飼料質(zhì)量檢測技術(shù)的研究進展

張 燕， 王 園， 杜 涓， 劉 娜， 齊景偉， 安曉萍

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018；2.智慧畜牧自治區(qū)高等學校重點實驗室/內(nèi)蒙古自治區(qū)高校智慧畜牧集成攻關(guān)大平臺/內(nèi)蒙古自治區(qū)草食家畜飼料技術(shù)研究中心/國家乳業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心奶牛繁育與養(yǎng)殖技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018）

隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)正向著集約化、 標準化和產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，飼料的需求量迅速增加，因而對飼料品質(zhì)把控也越來越重視。 高品質(zhì)飼料不僅能夠為飼料產(chǎn)業(yè)帶來良好的信譽及經(jīng)濟收益，同時也能夠?qū)︷B(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)效益產(chǎn)生積極的影響。并且隨著人們生活水平的大幅提高， 消費者對畜禽產(chǎn)品的需求量日益增多，若飼料中含有害成分，動物食之不僅會對其機體造成危害， 殘留在動物體內(nèi)的有害成分還會影響人體健康，因此，飼料安全與食品安全息息相關(guān)， 飼料及飼料添加劑的質(zhì)量檢測是一項必要性的工作（崔海軍，2022；韓文軍等，2022；陳菲等，2021）。 在目前的研究進展中有多種方法可以對飼料的質(zhì)量進行有效檢測，主要可將其分為兩大類， 分別為傳統(tǒng)飼料檢測技術(shù)研究以及新興飼料檢測研究，如表1 所示。本文綜述了新興技術(shù)在飼料質(zhì)量檢測中的研究進展，以期為研究飼料檢測技術(shù)提供參考。

表1 飼料檢測手段與技術(shù)優(yōu)缺點

1 傳統(tǒng)飼料評價方法分類及技術(shù)問題

1.1 傳統(tǒng)飼料評價方法分類

1.1.1 感官評價 感官評價是通過飼料的氣味、色澤、 質(zhì)地判定飼料質(zhì)量的好壞， 操作較為簡單（王林林，2014），可以對飼料進行快速、直觀的了解（王洋等，2021）。 然而人體的感覺器官、身體狀況、偏好等各方面都有不同，導致感官測試的結(jié)果不統(tǒng)一，從而產(chǎn)生無法預測的后果。因此需要進行專業(yè)培訓以及經(jīng)驗積累（劉奇，2022），盡可能消除主觀性帶來的誤差。

1.1.2 傳統(tǒng)化學檢測法 化學分析方法是通過對飼料的物理性狀、營養(yǎng)成分、有毒有害物質(zhì)等進行定性定量研究，從而對其質(zhì)量進行全面、準確的評價。與感官評定相比，該方法具有更高的準確性和客觀性，整體檢驗技術(shù)標準化、成份多元化。 常見的飼料質(zhì)量檢測指標如表2 所示， 但此方法較為繁瑣，耗時耗力，成本較大。

表2 常見飼料檢測指標及方法

1.2 傳統(tǒng)化學檢測技術(shù)存在的主要問題 飼料的品質(zhì)與安全是關(guān)系到養(yǎng)殖戶經(jīng)濟利益的重要因素， 而劣質(zhì)的飼料則會對食用動物產(chǎn)生直接或間接的損害。 因此飼料的質(zhì)量和安全性問題日益受到人們的關(guān)注。 但是目前在飼料檢測的過程中存在一些不足，首先，由于檢驗周期較長，企業(yè)無法在短時間內(nèi)做出選擇，避免風險（楊瑩等，2020）。其次，檢測儀器與化學試劑較為昂貴，成本較高。檢測人員如果不具備專業(yè)能力會造成樣品浪費、設(shè)備故障和試劑中毒等問題。

根據(jù)當前飼料檢測情況分析，國內(nèi)雖建立了統(tǒng)一的質(zhì)量檢測標準， 但是還需進一步完善檢測體系。在飼料生產(chǎn)、技術(shù)檢驗方面，一些企業(yè)不按國家標準進行檢驗，而按自己的標準進行檢驗。 對于此種現(xiàn)象，提高飼料檢測技術(shù)的適用性極其重要。

2 新興檢測技術(shù)分類及應用

目前， 我國飼料質(zhì)量的常規(guī)檢測技術(shù)已有較為成熟、完整的工藝過程，但一些技術(shù)仍無法同時達到客觀、快速和準確的要求。一些傳統(tǒng)檢測技術(shù)在添加劑等其他物質(zhì)檢測中不適用， 新興技術(shù)具有樣品檢測時間短，減少了樣品前處理、試劑配制和試驗操作的時間等優(yōu)點。 對檢測人員專業(yè)性要求也不高，操作較為簡單。但是新型檢測技術(shù)有時也不能有效識別并檢測相關(guān)物質(zhì)。 因此依據(jù)目前發(fā)展情況， 需要將傳統(tǒng)檢測技術(shù)與新型檢測技術(shù)相結(jié)合，這樣能夠全方位、客觀的對飼料進行質(zhì)量把關(guān)。

2.1 光譜技術(shù)

2.1.1 近紅外光譜技術(shù)的應用 近紅外光譜技術(shù)（NIRS）是一種結(jié)合計算機、光譜、化學計量學等先進的定性定量檢測技術(shù)，其以漫反射的方式獲取近紅外區(qū)的光譜，并采用主成分分析、偏最小二乘法等化學計量方法，對所測成分進行線性或非線性的定量預測（納嶸等，2022；Be等，2021；Caixia Zhang等，2017）。檢測時樣品不受氣體、液體、化學等特殊形狀的約束，而且在采集完數(shù)據(jù)后，可以返回生產(chǎn)線進行處理，不會產(chǎn)生浪費和污染。

許瑞軒等（2022）采集了苜蓿玉米套作系統(tǒng)的青貯飼料樣品， 并嘗試使用玉米青貯的近紅外模型預測此類青貯玉米和少量苜蓿混合青貯飼料的化學營養(yǎng)成分和發(fā)酵品質(zhì)， 結(jié)果表明干物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)的預測精度達到要求。 Wajizah等（2020）采用近紅外分析技術(shù)對動物飼料的幾種營養(yǎng)參數(shù)進行了預測，結(jié)果顯示，近紅外光譜技術(shù)可快速確定動物飼料中營養(yǎng)參數(shù)。 納嶸等（2021）建立了紫花苜蓿常規(guī)養(yǎng)分含量的近紅外分析模型，用于快速檢測紫花苜蓿中水分、粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維的含量，但是無法精確地預測粗脂肪、酸性洗滌纖維和粗灰分的含量，需要進一步調(diào)整和優(yōu)化。

近紅外光譜技術(shù)可以快速、準確地對飼料中的各種組分進行分析，而且不會損失樣品，因此已在飼料原料及成品品質(zhì)檢測上得到了廣泛的應用。

2.1.2 高光譜成像技術(shù)的應用 高光譜成像是一種將計算機視覺和光譜技術(shù)相結(jié)合的高科技手段。通過對圖象的分析，可以利用其頻譜信息來探測樣品的內(nèi)在質(zhì)量（付苗苗等，2017）。與近紅外光譜技術(shù)相比， 高光譜分析技術(shù)可以對組分進行更為全面的分析。

Kong 等（2022）通過高光譜成像和機器學習快速無損檢測海洋魚粉摻假，結(jié)果表明此種方法準確率較高，為飼料廠提供了一種有前途的技術(shù)，可以識別含有羽毛粉，副產(chǎn)品魚粉或二元摻雜物的摻假魚粉。Pierna 等（2014）采用高光譜技術(shù)解決了豆粕中的三聚氰胺和氰尿酸污染問題。試驗使用光譜儀采集光譜數(shù)據(jù)并建立模型，結(jié)果顯示次項研究允許檢測低水平的三聚氰胺，并且還揭示了量化豆粕中三聚氰胺的可行性的一些局限性。高睿等（2019）為確定牧草粗蛋白質(zhì)含量的高光譜特征波段及最優(yōu)檢測模型，對牧草葉片進行高光譜圖像采集，并且同時使用凱氏定氮法對采集的牧草樣本進行粗蛋白質(zhì)化學值測定，結(jié)果表明模型精度較高，為指導草業(yè)生產(chǎn)開拓了新的技術(shù)思路。

雖然對高光譜技術(shù)進行了大量的研究， 但是在實際生產(chǎn)中，由于溫度、濕度、霉變等諸多因素的影響。另外，由于光譜數(shù)據(jù)采集所需的儀器設(shè)備價格較高， 對數(shù)據(jù)處理的專業(yè)性要求也較高，因此， 利用高光譜技術(shù)進行飼料質(zhì)量檢測應用范圍還很有限。

2.2 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)合技術(shù)的應用 色譜技術(shù)是一種高度分離的技術(shù)，質(zhì)譜技術(shù)可以定性地分析復合化合物的結(jié)構(gòu)， 而色譜-質(zhì)譜技術(shù)融合使用結(jié)合了兩種技術(shù)的優(yōu)點，對一些不能汽化的物質(zhì)通過液相系統(tǒng)分離后進入質(zhì)譜系統(tǒng)進一步分離和分析。

Pietruk 等（2015）采用液相色譜-質(zhì)譜分析法對飼料中殘留水平的15 種球蟲抑制劑進行了分析，試驗結(jié)果表明可以解釋某些球蟲抑制劑定量的問題。李彩虹等（2022）采用超高效液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法， 建立玉米籽粒中11 種生物毒素的快速檢測方法，結(jié)果表明此種方法快速高效，具備較強實用性。Ouakhssase 等（2019）采用高壓液相色譜與串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用測定玉米中的黃曲霉毒素，結(jié)果表明該方法可用于玉米黃曲霉毒素的常規(guī)分析，并且需要較少的溶劑消耗，從而減少了分析的時間和成本。

當前液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)非常適合在飼料檢測領(lǐng)域中開展對違禁藥物的檢測、 未知添加藥物的分析，具有檢測精度高、靈敏度高、檢出限低等特點。 但在應用中受到諸多因素的影響，如飼料添加劑發(fā)生變異、儀器昂貴等問題，限制了該項技術(shù)的應用。

2.3 計算機視覺系統(tǒng) 計算機視覺系統(tǒng)（CVs）是一種一定程度上可實現(xiàn)人類視覺功能的智能系統(tǒng)（Huang，1996）。 該方法的主要目的是通過對圖像進行檢測， 再由圖像處理系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 在此基礎(chǔ)上，對目標進行特征提取，以完成對目標的識別與探測。 該方法具有分析簡單、快速、無損的優(yōu)點。 何沖等（2016）運用了計算機線陣光學成像技術(shù)系統(tǒng)， 對顆粒飼料自動動態(tài)掃描以獲取飼料顆粒圖像，并對圖像進行特征分析，實現(xiàn)了顆粒飼料基本物理特性參數(shù)的檢測與粉碎機篩網(wǎng)破碎自動識別系統(tǒng)。Gamara 等（2020）提出了一種基于模糊邏輯的蝦飼料類型分類系統(tǒng)， 得出了93.33%的正確分類準確率， 由此可以得出結(jié)論，可以利用模糊邏輯來確定與輸入特征相對應的合適的蝦飼料類型。

計算機視覺系統(tǒng)在工業(yè)、 食品等行業(yè)都有廣泛涉及，但在飼料檢測方面仍鮮有報道，隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，飼料品質(zhì)將面臨更多的挑戰(zhàn)，而此檢測法能夠?qū)崿F(xiàn)對新物質(zhì)組分的檢測， 具有很好的擴展性。

2.4 電化學檢測技術(shù)及應用 電子鼻和電子舌分析技術(shù)是一種通過嗅覺特征的指紋識別技術(shù)。此技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應用到各個行業(yè)， 包括食品評價（Tan 等，2020）、酒類評價（Viejo 等，2020）、紅茶發(fā)酵監(jiān)測（Sharmilan 等，2020）等方面。 與傳統(tǒng)的感官評價相比較， 電子鼻和電子舌片具有高靈敏度、易于制備、操作安全、快速、檢測費用低廉等特點。

Ottoboni 等 （2018） 采用電子鼻聯(lián)合側(cè)流免疫的方法測定在玉米樣品中的黃曲霉毒素和伏馬菌素，試驗結(jié)果顯示，電子鼻可以檢測玉米仁庫存中黃曲霉毒素、伏馬菌素或二者的污染。 鮑偉等（2019）對巴馬香豬的精制飼料中加入金槍魚進行了研究， 并利用電子舌檢測技術(shù)和高效液相色譜法對其進行了分析， 發(fā)現(xiàn)兩種主要成分累積方差貢獻率為99.41%， 可以反映出豬肉的味道變化。

電子鼻檢測技術(shù)可以對飼料的質(zhì)量進行監(jiān)測，對原材料的質(zhì)量進行追蹤和分析，但不會對產(chǎn)品造成損害。 電子舌分析技術(shù)在食品與水果新鮮度檢測應用比較廣泛， 在飼料品質(zhì)檢測工業(yè)中有極少報道， 但對飼料分析的應用則是可能的和預見得到的。

3 新興技術(shù)便攜化

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展， 利用新興飼料檢測技術(shù)結(jié)果更加準確、客觀。 隨著應用場景逐漸增多，在實驗室檢測無法滿足部分需求， 所以移動檢測和現(xiàn)場檢測作為較方便的檢測手段逐漸被應用于大部分市場中。 檢測儀器小型化已經(jīng)成為其較為重要的發(fā)展趨勢。

劉輝等（2010）研制了一種用于測定飼料中揮發(fā)性鹽基氮 （TVB-N） 含量的電子鼻測量系統(tǒng)，該設(shè)備體積小便于攜帶，但是有誤差，因此還有必要尋求更為有效的建模方法， 同時電子鼻系統(tǒng)的準確度需要進一步的提高。 Yue Ma 等（2019）研究使用便攜式光譜儀檢測飼料及桑葉中的營養(yǎng)成分， 預測效果較為滿意。 郭麗麗等（2021）利用便攜式近紅外儀在反芻動物飼料質(zhì)量分析中采用兩種儀器采集光譜， 采用PLS 法建立各種指標模型，結(jié)果顯示數(shù)據(jù)良好，這為現(xiàn)場檢測提供了重要數(shù)據(jù)參考。

4 總結(jié)與展望

隨著人民生活水平的提高， 對高質(zhì)量的畜產(chǎn)品的需求日益增長， 傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式已無法適應市場的需要。 而飼料品質(zhì)及安全與畜禽產(chǎn)品息息相關(guān)，對此飼料檢測技術(shù)將尤為重要。感官評審可以對飼料進行快速、直觀地了解，但此方法具有主觀因素。 高端儀器的研發(fā)促進了化學成分分析檢測的發(fā)展，支持并獲取高精準度數(shù)據(jù)，并且?guī)恿孙暳瞎I(yè)的發(fā)展。 利用新興技術(shù)可以對飼料質(zhì)量進行快速、準確的檢測。 在飼料檢驗中，各種檢驗技術(shù)反映了不同的發(fā)展趨勢并且映射出各自的優(yōu)點，反映了各自的測試領(lǐng)域并且得到廣泛運用。

綜上所述，傳統(tǒng)技術(shù)雖有一定的局限性，但隨著新技術(shù)的發(fā)展，新型的檢測技術(shù)應向?qū)嵱谩⒕毣⑿畔⒒较虬l(fā)展，提高其使用效率，為飼料質(zhì)量及安全提供技術(shù)支撐。 最后， 要強化市場質(zhì)量控制，推進飼料生產(chǎn)機械化，打破專家的依賴性，推動飼料質(zhì)量的研究。