青綠秸稈的飼料化利用狀況及其飼料化技術(shù)研究進(jìn)展

■史良峰 高 健 王夢芝

(揚州大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚州 225009)

隨著人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需要，我國畜牧產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代化，規(guī)模化方向快速發(fā)展。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織近年來的統(tǒng)計資料表明，我國的肉、蛋產(chǎn)量居世界前列，奶類生產(chǎn)也在快速發(fā)展。由于肉蛋奶產(chǎn)品是由飼料轉(zhuǎn)化而來的，所以有多少產(chǎn)出就需要更多的輸入。目前我國的飼料用糧約占糧食的1/3，人畜之間的糧食矛盾已經(jīng)成為影響畜牧業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素之一[1-2]。開發(fā)利用無糧型飼料發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)是國情和畜牧業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的需要。秸稈飼料化能夠擴(kuò)大飼料來源，是節(jié)糧型畜牧生產(chǎn)的重要途徑。我國畜牧業(yè)比美國（以資本投入為主的集約化畜牧業(yè)發(fā)展模式）少用近1億噸飼料糧，但卻多生產(chǎn)了2 000多萬噸肉，其主要舉措之一就是大量使用青綠飼料[3]。本文即就國內(nèi)外青綠秸稈的飼料化利用技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 青綠秸稈飼料的特點和利用狀況

青綠秸稈青嫩多汁，木質(zhì)化程度低。相比于木質(zhì)化程度高的秸稈，其營養(yǎng)價值、利用率、消化率都較高，適口性較好。秸稈細(xì)胞壁的主要成分是粗纖維[4]，其中纖維素是由葡萄糖殘基通過β-1.4-糖苷鍵組合而成的，一部分纖維素之間相互并聯(lián)成結(jié)晶型結(jié)構(gòu)形成微纖維，不能為瘤胃微生物所利用；另一部分的纖維素以散亂無定型狀態(tài)存在于植物細(xì)胞壁中，可以被瘤胃微生物降解[5]。半纖維素是由幾種不同類型的單糖構(gòu)成的異質(zhì)多聚體，包括木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖等，大多可以被降解。木質(zhì)素的本質(zhì)是酚酸多聚體混合物，主要作用是通過形成交織網(wǎng)來硬化細(xì)胞壁，很難被瘤胃微生物降解。并且木質(zhì)素和纖維素鑲嵌在一起形成堅固的酯鏈，使纖維素免受瘤胃微生物侵襲及其酶的降解，從而限制了瘤胃微生物對纖維素的利用。所以，隨青綠秸稈飼料生長期的延長，其中含量不斷提高的木質(zhì)素對有機(jī)物的利用率有明顯的影響。木質(zhì)素每增加1%，消化率如，反芻動物下降約1%，豬雞下降約2%。

青綠秸稈中纖維素類物質(zhì)相對較低，粗蛋白含量、無機(jī)鹽含量、維生素和礦物質(zhì)元素相對木質(zhì)化程度高的秸稈而言要高。但由于抗?fàn)I養(yǎng)因子廣泛存在于飼料中，尤其是未經(jīng)加工的青綠飼料?？?fàn)I養(yǎng)因子有如：酚類化合物、皂化物等蛋白質(zhì)代謝影響因子；淀粉酶抑制劑、胃脹氣因子等碳水化合物代謝影響因子；植酸、草酸等礦物元素代謝影響因子等。在一些飼料中還可能含有亞硝酸鹽、硫葡萄糖苷等有毒成分。這些物質(zhì)在一定程度上阻礙飼料營養(yǎng)成分的消化吸收、干擾代謝，而影響動物的生長、繁殖性能，增加養(yǎng)殖生產(chǎn)成本，降低了養(yǎng)殖效益[6]。所以消除抗?fàn)I養(yǎng)因子以及有毒成分則是保證飼料營養(yǎng)成分的有效利用、保證動物正常生長發(fā)育與健康狀態(tài)的前提。

據(jù)統(tǒng)計，2010年全國年產(chǎn)各類農(nóng)作物秸稈理論資源達(dá)8.4億噸，但實際可收集量約為6.87億噸，占理論資源量的83.8%，占全世界秸稈總產(chǎn)量的20%～30%，其中以玉米、小麥和水稻等禾本科秸稈為主[7]。由于秸稈營養(yǎng)價值低，利用率低的原因，國內(nèi)農(nóng)作物秸稈用于飼料部分還很少，大部分被焚燒，造成環(huán)境污染。在我國僅有6%～8%的肉食由草轉(zhuǎn)化而來，而美國約占73%，澳大利亞約占90%的肉食由草轉(zhuǎn)化而來。由此可見，我國的秸稈作為飼料資源還有很大的發(fā)展?jié)撃?。目前青綠秸稈飼料的利用方式主要在收獲季節(jié)進(jìn)行鮮飼，或者采用干化粉碎、青貯等處理技術(shù)，以延長其保存期和提高其飼料化利用效率。

2 青綠秸稈飼料的主要加工技術(shù)

2.1 青綠秸稈營養(yǎng)價值的保持

2.1.1 快速干燥與壓塊

快速干燥可以較好地保留原料中的養(yǎng)分，將盛產(chǎn)季節(jié)的青綠飼料調(diào)制成干草粉、干草塊是較好的保存和利用方式[8]。歐州，如德國早在1905年即開始對青飼料進(jìn)行干燥處理，并以此作為保存方法。我國在上個世紀(jì)70、80年代引進(jìn)了美國、荷蘭、丹麥等的飼草干燥設(shè)備，并自主研發(fā)了系列飼草干燥設(shè)備，青綠飼料干燥技術(shù)得到了迅速地發(fā)展[9]。目前，部分地區(qū)將干草顆?；?，制成全價顆粒料飼喂不僅可避免其挑食，還可提供畜禽全面均衡的養(yǎng)分，以提高生長與生產(chǎn)性能[10]。秸稈烘干常與秸稈壓塊一起配套加工，制成高密度餅塊。既可減少飼料營養(yǎng)損失，又能夠減少霉變。降低運輸成本與儲存空間，用于日常飼喂、抗災(zāi)保畜及商品飼料生產(chǎn)均能取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.2 青貯

化學(xué)青貯、水貯、堆貯、袋貯等“草罐頭”系列是儲存利用青綠秸稈飼料的主要方式。青貯飼料主要是利用乳酸菌等微生物在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵，使青綠秸稈中的糖類轉(zhuǎn)化為乳酸，抑制霉菌，腐敗菌等的生長，長期保持青綠多汁飼料的營養(yǎng)特性。美國、英國、荷蘭、蘇聯(lián)等國家青貯飼料的使用量可達(dá)70%以上[11]。不同的青貯技術(shù)其青貯產(chǎn)品的質(zhì)量及飼用價都有所不同；不同的原料也因其化學(xué)組成、含水量等的不同其青貯技術(shù)也有所不同。如，青貯工藝的不同、添加劑使用的不同等[12]。目前，已研發(fā)出青貯用的微生物產(chǎn)品如植物乳桿菌、青貯的酶制劑如纖維素酶、青貯輔助劑如乙酸等[13-16]，大大促進(jìn)了青綠飼料青貯技術(shù)的提升，以及青貯產(chǎn)品質(zhì)量和其飼用價值的提高[17-19]。青貯處理的飼料適口性好、含水量多，能夠很好的保存青綠秸稈的營養(yǎng)成分，對天氣和收獲期的依賴性小。適于青貯的農(nóng)作物秸稈主要是玉米、高粱和黍類等含糖多的作物。含糖少的作物秸稈可考慮應(yīng)用青貯添加劑或者與其他飼料資源混合青貯。傳統(tǒng)的青貯方法是塑料袋青貯和窖貯法，目前世界上最先進(jìn)的青貯技術(shù)是拉伸膜裹包青貯法，該法包括圓捆青貯和袋式青貯[20]。

2.2 青綠秸稈的營養(yǎng)價值提高

2.2.1 堿化處理和氨化處理

堿化處理是用一定濃度的堿液（約占秸稈原料干物質(zhì)的3%～5%氫氧化鈉處理和石灰水）處理秸稈，破壞粗纖維中纖維素，半纖維素，木質(zhì)素三者之間的醚鍵或酯鍵，并消化大部分的木質(zhì)素和磷酸鹽，溶解與細(xì)胞壁多聚糖結(jié)合的酚醛酸，糖醛酸，乙?；黾永w維素之間的空隙度，使植物細(xì)胞壁疏松，膨脹，增加瘤胃微生物的附著數(shù)目，提高纖維素的降解率。雖然經(jīng)堿化處理后的秸稈消化率得到提高。但是處理會對環(huán)境造成污染，所以應(yīng)注意合理開發(fā)利用此項技術(shù)。氨化處理是向切碎的青秸稈加入氨源或尿素（占秸稈干物質(zhì)3%～5%），通過氨與粗纖維的反應(yīng)，使得木質(zhì)素與多糖之間的酯鍵發(fā)生斷裂，并且產(chǎn)生氨鹽。不僅提高了粗飼料的營養(yǎng)價值，而且產(chǎn)生的氨鹽能夠作為瘤胃中微生物合成菌體蛋白的氮源，為動物所利用。據(jù)Chemjong[21]研究得出用尿素處理的秸稈飼喂泌乳水牛，體重會有明顯的增加，而且相比于那些飼喂沒有添加尿素的水牛來說，有更多的產(chǎn)奶量。堿化與氨化處理通常作為秸稈青貯，微貯的前處理，形成生物化學(xué)復(fù)合處理技術(shù)。根據(jù)此前的研究[22]，考慮到化學(xué)藥品的消耗和降解性，先用7%的氫氧化鈉（pH值12）處理稻秸，然后壓緊放入聚錄乙烯貯倉中青貯，對于提高稻秸瘤胃消化率是最有效的。

2.2.2 玉米秸稈揉絲技術(shù)

玉米秸稈揉絲技術(shù)是用秸稈擠絲揉搓機(jī)將農(nóng)作物秸稈加工成青綠秸稈草絲，然后向草絲內(nèi)加入經(jīng)培養(yǎng)獲得的微生物發(fā)酵劑后，通過液壓打捆機(jī)將發(fā)酵飼草擠壓打捆裝袋。這種方法的好處有[23]：第一，改變傳統(tǒng)的物理切割方法，改橫切為縱切，通過切揉過程破壞秸稈表面硬質(zhì)莖節(jié)，提高了畜禽消化吸收；第二，由添加單純厭氧發(fā)酵細(xì)菌-乳酸菌變?yōu)樘砑游⑸镏苿┌l(fā)酵。通過微生物發(fā)酵，使秸稈的木質(zhì)素、纖維素被降解成低聚糖、乳酸和揮發(fā)性脂肪酸，從而提高秸稈的利用率；第三，實行袋貯。通過采用袋貯發(fā)酵技術(shù)，減少秸稈原料在貯藏和使用中的浪費，同時也能減少秸稈發(fā)酵過程中因空氣進(jìn)入而引起的霉變。

2.2.3 微貯

秸稈微貯就是在農(nóng)作物秸稈中加入秸稈發(fā)酵活干菌，然后放入密封的容器中發(fā)酵貯藏，主要是為了降解其中難以被瘤胃微生物利用的成分。其主要優(yōu)點是菌種易得、成本低廉、適用范圍廣和安全可靠，且能大幅提高秸稈的營養(yǎng)價值。發(fā)酵工藝根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)的不同分為多種，根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)可分為液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵，根據(jù)發(fā)酵的連續(xù)性可分為分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵，根據(jù)選用菌種種類多少可分為單一菌種發(fā)酵和混合菌發(fā)酵等[24]。

除了乳酸菌微貯常用的微生物還有[25]：降解木質(zhì)素能力較強的白腐真菌。白腐真菌的菌絲分泌的超纖維氧化酶溶解秸稈表面的蠟質(zhì)，而后菌絲進(jìn)入秸稈內(nèi)部，分泌釋放能降解木質(zhì)素的酶系。根據(jù)之前的實驗結(jié)果總結(jié)[26]得出，用真菌發(fā)酵麥秸可以有效地提高秸稈中粗蛋白的含量，提高消化能和有機(jī)質(zhì)的消化性，產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸和更加豐富的氮，降低有機(jī)氮的含量，從而降低C/N。降低酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維，粗纖維在細(xì)胞壁組分中的含量。用這種真菌發(fā)酵農(nóng)作物秸稈，能最大限度地提高農(nóng)作物秸稈的消化率。

生產(chǎn)纖維素酶的綠色木霉，能夠降解纖維素，破壞植物細(xì)胞壁，使其釋放細(xì)胞中的蛋白體和淀粉等營養(yǎng)成分，提高青綠秸稈飼料的營養(yǎng)價值。

枯草芽孢桿菌，是芽孢桿菌屬的一種，能夠產(chǎn)生多種消化酶及營養(yǎng)物質(zhì)。不但能降解纖維和脫毒，而且能提高瘤胃氨態(tài)氮、總揮發(fā)性脂肪酸及丙酸含量，降低瘤胃乙酸質(zhì)量濃度及乙酸/丙酸，提高日糧消化率，同時增加蛋白質(zhì)含量[27]，改善飼料的適口性。

用由多種微生物組成的復(fù)合菌劑處理秸稈可用于飼喂單胃動物，據(jù)玉樹香[28]的研究表明，玉米秸稈發(fā)酵后不可利用的物質(zhì)含量降低，營養(yǎng)價值提高，更有利于動物消化吸收；日糧中添加5%發(fā)酵秸稈粉效果最好，雖然試驗結(jié)果說明飼料中添加不同比例的發(fā)酵秸稈飼料對肉仔雞生長性能沒有顯著影響，但通過添加發(fā)酵秸稈飼料降低了養(yǎng)殖成本。

2.2.4 酶處理技術(shù)

酶處理主要是通過向飼料原料中添加酶制劑，有針對的降解某些難以被瘤胃微生物降解的物質(zhì)，以達(dá)到提高秸稈飼料的營養(yǎng)價值和利用率的目的。一般使用的酶制劑主要有淀粉酶、纖維素酶、半纖維素酶等，能夠分別將秸稈中的纖維素、半纖維素、淀粉等多糖成分降解為單糖，有效提高秸稈飼料利用率。飼料中添加酶制劑還能刺激增加內(nèi)源酶的分泌，如瘤胃中的纖維素酶，從而提高飼料的消化利用率。木聚糖酶的添加也可以促進(jìn)纖維在反芻動物瘤胃中的消化[29]。在添加酶制劑前，一般都會進(jìn)行化學(xué)方法的預(yù)處理來提高酶的降解作用，如Kim等[30]通過碳酸銨進(jìn)行預(yù)處理，改變稻秸的結(jié)構(gòu)來提高酶的降解作用。采用真菌所分泌的酶如，過氧化物酶、漆酶等可在一定程度上降解木質(zhì)素，提高其飼用價值[31-32]。采用基因工程、酶學(xué)等技術(shù)研發(fā)微生物或酶產(chǎn)品，是降解木質(zhì)素提高秸稈飼料飼用價值的思路之一[33-35]。由于酶制劑發(fā)揮作用的苛刻條件，誘導(dǎo)培育能夠產(chǎn)生適應(yīng)性強的酶的菌株至關(guān)重要。

2.3 抗?fàn)I養(yǎng)因子以及有毒有害物質(zhì)的消除技術(shù)

抗?fàn)I養(yǎng)因子，如蛋白質(zhì)、碳水化合物等代謝影響因子對飼料中營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和利用產(chǎn)生不利的影響；棉酚、硫葡萄糖苷等有毒有害物質(zhì)則可能影響畜禽健康狀態(tài)。迄今，青綠秸稈中這些物質(zhì)的去除技術(shù)也有了一定的研究。對于青綠秸稈中的熱不穩(wěn)定因子，可用高溫處理，如非淀粉多糖；對于一些熱穩(wěn)定因子，可以用酶制劑處理[36]。如目前應(yīng)用最廣泛的植酸酶。對于蛋白酶抑制劑，可以用化學(xué)處理。另外，用浸泡法處理易溶于水的抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)。由于高溫處理不易控制，化學(xué)方法又具有殘留污染等。所以具有多效性，高效能，無污染，成本低的生物學(xué)處理成為消除技術(shù)的主要研究方向。如付弘赟等[37]研究利用枯草芽孢桿菌，蠟樣芽胞桿菌，植物乳酸菌，酵母菌分別按照6%、4%、4%和4%的比例接種，能夠最大程度的去除豆粕中的胰蛋白酶抑制劑、植酸和大豆抗原蛋白等主要抗?fàn)I養(yǎng)因子，去除率分別為75.89%、86.71%、100%。木質(zhì)素與纖維素、半纖維素之間以牢固的酯鍵緊密相連，也是影響秸稈利用的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子之一[38]。對此，可以利用酶制劑或微生物發(fā)酵進(jìn)行降解處理。微生物青貯處理還可以除去原料的異味和毒素。如馬鈴薯鮮喂有毒素，木薯也不宜大量鮮食，青貯后則可安全飼用。在鈍化抗?fàn)I養(yǎng)因子時，往往是各種不同的方法聯(lián)合應(yīng)用，以消除飼料中不同的抗?fàn)I養(yǎng)因子[39]。具體消除技術(shù)可以通過將抗?fàn)I養(yǎng)因子以及有毒有害物質(zhì)的消除技術(shù)與青綠秸稈飼料的加工技術(shù)相結(jié)合，在青綠秸稈飼料的加工過程中予以同步消除。

3 小結(jié)

根據(jù)青綠秸稈的營養(yǎng)特性，通過壓塊、快速風(fēng)干和青貯等技術(shù)可盡量減少因加工、運輸和霉變等造成的飼料質(zhì)量降低，從而保持青綠秸稈的營養(yǎng)價值；通過干草顆?；夹g(shù)可在一定程度上減少飼料采食過程中的浪費。青綠秸稈的飼料化技術(shù)在盡量保持其營養(yǎng)價值的基礎(chǔ)上，通過使用基因工程、酶工程來降解木質(zhì)素和纖維素，消除抗?fàn)I養(yǎng)因子，以進(jìn)一步提高其營養(yǎng)和飼用價值是提高青綠秸稈的營養(yǎng)價值的重要研究方向。因為生物處理技術(shù)在很多方面都具有優(yōu)勢。如不需復(fù)雜的設(shè)備和消耗過多的能量，也不需高溫、高壓、強堿和強酸等條件，可節(jié)約化工原料、能源和緩解污染環(huán)境等；微生物的來源廣泛，投資少，容易獲得理想菌株，且微生物生長速度快，生產(chǎn)周期短，可以連續(xù)進(jìn)行，不受氣候條件，生產(chǎn)季節(jié)變化的影響；同時，微生物蛋白含量高，還有豐富的氨基酸、輔酶等，半纖維素和木質(zhì)素的降解率也得到提高等等。