人类不能直接利用的农作物副产物，可以通过动物转化成优质的动物产品，供人类食用。而动物生产又为植物生产提供有机肥料，有利于农作物增产。因此，动物生产和植物生产，不仅是人类生存的条件，而且他们之间也是相互依存、相互促进的。二、饲料中的营养物质动物为了生存、生长、繁衍后代和生产，必须从外界摄取食物，动物的食物称为饲料。一切能被动物采食、消化、利用，并对动物无毒无害的物质，皆可作为动物的饲料。饲料中凡能被动物用以维持生命、生产产品的物质，称为营养物质，简称养分。饲料中养分可以是简单的化学元素，如Ca、P、Mg、Na、Cl、K、S、Fe、Cu、Mn、Zn、Se、I、Co等，也可以是复杂的化合物，如蛋白质、脂肪、碳水化合物和各种维生素。国际上通常采用1864年，德国Hanneberg提出的常规饲料分析方案，即概略养分分析方案(FeedProximateAnalysis)，将第一节动物与饲料7饲料中的养分分为六大类（见图1-1）。该分析方案概括性强，简单、实用，尽管分析中存在一些不足，特别是粗纤维分析尚待改进，目前世界各国仍在采用。(一)水分各种饲料均含有水分，其含量差异很大，最高可达95%以上，最低可低于5%。水分含量越多的饲料，干物质含量越少，营养浓度越低，相对而言，营养价值也越低。同一种饲料植物，收割期不同，部位不同，水分含量也不一样。幼嫩时含水较多，成熟后水分含量减少；枝叶中水分较多，茎杆中水分较少。青绿多汁饲料和各类鲜糟渣饲料中水分含量较多，谷物籽实和糠麸类饲料中水分含量较少。水分含量多不利于饲料的贮存和运输，一般保存饲料的水分以不高于14%为宜。饲料中的水分常以两种状态存在。一种是含于动植物体细胞间、与细胞结合不紧密、容易挥发的水，称为游离水或自由水；另一种是与细胞内胶体物质紧密结合在一起、形成胶体水膜、难以挥发的水，称结合水或束缚水。构成动植物体的这两种水分之和，称为总水分。常规饲料分析将饲料中总水分分为初水和吸附水。1．初水(PrimaryMoisture)即自由水、游离水或原始水分。将新鲜饲料样品切细，放置于饲料盘中，在60-70℃烘箱中烘３――４小时，取出在空气中冷却３０分种，再同样烘干１小时，取出，待两次称重相差小于０.０５g时，所失重量即为初水。各种新鲜的青绿多汁饲料，含有较多的初水。鲜饲料重（克）-风干饲料重（克）初水（%）=×100鲜饲料重（克）2．吸附水(AbsorptionWater)即结合水或束缚水。测定初水后的饲料、经自然风干的饲料或谷物饲料（一般含14%左右的吸附水），放入称量皿中，在100-105℃烘箱内烘干２――３小时后取出，放入干燥器中冷却３０分钟，再重复烘干１小时，待两次称重小于0.002g时,即为恒重，失去的重量为吸附水。风干饲料重（克）-烘干后饲料重（克）吸附水（%）=×100风干饲料重（克）除去初水和吸附水的饲料为绝干饲料(DryMatter,缩写DM）。绝干物质是比较各种饲料水分饲料无机物质（粗灰分或矿物质）干物质含氮化合物（粗蛋白质）有机物质乙醚浸出物（粗脂肪）无氮化合物粗纤维碳水化合物无氮浸出物图1-1概略养分与饲料组成之间的关系第一章动物与饲料的化学组成8所含养分多少的基础。(二)粗灰分(Ash)粗灰分是饲料、动物组织和动物排泄物样品在550-600℃高温炉中将所有有机物质全部氧化后剩余的残渣。主要为矿物质氧化物或盐类等无机物质，有时还含有少量泥沙，故称粗灰分。灰分重(g)粗灰分(%)=×100饲料样品重(g)(三)粗蛋白质(CrudeProtein,缩写CP)粗蛋白质是常规饲料分析中用以估计饲料、动物组织或动物排泄物中一切含氮物质的指标，它包括了真蛋白质和非蛋白质含氮物(Non-proteinNitrogen,缩写NPN)两部分。NPN包括游离氨基酸、硝酸盐、氨等。常规饲料分析测定粗蛋白质，是用凯氏定氮法测出饲料样品中的氮含量后，用N×6.25计算粗蛋白质含量。6.25称为蛋白质的换算系数，代表饲料样品中粗蛋白质的平均含氮量为16%（100/16=6.25）。因此，一般测定粗蛋白质都用6.25进行计算。计算公式如下：饲料样品含N(g)×6.25粗蛋白质(%)=×100饲料样品重(g)(四)粗脂肪(EtherExtract,缩写EE)粗脂肪是饲料、动物组织、动物排泄物中脂溶性物质的总称。常规饲料分析是用乙醚浸提样品所得的乙醚浸出物。粗脂肪中除真脂肪外，还含有其他溶于乙醚的有机物质，如叶绿素、胡萝卜素、有机酸、树脂、脂溶性维生素等物质，故称粗脂肪或乙醚浸出物。乙醚浸出物重(g)粗脂肪(%)=×100饲料样品重(g)(五)粗纤维(CrudeFiber,缩写CF)粗纤维是植物细胞壁的主要组成成分，包括纤维素、半纤维素、木质素及角质等成分。常规饲料分析方法测定的粗纤维，是将饲料样品经１.２５％稀酸、稀碱各煮沸30分钟后，所剩余的不溶解碳水化合物。其中纤维素是由β-1，4葡萄糖聚合而成的同质多糖；半纤维素是葡萄糖、果糖、木糖、甘露糖和阿拉伯糖等聚合而成的异质多糖；木质素则是一种苯丙基衍生物的聚合物，它是动物利用各种养分的主要限制因子。该方法在分析过程中，有部分半纤维素、纤维素和木质素溶解于酸、碱中，使测定的粗纤维含量偏低，同时又增加了无氮浸出物的计算误差。为了改进粗纤维分析方案，VanSoest(1976)提出了用中性洗涤纤维(NeutralDetergentFiber,缩写NDF)、酸性洗涤纤维(AcidDetergentFiber,缩写ADF)、酸性洗涤木质素(AcidDetergentLignin,缩写ADL)作为评定饲草中纤维类物质的指标。同时将饲料粗纤维中的半纤维素、纤维素和木质素全部分离出来，能更好地评定饲料粗纤维的营养价值。测定方案如图1-2。第一节动物与饲料9粗饲料中粗纤维含量较高，粗纤维中的木质素对动物没有营养价值。反刍动物能较好地利用粗纤维中的纤维素和半纤维素，非反刍动物借助盲肠和大肠微生物的发酵作用，也可利用部分纤维素和半纤维素。(六)无氮浸出物(NitrogenFreeExtract,缩写NFE)无氮浸出物主要由易被动物利用的淀粉、菊糖、双糖、单糖等可溶性碳水化合物组成。常规饲料分析不能直接分析饲料中无氮浸出物含量，而是通过计算求得：无氮浸出物%=100%-（水分+灰分+粗蛋白质+粗脂肪+粗纤维）%常用饲料中无氮浸出物含量一般在50%以上，特别是植物籽实和块根块茎饲料中含量高达70-85%。饲料中无氮浸出物含量高，适口性好，消化率高，是动物能量的主要来源。动物性饲料中无氮浸出物含量很少。无氮浸出物中除碳水化合物外，还包括水溶性维生素等其他成分，随着营养科学的发展，饲料养分分析方法的不断改进，分析手段越来越先进，如氨基酸自动分析仪、原子吸收光谱仪、气相色谱分析仪等的使用，使饲料分析的劳动强度大大减轻，效率提高，各种纯养分皆可进行分析，促使动物营养研究更加深入细致，饲料营养价值评定也更加精确可靠。图1-3列出了饲料或食品干物质中所含的各种化学成分。饲料中养分按不同分析方案获得的指标也不同（见图1-4）。三、饲料中各种营养物质的基本功能饲料中各种营养物质的基本功能可归结为三个方面：(一)作为动物体的结构物质营养物质是动物机体每一个细胞和组织的构成物质，如骨骼、肌肉、皮肤、结缔组织、牙齿、羽毛、角、爪等组织器官。所以，营养物质是动物维持生命和正常生产过程中不可缺少的物质。中性洗涤可溶物（NDS）图1—2VanSoest粗纤维分析方案KMnO4处理PH=3.072%H2SO4处理纤维素和残余矿物质木质素氧化损失纤维素被溶解木质素和矿物质灰分纤维素被燃烧灰分木质素被燃烧饲料酸性洗涤剂处理中性洗涤剂处理PH=7.0中性洗涤纤维（NDF）酸性洗涤可溶物（ADS）酸性洗涤纤维（ADF）第一章动物与饲料的化学组成10必需氨基酸—赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苏氨酸蛋缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸白半必需氨基酸—精氨酸、组氨酸、半胱氨酸、含质酪氨酸、甘氨酸、脯氨酸氮非必需氨基酸—丙氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、物羟脯氨酸、谷氨酸非蛋白质含氮物—肽、胺、酰胺、核酸、硝酸盐、尿素、游离氨基酸等必需脂肪酸—亚油酸、亚麻酸固醇类—胆固醇、维生素D等脂类萜烯—胡萝卜素、叶黄素等类蜡——角质等有磷脂—卵磷脂等机其它—游离脂肪酸等物碳单糖水双糖化低聚糖合非纤维性多糖饲物纤维性多糖料水溶性维生素或维生素食脂溶性维生素品其他混合物—木质素、有机酸、着色物、风味物、臭味干物、酶或激素、毒物或抗营养因子等物常量—Ca、P、Mg、K、Na、Cl、S质必需矿物质元素微量—Fe、Cu、Co、Zn、Mn、I、Se、无Mo、F、Cr、Ni、Sn、V、Si机可能必需矿物元素—As、Ba、Br、Cd、Sr物非必需矿物元素——Ag、Al、Bi、Ge、Hg、Pb、Sb、Ti有毒元素——As、Cd、F、Hg、Pb、Si等图1-3常用饲料(或食品)干物质中化学成分引自Pond等（1995）p.10(参见主要参考文献,以下同)。100水细胞内容物水水灰分灰分灰分粗蛋白质粗蛋白质粗蛋白质粗脂肪粗脂肪粗脂肪无N浸出物无N浸出物无N浸出物半纤维素细胞壁NDF纤维素ADF粗纤维木质素ADL饲料组成常规VanSoest分析体系分析体系图1-4不同分析方案指标比较第二节动植物体的化学组成11(二)作为动物生存和生产的能量来源在动物生命和生产过程中，维持体温、随意活动和生产产品，所需能量皆来源于营养物质。碳水化合物、脂肪和蛋白质都可以为动物提供能量，但以碳水化合物供能最经济。脂肪除供能外还是动物体贮存能量的最好形式。(三)作为动物机体正常机能活动的调节物质营养物质中的维生素、矿物质以及某些氨基酸、脂肪酸等，在动物机体内起着不可缺少的调节作用。如果缺乏，动物机体正常生理活动将出现紊乱，甚至死亡。除以上功能外，营养物质在动物机体内，经一系列代谢过程后，还可以形成各式各样的离体产品。第二节动植物体的化学组成动物与植物虽然营养方式不同，但在化学组成上却十分相近。目前已知的109种化学元素中，动植物体内已发现60多种，其中绝大多数元素分布于元素周期表中第Ⅰ族和第Ⅷ族，多数处于第1-4周期内，原子序数较小，是比较轻的元素。这些元素中，以C、