调节动物饲料中瘤胃可消化淀粉和纤维的方法和系统的制作方法
【专利摘要】测定饲料中瘤胃未消化纤维分数的系统和方法，通过从可利用的饲料来源中采样、分析采样样本以确定起始NDF值和经瘤胃消化后的终末NDF值，并根据其计算瘤胃未消化NDF分数；和利用瘤胃未消化NDF分数和分析样本的取食率计算饲料日粮。通过分析喂饲泌乳期反刍动物的日粮中的饲料组分，将所分析的结果与储存在存储器中的饲料配方相比较，该饲料配方用于控制瘤胃中纤维和淀粉消化的速度以及程度，并且基于比较结果重新配制饲料日粮，这些系统和方法降低了饲料成本或提高产乳量。纤维的消化速度可通过基于经分析饲料分数中瘤胃未消化NDF分数的测定值而得到控制。
【专利说明】调节动物饲料中瘤胃可消化淀粉和纤维的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC§ 119(e)，要求于2011年4月20日提交的申请号为61/477，467、标题为“调节动物饲料中瘤胃消化淀粉和纤维的方法和系统(Methods and Systems forAdjusting Ruminally Digestible Starch and Fiber in Animal Diets)，，的美国临时申请的优先权，通过引用该临时申请的全部内容纳入本文。
【技术领域】
本发明涉及确定 纤维和淀粉的动物饲料日粮的方法和系统，尤其是涉及通过控制瘤胃中纤维和淀粉的消化速度及程度，从而降低饲料成本或提高产乳动物的产乳量或效率。
发明概述
一种系统及方法，用于分析动物饲料中的饲料组分并将分析结果作为饲料配方计算的输入内容提供，该饲料配方计算重新配制饲料组分以达到瘤胃对淀粉和纤维组分的目标消化速度及消化程度，从而提高产乳量或效率和/或降低产乳成本。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纤维(ruminal undigested forage neutraldetergent fiber, RUNDF)，这种纤维在瘤胃中缠结成团从而减缓并限制了内容物自瘤胃中通过。
在一实施例中，通过测定饲料中瘤胃未消化纤维分数(fraction)从而降低饲料成本或提高产乳量或产乳效率的方法包括:从可利用的饲料来源中对一种或多种草料和谷物进行采样；分析所述一种或多种样本以确定起始NDF值以及经瘤胃消化后的终末NDF值；利用所述一个或多个分析样本中的起始和终末NDF值来计算瘤胃未消化NDF分数；和利用一个或多个分析样本的取食率和瘤胃未消化NDF分数并与配方目标相比较，从而计算饲料日粮。
在另一实施例中，用于改进和/或降低产乳成本的方法采用处理器分析饲料日粮的饲料组分；将分析结果与保存于中存储器的饲料配方目标相比较，其中该饲料配方用于控制瘤胃中纤维和淀粉的消化速度和程度；和所述方法随后根据比较结果来重新配制饲料日粮。
在另一实施例中，计算机执行的系统能改进和/或降低反刍动物的产乳成本。该系统为计算机处理器提供反刍动物饲料日粮中经分析饲料组分的测试结果。这种计算机处理器比较经分析的测试结果与保存于存储器中的饲料配方目标，其中该饲料配方用于控制瘤胃中纤维和淀粉的消化速度和程度。所述计算机处理器基于该比较结果重新配制饲料日粮，而重新配制的饲料日粮显示在通信偶联于处理器的显示屏上。
附图简述
图1显示了可能引起泌乳期乳牛生产的标准乳(fat corrected milk)产量变化的饮食成分。
图2A显示了泌乳期乳牛中草料NDFd含量和干物质采食量(dry matter intake)之间的关系。 图2B为一柱状图，显示了玉米青贮饲料样品的粗淀粉含量百分比的变化情况。
图2C的图表显示了泌乳期乳牛饮食淀粉含量对干物质采食量的影响。
图2D的图表显示了泌乳期乳牛饮食淀粉含量对干物质采食量的影响。
图2E的图表显示了饮食中的淀粉对标准乳的影响。
图3A是本发明方法的流程图，该方法通过调控瘤胃中淀粉和纤维的消化速度和程度，从而改进和/或降低产乳成本。
图3B显示了本发明饲料日粮计算器的截屏图，该计算器用于通过将高成本饲料组分替换为低成本饲料组分，从而降低饲料成本。
图3C显示了喂饲含相同量玉米青贮饲料的两种饲料日粮，其中，一种青贮饲料中淀粉含量增高(例如，第一个40%淀粉的青贮饲料或中间一列)，其会降低干物质采食量以及乳脂。
图4-6的图表显示了按照本发明配制的淀粉及NDF饲料以提供支持所需产乳量、饲料采食、饲料效率以及消化率水平的RUNDF水平。
图7的表格显示了本发明中，可用于改进产乳量、消化率、和/或饲料效率的瘤胃NDF消化率。
图8显示了本发明饲料配方的成本计算，其采用了图3A的方法，旨在减少玉米粒的量(细磨玉米)从而降低饲料成本。
图9的表格阐释了泌乳期乳牛的产乳量以及与其相关的RUNDF分值。
图10的表格显示了干物质采食量以及与其相关的RUNDF分值。
详述
动物饮食成分的改变如饲料组分，包括草料(例如玉米青贮饲料、苜蓿干草、小麦秸杆等)、淀粉、蛋白质和副产品以及非饮食成分的改变能引起动物，例如包括反刍动物在内的家畜的产乳量、干物质采食量、乳成份产率、能量储存、消化率以及饲料效率的改变。例如，图1显示了导致产乳期乳牛标准乳产量变化的饮食成分，其中草料、淀粉、蛋白质及副食品在产乳期乳牛标准乳产量变化的影响中共占到约65%。若不加以控制，这种变化会危及到产乳量、乳成份产量以及干物质采食量和饲料效率。为了能够有效地、经济地饲养动物，例如包括反刍动物在内的家畜，应当测定并控制这些变化的源头，从而预知动物的(产能)表现。
此外，饲料组分中淀粉和纤维的水平及其消化率影响饲料的采食。随着中性洗涤纤维的消化率(NDFd)潜力降低，干物质采食潜力也降低。图2A显示了产乳期乳牛中草料NDFd含量和干物质米食潜力之间的关系。相反地，干物质米食潜力随量也随NDFd含量升闻而升高。例如，NDF的体外消化率升高I个单位与干物质采食量增加0.37磅/天，以及每头奶牛4%标准乳的产率升高0.55磅/天相关。(Oba和Alien，1999)。对于更受饱胃限制(bulkfill limited)的高产奶牛，在产乳早期，可观察到更大的干物质采食量反应。而在较低产的奶牛中则不易被注意到。
通常，采用对粗淀粉及纤维的分析来调整饲料中的淀粉和纤维含量。对粗淀粉及纤维的分析一般不会考虑瘤胃中一定量的淀粉和纤维消化率，因此通常不会进行对纤维和淀粉的消化率分析。
然而，不考虑瘤胃淀粉消化信息，而仅采用粗淀粉推荐(量)来配制饲料，是一种无效的喂饲方法。这是因为胃淀粉消化可受许多因素的影响，如谷物来源(玉米、大麦、小麦、蜀黍等)；含水量(干燥去皮的玉米与高水分的玉米)；谷物加工(粗磨的与粉碎的)；胚乳类型；饲料中的谷物水平(20%与30%淀粉)；以及总饮食干物质采食量(低与高)。虽然有些分析方法采用体外测试来确定淀粉消化率，这些方法通常会测定总消化道消化(情况)，而不是瘤胃的淀粉消化率，或者这种测试产生不一致的结果。
淀粉消化率分析
对瘤胃淀粉消化率分析，包括体外瘤胃淀粉消化率，公开于标题为“用于在反刍动物中提高产乳量的选择性淀粉喂饲” (“Selective Feeding of Starch to Increase MilkProduction In Ruminants,”)的美国专利7, 550,172,其(与本发明)有着至少一位共同发明人大卫.威克利(David Weakley)，其内容出于所有有用的目的通过引用而全文纳入。一实施例阐述了淀粉含量在玉米青贮饲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贮饲料样品，其淀粉含量为12%-42%(图2B，Calibrate?技术实验室，2010 (Calibrate?Technology Lab, 2010)),其体外瘤胃淀粉消化情况显示为淀粉69%-93%(Calibrate?技术实验室，2010，格雷峰会，MO) (Grey Summit)。此外，该变化的分布情况还因混杂效应(hybrid effect)、生长条件以及采收管理(harvest management)等造成的差异而数年不同。瘤胃淀粉消化情况的这种变化可导致瘤胃丙酸产生的改变，而丙酸可通过“肝脏氧化理论”(Hepatic Oxidation Theory) (HOT:艾伦等,2009)所述机制影响产乳期乳牛的能量代谢以及DMI。该理论中说到的变化在朗维尤动物营养中心(LANC;格雷峰会，MO) (Longview Animal Nutrition Center)进行的研究概述中有所描述,该研究涵盖了 4750例对早期和中期泌乳的乳牛研究(图2C)。考虑到产乳天数(DM)和乳牛分组(cow parity)，由这些数据测定了 DMI和饮食淀粉百分比的关系。由图2C可见，无论是初产乳牛还是经产乳牛，在最初产乳期，DMI都不会受饮食淀粉水平影响。然而，自30到约180DM，在两组中，喂饲25%与15%(淀粉)的饲料均会抑制采食量。
饮食淀粉水平和瘤胃消化率影响(生产)表现的另一例子可见于LANC进行的对产乳早期乳牛的研究。自产乳的第4周到12周，对3个处理组中的66头乳牛喂饲淀粉水平和瘤胃消化率不相同的饲料。在喂饲3个月相同饲料O后，将乳牛改为一组低(20%)淀粉饲料或两组高(28%)淀粉饲料组。高淀粉饲料或均是细磨玉米形式的补充淀粉或将50%替换为细磨蜀黍(其具有较低的瘤胃淀粉发酵率)。当第三处理组中的一半玉米替换为处理组4中的蜀黍时，DMI提高了 1.0kg/d(2.2磅/天;P〈0.01 ;图2D)，而3.5%的标准乳(FCM)产量大幅提高了 2.6kg/d(5.7磅/d;P〈0.01 ^2E)。Oba和Allen (2003)观察到，与干颗粒相比，在饲料中提供更易发酵形式的高湿度玉米，饲料采食量降低了 8%，但仅对较高的淀粉饲料(如此)。这些研究支持了当将饲料中的干玉米替换成更多瘤胃可利用来源的淀粉，例如高湿度玉米或玉米青贮饲料后，DMI和产乳量有下降的趋势。另外，很显然，采用粗淀粉配方标准来控制瘤胃淀粉消化率变化的后果是不够的。还需要瘤胃淀粉消化率的配方标准。
纤维可消化性分析
即使采用了体外淀粉分析，纤维，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(采用体外分析或其他(方法))，也未将NDFd和/或RUNDF的瘤胃消化率用于配制饲料日粮。
然而，(研究)发现，瘤胃NDFd和RUNDF也能够影响饲料效率、消化率、采食量和产乳量。 关于饮食中NDF消化率和乳牛(产乳)表现之间关系的一份经常被引用的标准来自于Oba和Alien (1999)的数据总结。相关数据来自于13组文献报道的草料对比，其总结为:中性洗涤纤维(NDF)消化率(通过体外或原位测定)增加一个(I)百分比单位导致DMI增长0.37磅以及标准乳增长0.55磅。该作者进一步观察到这种关系局限于高产的动物，而这些动物则更可能因达到饱胃限制而表现出采食抑制。最近的文献报道了基于11份玉米青贮饲料对比而对这种关系作的进一步评估，显示了体外NDF消化率每增加一个(I)百分比单位导致DMI增长0.26磅以及4%标准乳增长0.47磅(IVNDFD ；0ba和Alien，2005)。
然而，对于喂饲高IVNDFD草料造成的DMI增长导致消化道中饲料滞留时间减少，其代价是饲料消化率和潜在饲料效率降低。在一项研究中观察到了这种关系，该研究在含有40%玉米青贮加或不加3%小麦秸杆(见研究2，表9)的饲料中喂饲3种混合玉米青贮饲料。虽然加入小麦秸杆降低了配方饲料的能量密度，但在所有3组混合喂饲组中，均能在后续测试到干物质(DM)的体内消化率有3%(P〈0.05)的增长(表I)。此外，含秸杆的饲料的NDF消化率也有提高(P〈0.04，表I)。推测这两个观察结果的原因是加入秸杆增加了饲料在瘤胃中的滞留时间，而DMI未受明显影响。
这就提示了可能会有一个消化NDF的最佳量，在其之上则采食量受饱胃限制，在其之下则采食量能够上升，但其代价可能为消化率的下降以及随之而来的饲料效率下降。这与Mertens博士最近再论的NDF-能量摄入体系(2009)相一致，他认为，在饱胃限制和能量需求曲线相交的各产乳量水平可以有一种独特的饮食NDF方案。每个方案规定了最大程度提高饲料中DMI和NDF (以及草料)的NDF水平。Mertens (2010)还提到虽然可根据NDF消化率的差异微调最佳NDF水平，但改变粗NDF所获得的效果比改变NDF消化率的效果要大2_3倍。然而，也有争议认为，在实际情况中，当饮食NDF在高产的乳牛中达到最大摄入潜力时，NDF的消化率则变得更为重要。
例如，可对总消化道NDF消化率进行测定来用作配制饲料日粮，如下述。此外，下述的研究I显示了在反刍动物中，采用RUNDF作为乳牛生产能力的评估手段从而改进饲料和NDF消化率。
在瘤胃中，RUNDF团块(如未消化的纤维)的作用好比是瘤胃内容物的过滤器。在团块下，未消化的营养物质流体自瘤胃中转运出。正常的团块可选择性地将内容物保留在瘤胃中从而对消化率、饲料效率和产乳量有利。较小的团块使液体通过瘤胃的转运速度较快，导致了饲料效率较低(如较高的采食量)以及瘤胃消化率较低。较大的团块使液体通过瘤胃的转运速度较慢，从而使淀粉、纤维和其他饮食营养物质的瘤胃消化率较高。较大的团块还会由于纤维对瘤胃壁产生更大压力从而使反刍动物减少进食。然而，瘤胃消化率水平较高时，瘤胃内消化了过多的淀粉导致能量分布向体内脂肪堆积、干物质采食降低以及NDFd降低偏移，这些会造成产乳量的下降，甚至还可能由于丙酸或其他挥发性脂肪酸过量产生而可能出现酸中毒，从而使乳牛出现问题。因此，应该可能通过选择性控制饲料中以及接下来瘤胃中的瘤胃未消化NDF(RUNDF)，以控制淀粉和其他饮食营养物质的瘤胃消化。
表I显示了与瘤胃已消化草料(如NDFd)百分比目标相比，RUNDF百分比目标对草料质量的改变的反应更大。
【权利要求】
1.一种测定饲料中瘤胃未消化纤维分数以便降低饲料成本或提高产乳量或产乳效率的方法，所述方法包括: 从可利用的饲料来源中对一种或多种草料和谷物进行采样； 分析一个或多个所述采样样本以确定起始NDF值以及经瘤胃消化后的终末NDF值； 利用一个或多个所述采样样本的起始和终末NDF值来计算瘤胃未消化NDF分数；和利用瘤胃未消化NDF分数以及一个或多个所分析样本的取食率并与配方目标相比较，从而计算饲料日粮。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，经计算的瘤胃未消化NDF分数包括一指示值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述指示值是基于将所述瘤胃未消化NDF分数与一指示系统相比较而确定的，所述指示系统与一组先前分析的草料和谷物的已知NDF体内消化率值具有线性关系。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当瘤胃NDF消化率低则所述指示值是一较低的数值，而瘤胃NDF消化率高则所述指示值是一较高的数值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分析采样样本包括利用一个或多个快速测试，包括体外分析和体内分析。
6.如权利要求1所述的方法，还包括: 分析一个或多个所述采 样样本，用于确定起始淀粉值以及经瘤胃消化后的终末淀粉值； 采用所述一个或多个经分析样本的起始和终末淀粉值，来计算瘤胃淀粉消化率；和 利用所述一个或多个经分析样本中的瘤胃消化率来计算饲料日粮。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，经计算的瘤胃淀粉消化率包括一指示值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述指示值是基于将经瘤胃消化的淀粉分数与一指示系统相比较而确定的，所述指示系统与一组先前分析的草料和谷物的已知淀粉体内消化率值具有线性关系。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当瘤胃淀粉消化率低则所述指示值是一较低的数值，而瘤胃淀粉消化率高则所述指示值是一较高的数值。
10.降低反刍动物的饲料成本或提高反刍动物的产乳量的方法,包括: 分析饲料日粮中的饲料组分； 将分析的结果与计算机存储器中储存的饲料配方目标相比较，该饲料配方用于控制反刍动物瘤胃中纤维和淀粉的消化率和消化程度；和基于比较结果，利用处理器重新配制饲料日粮。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的饲料日粮包括纤维组分，所述的纤维组分基于目标为瘤胃的瘤胃未消化草料NDF的量而计算。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的饲料日粮包括基于提高反刍动物产乳量而计算的纤维组分和淀粉组分。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的饲料包括基于节省成本而计算的纤维组分和淀粉组分。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的饲料日粮包括为提高干物质采食和能量摄入而计算的纤维组分和淀粉组分。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的饲料日粮包括基于提高消化率和饲料效率而计算的纤维组分和淀粉组分。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述重新配制的饲料日粮包括基于提高饲料的能量密度而计算的纤维组分和淀粉组分。
17.用于降低反刍动物的饲料成本或提高反刍动物的产乳量的计算机执行系统，包括: 将对反刍动物饲料日粮的饲料组分分析的测试结果提供给计算机处理器； 利用计算机处理器将经分析的测试结果与储存在存储器中饲料配方目标相比较，该饲料配方用于控制瘤胃中纤维和淀粉的消化速度和消化程度；和根据比较结果，利用计算机处理器重新配制饲料日粮；和将经重新配制的饲料日粮提供给与处理器通信偶联的显示器。
18.如权利要求17所述的系统，还包括在喂饲重新配制的饲料后分析乳成分。
19.如权利要求18所述的 系统，还包括基于乳成分分析重新配制饲料日粮。
【文档编号】A23K1/18GK103596448SQ201280019572
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年4月20日 优先权日:2011年4月20日
【发明者】D·C·威克利 申请人:福雷吉遗传国际有限公司