配合饲料的配方设计

二、配合饲料的配方设计

（一）饲料配方设计的原则和依据

1．依据

（1）依据养殖对象的营养需要和饲料营养标准。一是饲养标准：是根据动物的不同种类、性别、年龄、体重、生理状态、生产目的与水平，科学地规定一个动物每天应给予的能量、蛋白质及其他养分的数据，这种规定的数量标准，称为饲养标准，包括动物营养需要量标准和饲料营养成分与营养价值表两部分。二是营养需要（或营养需要量）：指动物在适宜环境条件下，正常、健康生长或达到理想生产效果时对各种营养物质种类和数量的最低要求。营养需要是一个群体平均值，不包括一切可能增加需要量而设定的保险系数。进行配方设计时，应在营养需要中规定的营养定额基础上，根据具体情况考虑一定的保险系数。这些具体情况包括原料中某种营养成分含量虽高，但利用率低下；加工中某些营养成分的损失；养殖环境条件不理想，密度过大、水质恶化等。

由美国国家科学研究委员会（NRC）制定的各种动物的营养需要目前在世界上具有较大的影响。它包括温水鱼类、冷水鱼类、甲壳类等动物的营养需要。这些营养需要中列出了多种养殖鱼、虾对蛋白质、必需氨基酸、必需脂肪酸、常量矿物质元素、微量矿物元素等营养素的需要量。

目前我国尚未制定系统完善的水产动物营养需要，但制定了某些水产养殖品种的配合饲料标准，给一些水产饲料的主要营养素含量和检测方法做出了规定。己颁布的水产配合饲料标准主要有鲤鱼、草鱼、尼罗罗非鱼、鳗鲡、中国对虾、中华鳖、真鲷、牙鲆、虹鳟等的配合饲料标准。更多的正在制定中。这些饲料标准均为中华人民共和国水产行业标准，由农业部批准执行。与NRC的营养需要相比，我国的水产饲料标准主要对饲料产品的粗蛋白、粗脂肪、灰分、粗纤维、含硫氨基酸、赖氨酸、总磷、总能等做出了规定，对维生素、矿物质、必需脂肪酸及其必需氨基酸则只提出了推荐值。

（2）依据不同种类和不同生长阶段水产动物的消化生理特点。鱼虾营养与畜禽营养存在许多差异（对能量的需要量低，对蛋白质的需要量较高，为畜禽的2～4倍；对糖类的利用率低；所需的必需脂肪酸种类与畜禽也有不同；鱼虾通常不能合成维生素C，对维生素B₆、维生素E等的需要量较高；能从水体环境中吸收钙，故钙源原料在水产动物营养中的相对重要性不及畜禽；合理选用磷源原料尤为重要，通常以磷酸二氢盐的利用率和经济性较好），故在配方设计和原料选用时需特别加以注意。

不同种类的水产动物，其食性不同，具有不同的消化生理特点；鱼虾类处在不同的生长阶段，年龄、个体大小不同，对营养和饲料的要求不同，所以，应当结合水产动物的品种和生长阶段的特点，有针对性地在众多原料中合理选用，在保证饲养效果的前提下，降低成本，取得良好经济效益。如草食性、杂食性鱼类的蛋白源饲料应以植物性蛋白质为主，结合少量动物性蛋白质，其配方中粗纤维、无氮浸出物的含量可适当提高；肉食性鱼类则应动物性蛋白质为主，并保证质量。棉子饼粕、菜子饼粕在草食性和杂食性鱼类的饲料中可大量使用，在某些成鱼饲料中的用量可达40%～50%，在肉食性鱼类的饲料中只能少用，一般不宜超过10%。在水产动物的幼小阶段，对蛋白质、维生素等的需要量较大，因其消化功能发育尚不完全，应尽可能采用优质、高消化率、高利用率的原料。

（3）依据饲料原料的营养成分及其特性。进行配方设计，必须掌握所用原料的营养成分及其特性。我国己建成较为完善的饲料数据库，大部分常用饲料原料的营养成分含量均可从中获得；由于实际条件的千差万别，有条件的厂家，最好能自行测定每批原料的主要营养成分。

《中国饲料数据库》中列出了主要营养成分含量，这些营养成分总含量的数据对于畜禽、水产饲料均适用，但其中的有效能、有效氨基酸等数据则只适用于畜禽。目前我国尚缺乏一套针对水产动物的有效营养成分数据。

饲料原料的特性除包括其营养成分含量外，还包括加工特性、适口性、有毒有害物质含量、配伍特性等。如菜（棉）子饼粕、麦麸、草粉等原料，CF含量较高，结构疏松，不利于制粒，若在草食性鱼类的饲料中应用了较多的上述原料，则应结合使用一定量的淀粉质原料，以提高颗粒饲料的黏结质量。也可考虑添加适量膨润土以增加颗粒黏结性和稳定性。鳗鱼、甲鱼使用粉状饲料，使用时再调成面团状，因此必须使用CF含量低的原料，并选用较好的α淀粉。

（4）依据饲料原料的供应状况及成本。根据实际情况灵活掌握，可能结合使用当地的饲料资源（较新鲜、易于运输、价格便宜）；多种饼粕类原料间具有较高的可替代性，玉米、小麦、大麦等谷实类在一定范围内也有可替代性。

2．原则

配方设计时应遵循科学性、实用性、经济性和安全性原则。

（1）科学性。饲料配方的技术在于把养殖动物对营养素的需要量，化作各种原料和添加剂的配比。因此，其科学性不仅表现在营养成分的种类和数量方面，更表现在对各种饲料原料特性的认识方面，表现在合理选用各种原料，调整各种原料之配伍关系，平衡各种营养成分之错综复杂的关系，使在一定成本下的原料组合（配方）起到最好的作用。

（2）实用性。即设计的饲料配方在养殖生产中要用得起，用得上，用得好。要做好这一点，必须对饲料资源状况和市场情况做充分的调查和了解。饲料资源状况包括饲料品种、数量、营养价值、供应季节、价格成本等诸多方面。市场情况则包括使用配合饲料的各养殖场、养殖户的生产水平、饲养方式、养殖对象、环境条件、特殊需要等方面。

只有根据供方（原料供应）和需方（养殖需求）的具体情况，进行系列配方设计，生产出质优价廉的各种配合饲料，并做好售后服务和信息反馈，随时加以修正，解决实际生产中的问题，才能体现出配方设计实用性的价值。

（3）经济性。水产饲料生产是一项经济活动，其产品为配合饲料，被养殖户和养殖场用于饲养水产动物，因此用于生产的饲料配方必须在经济上合理，才能使饲料生产企业和养殖企业均有经济效益，促进饲料工业和养殖业的共同发展和进步。经济性原则要求根据原料的供应状况及其成本进行饲料原料的选择。

（4）安全性。安全性是第一位，没有安全性作前提，也就谈不上科学性、实用性和经济性。我国已经颁布了一系列法规、法令，以保证饲料原料、饲料产品和养殖动物产品的安全性。所有饲料加工生产企业和养殖企业必须遵照执行。水产饲料配制过程中应执行的有关安全卫生方面的法规、法令有：《食品动物禁用的兽药及其他化合物清单》（农牧发［2002］1号）、《饲料卫生标准》（GB13078－2001）、《无公害食品·渔用药物使用准则》（NY5071－2002）、《无公害食品·渔用配合饲料安全限量》（NY5072－2002）。

（二）饲料配方的设计方法

这里介绍利用Excel线性规划设计饲料配方的方法。线性规划法是目前应用最广泛的一种优化饲料配方技术。线性规划最低成本配方的优化结果是产生一个满足约束条件的最低成本配方，它受原料的营养成分、约束条件值（配方营养素水平）、原料价格等的影响。目前，大型专业饲料公司己使用计算机和专用的饲料配方软件进行配方。但专用的饲料配方软件价格不菲，因此，在小型饲料厂和一般养殖场的应用并不普及。现在有可能只要安装了Excel　2003的电脑就可以通过计算机运用“线性规划求解”求解饲料配方。利用它的行和列的形式组成区域，在区域内记录数据信息，组成数据库，且可对数据进行统计和分析，获取有效信息。同时，运用线性规划实现日粮配方，方法简单、快捷、准确、方便。

1．饲料配方设计要求

（1）优化配方设计目标。动物生产的经济效益主要取决于饲料。饲料品质的好坏，成本的高低直接影响动物生产的经济效益。而饲料配方是配合饲料生产的核心，要优化配方设计，必须同时解决以下三个问题：①营养需要问题，满足营养标准就是线性规划求解的主要约束条件之一，即营养性限制；②合理组合原料，不同原料的合理搭配，才能满足动物的营养需要，是约束条件之二，即原料性限制；③价格最低，在符合条件①、②的基础上，采用成本最低的原料配比就是求解的目标，即最低成本目标函数。

（2）数学模型。优选最佳饲料配方的数学原理是线性规划法，就是求某一目标函数在一定的约束条件下的最大值或最小值。约束条件和目标函数均可用线性方程组或线性不等式表示。线性规划最低成本配方优化的数学模型可表示为：

aij（i＝1，2，∧，m；j＝1，2，∧，n）为技术系数，即各种原料相应的营养成分；

b1，b2，∧，bn为约束值，即配方中应满足的各项营养指标或重量指标；

C1，C2，∧，Cn为成本系数，即每种原料的价格系数；

m为约束条件个数。

（3）饲料配方。以蛋鸡为例，计算优化饲料配方。首先查出蛋鸡的饲养标准和中国饲料成分及营养价值表2002年（第13版），其次查出各种饲料原料的市场价格，最后对有些饲料原料的用量作出相应的限定。按图1的样式将对应的内容填入Excel 2003单元格内。

图2－2中B3至M16是aij值；N3至N16是对应于初始值时，线性方程组左侧的值；O3至O16是bi值；B17至M17是Cj值；B18至M18是给定的初始值（初始值均给定为1）；N17是给定初始值时的目标函数值（S），xj在表格中不占用任何单元格。N3至N17格中的公式是同行左侧B列至M列与B18至M18对应格乘积之和。如在N3格中输入“＝B3＊＄B＄18＋C3＊＄C＄18＋D3＊＄D＄18＋E3＊＄E＄18＋F3＊＄F＄18＋G3＊＄G＄18＋H3＊＄H＄18＋I3＊＄I＄18＋J3＊＄J＄18＋K3＊＄K＄18＋L3＊＄L＄18＋M3＊＄M＄18”，然后把光标放在N3格右下角位置上，等光标变成“＋”时往下拖动至N17上，这样从N3至N17格都输入了相应的公式。

图2－3　“规划求解”对话框

线性规划求解：往Excel电子表格上输入完数据及公式以后，就可以利用其工具栏中“规划求解”功能开始求解，步骤如下：选中“工具”菜单，选中“规划求解”命令，出现“规划求解参数”对话框（图2－3）；在［设置目标单元格］编辑框中，输入目标单元格的名称＄N＄17，然后点击［最小值］选项；在［可变单元格］中，输入＄B＄18：＄M＄18。

在［约束］窗口中单击添加按钮，产生“添加约束”对话框（图2－4），在［单元格引用位置］和［约束值］输入栏中输入约束条件。如本例在［单元格引用位置］上先输入＄N＄3：＄N＄8；然后选择下拉窗口中的“＞＝”；接着在［约束值］上输入＄O＄3：＄O＄8，点击添加按钮，继续添加约束条件：＄N＄9：＄N＄10＜＝＄O＄9：＄N＄10；＄N＄11＞＝＄O＄11；＄N＄12＜＝＄O＄12；＄N＄13＞＝＄O＄13；＄N＄14：＄N＄15＝＄O＄14：＄O＄15。输完约束条件以后关闭窗口，回到“规划求解参数”窗口。

图2－4　“添加约束”对话框

点击选项按钮，进入“规划求解选项”对话框（图2－5），选中“采用线形模型”、“假定非负”、“正切函数”、“向前差分”、“牛顿法”，然后点击确定按钮，回到“规划求解参数”对话框；单击求解按钮，开始计算，进入“规划求解结果”对话框（如图2－6），在该对话框中可以作以下的选择：保存规划求解的结果或恢复为原值。

图2－5　“规划求解选项”对话框

在本例中选择默认的选项“保存规划求解的结果”，在“报告”中根据需要选定计算结果报告（运算结果报告、敏感性报告、极限值报

图2－6　“规划求解结果”对话框

告）。需要说明的是：线性规划的求解结果要么有最优解，要么给出参考配方（无最优解时）。所谓最优解就是满足所有约束条件（包括营养指标和配比限制条件）的最低成本配方。参考配方是指最优解不存在时，仍然存在一个最接近理想的配方，它的成本是最低，但是所有的约束条件没有同时满足，但该参考配方仍然具有一定的参考价值，因为该结果往往是可以应用的。

打印规划求解结果通过以上步骤，就可求出一个蛋鸡料的最优配方（不一定饲养效果最佳）。可见，利用Excel的“规划求解”可以筛选出最优的配方，这样给动物营养设计师们的工作带来极大的方便，既提高了工作效率，又提高了配方质量。

最后，对运行结果进行分析，即主要是分析运算结果报告。在此报告中，我们可以看到求得的饲料配方成本、最优配方以及约束条件满足状况，其中“型数值”指求解值与限定值之间的差距，在无法求得最优解时，我们据此可以适当调节约束条件。

（三）预混合饲料配方设计

1．矿物质预混料配方设计

（1）矿物质元素添加量的确定。①常量元素添加量的确定：一般是从饲养标准中规定的需要量减去所用饲料中的实际含量之差作为添加量；②微量元素添加量的确定：微量元素在饲料中添加量很少，在基础饲料中变化较大，其生物学效价常有变化，在生产中很难做到现用现测，按成分表间接计算误差也很大。所以普遍将饲料标准中规定的微量元素需要量作为添加量，而将其占基础饲料中的重量忽略不计；另外还要考虑元素间的比例平衡和某些微量元素的特殊用量。在安全倍数小，设备和工艺达不到均匀混合的情况下，要适当减少用量以保证安全。

（2）矿物质元素添加剂的配方设计。①根据饲养标准确定微量元素用量；②微量元素原料的选择：要根据原料、生物学效价、价格和加工工艺的要求综合考虑进行选用。载体多用沸石或含钙的石灰石；③根据原料中微量元素的含量和预混料中的需要量，计算在预混料中的各微量元素所需商品原料量；④计算载体用量。

2．维生素预混料的配方设计

（1）添加量的确定。饲养标准中维生素的需要量往往是最低需要量，它是用以预防或纠正动物发生维生素缺乏症的下限量，并非最佳添加量。因为，此量未考虑动物最大生产性能的发挥，也未考虑应激等状态的添加。通常是将基础饲料中的含量作为安全用量，不加计算。而以饲料标准中规定的需要量作为添加量，并考虑其他一些造成损失的因素，增加10%的安全系数进行计算，并且还要考虑价格和经济承受能力，所以添加量往往并非饲养动物的最佳营养需要量。

（2）载体的选用。载体的质量对维生素的稳定性有很大的影响。选用时除考虑其质量外，还应考虑水分含量，以不超过5%为宜。从价廉及分散均匀性看，麸皮、脱脂米糠作为载体为最好。

（3）包装与贮存。可选用多层铝塑袋，在装入后立即抽空热封。贮藏不宜超过25℃，最好不要放置时间过久。