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动物营养与饲料科学的原理及应用
工程3(2017)586主题洞察动物营养与饲料科学阿德里安河伊根澳大利亚技术科学与工程学院院士;墨尔本1. 介绍动物营养和饲料科学的主题很容易分为以下两类:• 研究动物对特定吸收物质(即,营养需求);以及• 天然存在的植物和动物产品或合成物质提供全部或部分这些营养素的能力(即,饲料组成和养分利用率)。为了平衡饲料供应以满足动物在过去的一个世纪里,已经为许多种类的农场牲畜和家禽、工作动物、宠物动物和其他圈养动物制定了饲养这些领域的研究可能涉及需求尚不清楚的物种、知之甚少的潜在饲料材料或一系列环境条件,在这些条件下,平衡饲料供应以满足动物需求会带来额外的约束或限制。该领域的工程重点可能是对动物营养和饲料科学有足够的了解,以设想以下因素:• 饲料生产和加工链中的关键控制问题• 监测相关过程的方法;或• 对相关工艺、设备、和基础设施这些因素支持动物健康的持续改善2. 营养需求关于营养需求,动物可以利用一系列化学物质(例如,碳水化合物和脂肪)提供能量来驱动所有身体过程,从而保持动物活着,健康和生产力。其他物质(例如,蛋白质、某些脂类和某些矿物质)是身体组织成分的基本组成部分,不仅是肉、蛋或奶的生长和生产所必需的,而且在基本水平上,在涉及身体降解和替换的自然维持过程中,件.这种组织“周转”是所有生物体的显著特征。还有其他营养素(例如,某些矿物质和称为维生素的独特有机分子的集合)是非常特殊的物质,其需要量小但有规律,并且不能在体内合成;这些在涉及提供能量或构建身体组织成分的大量生化反应中充当关键因素。这些相关的生化反应或代谢途径的一般性质在动物物种中广泛一致然而,将一个物种与食物来源的特定生态位联系在一起的进化策略反映在该特定物种所需或可从饲料成分中获得的营养素的性质和相对量的一些差异上。动物产品的性质(例如,蛋、胎儿生长和发育、奶或肉的生长研究已经为计算大多数家畜物种的这些需求提供了指导;这些指导主要基于动物的活重、形成所需产品的额外需求(其组成不同)以及该类产品使用营养素的效率。3. 饲料科学关于饲料供应,通常用作饲料来源的大多数植物或动物材料的化学成分可以在化学成分表中找到,该化学成分表可以提供饲料材料如何与动物的需求相关的广泛指示。直接分析可用的进料材料可实现更好的可预测性。当一种新材料或工业副产品作为潜在的动物饲料或人类食物来源引起人们的注意时,化学分析是第一位的。接下来,基于分析,进行喂养试验,其中将新材料掺入配制的饮食中,以研究动物的经验反应。然而,对于具有已知和未知饲养价值的饲料材料,化学组成本身并不限定化学成分或其消化产物可被吸收的程度。这一步骤需要额外的方法,这些方法可能依赖于对进料中组分的物理属性和化学结构的了解。在某些情况下,标准的化学、物理化学或生物学测试方法已经被开发出来http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2017.05.0252095-8099/© 2017 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。 这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章(http://creati v ecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect工程杂志主页:www.elsevier.com/locate/engA.R.伊根/工程3(2017)586-587587其提供了衍生营养素可被动物利用的程度的有用指示这一领域的新方法正在稳步发展,以使给定饲料材料有助于满足动物需求的方式更具可预测性Yu和Prates的文章(本期特刊)题为潜在有用的饲料材料还可含有有害(或甚至有毒)组分。纤维是饲料中相对难消化的成分,可以稀释营养物质并限制采食量。在某种程度上,肠道健康的显著益处与较低的纤维含量有关。对这一饲料科学领域的研究以题为“喂猪高纤维日粮的营养和代谢后果:综述”(Agyekum和Nyachoti,本期特刊)的文章为代表关于通常消耗基于纤维性草本植物的饮食的动物绵羊和牛),重要的是理解动物的消化生理学以及受饮食影响的肠道区室中微生物发酵过程的性质。在发酵过程中,特别是在肠道中微生物群降解纤维性碳水化合物的甲烷是一种重要的、潜在的和不受欢迎的温室气体。向饲料中添加物质以抑制甲烷的产生,并且如果可能的话,驱动对动物直接有用的发酵产物的产生,是该领域的另一个目标。文章本期特刊)就针对这一问题。本文还提供了一个使用示踪剂方法来估计代谢终产物的产生速率的示例,该代谢终产物有助于评价开放环境中动物的消化和代谢过程。随着新的潜在饲料的出现,研究仍在继续可作为非营养物质添加到饲料中以提高饲料摄入量或饲料转化率。例如,抗生素在过去已被广泛用于动物饲料中以改善动物性能。鉴于全球日益关注由耐药性细菌感染引起的人类死亡率和发病率,这种做法不能继续下去。因此,替代的食欲刺激剂、生长促进剂、营养药物和草药正在陆生和水生动物生产系统中进行功效测试。该领域的 一个 方面 是标题 为 “Research progress in the application ofChinese herbal medicines in aquaculture:A review“的文章的焦点这个特殊的问题)。另一种观点在“植物化学物质的生物功能及其在农场动物中的应用:Nrf 2/Keap 1系统作为目标”(秦和侯,本期特刊)中提出某些化合物(如氨基酸或抗氧化剂)水平升高,可能具有直接的代谢效应,导致动物性能改善。可以在模型动物中测试这种可能性以评估经验效果并鉴定可能的机制,如在题为“慢性蛋白质限制饮食中的亮氨酸补充通过促进成年大鼠中的mTOR途径增强骨骼肌的肌肉重量和餐后蛋白质合成”的研究中这个特殊的问题)。随着环境健康和饲料对生长效率目标的要求越来越高,海洋和水生动物饲养标准和饲料输送系统的发展在开放的水生环境中测量动物的过程提出了挑战,但这是为这些动物开发改进的饲养系统的基础。为了进行必要的实验测量,需要精确的方法.一种方法是通过数学建模,该数学建模基于在封闭环境或流动室中对受试动物进行的实验数据,在流动室中可以测量代谢终产物和排泄物的稀释率。只有这样,动物营养学家才能解决制定饲养标准和实践的挑战,这些标准和实践将提供与所讨论的水生动物的饲养行为相一致的最佳营养。4. 循证产品认证在国内和国际贸易的最高组织层次上,市场设定规格并要求质量保证。这意味着饲料来源,所有添加剂,生产系统和动物产品(无论是否加工)必须安全食用,必须遵守道德要求。反过来,这些要求要求追溯,以确保不遵守可以迅速和有效地处理问题的根源5. 总结当代动物营养和饲料科学的研究主要涉及以下领域:• 改进现有的牲畜物种和品种饲养标准数据库,以及准则已经涵盖但缺乏所需精确度的饲料类别数据库;• 确定尚无饲养标准的动物的要求;• 分析可能提供可用的营养来源的喂养材料营养素,但价值未知• 建立和应用更好的方法,对饲料中的重要营养成分,如碳水化合物、纤维、蛋白质和脂质进行物理和化学分析,以便将摄入量与消化率和消化程度联系起来;• 建立和应用分析方法,以确定饮食中可能对营养物质的消化或吸收产生不利影响的成分的存在和效力• 调查摄食行为、消化过程和代谢;• 开发饲养系统,确保动物获得适当数量的饲料,尽可能均匀或接近其需要的最佳数量,同时避免浪费;• 探索特殊情况,如牧场或牧场牲畜或水生动物的补充喂养,其中某些饲料材料在动物环境中自然存在• 根据市场要求,提供基于证据的产品安全性和质量保证
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