調節動物飼料中瘤胃可消化澱粉和纖維的方法和系統的製作方法
2023-05-11 17:48:11 2
調節動物飼料中瘤胃可消化澱粉和纖維的方法和系統的製作方法
【專利摘要】測定飼料中瘤胃未消化纖維分數的系統和方法，通過從可利用的飼料來源中採樣、分析採樣樣本以確定起始NDF值和經瘤胃消化後的終末NDF值，並根據其計算瘤胃未消化NDF分數；和利用瘤胃未消化NDF分數和分析樣本的取食率計算飼料日糧。通過分析餵飼泌乳期反芻動物的日糧中的飼料組分，將所分析的結果與儲存在存儲器中的飼料配方相比較，該飼料配方用於控制瘤胃中纖維和澱粉消化的速度以及程度，並且基於比較結果重新配制飼料日糧，這些系統和方法降低了飼料成本或提高產乳量。纖維的消化速度可通過基於經分析飼料分數中瘤胃未消化NDF分數的測定值而得到控制。
【專利說明】調節動物飼料中瘤胃可消化澱粉和纖維的方法和系統
相關申請的交叉引用
本申請根據35USC§ 119(e)，要求於2011年4月20日提交的申請號為61/477，467、標題為「調節動物飼料中瘤胃消化澱粉和纖維的方法和系統(Methods and Systems forAdjusting Ruminally Digestible Starch and Fiber in Animal Diets)，，的美國臨時申請的優先權，通過引用該臨時申請的全部內容納入本文。
【技術領域】
本發明涉及確定 纖維和澱粉的動物飼料日糧的方法和系統，尤其是涉及通過控制瘤胃中纖維和澱粉的消化速度及程度，從而降低飼料成本或提高產乳動物的產乳量或效率。
發明概述
一種系統及方法，用於分析動物飼料中的飼料組分並將分析結果作為飼料配方計算的輸入內容提供，該飼料配方計算重新配制飼料組分以達到瘤胃對澱粉和纖維組分的目標消化速度及消化程度，從而提高產乳量或效率和/或降低產乳成本。瘤胃消化速度和程度部分地受控於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成團從而減緩並限制了內容物自瘤胃中通過。
在一實施例中，通過測定飼料中瘤胃未消化纖維分數(fraction)從而降低飼料成本或提高產乳量或產乳效率的方法包括:從可利用的飼料來源中對一種或多種草料和穀物進行採樣；分析所述一種或多種樣本以確定起始NDF值以及經瘤胃消化後的終末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；和利用一個或多個分析樣本的取食率和瘤胃未消化NDF分數並與配方目標相比較，從而計算飼料日糧。
在另一實施例中，用於改進和/或降低產乳成本的方法採用處理器分析飼料日糧的飼料組分；將分析結果與保存於中存儲器的飼料配方目標相比較，其中該飼料配方用於控制瘤胃中纖維和澱粉的消化速度和程度；和所述方法隨後根據比較結果來重新配制飼料日糧。
在另一實施例中，計算機執行的系統能改進和/或降低反芻動物的產乳成本。該系統為計算機處理器提供反芻動物飼料日糧中經分析飼料組分的測試結果。這種計算機處理器比較經分析的測試結果與保存於存儲器中的飼料配方目標，其中該飼料配方用於控制瘤胃中纖維和澱粉的消化速度和程度。所述計算機處理器基於該比較結果重新配制飼料日糧，而重新配製的飼料日糧顯示在通信偶聯於處理器的顯示屏上。
附圖簡述
圖1顯示了可能引起泌乳期乳牛生產的標準乳(fat corrected milk)產量變化的飲食成分。
圖2A顯示了泌乳期乳牛中草料NDFd含量和乾物質採食量(dry matter intake)之間的關係。 圖2B為一柱狀圖，顯示了玉米青貯飼料樣品的粗澱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澱粉含量對乾物質採食量的影響。
圖2D的圖表顯示了泌乳期乳牛飲食澱粉含量對乾物質採食量的影響。
圖2E的圖表顯示了飲食中的澱粉對標準乳的影響。
圖3A是本發明方法的流程圖，該方法通過調控瘤胃中澱粉和纖維的消化速度和程度，從而改進和/或降低產乳成本。
圖3B顯示了本發明飼料日糧計算器的截屏圖，該計算器用於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顯示了餵飼含相同量玉米青貯飼料的兩種飼料日糧，其中，一種青貯飼料中澱粉含量增高(例如，第一個40%澱粉的青貯飼料或中間一列)，其會降低乾物質採食量以及乳脂。
圖4-6的圖表顯示了按照本發明配製的澱粉及NDF飼料以提供支持所需產乳量、飼料採食、飼料效率以及消化率水平的RUNDF水平。
圖7的表格顯示了本發明中，可用於改進產乳量、消化率、和/或飼料效率的瘤胃NDF消化率。
圖8顯示了本發明飼料配方的成本計算，其採用了圖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乳量以及與其相關的RUNDF分值。
圖10的表格顯示了乾物質採食量以及與其相關的RUNDF分值。
詳述
動物飲食成分的改變如飼料組分，包括草料(例如玉米青貯飼料、苜蓿乾草、小麥秸杆等)、澱粉、蛋白質和副產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的家畜的產乳量、乾物質採食量、乳成份產率、能量儲存、消化率以及飼料效率的改變。例如，圖1顯示了導致產乳期乳牛標準乳產量變化的飲食成分，其中草料、澱粉、蛋白質及副食品在產乳期乳牛標準乳產量變化的影響中共佔到約65%。若不加以控制，這種變化會危及到產乳量、乳成份產量以及乾物質採食量和飼料效率。為了能夠有效地、經濟地飼養動物，例如包括反芻動物在內的家畜，應當測定並控制這些變化的源頭，從而預知動物的(產能)表現。
此外，飼料組分中澱粉和纖維的水平及其消化率影響飼料的採食。隨著中性洗滌纖維的消化率(NDFd)潛力降低，乾物質採食潛力也降低。圖2A顯示了產乳期乳牛中草料NDFd含量和乾物質米食潛力之間的關係。相反地，乾物質米食潛力隨量也隨NDFd含量升聞而升高。例如，NDF的體外消化率升高I個單位與乾物質採食量增加0.37磅/天，以及每頭奶牛4%標準乳的產率升高0.55磅/天相關。(Oba和Alien，1999)。對於更受飽胃限制(bulkfill limited)的高產奶牛，在產乳早期，可觀察到更大的乾物質採食量反應。而在較低產的奶牛中則不易被注意到。
通常，採用對粗澱粉及纖維的分析來調整飼料中的澱粉和纖維含量。對粗澱粉及纖維的分析一般不會考慮瘤胃中一定量的澱粉和纖維消化率，因此通常不會進行對纖維和澱粉的消化率分析。
然而，不考慮瘤胃澱粉消化信息，而僅採用粗澱粉推薦(量)來配制飼料，是一種無效的餵飼方法。這是因為胃澱粉消化可受許多因素的影響，如穀物來源(玉米、大麥、小麥、蜀黍等)；含水量(乾燥去皮的玉米與高水分的玉米)；穀物加工(粗磨的與粉碎的)；胚乳類型；飼料中的穀物水平(20%與30%澱粉)；以及總飲食乾物質採食量(低與高)。雖然有些分析方法採用體外測試來確定澱粉消化率，這些方法通常會測定總消化道消化(情況)，而不是瘤胃的澱粉消化率，或者這種測試產生不一致的結果。
澱粉消化率分析
對瘤胃澱粉消化率分析，包括體外瘤胃澱粉消化率，公開於標題為「用於在反芻動物中提高產乳量的選擇性澱粉餵飼」 (「Selective Feeding of Starch to Increase MilkProduction In Ruminants,」)的美國專利7, 550,172,其(與本發明)有著至少一位共同發明人大衛.威克利(David Weakley)，其內容出於所有有用的目的通過引用而全文納入。一實施例闡述了澱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月採集了全美各地的玉米青貯飼料樣品，其澱粉含量為12%-42%(圖2B，Calibrate?技術實驗室，2010 (Calibrate?Technology Lab, 2010)),其體外瘤胃澱粉消化情況顯示為澱粉69%-93%(Calibrate?技術實驗室，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)、生長條件以及採收管理(harvest management)等造成的差異而數年不同。瘤胃澱粉消化情況的這種變化可導致瘤胃丙酸產生的改變，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)。考慮到產乳天數(DM)和乳牛分組(cow parity)，由這些數據測定了 DMI和飲食澱粉百分比的關係。由圖2C可見，無論是初產乳牛還是經產乳牛，在最初產乳期，DMI都不會受飲食澱粉水平影響。然而，自30到約180DM，在兩組中，餵飼25%與15%(澱粉)的飼料均會抑制採食量。
飲食澱粉水平和瘤胃消化率影響(生產)表現的另一例子可見於LANC進行的對產乳早期乳牛的研究。自產乳的第4周到12周，對3個處理組中的66頭乳牛餵飼澱粉水平和瘤胃消化率不相同的飼料。在餵飼3個月相同飼料O後，將乳牛改為一組低(20%)澱粉飼料或兩組高(28%)澱粉飼料組。高澱粉飼料或均是細磨玉米形式的補充澱粉或將50%替換為細磨蜀黍(其具有較低的瘤胃澱粉發酵率)。當第三處理組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，與幹顆粒相比，在飼料中提供更易發酵形式的高溼度玉米，飼料採食量降低了 8%，但僅對較高的澱粉飼料(如此)。這些研究支持了當將飼料中的幹玉米替換成更多瘤胃可利用來源的澱粉，例如高溼度玉米或玉米青貯飼料後，DMI和產乳量有下降的趨勢。另外，很顯然，採用粗澱粉配方標準來控制瘤胃澱粉消化率變化的後果是不夠的。還需要瘤胃澱粉消化率的配方標準。
纖維可消化性分析
即使採用了體外澱粉分析，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(採用體外分析或其他(方法))，也未將NDFd和/或RUNDF的瘤胃消化率用於配制飼料日糧。
然而，(研究)發現，瘤胃NDFd和RUNDF也能夠影響飼料效率、消化率、採食量和產乳量。 關於飲食中NDF消化率和乳牛(產乳)表現之間關係的一份經常被引用的標準來自於Oba和Alien (1999)的數據總結。相關數據來自於13組文獻報導的草料對比，其總結為: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係局限於高產的動物，而這些動物則更可能因達到飽胃限制而表現出採食抑制。最近的文獻報導了基於11份玉米青貯飼料對比而對這種關係作的進一步評估，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，對於餵飼高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係，該研究在含有40%玉米青貯加或不加3%小麥秸杆(見研究2，表9)的飼料中餵飼3種混合玉米青貯飼料。雖然加入小麥秸杆降低了配方飼料的能量密度，但在所有3組混合餵飼組中，均能在後續測試到乾物質(DM)的體內消化率有3%(P〈0.05)的增長(表I)。此外，含秸杆的飼料的NDF消化率也有提高(P〈0.04，表I)。推測這兩個觀察結果的原因是加入秸杆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，在其之上則採食量受飽胃限制，在其之下則採食量能夠上升，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乳量水平可以有一種獨特的飲食NDF方案。每個方案規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NDF消化率的差異微調最佳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，採用RUNDF作為乳牛生產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容物的過濾器。在團塊下，未消化的營養物質流體自瘤胃中轉運出。正常的團塊可選擇性地將內容物保留在瘤胃中從而對消化率、飼料效率和產乳量有利。較小的團塊使液體通過瘤胃的轉運速度較快，導致了飼料效率較低(如較高的採食量)以及瘤胃消化率較低。較大的團塊使液體通過瘤胃的轉運速度較慢，從而使澱粉、纖維和其他飲食營養物質的瘤胃消化率較高。較大的團塊還會由於纖維對瘤胃壁產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，瘤胃內消化了過多的澱粉導致能量分布向體內脂肪堆積、乾物質採食降低以及NDFd降低偏移，這些會造成產乳量的下降，甚至還可能由於丙酸或其他揮發性脂肪酸過量產生而可能出現酸中毒，從而使乳牛出現問題。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)，以控制澱粉和其他飲食營養物質的瘤胃消化。
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量的改變的反應更大。
【權利要求】
1.一種測定飼料中瘤胃未消化纖維分數以便降低飼料成本或提高產乳量或產乳效率的方法，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穀物進行採樣； 分析一個或多個所述採樣樣本以確定起始NDF值以及經瘤胃消化後的終末NDF值； 利用一個或多個所述採樣樣本的起始和終末NDF值來計算瘤胃未消化NDF分數；和利用瘤胃未消化NDF分數以及一個或多個所分析樣本的取食率並與配方目標相比較，從而計算飼料日糧。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，經計算的瘤胃未消化NDF分數包括一指示值。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述指示值是基於將所述瘤胃未消化NDF分數與一指示系統相比較而確定的，所述指示系統與一組先前分析的草料和穀物的已知NDF體內消化率值具有線性關係。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，當瘤胃NDF消化率低則所述指示值是一較低的數值，而瘤胃NDF消化率高則所述指示值是一較高的數值。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，分析採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分析。
6.如權利要求1所述的方法，還包括: 分析一個或多個所述採 樣樣本，用於確定起始澱粉值以及經瘤胃消化後的終末澱粉值； 採用所述一個或多個經分析樣本的起始和終末澱粉值，來計算瘤胃澱粉消化率；和 利用所述一個或多個經分析樣本中的瘤胃消化率來計算飼料日糧。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，經計算的瘤胃澱粉消化率包括一指示值。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述指示值是基於將經瘤胃消化的澱粉分數與一指示系統相比較而確定的，所述指示系統與一組先前分析的草料和穀物的已知澱粉體內消化率值具有線性關係。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，當瘤胃澱粉消化率低則所述指示值是一較低的數值，而瘤胃澱粉消化率高則所述指示值是一較高的數值。
10.降低反芻動物的飼料成本或提高反芻動物的產乳量的方法,包括: 分析飼料日糧中的飼料組分； 將分析的結果與計算機存儲器中儲存的飼料配方目標相比較，該飼料配方用於控制反芻動物瘤胃中纖維和澱粉的消化率和消化程度；和基於比較結果，利用處理器重新配制飼料日糧。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述重新配製的飼料日糧包括纖維組分，所述的纖維組分基於目標為瘤胃的瘤胃未消化草料NDF的量而計算。
12.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述重新配製的飼料日糧包括基於提高反芻動物產乳量而計算的纖維組分和澱粉組分。
13.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述重新配製的飼料包括基於節省成本而計算的纖維組分和澱粉組分。
14.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述重新配製的飼料日糧包括為提高幹物質採食和能量攝入而計算的纖維組分和澱粉組分。
15.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述重新配製的飼料日糧包括基於提高消化率和飼料效率而計算的纖維組分和澱粉組分。
16.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述重新配製的飼料日糧包括基於提高飼料的能量密度而計算的纖維組分和澱粉組分。
17.用於降低反芻動物的飼料成本或提高反芻動物的產乳量的計算機執行系統，包括: 將對反芻動物飼料日糧的飼料組分分析的測試結果提供給計算機處理器； 利用計算機處理器將經分析的測試結果與儲存在存儲器中飼料配方目標相比較，該飼料配方用於控制瘤胃中纖維和澱粉的消化速度和消化程度；和根據比較結果，利用計算機處理器重新配制飼料日糧；和將經重新配製的飼料日糧提供給與處理器通信偶聯的顯示器。
18.如權利要求17所述的系統，還包括在餵飼重新配製的飼料後分析乳成分。
19.如權利要求18所述的 系統，還包括基於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 優先權日:2011年4月20日
【發明者】D·C·威克利 申請人:福雷吉遺傳國際有限公司