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王春雨 黑龙江省富裕县二道湾镇畜牧中心
地球上最丰富的多糖物质是纤维素，世界上50%的生物量来自天然纤维素，估计年产量在 100~500 亿吨。我国的纤维素资源丰富，每年秸秆产量在 5.7 亿吨，占世界秸秆总产量的20%~30%，然而用作饲料的不足 10%。如果能充分有效地利用这些资源，将成为缓解当今人类面临的粮食、能源、环境的危机，实现农业可持续发展的重要途径。由于秸秆饲料粗纤维含量高，蛋白质、矿物质含量低，畜禽消化率低，适口性差，从而限制其应用。在饲喂动物时必须进行预处理，以提高营养价值和适口性。预处理包括物理、化学、生物方法。目前，对纤维素的降解利用主要采用生物手段，即采用能分泌有效酶类的微生物来降解纤维素。
1 微生物发酵粗饲料的机理
作物秸秆等低质粗饲料的主要成分是纤维物质，中性洗涤纤维约占干物质的 70%~80%；酸性洗涤纤维约占干物质的50%~60%，而粗蛋白的含量很少，仅含 3%~6%。中性洗涤纤维包括纤维素、半纤维素、木质素，是植物细胞壁的主要组成部分，随着植物细胞的老化，细胞壁变厚，中性洗涤纤维就成为秸秆的主要组成。
纯度高的纤维素能较容易地被瘤胃微生物降解，但由于木质素密实的结构很难被瘤胃微生物降解，同时老化的细胞壁主要成分之间存在很强的结合键，以抵抗微生物的消化，使纤维素在瘤胃中的消化率很低。因此，要提高秸秆的消化率，关键是降解木质素，保留纤维素。
在发酵过程中，微生物大量生长繁殖，分泌出各种酶。这些酶通过降解多糖和木质素，破坏其连接的共价键，一方面破坏了秸秆难消化的细胞壁结构，使与木质素交联在一起的纤维素和半纤维素游离出来；另一方面又使秸秆细胞壁内可利用的碳水化合物和其他营养物质暴露出来，增加与消化液接触的机会，从而提高秸秆消化率或瘤胃干物质降解率。
菌体自身生物量的增长又可以提高蛋白含量。当用微生物发酵以求提高秸秆消化率时，应选择能降解木质素的微生物，以真菌效果较好。当用农作物秸秆生产单细胞蛋白时，应选择能降解纤维素和半纤维素的微生物，因为农作物秸秆内纤维素和半纤维素的含量高，生产单细胞蛋白时提供的能量多。
2 微生物菌种的选择
因发酵料的营养要求、发酵工艺和原料的不同而有差异。菌种最初多采用单菌种发酵，后来有研究者发现多菌种混合发酵效率更高，但对相应的菌种提出了更高的要求，如能够利用有机氮转化为菌体蛋白，合成和分泌更多的营养物质。能够改变原料的适口性，能够产生多种分解酶，不产生有毒物质，具有促生长快的优势特性，菌体耐性高，不容易自溶分解。
如果用固体好氧发酵，注意选用耐高温的菌株。菌种在组合上应包括纤维素分解菌、氮素转化菌、增加适口性的菌。木质素分解菌有侧孢霉、白腐真菌等。
目前，国内外报道产纤维素酶的优良菌株多为木霉属，如木霉、康宁木霉、绿色木霉、长柄木霉，也有用曲霉、白曲霉、黑曲霉、宇佐美曲霉。蛋白的提高用酵母，如近平滑假丝酵母、产朊假丝酵母或白地霉、热带假丝酵母、啤酒酵母、酿酒酵母。
添加乳酸菌可抑制杂菌生长并改变适口性。如果原料中使用了动物加工下脚料，还应加入产蛋白酶活力较高的菌种。如果使用饼粕类，必须加入脱毒菌株，但必须注意菌种之间的相溶性。菌种的改良一般采用紫外诱变，选育出高酶活或转化能力强的菌株作为生产菌种。有研究者曾采用紫外线、甲基磺酸乙酯交替和复合诱变康氏木霉，获得能较好降解纤维素的突变株。对分离、诱变的菌株必须进行毒性试验，确定不产生有毒物质后方可使用。
3 影响微生物发酵的因素
原料的处理首先是秸秆的粉碎，目的是提高微生物和原料的接触面积、释放原料中的营养物质、使动物容易消化。但若粉碎过细，不仅增加动能消耗、使工作环境的粉尘难于处理，而且发酵过程中因通风不足容易引起酸败菌大量繁殖。
若粒度过大，纤维降解菌无法越过植物秸秆表面的蜡质或硅质接触纤维素，使纤维降解率降低，秸秆中的营养物质也无法释放，微生物生长缓慢，严重影响发酵过程，动物无法利用。其次要求发酵底物应有合理的碳氮比和生物因子，以及长效和短效物质的比例。
碳源物质除来源于原料中提供的小分子物质外，剩下的主要来自纤维素的降解，其最初的降解产物并不能满足生长菌迅速生长的需要，而且纤维素降解菌最初也需要营养物质，所以发酵初期要加入容易利用的物质作为发酵的启动初始因子。氮源物质大多使用尿素、硫酸铵、磷酸铵、硝酸铵或氯化铵。
对康宁木霉、绿色木霉、木霉、黑曲霉适合的氮源是磷酸胺，宇佐美曲霉适合的氮源是尿素。尿素和硫酸胺的添加量与发酵产物的真蛋白含量呈抛物线的关系，且以尿素效果较好。当尿素添加量为 2%时，发酵产物的真蛋白含量最高。除了以上的比例外，还要注意生长刺激物质和生长因子的使用。另外，如果菌种搅拌不均匀，尤其是无机添加物搅拌不均匀，就会使局部烧料而其他地方营养不足。
4 生产方式的选择
发酵的方法有厌氧发酵和好氧发酵，生物秸秆的厌氧发酵多见于用人工瘤胃微生物发酵法和青贮法，现在的生产以好氧发酵者居多，且采用丝状真菌固态发酵。固体发酵设备投资少，无废水产生，发酵后的产物既富含酶类，富集了菌体蛋白，可全部用于饲料，后处理简单，且无环境污染，但适口性较差。采用好氧固体发酵的生物秸秆饲料，要在60℃干燥，以及时固定蛋白质，防止营养物质流失。颗粒度不符合饲料要求的，须进行粉碎。
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