成果名稱——豬禽飼料養(yǎng)分效價(jià)仿生消化評(píng)定技術(shù)的創(chuàng)建與應(yīng)用

主要完成單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)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(tuán)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(huì)澤
起  止  時(shí)  間 ：2004年1月-2015年12月
獲  獎(jiǎng)  情  況 ：2017年中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科學(xué)技術(shù)成果獎(jiǎng)
內(nèi)  容  提  要：博觀而約取，勇挑動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)界基礎(chǔ)技術(shù)難題

    2017年我國(guó)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(jià)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(jià)數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。目前，該數(shù)據(jù)均不是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，而是查表或獲通過化學(xué)成分作校正，存在較大的偏差乃至誤導(dǎo)，已經(jīng)成為飼料工業(yè)隱性浪費(fèi)之首。近百年來，人們?cè)趯?shí)測(cè)飼料養(yǎng)分效價(jià)的方法上仍以動(dòng)物試驗(yàn)法為經(jīng)典方法，獲得數(shù)據(jù)的周期約需要10～15天，耗時(shí)長(zhǎng)、系統(tǒng)誤差大、精度低、可重復(fù)性差等缺點(diǎn)無法滿足現(xiàn)代精準(zhǔn)畜牧業(yè)的基本要求。因此，設(shè)計(jì)出一種科學(xué)、準(zhǔn)確、快速的飼料養(yǎng)分效價(jià)測(cè)試工具與方法是急需的，也是現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)最為基礎(chǔ)的技術(shù)支撐。

    針對(duì)飼料科學(xué)領(lǐng)域這一重大技術(shù)需求，張子儀院士在上世紀(jì)八十年代對(duì)胃蛋白酶-豬小腸液體外模擬消化法估測(cè)豬飼料的消化能值進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并聯(lián)合國(guó)內(nèi)十多家單位對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，積累了大量數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，國(guó)外學(xué)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(cè)定。但當(dāng)時(shí)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(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)材料為基礎(chǔ)，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(dòng)的方式實(shí)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(dǎo)致可重復(fù)性較差（平行樣的最大偏差達(dá)4%以上），且與動(dòng)物體內(nèi)測(cè)值的差異在5%以上，難以被行業(yè)生產(chǎn)接受。針對(duì)這一發(fā)展現(xiàn)狀，項(xiàng)目組認(rèn)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(fù)性差。發(fā)明全自動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)化、儀器化的仿生消化技術(shù)是解決上述共性技術(shù)難題的關(guān)鍵。

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

    為了實(shí)現(xiàn)對(duì)豬禽飼料養(yǎng)分效價(jià)的快速估測(cè)，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(dòng)物仿生消化系統(tǒng)（儀器），我們發(fā)明了基于單胃動(dòng)物仿生消化系統(tǒng)測(cè)定豬禽飼料養(yǎng)分效價(jià)的技術(shù)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(fù)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(chǔ)，開發(fā)了酶活性明確、高度可重復(fù)的模擬消化液試劑盒產(chǎn)品，使模擬消化液的水解能力達(dá)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(yù)處理后的保存時(shí)間、樣品粉碎粒度、清洗時(shí)間與次數(shù)，胃、小腸（前段、后段）、大腸消化時(shí)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(shè)置了仿生消化系統(tǒng)控制軟件參數(shù)98個(gè)。解析了仿生消化過程中各步驟的變異程度，檢驗(yàn)了測(cè)定結(jié)果的批間、批內(nèi)及實(shí)驗(yàn)室間重復(fù)性，達(dá)到了平均變異系數(shù)不超過1%，樣品間測(cè)定結(jié)果具有可加性。仿生消化法測(cè)定結(jié)果與動(dòng)物體內(nèi)法測(cè)定結(jié)果的相關(guān)系數(shù)在0.9以上，達(dá)到了準(zhǔn)確估測(cè)飼料養(yǎng)分生物學(xué)效價(jià)的目的。通過《單胃動(dòng)物仿生消化系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)規(guī)范》、《豬、禽模擬消化液試劑盒制備方法技術(shù)規(guī)范》、《豬飼料酶水解物能值測(cè)定技術(shù)規(guī)程》、《雞飼料酶水解物能值測(cè)定技術(shù)規(guī)程》、《鴨飼料酶水解物能值測(cè)定技術(shù)規(guī)程》、《單胃動(dòng)物仿生消化系統(tǒng)操作手冊(cè)》全面、翔實(shí)地規(guī)范了基于單胃動(dòng)物仿生消化系統(tǒng)測(cè)定豬禽飼料養(yǎng)分效價(jià)的技術(shù)體系。上述研究成果已獲得發(fā)明專利3項(xiàng)，實(shí)用新型專利9項(xiàng)，軟件著作權(quán)11項(xiàng)，發(fā)表論文48篇。

國(guó)家龍頭企業(yè)示范推廣，經(jīng)濟(jì)效益顯著

    本項(xiàng)目成果在2009年與廣東溫氏食品集團(tuán)股份有限公司（國(guó)內(nèi)最大養(yǎng)殖企業(yè)）合作開展仿生消化法建設(shè)黃羽肉雞飼料原料數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)研制了仿生消化評(píng)定飼料養(yǎng)分效價(jià)的可靠性。并基于仿生消化法建立了飼料原料理化指標(biāo)預(yù)測(cè)雞代謝能值的動(dòng)態(tài)模型30個(gè)。該成果2014、2015年為廣東溫氏食品集團(tuán)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(tuán)股份有限公司科技特等獎(jiǎng)。2012年本成果與廣東海大集團(tuán)（飼料年產(chǎn)量超過600萬噸）合作開展了仿生消化法建設(shè)櫻桃谷鴨飼料原料數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)評(píng)估了71個(gè)飼料原料的代謝能值用于飼料配方，目前廣東海大集團(tuán)的鴨商品飼料從零起點(diǎn)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(chǔ)數(shù)據(jù)的研究，在驗(yàn)證了仿生消化方法準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，開展了24類飼料原料，870個(gè)樣本庫(kù)的測(cè)定與建模，實(shí)現(xiàn)了飼料數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)更新。動(dòng)物大群試驗(yàn)證明，仿生消化法獲得的飼料養(yǎng)分效價(jià)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可為每噸料的配方成本節(jié)約20元。此外，本項(xiàng)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(quán)后，批量生產(chǎn)了第二代和第三代單胃動(dòng)物仿生消化系統(tǒng)及模擬消化液試劑盒推向我國(guó)飼料企業(yè)和科研單位。目前已在國(guó)內(nèi)29家大型國(guó)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(yīng)用，在我國(guó)飼料行業(yè)的應(yīng)用覆蓋面達(dá)到了1/3，每年為我國(guó)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(shí)，本成果可以使我國(guó)在飼料原料養(yǎng)分生物學(xué)效價(jià)大數(shù)據(jù)的獲取上節(jié)約90%的財(cái)物成本，取得良好的社會(huì)效益。

仿生消化系統(tǒng)提供對(duì)外檢測(cè)服務(wù)

指導(dǎo)仿生消化系統(tǒng)在廣東溫氏集團(tuán)的應(yīng)用