不同秸稈處理技術及在反芻動物中的應用研究進展

東北農業大學動物科學技術學院 宮福臣 楊 瓊 李 杰＊

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

1 秸稈的結構特點

農作物秸稈是指農作物收獲籽實后剩余的其他部分，包括莖稈及殘存葉片等部分。秸稈主要由木質素、纖維素、半纖維素等聚結而成的致密的碳水化合物結晶結構以及少量蛋白質、脂肪、木質素、醇類、醛、酮和有機酸等組成（黃茜等，2008；徐廣等，2007）。其細胞壁由相互緊密結合在一起的半纖維素、纖維素和木質素三種成分構成，是轉化利用秸稈的主要研究對象。半纖維素在細胞組織中結合松散，很容易被酸或酶分解，是最容易利用的碳源。纖維素是植物細胞次生壁的主要成分，是由幾千到一萬多個脫水吡喃葡萄糖構成的多聚物，以纖維二糖的形式經β-1，4糖苷鍵相互連接起來。木質素是天然高分子聚合物，由苯基丙烷單元通過醚鍵和碳-碳鍵交聯而成，其結構單元的多樣性構成了其特有的機械強度。木質素常與纖維素、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細胞壁的降解 （張紅蓮，2004）。

2 影響反芻動物對秸稈利用的因素

秸稈營養價值較低，其干物質消化能低于9 MJ/kg，粗蛋白質占3%～5%，可消化物質占35%～50%，反芻家畜對秸稈的消化率僅為20%～30%。秸稈不僅粗蛋白質含量少，而且品質差，消化率很低，甚至是負值。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，其中胡蘿卜含量僅為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養成分的消化利用，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，導致秸稈直接飼喂家畜的效果很差，使它在畜牧業上廣泛應用受到了很大的限制。但如果對其進行適當合理的加工調制，可改善其利用率、適口性、增加采食量，提高飼喂效果。

秸稈的細胞壁結構式影響反芻動物對秸稈利用的主要限制因素，其中木質素構成了木質纖維細胞壁的15%～30%，很難被一般微生物降解且不易被動物消化吸收（齊剛，2004）。反芻家畜對粗飼料利用的實質是反芻動物瘤胃微生物對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菌、原生動物、真菌和噬菌體四大類，這些微生物都在厭氧的環境下生存。瘤胃內纖維素分解是在多種微生物分泌酶的綜合作用下進行的。瘤胃微生物對細胞壁的利用過程中，由于纖維素多聚體的結晶程度、復雜和高抗性木質素分子、酚類化合物和木質素與細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胞壁的糖類和細胞內容物，限制了動物對纖維素和半纖維素等成分的降解和利用（劉曉牧等，2000）。因此，如果能夠改善細胞壁成分的消化性，如破壞組織結構，降低纖維成分的結晶性，改善分子結構及去除妨礙消化的木質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用

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

3.1 秸稈的物理處理及應用 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，能提高秸稈的適口性，增加采食量，物理切斷可破壞植物細胞壁的表皮防護層，消除細胞壁內木質素對纖維素、半纖維素的包被作用，增加植物組織的傷損面積，擴大微生物的接觸表面積，從而有利于細菌群和消化酶的消化，促進粗飼料的降解。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降解率的處理技術。有研究表明，用輻射技術處理秸稈，提高輻射劑量能夠促使秸稈的細胞壁成分含量降低，提高體外消化率（黃金華，2007）。但是這些方法不能從實質上降解或利用纖維素。另外如膨化、制粒等需要復雜的設備且消耗大量的能量，僅作為飼用時不具有切實可行的經濟效益。

3.2 秸稈的化學處理及應用 化學處理主要方法有:堿化處理、氨化處理、酸化處理、氧化處理以及它們相互結合后的復合處理等。堿處理時，能大幅度降低秸稈粗纖維含量，提高營養價值，使秸稈粗纖維的消化率提高。但NaOH處理秸稈會造成環境污染，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。氨化處理對秸稈具有氨化和堿化的雙重作用，從而提高秸稈的營養價值。鹿書強（2004）試驗結果表明，氨化可顯著提高秸稈干物質瘤胃48 h消失率，可顯著提高秸稈蛋白質含量。盡管氨化處理秸稈能夠提高粗蛋白質含量和干物質消化率，但對秸稈纖維性物質降解的效果較差（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損失太多 （馮仰廉和張子儀，200l），這不僅是對氮素的極大浪費，而且也造成了環境污染。因此，如何提高氨化過程中氮素的保留率，是一個有待進一步解決的問題。

3.3 秸稈的微生物處理及應用 目前利用微生物處理秸稈大致分為青貯技術、微貯、利用秸稈生產單細胞蛋白質、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 秸稈青貯就是在厭氧條件下，利用乳酸菌發酵產生乳酸，當青貯物pH值降到3.8～4時，青貯料中有害微生物處于被抑制狀態，達到保存飼料營養價值的目的。青貯飼料適口性好，木質化程度差，消化率高，在所有生物學處理中，制作青貯飼料是最好的也是最實用的秸稈利用方法。青貯飼料營養價值高。禾本科牧草青貯可以保存牧草中85%以上的營養物質，而制備干草即使在最好的條件下也只能保留80%的養分，若在較差條件下，只能保留50%～60%的養分；這種方法制作工藝簡單，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，以及青貯切碎設備等；由于青貯原料粉碎細度較小，以及發酵產生乳酸等，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，如水分過高、密封不嚴、踩壓不實等，青貯飼料有可能腐爛、發霉和變質等。

3.3.2 微貯技術處理秸稈 秸稈微貯是秸稈收割曬干粉碎后，經過堿化處理，再加入一定的生物制劑，在密閉的容器內經過一段時間的厭氧發酵，經生物制劑的分解作用，將大量的纖維素、半纖維素、部分的木質素轉化成為糖類，糖類又經有機酸發酵菌轉化為乳酸和揮發性脂肪酸，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，質地柔軟，牲畜喜食，易消化，營養成分高的優質飼料。秸稈經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，質地柔軟濕潤。掃描電鏡顯示，處理后秸稈的細胞壁結構受到破壞，原來致密、有序的組織結構被打亂，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含量提高了10.67%，有機酸提高了807.67%，木質素、纖維素和半纖維素分別降低了10.24%、14.15%、43.86%。王權等（2004）利用發酵活干菌處理秸稈飼喂育肥羊，試驗表明，育肥羊的采食量和日增重比對照組提高了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奶量和奶料比，比對照組提高了10.28%和10.28%。孟冬麗（2001）用綿羊進行消化試驗證明，秸稈微貯飼料體內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①A飼料不僅具有青貯飼料的芳香氣味、適口性好等特點，還具有自己獨有的特點：一是飼料來源廣，干青秸稈都能制成優質的微貯飼料。二是制作季節長，北方春夏秋三季可制作，南方全年都可制作，避免因農忙而耽誤制作微貯飼料的最佳時期。

3.3.3 利用秸稈生產單細胞蛋白質 利用秸稈資源生產單細胞蛋白質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，脫去部分木質素后，再進行發酵培養；二是直接法，即靠纖維素分解菌直接分解。直接法相對簡單，成本低，沒有二次污染問題，在我國農村或小型企業推廣應用。發酵過程主要包括液體發酵、固體發酵兩種。秸稈利用研究中用以生產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物阻遏的原因，使得此項技術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胞壁，補充內源酶的不足，提高反芻動物對粗飼料的利用率（Zohar和 Yitzhak，1995）。 高仁（1999）報道，用纖維素復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指標均比未處理組好，開窖后原料完好率達到100%，未處理組在窖頂和窖周圍出現霉爛現象。纖維素酶是生物活性物質，要求穩定性高和具有一定的活力單位，所以對生產和應用技術都有較嚴格的要求。雖然添加酶制劑在試驗中有一定效果，但由于使用酶的成本高，效果受動物的生長期和體內環境如溫度、pH值的影響，又不能再生，故實際應用中并未得到廣泛應用。

3.3.5 利用白腐真菌處理秸稈 聶國興（2004）利用白腐真菌處理秸稈，碳水化合物發生選擇性降解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素被降解或破壞，秸稈質地柔軟，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、高質量地利用及轉化秸稈資源，減少環境污染，都具有一定的現實意義。隨著對白腐真菌最適反應和生產條件的進一步研究，其應用將會越來越廣泛。

4 小結

在生產實踐中，物理、化學和生物學處理經常結合使用。無論應用何種生物技術處理秸稈，都應著重解決如下問題：一是在秸稈的纖維素、木質素與蠟質結合致密的前提下，提高各種酶的活性；二是選育纖維素酶產量高的菌種；三是減小發酵過程中降解終產物對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。隨著我國畜牧業可持續發展的不斷進行，秸稈飼料將是發展畜牧業的重要資源，對于降低能源的消耗和飼料的成本、保護和改善農業生態環境及實現農業可持續發展具有非常重要的意義。

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