王春雨  黑龍江省富?？h二道灣鎮(zhèn)畜牧中心

     地球上最豐富的多糖物質(zhì)是纖維素，世界上50%的生物量來自天然纖維素，估計(jì)年產(chǎn)量在 100~500 億噸。我國的纖維素資源豐富，每年秸稈產(chǎn)量在 5.7 億噸，占世界秸稈總產(chǎn)量的20%~30%，然而用作飼料的不足 10%。如果能充分有效地利用這些資源，將成為緩解當(dāng)今人類面臨的糧食、能源、環(huán)境的危機(jī)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。由于秸稈飼料粗纖維含量高，蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)含量低，畜禽消化率低，適口性差，從而限制其應(yīng)用。在飼喂動(dòng)物時(shí)必須進(jìn)行預(yù)處理，以提高營養(yǎng)價(jià)值和適口性。預(yù)處理包括物理、化學(xué)、生物方法。目前，對纖維素的降解利用主要采用生物手段，即采用能分泌有效酶類的微生物來降解纖維素。

     1 微生物發(fā)酵粗飼料的機(jī)理

     作物秸稈等低質(zhì)粗飼料的主要成分是纖維物質(zhì)，中性洗滌纖維約占干物質(zhì)的 70%~80%；酸性洗滌纖維約占干物質(zhì)的50%~60%，而粗蛋白的含量很少，僅含 3%~6%。中性洗滌纖維包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，是植物細(xì)胞壁的主要組成部分，隨著植物細(xì)胞的老化，細(xì)胞壁變厚，中性洗滌纖維就成為秸稈的主要組成。

     純度高的纖維素能較容易地被瘤胃微生物降解，但由于木質(zhì)素密實(shí)的結(jié)構(gòu)很難被瘤胃微生物降解，同時(shí)老化的細(xì)胞壁主要成分之間存在很強(qiáng)的結(jié)合鍵，以抵抗微生物的消化，使纖維素在瘤胃中的消化率很低。因此，要提高秸稈的消化率，關(guān)鍵是降解木質(zhì)素，保留纖維素。

     在發(fā)酵過程中，微生物大量生長繁殖，分泌出各種酶。這些酶通過降解多糖和木質(zhì)素，破壞其連接的共價(jià)鍵，一方面破壞了秸稈難消化的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使與木質(zhì)素交聯(lián)在一起的纖維素和半纖維素游離出來；另一方面又使秸稈細(xì)胞壁內(nèi)可利用的碳水化合物和其他營養(yǎng)物質(zhì)暴露出來，增加與消化液接觸的機(jī)會，從而提高秸稈消化率或瘤胃干物質(zhì)降解率。

     菌體自身生物量的增長又可以提高蛋白含量。當(dāng)用微生物發(fā)酵以求提高秸稈消化率時(shí)，應(yīng)選擇能降解木質(zhì)素的微生物，以真菌效果較好。當(dāng)用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白時(shí)，應(yīng)選擇能降解纖維素和半纖維素的微生物，因?yàn)檗r(nóng)作物秸稈內(nèi)纖維素和半纖維素的含量高，生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白時(shí)提供的能量多。

     2 微生物菌種的選擇

     因發(fā)酵料的營養(yǎng)要求、發(fā)酵工藝和原料的不同而有差異。菌種最初多采用單菌種發(fā)酵，后來有研究者發(fā)現(xiàn)多菌種混合發(fā)酵效率更高，但對相應(yīng)的菌種提出了更高的要求，如能夠利用有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，合成和分泌更多的營養(yǎng)物質(zhì)。能夠改變原料的適口性，能夠產(chǎn)生多種分解酶，不產(chǎn)生有毒物質(zhì)，具有促生長快的優(yōu)勢特性，菌體耐性高，不容易自溶分解。

     如果用固體好氧發(fā)酵，注意選用耐高溫的菌株。菌種在組合上應(yīng)包括纖維素分解菌、氮素轉(zhuǎn)化菌、增加適口性的菌。木質(zhì)素分解菌有側(cè)孢霉、白腐真菌等。

     目前，國內(nèi)外報(bào)道產(chǎn)纖維素酶的優(yōu)良菌株多為木霉屬，如木霉、康寧木霉、綠色木霉、長柄木霉，也有用曲霉、白曲霉、黑曲霉、宇佐美曲霉。蛋白的提高用酵母，如近平滑假絲酵母、產(chǎn)朊假絲酵母或白地霉、熱帶假絲酵母、啤酒酵母、釀酒酵母。

     添加乳酸菌可抑制雜菌生長并改變適口性。如果原料中使用了動(dòng)物加工下腳料，還應(yīng)加入產(chǎn)蛋白酶活力較高的菌種。如果使用餅粕類，必須加入脫毒菌株，但必須注意菌種之間的相溶性。菌種的改良一般采用紫外誘變，選育出高酶活或轉(zhuǎn)化能力強(qiáng)的菌株作為生產(chǎn)菌種。有研究者曾采用紫外線、甲基磺酸乙酯交替和復(fù)合誘變康氏木霉，獲得能較好降解纖維素的突變株。對分離、誘變的菌株必須進(jìn)行毒性試驗(yàn)，確定不產(chǎn)生有毒物質(zhì)后方可使用。

     3 影響微生物發(fā)酵的因素

     原料的處理首先是秸稈的粉碎，目的是提高微生物和原料的接觸面積、釋放原料中的營養(yǎng)物質(zhì)、使動(dòng)物容易消化。但若粉碎過細(xì)，不僅增加動(dòng)能消耗、使工作環(huán)境的粉塵難于處理，而且發(fā)酵過程中因通風(fēng)不足容易引起酸敗菌大量繁殖。

     若粒度過大，纖維降解菌無法越過植物秸稈表面的蠟質(zhì)或硅質(zhì)接觸纖維素，使纖維降解率降低，秸稈中的營養(yǎng)物質(zhì)也無法釋放，微生物生長緩慢，嚴(yán)重影響發(fā)酵過程，動(dòng)物無法利用。其次要求發(fā)酵底物應(yīng)有合理的碳氮比和生物因子，以及長效和短效物質(zhì)的比例。

     碳源物質(zhì)除來源于原料中提供的小分子物質(zhì)外，剩下的主要來自纖維素的降解，其最初的降解產(chǎn)物并不能滿足生長菌迅速生長的需要，而且纖維素降解菌最初也需要營養(yǎng)物質(zhì)，所以發(fā)酵初期要加入容易利用的物質(zhì)作為發(fā)酵的啟動(dòng)初始因子。氮源物質(zhì)大多使用尿素、硫酸銨、磷酸銨、硝酸銨或氯化銨。

     對康寧木霉、綠色木霉、木霉、黑曲霉適合的氮源是磷酸胺，宇佐美曲霉適合的氮源是尿素。尿素和硫酸胺的添加量與發(fā)酵產(chǎn)物的真蛋白含量呈拋物線的關(guān)系，且以尿素效果較好。當(dāng)尿素添加量為 2%時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)物的真蛋白含量最高。除了以上的比例外，還要注意生長刺激物質(zhì)和生長因子的使用。另外，如果菌種攪拌不均勻，尤其是無機(jī)添加物攪拌不均勻，就會使局部燒料而其他地方營養(yǎng)不足。

     4 生產(chǎn)方式的選擇

     發(fā)酵的方法有厭氧發(fā)酵和好氧發(fā)酵，生物秸稈的厭氧發(fā)酵多見于用人工瘤胃微生物發(fā)酵法和青貯法，現(xiàn)在的生產(chǎn)以好氧發(fā)酵者居多，且采用絲狀真菌固態(tài)發(fā)酵。固體發(fā)酵設(shè)備投資少，無廢水產(chǎn)生，發(fā)酵后的產(chǎn)物既富含酶類，富集了菌體蛋白，可全部用于飼料，后處理簡單，且無環(huán)境污染，但適口性較差。采用好氧固體發(fā)酵的生物秸稈飼料，要在60℃干燥，以及時(shí)固定蛋白質(zhì)，防止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)流失。顆粒度不符合飼料要求的，須進(jìn)行粉碎。