《飼料桑青貯干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量快速測定技術(shù)規(guī)程-近紅外光譜法》編制說明

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《飼料桑青貯干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量快速測定技術(shù)規(guī)程—近紅外光譜法》編制說明《飼料桑青貯干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量快速測定技術(shù)規(guī)程——近紅外光譜法》團(tuán)標(biāo)制定組二〇二四年十月

目次一、任務(wù)來源及標(biāo)準(zhǔn)制定背景 31、任務(wù)來源 32、標(biāo)準(zhǔn)制定背景 3二、主要工作過程 4三、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要技術(shù)內(nèi)容確定的依據(jù) 41、標(biāo)準(zhǔn)編制原則 42、主要技術(shù)內(nèi)容確定的論據(jù) 53、主要技術(shù)內(nèi)容 6四、采用的國際標(biāo)準(zhǔn) 11五、與現(xiàn)行法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系 11六、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù) 11七、標(biāo)準(zhǔn)作為強(qiáng)制性或推薦性標(biāo)準(zhǔn)的意見 11八、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議 11九、廢止現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議 11十、其他應(yīng)予說明的事項(xiàng) 12

一、任務(wù)來源及標(biāo)準(zhǔn)制定背景1、任務(wù)來源本技術(shù)規(guī)程由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)申報，在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“畜禽飼料飼草精細(xì)化加工技術(shù)研究”的資助和支持下完成。2、標(biāo)準(zhǔn)制定背景隨著人民生活水平的日益提高，人們對于高質(zhì)量肉蛋奶產(chǎn)品的需求持續(xù)增加。2015年中央農(nóng)村工作會議正式提出：“要樹立大農(nóng)業(yè)、大食物觀念，推動糧經(jīng)飼統(tǒng)籌、農(nóng)林牧漁結(jié)合、種養(yǎng)加一體、一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展?！绷?xí)近平總書記在2017年中央農(nóng)村工作會議上指出：“樹立大農(nóng)業(yè)觀、大食物觀，向耕地草原森林海洋、向植物動物微生物要熱量、要蛋白，全方位多途徑開發(fā)食物資源?！蹦壳?，我國畜牧業(yè)蛋白飼料過度依賴進(jìn)口，且飼料成本持續(xù)走高。飼料桑作為一種高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的新型高產(chǎn)高蛋白木本飼料，在很大程度上可填補(bǔ)國內(nèi)在蛋白飼料需求上的缺口，同時，飼料桑也可以被用作青貯飼料原料?；瘜W(xué)成分含量檢測是飼料桑青貯飼料品質(zhì)評價中的重要環(huán)節(jié)，由于其營養(yǎng)價值受品種、地域、季節(jié)收割、施肥管理、收獲時間、加工方式等多種因素影響而發(fā)生動態(tài)變化，再加上青貯飼料常規(guī)養(yǎng)分含量差別非常大，快速無損的檢測出飼料中組分含量對于改善飼料桑青貯飼料現(xiàn)行檢測方法、實(shí)現(xiàn)飼料桑青貯飼料質(zhì)量的動態(tài)監(jiān)控具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近紅外光譜（NearInfraredReflectanceSpectroscopy,NIRS）分析技術(shù)是一種可以快速分析進(jìn)行飼料營養(yǎng)質(zhì)量評價的技術(shù)，具有高效、快速、準(zhǔn)確性高、無損檢測等特點(diǎn)，可以解決由于實(shí)驗(yàn)室維護(hù)成本高而受到限制的飼料安全問題，從而實(shí)現(xiàn)飼草營養(yǎng)指標(biāo)檢測快速化、分析標(biāo)準(zhǔn)化、營養(yǎng)精準(zhǔn)化。因此有必要開展近紅外法測定飼料桑青貯飼料中干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量技術(shù)規(guī)程制訂，既有利于產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，也有利于標(biāo)準(zhǔn)化管理?？蔀楦叩鞍罪暳喜莸囊?guī)模生產(chǎn)的健康可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐，同時對推動飼料產(chǎn)業(yè)的科技現(xiàn)代化發(fā)展，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)具有重要意義。二、主要工作過程1、2024年5月-6月：根據(jù)《關(guān)于征集2020年北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定項(xiàng)目的通知》中相關(guān)要求，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)牽頭，組織相關(guān)人員認(rèn)真學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則及相關(guān)文件，討論標(biāo)準(zhǔn)編寫事宜。2、2024年6月底：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)相關(guān)起草人，認(rèn)真總結(jié)課題組的已有成果，討論決定并提交“近紅外光譜法測定飼料桑青貯干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量操作規(guī)程”團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的制修訂項(xiàng)目建議書至北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書處，申請立項(xiàng)。3、2024年5月-6月：標(biāo)準(zhǔn)編制組對項(xiàng)目組多年開展完成的飼料桑近紅外檢測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析整理，開始“近紅外光譜法測定飼料桑青貯干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量操作規(guī)程”團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)初稿的編制。4、2024年7月：北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟組織召開團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)評審會，并于6月9日發(fā)布《北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟關(guān)于2024年第一批團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的通知》（聯(lián)盟【2021】7號），同意立項(xiàng)。5、2024年10月：立項(xiàng)批準(zhǔn)后，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)起草小組在總結(jié)了多年實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合收集整理、梳理歸納和總結(jié)分析相關(guān)飼料桑青貯飼料近紅外檢測技術(shù)方面的文獻(xiàn)資料，完成《飼料桑青貯干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量快速測定技術(shù)規(guī)程——近紅外光譜法》草案，并接受團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)評審專家意見，完成了《飼料桑青貯干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量快速測定技術(shù)規(guī)程——近紅外光譜法》征求意見稿及編制說明的撰寫，提交至北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書處。三、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要技術(shù)內(nèi)容確定的依據(jù)1、標(biāo)準(zhǔn)編制原則本標(biāo)準(zhǔn)編制遵循農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂原則，即技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、實(shí)施中可行。本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則》系列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求確定編寫章節(jié)；根據(jù)山東、海南、廣西、重慶等地種植的飼料桑一系列科研成果數(shù)據(jù)及結(jié)合總結(jié)大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的實(shí)際情況，確定相應(yīng)的技術(shù)，保證標(biāo)準(zhǔn)編制的科學(xué)性和適用性。制定過程中除了認(rèn)真總結(jié)多年來的試驗(yàn)研究結(jié)果外，還參閱和汲取了國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)和條款，符合飼料桑近紅外技術(shù)快速檢測的生產(chǎn)實(shí)際，達(dá)到內(nèi)容全面、技術(shù)含量高、操作性強(qiáng)的要求。該標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行法律法規(guī)無沖突，并保證了對該標(biāo)準(zhǔn)最新版本的引用。2、主要技術(shù)內(nèi)容確定的論據(jù)（1）適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了包括近紅外法測定飼料桑青貯飼料中干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量的原理、儀器設(shè)備、樣品的制備、分析步驟、結(jié)果處理和表示、異常樣品的確認(rèn)和處理、準(zhǔn)確性和精密度、測試報告等內(nèi)容和技術(shù)。本標(biāo)準(zhǔn)適用于我國飼料桑青貯飼料中干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量測定。（2）規(guī)范性引用文件本標(biāo)準(zhǔn)制定時，參照了近紅外光譜定性分析通則（GB/T37969-2019）等4個國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（3）術(shù)語與定義《飼料桑青貯干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量快速測定技術(shù)規(guī)程——近紅外光譜法》中的術(shù)語是參考國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，經(jīng)編寫小組研究討論確定。其中的“重復(fù)性”和“再現(xiàn)性”根據(jù)糧油檢驗(yàn)，近紅外分析定標(biāo)模型驗(yàn)證和網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)通用規(guī)則（GB/T24895-2010）標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求進(jìn)行引用。（4）主要技術(shù)指標(biāo)確定的依據(jù)本技術(shù)規(guī)程主要起草單位中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2010起開展近紅外檢測技術(shù)相關(guān)研究，先后承擔(dān)中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(A類)“創(chuàng)建生態(tài)草牧業(yè)科技體系”和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“優(yōu)質(zhì)飼草供給及草畜種養(yǎng)循環(huán)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”等項(xiàng)目。3、主要技術(shù)內(nèi)容3.1化學(xué)分析檢測通過采集或制作具有代表性的飼料桑青貯飼料樣本，采用GB或其他公認(rèn)的化學(xué)分析法測定樣品成分含量。如表1所示，飼料桑青貯飼料中干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量變異較大，覆蓋度廣，表明樣品代表性好。表SEQ表\*ARABIC1飼料桑青貯飼料樣品化學(xué)成分含量分析樣品數(shù)最高值（%DM）最低值（%DM）平均值（%DM）標(biāo)準(zhǔn)差干物質(zhì)16838.730.6934.772.07粗蛋白16816.089.2512.481.89中性洗滌纖維16853.6729.4140.865.66酸性洗滌纖維16838.0120.3828.104.58圖SEQ圖\*ARABIC1飼料桑青貯飼料中化學(xué)成分含量分布3.2近紅外光譜采集將制備的干粉樣本置于近紅外旋轉(zhuǎn)操作臺上平鋪均勻，進(jìn)行近紅外光譜采集。光譜采集范圍為910-2150nm，光譜分辨率10nm。對每個樣本重復(fù)掃描兩次，自動記錄光譜平均值作為最終光譜，見圖2。圖SEQ圖\*ARABIC2飼料桑青貯近紅外光譜3.3光譜異常值剔除由于光譜采集中存在干擾因素（如樣品均勻度、環(huán)境溫度、濕度、光線等），會對光譜產(chǎn)生影響，因此需要在建模前對異常值進(jìn)行剔除。將飼料桑光譜圖中明顯看到的偏離群體的樣本（圖3）進(jìn)行剔除明顯的異常值后，對光譜進(jìn)行主成分分析（PCA）分析光譜數(shù)據(jù)的空間分布。隨后，利用標(biāo)準(zhǔn)馬氏距離判斷離群的異常樣本，對GD>3的異常值進(jìn)行剔除。剔除異常值后的樣本用于飼料桑青貯飼料干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量定量分析模型構(gòu)建。圖SEQ圖\*ARABIC3飼料桑青貯近紅外光譜3D主成分分析圖圖SEQ圖\*ARABIC4剔除異常值后的飼料桑青貯近紅外光譜圖3.4定標(biāo)集及驗(yàn)證集劃分在進(jìn)行模型建立之前，需對所有樣本進(jìn)行分集，按4:1的比例將個樣本隨機(jī)分為定標(biāo)集和驗(yàn)證集，定標(biāo)集用于定標(biāo)模型建立，驗(yàn)證集用于外部驗(yàn)證。圖SEQ圖\*ARABIC5飼料桑青貯定標(biāo)集及驗(yàn)證集劃分情況3.5光譜預(yù)處理將近紅外儀器掃描樣品獲得飼料桑青貯不同類型的近紅外光譜進(jìn)行預(yù)處理，一般的預(yù)處理方法有：導(dǎo)數(shù)、散射校正標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量、去趨勢矯正和多元散射矯正等處理。3.6建立定標(biāo)模型對預(yù)處理后的光譜進(jìn)行偏最小二乘法（PLS）回歸模型構(gòu)建，一般利用預(yù)處理后的光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合化學(xué)分析數(shù)據(jù)來建立飼料中干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量的近紅外模型，用驗(yàn)證集樣品來確定所建立模型的質(zhì)量好壞，并選出了飼料桑中干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量定量分析近紅外模型的最優(yōu)模型。表SEQ表\*ARABIC2飼料桑青貯近紅外最優(yōu)模型的定標(biāo)及交叉驗(yàn)證結(jié)果成分導(dǎo)數(shù)處理散射校正主因子數(shù)RMSECR2cRMSECVR2CVRPDcvDM2，18，18，1SNV70.830.850.950.782,21CP2，8，8，1none60.180.990.230.998.52NDF2,20,20,1MSC/Detrend72.010.882.280.822.51ADF1,18,18,1Detrend80.840.971.010.954.753.7近紅外定量分析模型評價已獲得的數(shù)學(xué)模型需要進(jìn)行驗(yàn)證和模型優(yōu)化，在分析未知樣品時，先對待測樣品進(jìn)行掃描，根據(jù)光譜值利用建立的模型計(jì)算出待測樣品的成分含量。對構(gòu)建出的PLS模型采用校準(zhǔn)決定系數(shù)（Coefficientsofdeterminationofcalibration,R2c）、校準(zhǔn)均方根誤差（RootMeanSquareErrorofCalibration,RMSEC）、交叉驗(yàn)證決定系數(shù)(Coefficientsofdeterminationofcrossvalidation,R2cv)、交叉驗(yàn)證均方根誤差（RootMeanSquareErrorofCrossValidation,RMSECV）、預(yù)測決定系數(shù)（Coefficientsofdetermination,R2p），預(yù)測均方根誤差（RootMeanSquareErrorofPrediction,RMSEP）、交叉驗(yàn)證相對標(biāo)準(zhǔn)差（RatioofPerformancetoDeviationofCrossValidation,RPDcv）、預(yù)測相對標(biāo)準(zhǔn)差（RatioofPerformancetoDeviationofPrediction,RPDp）、偏差（Defference）和斜率（Slope）進(jìn)行評價。表SEQ表\*ARABIC3最優(yōu)模型的預(yù)測性能成分成分RMSEPR2pRPDpReferenceDifferenceSlopeDM34.70-0.190.980.900.802.26CP12.530.041.030.250.986.97NDF40.680.500.991.870.882.80ADF27.97-0.080.950.900.954.40如圖8所示，所建模型的各項(xiàng)決定系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)方差皆滿足于飼料桑青貯飼料干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維檢測的準(zhǔn)確性要求，可以完成飼料桑青貯飼料樣品干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維指標(biāo)的分析。圖SEQ圖\*ARABIC6飼料桑青貯飼料校正集樣品化學(xué)成分含量的化學(xué)值與NIRS值的相關(guān)關(guān)系3.8依據(jù)利用UCAL軟件主成分分析來剔除馬氏距離值＞3的異常樣品，確定建模的最佳處理方法，確定試驗(yàn)波長范圍、挑選出最佳主因子數(shù)(即主成分?jǐn)?shù))（圖3）。本試驗(yàn)確定最佳主因子數(shù)為交互驗(yàn)證法，利用UCAL軟件篩選出的飼料桑青貯飼料各種營養(yǎng)成分的最佳建模條件分別建立干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的近紅外光譜定標(biāo)模型。對已創(chuàng)建的定標(biāo)模型進(jìn)行樣品外部驗(yàn)證，掃描未參建模樣品的近紅外光譜，采用已經(jīng)建立的飼料桑青貯飼料樣品近紅外模型對驗(yàn)證集樣品的各營養(yǎng)指標(biāo)含量進(jìn)行預(yù)測，將比較已得的預(yù)測結(jié)果再與化學(xué)測定的樣品真值，從而檢驗(yàn)此模型的預(yù)測效果。四、采用的國際標(biāo)準(zhǔn)無。五、與現(xiàn)行法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)沒有沖突。六、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)無。七、標(biāo)準(zhǔn)作為強(qiáng)制性或推薦性標(biāo)準(zhǔn)的意見建議將本標(biāo)準(zhǔn)作為推薦性標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施，并加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的宣貫。八、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議1、本標(biāo)準(zhǔn)屬于北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，為成功實(shí)施飼料桑青貯樣品干物質(zhì)、粗