不同发酵剂对秸秆微贮饲料营养价值及品质影响的研究进展

曾 辉， 邱玉朗， 魏炳栋， 李 林， 鲁宇橦， 陈 群*

（1.吉林农业大学，吉林长春 130118；2.吉林省农业科学院，吉林公主岭 136100）

资源开发利用

不同发酵剂对秸秆微贮饲料营养价值及品质影响的研究进展

曾 辉1， 邱玉朗2， 魏炳栋2， 李 林2， 鲁宇橦1， 陈 群2*

（1.吉林农业大学，吉林长春 130118；2.吉林省农业科学院，吉林公主岭 136100）

我国拥有丰富的农作物秸秆资源，通过微贮技术处理秸秆饲料，对节粮型畜牧业的发展具有重要意义。本文就农作物秸秆的利用现状、微贮技术及不同发酵剂对秸秆微贮饲料的营养价值及品质影响进行综述，同时，就复合型发酵剂在秸秆微贮饲料上应用的趋势进行了展望。

发酵剂；秸秆；微贮

由于草原退化、土地资源紧张和人畜争粮等问题的日益严重化，大力发展节粮型畜牧业是我国畜牧业发展的一个大方向，改变传统畜牧业生产对粮食的依赖，合理开发利用秸秆资源，提高秸秆的饲用价值，是解决我国饲料不足及促进畜牧业发展的重要途径，也是缓解当今人类面临的粮食、能源、环境三大危机，实现农业可持续发展的重要途径（许宇薇，2012；张吉鹍，2011）。玉米秸秆主要是由纤维素、半纤维素和木质素等组成，营养价值低，粗纤维含量高达35%～50%，质地粗硬，粗蛋白质品质差、含量低，影响家畜的采食量和消化率。秸秆经过发酵剂微贮处理后，可使原本粗硬的秸秆变得柔软蓬松，具有明显的酸甜芳香气味，显著改善秸秆饲料的适口性，又能较大地改善玉米秸秆饲料的品质和营养成分，对提高秸秆饲料的营养价值与利用率具有重要的意义。

1 秸秆利用现状

我国农作物秸秆产量每年约6亿～8亿t，占世界秸秆总产量的20%～30%，主要以玉米秸、小麦秸、稻草秸为主（毕于运等，2010；王久臣等，2007）。2015年我国玉米产量达 22460万 t，自2012年以来连续三年超越水稻成为我国第一大粮食作物（邵钰舒，2017），以 1∶25的草谷比系数计算(即每1 kg玉米可获得1.25 kg秸秆)，当年玉米秸秆产量达到28075万t，约占我国农作物秸秆总产量的2/5（吕开宇，2013）。

中国农作物秸秆种植面积广，资源丰富，现阶段其用途大致可分为4个方面：（1）作为工业原料，主要用于造纸；（2）作为畜牧饲料；（3）秸秆造肥还田；（4）其他用途（焚烧和抛弃等）。农作物秸秆是一种非常规性饲料原料，可用作草食家畜重要的粗饲料来源。调查显示，焚烧和抛弃是秸秆的主要处理方法，约占50%，大量的农作物秸秆被用作燃料，或者直接还田，既浪费资源，又污染环境。目前只有30%左右的秸秆被用为草食家畜的粗饲料（孙育峰，2009），秸秆饲料化、利用率及商品化程度低的问题阻碍了节粮型畜牧业的快速发展。由于禁牧或限牧的政策实施，迫使草食家畜逐渐圈养，而且集约化饲养程度越来越高，市场对优质粗饲料的需求不断提高。

2 秸秆微贮技术

玉米秸秆由植物细胞壁和细胞内容物组成，细胞壁所占比例一般在80%以上 （Van等，1981）。细胞内容物包括可溶性蛋白质、非蛋白氮（NPN）、糖类、淀粉、类脂和矿物质，其降解率可达90%。由于秸秆细胞壁特殊的木质素-纤维素-半纤维素复合体，限制了草食动物对半纤维素、纤维素等成分的消化和利用，从而阻碍了秸秆细胞内营养物质的释放，导致直接饲喂秸秆时家畜消化率降低（任双丰，2011）。研究表明，未经处理的秸秆直接作为饲料营养价值较低，消化率仅有25%～40%，且其适口性较差，采食量低。经过复合型发酵剂微贮处理后的秸秆饲料pH降低、有氧稳定性提高，微贮饲料粗蛋白质保存量的相对比例提高，纤维素、半纤维素和木质素含量降低，微贮发酵产物有机酸和氨态氮的含量提高，有机物消化率以及消化能和代谢能提高 （陶莲等，2016；吕文龙等，2011）。

2.1 微贮定义及微贮条件 秸秆微贮技术就是在适宜的厌氧环境下，往秸秆中接种单一菌种或多种菌种按一定比例混合组成的菌剂或菌制剂与酶制剂的复合添加剂，通过有益微生物的繁殖与发酵以及有益微生物和酶的共同作用，使有益微生物在秸杆发酵过程中处于优势地位，而有害杂菌受到抑制，使质地粗硬的青黄秸秆或黄干秸秆变成柔软多汁，湿润膨松，酸香适口的优质牛羊粗饲料（许宇薇，2012）。秸秆微贮成功与否必须满足以下条件，首先必须保证无氧密封。秸秆中氧气含量越少，有氧发酵时间越短，好气性腐败微生物作用时间越短，秸秆越不易发生腐败霉烂。在填装微贮料时一定要装填压实，尽可能更多地排除空气、封严，以防漏气；其次温度与湿度要适宜。一般温度为15～25℃，微贮效果比较好；要求秸秆饲料的水分含量为60%～70%，水分过多或过少，容易影响微贮效果；同时要保证添加的菌制剂和酶制剂的活性。

2.2 微贮的作用 微贮技术综合性的改善了秸秆饲料的品质和营养成分，弥补了青贮技术对秸秆要求高、季节性强和氨化技术中液氨、氨水运输不便、安全性差的不足，在生产中得到广泛的应用（周泽，2006）。

2.3 微贮技术的发展 国内外秸秆微贮技术的研究进程，经历了一个从高水分发酵到低水分发酵再到添加剂发酵的发展过程，所涉及的领域有饲料学、微生物学、生物化学、营养学和收割机械制造等多个学科。我国很早就对微贮技术进行研究推广，但因当时生产水平和经济条件等因素制约，工作多属生产性试探，对微贮饲料的发酵机制，二次发酵问题及防腐措施等方面的研究甚少，使得微贮饲料在生产上未能得到大面积的推广。直到20世纪90年代，由于养牛业的发展壮大，国外微贮技术的吸收和设备的改善，才使其应用进入了突飞猛进的发展阶段，发酵饲料的质量和数量逐年提高（周德宝，2004），为秸秆微贮技术和微贮饲料的发展提供了基础和条件。

在农作物秸秆中加入高效活性菌制剂和酶制剂，使贮料水分含量达60%～70%，在贮料中加入细菌接种物可以弥补产酸菌的不足，减少发酵损失（刘金祥，1998）。近年来，世界上有不少国家对于微贮用细菌制剂的研制极为重视，并出现了许多商用产品。英国、爱尔兰及德国生产许多种以乳酸菌为主的禾本科牧草微贮添加剂，我国也研制出一种制作贮存农作物秸秆粗饲料生物产品—秸秆发酵活干菌。

3 不同发酵剂对秸秆微贮饲料营养价值的影响

发酵剂主要包括酶制剂和菌制剂。通过添加菌制剂和酶制剂，可以降低秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的含量，有效地改善秸秆微贮饲料的品质和营养成分，提高其有氧稳定性。乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌、放线菌、光合细菌5大类是目前我国批准的主要饲用级微生物。植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌、短小乳杆菌和干酪乳杆菌等菌株是当前我国发展发酵饲料应用较广泛的乳酸菌（辛迎雪，2015）。真菌中的霉菌类是目前研究最广泛的菌群，可降解秸秆的霉菌类主要有青霉（意大利青霉）、曲霉类（黄曲霉、米曲霉、烟曲霉、黑曲霉等）、木霉类（绿色木霉、康宁木霉等）、毛壳菌属和白腐真菌等（段杰，2015）。酶制剂主要包括纤维素酶、半纤维素酶、β-葡聚糖酶及果胶酶等。纤维素酶不仅可以将秸秆中的纤维素降解为可溶性糖，增加微生物发酵底物，还可以提高秸秆饲料的消化率。研究报道，菌制剂与酶制剂联合应用，对秸秆微贮的效果较好，王建兵等（2001）联用复合产乳酸菌、纤维素酶发酵秸秆，结果表明效果优于单纯添加时，而且两者之间没有产生拮抗作用。

秸秆经过发酵剂微贮处理后，可以降低微贮饲料的pH，增加其CP含量，降低秸秆的酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤木质素（ADL）含量，提高秸秆的营养价值。经过微贮后，各类秸秆的粗纤维比微贮前降低20%～30%，各样品的粗脂肪含量增加7%～18%，粗蛋白质含量提高8%～30%（P＜0.05），各类秸秆微贮后的粗灰分比微贮前降低18%～25%（胡蓉等，2008）。

3.1 纤维素酶制剂对秸秆微贮饲料营养价值的影响 Alvarez等（2009）报道，在奶山羊日粮中添加纤维素酶可以提高日粮干物质和粗蛋白质的消化率以及ADF、NDF和ADL的瘤胃降解率（Alvareza，等 2009）。 王安等（1997）发现，添加纤维素复合酶使玉米青贮饲料NDF和ADF的含量显著降低。马慧等（2006）试验结果也表明，纤维素酶能提高玉米秸青贮中CP含量，降低NDF与ADF含量，并可以增加贮料中DM与CP在奶牛瘤胃中的有效降解率。

3.2 不同菌制剂对秸秆微贮饲料营养价值的影响 魏炳栋等（2016）选用枯草芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌等菌种对玉米秸秆进行发酵，试验结果表明，经微生物复合发酵后的玉米秸秆其CP含量增加1.195倍，干物质中CF、NDF和ADF含量分别降低24.9%、43.0%和38.5%，活菌数增加了2.1×104倍，有效提高了秸秆的利用效率及适口性，显著改善了秸秆的品质和营养价值。有些学者采用生孢噬纤维菌、枯草芽孢杆菌和产朊假丝酵母等发酵秸秆，营养价值改善较大，经发酵后，粗蛋白质增加率达到260.0%，粗纤维降解率达到 28.89%（张洋，2008）。 徐坚平等（1995）研究表明，绿色木霉和饲料酵母共生发酵秸秆，单细胞蛋白达30%，纤维素转化率达51%。慧小双（2013）用乳酸菌等作为复合菌种发酵玉米秸秆，发酵后秸秆CP含量增加2.34倍，NDF和ADF含量分别降低39.4%和40.1%。

3.3 酶菌混合发酵剂对秸秆微贮饲料营养价值的影响 陈合等（2008）把纤维素酶和乳酸菌制剂混合使用，青贮料的NDF、ADF、半纤维素和纤维素含量减少。陶莲等（2016）利用酶制剂、乳酸菌、酶菌混合等处理秸秆，试验显示，可以增加玉米秸秆青贮中的WSC含量 （P＜0.05）；3种添加剂均能够提高玉米秸秆青贮中的OM含量及其72 h瘤胃降解率（P＜0.05）；酶制剂处理及酶菌混合处理能够降低玉米秸秆青贮中NDF、ADF、纤维素含量（P＜0.05），有降低ADL含量的趋势，但是差异不显著（P ＞ 0.05）。 陈合等（2008）研究表明，玉米秸秆经过黄孢原毛平革菌、外源纤维素酶和木聚糖酶等酶菌降解处理后，木质素、纤维素、半纤维素的降解率分别达到 67.0%、60.4%、33.0%，秸秆还原糖的含量达到50.70%。韩颖洁（2015）利用商业秸秆发酵剂（枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和酵母菌）发酵玉米秸秆，发酵后CP含量增加1.068倍，但是DM、EE及灰分含量未产生显著变化，CF、NDF和 ADF含量分别降低 20.15%、58.83%和42.32%。添加纤维素酶和乳酸菌混合的处理组，DM和CP含量显著高于对照组，NDF和ADF含量显著低于对照组，说明纤维素酶和乳酸菌混合处理秸秆可以很好地提高秸秆发酵饲料的营养价值。相对于单一制剂处理，酶菌混合处理的pH和WSC显著降低，粗蛋白质含量提高，NDF、ADF和ADL含量显著低于单一处理及对照组，说明酶菌制剂混合使用可显著改善秸秆发酵饲料的品质（王莹等，2010）。

4 不同发酵剂对秸秆微贮饲料品质的影响

研究表明，在微贮中添加乳酸菌可以降低氨态氮的含量（Cao 等，2002）。 Driehui（2001）等试验结果显示，接种布氏乳杆菌的两个试验组中的氨态氮含量显著提高。吕文龙等（2011）认为，布氏乳杆菌能够提高玉米秸秆贮料的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）研究显示，添加纤维素酶和乳酸菌混合的处理，pH值显著低于对照组，LA含量显著高于对照组，BA和氨态氮含量显著低于对照组，说明纤维素酶和乳酸菌制剂混合使用不存在拮抗，并且可充分发挥各自的作用，由于纤维素酶可以降解纤维生成WSC，这就为乳酸菌发酵生成大量乳酸提供了充足的底物，表明乳酸菌制剂和纤维素酶共同处理玉米秸调制贮料时效果更佳。陶莲等（2016）试验研究表明，各试验组处理后，与对照组相比，各处理pH值和NH3-N／TN含量均显著降低（P ＜ 0.05），乳酸含量显著增加（P ＜ 0.05）。玉米秸秆经过发酵后，乳酸占总酸含量均为850 g／kg以上。吕文龙等（2011）发现，添加植物乳杆菌有增加不带穗青玉米秸发酵过程乳酸菌含量的趋势，发酵饲料的pH降低（P＜0.05），乳酸含量增加（P＞ 0.05），干物质含量增加（P ＜ 0.05），残留水溶性碳水化合物含量降低（P＜0.05）。庄益芬等（2009）试验表明，在高含水率和低含水率微贮中，酶菌混合组的乳酸、乙酸和总酸含量高于其他组 （P＜0.05），酶菌混合组的丁酸、pH和气体损失率显著低于对照组（P＜0.05)，说明纤维素酶可降解植物细胞壁的结构性多糖成为单糖，为乳酸菌提供充足的发酵底物，促进微贮的乳酸发酵，从而提高其发酵品质。

5 不同发酵剂对秸秆微贮饲料有氧稳定性的影响

有氧稳定性即微贮饲料暴露于空气后，温度上升到高于环境温度2℃所需要的时间。发酵剂通过降低贮料的pH值，抑制或部分抑制了微生物的活动，提高了其有氧稳定性。关于布氏乳杆菌，很多学者研究了其与各种微贮饲料有氧稳定性的关系，包括玉米 （Ranjit等，2002；Ranjit等，2000）、 禾本科牧草 （Driehuis 等，2001）、 苜蓿（Kung 等，2003）、整株小麦、高粱（Weinberg 等，1999）和王草（刘秦华等，2009）等。这些研究结果表明，布氏乳杆菌可以明显改善微贮饲料的有氧稳定性。布氏乳杆菌属于异型发酵乳酸菌，其对微贮饲料发酵的影响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质，其含量的增加能够抑制贮料中酵母的生长繁殖。吕文龙等（2011）试验表明，随着布氏乳杆菌接种量逐渐增加，贮料的有氧稳定性也在提高。马旭光等（2015）的结果显示，在（28±0.5）℃恒温条件下，乙酸添加多的试验组有氧稳定性直到7 d后还未达到30℃；没有添加乙酸的试验组和对照组的有氧稳定性差别不大，均为4 h左右。这说明在有氧条件下，乙酸浓度与有氧稳定性成正比，由于乙酸能抑制腐败微生物的生长和繁殖，因此可有效提高贮料的有氧稳定性。

6 秸秆发酵饲料对家畜生产性能的影响

目前，很多学者进行了秸秆发酵饲料对家畜生产性能影响的研究，结果显示，饲喂发酵饲料的家畜采食量、日增重和消化率有较大的提高，家畜生产性能显著提高。魏炳栋等（2016）利用发酵玉米秸秆饲喂肉羊，其日增重和营养物质消化率明显提高。何长芳等（2010）用含有纤维素酶等复合酶处理过的小麦秸秆饲喂羔羊，结果显示酶贮小麦秸秆组羊比对照组增重1.71 kg，提高幅度达19.95%，差异显著（P＜0.05），说明纤维素酶能够提高秸秆纤维组分的瘤胃降解率。研究表明，饲用乳酸菌发酵饲料（混有乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌）可以显著提高生长猪平均日增重、平均日采食量和饲料报酬等生产性能。在温度和湿度相同的条件下，随着生长猪饲料中添加发酵饲料的增加（20%～50%），平均日采食量逐渐提高，50%添加组和对照组差异极显著（P ＜ 0.01）（金桩等，2010）；金加明等（2007）指出，玉米秸秆经过绿色木霉产生的纤维素粗酶液和酵母菌混合处理后饲喂小尾寒羊，试验组日增重比对照组高49.1 g。张凤霞等（2007）利用EM制剂及微生物秸秆处理剂发酵玉米秸秆饲喂肉羊，结果表明，采食EM制剂和微生物制剂发酵秸秆的肉羊，其日增重分别比对照组提高14.8%和8%；严平等（2008）采用商业发酵剂发酵秸秆饲喂育肥羊，结果表明，试验组羊日采食量比对照组提高16.7%，日增重提高74.36%，且每增重1 kg比对照组节省精料1.09 kg；孔凡虎等（2015）试验结果表明，采用乳酸菌、酵母菌、丝状真菌及芽孢杆菌复合发酵玉米秸秆，饲喂肉羊后可使其平均日增重提高22.87%。

7 小结

秸秆是一种非常规的可再生资源，中国作为一个农业大国，每年产生大量的农作物秸秆。但目前我国秸秆饲料化程度较低，因此，利用新技术、新手段促进秸秆饲料化进程，可缓解当前我国人畜争粮的问题。微贮技术作为近年来的新手段，可以显著改善青贮，提高秸秆饲料的饲用价值。微贮饲料的发展离不开高活性酶菌等复合型发酵剂。因此，只有通过不断提高酶菌等复合型发酵剂的研制，提高发酵剂对秸秆的降解，才能大力发展秸秆微贮饲料。当前国内外也主要致力于农作物秸秆的生物技术处理，因此，复合型发酵剂的前景广阔。

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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

吉林省科学技术厅重大科技招标专项“玉米秸秆饲料化利用关键技术研究”（20170203008NY）；吉林省畜牧业管理局项目“秸秆生物饲料新产品开发与应用”

*通讯作者