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4 复合维生素配方的精准设计路线
4.2 适用对象
凡有设计必先确定适用对象，才能讨论维生素的需要量。因此适用对象属于设计前提条件。决定维生素需要量的因素至少有7 个：动物种类、品种、日龄、生产性能、饲料原料组成、环境及应激。营养师根据面对或预期的实际情况和要求确定具体的添加量。确定配方的适用对象比较简单，但是如果适用对象超过一个或不在同一个生理阶段或有性能指标的变化则不再简单。例如由蛋鸡幼雏期进入育成期必然导致需要量发生变化。目前已经出现针对指定品种（如肉鸡）特定阶段的商业设计需求。
4.2.1 需要量与添加量
厘清需要量与添加量的区别比较容易，主要的考量差异在于使用“添加量”的对象群体规模与获得“需要量”的试验测试群体规模有巨大差别。另外，面对预期的性能、所处地理位置、季节等诸多外界环境因素，理论上都影响需要量。在此需要量基础上经调整后得到的添加量往往高于需要量，有些维生素甚至高出数倍，如维生素D。采食量是一个至关重要但常被忽视的因素。
需要量大致来自2 个途径：研究机构的数据，全球性的（如NRC 等）权威营养标准，或区域性的国家标准（如GB），相对来说都是固化的数值，修订的时间周期相当长；另一类是商业途径，如育种/ 维生素制造/ 饲料养殖等商业机构/ 公司的数据。实际生产受后者影响较大。在世界范围内长期不使用NRC 等研究机构的数据有其原因。已经获得的数据，都是在特定背景条件下获得的某一单项维生素的数据，而这样的研究试验设计均将其他维生素设定为“充足供应”下获得的缺乏症临界值，例如，在测定维生素A 需要量时，基于其“充足不过量中毒”的假设前提，其他11种维生素则需要都处于这个状态。也就是说存在过剩现象。至今，尚未见到生产条件下除待测维生素外其他全部维生素都处于缺乏症临界值的有关报道。为了尽量降低复杂性，需将“近似特征或功能”的维生素归类成为一组进行考虑，就出现了“需要量比例”的概念，例如卵生与胎生动物在维生素A: 维生素D、泛酸: 烟酸，以及各水溶性维生素之间表现出固定的比例差异。
在同一个可控的试验条件测试动物对12 种维生素的不同剂量反应其难度大到不可能完成的程度，费用太高，测试的精度与个体差异、测试方法误差也远远不是正交试验可以完成的，除了实力雄厚的育种公司和维生素制造商，其他机构很少涉足。这却是维生素的精准营养能做减法的主要空间之一，可留给将来逐步摸索。
添加量指在饲料或饮水中添加的剂量，理论上与需要量之间的主要差别是高于需要量。实际上添加量是以在特定的试验研究条件下获得的数据为基础，一般都要经过扩大适用范围、阶段或用途的归类、数值平均和取整、对假设的特殊需要的剂量外推等调整加工后进行设定。对维生素而言，相当多的使用者由于缺乏数据的二次加工能力则常常直接采信某机构提供的数值，且不包括天然背景。
4.2.2 设计添加量（Dosage for Design）与建议添加量（Recommend dosage）人为固定一个添加量基数作为设计基础，称为“设计添加量”，是设计复合维生素的前提条件之一，是为方便设计人员而在设计过程中使用的指标。设定设计添加量的技巧是在尽量接近行业能普遍接受的添加量下限的前提下能够容纳全部维生素品种及载体，如畜禽150 g/t 饲料、水产动物200~300 g/t饲料。随着混合设备和复配技术的进步，应尽可能节约配方空间，尽量浓缩，少用载体。
建议添加量对单项维生素与复合维生素而言有所不同，主要突出“建议”，无权威性，无强制性，但后者的商业行为更明显，法规的限量限制的体现也更直接。至于是否掺杂了商业意图引导倾向则另需审视。理论上，设计添加量与建议添加量之间还应该考虑动物品种和饲料天然背景，但是实际生产中还做不到。目前对饲料加工的过程和贮存阶段的损失量了解并不充分，因此损失是否包含在建议添加量之中尚无一致意见。
泰高中国（Nutreco China）依据蛋鸡需要量建议的蛋鸡不同育成阶段的各种维生素建议添加量见表1。
表2 为泰高中国一组尚待发布的蛋鸡产蛋阶段的维生素建议添加量数据，显示不同的产蛋阶段/ 鸡龄的需要量不同。13 种维生素中7 种有所变化，总体增幅达27%。其中增幅最大达67%（维生素B12），减幅最大达55%（维生素B1）。而这组数据的适用对象和所处环境均在中国。
表2 中的建议添加量数据直接依赖于3 个前提：需要量的异地验证结果；预期的规模生产性能或实际使用效果评估，特别是饲料原料和采食量；不断地反馈修正。由于蛋鸡延养到100 周仍然还在摸索中尚未定论，这3点均尚处于验证阶段。所以表2 的数据尚在验证之中，目前限于举例说明和演示设计过程，慎重直接套用。针对各种维生素需要量对此阶段的特殊营养功能和数值的具体采信范围后续讨论。
表3 为荷兰泰高集团的数字营养模型（NutriOpt）家禽模块中商品产蛋鸡板块的建议维生素添加量，在世界各地适用，显示出面对产蛋平均性能水平、需要改善蛋壳质量或蛋鸡处于高应激环境下的不同需要量。
复合维生素的建议添加量是二级指标，在设计添加量的基础上，完成配方设计并定型后，遵循图2 展示的70%~100% 供给量原则，即对应获得“正常生产水平—最佳生产状态”，计算得出一个建议添加量范围，是推荐给用户直接使用的设计结果。满足度则是制定建议添加量的基础，应始终遵循“合理、有效、尽量低”的原则。通过调整添加量的方法——“一上全上，一下全下”达到均衡满足70%~100% 的需求。这个区间基于“70%的剂量获得90% 性能和性能回报递减”和“100% 剂量投入获得100% 最佳性能”2 个原则而设定，即下限应该达到的平均满足度为70%，上限不应该超过的平均满足度为100%。
4.2.3 建议添加量系数（Recommend dosage ratio）建议添加量系数也是设计二级指标，指建议添加量上限与下限的倍数，是用于反映配方整体平衡程度和判断适用范围的指标。直接关系到模块化设计和必须考虑维生素限量（维生素A、维生素D 和维生素K3-亚硫酸氢二甲基吡啶甲萘醌（MPB），2625 公告）的问题。该系数大于等于1，系数越小适用范围越窄，但针对性越强，越吻合动物的需要；反之，系数越大适用范围越宽，但与动物的需要吻合程度变差；当系数等于1 时，则为固定添加量设计。适宜的添加系数对组织模块化生产很有用。
4.2.4 原料、含量与换算系数
选择原料也是设计前提条件，尽管进入实际生产后有频繁变动的可能。这里要注意无论设计依据来自于需要量或建议的添加量，都要厘清活性成分或原料化合物。例如，维生素A 是以IU表示的视黄醇乙酸酯，规格为500 000 IU/g；维生素E则是以mg 表示的DL-α -生育酚乙酸酯，规格为50%；维生素B1原料规格为98%，即活性成分硝酸硫胺的含量为98%，如果使用硫胺素作为活性成分，则需要再扣除8%的硝酸根；维生素B6原料规格为98%，即活性成分盐酸吡哆醇的含量为98%，也不扣除18% 的盐酸根；维生素K3 原料种类多，需要特别明示，如MSP 的规格为98%，即活性成分甲萘醌的含量为51%；维生素B12原料规格为1%，即活性成分氰钴胺的含量为1%。复合维生素的标签内容中活性成分的标识尚存在不统一的现象，这些是易出错而导致质量争议之处（可参见表4），国际贸易间更要注意。
4.3 配方评估与筛选
完成设计后产品定型前，需要对配方进行比较和评估，评估的目的是筛选最佳设计方案。至少需要设置一个参照对象，也可以多重或交叉比较，包括性能配置和添加成本。复合维生素产品单价高，放大系数高，使用地理范围广，升级周期长，因此定型或投产前的评估与筛选就显得很重要。相对含量比较是与在设计过程中设置的参照配方进行比较，以设计配方的某一维生素含量占参照配方该维生素含量的百分比。物理性状的评估与筛选在小样制作和试产环节进行。可以从3 个不同角度评估设计配方的经济指标，包括基于达到同等的平均满足度、达到同等的预期性能或同等添加量的直接添加成本比较（仅含复合维生素的原料成本），以选取当期的市场平均价格为比较参照基数为宜。
5 设计配方案例分析
仅了解和具备维生素基本知识和设计思路尚不足以设计出商业价值的复合维生素产品，还需要对动物营养及饲料配方设计有专业认识和积累相当市场需求经验才能胜任。另外，即使完成了配方设计，如果不涉及载体/ 辅料选择、混合工艺和参数、质量保障及控制等，也不意味着能够制造出一款出色产品。因此，复合维生素产品设计的初学者可以通过以下案例的步骤、参数确定和利弊分析，了解各步骤的作用和关键点。最后，设计的方法并非一成不变，可以尝试在设计其他具备类似营养需求模式的营养素中借鉴使用。
本文以设计一款能满足商品产蛋鸡延养（简称“延养蛋鸡”）需求的新配方作为案例演示设计过程并进行分析。设计的前提条件为供延养（72~100 周龄）蛋鸡使用，也就是为满足“100 周产500 枚鸡蛋”的生产目标而设计一款专用的复合维生素，即使条件比较差，也能够饲养到90 周左右。假设的适用对象和性能要求：引进或本地商用蛋鸡品种，72~100 周龄，可兼顾60~100 周龄使用；全年、全域适用；预期的最高生产性能为100 周产500枚蛋、阶段内死淘率<5%；特别适用于经济环保型日粮（低蛋白，低磷）和复杂日粮（麦类杂粕型）以及典型的玉米- 豆粕型简单日粮；采食量100~130 g/d；笼养；含有13 种维生素，适用于加工复合预混合饲料和粉状全价饲料；还考虑包括控制蛋重、脂肪肝、蛋壳质量在内的特殊需求。由于超出现有的经典产蛋期专用复合维生素产品适用范围，无论如何调整添加量，都不适用于这个目标，所以需要重新设计。设计代码为New xxx。
延养蛋鸡维生素的需要量理论上至少受品种、日龄、生产性能、饲料原料组成、环境及应激的影响。但由于这项技术在国内仍处于技术摸索的前期阶段，仅有的经验又限于国外品种如Hy-Line（海兰）和基于精准饲养理念，所以表5 中的“L Laying 19~72 周龄”和L“Laying 72 周龄以上”分别对应经济型（Economic）产蛋期19~72 周龄和从72 周龄起延养的建议添加量数据。
关于表5 中设计延养蛋鸡复合维生素配方的各项技术指标及解读：
New xxx 的设计添加量为（150 g/t），13 种维生素对应的设计满足度以维生素C 最低为26%，维生素A 最高为52%，其中设计平均满足度为48%，满足度极差分布在26%~52%，在接受范围。说明蛋鸡可以相当均衡地获得13 种维生素。其中，维生素C 相对低的满足度首先考虑存在饮水补饲途径，也因为引入维生素C 需占用相当配方空间。此配方载体占比为8%~9%，属于高浓度的经济型产品。建议添加量对应的满足度具有实际使用意义。
选择一款上市时间超过10 年、市场使用效果反映良好的经典商品经济型蛋禽用复合维生素作为设计参照用配方（代码VM xxx）。含有12 种维生素，载体约占33%，属于中等浓度的标准型产品。从表5 中对应的各项技术指标可以解读出相关信息：在同等的设计添加量下（150 g/t），各维生素的设计满足度在0%~167%。因配方中不含维生素C，则满足度为0%，维生素B1 最高，达167%，距离设计平均满足度（71%）离散很大。说明尽管这是一款有代表性的优秀蛋鸡用产品，但由于延养蛋鸡的维生素需求发生显著变化而不适用，无法按照需求均衡地提供各种维生素，特别是存在明显缺乏/不足（维生素C、叶酸）和过剩（维生素B1、维生素A）。
图3 将表5 数据以曲线简单直观地表现出来。其中，设计配方New xxx 用于老龄延养蛋鸡的设计满足度相当平衡，极差范围分布窄，除维生素C 外分布相对集中在50% 附近，说明该设计配方适用于此阶段。而参照配方VM xxx 显示假如将其用于延养蛋鸡，则设计满足度范围分布在0%~167%，即使剔除维生素C 的情况下，其平均满足度73%，但离散很大，说明设计配方Newxxx 用于此阶段时明显优于参照配方VM xxx。生产实际中因为考虑到适用范围的兼容问题和生产中配方值投料取整以及量具计量限制，所以不过度追求满足度完全呈直线，取整数位即可，不必保留小数位。
利用图4 可以观察和评估设计配方的兼容特性，兼容范围越宽，工业适用性越强。图4 显示，设计配方New xxx 用于常规19~72 周龄产蛋鸡的设计满足度范围分布在23%~80%，平均49%，除了维生素B1 和维生素A 的满足度偏低以外基本平衡，说明设计配方可以兼顾于此阶段。相反，参照配方VM xxx 用于19~72 周龄产蛋鸡，范围分布在50%~105%，在不考虑维生素C的情况下，其平均满足度69%，剔除维生素C 后也达到64%，显示出参照配方仍是一款相当成熟、平衡的常规产蛋鸡用配方。
以上都是在设计添加量的前提下获得的结果，下一步则是要在这个基础上，计算出设计配方New xxx 的建议添加量（g/t）、平均满足度范围（%）、满足度极差和添加量系数。
根据“70%~100%”原则，可反推出设计配方的建议添加量为200~310 g/t。基于同样的建议添加量基础与参照配方进行比较，各设计参数见表6。
基于延养蛋鸡的满足度情况，设计产品New xxx的建议添加量下限为220 g/t，上限为310 g/t，平均满足度范围达到70%~99%，即对应添加下限的平均满足度为70%，对应添加上限的平均满足度为99%，即通过添加量获得29 个基点供给量可调范围。而参照配方VM xxx 在同样添加剂量时，对应下、上限平均满足度为104% 和156%，全部超出100%，差异达52 个基点。此处需要说明，参照配方基于同样的建议添加量是为了比较满足度，也可以反过来另行计算等满足度时比较对应的建议添加量上、下限。
理论上，满足度低于70% 不能达到生产性能的要求，而超过100% 失去营养学意义，过剩浪费或负面影响以至于超限中毒，说明在同等添加量下，新设计的配方更好。
利用平均满足度仅反映13 种维生素的平均情况，无法反映平均值的离散程度。因此引入极差反映平均满足度的离散情况，避免出现看似平均满足度很理想，但实际上打破了各维生素间供给平衡的情况。比较平均满足度极差均基于建议添加量。将设计配方（New xxx）用于延养蛋鸡时，对应下限和上限的平均满足度极差分别为37%~76% 和53%~107%。而参照配方VM xxx 则分别为0%~244% 和0%~409%，离散度远远超出设计配方，维生素C 扮演了重要角色。
在本设计中，建议添加量系数为1.41。在此范围内，使用者可以通过简单调整添加量，达到方便调整平均满足度的目的，而非某单一维生素的满足度。但是通过增减添加量获得预期的平均满足度有一个限度，超出这个限度，应考虑更换其他配方。
例如，产蛋鸡的维生素D3需要量为3 300 IU/kg，特定条件为日采食量106~114 g。但是从冬季的采食量115 g到夏季的95 g，变化幅度约17%，就可以方便地将添加量增或减17% 即可。如果叠加南、北方采食量的差异，可达90~120 g 或更大。反之，如果配方不平衡，17% 的调整将会出现明显的过量或不足。更大的落差幅度可以达到25%，因此恰当的添加系数保持应在40%~50%。
不合理的、随意设置的建议添加量、设计不合理的配方往往系数超过2 或更大，将导致缺乏或过剩，直接影响动物的生产性能表现，市场上仍然可常见。
关于添加成本的分析，可以基于同等平均满足度、同等性能或同等添加量直接比较。但因本设计案例为全新设计，与选择的参照配方用途、性能等级定位均不同，因此都不适用。
6 总 结
利用满足度设计可以帮助快速完成复合维生素配方设计。满足度设计概念一方面可以提高维生素的应用效率，减少盲目性，另一方面可以通过调整添加量尽量扩大配方的使用范围，为饲料企业组织模块化生产提供便利，提高生产效率。满足度设计特别适合设计定制和客制产品的配方，能快速设计、筛选和优化微调配方、显著降低盲目性，尽量扩大使用对象将产品数最小化。不过，这仅是实现精准设计的一个辅助工具，设计一款优秀的配方仍然依赖专业知识和设计经验以及反复微调才能完成。
本质上，满足度设计依然相当程度上受维生素需要量单一评估方法的局限，背后核心依然是确定维生素的需要量，而确定需要量仍然有很多空白。从动物需要量转化为行业普适的建议添加量，需要行业层面在研究数据的基础上积累实用验证并反复修正。相比之下，水产动物用复合维生素的配方设计最为复杂，反刍动物最简单。因此可以从简入繁作为初次利用满足度设计的入口。整个设计过程基于Excel 计算工具，未形成App。为持续优化投入品回报率，降低综合成本和探讨投入品减量行动积累数据，今后还有很多工作可以继续。（本文为2020 年12 月14 日“2020 中国维生素产业发展高层论坛”的专题报告“商用复合维生素配方精准设计及实例”的文字版。）
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