農(nóng)作物秸稈飼料化加工技術(shù)研究進(jìn)展

韋 體，吳登宇，高丹丹，徐紅偉，楊具田，郭鵬輝*

（1.西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030；2.西北民族大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)研究中心/生物工程與技術(shù)國(guó)家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730030）

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈數(shù)量可達(dá)20多億t[1]，其中我國(guó)每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈數(shù)量為6億～8億t[2]。從農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，人們關(guān)注的重點(diǎn)主要集中在農(nóng)作物規(guī)?；耘喾N植以及可食用部分的開(kāi)發(fā)利用等方面，對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程中秸稈資源的研究利用重視不夠，這些秸稈資源被當(dāng)作廢棄物隨意丟棄或就地焚燒，焚燒過(guò)程產(chǎn)生大量的CO、CO2等氣態(tài)污染物，氣體污染環(huán)境，同時(shí)導(dǎo)致土壤中真菌、放線菌等微生物死亡，土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變[3]。這種處理方式不僅嚴(yán)重污染了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，而且造成秸稈資源的大量浪費(fèi)。因此，利用現(xiàn)代技術(shù)因地制宜開(kāi)展農(nóng)作物秸稈資源化利用工作迫在眉睫。

目前，秸稈飼料化加工技術(shù)有物理處理法（汽爆法、熱水處理）、化學(xué)處理法（酸化法、堿化法）和微生物發(fā)酵處理法（青貯、微貯）等[4]。本文對(duì)農(nóng)作物秸稈飼料化加工處理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，以期對(duì)農(nóng)作物秸稈資源的綜合利用與開(kāi)發(fā)提供更多理論依據(jù)。

1 物理處理技術(shù)

1.1 顆?；夹g(shù)

該技術(shù)將秸稈經(jīng)粉碎機(jī)粉碎揉搓成一定長(zhǎng)度后，用顆粒機(jī)制成顆粒飼料，它可將維生素、非蛋白氮、添加劑等成分混進(jìn)顆粒中，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率，達(dá)到平衡飼料中各種營(yíng)養(yǎng)元素的目的，并改善秸稈的適口性。莫放等[5]利用顆粒化技術(shù)將玉米秸稈和苜蓿干草制成顆粒飼料，同時(shí)將精飼料混合其中，減少了體積，便于運(yùn)輸，且能改善適口性，提高采食量。張海龍等[6]研究表明，復(fù)合秸稈顆粒飼料的最佳工藝參數(shù)為?？字睆? mm、粉碎粒度8 mm、總水分含量8%，經(jīng)顆?；夹g(shù)處理的秸稈飼料便于儲(chǔ)藏和運(yùn)輸，對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1.2 汽爆技術(shù)

蒸汽爆破是將秸稈粉碎至一定長(zhǎng)度后，裝入壓力罐內(nèi)，通過(guò)高溫高壓使水蒸氣加壓至一定壓力，并持續(xù)一定時(shí)間，然后將壓力瞬間釋放，從而起到“閃爆”效果。該方法可提高粗飼料的利用率，其味道芳香，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高。朱均均等[7]發(fā)現(xiàn)玉米秸稈經(jīng)熱噴處理后，原料中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素均發(fā)生了降解，分別損失了9.60%、47.98%和17.55%。李德勇等[8]通過(guò)汽爆技術(shù)（2.6 MPa、保壓5 min）對(duì)稻草、小麥秸稈、玉米秸稈進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)汽爆技術(shù)可有效提高秸稈中干物質(zhì)（DM）、有機(jī)物（OM）及酸性洗滌纖維（ADF）的消化率。需要注意的是，秸稈的汽爆技術(shù)處理秸稈成本較高，且對(duì)操作方法及蒸汽壓力的掌控要求較高，較適合大規(guī)模秸稈的預(yù)處理，同時(shí)與化學(xué)及生物處理技術(shù)結(jié)合才能達(dá)到最佳效果。

2 化學(xué)處理技術(shù)

化學(xué)處理法是利用酸、堿等化學(xué)試劑對(duì)秸稈粗飼料進(jìn)行一定處理，破壞粗飼料中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)，主要方法包括堿化、酸化、氨化、氨堿復(fù)合等。

2.1 堿化處理

在植物纖維素的降解方式中，堿化處理是應(yīng)用較早、較廣的方法，它利用堿性化合物中的氫氧根離子破壞木質(zhì)素和半纖維素間的酯鍵，使纖維素膨脹、秸稈軟化，同時(shí)增大與家畜胃液接觸的面積，從而提高消化率[9]。李永明等[10]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，堿化處理后的玉米秸稈喂養(yǎng)山羊效果顯著高于普通飼料，且成本低廉，操作簡(jiǎn)單，發(fā)酵時(shí)間短。劉凱玉等[11]利用4%的氫氧化鈉對(duì)稻草進(jìn)行堿化處理，發(fā)現(xiàn)堿化處理可以有效提高稻草干物質(zhì)、無(wú)氮浸出物和酸性洗滌纖維的含量，并降低中性洗滌纖維含量。

2.2 氨化處理

氨化處理就是將氨水、液氨等氨源噴灑在秸稈粗飼料上，置于密閉環(huán)境中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而降解纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)，使秸稈結(jié)構(gòu)疏松、軟化，增強(qiáng)適口性，常用方法有水泥池氨化、袋裝氨化、堆垛氨化等。馬平等[12]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同的飼養(yǎng)條件下，氨化處理小麥秸稈飼養(yǎng)黃牛增重效果明顯。需要注意的是，秸稈氨化反應(yīng)成熟時(shí)間與氣溫成正相關(guān)。

2.3 酸化處理

酸化處理是對(duì)秸稈預(yù)處理研究最早、最深入的方法，其原理與堿化相似，酸性物質(zhì)可以分解纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)。有研究表明，利用稀硫酸（2%稀硫酸，95℃）與玉米秸稈充分接觸反應(yīng)90 min，秸稈中的戊糖回收率和葡萄糖回收率均在90%以上，木質(zhì)素移除率為70%～75%[13]。該方法效果較為顯著，適合工業(yè)化生產(chǎn)，但對(duì)反應(yīng)罐的耐腐蝕性要求較高。

2.4 復(fù)合處理

單一的處理方式對(duì)秸稈內(nèi)部纖維素、木質(zhì)素等破壞不夠徹底，消化率提高幅度不大，且在儲(chǔ)存過(guò)程中易發(fā)生霉變。有研究表明，采用“三化”復(fù)合法處理稻草，其粗纖維、中性洗滌纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等分別降低了18.82%、12.0%、13.84%、17.97%[14]。賀永惠等[15]采用復(fù)合處理方法（尿素+石灰）處理秸稈，大大提高了秸稈NDF和ADF在瘤胃內(nèi)的消化率。這種處理方法綜合了堿化、氨化的優(yōu)點(diǎn)，效果顯著高于單一處理，可提高消化率，且成本低。

3 微生物發(fā)酵處理技術(shù)

微生物發(fā)酵處理技術(shù)是利用微生物發(fā)酵（乳酸菌、酵母、霉菌等）或生物酶（纖維素酶、果膠酶、漆酶等）的作用，酵解秸稈中纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)，破壞其結(jié)構(gòu)，從而將這些難以利用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成容易吸收的單糖、氨基酸等小分子物質(zhì)[16]，包括青貯、微貯、酶解處理等方法。

3.1 青貯技術(shù)

青貯飼料加工技術(shù)是目前常用的秸稈飼料化加工方法，將青綠飼料切碎后置于密閉容器內(nèi)，利用空氣中的乳酸菌進(jìn)行天然發(fā)酵，使原料發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，一般pH達(dá)到4.0左右能抑制其他腐敗菌的生長(zhǎng)，達(dá)到長(zhǎng)期保存的目的[17]。20世紀(jì)60年代末，云南省種羊繁育推廣中心針對(duì)冬春飼草供應(yīng)不足的問(wèn)題，開(kāi)始推廣青貯飼料制作，現(xiàn)已進(jìn)行規(guī)?；C(jī)械化生產(chǎn)[18]。崔曉琴（2016）等[19]研究表明，利用青貯飼料喂養(yǎng)奶牛，試驗(yàn)組在采食量、產(chǎn)奶量、奶料比等方面均優(yōu)于對(duì)照組，經(jīng)濟(jì)效益也明顯高于對(duì)照組。有研究結(jié)果表明，青貯飼料的發(fā)酵效果與原料的含水量及收獲時(shí)間密切相關(guān)[20]。

3.2 微貯技術(shù)

秸稈微貯技術(shù)是在秸稈中添加一種或多種菌種按一定比例混合制成發(fā)酵原料，在適宜的環(huán)境下通過(guò)有益微生物生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中產(chǎn)生的酶及其他代謝產(chǎn)物降解秸稈中難以利用和消化的物質(zhì)，同時(shí)抑制雜菌生長(zhǎng)，使質(zhì)地粗硬的秸稈原料變成柔軟多汁、適口性好的粗飼料[21]。郭鵬輝等利用里氏木霉和商用發(fā)酵劑對(duì)藥食兩用紫蘇秸稈進(jìn)行發(fā)酵，其研究結(jié)果顯示飼料中的CF、ADF、NDF及有機(jī)酸含量明顯降低，CP和EE的含量明顯提高[22]。微貯發(fā)酵一般有袋裝發(fā)酵和窖藏發(fā)酵兩種。袋裝發(fā)酵就是將秸稈粉碎混入一定比例的麥麩、豆粉、玉米粉等，噴灑一定比例的菌液攪拌均勻，迅速裝袋并密封置于一定溫度下發(fā)酵培養(yǎng)。微貯窖可以是地下式或半地下式的，應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)硬、排水良好、距畜舍近、取用方便的地點(diǎn)，最好用磚和水泥砌成口大底小的梯形窖。焦付智等[23]通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)，利用微貯飼料作為主飼料喂養(yǎng)牛羊，秸稈利用率由90%提高到了100%，牛羊育肥天數(shù)也減少了10～15 d，平均日增重由1.35 kg增加到1.51 kg。

3.3 酶解處理技術(shù)

酶解處理技術(shù)是利用纖維素酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶及果膠酶等水解秸稈中難以利用的纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)，從而提高糖含量。纖維素酶與β-葡聚糖酶主要降解秸稈中的纖維素和細(xì)胞壁，提高消化率；木聚糖酶降解秸稈中的半纖維素；果膠酶為其他酶的酶解反應(yīng)提供作用底物，分解秸稈中的果膠質(zhì)[24]。藺國(guó)文等[25]報(bào)道，利用酶制劑處理枯黃玉米秸稈，添加372 U/g的木質(zhì)素酶量，在適宜的條件下對(duì)玉米秸稈進(jìn)行酶解，木質(zhì)素的降解率為44.28%，肉牛的采食量平均達(dá)到11.95 kg以上，比對(duì)照組提高了15%。寇江濤等[26]研究表明，酶制劑可改善稻草感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，提高其養(yǎng)分消化率和飼喂價(jià)值。

4 展望

隨著規(guī)?；⒓s化養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，秸稈必將成為發(fā)展畜牧業(yè)的重要資源，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義，應(yīng)積極推進(jìn)秸稈資源飼料化利用工作。