超微粉碎在玉米秸稈飼料化技術(shù)中的研究與應(yīng)用

向天勇，陸敘元，祝天龍

(嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物與環(huán)境分院，浙江 嘉興 314036)

超微粉碎是近年來迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，能把原材料加工成微米甚至納米級(jí)的微粉(＞300目，即 ＞0.05 mm)［1］。由于顆粒的微細(xì)化導(dǎo)致表面積和孔隙率的增加，使超微粉體具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，如顯著提高物料細(xì)胞的破壁率、增加物料顆粒有效成分的溶出度等［2－3］。此外超微粉碎可以使有些物料加工過程或工藝產(chǎn)生革命性的變化，許多動(dòng)植物的不可食部分也可通過超微化而被動(dòng)物消化吸收［4－5］。秸稈飼料化應(yīng)用是農(nóng)村廢棄物綜合應(yīng)用的途徑之一，但秸稈的適口性和營養(yǎng)效率低下是制約秸稈飼料化應(yīng)用的瓶頸。把超微粉碎的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于秸稈飼料化技術(shù)之中，是秸稈飼料化應(yīng)用的新嘗試。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米秸稈。嘉興市郊鮮食玉米秸稈，采收后自然晾干切碎，由俄羅斯國家科學(xué)院西伯利亞分院機(jī)械化學(xué)研究所研制的超細(xì)粉碎研磨機(jī) (綠磨)研磨成200目 (0.074 mm)左右的細(xì)粉。

酶制劑。市售通用飼料纖維素酶。

酶活性檢測(cè)試劑。采用生化試劑及分析純以上試劑。

飼料發(fā)酵菌種。嘉興市硯童飼料有限公司提供(專利號(hào):ZL 200410026127.7)。

實(shí)驗(yàn)豬。杜長大商品豬，嘉興市雙龍牧業(yè)有限公司提供。

1.2 方法

秸稈物料理化性狀分析。鮮食玉米秸稈晾干切碎并經(jīng)超細(xì)粉碎研磨機(jī)研磨后，進(jìn)行粒度分析;以常規(guī)粉碎秸稈粉 (60目左右)為對(duì)照，對(duì)比分析其干物質(zhì)、粗蛋白、酸性洗滌纖維 (ADF)、洗滌纖維 (NDF)、灰分的含量。

秸稈粉在纖維素酶作用下降解效率。通過DNS法檢測(cè)可溶性還原糖含量的增加，判斷纖維素酶等額作用效率。

超微粉碎對(duì)秸稈發(fā)酵效率的影響。將原料超微粉碎后，與菜籽餅按8∶2的比例混合成發(fā)酵原料，以82%的發(fā)酵原料，配合進(jìn)7%的玉米粉、8%的小麥麩、2%的尿素和1%發(fā)酵菌種，經(jīng)36小時(shí)有氧發(fā)酵后，在常溫下再經(jīng)20 d的厭氧發(fā)酵。以常規(guī)粉碎粉秸稈發(fā)酵為對(duì)照，對(duì)比分析總?cè)艹鑫铩⒋值鞍?、酸性洗滌纖維 (ADF)、洗滌纖維 (NDF)、灰分的含量，檢測(cè)木聚糖酶、β葡聚糖酶活力。

超微粉碎秸稈發(fā)酵料在豬飼料中的應(yīng)用研究。于嘉興市雙龍牧業(yè)有限公司，選用杜長大商品豬作為試驗(yàn)對(duì)象，以窩為單位，分別設(shè)置超微粉碎組、常規(guī)粉碎組與對(duì)照組各10窩 (共306頭)，各組在出生日期上相差不超過3 d。乳豬在7日齡開始誘食，在20日齡開始在乳豬飼料中添加5%發(fā)酵料，并以添加常規(guī)粉碎料為對(duì)照組。為了說明發(fā)酵料的抗下痢效果，在乳豬飼料配方中去除了抗生素添加劑。以試驗(yàn)組和對(duì)照組的下痢病發(fā)病頭數(shù)為統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，計(jì)算發(fā)病率，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn);以發(fā)病乳豬采用常規(guī)抗生素治療后，從開始治療至治愈所需的天數(shù)為統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，研究發(fā)酵飼料對(duì)乳豬下痢病治療轉(zhuǎn)歸的影響;以試驗(yàn)前后的空腹稱重為觀察指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)出試驗(yàn)組與對(duì)照組的全期窩增重和日增重。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)秸稈物料理化性狀的影響

收集本地所產(chǎn)鮮食玉米秸稈自然晾干，切碎機(jī)切碎后超微研磨，分別收集研磨1次、2次的玉米秸稈粉進(jìn)行粒度分析，原料細(xì)度分布如表1。

表1 玉米秸稈物料研磨后的各粒度比例

表1數(shù)據(jù)顯示，秸稈研磨1次后粒度集中分布在60～150目 (0.25～0.1 mm)，研磨2次后粒度集中分布在150～250目 (0.1～0.06 mm)。以常規(guī)粉碎秸稈粉 (60目左右)為對(duì)照，假定前后密度未發(fā)生變化的情況下，研磨2次后其比表面積增大了19 800倍，實(shí)際情況是經(jīng)超微粉碎，顆?？紫堵试黾?，密度減小，比表面積將進(jìn)一步增加。

對(duì)比分析其粗蛋白、酸性洗滌纖維 (ADF)、洗滌纖維 (NDF)、灰分的含量，結(jié)果如表2所示。

表2 玉米秸稈物料粉碎前后的理化性狀

表2中數(shù)據(jù)顯示，玉米秸稈超微粉碎后粗蛋白略有上升、灰分略有降低，可能與超微粉碎過程中少量殘?jiān)缓Y分去除有關(guān)，但總體變化不大;洗滌纖維，尤其是酸性洗滌纖維的含量與粉碎后秸稈粉的平均粒度呈顯著負(fù)相關(guān) (r=－0.999 83)?？梢娋G磨超微粉碎可顯著增加玉米秸稈粉的比表面積、降低洗滌纖維的比例，從而增加有效成分的溶出度、改善物料的理化性狀。

2.2 對(duì)秸稈粉降解效率的影響

采用纖維素酶處理玉米秸稈粉懸濁液，相同條件下40℃處理30 min后，檢測(cè)粉碎前后玉米秸稈可溶性還原糖的含量，分析超微粉碎對(duì)秸稈粉在纖維素酶作用下降解效率的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 不同處理玉米秸稈粉的降解效率

從酶處理前可溶性還原糖含量變化可以看出，玉米秸稈超微粉碎可一定程度增加可溶性還原糖的含量;在相同條件下，纖維素酶對(duì)秸稈的降解效率與玉米秸稈的平均粒度呈顯著正相關(guān) (r=0.969 705)，經(jīng)纖維素酶處理30 min，200目超微粉可溶性還原糖增加56.16%，比60目粗粉組高34.19%。由于顆粒的微細(xì)化導(dǎo)致表面積和孔隙率的增加，對(duì)于提高纖維素酶的降解效率無疑是十分有利的。

2.3 對(duì)秸稈發(fā)酵效率的影響

由于單胃動(dòng)物胃腸道內(nèi)本身不具備降解纖維素的酶，秸稈的超微粉碎只能從一定程度上增加了秸稈物料有效成分的溶出度，改善了物料的消化性狀。但秸稈顆粒結(jié)構(gòu)的變化為微生物酶的作用效率的提高奠定了基礎(chǔ)。因此，要進(jìn)一步增加秸稈類飼料的消化吸收率，進(jìn)行秸稈的發(fā)酵降解是秸稈飼料化的重要途徑。

將原料超細(xì)粉碎后 (200目左右)，配合進(jìn)一定比例的基料，加入1%發(fā)酵菌種，經(jīng)36 h有氧發(fā)酵后，在常溫下再經(jīng)20 d的厭氧發(fā)酵。以常規(guī)粉發(fā)酵為對(duì)照，對(duì)比分析總?cè)艹鑫铩⒋值鞍?、ADF、NDF、灰分的含量 (以干物質(zhì)計(jì))，結(jié)果如表4。

表4 秸稈粉發(fā)酵前后的理化指標(biāo)

表4數(shù)據(jù)顯示，超微粉碎發(fā)酵料總?cè)艹鑫镞h(yuǎn)高于常規(guī)粉碎料，粗蛋白含量有所增加，洗滌纖維，尤其是酸性洗滌纖維大幅度被降解，進(jìn)一步檢測(cè)木聚糖酶、β葡聚糖酶活力，分別達(dá)到了1 976粘度單位·g－1和986 AGL·g－1(常規(guī)粉碎組僅為 103粘度單位·g－1和 268 AGL·g－1)。超微粉碎料經(jīng)過發(fā)酵后，具有誘人的酒曲香和水果香味，可改善飼料的適口性。

2.4 對(duì)應(yīng)用效果的影響

設(shè)立超微粉碎組 (常規(guī)飼料添加5%超微粉碎粉的發(fā)酵料)、常規(guī)粉碎組 (常規(guī)飼料添加5%常規(guī)粉碎粉的發(fā)酵料)和對(duì)照組 (常規(guī)飼料)，每組10窩共102頭，進(jìn)行發(fā)酵料飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)周期15 d，分別統(tǒng)計(jì)對(duì)乳豬下痢發(fā)病率及疾病轉(zhuǎn)歸的影響和對(duì)豬生長發(fā)育的影響，結(jié)果如5－6所示。

表5 添加不同發(fā)酵料對(duì)乳豬下痢及轉(zhuǎn)歸的影響

表6 添加不同發(fā)酵料對(duì)乳豬生長發(fā)育的影響

從表5－6中的數(shù)據(jù)可以看出，采用添加常規(guī)粉碎玉米秸稈飼喂乳豬，與常規(guī)料相比，乳豬日增重下降、料重比增加，但下痢的發(fā)病率略有下降，采用抗生素治療病程縮短，沒有出現(xiàn)病死案例。而采用超微粉碎的添加料，不僅在防治乳豬下痢方面優(yōu)于添加常規(guī)粉碎玉米秸稈的飼料，而且在日增重和料重比方面也優(yōu)于常規(guī)飼料。

常規(guī)飼料中添加5%常規(guī)粉碎玉米秸稈抑制了乳豬生長，但有一定的抗下痢作用;添加5%超微粉碎玉米秸稈可使乳豬的日增重略高于常規(guī)飼料，采食量與不添加的常規(guī)飼料無顯著差異，但略優(yōu)于添加常規(guī)粉碎秸稈組;添加超微粉碎玉米秸稈對(duì)防止乳豬下痢有顯著作用，同時(shí)使抗生素治療的病程縮短。

3 小結(jié)和討論

上述研究結(jié)果表明，玉米秸稈經(jīng)超微粉碎，其理化性狀得到明顯改善，同時(shí)在飼料加工過程中可使發(fā)酵效率顯著提高;超微粉碎的玉米秸稈經(jīng)發(fā)酵后適口性得到改進(jìn)，營養(yǎng)組成更加合理，替代5%的常規(guī)乳豬飼料，對(duì)乳豬下痢具有顯著的防治作用，對(duì)乳豬生長略有促進(jìn)作用。而對(duì)于常規(guī)粉碎玉米秸稈料，由于其中的粗纖維成分不能得到有效利用，而且會(huì)影響飼料中其他養(yǎng)分的吸收利用，從而影響了乳豬的生長速度與飼料報(bào)酬。但植物粗纖維在動(dòng)物體內(nèi)吸水膨脹，具有填充腸胃道和促進(jìn)腸胃道蠕動(dòng)、促進(jìn)糞便排出的作用，因此，添加常規(guī)粉碎玉米秸稈粉對(duì)抗乳豬下痢也具有一定的作用。

由于纖維素具有極強(qiáng)的吸附能力，可以在腸道中吸附有害微生物而減少了乳豬下痢疾病的發(fā)生，這在本研究中也得到了證實(shí)。對(duì)高纖維素飼料進(jìn)行超微粉碎后，其吸附面積得到了大大增加，從而使抗下痢效果更加明顯。同時(shí)，秸稈發(fā)酵飼料中的有益生物菌，在進(jìn)入動(dòng)物消化道后，抑制了腸道內(nèi)腐敗細(xì)菌和其它病源性微生物生長，增加了抗腸道傳染病能力。再者，單胃動(dòng)物本身不具備分解植物粗纖維的酶，對(duì)植物粗纖維的利用僅靠腸道微生物分解產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸吸收利用，但利用程度很低，尤其是保育豬，利用率更低。超微粉碎一方面提升玉米秸稈的營養(yǎng)效價(jià)，同時(shí)通過改善玉米秸稈的理化性狀，提高飼料加工過程中的發(fā)酵效率，最終增加單胃動(dòng)物對(duì)植物粗纖維的消化吸收。玉米秸稈超微粉碎結(jié)合生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)超微玉米秸稈粉，可替代5%精飼料，既能促進(jìn)對(duì)秸稈廢棄物的綜合利用，又能有效降低飼養(yǎng)成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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