秸稈固態發酵生產飼料添加用菌種概述

王國樺，姜高亮，崔俊樂

(鄭州大學 化工與能源學院，河南 鄭州 450001)

秸稈固態發酵飼料，就是利用高活性微生物菌劑，如霉菌、酵母和細菌等，針對秸稈纖維素含量高的特點，使霉菌分泌出的多種酶類將秸稈中的淀粉、纖維物質及果膠等轉化為各種糖類，再利用酵母和乳酸類細菌將初步分解后的飼料中的某些成分進一步合成為營養價值較高、適口性更好的物質，如維生素、氨基酸、蛋白質、其它有機酸、促生長因子等[1]。

秸稈固態發酵飼料現有技術主要是通過添加特定酶或菌種來實現，但特定酶往往由菌種分泌產生，因此主要研究適用于秸稈發酵飼料所用的菌種。根據秸稈發酵飼料所要解決秸稈纖維素過多、粗蛋白較少的特點，秸稈發酵飼料添加用菌種所要求需解決的問題主要包含以下幾個方面：①高效分解纖維素、半纖維素、木質素等植物細胞壁組分；②能夠產生多種分解酶；③能將無機氮轉化為菌體蛋白，合成和分泌多種營養物質；④顯著改變秸稈適口性；⑤不產生有毒和致病物質；⑥繁殖發育速度快；⑦菌種性能穩定；⑧菌種間兼容性好，具有協同作用。根據以上特點，將菌種按照主要作用分為以下幾類：①用于分解木質素菌種；②用于分解纖維素菌種；③用于生產蛋白菌種。

1 用于分解木質素菌種

木質素占植物秸稈細胞壁的絕大部分，且因其與纖維素之間的酯鍵作用而形成復雜致密的結構，秸稈較難直接被利用，因而如何破除分解木質素是制作秸稈發酵飼料的重中之重。常用于分解木質素的微生物為木腐菌，主要有白腐真菌、褐腐真菌和軟腐真菌三類，在這三類中尤以白腐真菌分解木質素效果最好[2]。

白腐真菌在生物學分類上屬于真菌界擔子菌亞門擔子菌綱[3]，白腐真菌能有效降解木質素，主要是因為白腐真菌的菌絲分泌出的超纖維氧化酶能夠溶解秸稈表面的蠟質，從而使菌絲進入秸稈內部，再分泌釋放出能降解木質素的酶系酵母菌[4]。除此之外，多數白腐真菌在分解木質素的同時還能夠釋放單細胞蛋白，這便顯著提升了秸稈的營養價值。

2 用于分解纖維素菌種

自然條件下，秸稈放置一段時間后也可以自行被分解，其主要是因為自然界存在了多種微生物能夠分解纖維素。經研究，能分解纖維素的微生物主要有放線菌、細菌和真菌[5]。放線菌大多能產生抗菌素，高溫放線菌可產生C1和CX酶，具有很強的分解纖維素的能力，可利用尿素、硝酸鹽、無機銨鹽等無機氮源及葡萄糖、甘油、麥芽糖等有機物質，但卻難以利用乳糖，多數放線菌適宜的生長環境為pH值=4.8～5.0，溫度6～38℃[1]。細菌雖然可以產生一定數量的纖維素酶，但往往因為這些酶不容易釋放到外部，且幾乎無法分解木質素，因而使用較少[5]。但研究發現，仍然有一部分細菌適宜用來生產秸稈發酵飼料，主要有枯草芽孢桿菌，這是芽孢桿菌屬的一種，生物學分類上來講屬于細菌的一種，它能夠產生多種消化酶及營養物質。這些物質不但能分解纖維素和脫毒，而且能提高瘤胃環境氨態氮總量、總揮發性脂肪酸及丙酸含量，同時能夠降低瘤胃環境乙酸質量濃度及乙酸/丙酸，營造合適的瘤胃環境，從而促進動物消化，除此之外還可以增加蛋白質含量，顯著改善飼料的適口性[6]。不過，具體到實際研究和生產中，往往用來分解纖維素的多是真菌，而其中又以霉菌居多。

霉菌是某些絲狀真菌的統稱，嚴格意義上來講，并不是生物學上的一個分類名詞，在分類上屬于真菌門的各個亞門。其結構特點是有一個或多個細胞核，無隔或有隔，細胞壁分三層：內層為幾丁質微纖維，夾雜無定形蛋白質(20 nm)；中層為糖蛋白，蛋白質網中間填充葡聚糖(49 nm)；外層為無定形的β葡聚糖(87 nm)[7]。用于秸稈發酵飼料的霉菌主要有青霉、木霉、曲霉、根霉及添斑霉等，這些霉有一個共同點就是可以產生纖維素酶。其中根霉主要用于產生淀粉酶，黑曲霉可產生果膠酶、淀粉酶及可分解直鏈纖維素的CX酶；綠色木霉可產生C1、CX、淀粉酶及纖維二糖，能夠降解纖維素從而破壞植物細胞壁，從而進一步釋放細胞中的蛋白質和淀粉等物質，提高秸稈發酵飼料的營養價值[6]；康氏木霉也能夠產生纖維素酶，其胞外酶的特點很好地適用于外部纖維素的分解[1,8]。

3 用于生產菌體蛋白菌種

單細胞蛋白(Single cell protein，簡寫為SCP)，又被稱作菌體蛋白或微生物蛋白，是經微生物作用將植物細胞壁結構分解為糖類后，與分泌出的細胞內容物被乳酸菌和酵母菌利用后所形成的單細胞蛋白[8]。生產單細胞蛋白的微生物主要包括酵母、細菌、藻類等，其中尤以乳酸菌和酵母菌最為常見。

乳酸菌(Lactic acid bacteria)指發酵糖類主要產物為乳酸的一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細菌的總稱，其特點是可利用糖類等營養物質發酵產生乳酸。凡是能從葡萄糖或乳糖的發酵過程中產生乳酸的細菌統稱為乳酸菌，目前已知的共有200多種，生物學上至少可分為18個屬，其中絕大部分都是動物體內必不可少的且具有重要生理功能的菌群，主要負責維持消化系統平衡，適宜的生長環境為厭氧或微需氧，溫度20～50℃，含水量40%～50%，而且可與酵母菌共同培養[1,9]。

酵母菌是一種單細胞真菌，含有細胞壁、細胞膜、細胞質、細胞核等結構，目前已知的酵母菌有1000多種。酵母菌適宜在水分含量高的原料中生長繁殖。其代謝方式可分為有氧和無氧發酵，主要產物為乙酸、乙醇、乳酸、琥珀酸等。可利用無機鹽及糖分在極短的時間內合成蛋白質，且其營養價值與動物性蛋白相近，同時還能產生維生素、未知促生長因子等有益副產物[1,10]。

秸稈固態發酵生產飼料有著極大的經濟及環保價值，尤其是在當今環保政策愈加趨緊的情況下如何更加有效地利用秸稈，解決環境污染并使其變廢為寶有著重大意義，秸稈固態發酵生產飼料添加用菌種已有較為成熟的發展，但現有工藝條件及生產設備都面臨很多待解決的問題，仍然需要進行長期的深入研究。