秸稈飼料加工技術(shù)研究進(jìn)展

張玲　高飛虎　李雪　張雪梅　梁葉星　張歡歡

摘 要 對(duì)西南地區(qū)常見的幾種作物秸稈的營(yíng)養(yǎng)成分及可飼性進(jìn)行了介紹，從物理加工方法、化學(xué)加工方法、生物加工方法和復(fù)合加工方法等方面，綜述作物秸稈飼料加工技術(shù)研究進(jìn)展，分析現(xiàn)有秸稈飼料加工方法存在的問(wèn)題，展望秸稈飼料加工未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 作物秸稈；飼料；加工；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S816.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.25.026

作物秸稈是指農(nóng)作物收獲籽實(shí)后剩余的莖葉，如玉米秸稈、豆類秸稈、甘薯藤蔓等，其產(chǎn)量約為籽實(shí)的1.0～1.2倍[1-2]。作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)有著豐富的秸稈資源。農(nóng)業(yè)部新聞辦公室在全國(guó)農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告中指出，2009年，我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源量為8.2億噸，可收集利用量為6.87億噸，而作為飼料使用量?jī)H為2.11億噸[3]。作物秸稈利用率低下，造成了秸稈資源的巨大浪費(fèi)。2015年，國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部、農(nóng)業(yè)部、環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合發(fā)布通知，要求到2020年，全國(guó)秸稈資源綜合利用率達(dá)到85%以上[4]。政府鼓勵(lì)對(duì)秸稈資源進(jìn)行“五化”綜合利用，其中秸稈資源飼料化應(yīng)用對(duì)發(fā)展節(jié)糧畜牧業(yè)、保障糧食安全具有重要意義[5]。

1 作物秸稈營(yíng)養(yǎng)成分及可飼性評(píng)價(jià)

作物秸稈的主要成分為粗纖維，含有少量礦物質(zhì)、脂肪和蛋白質(zhì)等。不同作物種類或同種作物不同部位的秸稈，營(yíng)養(yǎng)成分各有不同，可飼性也不盡相同。水稻秸稈、玉米秸稈、豆類秸稈、甘薯秸稈是西南地區(qū)常見的幾類秸稈，其營(yíng)養(yǎng)成分差異較大。水稻秸稈主要包括稻草和稻殼，稻草中粗纖維、粗蛋白、粗脂肪和可溶性碳水化合物含量分別為42.7%、2.9%、1.2%和29.5%，稻殼中則分別為32.9%、3.8%、0.8%和41.8%；稻草適宜直接飼喂和加工飼喂，稻殼即使加工后也不適宜飼喂動(dòng)物。玉米秸稈主要分為玉米莖稈、玉米芯和玉米苞葉，其粗纖維含量分別為39.2%、32%和25.1%，粗蛋白含量分別為5.0%、3.4%和2.5%，粗脂肪含量分別為1.5%、1.4%、2.2%，可溶性碳水化合物含量分別為34.5%、48.4%、53.8%；玉米芯加工后可以作為飼用原料，玉米莖稈和苞葉均可直接作為飼料使用。豆類秸稈的粗纖維含量從17.50%～42.08%不等，粗蛋白含量7.1%～15.0%，粗脂肪含量1.05%～4.50%；豆類秸稈均可直接作為飼用原料使用。2008年統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在我國(guó)可收集利用的秸稈中，約57.14%的秸稈可直接飼喂，22.11%的秸稈不適宜直接飼喂，需要加工飼喂或作為工業(yè)化生產(chǎn)使用[6-7]。

2 秸稈飼料的加工方法

作物秸稈普遍存在原料粗硬、營(yíng)養(yǎng)效價(jià)低、適口性差和消化率低等問(wèn)題，但進(jìn)行合理加工后，不僅可改善秸稈的營(yíng)養(yǎng)成分和適口性，還可提升秸稈的飼用價(jià)值和轉(zhuǎn)化效率。秸稈飼料加工方法分為物理方法、化學(xué)方法和生物方法等。

2.1 物理加工方法

通過(guò)改變作物秸稈的物理性狀，以提升秸稈飼料的適口性和干物質(zhì)的消化率。主要處理方式有切斷、粉碎、搓揉、壓塊、蒸煮及顆粒飼料加工等。

2.1.1 切斷

切斷是將秸稈飼料依據(jù)不同的飼喂對(duì)象切短，一般切成2～3 cm長(zhǎng)度，以利于采食，改善適口性[2]。切斷常與蒸煮等措施結(jié)合使用，是傳統(tǒng)使用的飼料初級(jí)加工方法。

2.1.2 粉碎

粉碎是將秸稈加工成粉末狀，可加快飼料通過(guò)動(dòng)物瘤胃的速度，此法可將玉米秸稈飼料的利用率由20%提升到75%，但對(duì)反芻動(dòng)物飼料不適宜[8]。粉碎處理一般同顆粒飼料生產(chǎn)結(jié)合應(yīng)用。適宜的粉碎粒度可提高飼料的加工質(zhì)量和飼料利用率，節(jié)能，提高生產(chǎn)效率。綜合顆粒飼料的加工品質(zhì)等因素，生長(zhǎng)豬初期最佳的粉碎粒度為2.0 mm，隨著其生長(zhǎng)發(fā)育，可適當(dāng)增大粉碎粒度[9]。

2.1.3 揉搓絲化

揉搓絲化是使用機(jī)械對(duì)秸稈進(jìn)行揉搓加工，使秸稈變成柔軟的絲狀物。通過(guò)揉搓絲化，可分離纖維素、半纖維素及木質(zhì)素，不僅可提高動(dòng)物的采食量，較長(zhǎng)的秸稈絲狀物還可延長(zhǎng)飼料在動(dòng)物瘤胃中的停留時(shí)間，利于反芻動(dòng)物的消化吸收。

2.1.4 顆粒加工

顆粒飼料是將粉碎后的作物秸稈按不同的精粗比混合后制得的飼料顆粒，可通過(guò)配方的調(diào)整確保營(yíng)養(yǎng)均衡，滿足對(duì)不同動(dòng)物、不同時(shí)期的飼喂需求。楊宏波等研究不同精粗比顆粒飼料對(duì)中國(guó)荷斯坦斷奶公犢牛瘤胃微生物蛋白、發(fā)酵參數(shù)和微生物數(shù)量的影響，認(rèn)為高精料全價(jià)顆粒飼料雖然能提高犢牛瘤胃總揮發(fā)性脂肪酸和乙酸水平，但會(huì)抑制瘤胃纖維降解菌和厭氧真菌的生長(zhǎng)[10]。顆粒飼料不僅營(yíng)養(yǎng)搭配合理，而且采食性、適口性良好，利于貯藏運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境有較好的影響[11]。

2.1.5 膨化加工

膨化加工是利用熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)處理作物秸稈。在高溫高壓的蒸汽作用下，秸稈細(xì)胞壁內(nèi)的木質(zhì)素融化、水解，氫鍵斷裂吸水，同時(shí)機(jī)械效應(yīng)使膨化口處產(chǎn)生極大的摩擦力，將物料撕碎，細(xì)胞壁疏松，木質(zhì)素的分布狀態(tài)改變，從而使飼料的顆粒變小，總面積增大，提升了飼料的消化率和采食率[12]。膨化加工后的玉米秸稈和豆類秸稈中的粗纖維和酸性洗滌纖維均有下降，無(wú)氮浸出物有大幅增加，特別是豆類秸稈中的無(wú)氮浸出物增加了31.54%[13]。

2.2 化學(xué)加工方法

2.2.1 堿處理

作物秸稈在一定濃度的堿液作用下，細(xì)胞壁會(huì)出現(xiàn)松軟膨脹狀態(tài)，同時(shí)，秸稈中的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素間的醚鍵或酯鍵被打斷，木質(zhì)素被溶解，纖維之間的空隙增大，纖維素的降解率提高[2]。李雅麗等將小麥秸稈、棉花秸稈和玉米秸稈經(jīng)堿處理后，木質(zhì)素分別減少了50%、20%、90%，堿處理對(duì)玉米秸稈木質(zhì)素降解作用最為明顯[14]。何士成等認(rèn)為，氫氧化鈉溶液堿處理能有效去除木質(zhì)纖維素的木質(zhì)素成分，破壞致密的物理結(jié)構(gòu)；堿處理能破壞木質(zhì)纖維素原料中的結(jié)晶區(qū)，增大原料的孔隙率和內(nèi)表面積，從而增加纖維素酶的可及性和酶解轉(zhuǎn)化率[15]。

2.2.2 氨化處理

采用氫氧化氨處理作物秸稈，在堿與氨的作用下發(fā)生堿解和氨解反應(yīng)，氨化處理可破壞多糖與木質(zhì)素之間的醚鍵，纖維素和半纖維素被分解，氮元素增加，從而促進(jìn)微生物在反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)的繁殖，提高秸稈飼料的可消化性[16]。

2.3 生物加工方法

2.3.1 青貯加工

青貯加工是以青綠飼料為原料，在厭氧環(huán)境下，利用植株中原有微生物的厭氧發(fā)酵，使植株中的可溶性碳水化合物轉(zhuǎn)化為乳酸、乙酸等有機(jī)酸，pH值迅速下降，從而抑制飼料腐敗，保持飼料營(yíng)養(yǎng)成分[17]。

2.3.2 黃貯加工

黃貯加工是以干秸稈為原料，通過(guò)添加一定比例的微生物菌劑、水等，有效分解秸稈，將木質(zhì)素等轉(zhuǎn)化為糖類，再經(jīng)發(fā)酵形成乳酸和其他一些揮發(fā)性脂肪酸，提高微生物對(duì)秸稈的利用率[18]。

2.3.3 酶解加工

在秸稈中加入一定比例的酶類，如纖維素酶、果膠酶、木聚糖酶等，對(duì)秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素之間的化學(xué)鍵進(jìn)行催化作用，將難以消化的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于消化的小分子物質(zhì)。通過(guò)酶解處理作物秸稈，可改善秸稈的適口性和利用率[1]。

2.4 復(fù)合加工方法

顧擁建等在青貯蠶豆秸稈的同時(shí)，采用單一或復(fù)合添加麥麩、乳酸菌和纖維素酶等處理方式，研究其對(duì)青貯蠶豆秸稈發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分的影響，發(fā)現(xiàn)添加20%麩皮+40 g·t-1乳酸菌+400 g·t-1纖維素酶能夠改善發(fā)酵品質(zhì)[19]。何士成等以小麥秸稈為原料，采用蒸汽爆破預(yù)處理、堿法預(yù)處理及二者協(xié)同處理的方式預(yù)處理原料，研究其對(duì)麥稈成分及后續(xù)酶解的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，先蒸汽爆破后堿法預(yù)處理方式對(duì)麥稈的物理結(jié)構(gòu)破壞程度更大，對(duì)木質(zhì)素的去除效果更顯著，纖維素的酶解轉(zhuǎn)化率也明顯優(yōu)于其他預(yù)處理樣品[20]。

3 秸稈飼料加工存在的問(wèn)題及展望

當(dāng)前秸稈飼料的加工方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，一些方法速度快、周期短，但存在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不高的缺點(diǎn)，而一些方法又存在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值雖高，但加工方式復(fù)雜、成效慢等問(wèn)題。飼喂不同的動(dòng)物需要采用不同的飼料加工方式。因此，有針對(duì)性地采取合適的加工方式是秸稈飼料加工中應(yīng)重視的問(wèn)題。

秸稈飼料的加工涉及到農(nóng)業(yè)資源的綜合利用、動(dòng)植物營(yíng)養(yǎng)、微生物、機(jī)械等多學(xué)科多領(lǐng)域，需要展開多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)方式，提升秸稈飼料加工技術(shù)水平。雖然作物秸稈飼料加工的方法很多，但歸結(jié)其目的主要有：改善適口性；分解或分離木質(zhì)素、纖維素等物質(zhì)，提高動(dòng)物的采食率和消化性；轉(zhuǎn)化或復(fù)合營(yíng)養(yǎng)素，提升飼料的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。采用綜合加工方式，將現(xiàn)有的加工技術(shù)改進(jìn)提升后，科學(xué)地組合使用，形成配套技術(shù)是作物秸稈飼料加工的可行方式，有待于進(jìn)一步深入研究。

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（助理編輯：易 婧；責(zé)任編輯：丁志祥）