調(diào)節(jié)動物飼料中瘤胃可消化淀粉和纖維的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】測定飼料中瘤胃未消化纖維分數(shù)的系統(tǒng)和方法，通過從可利用的飼料來源中采樣、分析采樣樣本以確定起始NDF值和經(jīng)瘤胃消化后的終末NDF值，并根據(jù)其計算瘤胃未消化NDF分數(shù)；和利用瘤胃未消化NDF分數(shù)和分析樣本的取食率計算飼料日糧。通過分析喂飼泌乳期反芻動物的日糧中的飼料組分，將所分析的結(jié)果與儲存在存儲器中的飼料配方相比較，該飼料配方用于控制瘤胃中纖維和淀粉消化的速度以及程度，并且基于比較結(jié)果重新配制飼料日糧，這些系統(tǒng)和方法降低了飼料成本或提高產(chǎn)乳量。纖維的消化速度可通過基于經(jīng)分析飼料分數(shù)中瘤胃未消化NDF分數(shù)的測定值而得到控制。
【專利說明】調(diào)節(jié)動物飼料中瘤胃可消化淀粉和纖維的方法和系統(tǒng)
相關(guān)申請的交叉引用
本申請根據(jù)35USC§ 119(e)，要求于2011年4月20日提交的申請?zhí)枮?1/477，467、標題為“調(diào)節(jié)動物飼料中瘤胃消化淀粉和纖維的方法和系統(tǒng)(Methods and Systems forAdjusting Ruminally Digestible Starch and Fiber in Animal Diets)，，的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，通過引用該臨時申請的全部內(nèi)容納入本文。
【技術(shù)領域】
本發(fā)明涉及確定 纖維和淀粉的動物飼料日糧的方法和系統(tǒng)，尤其是涉及通過控制瘤胃中纖維和淀粉的消化速度及程度，從而降低飼料成本或提高產(chǎn)乳動物的產(chǎn)乳量或效率。
發(fā)明概述
一種系統(tǒng)及方法，用于分析動物飼料中的飼料組分并將分析結(jié)果作為飼料配方計算的輸入內(nèi)容提供，該飼料配方計算重新配制飼料組分以達到瘤胃對淀粉和纖維組分的目標消化速度及消化程度，從而提高產(chǎn)乳量或效率和/或降低產(chǎn)乳成本。瘤胃消化速度和程度部分地受控于瘤胃中未消化草料中性洗漆纖維(ruminal undigested forage neutraldetergent fiber, RUNDF)，這種纖維在瘤胃中纏結(jié)成團從而減緩并限制了內(nèi)容物自瘤胃中通過。
在一實施例中，通過測定飼料中瘤胃未消化纖維分數(shù)(fraction)從而降低飼料成本或提高產(chǎn)乳量或產(chǎn)乳效率的方法包括:從可利用的飼料來源中對一種或多種草料和谷物進行采樣；分析所述一種或多種樣本以確定起始NDF值以及經(jīng)瘤胃消化后的終末NDF值；利用所述一個或多個分析樣本中的起始和終末NDF值來計算瘤胃未消化NDF分數(shù)；和利用一個或多個分析樣本的取食率和瘤胃未消化NDF分數(shù)并與配方目標相比較，從而計算飼料日糧。
在另一實施例中，用于改進和/或降低產(chǎn)乳成本的方法采用處理器分析飼料日糧的飼料組分；將分析結(jié)果與保存于中存儲器的飼料配方目標相比較，其中該飼料配方用于控制瘤胃中纖維和淀粉的消化速度和程度；和所述方法隨后根據(jù)比較結(jié)果來重新配制飼料日糧。
在另一實施例中，計算機執(zhí)行的系統(tǒng)能改進和/或降低反芻動物的產(chǎn)乳成本。該系統(tǒng)為計算機處理器提供反芻動物飼料日糧中經(jīng)分析飼料組分的測試結(jié)果。這種計算機處理器比較經(jīng)分析的測試結(jié)果與保存于存儲器中的飼料配方目標，其中該飼料配方用于控制瘤胃中纖維和淀粉的消化速度和程度。所述計算機處理器基于該比較結(jié)果重新配制飼料日糧，而重新配制的飼料日糧顯示在通信偶聯(lián)于處理器的顯示屏上。
附圖簡述
圖1顯示了可能引起泌乳期乳牛生產(chǎn)的標準乳(fat corrected milk)產(chǎn)量變化的飲食成分。
圖2A顯示了泌乳期乳牛中草料NDFd含量和干物質(zhì)采食量(dry matter intake)之間的關(guān)系。 圖2B為一柱狀圖，顯示了玉米青貯飼料樣品的粗淀粉含量百分比的變化情況。
圖2C的圖表顯示了泌乳期乳牛飲食淀粉含量對干物質(zhì)采食量的影響。
圖2D的圖表顯示了泌乳期乳牛飲食淀粉含量對干物質(zhì)采食量的影響。
圖2E的圖表顯示了飲食中的淀粉對標準乳的影響。
圖3A是本發(fā)明方法的流程圖，該方法通過調(diào)控瘤胃中淀粉和纖維的消化速度和程度，從而改進和/或降低產(chǎn)乳成本。
圖3B顯示了本發(fā)明飼料日糧計算器的截屏圖，該計算器用于通過將高成本飼料組分替換為低成本飼料組分，從而降低飼料成本。
圖3C顯示了喂飼含相同量玉米青貯飼料的兩種飼料日糧，其中，一種青貯飼料中淀粉含量增高(例如，第一個40%淀粉的青貯飼料或中間一列)，其會降低干物質(zhì)采食量以及乳脂。
圖4-6的圖表顯示了按照本發(fā)明配制的淀粉及NDF飼料以提供支持所需產(chǎn)乳量、飼料采食、飼料效率以及消化率水平的RUNDF水平。
圖7的表格顯示了本發(fā)明中，可用于改進產(chǎn)乳量、消化率、和/或飼料效率的瘤胃NDF消化率。
圖8顯示了本發(fā)明飼料配方的成本計算，其采用了圖3A的方法，旨在減少玉米粒的量(細磨玉米)從而降低飼料成本。
圖9的表格闡釋了泌乳期乳牛的產(chǎn)乳量以及與其相關(guān)的RUNDF分值。
圖10的表格顯示了干物質(zhì)采食量以及與其相關(guān)的RUNDF分值。
詳述
動物飲食成分的改變?nèi)顼暳辖M分，包括草料(例如玉米青貯飼料、苜蓿干草、小麥秸桿等)、淀粉、蛋白質(zhì)和副產(chǎn)品以及非飲食成分的改變能引起動物，例如包括反芻動物在內(nèi)的家畜的產(chǎn)乳量、干物質(zhì)采食量、乳成份產(chǎn)率、能量儲存、消化率以及飼料效率的改變。例如，圖1顯示了導致產(chǎn)乳期乳牛標準乳產(chǎn)量變化的飲食成分，其中草料、淀粉、蛋白質(zhì)及副食品在產(chǎn)乳期乳牛標準乳產(chǎn)量變化的影響中共占到約65%。若不加以控制，這種變化會危及到產(chǎn)乳量、乳成份產(chǎn)量以及干物質(zhì)采食量和飼料效率。為了能夠有效地、經(jīng)濟地飼養(yǎng)動物，例如包括反芻動物在內(nèi)的家畜，應當測定并控制這些變化的源頭，從而預知動物的(產(chǎn)能)表現(xiàn)。
此外，飼料組分中淀粉和纖維的水平及其消化率影響飼料的采食。隨著中性洗滌纖維的消化率(NDFd)潛力降低，干物質(zhì)采食潛力也降低。圖2A顯示了產(chǎn)乳期乳牛中草料NDFd含量和干物質(zhì)米食潛力之間的關(guān)系。相反地，干物質(zhì)米食潛力隨量也隨NDFd含量升聞而升高。例如，NDF的體外消化率升高I個單位與干物質(zhì)采食量增加0.37磅/天，以及每頭奶牛4%標準乳的產(chǎn)率升高0.55磅/天相關(guān)。(Oba和Alien，1999)。對于更受飽胃限制(bulkfill limited)的高產(chǎn)奶牛，在產(chǎn)乳早期，可觀察到更大的干物質(zhì)采食量反應。而在較低產(chǎn)的奶牛中則不易被注意到。
通常，采用對粗淀粉及纖維的分析來調(diào)整飼料中的淀粉和纖維含量。對粗淀粉及纖維的分析一般不會考慮瘤胃中一定量的淀粉和纖維消化率，因此通常不會進行對纖維和淀粉的消化率分析。
然而，不考慮瘤胃淀粉消化信息，而僅采用粗淀粉推薦(量)來配制飼料，是一種無效的喂飼方法。這是因為胃淀粉消化可受許多因素的影響，如谷物來源(玉米、大麥、小麥、蜀黍等)；含水量(干燥去皮的玉米與高水分的玉米)；谷物加工(粗磨的與粉碎的)；胚乳類型；飼料中的谷物水平(20%與30%淀粉)；以及總飲食干物質(zhì)采食量(低與高)。雖然有些分析方法采用體外測試來確定淀粉消化率，這些方法通常會測定總消化道消化(情況)，而不是瘤胃的淀粉消化率，或者這種測試產(chǎn)生不一致的結(jié)果。
淀粉消化率分析
對瘤胃淀粉消化率分析，包括體外瘤胃淀粉消化率，公開于標題為“用于在反芻動物中提高產(chǎn)乳量的選擇性淀粉喂飼” (“Selective Feeding of Starch to Increase MilkProduction In Ruminants,”)的美國專利7, 550,172,其(與本發(fā)明)有著至少一位共同發(fā)明人大衛(wèi).威克利(David Weakley)，其內(nèi)容出于所有有用的目的通過引用而全文納入。一實施例闡述了淀粉含量在玉米青貯飼料中是可以各不相同的，其中，自2007年10月到2010年6月采集了全美各地的玉米青貯飼料樣品，其淀粉含量為12%-42%(圖2B，Calibrate?技術(shù)實驗室，2010 (Calibrate?Technology Lab, 2010)),其體外瘤胃淀粉消化情況顯示為淀粉69%-93%(Calibrate?技術(shù)實驗室，2010，格雷峰會，MO) (Grey Summit)。此外，該變化的分布情況還因混雜效應(hybrid effect)、生長條件以及采收管理(harvest management)等造成的差異而數(shù)年不同。瘤胃淀粉消化情況的這種變化可導致瘤胃丙酸產(chǎn)生的改變，而丙酸可通過“肝臟氧化理論”(Hepatic Oxidation Theory) (HOT:艾倫等,2009)所述機制影響產(chǎn)乳期乳牛的能量代謝以及DMI。該理論中說到的變化在朗維尤動物營養(yǎng)中心(LANC;格雷峰會，MO) (Longview Animal Nutrition Center)進行的研究概述中有所描述,該研究涵蓋了 4750例對早期和中期泌乳的乳牛研究(圖2C)。考慮到產(chǎn)乳天數(shù)(DM)和乳牛分組(cow parity)，由這些數(shù)據(jù)測定了 DMI和飲食淀粉百分比的關(guān)系。由圖2C可見，無論是初產(chǎn)乳牛還是經(jīng)產(chǎn)乳牛，在最初產(chǎn)乳期，DMI都不會受飲食淀粉水平影響。然而，自30到約180DM，在兩組中，喂飼25%與15%(淀粉)的飼料均會抑制采食量。
飲食淀粉水平和瘤胃消化率影響(生產(chǎn))表現(xiàn)的另一例子可見于LANC進行的對產(chǎn)乳早期乳牛的研究。自產(chǎn)乳的第4周到12周，對3個處理組中的66頭乳牛喂飼淀粉水平和瘤胃消化率不相同的飼料。在喂飼3個月相同飼料O后，將乳牛改為一組低(20%)淀粉飼料或兩組高(28%)淀粉飼料組。高淀粉飼料或均是細磨玉米形式的補充淀粉或?qū)?0%替換為細磨蜀黍(其具有較低的瘤胃淀粉發(fā)酵率)。當?shù)谌幚斫M中的一半玉米替換為處理組4中的蜀黍時，DMI提高了 1.0kg/d(2.2磅/天;P〈0.01 ;圖2D)，而3.5%的標準乳(FCM)產(chǎn)量大幅提高了 2.6kg/d(5.7磅/d;P〈0.01 ^2E)。Oba和Allen (2003)觀察到，與干顆粒相比，在飼料中提供更易發(fā)酵形式的高濕度玉米，飼料采食量降低了 8%，但僅對較高的淀粉飼料(如此)。這些研究支持了當將飼料中的干玉米替換成更多瘤胃可利用來源的淀粉，例如高濕度玉米或玉米青貯飼料后，DMI和產(chǎn)乳量有下降的趨勢。另外，很顯然，采用粗淀粉配方標準來控制瘤胃淀粉消化率變化的后果是不夠的。還需要瘤胃淀粉消化率的配方標準。
纖維可消化性分析
即使采用了體外淀粉分析，纖維，例如NDFd以及瘤胃未消化草料NDF(RUNDF)的瘤胃消化率通常既未得以一致分析(采用體外分析或其他(方法))，也未將NDFd和/或RUNDF的瘤胃消化率用于配制飼料日糧。
然而，(研究)發(fā)現(xiàn)，瘤胃NDFd和RUNDF也能夠影響飼料效率、消化率、采食量和產(chǎn)乳量。 關(guān)于飲食中NDF消化率和乳牛(產(chǎn)乳)表現(xiàn)之間關(guān)系的一份經(jīng)常被引用的標準來自于Oba和Alien (1999)的數(shù)據(jù)總結(jié)。相關(guān)數(shù)據(jù)來自于13組文獻報道的草料對比，其總結(jié)為:中性洗滌纖維(NDF)消化率(通過體外或原位測定)增加一個(I)百分比單位導致DMI增長0.37磅以及標準乳增長0.55磅。該作者進一步觀察到這種關(guān)系局限于高產(chǎn)的動物，而這些動物則更可能因達到飽胃限制而表現(xiàn)出采食抑制。最近的文獻報道了基于11份玉米青貯飼料對比而對這種關(guān)系作的進一步評估，顯示了體外NDF消化率每增加一個(I)百分比單位導致DMI增長0.26磅以及4%標準乳增長0.47磅(IVNDFD ；0ba和Alien，2005)。
然而，對于喂飼高IVNDFD草料造成的DMI增長導致消化道中飼料滯留時間減少，其代價是飼料消化率和潛在飼料效率降低。在一項研究中觀察到了這種關(guān)系，該研究在含有40%玉米青貯加或不加3%小麥秸桿(見研究2，表9)的飼料中喂飼3種混合玉米青貯飼料。雖然加入小麥秸桿降低了配方飼料的能量密度，但在所有3組混合喂飼組中，均能在后續(xù)測試到干物質(zhì)(DM)的體內(nèi)消化率有3%(P〈0.05)的增長(表I)。此外，含秸桿的飼料的NDF消化率也有提高(P〈0.04，表I)。推測這兩個觀察結(jié)果的原因是加入秸桿增加了飼料在瘤胃中的滯留時間，而DMI未受明顯影響。
這就提示了可能會有一個消化NDF的最佳量，在其之上則采食量受飽胃限制，在其之下則采食量能夠上升，但其代價可能為消化率的下降以及隨之而來的飼料效率下降。這與Mertens博士最近再論的NDF-能量攝入體系(2009)相一致，他認為，在飽胃限制和能量需求曲線相交的各產(chǎn)乳量水平可以有一種獨特的飲食NDF方案。每個方案規(guī)定了最大程度提高飼料中DMI和NDF (以及草料)的NDF水平。Mertens (2010)還提到雖然可根據(jù)NDF消化率的差異微調(diào)最佳NDF水平，但改變粗NDF所獲得的效果比改變NDF消化率的效果要大2_3倍。然而，也有爭議認為，在實際情況中，當飲食NDF在高產(chǎn)的乳牛中達到最大攝入潛力時，NDF的消化率則變得更為重要。
例如，可對總消化道NDF消化率進行測定來用作配制飼料日糧，如下述。此外，下述的研究I顯示了在反芻動物中，采用RUNDF作為乳牛生產(chǎn)能力的評估手段從而改進飼料和NDF消化率。
在瘤胃中，RUNDF團塊(如未消化的纖維)的作用好比是瘤胃內(nèi)容物的過濾器。在團塊下，未消化的營養(yǎng)物質(zhì)流體自瘤胃中轉(zhuǎn)運出。正常的團塊可選擇性地將內(nèi)容物保留在瘤胃中從而對消化率、飼料效率和產(chǎn)乳量有利。較小的團塊使液體通過瘤胃的轉(zhuǎn)運速度較快，導致了飼料效率較低(如較高的采食量)以及瘤胃消化率較低。較大的團塊使液體通過瘤胃的轉(zhuǎn)運速度較慢，從而使淀粉、纖維和其他飲食營養(yǎng)物質(zhì)的瘤胃消化率較高。較大的團塊還會由于纖維對瘤胃壁產(chǎn)生更大壓力從而使反芻動物減少進食。然而，瘤胃消化率水平較高時，瘤胃內(nèi)消化了過多的淀粉導致能量分布向體內(nèi)脂肪堆積、干物質(zhì)采食降低以及NDFd降低偏移，這些會造成產(chǎn)乳量的下降，甚至還可能由于丙酸或其他揮發(fā)性脂肪酸過量產(chǎn)生而可能出現(xiàn)酸中毒，從而使乳牛出現(xiàn)問題。因此，應該可能通過選擇性控制飼料中以及接下來瘤胃中的瘤胃未消化NDF(RUNDF)，以控制淀粉和其他飲食營養(yǎng)物質(zhì)的瘤胃消化。
表I顯示了與瘤胃已消化草料(如NDFd)百分比目標相比，RUNDF百分比目標對草料質(zhì)量的改變的反應更大。
【權(quán)利要求】
1.一種測定飼料中瘤胃未消化纖維分數(shù)以便降低飼料成本或提高產(chǎn)乳量或產(chǎn)乳效率的方法，所述方法包括: 從可利用的飼料來源中對一種或多種草料和谷物進行采樣； 分析一個或多個所述采樣樣本以確定起始NDF值以及經(jīng)瘤胃消化后的終末NDF值； 利用一個或多個所述采樣樣本的起始和終末NDF值來計算瘤胃未消化NDF分數(shù)；和利用瘤胃未消化NDF分數(shù)以及一個或多個所分析樣本的取食率并與配方目標相比較，從而計算飼料日糧。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，經(jīng)計算的瘤胃未消化NDF分數(shù)包括一指示值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述指示值是基于將所述瘤胃未消化NDF分數(shù)與一指示系統(tǒng)相比較而確定的，所述指示系統(tǒng)與一組先前分析的草料和谷物的已知NDF體內(nèi)消化率值具有線性關(guān)系。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當瘤胃NDF消化率低則所述指示值是一較低的數(shù)值，而瘤胃NDF消化率高則所述指示值是一較高的數(shù)值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，分析采樣樣本包括利用一個或多個快速測試，包括體外分析和體內(nèi)分析。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 分析一個或多個所述采 樣樣本，用于確定起始淀粉值以及經(jīng)瘤胃消化后的終末淀粉值； 采用所述一個或多個經(jīng)分析樣本的起始和終末淀粉值，來計算瘤胃淀粉消化率；和 利用所述一個或多個經(jīng)分析樣本中的瘤胃消化率來計算飼料日糧。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，經(jīng)計算的瘤胃淀粉消化率包括一指示值。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述指示值是基于將經(jīng)瘤胃消化的淀粉分數(shù)與一指示系統(tǒng)相比較而確定的，所述指示系統(tǒng)與一組先前分析的草料和谷物的已知淀粉體內(nèi)消化率值具有線性關(guān)系。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，當瘤胃淀粉消化率低則所述指示值是一較低的數(shù)值，而瘤胃淀粉消化率高則所述指示值是一較高的數(shù)值。
10.降低反芻動物的飼料成本或提高反芻動物的產(chǎn)乳量的方法,包括: 分析飼料日糧中的飼料組分； 將分析的結(jié)果與計算機存儲器中儲存的飼料配方目標相比較，該飼料配方用于控制反芻動物瘤胃中纖維和淀粉的消化率和消化程度；和基于比較結(jié)果，利用處理器重新配制飼料日糧。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的飼料日糧包括纖維組分，所述的纖維組分基于目標為瘤胃的瘤胃未消化草料NDF的量而計算。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的飼料日糧包括基于提高反芻動物產(chǎn)乳量而計算的纖維組分和淀粉組分。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的飼料包括基于節(jié)省成本而計算的纖維組分和淀粉組分。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的飼料日糧包括為提高干物質(zhì)采食和能量攝入而計算的纖維組分和淀粉組分。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的飼料日糧包括基于提高消化率和飼料效率而計算的纖維組分和淀粉組分。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的飼料日糧包括基于提高飼料的能量密度而計算的纖維組分和淀粉組分。
17.用于降低反芻動物的飼料成本或提高反芻動物的產(chǎn)乳量的計算機執(zhí)行系統(tǒng)，包括: 將對反芻動物飼料日糧的飼料組分分析的測試結(jié)果提供給計算機處理器； 利用計算機處理器將經(jīng)分析的測試結(jié)果與儲存在存儲器中飼料配方目標相比較，該飼料配方用于控制瘤胃中纖維和淀粉的消化速度和消化程度；和根據(jù)比較結(jié)果，利用計算機處理器重新配制飼料日糧；和將經(jīng)重新配制的飼料日糧提供給與處理器通信偶聯(lián)的顯示器。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括在喂飼重新配制的飼料后分析乳成分。
19.如權(quán)利要求18所述的 系統(tǒng)，還包括基于乳成分分析重新配制飼料日糧。
【文檔編號】A23K1/18GK103596448SQ201280019572
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月20日
【發(fā)明者】D·C·威克利 申請人:福雷吉遺傳國際有限公司