不同秸稈處理技術(shù)及在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用研究進(jìn)展

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 宮福臣 楊 瓊 李 杰＊

充分利用秸稈來源，對(duì)緩解粗飼料資源緊張具有重要意義。但是未經(jīng)加工處理的秸稈粗纖維含量大都在30%以上，粗蛋白質(zhì)3%～5%；鈣、磷含量低，導(dǎo)致其質(zhì)地粗硬，適口性差，不易消化，家畜采食量低，其代謝能利用率差，飼用價(jià)值不高（Kayongo，1993）。因此我國(guó)農(nóng)作物秸稈僅有少部分用作飼料，大部分秸稈就地被當(dāng)做廢料燃燒，這不僅改變了土地的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)也造成了大氣的污染。因此，科學(xué)有效地利用作物秸稈具有重要意義（楊游，2006）。

1 秸稈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

農(nóng)作物秸稈是指農(nóng)作物收獲籽實(shí)后剩余的其他部分，包括莖稈及殘存葉片等部分。秸稈主要由木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等聚結(jié)而成的致密的碳水化合物結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及少量蛋白質(zhì)、脂肪、木質(zhì)素、醇類、醛、酮和有機(jī)酸等組成（黃茜等，2008；徐廣等，2007）。其細(xì)胞壁由相互緊密結(jié)合在一起的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素三種成分構(gòu)成，是轉(zhuǎn)化利用秸稈的主要研究對(duì)象。半纖維素在細(xì)胞組織中結(jié)合松散，很容易被酸或酶分解，是最容易利用的碳源。纖維素是植物細(xì)胞次生壁的主要成分，是由幾千到一萬多個(gè)脫水吡喃葡萄糖構(gòu)成的多聚物，以纖維二糖的形式經(jīng)β-1，4糖苷鍵相互連接起來。木質(zhì)素是天然高分子聚合物，由苯基丙烷單元通過醚鍵和碳-碳鍵交聯(lián)而成，其結(jié)構(gòu)單元的多樣性構(gòu)成了其特有的機(jī)械強(qiáng)度。木質(zhì)素常與纖維素、半纖維素鑲嵌在一起，能抵抗微生物的消化并阻礙瘤胃微生物對(duì)細(xì)胞壁的降解 （張紅蓮，2004）。

2 影響反芻動(dòng)物對(duì)秸稈利用的因素

秸稈營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低，其干物質(zhì)消化能低于9 MJ/kg，粗蛋白質(zhì)占3%～5%，可消化物質(zhì)占35%～50%，反芻家畜對(duì)秸稈的消化率僅為20%～30%。秸稈不僅粗蛋白質(zhì)含量少，而且品質(zhì)差，消化率很低，甚至是負(fù)值。秸稈的適口性很差，直接影響家畜的采食量，這也是影響秸稈利用率的一個(gè)很重要的因素（馮仰廉和張子儀，2001）。秸稈中維生素含量缺乏，其中胡蘿卜含量?jī)H為2～5 mg/kg，鈣、磷含量低，硅酸鹽含量高。硅酸鹽的存在不利于其他營(yíng)養(yǎng)成分的消化利用，秸稈中鈣、磷含量低及比例不適宜，都不能滿足家畜的需要（房興堂等，2007；Kayongo，1993）。 由于秸稈飼料具有上述弊端，導(dǎo)致秸稈直接飼喂家畜的效果很差，使它在畜牧業(yè)上廣泛應(yīng)用受到了很大的限制。但如果對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)合理的加工調(diào)制，可改善其利用率、適口性、增加采食量，提高飼喂效果。

秸稈的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)式影響反芻動(dòng)物對(duì)秸稈利用的主要限制因素，其中木質(zhì)素構(gòu)成了木質(zhì)纖維細(xì)胞壁的15%～30%，很難被一般微生物降解且不易被動(dòng)物消化吸收（齊剛，2004）。反芻家畜對(duì)粗飼料利用的實(shí)質(zhì)是反芻動(dòng)物瘤胃微生物對(duì)粗飼料中纖維素的消化。瘤胃中消化纖維素的微生物主要包括細(xì)菌、原生動(dòng)物、真菌和噬菌體四大類，這些微生物都在厭氧的環(huán)境下生存。瘤胃內(nèi)纖維素分解是在多種微生物分泌酶的綜合作用下進(jìn)行的。瘤胃微生物對(duì)細(xì)胞壁的利用過程中，由于纖維素多聚體的結(jié)晶程度、復(fù)雜和高抗性木質(zhì)素分子、酚類化合物和木質(zhì)素與細(xì)胞多聚糖之間的緊密鍵連的影響，從而限制了消化酶的消化作用使消化酶無法接觸細(xì)胞壁的糖類和細(xì)胞內(nèi)容物，限制了動(dòng)物對(duì)纖維素和半纖維素等成分的降解和利用（劉曉牧等，2000）。因此，如果能夠改善細(xì)胞壁成分的消化性，如破壞組織結(jié)構(gòu)，降低纖維成分的結(jié)晶性，改善分子結(jié)構(gòu)及去除妨礙消化的木質(zhì)素等則能大幅度提高秸稈作為飼料的可利用性 （李延云，2006）。

3 秸稈的不同處理方法及應(yīng)用

目前，提高秸稈等低質(zhì)飼料利用率的途徑主要有兩點(diǎn)：一是改善適口性；二是破壞細(xì)胞壁組織結(jié)構(gòu)，提高瘤胃對(duì)纖維素的降解率。秸稈處理的方法主要分為物理、化學(xué)和生物學(xué)處理三類方法。

3.1 秸稈的物理處理及應(yīng)用 秸稈的物理處理包括秸切短粉碎、揉搓、壓粒（塊）、熱噴處理、碾青處理、蒸汽處理以及輻射處理等。物理處理便于咀嚼、拌料和減少浪費(fèi)，能提高秸稈的適口性，增加采食量，物理切斷可破壞植物細(xì)胞壁的表皮防護(hù)層，消除細(xì)胞壁內(nèi)木質(zhì)素對(duì)纖維素、半纖維素的包被作用，增加植物組織的傷損面積，擴(kuò)大微生物的接觸表面積，從而有利于細(xì)菌群和消化酶的消化，促進(jìn)粗飼料的降解。秸稈的切短粉碎常常是其他處理的前提。利用高溫蒸汽也是近年來用于改善稻草干物質(zhì)降解率的處理技術(shù)。有研究表明，用輻射技術(shù)處理秸稈，提高輻射劑量能夠促使秸稈的細(xì)胞壁成分含量降低，提高體外消化率（黃金華，2007）。但是這些方法不能從實(shí)質(zhì)上降解或利用纖維素。另外如膨化、制粒等需要復(fù)雜的設(shè)備且消耗大量的能量，僅作為飼用時(shí)不具有切實(shí)可行的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 秸稈的化學(xué)處理及應(yīng)用 化學(xué)處理主要方法有:堿化處理、氨化處理、酸化處理、氧化處理以及它們相互結(jié)合后的復(fù)合處理等。堿處理時(shí)，能大幅度降低秸稈粗纖維含量，提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，使秸稈粗纖維的消化率提高。但NaOH處理秸稈會(huì)造成環(huán)境污染，且成本也較高。因此，逐漸被氨化處理所替代。氨化處理秸稈是目前比較常用的一種方法，氨源主要有液氨、氨水、尿素、碳酸銨、硫酸銨等。氨化處理對(duì)秸稈具有氨化和堿化的雙重作用，從而提高秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。鹿書強(qiáng)（2004）試驗(yàn)結(jié)果表明，氨化可顯著提高秸稈干物質(zhì)瘤胃48 h消失率，可顯著提高秸稈蛋白質(zhì)含量。盡管氨化處理秸稈能夠提高粗蛋白質(zhì)含量和干物質(zhì)消化率，但對(duì)秸稈纖維性物質(zhì)降解的效果較差（張文舉等，2002）。用弱堿處理秸稈能提高消化率，但全部用尿素去氨化則氨的揮發(fā)損失太多 （馮仰廉和張子儀，200l），這不僅是對(duì)氮素的極大浪費(fèi)，而且也造成了環(huán)境污染。因此，如何提高氨化過程中氮素的保留率，是一個(gè)有待進(jìn)一步解決的問題。

3.3 秸稈的微生物處理及應(yīng)用 目前利用微生物處理秸稈大致分為青貯技術(shù)、微貯、利用秸稈生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)、利用纖維素酶處理秸稈、利用白腐真菌處理秸稈等方法。

3.3.1 秸稈青貯技術(shù) 秸稈青貯就是在厭氧條件下，利用乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，當(dāng)青貯物pH值降到3.8～4時(shí)，青貯料中有害微生物處于被抑制狀態(tài)，達(dá)到保存飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的目的。青貯飼料適口性好，木質(zhì)化程度差，消化率高，在所有生物學(xué)處理中，制作青貯飼料是最好的也是最實(shí)用的秸稈利用方法。青貯飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高。禾本科牧草青貯可以保存牧草中85%以上的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而制備干草即使在最好的條件下也只能保留80%的養(yǎng)分，若在較差條件下，只能保留50%～60%的養(yǎng)分；這種方法制作工藝簡(jiǎn)單，投入勞力少，但青貯飼料一次性投資較大，如青貯壕（溝）或青貯窖，以及青貯切碎設(shè)備等；由于青貯原料粉碎細(xì)度較小，以及發(fā)酵產(chǎn)生乳酸等，飼喂青貯飼料過多有可能引起某些消化代謝障礙，如酸中毒、乳脂率降低等；若制作方法不當(dāng)，如水分過高、密封不嚴(yán)、踩壓不實(shí)等，青貯飼料有可能腐爛、發(fā)霉和變質(zhì)等。

3.3.2 微貯技術(shù)處理秸稈 秸稈微貯是秸稈收割曬干粉碎后，經(jīng)過堿化處理，再加入一定的生物制劑，在密閉的容器內(nèi)經(jīng)過一段時(shí)間的厭氧發(fā)酵，經(jīng)生物制劑的分解作用，將大量的纖維素、半纖維素、部分的木質(zhì)素轉(zhuǎn)化成為糖類，糖類又經(jīng)有機(jī)酸發(fā)酵菌轉(zhuǎn)化為乳酸和揮發(fā)性脂肪酸，使微貯原料酸度下降，抑制丁酸菌、腐敗菌的繁殖，而形成帶有酸香味，質(zhì)地柔軟，牲畜喜食，易消化，營(yíng)養(yǎng)成分高的優(yōu)質(zhì)飼料。秸稈經(jīng)過微貯后呈金黃褐色，帶有醇香和果香氣味，呈弱酸性，手摸感到松散，質(zhì)地柔軟濕潤(rùn)。掃描電鏡顯示，處理后秸稈的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)受到破壞，原來致密、有序的組織結(jié)構(gòu)被打亂，形成了大量的空洞（陳秀為等，2004）。孟冬麗（2001）研究表明，微貯麥秸使粗蛋白質(zhì)含量提高了10.67%，有機(jī)酸提高了807.67%，木質(zhì)素、纖維素和半纖維素分別降低了10.24%、14.15%、43.86%。王權(quán)等（2004）利用發(fā)酵活干菌處理秸稈飼喂育肥羊，試驗(yàn)表明，育肥羊的采食量和日增重比對(duì)照組提高了16.7%和120.28%，差異極顯著（P<0.01）。微貯秸稈飼喂奶牛同樣取得了較好的效果，蔡治華（2001）研究指出，飼喂微貯玉米秸稈能夠顯著提高奶牛的日平均產(chǎn)奶量和奶料比，比對(duì)照組提高了10.28%和10.28%。孟冬麗（2001）用綿羊進(jìn)行消化試驗(yàn)證明，秸稈微貯飼料體內(nèi)DM、OM和CF的消化率分別較未處理麥秸提高21.14%、43.77%和29.40%?？傊?，微貯飼料不僅具有青貯飼料的芳香氣味、適口性好等特點(diǎn)，還具有自己獨(dú)有的特點(diǎn)：一是飼料來源廣，干青秸稈都能制成優(yōu)質(zhì)的微貯飼料。二是制作季節(jié)長(zhǎng)，北方春夏秋三季可制作，南方全年都可制作，避免因農(nóng)忙而耽誤制作微貯飼料的最佳時(shí)期。

3.3.3 利用秸稈生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì) 利用秸稈資源生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)目前主要有兩條途徑:一是水解法，包括酸水解、堿水解和酶水解，使部分纖維素、半纖維素變成還原糖，脫去部分木質(zhì)素后，再進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)；二是直接法，即靠纖維素分解菌直接分解。直接法相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低，沒有二次污染問題，在我國(guó)農(nóng)村或小型企業(yè)推廣應(yīng)用。發(fā)酵過程主要包括液體發(fā)酵、固體發(fā)酵兩種。秸稈利用研究中用以生產(chǎn)的單一菌種的酶系不全，活性低、降解效果不理想及易受降解產(chǎn)物阻遏的原因，使得此項(xiàng)技術(shù)還處于研究過程之中。

3.3.4 利用纖維素酶處理秸稈 纖維素酶如：木酶、曲酶和青酶可以破壞植物細(xì)胞壁，補(bǔ)充內(nèi)源酶的不足，提高反芻動(dòng)物對(duì)粗飼料的利用率（Zohar和 Yitzhak，1995）。 高仁（1999）報(bào)道，用纖維素復(fù)合酶處理過的青貯玉米秸稈的色澤、味覺、觸覺、適口性、新鮮程度和完好率等各項(xiàng)指標(biāo)均比未處理組好，開窖后原料完好率達(dá)到100%，未處理組在窖頂和窖周圍出現(xiàn)霉?fàn)€現(xiàn)象。纖維素酶是生物活性物質(zhì)，要求穩(wěn)定性高和具有一定的活力單位，所以對(duì)生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)都有較嚴(yán)格的要求。雖然添加酶制劑在試驗(yàn)中有一定效果，但由于使用酶的成本高，效果受動(dòng)物的生長(zhǎng)期和體內(nèi)環(huán)境如溫度、pH值的影響，又不能再生，故實(shí)際應(yīng)用中并未得到廣泛應(yīng)用。

3.3.5 利用白腐真菌處理秸稈 聶國(guó)興（2004）利用白腐真菌處理秸稈，碳水化合物發(fā)生選擇性降解40%～60%，纖維素和半纖維素降解20%～40%。白腐真菌處理的秸稈不僅大部分木質(zhì)素被降解或破壞，秸稈質(zhì)地柔軟，適口性也得到明顯改善（陳誼等，2001）。利用白腐真菌處理秸稈，快速、高質(zhì)量地利用及轉(zhuǎn)化秸稈資源，減少環(huán)境污染，都具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。隨著對(duì)白腐真菌最適反應(yīng)和生產(chǎn)條件的進(jìn)一步研究，其應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

4 小結(jié)

在生產(chǎn)實(shí)踐中，物理、化學(xué)和生物學(xué)處理經(jīng)常結(jié)合使用。無論應(yīng)用何種生物技術(shù)處理秸稈，都應(yīng)著重解決如下問題：一是在秸稈的纖維素、木質(zhì)素與蠟質(zhì)結(jié)合致密的前提下，提高各種酶的活性；二是選育纖維素酶產(chǎn)量高的菌種；三是減小發(fā)酵過程中降解終產(chǎn)物對(duì)酶的合成及其活性的抑制作用。要綜合考慮適宜給量、加工手段、多種秸稈搭配、增加的效益與制作成本的關(guān)系、保存及其安全性等問題。使秸稈得到合理、有效等利用。隨著我國(guó)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的不斷進(jìn)行，秸稈飼料將是發(fā)展畜牧業(yè)的重要資源，對(duì)于降低能源的消耗和飼料的成本、保護(hù)和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境及實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

[1]蔡治華.飼喂微貯玉米秸桿對(duì)奶牛產(chǎn)乳量的影響 [J].安徽技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，15（4）：31 ～ 32.

[2]陳秀為，張克強(qiáng)，周可.一組復(fù)合菌發(fā)酵秸稈的理化效應(yīng)及飼喂效果[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23（2）：345 ～ 347.

[3]陳誼，康鴻明，杭怡瓊，等.白腐真菌降解稻草喂豬試驗(yàn)[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2001，20（3）：109 ～ 110.

[4]房興堂，陳宏，趙雪峰，等.農(nóng)作物秸稈飼料加工利用技術(shù)[J].中國(guó)資源綜合利用，2007，7：9 ～ 11.

[5]馮仰廉，張子儀.低質(zhì)粗飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及合理利用[J].中國(guó)畜牧雜志，2 001，6：3 ～ 5.

[6]高仁.青黃貯添加纖維素酶新技術(shù)[J].中國(guó)農(nóng)村小康科技，1999，2：46～47.

[7]黃金華.不同處理的粗飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的比較：[碩士學(xué)位論文][D].2007.

[8]黃茜，黃鳳洪，江木蘭，等.木質(zhì)素降解菌的篩選及混合菌發(fā)酵降解秸稈的研究[J].中國(guó)生物工程雜志，2008，28（2）：66 ～ 70.

[9]李延云.農(nóng)作物秸稈飼料加工技術(shù)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2006.

[10]劉曉牧，李福昌，王中華，等.白腐真菌與秸稈飼料的有效利用[J].飼料研究，2000，1：42 ～ 43.

[11]鹿書強(qiáng).不同季節(jié)和處理方式對(duì)氨化玉米秸稈營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響：[碩士學(xué)位論文][D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.

[12]孟冬麗.秸稈厭氧發(fā)酵活干菌的研究及應(yīng)用[J].飼料研究，2001，5：30～32.

[13]聶國(guó)興.白腐真菌發(fā)酵在飼料工業(yè)中的應(yīng)用[J].河南畜牧獸醫(yī)，2004，25（1）：33 ～ 34.

[14]齊剛.白腐真菌降解秸稈木素及飼料化研究：[碩士學(xué)位論文][D].天津：天津科技大學(xué)，2004.

[15]王權(quán)，王玉秀，于天明，等.微貯玉米秸稈飼喂羊試驗(yàn)報(bào)告[J].中國(guó)草食動(dòng)物，2004，S1：145 ～ 146.

[16]徐廣，刁治民，曾智科，等.微生物降解秸桿的研究進(jìn)展與前景展望[J].科技資訊，2007，32：136 ～ 137.

[17]楊游.秸稈資源的開發(fā)現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].畜禽業(yè)，2006，196：27 ～ 29.

[18]張紅蓮.農(nóng)作物秸稈飼料處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].飼料與畜牧，2004，3：11～14.

[19]張文舉，王加啟，龔月生，等.提高秸稈飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的方法[J].國(guó)外畜牧科技，2002，28（1）：17 ～ 22.

[20]Kayongo B S.Evaluation of caged waste as a protein supplement fibrous crop residues fed to sheep[D].University of Nairobi.1993.

[21]Zohar，Yitzhak.Effect of Manganese on Preferential Degradation of Lignin by Pleurotus ostreatus during Solid-State Fermentation[J].Applied and Environmental Microbiology，1995，61（8）：3057 ～ 3062.