青绿秸秆的饲料化利用状况及其饲料化技术研究进展

■史良峰 高 健 王梦芝

(扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009)

随着人们日益增长的物质需要，我国畜牧产业向现代化，规模化方向快速发展。据联合国粮农组织近年来的统计资料表明，我国的肉、蛋产量居世界前列，奶类生产也在快速发展。由于肉蛋奶产品是由饲料转化而来的，所以有多少产出就需要更多的输入。目前我国的饲料用粮约占粮食的1/3，人畜之间的粮食矛盾已经成为影响畜牧业持续发展的重要因素之一[1-2]。开发利用无粮型饲料发展养殖业是国情和畜牧业持续健康发展的需要。秸秆饲料化能够扩大饲料来源，是节粮型畜牧生产的重要途径。我国畜牧业比美国（以资本投入为主的集约化畜牧业发展模式）少用近1亿吨饲料粮，但却多生产了2 000多万吨肉，其主要举措之一就是大量使用青绿饲料[3]。本文即就国内外青绿秸秆的饲料化利用技术现状进行综述。

1 青绿秸秆饲料的特点和利用状况

青绿秸秆青嫩多汁，木质化程度低。相比于木质化程度高的秸秆，其营养价值、利用率、消化率都较高，适口性较好。秸秆细胞壁的主要成分是粗纤维[4]，其中纤维素是由葡萄糖残基通过β-1.4-糖苷键组合而成的，一部分纤维素之间相互并联成结晶型结构形成微纤维，不能为瘤胃微生物所利用；另一部分的纤维素以散乱无定型状态存在于植物细胞壁中，可以被瘤胃微生物降解[5]。半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，包括木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖等，大多可以被降解。木质素的本质是酚酸多聚体混合物，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，很难被瘤胃微生物降解。并且木质素和纤维素镶嵌在一起形成坚固的酯链，使纤维素免受瘤胃微生物侵袭及其酶的降解，从而限制了瘤胃微生物对纤维素的利用。所以，随青绿秸秆饲料生长期的延长，其中含量不断提高的木质素对有机物的利用率有明显的影响。木质素每增加1%，消化率如，反刍动物下降约1%，猪鸡下降约2%。

青绿秸秆中纤维素类物质相对较低，粗蛋白含量、无机盐含量、维生素和矿物质元素相对木质化程度高的秸秆而言要高。但由于抗营养因子广泛存在于饲料中，尤其是未经加工的青绿饲料。抗营养因子有如：酚类化合物、皂化物等蛋白质代谢影响因子；淀粉酶抑制剂、胃胀气因子等碳水化合物代谢影响因子；植酸、草酸等矿物元素代谢影响因子等。在一些饲料中还可能含有亚硝酸盐、硫葡萄糖苷等有毒成分。这些物质在一定程度上阻碍饲料营养成分的消化吸收、干扰代谢，而影响动物的生长、繁殖性能，增加养殖生产成本，降低了养殖效益[6]。所以消除抗营养因子以及有毒成分则是保证饲料营养成分的有效利用、保证动物正常生长发育与健康状态的前提。

据统计，2010年全国年产各类农作物秸秆理论资源达8.4亿吨，但实际可收集量约为6.87亿吨，占理论资源量的83.8%，占全世界秸秆总产量的20%～30%，其中以玉米、小麦和水稻等禾本科秸秆为主[7]。由于秸秆营养价值低，利用率低的原因，国内农作物秸秆用于饲料部分还很少，大部分被焚烧，造成环境污染。在我国仅有6%～8%的肉食由草转化而来，而美国约占73%，澳大利亚约占90%的肉食由草转化而来。由此可见，我国的秸秆作为饲料资源还有很大的发展潜能。目前青绿秸秆饲料的利用方式主要在收获季节进行鲜饲，或者采用干化粉碎、青贮等处理技术，以延长其保存期和提高其饲料化利用效率。

2 青绿秸秆饲料的主要加工技术

2.1 青绿秸秆营养价值的保持

2.1.1 快速干燥与压块

快速干燥可以较好地保留原料中的养分，将盛产季节的青绿饲料调制成干草粉、干草块是较好的保存和利用方式[8]。欧州，如德国早在1905年即开始对青饲料进行干燥处理，并以此作为保存方法。我国在上个世纪70、80年代引进了美国、荷兰、丹麦等的饲草干燥设备，并自主研发了系列饲草干燥设备，青绿饲料干燥技术得到了迅速地发展[9]。目前，部分地区将干草颗粒化，制成全价颗粒料饲喂不仅可避免其挑食，还可提供畜禽全面均衡的养分，以提高生长与生产性能[10]。秸秆烘干常与秸秆压块一起配套加工，制成高密度饼块。既可减少饲料营养损失，又能够减少霉变。降低运输成本与储存空间，用于日常饲喂、抗灾保畜及商品饲料生产均能取得很好的经济效益。

2.1.2 青贮

化学青贮、水贮、堆贮、袋贮等“草罐头”系列是储存利用青绿秸秆饲料的主要方式。青贮饲料主要是利用乳酸菌等微生物在厌氧条件下进行发酵，使青绿秸秆中的糖类转化为乳酸，抑制霉菌，腐败菌等的生长，长期保持青绿多汁饲料的营养特性。美国、英国、荷兰、苏联等国家青贮饲料的使用量可达70%以上[11]。不同的青贮技术其青贮产品的质量及饲用价都有所不同；不同的原料也因其化学组成、含水量等的不同其青贮技术也有所不同。如，青贮工艺的不同、添加剂使用的不同等[12]。目前，已研发出青贮用的微生物产品如植物乳杆菌、青贮的酶制剂如纤维素酶、青贮辅助剂如乙酸等[13-16]，大大促进了青绿饲料青贮技术的提升，以及青贮产品质量和其饲用价值的提高[17-19]。青贮处理的饲料适口性好、含水量多，能够很好的保存青绿秸秆的营养成分，对天气和收获期的依赖性小。适于青贮的农作物秸秆主要是玉米、高粱和黍类等含糖多的作物。含糖少的作物秸秆可考虑应用青贮添加剂或者与其他饲料资源混合青贮。传统的青贮方法是塑料袋青贮和窖贮法，目前世界上最先进的青贮技术是拉伸膜裹包青贮法，该法包括圆捆青贮和袋式青贮[20]。

2.2 青绿秸秆的营养价值提高

2.2.1 碱化处理和氨化处理

碱化处理是用一定浓度的碱液（约占秸秆原料干物质的3%～5%氢氧化钠处理和石灰水）处理秸秆，破坏粗纤维中纤维素，半纤维素，木质素三者之间的醚键或酯键，并消化大部分的木质素和磷酸盐，溶解与细胞壁多聚糖结合的酚醛酸，糖醛酸，乙酰基，增加纤维素之间的空隙度，使植物细胞壁疏松，膨胀，增加瘤胃微生物的附着数目，提高纤维素的降解率。虽然经碱化处理后的秸秆消化率得到提高。但是处理会对环境造成污染，所以应注意合理开发利用此项技术。氨化处理是向切碎的青秸秆加入氨源或尿素（占秸秆干物质3%～5%），通过氨与粗纤维的反应，使得木质素与多糖之间的酯键发生断裂，并且产生氨盐。不仅提高了粗饲料的营养价值，而且产生的氨盐能够作为瘤胃中微生物合成菌体蛋白的氮源，为动物所利用。据Chemjong[21]研究得出用尿素处理的秸秆饲喂泌乳水牛，体重会有明显的增加，而且相比于那些饲喂没有添加尿素的水牛来说，有更多的产奶量。碱化与氨化处理通常作为秸秆青贮，微贮的前处理，形成生物化学复合处理技术。根据此前的研究[22]，考虑到化学药品的消耗和降解性，先用7%的氢氧化钠（pH值12）处理稻秸，然后压紧放入聚录乙烯贮仓中青贮，对于提高稻秸瘤胃消化率是最有效的。

2.2.2 玉米秸秆揉丝技术

玉米秸秆揉丝技术是用秸秆挤丝揉搓机将农作物秸秆加工成青绿秸秆草丝，然后向草丝内加入经培养获得的微生物发酵剂后，通过液压打捆机将发酵饲草挤压打捆装袋。这种方法的好处有[23]：第一，改变传统的物理切割方法，改横切为纵切，通过切揉过程破坏秸秆表面硬质茎节，提高了畜禽消化吸收；第二，由添加单纯厌氧发酵细菌-乳酸菌变为添加微生物制剂发酵。通过微生物发酵，使秸秆的木质素、纤维素被降解成低聚糖、乳酸和挥发性脂肪酸，从而提高秸秆的利用率；第三，实行袋贮。通过采用袋贮发酵技术，减少秸秆原料在贮藏和使用中的浪费，同时也能减少秸秆发酵过程中因空气进入而引起的霉变。

2.2.3 微贮

秸秆微贮就是在农作物秸秆中加入秸秆发酵活干菌，然后放入密封的容器中发酵贮藏，主要是为了降解其中难以被瘤胃微生物利用的成分。其主要优点是菌种易得、成本低廉、适用范围广和安全可靠，且能大幅提高秸秆的营养价值。发酵工艺根据分类标准的不同分为多种，根据培养基的物理状态可分为液态发酵和固态发酵，根据发酵的连续性可分为分批发酵和连续发酵，根据选用菌种种类多少可分为单一菌种发酵和混合菌发酵等[24]。

除了乳酸菌微贮常用的微生物还有[25]：降解木质素能力较强的白腐真菌。白腐真菌的菌丝分泌的超纤维氧化酶溶解秸秆表面的蜡质，而后菌丝进入秸秆内部，分泌释放能降解木质素的酶系。根据之前的实验结果总结[26]得出，用真菌发酵麦秸可以有效地提高秸秆中粗蛋白的含量，提高消化能和有机质的消化性，产生大量的短链脂肪酸和更加丰富的氮，降低有机氮的含量，从而降低C/N。降低酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维，粗纤维在细胞壁组分中的含量。用这种真菌发酵农作物秸秆，能最大限度地提高农作物秸秆的消化率。

生产纤维素酶的绿色木霉，能够降解纤维素，破坏植物细胞壁，使其释放细胞中的蛋白体和淀粉等营养成分，提高青绿秸秆饲料的营养价值。

枯草芽孢杆菌，是芽孢杆菌属的一种，能够产生多种消化酶及营养物质。不但能降解纤维和脱毒，而且能提高瘤胃氨态氮、总挥发性脂肪酸及丙酸含量，降低瘤胃乙酸质量浓度及乙酸/丙酸，提高日粮消化率，同时增加蛋白质含量[27]，改善饲料的适口性。

用由多种微生物组成的复合菌剂处理秸秆可用于饲喂单胃动物，据玉树香[28]的研究表明，玉米秸秆发酵后不可利用的物质含量降低，营养价值提高，更有利于动物消化吸收；日粮中添加5%发酵秸秆粉效果最好，虽然试验结果说明饲料中添加不同比例的发酵秸秆饲料对肉仔鸡生长性能没有显著影响，但通过添加发酵秸秆饲料降低了养殖成本。

2.2.4 酶处理技术

酶处理主要是通过向饲料原料中添加酶制剂，有针对的降解某些难以被瘤胃微生物降解的物质，以达到提高秸秆饲料的营养价值和利用率的目的。一般使用的酶制剂主要有淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶等，能够分别将秸秆中的纤维素、半纤维素、淀粉等多糖成分降解为单糖，有效提高秸秆饲料利用率。饲料中添加酶制剂还能刺激增加内源酶的分泌，如瘤胃中的纤维素酶，从而提高饲料的消化利用率。木聚糖酶的添加也可以促进纤维在反刍动物瘤胃中的消化[29]。在添加酶制剂前，一般都会进行化学方法的预处理来提高酶的降解作用，如Kim等[30]通过碳酸铵进行预处理，改变稻秸的结构来提高酶的降解作用。采用真菌所分泌的酶如，过氧化物酶、漆酶等可在一定程度上降解木质素，提高其饲用价值[31-32]。采用基因工程、酶学等技术研发微生物或酶产品，是降解木质素提高秸秆饲料饲用价值的思路之一[33-35]。由于酶制剂发挥作用的苛刻条件，诱导培育能够产生适应性强的酶的菌株至关重要。

2.3 抗营养因子以及有毒有害物质的消除技术

抗营养因子，如蛋白质、碳水化合物等代谢影响因子对饲料中营养物质的消化、吸收和利用产生不利的影响；棉酚、硫葡萄糖苷等有毒有害物质则可能影响畜禽健康状态。迄今，青绿秸秆中这些物质的去除技术也有了一定的研究。对于青绿秸秆中的热不稳定因子，可用高温处理，如非淀粉多糖；对于一些热稳定因子，可以用酶制剂处理[36]。如目前应用最广泛的植酸酶。对于蛋白酶抑制剂，可以用化学处理。另外，用浸泡法处理易溶于水的抗营养物质。由于高温处理不易控制，化学方法又具有残留污染等。所以具有多效性，高效能，无污染，成本低的生物学处理成为消除技术的主要研究方向。如付弘赟等[37]研究利用枯草芽孢杆菌，蜡样芽胞杆菌，植物乳酸菌，酵母菌分别按照6%、4%、4%和4%的比例接种，能够最大程度的去除豆粕中的胰蛋白酶抑制剂、植酸和大豆抗原蛋白等主要抗营养因子，去除率分别为75.89%、86.71%、100%。木质素与纤维素、半纤维素之间以牢固的酯键紧密相连，也是影响秸秆利用的主要抗营养因子之一[38]。对此，可以利用酶制剂或微生物发酵进行降解处理。微生物青贮处理还可以除去原料的异味和毒素。如马铃薯鲜喂有毒素，木薯也不宜大量鲜食，青贮后则可安全饲用。在钝化抗营养因子时，往往是各种不同的方法联合应用，以消除饲料中不同的抗营养因子[39]。具体消除技术可以通过将抗营养因子以及有毒有害物质的消除技术与青绿秸秆饲料的加工技术相结合，在青绿秸秆饲料的加工过程中予以同步消除。

3 小结

根据青绿秸秆的营养特性，通过压块、快速风干和青贮等技术可尽量减少因加工、运输和霉变等造成的饲料质量降低，从而保持青绿秸秆的营养价值；通过干草颗粒化技术可在一定程度上减少饲料采食过程中的浪费。青绿秸秆的饲料化技术在尽量保持其营养价值的基础上，通过使用基因工程、酶工程来降解木质素和纤维素，消除抗营养因子，以进一步提高其营养和饲用价值是提高青绿秸秆的营养价值的重要研究方向。因为生物处理技术在很多方面都具有优势。如不需复杂的设备和消耗过多的能量，也不需高温、高压、强碱和强酸等条件，可节约化工原料、能源和缓解污染环境等；微生物的来源广泛，投资少，容易获得理想菌株，且微生物生长速度快，生产周期短，可以连续进行，不受气候条件，生产季节变化的影响；同时，微生物蛋白含量高，还有丰富的氨基酸、辅酶等，半纤维素和木质素的降解率也得到提高等等。