隨著畜牧業現代化生產進程的加快，為達到最大經濟效益，實現行業可持續發展，如何優化畜禽飼料配方設計備受關注，成為了飼料生產企業的核心技術。飼料是動物生產的物質基礎，飼料成本通常占養殖成本的70%~80%[1]，因此，降低飼料成本是提高整個養殖業經濟效益的重要環節。設計精準營養配方是飼料企業在激烈競爭中獲勝的關鍵，也是“配方師”價值在產品中的體現。
“精準營養技術”建立在“互聯網+”這個大數據時代，它通過對飼料原料的全數據分析[2]，可以使飼料潛在的營養價值得以充分挖掘，從而使動物精準營養配方成為可能;通過精準營養配方設計，大量非常規飼料原料在養殖業中得以廣泛應用，從而降低飼料成本和養殖成本，減少營養物質的排泄，減輕養殖給環境造成的壓力。
1 精準營養技術
“精準營養技術”是動物營養界近幾年提出的新概念[3]，精準營養即飼養精準化，是以飼養群體中每個個體的年齡、體況、生長環境等方面不同為基礎，準確分析個體對營養物質的需要，在日糧中提供最佳的營養物質成分、數量比的飼養技術。“精準營養技術”是動物處于正常的生理代謝前提下，通過改變日糧組成，充分挖掘飼料中潛在營養成分，使其被動物吸收利用最大化，從而降低養分流失，節約飼養成本，減輕養殖環境污染問題的有效方法。
“精準營養技術”主要包含五大要素：①飼料原料中各營養物質的精確評定，建立養分數據庫;②準確分析不同動物或同一動物不同階段的營養需要量，確定營養需要標準;③設計平衡日糧配方，適當調整動物對某一營養物質過量或不足;④依據群體中每個個體的營養需要標準相應地提供最佳營養成分、數量比的精準日糧;⑤根據動物營養需要量、原料價格、畜產品質量要求、環境等因素確定的綜合指數對配方進行調整。精準營養技術適用于飼養的所有動物類群。
2 精準營養技術的應用現狀
作為飼料行業追求的目標，精準營養技術一直在動物養殖業長期的探索與實踐中不斷完善。在畜牧業發達的國家，精準營養技術應用比較廣泛，并取得了良好的效益。我國在畜禽飼料配方優化設計中仍然存在諸多問題，精準營養技術尚處于探索和發展階段。
在養豬方面的調查顯示，我國5%的養豬戶采用泔水為主，搭配一些配合飼料的喂養模式;有10%的養殖戶不購買標準的預混料，用一定量的礦物質(碳酸鈣、磷酸氫鈣等)，搭配當地購買的玉米、豆粕、麥麩等按一定比例粉碎混合后飼喂;有30%的養殖戶外購原料和預混料，按配方加工制成配合飼料，以粉狀料飼喂;有30%的養殖戶直接外購公司的全價配合飼料(顆粒狀)飼喂;還有25%是規模較大、飼料加工設備配套完善的企業、由企業“配方師”及科研團隊設計的全價營養均衡配合飼料(顆粒、粉狀或餅狀)飼喂，這些飼養模式對階段性精準營養劃分還不夠清晰，沒有達到精準營養配方制作的發展目標[4]。某些種豬繁殖場公豬、母豬飼料不分品種，均飼喂同一種料;后備母豬飼料不作階段性劃分，生長前期、妊娠前后期、哺乳期均飼喂1~2種料;還有分階段飼養的豬場換料不講過渡，突然換料引起豬應激反應等。這些均不符合“精準營養技術”5大要素所要求的做法。
近年來，在國家環保政策的影響下，飼料工業、養殖行業發生了巨大變化，越來越向規?；?、專業化、科學化方向發展，隨著精準營養概念的提出，各企業、養殖戶開始向“精準營養技術”邁進，特別是在飼料配方優化設計方面應用不斷深入，也更加廣泛。
3 精準飼料配方設計的原則
3.1 安全合法原則
選擇飼料原料應以安全為本，沒有安全性為前提，就談不上營養性。飼料原料的安全性首先要求原料本身對動物是無害的，根據精準飼料配方設計出來的配合飼料對動物是安全的，同時所生產的畜禽產品對人體是安全的，因此，必須對飼料原料進行安全性評價，不使用發霉、變質的原料，嚴格控制有毒有害物質原料使用量，如棉籽粕、菜籽粕的用量，避免微量元素中重金屬元素超標，合理使用飼料添加劑，不使用違反規定的藥物，保證動物和人類不受影響。飼料配方設計必須遵守國家有關飼料生產的法律法規，如《飼料和飼料添加劑管理》條例、《飼料原料目錄》、《飼料添加劑安全使用規范》等，禁止使用“目錄”以外的原料，確保飼料產品的安全性和合法性[5]。
3.2 營養均衡原則
營養平衡是指飼料中營養素種類、數量比例能滿足不同動物或同一動物不同生理階段的營養需要，從而保證動物機體正常繁殖和健康生長。精準營養配方飼料不僅強調營養素水平之間的平衡，如能量與蛋白質之間，必需氨基酸與非必需氨基酸之間的平衡，而且重視原料來源不同造成的營養源之間的差異，如蛋白質可來源于植物性飼料和動物性飼料，礦物質分為有機源和無機源;同時注意了營養源組合加工之間的差異，不同的營養源可能存在拮抗和促進作用，如作為能量源的小麥與酶制劑同時添加，能提高小麥的有效能值。
3.3 生理適應性和經濟性原則
飼料原料的選擇、精準營養配方設計應與動物不同生理階段的消化生理特點相適應，飼料本身的適口性直接影響采食量。如菜粕適口性較差，作為日糧原料使用，配比過高會降低采食量，若與豆粕、棉粕合用，則可以改善適口性，使各種原料中營養物質充分互補，提高日糧的有效營養價值。良好的加工工藝可大幅度提高飼料品質，減少加工過程原料中維生素、礦物質等養分的損失，還可增強其適口性，提高消化率[6]。好的飼料配方不但應滿足畜禽營養最適生理需求，而且所使用的原料成本應盡量降到最低，應符合經濟性原則。
3.4 畜禽產品高品質及環保原則
畜禽產品的高品質是養殖業追求的終極目標，是保證我國養殖業可持續發展的立足點。長期以來，由于養殖業對畜禽生長速度、產蛋率、飼料轉化率和瘦肉率過度追求，導致了畜禽產品品質下降[7]。
因此，現代畜禽飼料配方設計要滿足動物營養需要、均衡元素比例、價格最低三個條件基礎上，也要進一步追求畜禽產品的高品質，可以說，在未來的畜禽養殖行業當中，綠色畜禽產品將是未來主要的發展方向。同時精準飼料配方設計應把畜禽生產是否會造成環境污染作為重點關注，從而維持生態環境可持續發展。
4 精準飼料配方設計的步驟
4.1 明確設計目標動物
進行精準配方設計時必須明確設計出來的配合飼料飼喂的目標動物，首先要全面分析目標動物的品種、性別、處于什么樣的生理階段，以及明確飼料配方的預期目標值，然后選用相應的飼養標準，如 60~90 kg體重的瘦肉型生長育肥豬平均日增重(ADG)應達800 g《豬飼養標準，NY/T65—2004》，同時使出欄豬豬肉肉色、風味、嫩度、多汁性和系水力等富有人文色彩的豬肉品質方面有所提高;其次，應考慮飼料產品定位問題，明確產品檔次與市場競爭力。
4.2 確定精準營養標準
飼養標準是根據大量重復的科學實驗和生產經驗累積的結果，飼養標準是精準配方設計的首要依據。隨著畜牧行業專業化和現代化進程加快，飼養標準可根據實際條件進行必要的調整。
首先要根據目標動物的品種、性別、處于什么樣的生理階段及明確飼料配方的預期目標值，其次要考慮氣候季節、溫度、濕度、環境因素(地域因素)、加工過程等因素帶來的影響，科學地規定出每頭(只)動物每天需要供給的最佳營養物質成分、數量比的日糧。目前，不同的國家有各自的飼養標準，應結合自身的特點準確選用。確定飼料的營養水平時不可能滿足全部指標，應有重點地進行篩選，由于各類因素之間的影響，不同動物對營養素需要的優先度不一樣，因此，在設計時應注意先后次序。
如設計家禽飼料配方時，各種營養素中以能量和蛋白質最為優先考慮，礦物元素和維生素次之;設計家畜飼料配方則應把蛋白質優先考慮，然后考慮能量、礦物元素、維生素、纖維素等。不同的畜禽，使用能量單位的表示方法不同。通常豬使用的是消化能(DE)，而采用凈能體系相對于消化能體系、代謝能體系具有獨特優勢，凈能系統可提供最接近真實的可為動物的維持和生產利用的能量值;設計精準營養配方可通過平衡必需氨基酸的組成來降低粗蛋白質水平，解決當前蛋白資源緊缺的問題，達到降低生產成本、改善豬肉品質、減少N排放的目的[8]。同時要注意，任何一個營養標準，都是在特定條件下為特定目標而設定的。例如，美國NRC(2012)是以瘦肉型豬為模型的營養標準，目標是追求育肥豬的生長速度快，料肉比低，所以NRC這一標準不一定適合我國本地品系豬。
4.3 選擇最佳飼料原料
不同的動物以及動物不同的生長階段，對原料都有不同的要求，選擇最佳的飼料原料也是做好配方的關鍵步驟。幼齡動物消化系統尚未發育成熟，選擇原料時要注意其與消化系統的適應性。如設計斷奶仔豬日糧時，所用原料應選擇易于仔豬消化、適口性好，使用膨化大豆能有效避免仔豬發生的腹瀉問題。飼料原料全數據分析不但能獲取原料的營養成分，也能分析非營養成分及抗營養成分含量。選擇最佳的飼料原料，我們可盡量利用當地資源充足、營養豐富且價格較低的原料。
4.4 原料營養素精準取值
配方設計過程中原料營養素精準取值至關重要，這關系到所設計的精準營養配方是否能滿足實際生產的需要，取值可以參考《中國飼料成分及營養價值表》，最新版本為2017年第28版[9]，該版本是在1990年第一版到2016年第27版的基礎上，結合國家重點實驗室自主研究課題，參考美國NRC(2012)發布的《豬營養需要》、法國飼料數據庫、德固賽AMINODat5.0等數據基礎上修訂的，除繼續完善了飼料成分與營養價值數據外，對部分發布過的生物學效價數據再次進行了補充與完善。通過查閱最新的飼料原料營養價值表，確定所選原料各養分含量。在此基礎上，還應考慮如何對飼料營養成分進行評定，取值最符合精準營養配方的要求。同一原料，由于品種、產地、品質、級別等不同，其實際營養成分也往往不同，設計配方時盡量選擇條件相近的作參考。在沒有把握選用現有數據時，應以實測值為準[10]。
4.5 選擇合適的配方計算方法
飼料配方設計的方法比較多，常用的有傳統手算法和現代計算機運算法[11-13]。手算法包括試差法、對角線法和代數法等，手算法計算配方有它的局限性，即過程繁瑣，計算量大，需要豐富的實踐經驗與較強的專業知識，往往經過反復計算才能得到結果，且無法得出最佳配方。隨著計算機大數據在飼料配方生產中的應用的越來越普及，大型飼料生產或養殖企業多使用飼料配方軟件，這些軟件價格較高且較難與該企業生產實際結合，在中、小型養殖場應用很少。應用計算機技術、運籌學及線性規劃方法，通過大數據設計配合飼料配方時，將動物對各營養素的最適需要量和飼料原料的營養成分及價格作為已知條件，把滿足動物營養需要量作為約束條件，再把最低飼料成本作為配方設計的目標函數。這種方法也是目前應用最廣泛的飼料配方設計方法。
5 個性化飼料配方的精準設計理念
“精準營養”也稱為個性化的營養，是最近幾年養豬界熱議的話題。個性化定制精準飼料配方能降低高達10%飼料成本，面對養豬業低迷的市場行情，節約飼料成本助推了精準營養理念在不同飼料公司、養殖企業的推廣應用。“精準營養”其實跟中醫的“辨證施治”類似，根據不同情況設計個性化飼料配方。
首先，不同品系豬的營養需要不同，以美系、丹系母豬為例，兩個品種代表著兩類育種方向。丹系母豬繁殖性能優良，但抗應激能力較差，在飼料配方中應重視滿足繁殖方面的營養，因此氨基酸能量比、礦物質和維生素含量要相應提高，同時要特別注意環境改變帶來的應激和夏季熱應激時的營養調控;而美系母豬由于體格較丹系大，背膘較厚，鈣、磷等礦物質需要量較大，不同階段營養攝入與丹系豬差異較大。美系、丹系豬與中國地方豬相比更是差異較大。不同階段豬對營養需求也有較大差異，要綜合營養濃度、采食量等指標來精準設計階段性飼料配方。不同地域環境和飼料管理條件不同，營養需求也不同，如豬舍內有沒有控溫控濕措施、欄舍內飼喂器的不同、飼喂方式(限飼或自由采食)的不同、以及飼喂階段劃分的不同，均對營養需求有較大差異。
其次，個性化精準飼料配方需做好原料數據庫的準確評價，如豬場主要原料玉米，根據不同產地、不同玉米種類、不同季節水分含量的變化、玉米能值等差異，全面評估后合理使用，同時要將原料的加工方式，如制粒和調質過程中原料的互作性變化作為考量因素，最后根據確定好的綜合指數設計出最佳個性化飼料配方。
6 精準飼料配方設計注意事項
6.1 注意原料的實際營養成分準確評定飼料原料所含實際營養成分是做好精準營養配方的關鍵。不同的原料由于產地、環境、收獲時機、加工、貯運方式、水分、霉變程度等的不同，其營養成分也會存在很大差異。因此，在設計配方時，可以參考《中國飼料成分及營養價值表》(第 28 版，2017)，再結合原料實測結果來調整相應營養成分。
當然，應注意行業所發布的營養價值表最新版本，使原料營養成分取值盡可能達到精確。
6.2 注意某些原料的限量使用
按照確定的飼養標準所規定的需要量來設計配方時，由于某些原料中含有抗營養成分或有毒物質，如棉籽粕中含有游離棉酚，不但對動物有毒，還能與賴氨酸結合，從而影響蛋白質的營養價值;魚粉、米糠等會導致體脂肪軟化，從而影響肉質，因此這些原料要限量使用[14]。不同原料之間營養成分搭配，也可能發生互補和拮抗而限量。因此，要根據畜禽品種、生長階段等不同來確定某一原料以及添加劑的用量。
6.3 注意選用指標的系統性和配套性
“營養需要量”是裝載動物營養研究成果的“卡車”，營養需要指標的多少、深度體現著一個國家、一個時代動物營養研究的水平。以“豬營養需要”(NRC，2012)為例，美國 NRC(2012)中分別列出了回腸標準可消化氨基酸和回腸表觀可消化氨基酸數據。在進行精準營養配方時，需要量若以凈能(NE)、回腸標準可消化氨基酸(SID)為基礎，則日糧中原料都應按照凈能、回腸標準可消化氨基酸來取值。如設計7~11 kg仔豬(日增重約335 g)日糧，精氨酸SID需要量為0.61%，則日糧中玉米和豆粕等不同原料精氨酸含量取值時均應以精氨酸回腸標準可消化率多少來計算。日糧中原料營養價值用表應與“豬營養需要”NRC(2012)標準配套使用。因此，精準營養配方設計在采用不同飼養標準或營養需要的指標體系應基本相同。
6.4 注意配合飼料對畜禽產品品質的影響
畜禽產品高品質是目前畜牧科技工作者追求的目標之一，也是增強我國畜產品國際競爭力的關鍵。
研究表明，對畜禽飼喂一些特殊的飼料添加劑，可提高原有的營養價值和畜禽產品的檔次，從而提高畜禽產品的市場競爭力和養殖業的經濟效益。如在雞飼料添加2%大蒜,可使雞肉香味變濃[15]。飼糧中的能量和蛋白質水平都會影響動物體脂的沉積，從而影響肉質嫩度[16]，因此，在配方設計過程中要注意配合飼料對畜禽產品品質的影響。
7 小結
在大數據時代背景下，基于飼料原料全數據分析、營養需要多指標的精準估計使動物精準營養配方成為可能。精準營養配方技術要求準確評定飼料原料營養物質成分、數量比，根據不同動物及不同生長階段等綜合因素進行設計，通過精準營養配方技術的推廣和應用，可以降低飼料成本，減輕養殖環保壓力，提高畜禽產品品質，從而推動我國飼料工業、養殖業的可持續、健康發展。
