实现秸秆发酵饲料产业化--秸秆发酵饲料技术原理与应用示范

实现秸秆发酵饲料产业化

——秸秆发酵饲料技术原理与应用示范

秸秆加工利用的意义不言而喻。从政府角度讲：秸秆加工处理减少焚烧带来的空气污染；秸秆加工成饲料可减少饲料用粮，解决人畜争粮问题。从养殖业角度，提高秸秆营养价值，节省饲料用粮和饲料蛋白，降低养殖成本，提高经济效益。

人们的愿望：利用发酵秸秆饲养畜禽，节省部分饲料用粮，降低饲养成本，增加经济效益。

畜牧业节省1斤粮食= 农业多生产1斤粮食。解决人畜争粮问题。

现实养殖中：

为什么牛羊可以食草长肉？

为什么奶牛可以食草生奶？

为什么牛羊反刍动物可以饲喂尿素节省饲料蛋白？

当然，人们更希望猪禽也能食草长肉生蛋！

关于秸秆的利用问题一直受到各级政府部门和诸多专家的重视，也研制生产出了众多的菌剂产品。那么我们此项技术的总体水平、理论依据和技术可行性究竟如何？

任何一项行之有效的技术措施必须有充分合理的理论依据，利用发酵秸秆替代部分饲料用粮和饲料蛋白，必须建立在有其它相应的营养物质存在的基础之上，否则为无源之水！我们所创立的秸秆发酵饲料及畜禽养殖技术体系就是模拟反刍动物瘤胃微生物作用原理创立的体外人工瘤胃发酵技术。

一、秸秆发酵饲料技术项目可以概括为

模拟瘤胃微生物发酵原理、创立体外人工瘤胃发酵技术、降解木质纤维素产生有机酸、利用无机氮源合成菌体蛋白、节省饲料用粮和饲料蛋白、降低饲养成本提高养殖效益。即1项应用技术、2个理论依据（瘤胃微生物发酵利用木质纤维素、瘤胃微生物吸收利用无机氮合成菌体蛋白）、产生2个重要的基础营养物质

（挥发性脂肪酸、菌体蛋白）、3个方面的效果（即开拓利用秸秆发展养畜空间、节省30%～50%粮食和40%～70%蛋白饲料、并有效防治肠道疾病）。

为什么反刍动物能够利用纤维素中的能量？

为什么反刍动物能够利用非蛋白氮减少蛋白饲料的用量？

大量研究表明，反刍动物的瘤胃微生物在对粗纤维的消化和非蛋白氮的分解利用过程中起着重要作用。

二、瘤胃微生物

在反刍动物的瘤胃中栖息着复杂多样的各种微生物，包括瘤胃原虫、瘤胃细菌和瘤胃厌氧真菌等。它们按形态和功能分为：

1、纤维素降解细菌：

有瘤胃球菌（Ruminococcus）、产琥珀酸丝状杆菌（Fibrobacter succinogenes）等，主要发酵产物为琥珀酸、乙酸和甲酸。该类菌具有很强的降解纤维素的能力，是瘤胃中主要的粗纤维降解细菌。

2、淀粉降解菌：

有牛链球菌（Streptococcus bovis）、嗜淀粉瘤胃杆菌（Ruminobacter amylophilus）等菌株。牛链球菌在瘤胃中广泛存在，能降解淀粉，但不能降解纤维素，发酵产物为乳酸。嗜淀粉瘤胃杆菌主要发酵底物为淀粉，是瘤胃中主要淀粉降解菌之一。

3、蛋白降解细菌：

除了主要的纤维素降解菌株外，大多数瘤胃细菌都具有某些蛋白酶活性。嗜淀粉瘤胃杆菌（R. amylophilus）是目前已知的蛋白降解活性最高的菌株之一，因为它也有淀粉分解能力，所以被认为在动物淀粉日粮消化中起重要的作用。

4、乳酸产生菌：

乳酸是瘤胃中重要的中间代谢产物，它可由很多细菌菌株产生，但日前一般认为瘤胃中产生乳酸较多的是牛链球菌（Streptococcus bovis）和乳酸杆菌（Lactobacillus）。

5、酸利用菌：

可利用乳酸的细菌有反刍兽新月形单胞菌（Selenomonas ruminantium）、埃氏巨球形菌（Megasphaera elsdenii）等。该类菌株可利用葡萄糖、乳酸生长，乳酸发酵主要产生丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸。

6、瘤胃厌氧真菌：

瘤胃厌氧真菌能产生一系列的纤维素酶和半纤维素酶，主要为木聚糖酶和酯酶，以及果胶酶等。瘤胃厌氧真菌不能进行有氧呼吸，只能通过厌氧发酵获得能量，发酵底物含有的能量部分转化成发酵终产物，如乙醇、乳酸、甲酸等。

三、瘤胃微生物的消化作用

1、碳水化合物的消化

瘤胃微生物产生的α-淀粉酶、果聚糖酶、半纤维素酶和纤维素酶等，可将纤维素、可溶性糖（如淀粉）逐级分解至葡萄糖，再经发酵最终产生挥发性脂肪酸（VFA，主要为乙酸、丙酸和丁酸）、乳酸、二氧化碳等产物。

挥发性脂肪酸大部分在瘤胃内被吸收利用。反刍动物可以利用所吸收的乙酸与丁酸合成乳脂。另外，微生物还可以利用分解纤维素所产生的单糖或双糖合成自身的糖原，贮存于菌体内，在微生物进入皱胃和小肠后，这些糖原又可成为宿主动物的葡萄糖来源之一。

2、蛋白质的分解与合成

日粮中的蛋白质有50%以上可被瘤胃微生物的蛋白酶分解为氨基酸，后者在微生物脱氨酶的作用下生成氨、二氧化碳和有机酸。随后在有能量供应的条件下，微生物利用碳水化合物分解的代谢产物作为碳架，与氨合成氨基酸，重新转变为微生物菌体蛋白，随后再被动物消化和利用。

瘤胃微生物也可直接利用非蛋白氮（如尿素和铵盐等）合成氨基酸，然后转变为菌体蛋白质。

反刍动物最大的营养特点就是能够借助瘤胃微生物的作用，利用日粮蛋白（或非蛋白氮）降解产生的氨、肽和氨基酸作为氮源，利用日粮碳水化合物发酵产生的挥发性脂肪酸（VFA）和ATP分别作为碳骨架和能量合成微生物菌体蛋白（MCP）。

日粮中的碳水化合物（包括淀粉、纤维素、半纤维素等）在瘤胃微生物的作用下生成乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸（VFA），这些挥发性脂肪酸是反刍家畜主要的能量来源，可以满足宿主动物总能量需要的70%～80%。微生物菌体蛋白是反刍动物最主要的氮源，能提供蛋白需要量的40%～80%。

四、瘤胃微生物对碳水化合物的降解机理

通常淀粉（粮食）作为畜禽重要的能量来源。对于反刍动物，由于淀粉在瘤胃中大部分被瘤胃微生物所降解，所以也是瘤胃微生物生长的重要能量来源。

关于淀粉的代谢过程大家都比较熟悉，但对于纤维素由于不同的组成结构造成了功能上的巨大差异。纤维素虽同淀粉和糖原一样是由葡萄糖构成的，但其葡萄糖分子间的连接方式却有所不同，淀粉和糖原分子组成中的葡萄糖是D-葡萄糖以α-1，4糖苷键相连接，而纤维素则是D-葡萄糖以β-1，4糖苷键相连接。

纤维素的降解需要一系列酶的协同作用，而这些酶均可由瘤胃微生物所产生。纤维素酶能催化纤维素的水解反应，从而打开纤维素的糖苷键，得到最终产物——D-葡萄糖。目前所知纤维素酶由C1酶、Cx酶和β-葡萄糖苷酶（纤维二糖酶）组成。C1酶主要是破坏结晶纤维素，使其活化，Cx酶则将经C1酶活化的纤维素分解成纤维二糖，最后由β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖为葡萄糖。

纤维素酶作用模式图