不同發酵劑對秸稈微貯飼料營養價值及品質影響的研究進展

曾 輝， 邱玉朗， 魏炳棟， 李 林， 魯宇橦， 陳 群*

（1.吉林農業大學，吉林長春 130118；2.吉林省農業科學院，吉林公主嶺 136100）

資源開發利用

不同發酵劑對秸稈微貯飼料營養價值及品質影響的研究進展

曾 輝1， 邱玉朗2， 魏炳棟2， 李 林2， 魯宇橦1， 陳 群2*

（1.吉林農業大學，吉林長春 130118；2.吉林省農業科學院，吉林公主嶺 136100）

我國擁有豐富的農作物秸稈資源，通過微貯技術處理秸稈飼料，對節糧型畜牧業的發展具有重要意義。本文就農作物秸稈的利用現狀、微貯技術及不同發酵劑對秸稈微貯飼料的營養價值及品質影響進行綜述，同時，就復合型發酵劑在秸稈微貯飼料上應用的趨勢進行了展望。

發酵劑；秸稈；微貯

由于草原退化、土地資源緊張和人畜爭糧等問題的日益嚴重化，大力發展節糧型畜牧業是我國畜牧業發展的一個大方向，改變傳統畜牧業生產對糧食的依賴，合理開發利用秸稈資源，提高秸稈的飼用價值，是解決我國飼料不足及促進畜牧業發展的重要途徑，也是緩解當今人類面臨的糧食、能源、環境三大危機，實現農業可持續發展的重要途徑（許宇薇，2012；張吉鹍，2011）。玉米秸稈主要是由纖維素、半纖維素和木質素等組成，營養價值低，粗纖維含量高達35%～50%，質地粗硬，粗蛋白質品質差、含量低，影響家畜的采食量和消化率。秸稈經過發酵劑微貯處理后，可使原本粗硬的秸稈變得柔軟蓬松，具有明顯的酸甜芳香氣味，顯著改善秸稈飼料的適口性，又能較大地改善玉米秸稈飼料的品質和營養成分，對提高秸稈飼料的營養價值與利用率具有重要的意義。

1 秸稈利用現狀

我國農作物秸稈產量每年約6億～8億t，占世界秸稈總產量的20%～30%，主要以玉米秸、小麥秸、稻草秸為主（畢于運等，2010；王久臣等，2007）。2015年我國玉米產量達 22460萬 t，自2012年以來連續三年超越水稻成為我國第一大糧食作物（邵鈺舒，2017），以 1∶25的草谷比系數計算(即每1 kg玉米可獲得1.25 kg秸稈)，當年玉米秸稈產量達到28075萬t，約占我國農作物秸稈總產量的2/5（呂開宇，2013）。

中國農作物秸稈種植面積廣，資源豐富，現階段其用途大致可分為4個方面：（1）作為工業原料，主要用于造紙；（2）作為畜牧飼料；（3）秸稈造肥還田；（4）其他用途（焚燒和拋棄等）。農作物秸稈是一種非常規性飼料原料，可用作草食家畜重要的粗飼料來源。調查顯示，焚燒和拋棄是秸稈的主要處理方法，約占50%，大量的農作物秸稈被用作燃料，或者直接還田，既浪費資源，又污染環境。目前只有30%左右的秸稈被用為草食家畜的粗飼料（孫育峰，2009），秸稈飼料化、利用率及商品化程度低的問題阻礙了節糧型畜牧業的快速發展。由于禁牧或限牧的政策實施，迫使草食家畜逐漸圈養，而且集約化飼養程度越來越高，市場對優質粗飼料的需求不斷提高。

2 秸稈微貯技術

玉米秸稈由植物細胞壁和細胞內容物組成，細胞壁所占比例一般在80%以上 （Van等，1981）。細胞內容物包括可溶性蛋白質、非蛋白氮（NPN）、糖類、淀粉、類脂和礦物質，其降解率可達90%。由于秸稈細胞壁特殊的木質素-纖維素-半纖維素復合體，限制了草食動物對半纖維素、纖維素等成分的消化和利用，從而阻礙了秸稈細胞內營養物質的釋放，導致直接飼喂秸稈時家畜消化率降低（任雙豐，2011）。研究表明，未經處理的秸稈直接作為飼料營養價值較低，消化率僅有25%～40%，且其適口性較差，采食量低。經過復合型發酵劑微貯處理后的秸稈飼料pH降低、有氧穩定性提高，微貯飼料粗蛋白質保存量的相對比例提高，纖維素、半纖維素和木質素含量降低，微貯發酵產物有機酸和氨態氮的含量提高，有機物消化率以及消化能和代謝能提高 （陶蓮等，2016；呂文龍等，2011）。

2.1 微貯定義及微貯條件 秸稈微貯技術就是在適宜的厭氧環境下，往秸稈中接種單一菌種或多種菌種按一定比例混合組成的菌劑或菌制劑與酶制劑的復合添加劑，通過有益微生物的繁殖與發酵以及有益微生物和酶的共同作用，使有益微生物在秸桿發酵過程中處于優勢地位，而有害雜菌受到抑制，使質地粗硬的青黃秸稈或黃干秸稈變成柔軟多汁，濕潤膨松，酸香適口的優質牛羊粗飼料（許宇薇，2012）。秸稈微貯成功與否必須滿足以下條件，首先必須保證無氧密封。秸稈中氧氣含量越少，有氧發酵時間越短，好氣性腐敗微生物作用時間越短，秸稈越不易發生腐敗霉爛。在填裝微貯料時一定要裝填壓實，盡可能更多地排除空氣、封嚴，以防漏氣；其次溫度與濕度要適宜。一般溫度為15～25℃，微貯效果比較好；要求秸稈飼料的水分含量為60%～70%，水分過多或過少，容易影響微貯效果；同時要保證添加的菌制劑和酶制劑的活性。

2.2 微貯的作用 微貯技術綜合性的改善了秸稈飼料的品質和營養成分，彌補了青貯技術對秸稈要求高、季節性強和氨化技術中液氨、氨水運輸不便、安全性差的不足，在生產中得到廣泛的應用（周澤，2006）。

2.3 微貯技術的發展 國內外秸稈微貯技術的研究進程，經歷了一個從高水分發酵到低水分發酵再到添加劑發酵的發展過程，所涉及的領域有飼料學、微生物學、生物化學、營養學和收割機械制造等多個學科。我國很早就對微貯技術進行研究推廣，但因當時生產水平和經濟條件等因素制約，工作多屬生產性試探，對微貯飼料的發酵機制，二次發酵問題及防腐措施等方面的研究甚少，使得微貯飼料在生產上未能得到大面積的推廣。直到20世紀90年代，由于養牛業的發展壯大，國外微貯技術的吸收和設備的改善，才使其應用進入了突飛猛進的發展階段，發酵飼料的質量和數量逐年提高（周德寶，2004），為秸稈微貯技術和微貯飼料的發展提供了基礎和條件。

在農作物秸稈中加入高效活性菌制劑和酶制劑，使貯料水分含量達60%～70%，在貯料中加入細菌接種物可以彌補產酸菌的不足，減少發酵損失（劉金祥，1998）。近年來，世界上有不少國家對于微貯用細菌制劑的研制極為重視，并出現了許多商用產品。英國、愛爾蘭及德國生產許多種以乳酸菌為主的禾本科牧草微貯添加劑，我國也研制出一種制作貯存農作物秸稈粗飼料生物產品—秸稈發酵活干菌。

3 不同發酵劑對秸稈微貯飼料營養價值的影響

發酵劑主要包括酶制劑和菌制劑。通過添加菌制劑和酶制劑，可以降低秸稈中纖維素、半纖維素和木質素的含量，有效地改善秸稈微貯飼料的品質和營養成分，提高其有氧穩定性。乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌、放線菌、光合細菌5大類是目前我國批準的主要飼用級微生物。植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、發酵乳桿菌、短小乳桿菌和干酪乳桿菌等菌株是當前我國發展發酵飼料應用較廣泛的乳酸菌（辛迎雪，2015）。真菌中的霉菌類是目前研究最廣泛的菌群，可降解秸稈的霉菌類主要有青霉（意大利青霉）、曲霉類（黃曲霉、米曲霉、煙曲霉、黑曲霉等）、木霉類（綠色木霉、康寧木霉等）、毛殼菌屬和白腐真菌等（段杰，2015）。酶制劑主要包括纖維素酶、半纖維素酶、β-葡聚糖酶及果膠酶等。纖維素酶不僅可以將秸稈中的纖維素降解為可溶性糖，增加微生物發酵底物，還可以提高秸稈飼料的消化率。研究報道，菌制劑與酶制劑聯合應用，對秸稈微貯的效果較好，王建兵等（2001）聯用復合產乳酸菌、纖維素酶發酵秸稈，結果表明效果優于單純添加時，而且兩者之間沒有產生拮抗作用。

秸稈經過發酵劑微貯處理后，可以降低微貯飼料的pH，增加其CP含量，降低秸稈的酸性洗滌纖維（ADF）、中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌木質素（ADL）含量，提高秸稈的營養價值。經過微貯后，各類秸稈的粗纖維比微貯前降低20%～30%，各樣品的粗脂肪含量增加7%～18%，粗蛋白質含量提高8%～30%（P＜0.05），各類秸稈微貯后的粗灰分比微貯前降低18%～25%（胡蓉等，2008）。

3.1 纖維素酶制劑對秸稈微貯飼料營養價值的影響 Alvarez等（2009）報道，在奶山羊日糧中添加纖維素酶可以提高日糧干物質和粗蛋白質的消化率以及ADF、NDF和ADL的瘤胃降解率（Alvareza，等 2009）。 王安等（1997）發現，添加纖維素復合酶使玉米青貯飼料NDF和ADF的含量顯著降低。馬慧等（2006）試驗結果也表明，纖維素酶能提高玉米秸青貯中CP含量，降低NDF與ADF含量，并可以增加貯料中DM與CP在奶牛瘤胃中的有效降解率。

3.2 不同菌制劑對秸稈微貯飼料營養價值的影響 魏炳棟等（2016）選用枯草芽孢桿菌、乳酸菌和酵母菌等菌種對玉米秸稈進行發酵，試驗結果表明，經微生物復合發酵后的玉米秸稈其CP含量增加1.195倍，干物質中CF、NDF和ADF含量分別降低24.9%、43.0%和38.5%，活菌數增加了2.1×104倍，有效提高了秸稈的利用效率及適口性，顯著改善了秸稈的品質和營養價值。有些學者采用生孢噬纖維菌、枯草芽孢桿菌和產朊假絲酵母等發酵秸稈，營養價值改善較大，經發酵后，粗蛋白質增加率達到260.0%，粗纖維降解率達到 28.89%（張洋，2008）。 徐堅平等（1995）研究表明，綠色木霉和飼料酵母共生發酵秸稈，單細胞蛋白達30%，纖維素轉化率達51%?；坌‰p（2013）用乳酸菌等作為復合菌種發酵玉米秸稈，發酵后秸稈CP含量增加2.34倍，NDF和ADF含量分別降低39.4%和40.1%。

3.3 酶菌混合發酵劑對秸稈微貯飼料營養價值的影響 陳合等（2008）把纖維素酶和乳酸菌制劑混合使用，青貯料的NDF、ADF、半纖維素和纖維素含量減少。陶蓮等（2016）利用酶制劑、乳酸菌、酶菌混合等處理秸稈，試驗顯示，可以增加玉米秸稈青貯中的WSC含量 （P＜0.05）；3種添加劑均能夠提高玉米秸稈青貯中的OM含量及其72 h瘤胃降解率（P＜0.05）；酶制劑處理及酶菌混合處理能夠降低玉米秸稈青貯中NDF、ADF、纖維素含量（P＜0.05），有降低ADL含量的趨勢，但是差異不顯著（P ＞ 0.05）。 陳合等（2008）研究表明，玉米秸稈經過黃孢原毛平革菌、外源纖維素酶和木聚糖酶等酶菌降解處理后，木質素、纖維素、半纖維素的降解率分別達到 67.0%、60.4%、33.0%，秸稈還原糖的含量達到50.70%。韓穎潔（2015）利用商業秸稈發酵劑（枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌和酵母菌）發酵玉米秸稈，發酵后CP含量增加1.068倍，但是DM、EE及灰分含量未產生顯著變化，CF、NDF和 ADF含量分別降低 20.15%、58.83%和42.32%。添加纖維素酶和乳酸菌混合的處理組，DM和CP含量顯著高于對照組，NDF和ADF含量顯著低于對照組，說明纖維素酶和乳酸菌混合處理秸稈可以很好地提高秸稈發酵飼料的營養價值。相對于單一制劑處理，酶菌混合處理的pH和WSC顯著降低，粗蛋白質含量提高，NDF、ADF和ADL含量顯著低于單一處理及對照組，說明酶菌制劑混合使用可顯著改善秸稈發酵飼料的品質（王瑩等，2010）。

4 不同發酵劑對秸稈微貯飼料品質的影響

研究表明，在微貯中添加乳酸菌可以降低氨態氮的含量（Cao 等，2002）。 Driehui（2001）等試驗結果顯示，接種布氏乳桿菌的兩個試驗組中的氨態氮含量顯著提高。呂文龍等（2011）認為，布氏乳桿菌能夠提高玉米秸稈貯料的pH值和乙酸含量，降低乳酸含量和乳酸乙酸比例。王富生等（2004）研究顯示，添加纖維素酶和乳酸菌混合的處理，pH值顯著低于對照組，LA含量顯著高于對照組，BA和氨態氮含量顯著低于對照組，說明纖維素酶和乳酸菌制劑混合使用不存在拮抗，并且可充分發揮各自的作用，由于纖維素酶可以降解纖維生成WSC，這就為乳酸菌發酵生成大量乳酸提供了充足的底物，表明乳酸菌制劑和纖維素酶共同處理玉米秸調制貯料時效果更佳。陶蓮等（2016）試驗研究表明，各試驗組處理后，與對照組相比，各處理pH值和NH3-N／TN含量均顯著降低（P ＜ 0.05），乳酸含量顯著增加（P ＜ 0.05）。玉米秸稈經過發酵后，乳酸占總酸含量均為850 g／kg以上。呂文龍等（2011）發現，添加植物乳桿菌有增加不帶穗青玉米秸發酵過程乳酸菌含量的趨勢，發酵飼料的pH降低（P＜0.05），乳酸含量增加（P＞ 0.05），干物質含量增加（P ＜ 0.05），殘留水溶性碳水化合物含量降低（P＜0.05）。莊益芬等（2009）試驗表明，在高含水率和低含水率微貯中，酶菌混合組的乳酸、乙酸和總酸含量高于其他組 （P＜0.05），酶菌混合組的丁酸、pH和氣體損失率顯著低于對照組（P＜0.05)，說明纖維素酶可降解植物細胞壁的結構性多糖成為單糖，為乳酸菌提供充足的發酵底物，促進微貯的乳酸發酵，從而提高其發酵品質。

5 不同發酵劑對秸稈微貯飼料有氧穩定性的影響

有氧穩定性即微貯飼料暴露于空氣后，溫度上升到高于環境溫度2℃所需要的時間。發酵劑通過降低貯料的pH值，抑制或部分抑制了微生物的活動，提高了其有氧穩定性。關于布氏乳桿菌，很多學者研究了其與各種微貯飼料有氧穩定性的關系，包括玉米 （Ranjit等，2002；Ranjit等，2000）、 禾本科牧草 （Driehuis 等，2001）、 苜蓿（Kung 等，2003）、整株小麥、高粱（Weinberg 等，1999）和王草（劉秦華等，2009）等。這些研究結果表明，布氏乳桿菌可以明顯改善微貯飼料的有氧穩定性。布氏乳桿菌屬于異型發酵乳酸菌，其對微貯飼料發酵的影響主要是降低乳酸的含量，增加乙酸的生成量。乙酸是很好的抗真菌物質，其含量的增加能夠抑制貯料中酵母的生長繁殖。呂文龍等（2011）試驗表明，隨著布氏乳桿菌接種量逐漸增加，貯料的有氧穩定性也在提高。馬旭光等（2015）的結果顯示，在（28±0.5）℃恒溫條件下，乙酸添加多的試驗組有氧穩定性直到7 d后還未達到30℃；沒有添加乙酸的試驗組和對照組的有氧穩定性差別不大，均為4 h左右。這說明在有氧條件下，乙酸濃度與有氧穩定性成正比，由于乙酸能抑制腐敗微生物的生長和繁殖，因此可有效提高貯料的有氧穩定性。

6 秸稈發酵飼料對家畜生產性能的影響

目前，很多學者進行了秸稈發酵飼料對家畜生產性能影響的研究，結果顯示，飼喂發酵飼料的家畜采食量、日增重和消化率有較大的提高，家畜生產性能顯著提高。魏炳棟等（2016）利用發酵玉米秸稈飼喂肉羊，其日增重和營養物質消化率明顯提高。何長芳等（2010）用含有纖維素酶等復合酶處理過的小麥秸稈飼喂羔羊，結果顯示酶貯小麥秸稈組羊比對照組增重1.71 kg，提高幅度達19.95%，差異顯著（P＜0.05），說明纖維素酶能夠提高秸稈纖維組分的瘤胃降解率。研究表明，飼用乳酸菌發酵飼料（混有乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢桿菌）可以顯著提高生長豬平均日增重、平均日采食量和飼料報酬等生產性能。在溫度和濕度相同的條件下，隨著生長豬飼料中添加發酵飼料的增加（20%～50%），平均日采食量逐漸提高，50%添加組和對照組差異極顯著（P ＜ 0.01）（金樁等，2010）；金加明等（2007）指出，玉米秸稈經過綠色木霉產生的纖維素粗酶液和酵母菌混合處理后飼喂小尾寒羊，試驗組日增重比對照組高49.1 g。張鳳霞等（2007）利用EM制劑及微生物秸稈處理劑發酵玉米秸稈飼喂肉羊，結果表明，采食EM制劑和微生物制劑發酵秸稈的肉羊，其日增重分別比對照組提高14.8%和8%；嚴平等（2008）采用商業發酵劑發酵秸稈飼喂育肥羊，結果表明，試驗組羊日采食量比對照組提高16.7%，日增重提高74.36%，且每增重1 kg比對照組節省精料1.09 kg；孔凡虎等（2015）試驗結果表明，采用乳酸菌、酵母菌、絲狀真菌及芽孢桿菌復合發酵玉米秸稈，飼喂肉羊后可使其平均日增重提高22.87%。

7 小結

秸稈是一種非常規的可再生資源，中國作為一個農業大國，每年產生大量的農作物秸稈。但目前我國秸稈飼料化程度較低，因此，利用新技術、新手段促進秸稈飼料化進程，可緩解當前我國人畜爭糧的問題。微貯技術作為近年來的新手段，可以顯著改善青貯，提高秸稈飼料的飼用價值。微貯飼料的發展離不開高活性酶菌等復合型發酵劑。因此，只有通過不斷提高酶菌等復合型發酵劑的研制，提高發酵劑對秸稈的降解，才能大力發展秸稈微貯飼料。當前國內外也主要致力于農作物秸稈的生物技術處理，因此，復合型發酵劑的前景廣闊。

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China is a country riched in crop straw resources.Through the technology of microbial treatment to deal with straw feed has important significance for the development of grain-saving graziery.This article reviewed the present situation of straw resources,the technology of microbial treatment and the effect of different ferment to straw microbial silage’s nutritional value and quality.At the same time,it looked forward to the future trend of application of complex ferment in straw microbial silage.

ferment；straw；microbial treatment

S816.6

A

1004-3314（2017）17-0037-05

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20171709

吉林省科學技術廳重大科技招標專項“玉米秸稈飼料化利用關鍵技術研究”（20170203008NY）；吉林省畜牧業管理局項目“秸稈生物飼料新產品開發與應用”

*通訊作者