饲料配方基础和关键点兼议目标规划在饲料配方中的应用Word文件下载.docx
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在约束和目标都既定的前提下,如何优化整个
系统,以最小输入得到最大输出,是线性规划的主要
研究内容。
线性规划在经济学、管理学及各个技术、经
济领域中均有广泛应用。
线性规划是应用数学的一个
专门领域,有关其原理和算法的深入讨论已不属本文
范围,读者如有兴趣,可查阅有关专著。
但笔者在此需
要指出两点:
第一,用线性规划解决实际问题的模型
的目标函数和约束条件的约束值或右侧常数(RHS必
须是线性的,如模型本身不属线性,则只有将原始模
型转变为线性模型,才能按线性模型算法求解。
第二,
线性规划是一个十分有力的工具,但它不能取代实际
问题的内涵。
许多实际问题是经过简化后,再建立的
线性规划模型,因此该线性规划模型解所提供的信
息,未必全适用原实际问题的具体分析。
用于求解最低成本配方的线性规划的基本模型
表述如下:
1目标函数
min!
(cX1,X2,...,Xn=c1X1+c2X2....+cnXn(1
式中:
X1,X2,...,Xn——
—各原料及其在配方中所含比例
(%,X1+X2...+Xn=100%;
c1,c2,...,cn——
—各原料的单价。
2约束条件
①营养约束条件
ai1X1+ai2X2,...,aimXm≤
≥
=
bi,i=1,...,m(2
ai1,ai2,...,aim——
—营养成分i在各原料中的含量。
②饲料原料约束条件
X1,X2,...,Xn
≤
dj或urs(无约束(3X1,X2,...,Xn≥0
在饲料配方或线性规划的文献中,模型表述一般不包含式(3。
但在饲料配方的实践中,对饲料原料(使用量的约束条件十分重要,笔者认为应将其列入基本模型之内。
市售饲料配方软件,甚至通用线性规划求解软件如EXCEL的“规划求解”软件,均可迅速准确地筛选出给定条件下的最低成本配方。
至于配方的优劣或使用效果的好坏,则全在于约束条件的设定是否得当和所提供的饲料原料的数据(如营养成分是否准确。
饲料配方的约束条件包括对营养成分的约束和对饲料原料的约束两个方面。
一方面,约束条件设定的愈多,可供选择的机会愈少,或选出的配方成本愈趋于上升;
另一方面,对于必需的约束条件不予设定,则达不到预期的饲料质量和饲养效果。
因此,设定约束条件的基本原则是:
对非必需的约束条件绝对不设;
对必需的约束条件一定要设。
总之,计算机配方程序本身是一个忠实高效的“奴隶”,它只是执行“主人”也就是营养配方师的“指令”,即求解约束条件下的最低成本配方。
至于所得到配方的优劣或使用效果则完全取决于“主人”所给的“指令”,即约束条件是否得当。
由此可见,营养配方师的学识与经验以及对有关信息的掌握,对饲料配方的质量与效果起决定作用。
深入研讨不同畜禽品种的营养需要和配方技术,已不属本文范围。
此处介绍的是笔者对饲料配方的基本认识与经验体会。
营养成分的约束包括对有效能量、蛋白、氨基酸、各种矿物质、维生素等的约束设定。
对于配方营养成分约束的设定,可参考有关饲养标准。
需要指出的是,“饲养标准”一词用语并不确切,它仅仅是设定饲料配方营养成分的指南,而绝非必须执行的“标准”。
一些国家采用“营养需要(nutrientrequirements”一词,并在文中明确指出,所提供的信息仅作为指南。
例如美
熊易强,饲料科技国际顾问,博士,教授,100091,北京市圆明园西路88号院17楼4单元401。
收稿日期:
2007-02-26
国NRC家禽营养需要一书中提出的产蛋鸡营养需要量是以每千克饲料含代谢能(ME12.122MJ为基础,同时明确指出其它营养成分应随代谢能设定的改变而相应调整。
在我国目前条件下,机械地按每千克饲料含代谢能(ME12.122MJ这一水平配方,既不现实也不合算。
比较合理的做法是以NRC的营养需要为基础,在较低的能量水平上,按比例设定其它营养成分的约束水平。
实际工作中经常遇到的一个问题是,按NRC蛋白与能量的比例关系所设定的蛋白水平与市场上所见产品比较总是偏低。
对此应从两个方面分析:
一方面,NRC提出的蛋白质需要量是按美国典型的玉米-豆粕日粮,根据氨基酸供应量得到满足并相对平衡的基础提出的,同时饲料数据库有关氨基酸的资料也比较完整可靠。
在我国配方中可能含有较多有效营养成分不够稳定的饼粕类或其它加工副产品,同时饲料数据库某些方面可能尚不够完善,营养配方师提出较大的安全系数,往往是必要的。
另一方面,则是出于满足用户心理或市场销售的需要。
饲料法规要求标明蛋白含量,但不要求标明有效能量浓度。
粗蛋白分析简易快速,而有效能量测定则需要动物实验。
尽管有一些体外测定方法或根据常规分析推算有效能量的回归公式,但尚未普遍用于生产。
长期以来饲料用户存在着“只认蛋白不认能量”的观念,这也是导致市场上出现高蛋白-低能量配方这一不正常现象的重要原因。
蛋白对能量的比例过高造成蛋白饲料资源浪费,增加环境污染,而且从两个方面导致配方成本增高:
①蛋白饲料原料价格一般高于淀粉类能量饲料原料;
②蛋白饲料原料能量浓度一般低于能量饲料原料,其所占据的配方空间往往迫使计算机选入价格高昂的油脂类高能量饲料原料来满足配方的能量需要。
如何解决饲料配方的科学性和习惯势力及客户心理的非科学性之间的矛盾,这的确是饲料销售和技术推广上普遍存在的一个问题。
原则上说,一方面要适应市场的现实,一方面要不断说服教育用户采用科学配方。
结合技术讲座,通过典型示范让客户目睹新技术及科学配方的好处,可能是一个有效的办法。
至于营养成分约束条件的具体内容以及详细程度,则很大程度上要由饲料原料所提供的信息和对象动物而定。
例如,许多试验均证明,用“有效氨基酸”配方的效果好,但如果饲料成分表中没有或没有可靠的氨基酸有效性的信息,用有效氨基酸配方就没有意义。
可能出现的另一问题是,营养配方师未将参选原料的相关营养成分如实地输入。
这必然会影响线性规划模型的优化结果。
也就是说,计算机根据不真实的信息所筛选出的配方,实际上并非该配方约束条件下的最优配方。
一个最常见的例子是在输入工业(化学合成或发酵生产的氨基酸时未输入其所含的蛋白质和有效能量。
市售的工业生产的氨基酸一般不列入饲料成分表,但需要在饲料配方优化中作为参选原料如实地输入所有约束条件所要求的信息。
氨基酸的自身营养价值除氨基酸本身外还包含蛋白质和能量。
例如,市售赖氨酸产品一般含78%赖氨酸,其蛋白质含量,在忽略赖氨酸分子中N的实际比例情况下,按平均折算率6.25计,可定为78%;
市售DL蛋氨酸一般含99%蛋氨酸,其蛋白质含量,可按同一分析,定为99%。
至于相应产品所含能量,可在其很高的消化率基础上做一个留有余地的估计。
例如按95%消化率推算蛋白质的消化能、代谢能等等。
有人认为这类工业生产的氨基酸价格高,在配方中的添加量少,其对配方蛋白质及能量的贡献可以忽略。
但根据配方运算的实际经验,输入蛋白及能量与否,会直接影响该氨基酸原料是否被选入配方。
既然蛋白质和能量已经被列入为配方的(营养约束条件,而氨基酸自身含有蛋白质和能量,不将这两项营养成分列入,就意味着没有向计算机提供该产品价值的真实信息,或者说低估了其影子价格(熊易强,2006。
关于根据对象动物设定约束条件的问题,可以过瘤胃蛋白质或过瘤胃氨基酸为例加以说明。
过瘤胃蛋白质或过瘤胃氨基酸的概念已用于反刍动物饲料与饲养,将其列入高产奶牛或快速生长的幼畜配方的营养约束条件中往往带来良好效果。
但对于育肥牛、低产奶牛及干奶期母牛来说,则意义不大;
因为瘤胃合成的微生物蛋白或氨基酸已可满足动物的需要。
饲料原料的约束指的是规定某种原料在配方中不得低于或不得超过多少或必须等于多少。
对饲料原料的约束需要考虑的方面往往更多,包括饲料的安全性、营养特性、工艺特性、饲料原料的供应情况,以及客户心理或对产品的特殊要求等。
出于饲喂安全考虑限制棉、菜籽粕等含毒饲料原料的用量已成为饲料界的共识。
需要指出的是,原料的品种来源与加工方法的差别,对象动物的不同,以及营养配方师对安全系数的掌握分寸,均影响配方的约束量。
对于菜籽粕在四大家鱼饲料中添加量的安全上限,仍尚无定论。
添
加少量油脂可减少环模磨损,但一般说来,添加量超过2%,在没有外喷涂设备的条件下,会明显影响颗粒饲料的稳定度(durability。
一方面,在配方中加入一定量的次粉或面粉则可提高颗粒稳定度,这与小麦淀粉的糊化特性和面筋蛋白的功能特性密切相关;
另一方面,次粉作为一种加工副产品,其供应量和质量的稳定性往往较差,可考虑在配方中设上限或定量加入。
饲料原料的工艺特性在饲料配方中的重要作用对于某些产品如液体饲料来说,尤为突出(Xiong,2006。
营养学研究已经证明,对于大多数畜禽饲料的配方来说,通过补充必需氨基酸(如赖氨酸、蛋氨酸、维生素(如维生素B12及微量元素(如硒实现必需营养成分平衡,可以用豆粕或其它饼粕类产品取代鱼粉。
但不少饲养户根据他们的传统习惯或经验,总希望在购入的配合饲料中有一些鱼粉。
一方面,鱼粉的市场价格往往高于其“影子价格”(熊易强,2006。
为了销售的需要,营养配方师就要将鱼粉设定为一项饲料原料约束条件(例如设定鱼粉在配方中≥1%,迫使计算机将其纳入配方。
另一方面,鱼粉的市场价格个别情况下也出现过短暂的下滑,显著低于其影子价格。
例如,某年的几个月内,在不设上限的条件下,计算机可在禽料配方中选入7%~8%的鱼粉。
也就是说,在当时的市场条件下,采用计算机选定含7%~8%鱼粉的配方成本最低。
但笔者对有关饲料公司当时提出的建议是:
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- 饲料 配方 基础 关键 点兼议 目标 规划 中的 应用
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