Влияние пяти способов сушки на точность определения сухого вещества в кормах. Часть 2. 

← Читать вступительное слово к исследованию

"Образцы, высушенные с помощью коммерческих методов определения СВ, различаются по содержанию летучих компонентов"

Оригинал исследования: https://rockriverlab.com/

Вступление

Кормление молочного и мясного скота зависит от поступления в рацион точного количества питательных веществ.

Значительные успехи были достигнуты в повышении точности кормления – внедрены такие инструменты, как программное обеспечение для управления TMR.

• Применение данных инструментов зависит от того, насколько точны и достоверны показатели сухого вещества (СВ), измеряемые на ферме.

На фермах определение СВ происходит при помощи печей. СВ определяют путем измерения разницы между исходной массой корма и высушенной.

• Данный метод может быть не совсем точным, если из образца улетучивается не только вода, но и другие частицы или соединения
• Такой метод более точно можно описать как «потери при сушке» (Thiex и Richardson, 2003)

Несмотря на то, что во многих специализированных журнальных статьях данная методика рассматривается как базовая (эталонная), зафиксировано, что при применении метода определения СВ в сушильном шкафу, испаряется не только вода, но и другие соединения.

• Улетучиваются такие соединения, как ферментационные кислоты, спирты и аммонийный азот (Porter and Murray, 2011)

Высушивание/извлечение соединений, отличных от H2O, приводит к неточным и заниженным показателям содержания сухого вещества в корме и, в дальнейшем, к существенным ошибкам в оценках запасов кормов (Ed DePeters и Bill Weiss, 2015, личная переписка) или ошибкам в составлении рациона.

Цель

Целью нашей работы было понять отличается ли общее содержание летучих соединений в кормах, высушенных при помощи коммерческих методов сушки при условии, что расхождение с общим содержанием летучих веществ в невысушенных образцах является дефектом/ошибкой метода определения СВ.

Материалы и методы

Полученные образцы кукурузного (n=14), травяного (n=5), бобового (n=15) силоса и силоса из мелкозерновых (n=14) разделяли на равные образцы с помощью линейки-делителя, затем запаивали в вакуумные пакеты и замораживали до момента проведения анализа.

Образцы размораживали, а затем работали с ними, используя 5 различных способов сушки:

1. Оставляли образцы в исходном состоянии (CTL)
2. Сушили в приборе с принудительной подачей воздуха (на ферме) 60 мин. (Измеритель содержания влаги Koster, KOS)
3. Сушили при температуре 50 °С в сушильном шкафу с принудительной подачей воздуха на протяжении 48 часов (OV)
4. Подвергали сублимационной сушке (FD)
5. Сушили в микроволновке с последующим проведением спектрального анализа для определения оставшейся влаги (LAB)

После высушивания для определения потерь СВ (за исключением воды), образцы анализировали на содержание летучих ферментативных компонентов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ)

• К измеряемым составляющим относились молочная, уксусная, пропионовая, масляная, янтарная и муравьиная кислоты, а также этиловый спирт

Каждый компонент выражался в процентном содержании от СВ

• «Стандартное сухое вещество» определяли в процентном соотношении для каждого образца, для чего образцы высушивали в микроволновке, а затем в сушильном шкафу при температуре 105 °С на протяжении 3 часов, с целью достижения единообразия среди образцов.

Продукты ферментации затем суммировали для того, чтобы определить общее количество летучих соединений (TV, % от СВ)

Полученные данные были распределены неравномерно и перед оценкой с помощью процедуры Fit Model в SAS JMPv11.0 их подвергли логарифмическому преобразованию.

• Логарифмическое преобразование удовлетворяло предположению о нормальности

Корм, способ сушки и их взаимодействие затем рассматривали как фиксированные эффекты и оценивали с помощью модели с обратной элиминацией.

• Показатель достоверности был установлен на уровне P<0,05.
• Анализ финальной модели (LM1) включал фиксированные эффекты от:
• Типа корма
• Метода высушивания

Предполагалось, что отличия метода высушивания от контрольного (CTL) будут представлять собой существенные неводные потери и ошибку в измерении СВ.

Далее был проведен расширенный анализ линейной модели (LM2), в котором стандартное сухое вещество использовали в качестве постоянного эффекта.

• После подачи заявки на публикацию у нас было время для проведения дальнейшего анализа данных, с учетом стандартного сухого вещества в качестве постоянного элемента
• Линейные и квадратичные показатели оценивали с помощью метода обратного исключения
• Шесть случаев отклонения от нормы были определены вручную и устранены до проведения анализа
• Мелкозерновой силос; образцы неферментированного корма с низким содержанием сухого вещества и незначительным или отсутствующим содержанием общего объема летучих веществ

Показатель достоверности данной модели был оставлен на уровне P<0,05

Соответствие требованиям оценивалось с использованием AIC и BIC, где наименьшие показатели свидетельствуют о максимальном соответствии модели

• AIC - Информационный критерий Акайке
• BIC - Байесовский информационный критерий

Окончательная версия модели включала фиксированные эффекты от:

• Типа корма
• Способа высушивания
• Стандартного сухого вещества
• Способа высушивания х стандартное СВ
• Вида корма х стандартное СВ
• Стандартное СВ х стандартное СВ (квадратичное воздействие)

Результаты и обсуждение

Метод определения сухого вещества

• CTL - Естественная сушка
• LAB - В лабораторных условиях (СВЧ+БИК)
• KOS - Сушилка Koster
• FD4 - Сублимационная сушка
• OV5 - Сушка в печи

Изображение 1. Общий объем летучих веществ (% от стандартного СВ, совокупность всех измеренных ферментационных продуктов: молочная, уксусная, пропионовая, масляная, янтарная и муравьиная кислоты и этиловый спирт), оставшихся после 5 различных способов высушивания, в сравнении со стандартным СВ (частичное высушивание в микроволновке, с последующим высушиванием в печи с принудительной подачей воздуха при температуре 105 °С в течение 3 часов).

Таблица А: Линейная модель 1 со средними наименьшими квадратами (LSM) для общего объёма летучих веществ в корме (% от СВ). Значения с разными надстрочными знаками отличаются при p<0,05

Таблица В: Линейная модель 1 со средними наименьшими квадратами (LSM) для совокупного объёма летучих веществ при различных способах высушивания (% от СВ). Значения с разными надстрочными знаками отличаются при p<0,05

Таблица С: Линейная модель 2 со средними наименьшими квадратами (LSM) для совокупного объёма летучих веществ (% от СВ) после каждого способа высушивания. Значения с разными надстрочными знаками отличаются при p<0,05. Существенные расхождения с CTL означают ошибки в методе определения фактического содержания СВ в кормах

После проведения анализа LM1:

Тип корма и способ высушивания были в значительной степени связаны с показателями общего объема летучих веществ (TV)

• Представленные здесь результаты пересчитаны в % от СВ (таблицы A, B и C)

Общий объем летучих веществ (% от стандартного СВ) сравнивали с помощью критерия Тьюки

Бобовый и кукурузный силос отличались от мелкозернового, а он отличался от травяного силоса (Таблица A)

• Общий объем летучих веществ оказался наибольшим для CTL (4,43) и почти не отличался от LAB, KOS или FD (4,18, 3,67 и 3,13, соответственно).
• CTL отличался (P<0.05) от OV (2,7), в то время как KOS и FD не отличались от ОV

После проведения анализа LM2:

Тип корма, способ высушивания и стандартное сухое вещество были соотносимы (p<0.0001) с показателями совокупного объема летучих веществ (% от стандартного сухого вещества).

• При добавлении к линейной модели стандартного сухого вещества улучшилась эффективность модели и появилось объяснение вариативности показателей
• Улучшение R-квадратичной модели с 0,19 до 0,67 и снижение среднеквадратичной ошибки с 0,74 для LM1 до 0,43 для LM2, соответственно

Согласно показателям улучшенной модели, FD, KOS и OV значительно отличались от CTL

• Данное наблюдение позволяет предположить, что показатели FD, KOS и OV ниже того, что на самом деле содержится в СВ корма

Наши результаты отличаются от результатов Oetzel et al. (1993), которые пришли к выводу, что метод KOS схож с сушкой в микроволновке, однако при этом авторы отметили низкую степень точности KOS.

• Различие результатов также могло произойти из-за разницы в продолжительности высушивания
• Мы придерживались стандартной продолжительности высушивания - 60 мин, также как и на ферме, а не выдерживали образцы до достижения необходимой массы для различных кормов, как указано у Oetzel и др. (1993).

Заключение:

Результаты простой линейной модели указывают на то, что метод высушивания с принудительной подачей воздуха при температуре 50 °С в течение 48 ч занижает значение СВ корма.

• Данный метод был использован в качестве базового (эталонного) в журнальных статьях, однако, вероятнее всего, он неточно отражает истинное содержание СВ в корме и сопутствующие вычисления

Согласно расширенной модели и статистическому анализу, методы сублимационной сушки и высушивания с использованием тестера влажности Костера, наряду с высушиванием в сушильном шкафу, отличались от контрольных невысушенных образцов, и, следовательно, они занижают реальное содержание СВ в корме

• Сушка в микроволновке с последующим БИК-анализом на содержание остаточной влаги является более надежным и точным методом

Методы стандартного определения сухого вещества на фермах, проводимые с использованием печей, следует применять аккуратно.

• Несмотря на получение достаточно точных результатов, высока вероятность получить анализы с погрешностью.

Корректирующие коэффициенты для конкретных ферм и кормов можно получить путем определения совокупного объема летучих веществ (TV) свежих, а также высушенных на данной ферме образцов.

Корректирующий коэффициент можно применить к результатам KOS для повышения точности программы кормления

• CTL1 - невысушенный
• LAB2 - в лабораторных условиях
• KOS3 - Тестер для определения содержания влаги Костера
• FD4 - Сухая заморозка
• OV5 - Сушка в печи