秸稈飼料中的微生物技術(shù)運用技巧分析

滕道明，郝明靜，劉召華

（1.江蘇省銅山中等專業(yè)學(xué)校,江蘇徐州 221116；2.江蘇省徐州市張集中等專業(yè)學(xué)校,江蘇徐州 221114）

農(nóng)作物秸稈在地球上比較常見，它是世界上一種非常重要的生物資源，農(nóng)作物秸稈的地位僅次于煤炭、石油及天然氣，是世界上第四大能源。有相關(guān)調(diào)查顯示，全世界每年能產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈將近30×108t，我國是世界上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)量每年達(dá)5.6×108t，約占世界農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量的5%，居世界首位。我國農(nóng)作物秸稈以玉米、小麥和稻谷秸稈為主，在這些農(nóng)作物秸稈中，約有70%的干物質(zhì)能為動物的生長提供必要的能量。但從我國目前的情況來看，用作飼料生產(chǎn)的農(nóng)作物秸稈不足總產(chǎn)量的10%，大多數(shù)秸稈都是直接還田或當(dāng)燃料使用，剩下的農(nóng)作物秸稈在田間廢棄（我國秸稈利用情況可以參照表1），這不僅浪費了寶貴的生物資源，還對環(huán)境造成很大破壞，秸稈燃燒產(chǎn)生的煙塵散發(fā)到空氣中會對環(huán)境造成很大污染，人在呼吸這種煙塵后，患上呼吸道疾病的概率大大增加，給人民身體健康造成很大威脅。

表1　我國年秸稈總產(chǎn)量以及秸稈的利用情況

農(nóng)作物在生長過程中，通過光合作用會積累很多糖及粗蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分，如果對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行合理加工，用來喂養(yǎng)牛、羊等反芻動物，其可以為這些動物提供充足的營養(yǎng)，對動物的成長十分有利。我國是一個飼料較為缺少的國家，為彌補蛋白飼料的不足，我國每年都會從國外進(jìn)口很多魚粉解決飼料短缺問題。韓彥艷等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，使用微生物對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行轉(zhuǎn)化能得到很多富含蛋白質(zhì)及脂肪的菌體細(xì)胞，這些菌體細(xì)胞是制作飼料的優(yōu)質(zhì)原料，并且在使用農(nóng)作物秸稈制作飼料時，具有生產(chǎn)周期短、營養(yǎng)價值高及可再生、無污染等優(yōu)點，應(yīng)用前景非常廣闊。

1　農(nóng)作物秸稈的成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)

1.1農(nóng)作物秸稈的主要成分 我國地大物博，氣候類型多樣，所以農(nóng)作物種類也比較多，農(nóng)作物秸稈類型非常多，但主要的農(nóng)作物秸稈有玉米秸稈、小麥秸稈及稻草秸稈等，這些秸稈的主要成分為纖維素、細(xì)胞內(nèi)含物、半纖維素、粗蛋白及木質(zhì)素等，這些物質(zhì)對于飼料來說都具有很高的價值。農(nóng)作物秸稈中各種物質(zhì)含量的比例可以參照表2。

1.2農(nóng)作物秸稈的主要結(jié)構(gòu) 從表1可以看出，纖維素是農(nóng)作物秸稈中最主要的成分，在自然界中比較常見，其化學(xué)結(jié)構(gòu)是n吡喃型葡萄糖通過p-1，4糖苷鍵連接而成的葡萄糖單位聚合體，在微纖維間還有比較牢固的氫鍵連接，對于各種酶也具有較大的抵抗力。半纖維素也是農(nóng)作物秸稈中含量較高的元素，它是由多種不同的單糖聚合體異源性混合體所組成的，化學(xué)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。農(nóng)作物在生長過程中，半纖維素會逐漸增加，并且參與到植物的生長過程中，能大大增強植物堅實性，但其也會使植物的消化性大大降低。秸稈內(nèi)纖維素、半纖維素及木質(zhì)素3種成分緊密結(jié)合在一起，相互纏繞形成粗纖維。由于秸稈中這些高分子化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常牢固，所以對于單胃動物來說，秸稈僅能在單胃動物的盲腸中利用微生物力量進(jìn)行簡單酵解，但酵解量非常有限，滿足不了動物對于營養(yǎng)物質(zhì)的需求，所以農(nóng)作物秸稈只能用來喂養(yǎng)牛、羊等反芻動物。

表2　我國主要農(nóng)作物秸稈類型的主要成分含量%

2　利用微生物技術(shù)對秸稈進(jìn)行處理的方式

2.1青貯 要想讓微生物發(fā)揮應(yīng)有的作用，必須在合適的溫度條件及密閉環(huán)境中，利用厭氧菌的發(fā)酵作用產(chǎn)生一個酸性環(huán)境，抑制和殺滅各種腐敗微生物的生存和繁衍，達(dá)到對秸稈中營養(yǎng)成分保留的作用。利用青貯法對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行處理的方法比較簡單、可靠，并且成本低，所以應(yīng)用比較廣泛。使用青貯法制作的飼料氣味酸香、營養(yǎng)成分含量非常高，并且柔軟多汁、適口性好，動物在食用這些飼料后很容易消化吸收，在冬春季節(jié)可作為動物的一種優(yōu)良青綠多汁飼料供動物食用。使用青貯法制作飼料的方式非常適合含糖量較高的秸稈類型，但秸稈中的粗纖維卻無法分解，秸稈的化學(xué)成分并沒有改變，所以使用青貯法得到的飼料氨基酸以及蛋白質(zhì)的含量比較低。使用青貯法制作飼料時要在玉米青苗期收獲，用鍘刀將玉米稈切成3～5 cm的小段，加入少量尿素，攪拌均勻，裝入專用的青貯池中，一個多月之后便可用來飼喂動物。

2.2微貯 微貯指的是把秸稈放入密閉容器中，加入一些微生物菌種進(jìn)行發(fā)酵，經(jīng)過一段時期的發(fā)酵得到營養(yǎng)物質(zhì)的類型。在使用微貯法制作飼料過程中，活干菌能把木質(zhì)纖維轉(zhuǎn)化為糖類物質(zhì)，使容器內(nèi)的pH值降低到4.5～5.0，在這樣的環(huán)境下，丁酸菌與腐敗菌不能進(jìn)行正常生長繁殖，這樣能把黃干的農(nóng)作物秸稈變?yōu)橘|(zhì)地松軟、酸香可口的粗飼料。微貯技術(shù)比較適合分含量低的秸稈類型，這種秸稈類型一般不適合采用青貯法進(jìn)行發(fā)酵，使用微貯法能達(dá)到較好的發(fā)酵效果。在對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行微貯發(fā)酵后，秸稈的采食速度提高40%左右，秸稈可消化率提高35%左右，秸稈采食量也能夠增加30%左右，秸稈的有機物消化率增加30%左右。利用微貯法制作出的飼料能對動物腸胃的生態(tài)平衡進(jìn)行改善，對于動物成長和發(fā)育效果顯著，但使用微貯法制作飼料也有一定的局限性，比如生產(chǎn)周期過長，只能夠為反芻動物制作飼料等。

2.3菌體蛋白生物 把農(nóng)作物秸稈放置到特定的環(huán)境中，加入生化飼料發(fā)酵劑使微生物大量繁殖，能合成游離氨基酸和菌體蛋白，增加農(nóng)作物秸稈的可食用性，并且農(nóng)作物秸稈的營養(yǎng)價值也能得到極大的提高。根據(jù)劉融等（2017）的研究發(fā)現(xiàn)，在對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行發(fā)酵時，使用綠色霉菌和飼料酵母能達(dá)到很好的發(fā)酵效果，可以使飼料中的單細(xì)胞蛋白質(zhì)達(dá)到30%以上，纖維素轉(zhuǎn)化率也能夠達(dá)到50%以上，大大提高秸稈中纖維素的營養(yǎng)價值。農(nóng)作物秸稈中粗蛋白的含量比較低，約為3%左右，秸稈中纖維素被分解菌分解為葡萄糖，酵母能吸收這些營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生更多的單細(xì)胞蛋白質(zhì)。俄羅斯學(xué)者曾經(jīng)用果膠酶及纖維素酶等對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行處理，得到的每1 t干物質(zhì)中的蛋白質(zhì)含量達(dá)100 kg左右，糖分含量增加111%，農(nóng)作物秸稈濃縮物飼料蛋白質(zhì)含量達(dá)到12%，糖分含量能夠達(dá)到8%，總蛋白質(zhì)含量也能增加135%，使用農(nóng)作物秸稈的濃縮物喂養(yǎng)奶牛，奶牛日產(chǎn)奶量比沒有使用農(nóng)作物秸稈濃縮物喂養(yǎng)的奶牛高0.9 kg，使用秸稈濃縮物喂養(yǎng)奶牛能使每頭奶牛的年產(chǎn)奶量比正常產(chǎn)奶量高300 kg左右。

表3　微生物秸稈發(fā)酵菌液的配置表

2.4使用微生物進(jìn)行秸稈發(fā)酵的工藝 使用微生物進(jìn)行農(nóng)作物秸稈發(fā)酵的工藝有很多種，主要包括厭氧菌發(fā)酵、需氧菌發(fā)酵、固體發(fā)酵及液體發(fā)酵等，目前使用比較廣泛的發(fā)酵方式為厭氧菌固體發(fā)酵方式。對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行厭氧菌固體發(fā)酵的工藝流程如下：首先把厭氧菌菌劑溶于水或者1%的蔗糖液中，在這種環(huán)境下，菌種能很快復(fù)活，然后把農(nóng)作物秸稈切碎或者進(jìn)行反復(fù)揉搓，秸稈長度不同，適用的動物喂養(yǎng)類型也有很大區(qū)別，用于養(yǎng)牛的秸稈長度最好在6 cm左右，用于養(yǎng)羊的農(nóng)作物秸稈長度最好在4 cm左右，因為農(nóng)作物秸稈的長度對于秸稈鋪平、壓實程度以及秸稈的二次發(fā)酵程度有很大的影響。秸稈入窖時先在窖底輔放20～30 cm厚的秸稈，均勻噴灑菌液水，壓實后再輔放20～30 cm厚秸稈，再噴灑菌液壓實，直到高于窖口40 cm再封窖。在農(nóng)作物秸稈的表層蓋上塑料薄膜，在上面再撒20～30 cm的秸稈，上面再覆上土，土層厚度為15～20 cm，最后密封發(fā)酵。在對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行發(fā)酵時，把控制秸稈內(nèi)水分含量在70%左右，這樣的濕度對于秸稈發(fā)酵比較合適，秸稈鋪平、壓實程度對秸稈的厭氧程度及厭氧狀態(tài)維持影響較大，在開窖后也能對秸稈進(jìn)行層層取料，減少農(nóng)作物秸稈的有氧發(fā)酵。在每次取料完畢后，要保證秸稈密封，必要時可以在秸稈表面蓋一層塑料膜，盡量減少秸稈與空氣的接觸，降低秸稈的二次發(fā)酵程度。根據(jù)劉融等（2017）的報道發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行秸稈發(fā)酵時，使用高纖維素酶產(chǎn)生菌Tri-choderma ressi TB9701與飼料酵母菌混合，對秸稈進(jìn)行培養(yǎng)，能夠使其轉(zhuǎn)化為單細(xì)胞蛋白。麻名漢等（2017）的報道表明，在進(jìn)行秸稈發(fā)酵時，使用白酒槽底物中的飼料蛋白轉(zhuǎn)化菌株8503以及8505組成的混合菌發(fā)酵體系轉(zhuǎn)化酒槽，能大大提高秸稈中的纖維素降解率和蛋白的轉(zhuǎn)化率。

3　使用微生物技術(shù)制作秸稈飼料的應(yīng)用效果

3.1反芻動物 為了研究微生物秸稈飼料對于反芻動物的喂養(yǎng)效果，李鳳嬌等（2016）利用纖維復(fù)合酶處理過的半干貯玉米稈喂養(yǎng)肉牛，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肉牛與正常喂養(yǎng)草類的肉牛相比增重效果非常明顯，喂養(yǎng)微生物秸稈飼料的肉牛平均日增重能達(dá)2.5 kg，比喂草組的肉牛多增重20%，使肉牛飼養(yǎng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益增加40%以上。在肉羊進(jìn)行暖棚全舍飼養(yǎng)的條件下，冬季使用農(nóng)作物秸稈微貯飼料使肉羊平均日增重達(dá)145 g左右，比使用普通秸稈飼養(yǎng)的肉羊多增重50%以上。奶牛在喂養(yǎng)農(nóng)作物秸稈發(fā)酵的飼料之后，日產(chǎn)奶量比喂養(yǎng)普通農(nóng)作物秸稈的奶牛多15%。這說明微生物秸稈飼料對于反芻動物來說具有很高的營養(yǎng)價值，喂養(yǎng)微生物秸稈飼料的動物日增重量與產(chǎn)奶量都得到顯著提高，喂養(yǎng)效果顯著。

3.2微生物秸稈飼料喂養(yǎng)兔子 利用微生物飼料喂養(yǎng)肉兔結(jié)果發(fā)現(xiàn)，喂養(yǎng)微生物飼料的肉兔日均增重量低于喂養(yǎng)普通草類的肉兔，兩組肉兔間的日均增重量對比差異不顯著（P＞0.05），這說明微生物秸稈飼料對兔子來說營養(yǎng)價值不高，兔子不能對微生物秸稈飼料中的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行充分吸收，微生物秸稈飼料對養(yǎng)兔業(yè)意義不大。

3.3養(yǎng)豬業(yè) 根據(jù)曲魁選等（2017）的研究，使用微生物秸稈飼料喂養(yǎng)豬，每頭豬的平均日增重量為（0.58±0.14）kg，與普通喂養(yǎng)的豬日增重接近，并且還能從試驗中發(fā)現(xiàn)，實驗組對于豬飼料的利用率比較高，與對照組差異顯著（P＜0.05）。使用秸稈發(fā)酵飼料喂養(yǎng)生長豬，豬平均日增重及飼料轉(zhuǎn)化率均明顯高于對照組，兩組差異顯著（P＜ 0.05）。

3.4養(yǎng)雞業(yè) 使用微生物技術(shù)對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行發(fā)酵后，飼料中含有很多有益菌群，雞在食用了含有有益菌群的飼料后，能促進(jìn)自身胃腸道生態(tài)平衡，降低腸道疾病發(fā)病率。賈琳等（2017）人研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合菌劑發(fā)酵的農(nóng)作物秸稈對肉雞增重效果不明顯，但未發(fā)酵的農(nóng)作物秸稈粉會影響肉雞生長發(fā)育。

4　使用微生物發(fā)酵農(nóng)作物秸稈飼料的應(yīng)用前景

農(nóng)作物秸稈的來源非常廣泛，使用微生物發(fā)酵農(nóng)作物秸稈的原材料非常容易獲得，并且秸稈生長速度非?？?，價格也不高，利用微生物發(fā)酵農(nóng)作物秸稈的過程也比較容易控制，飼料中蛋白質(zhì)含量比較高，營養(yǎng)價值豐富，發(fā)展前景非常廣闊。利用混合菌種對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行發(fā)酵能使飼料中的蛋白質(zhì)含量顯著增加，對改善蛋白質(zhì)品質(zhì)及平衡飼料中氨基酸的組成意義重大，使顯著提高飼料中氨基酸含量。在使用混合菌對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行發(fā)酵后，還能消除農(nóng)作物秸稈的怪味，使飼料具有弱酸香味，對于改善農(nóng)作物秸稈的適口性效果顯著，大大提高農(nóng)作物秸稈的營養(yǎng)價值，彌補我國蛋白質(zhì)飼料短缺問題，所以微生物發(fā)酵的秸稈飼料具有很高的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。目前來看，我國對于農(nóng)作物秸稈的使用效率非常低，因此，開發(fā)微生物秸稈飼料的研究潛力非常大，使用微生物技術(shù)對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行發(fā)酵是我國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的重要組成部分，我們要對微生物發(fā)酵秸稈技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究和應(yīng)用，使我國在秸稈利用方面獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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