微生物技術(shù)處理秸稈飼料的原理與方法

1、微生物技術(shù)處理秸稈飼料的原理與方法摘 要:我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)作物種植規(guī)模較大,作物秸稈資源較為豐富,利用微生物技術(shù)加工秸稈飼料,能夠大幅降低秸稈資源的浪費(fèi).本文簡(jiǎn)要介紹了秸稈飼料中所應(yīng)用的關(guān)鍵微生物物質(zhì),分析了秸稈飼料微生物處理的原理,并提出5種具體的微生物技術(shù)應(yīng)用方法,希望為秸稈資源化利用提供參考.關(guān)鍵詞:秸稈飼料; 微生物技術(shù); 降解; 發(fā)酵; 資源化利用;作者簡(jiǎn)介: 焦龍(1990-),男,碩士,助教.研究方向:微生物學(xué).;農(nóng)作物秸稈是寶貴的生物資源之一,在全球能源供應(yīng)緊張的背景下,已經(jīng)成為主要的能源來(lái)源.數(shù)據(jù)顯示,農(nóng)業(yè)種植所投入50%的生產(chǎn)要素被轉(zhuǎn)化為秸稈,我國(guó)秸稈年產(chǎn)量雖然可達(dá)7億t

2、左右,但秸稈的有效利用率僅為60%,用于秸稈飼料生產(chǎn)的秸稈原料約占15%,秸稈的資源化利用仍有較大的發(fā)展空間.1 秸稈飼料中所應(yīng)用的關(guān)鍵微生物物質(zhì)1.1 微生物秸稈中纖維素的含量較大,屬于木質(zhì)纖維,具有較強(qiáng)的不可溶性.微生物中的細(xì)菌、真菌、放線菌是秸稈原料降解中的重要微生物物質(zhì),能夠形成分解纖維素的物質(zhì),其中,細(xì)菌芽孢桿菌屬(Bacillus)、類芽孢桿菌(Paenibacillus)、假單胞菌屬(pseudomonas)、弧菌屬(vibrio)、微球菌屬(Micrococcus)、鏈球菌屬(Streptococcus)、梭菌屬(Clostridium)等能夠作用于秸稈,形成大量的纖維素酶以此

3、來(lái)分解秸稈中的纖維素;真菌如青霉屬、鐮刀菌屬等,能夠在氧化作用下對(duì)秸稈中的纖維素與半纖維素產(chǎn)生較強(qiáng)的分解作用;放線菌中的纖維素諾卡氏菌,在降解秸稈纖維素的同時(shí)還能夠固氮,資料顯示,該類菌種每降解1g纖維素可固氮8.6mg1.以上微生物質(zhì)可分解秸稈中所含有的不易被動(dòng)物消化的纖維素,使秸稈飼料更加廣泛被適用,從而有效增強(qiáng)飼料的利用價(jià)值.1.2 酶類物質(zhì)應(yīng)用于秸稈飼料中的酶類物質(zhì)主要有纖維素酶、半纖維素酶、木質(zhì)素酶等.其中,纖維素酶的復(fù)合體主要由Cx和C1組成,能夠與纖維素形成水解,經(jīng)過各類反應(yīng)而產(chǎn)生動(dòng)物所需的葡萄糖等能量物質(zhì),具有較高的飼料價(jià)值;半纖維素酶中主要包括β葡聚櫧酶、半乳聚糖酶

4、等,主要用于分解秸稈中的半纖維素,當(dāng)動(dòng)物食用飼料時(shí),能夠通過分解降低其腸道內(nèi)容物黏性,從而增強(qiáng)機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力;木質(zhì)素酶能夠降解秸稈中的木質(zhì)素,并改變秸稈物質(zhì)結(jié)構(gòu),從而增強(qiáng)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值.2 秸稈飼料微生物處理的原理2.1 發(fā)酵秸稈飼料在秸稈原料中所含的主要成分含量比例為中性洗滌纖維70%80%、酸性洗滌纖維50%60%,而蛋白等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量?jī)H為5%左右,若直接將秸稈用于養(yǎng)殖會(huì)抑制動(dòng)物的生長(zhǎng);同時(shí),若飼料中的木質(zhì)素含量過高,將不易被動(dòng)物機(jī)體的瘤胃微生物所降解,會(huì)加大其患有消化性疾病的概率.利用微生物菌或酶類物質(zhì)可對(duì)秸稈粗飼料中不易被分解的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等進(jìn)行分解,能夠降低纖維素含

5、量至30%左右、木質(zhì)素降低至9%14%,從而促使飼料中的一部分形成能量物質(zhì)直接被動(dòng)物機(jī)體吸收,而另一部分則會(huì)被其它物質(zhì)進(jìn)一步分解,進(jìn)而有效增強(qiáng)動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化與吸收能力.2.2 秸稈降解過程大多數(shù)研究人員認(rèn)為,秸稈飼料生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的分解工作,主要是腐生微生物如真菌、細(xì)菌等經(jīng)過分解反應(yīng),形成各種能夠分解纖維素、半纖維素的酶類物質(zhì),從而將相關(guān)物質(zhì)分解為單糖或二糖,再通過氧化反應(yīng)形成CO2和H2O,或被菌體物質(zhì)吸收.在氧化過程中CDH酶類物質(zhì)所發(fā)揮的作用特別關(guān)鍵,是促進(jìn)纖維素與木質(zhì)素降解的主要成分.微生物菌類或酶類物質(zhì)降解秸稈時(shí),需要各類物質(zhì)共同協(xié)作降解相關(guān)物質(zhì),才能切實(shí)達(dá)到較高的降解效果,

6、形成高質(zhì)量秸稈飼料,從而使秸稈在生物飼料方面的利用率發(fā)揮最大效用.3 運(yùn)用微生物技術(shù)處理秸稈的具體方法3.1 青貯飼料青貯法是一種簡(jiǎn)單、可靠且經(jīng)濟(jì)的方法,已經(jīng)在世界各國(guó)畜牧生產(chǎn)中普遍推廣應(yīng)用.一般青貯飼料就是將秸稈原料放在一個(gè)密閉且溫度適宜(30左右)的環(huán)境中,然后在厭氧菌的作用下將該環(huán)境轉(zhuǎn)化為一個(gè)酸性環(huán)境,以此來(lái)對(duì)各種有害微生物的滋生進(jìn)行有效抑制,從而最大限度保留秸稈營(yíng)養(yǎng)物質(zhì).青貯飼料的生產(chǎn)方法較為簡(jiǎn)單,所耗費(fèi)的成本較低,因此該方法在秸稈飼料化利用中較為常見,但在實(shí)際處理秸稈過程中,也會(huì)受到各種不可預(yù)見因素的影響.如,在玉米秸稈青貯飼料發(fā)酵過程中,其青貯過程的質(zhì)量控制比較復(fù)雜,需要對(duì)秸稈存放

7、時(shí)間以及青貯后取料厚度進(jìn)行控制.一般需要在玉米秸稈收割后的48h內(nèi)進(jìn)行青貯,青貯前需要利用鍘刀將秸稈切成長(zhǎng)度為35cm的桿段,然后加入適量尿素?cái)嚢?即可放入密閉青貯倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行青貯處理.需要注意的是,秸稈青貯前的存放時(shí)間不可過長(zhǎng),否則會(huì)降低秸稈飼料的營(yíng)養(yǎng)成分含量,甚至?xí)斐蓚}(cāng)內(nèi)酸性環(huán)境的改變,使腐敗微生物滋生.在進(jìn)行取料時(shí),要注意每次取料的厚度控制在10cm以上,從而確保飼料內(nèi)乳酸菌數(shù)量符合動(dòng)物消化的標(biāo)準(zhǔn)2.3.2 微貯飼料微貯法指的是將農(nóng)作物秸稈與微生物菌一同放到一個(gè)密閉的空間內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵,經(jīng)過一段時(shí)間后秸稈中的相關(guān)物質(zhì)即可被分解,從而得到豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),供動(dòng)物機(jī)體所吸收.利用微貯法制作秸稈飼料時(shí)

8、,主要是利用活桿菌物質(zhì)將秸稈中的木質(zhì)素、纖維素等轉(zhuǎn)化為糖并與密閉空間內(nèi)的酸產(chǎn)生反應(yīng),從而使pH值降低到4.55.0,此時(shí)秸稈飼料中的丁酸菌或腐敗物質(zhì)都不會(huì)再繼續(xù)繁衍,因此在該環(huán)境下秸稈飼料會(huì)變得更加松軟,味道更受動(dòng)物喜歡.微貯技術(shù)比較適合水分含量相對(duì)較低的秸稈,如小麥、稻谷、高粱等作物的秸稈,能夠達(dá)到很好的發(fā)酵效果.一般動(dòng)物食用微貯飼料其采食速度可提高40%左右,同時(shí)消化率也能提高35%.3.3 秸稈生化飼料菌體蛋白生物是常見的秸稈發(fā)酵劑,在特定環(huán)境下利用此類物質(zhì)能夠促使微生物菌類或酶類物質(zhì)大量繁殖,在飼料發(fā)酵過程中能夠?qū)⑾嚓P(guān)物質(zhì)有效合成游離氨基酸和菌體蛋白,能夠有效增強(qiáng)秸稈飼料的適口性,提高

9、其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,可促進(jìn)動(dòng)物腸道吸收.菌體蛋白生物中的綠色霉菌與飼料酵母混合使用能夠產(chǎn)生良好的發(fā)酵效果3,能夠?qū)⒔斩捴?0%的纖維素轉(zhuǎn)換為葡萄糖,且在酵母的吸收作用下,可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化出更多的單細(xì)胞蛋白質(zhì),最高可達(dá)30%以上,從而大幅增強(qiáng)秸稈飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值.秸稈生化飼料可應(yīng)用于奶牛養(yǎng)殖中,能夠大幅提高奶牛的產(chǎn)奶量.3.4 微生物發(fā)酵秸稈飼料微生物發(fā)酵秸稈飼料適用范圍較廣,可根據(jù)不同養(yǎng)殖類型進(jìn)行秸稈飼料長(zhǎng)度的劃分,如養(yǎng)?？蓪⒔斩掞暳祥L(zhǎng)度控制在6cm,養(yǎng)羊可控制在34cm,此類飼料應(yīng)用較為靈活,飼養(yǎng)人員可根據(jù)養(yǎng)殖實(shí)際情況自行組合.當(dāng)前較為常用的發(fā)酵方法是采用厭氧固體發(fā)酵的形式,主要流程如下.復(fù)活菌種.一般需

10、要將菌種試劑溶于水中恢復(fù)菌種活性,然后將秸稈反復(fù)揉搓,為使該過程效果更佳,可先將秸稈分為23段,使菌種的滲透性更強(qiáng);調(diào)節(jié)秸稈內(nèi)的水分.在乳酸菌發(fā)酵作用下,需要將秸稈濕度控制在70%左右,以此來(lái)增強(qiáng)秸稈飼料的發(fā)酵效果;秸稈入倉(cāng),鋪平壓實(shí).秸稈入倉(cāng)時(shí),一般需要鋪放厚度為2030cm的秸稈材料在底層,然后均勻地噴灑攪拌好的菌液,并按照這個(gè)厚度比例和噴施方法將所有秸稈分層堆放,當(dāng)秸稈高度高于倉(cāng)口40cm左右時(shí),即可封住倉(cāng)門.必要時(shí),需要在秸稈最上層的表面覆蓋1層塑料膜,減少其與空氣的接觸,降低二次發(fā)酵的效果,同時(shí)還可升高飼料倉(cāng)的溫度,使一次發(fā)酵效果更加有效.3.5 多維復(fù)合酶菌秸稈發(fā)酵飼料利用EM(有

11、益微生物),如乳酸菌群、光合菌群、酵母菌群等,能夠綜合成多維復(fù)合酶菌,在秸稈飼料發(fā)酵過程中,可有效分解飼料中的木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等組合而成的NDF物質(zhì),從而有效提高秸稈的消化率和進(jìn)食速度.經(jīng)過多維復(fù)合酶菌發(fā)酵而成的秸稈飼料,在糞便除臭、畜禽生長(zhǎng)和防病方面也具有一定效果,但由于其需要的微生物菌群種類與數(shù)量均較大,不具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)適用性,當(dāng)前還未被普及應(yīng)用.4 結(jié)語(yǔ)綜上所述,當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)秸稈價(jià)值的認(rèn)識(shí)仍具有極大偏差,在資源化利用方面存在技術(shù)局限,開發(fā)潛力相對(duì)較大.隨著政府對(duì)農(nóng)業(yè)技術(shù)的研發(fā)力度不斷加大,農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)的開發(fā)在一定程度上為秸稈資源化利用的發(fā)展提供了契機(jī),秸稈發(fā)酵飼料的生產(chǎn)不但可以改善資源的浪費(fèi)現(xiàn)象,還可以推動(dòng)國(guó)家養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,相關(guān)部門應(yīng)不斷加強(qiáng)微生物技術(shù)的研發(fā),提高技術(shù)應(yīng)用的能力,為秸稈資源化