檸條膨化加工工藝條件優化

付俊平，賈玉山，格根圖，武海霞

(1.內蒙古農業大學生態環境學院，內蒙古 呼和浩特 010019；2.內蒙古自治區水利科學研究院，內蒙古 呼和浩特 010020)

隨著畜牧業和飼料工業的迅速發展，我國飼草料不足的矛盾已日趨突出。特別是在荒漠化草原區，實施“禁牧、休牧”生態治理工程后，飼草料不足問題尤為突出。生態環境治理工程的實施產生了大量平茬復壯后的灌木、半灌木的枝條，充分利用這些資源不但可以緩減草畜矛盾、人畜爭糧等現象，還可以促進我國畜牧業的可持續發展。因此，在科學引導養殖規模，提高牲畜質量及畜產品安全的同時，積極探索和研究新型、可開發的飼草料資源成為當下緊迫的課題，特別是有效開發當地非常規飼草料資源，檸條(Caraganakorshinskii)就是其中之一，檸條枝葉的營養價值很高，粗蛋白9.20%～27.50%、粗脂肪8.20%～22.20%、粗纖維2.76%～3.52%、木質素25.13%～27.75%、粗灰分2.26%～6.75%、無氮浸出物31.80%～40.85%、鈣0.64%～1.64%、磷0.26%～0.89%。將其枝葉加工成各種草產品飼喂家畜，是很有發展潛力的綠色飼料資源[1]。內蒙古地區檸條資源豐富，可利用總面積400多萬hm2，按照1.5 t/hm2干質量的年均產量估算，年生物產量合計600萬t以上，可滿足100萬頭奶牛的粗飼料需求[2]?？茖W合理地利用這些寶貴的飼草料資源，無疑對增加飼草料的貯存量，緩解草畜矛盾，促進畜牧業的可持續發展具有重大意義[3]。

1 材料與方法

1.1試驗材料 試驗材料為檸條,英文名Korshinsk peashrub，別名檸條、大白檸條、毛條等[4-5]，于2009年7月20日取自內蒙古鄂爾多斯市鄂托克前旗，采用禁牧、無人為破壞且處于不同刈割頻率的、7～8年齡的人工種植檸條林。通過對試驗材料采集地檸條試驗田的調查和鑒定，隨機選取不同植株上的莖及葉片，所取材料均處于開花期，且著生位置一致，生長狀況良好。

1.2試驗方法

1.2.1膨化試驗 采用單桿小型熱噴設備對檸條進行膨化。

工藝流程：檸條植株→預處理→切短、揉碎→混勻→調節水分→膨化→篩分→檸條膨化產品→取樣→體外發酵實驗→測定指標。

采用4因素4水平L16(44)正交試驗設計，將膨化工藝條件中壓力(MPa)、溫度(℃)、原料含水量(%)、切短長度(cm)作為因素，每個因素設4個水平，每組均設3個重復。即：壓力(MPa)設0.6、0.8、1.0、1.2 MPa 4個水平；溫度(℃)設110、130、150、170 ℃ 4個水平；原料含水量(%)設20%、30%、40%、50% 4個水平；切短長度(cm)設2、3、4、5 cm 4個水平。

1.2.2瘤胃液收集 試驗羊在早晨飼喂前1 h，用硬質PVC管通過瘤胃瘺管在瘤胃內不同位點快速采取瘤胃液，置入經預熱達39 ℃并通有CO2的保溫瓶中，蓋嚴瓶口，迅速返回實驗室，經4層紗布過濾到預熱達39 ℃并通有CO2的廣口瓶中，濾液持續通入CO2。

1.2.3培養液配制 采用Menke和Steingass[7]的方法準備人工瘤胃營養液，并將營養液與瘤胃液以體積比為2∶1的比例混合。人工瘤胃營養液由常量元素溶液、微量元素溶液、緩沖液、指示劑溶液、還原劑溶液配成。各種溶液的配方見表1。

表1 人工瘤胃營養液各單一溶液配方

1.2.4產氣量測定 通過安在注射口的硅膠管將30 mL接種液分裝到注射器中。立即蓋上帶有放氣閥門的橡皮塞，蓋緊密閉后，放入38～39 ℃的恒溫水浴搖床中培養。在培養0、1、2、4、8、12、16、24 h各時間點取出培養管并快速讀數記錄。

1.3測定指標 測定不同培養時間點的產氣量，測定木質素含量及干物質消化率。木質素含量依《飼料分析及飼料質量檢測技術》的范式方法[7]測定；干物質消化率按照《現代反芻動物營養研究方法和技術》[8-9]的方法測定。

干物質消化率=[注射器中樣品干質量-殘留在過濾布上的干質量(固體殘渣質量)]/注射器中樣品干質量×100%。

1.4數據處理 試驗數據的前期處理均利用Microsoft Office Excel 2003軟件進行，木質素含量、干物質消化率的計算及數據的方差分析利用SPSS 11.0軟件進行。

2 結果與分析

2.1膨化條件不同組合對檸條木質素含量的影響 膨化組合對檸條木質素含量的影響如表2所示，4個關鍵工藝條件對木質素含量的影響作用大小次序為,膨化壓力>膨化溫度>含水量>切短長度。

壓力各梯度中除0.8 MPa與1.0 MPa之間存在顯著差異外(P<0.05)，其他相鄰梯度之間的差異不顯著(P>0.05)，壓力越大，木質素含量越低，在壓力1.2 MPa時最低，為41.75%；不同溫度梯度中，每相鄰兩梯度之間的差異不顯著(P>0.05)，但溫度110與170 ℃之間差異顯著，隨著溫度的升高，木質素含量下降，當溫度升高到170 ℃時，膨化效果最佳，木質素含量最低，為41.57%；含水量和切短長度各梯度之間的木質素含量差異不顯著(P>0.05)，但在含水量為30%、切短長度為2 cm時，木質素含量都為最低，分別為42.50%和42.49%。

表2 膨化條件不同組合對檸條木質素含量的影響

2.2膨化條件不同組合對檸條干物質消化率的影響 不同組合條件下膨化對檸條干物質消化率的影響如表3所示。壓力對檸條干物質消化率的影響作用要顯著高于其他因素(P<0.05)，且隨著壓力增大，消化率提高，在壓力1.0 MPa時達到最大，為24.25%，之后又開始下降，前3個梯度之間存在顯著性差異(P<0.05)，但壓力0.6和1.2 MPa之間無顯著性差異(P>0.05)；溫度各梯度之間差異不顯著(P>0.05)，當溫度為170 ℃時，消化率最高，為20.97%；含水量各梯度之間差異也不顯著(P>0.05)，在原料含水量為30%時，干物質消化率最大，為20.50%；原料切短長度3與4 cm之間差異顯著(P<0.05)，其他相鄰梯度之間的差異不顯著(P>0.05)，2 cm長度下的消化率最高，為21.42%。

表3 膨化條件不同組合對檸條干物質消化率的影響

壓力1.0 MPa、溫度170 ℃、原料含水量30%、切短長度2 cm的組合膨化效果最好，檸條中木質素含量最低，由原來的52.94%降低到49.35%，較原樣降低了6.79%，消化率由原來的16.62%提高到25.62%，較原樣提高了54.14%，有效地改善了檸條的飼用品質。

3 討論

膨化處理可以改變飼料的理化性狀和營養成分，明顯提高可溶性成分和可消化成分含量，適口性變好，飼用價值提高。影響膨化效果的因素很多，原料和設備是兩個主要方面，膨化過程是整個加工過程最重要的環節，與原料的組成成分、粒度大小、水分含量以及膨化設備的類型、膨化壓力、溫度等均密切相關[10]。熱噴膨化是利用高溫、高壓和水蒸氣處理后突然降壓以破壞纖維素CEL結構的方法。因此，壓力、溫度、原料含水量以及長度是決定熱噴膨化成敗和效果好壞的關鍵。目前，膨化技術已被廣泛應用于飼料加工業中，但在檸條加工利用方面的應用研究仍處于起步階段，相關的成熟加工條件研究報道很少。本研究設定了膨化壓力、溫度、原料含水量及切短長度4因素，進行了檸條熱噴膨化加工關鍵工藝條件篩選，研究顯示，檸條膨化需要適宜的壓力、溫度和含水量，原料切短長度不宜太長，在這4個關鍵工藝條件中，壓力因素對檸條膨化效果影響最大，極差值遠大于其他因素。

壓力太低，對木質素影響小，消化率無顯著提高，膨化效果差，但過高的壓力又往往會伴隨著高溫，在高溫高壓的共同作用下往往容易使植物發生“炭化”，破壞原料中養分，反而會是消化率降低；其次膨化時必須達到一定溫度，才能保證原料中水分產生熱效應，而且原料中水分需在適宜范圍之內，才能保證達到較好的膨化效果；原料切短長度超過一定范圍，應力作用于物料的表面積增大，使降解木質素的難度增加，消化率變化不明顯。在最佳組合工藝條件下膨化， 木質素等難以消化的成分明顯降低，DM消化率提高，利用價值得到提高[11-12]。

檸條枝葉的營養價值很高[13]，因此，作為飼料原料利用，可以緩解內蒙古自治區反芻動物高蛋白優質牧草嚴重缺乏的現狀。因此，加快檸條飼用轉化技術的成熟與促進檸條飼料產業的發展，對內蒙古的畜牧業有重要作用。

4 結論

用單桿小型熱噴設備加工膨化檸條適宜工藝條件為：壓力1.0 MPa，溫度170 ℃，原料含水量30%，切短長度2 cm，此條件下，膨化效果最好。

[1]左忠，張浩，王峰，等.檸條飼料加工利用技術研究[J].草業學報，2005，22(3)：30-35.

[2]道仁達來.檸條的生物學特性與產業化途徑的研究[J].內蒙古林業調查設計，2008，31(3)：93-94.

[3]張雄杰，盛晉華，趙懷平.檸條飼用轉化技術研究進展及內蒙古檸條飼料產業前景[J].畜牧與飼料科學，2010，31(5)：21-23.

[4]周道瑋.錦雞兒屬植物分布研究[J].植物研究，1996，16(4)：428-435.

[5]牛西午.中國錦雞兒屬植物資源研究——分布及分種描述[J].西北植物學報，1999，19(5)：107-133.

[6]Menke K H，Steingass H E.Stimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen flued[J].Animal Research and Development，1988(28):7-55.

[7]楊勝.飼料分析及飼料質量檢測技術[M].北京：北京農業大學出版社，1999.

[8]盧德勛，謝崇文.現代反芻動物營養研究方法和技術[M].北京：農業出版社，1990.

[9]王聰，劉強， 董寬虎，等.不同鹽堿化草地混播牧草對綿羊瘤胃發酵和日糧養分利用率的影響[J].草業學報，2010，19(5)：38-44.

[10]劉國謙，張俊寶，劉東慶.檸條的開發利用及草粉加工飼喂技術[J].草業科學，2003，20(7)：26-31.

[11]宋立霞，王紅英.膨化飼料加工技術分析及應用[J].飼料與畜牧，2008(2)：23-25.

[12]甘振威，張大維，張婭婕，等.飼料膨化加工方法對其營養成分的影響[J].中國比較醫學雜志，2009，19(5)：72-73.

[13]武海霞.檸條飼用膨化技術及營養價值評價研究[D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2010：27-35.