การทำนายส่วนประกอบทางเคมีและการย่อยได้ของหญ้าเนเปียร์ปากช่องโดย เนียร์อินฟราเรดรีเฟลกแตนซ์สเปกโทรสโกปี (NIRS): Prediction of Chemical Composition and in vitro Digestibility of Napier Phakchong Grass by Near Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS)

Pattaraporn  Tatsapong; Premkamol  Thongdonsieng; Kanchana  Ponium

Authors

Pattaraporn Tatsapong Department of Agricultural science, Faculty of Agriculture, Natural Resource and Environment, Naresuan University, Phitsanulok, 65000
Premkamol Thongdonsieng Department of Agricultural science, Faculty of Agriculture, Natural Resource and Environment, Naresuan University, Phitsanulok, 65000
Kanchana Ponium Department of Agricultural science, Faculty of Agriculture, Natural Resource and Environment, Naresuan University, Phitsanulok, 65000

Keywords:

หญ้าเนเปียร์, การย่อยได้สิ่งแห้ง, การผลิตแก๊ส, NIRS, Napier grass, dry matter digestibility, gas production

Abstract

การวิจัยในครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาศักยภาพและความเป็นได้ของการใช้เทคนิคเนียร์อินฟราเรดรีแฟลกแตนซ์สเปกโทรสโกปี ในการทำนายค่าองค์ประกอบทางเคมีและการย่อยได้ด้วยวิธีการผลิตแก๊สของหญ้าเนเปียร์ปากช่อง โดยใช้ตัวอย่างหญ้าเนเปียร์ปากช่องที่เก็บจากสถานที่ต่างๆ จำนวน 112 ตัวอย่าง นำไปวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี ได้แก่ วัตถุแห้ง เถ้า โปรตีนหยาบ และอินทรียวัตถุ เพื่อไว้เป็นข้อมูลอ้างอิง และทำการหาการย่อยได้ด้วยวิธีการผลิตแก๊ส นำตัวอย่างไปวัดสเปกตรัมด้วยเครื่อง near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) ที่ช่วงความยาวคลื่น 800 ถึง 2,500 นาโนเมตร นำสเปกตรัมมาสร้างสมการและใช้ในการทดสอบสมการ โดยทำการวิเคราะห์ข้อมูลและสร้างสมการด้วยวิธี modified partial least squares (MPLS) โดยใช้โปรแกรมสำเร็จรูป OPUS การทำนายค่าองค์ประกอบทางเคมี โดยเฉพาะวัตถุแห้ง โปรตีนหยาบ เถ้า อินทรียวัตถุ การผลิตจุลิทรีย์โปรตีน และการย่อยได้ของวัตถุแห้งของหญ้าเนเปียร์ปากช่อง พบว่า NIRS สามารถทำนายได้อย่างแม่นยำ มีค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจสูง (R²>0.83) และความผิดพลาดมาตรฐานในการทำนายต่ำ ส่วนการย่อยได้ของอินทรียวัตถุ (OMD) พลังงานใช้ประโยชน์ได้ การผลิตกรดไขมันสายสั้น และจลนพลศาสตร์การผลิตแก๊สสามารถทำนายได้แม่นยำปานกลาง (R² =0.62- 0.76) สรุปได้ว่า NIRS สามารถทำนายค่าส่วนประกอบทางเคมี และคุณค่าทางโภชนะ (การย่อยได้ของวัตถุแห้ง และการผลิตจุลินทรีย์โปรตีน) ของหญ้าเนเปียร์ปากช่องได้อย่างแม่นยำและสามารถนำใช้ในการวิจัยด้านโภชนะศาสตร์สัตว์เคี้ยวเอื้องได้

The objective of this study was to evaluate the potential of near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) to predict chemical components and in vitro gas production parameters of Napier Phakchong grass. A total 112 grass samples harvested from different locations were analyzed to determine their chemical composition such as dry matter (DM), ash, crude protein (CP), organic matter (OM) as reference data. All samples were incubated in vitro in buffered rumen fluid to determine fermentation kinetics and nutrient digestibility using a gas production method and scanned using NIRS in the wavelength 800 to 2500 nm; spectra were retained with NIRS calibration and cross-validation. Predictive equations were developed using modified partial least squares (MPLS) in OPUS program. The chemical composition (DM, CP, ash and OM), microbial crude protein production (MCP) and dry matter digestibility (DMD) of Napier Phakchong grass were predicted by NIRS with a good degrees (R²>0.83) of accuracy with low standard errors of cross validation. In vitro digestible organic matter (OMD), metabolizable energy (ME), short chain fatty acids (SCFA) and gas production kinetics were moderately (R² = 0.62-0.76) predicted by NIRS. It was concluded that NIR spectroscopy can be used to accurately predict chemical composition and nutritive value (DMD and MCP) of Napier Phakchong grass and application including ruminant nutrition research.

References

Adesogan, A. T., Owen, E., & Givens, D. I. (1998). Prediction of the in vivo digestibility of whole crop wheat from in vitro digestibility, chemical composition, in situ rumen degradability, in vitro gas production and near infrared reflectance spectroscopy. Animal Feed Science and Technology, 74(3), 259-272.

Alomar, D. D., Fuchslocher, R. R., Cuevas, J. J., Madrones, R. R., & Cuevas, E. E. (2009). Prediction of the composition of fresh pastures by near infrared reflectance or interactance-reflectance spectroscopy. Chilean Journal of Agricultural Research, 69, 198-206.

Andres, S., Calleja, A., Lopez, S., Gonzalez, J. S., Rodriguez, P. L., & Giraldez, F. J. (2005). Prediction of gas production kinetic parameters of forages by chemical composition and near infrared reflectance spectroscopy. Animal feed science and technology, 123, 487-499.

AOAC (Association of Official Analytical Chemists) 1990. Official Methods of Analysis of Association of Analytical Chemistry. 15th ed. Arlington, Virginia, pp 1298.

Baloyi, J. J., Hamudikuw, H., Berardo, N., Ordoardi, M., & Ngongoni, N. T. (2013). Near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) prediction of herbage quality from forage and browse legumes, and natural pasture grass grown in Zimbabwe. African Journal of Agricultural Research, 8(10), 868-871.

Blummel, M., Makkar, H. P. S., & Becker, K. (1997). In vitro gas production: a technique revisited. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 77(1-5), 24-34.

Cozzolino, D., Fassio, A., Fernández, E., Restaino, E., & La Manna, A. (2006). Measurement of chemical composition in wet whole maize silage by visible and near infrared reflectance spectroscopy. Animal Feed Science and Technology, 129(3), 329-336.

Decruyenaere, V., Lecomte, P., Demarquilly, C., Aufrere, J., Dardenne, P., Stilmant, D., & Buldgen, A. (2009). Evaluation of green forage intake and digestibility in ruminants using near infrared reflectance spectroscopy (NIRS): Developing a global calibration. Animal Feed Science and Technology, 148(2), 138-156.

Getachew, G., Crovetto, G. M., Fondevila, M., Krishnamoorthy, U., Singh, B., Spanghero, M., Steingass. H., & Kailas, M. M. (2002). Laboratory variation of 24 h in vitro gas production and estimated metabolizable energy values of ruminant feeds. Animal Feed Science and Technology, 102(1), 169-180.

Herrero, M., Jessop, N. S., Fawcett, R. H., Murray, I., & Dent, J. B. (1997). Prediction of the in vitro gas production dynamics of kikuyu grass by near-infrared reflectance spectroscopy using spectrally-structured sample populations. Animal Feed Science and Technology, 69(1), 281-287.

Khandaker, Z. H., & Khaleduzzaman, A. B. M. (2011). Nutritional evaluation of Jambo forage using near infrared reflectance spectroscopy and comparison with wet chemistry analysis. Bangladesh Journal of Animal Science, 40(1-2), 46-50.

Lovett, D. K., Deaville, E. R., Givens, D. I., Finlay, M., & Owen, E. (2005). Near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) to predict biological parameters of maize silage: effects of particle comminution, oven drying temperature and the presence of residual moisture. Animal feed science and technology, 120(3), 323-332.

Lovett, D. K., Deaville, E. R., Mould, F., Givens, D. I., & Owen, E. (2004). Using near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) to predict the biological parameters of maize silage. Animal feed science and technology, 115(1), 179-187.

Menke, K. H., & Steingass, H. (1988). Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen fluid. Anim. Res. Dev, 28(1), 7-55.

Menke, K. H., Raab, L., Salewski, A., Steingass, H., Fritz, D., & Schneider, W. (1979). The estimation of the digestibility and metabolizable energy content of ruminant feedingstuffs from the gas production when they are incubated with rumen liquor in vitro. The Journal of Agricultural Science, 93(1), 217-222.

Mentink, R. L., Hoffman, P. C., & Bauman, L. M. (2006). Utility of near-infrared reflectance spectroscopy to predict nutrient composition and in vitro digestibility of total mixed rations. Journal of dairy science, 89(6), 2320-2326.

Narmsilee, R., Thaikua, S., & Pholsen, P. (2008). Prediction of nutritive value in forage by near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) technique. Research Annual. Bureau of Animal Nutrition Development, Department of Livestock Development, Thailand. 304-316.

Park, R. S., Agnew, R. E., Gordon, F. J., & Steen, R. W. J. (1998). The use of near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) on undried samples of grass silage to predict chemical composition and digestibility parameters. Animal Feed Science and Technology, 72(1), 155-167.

Starks, P. J., Coleman, S. W., & Phillips, W. A. (2004). Determination of forage chemical composition using remote sensing. Journal of range management, 57(6), 635-640.

Xiccato, G., Trocino, A., De Boever, J. L., Maertens, L., Carabaño, R., Pascual, J. J., ... & Falcao-E-Cunha, L. (2003). Prediction of chemical composition, nutritive value and ingredient composition of European compound feeds for rabbits by near infrared reflectance spectroscopy (NIRS).Animal Feed Science and Technology, 104(1), 153-168.