粗飼料生物發(fā)酵劑研究及進展

shengji0202

　　生物谷報道：地球上最豐富的多糖物質是纖維素，世界上50%的生物量來自天然纖維素，估計年產量在100億噸～500億噸。我國的纖維素資源極為豐富，每年秸稈產量在5.7億噸，占世界秸稈總產量的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，將成為緩解當今人類面臨的糧食、能源、環(huán)境三大危機，實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。但由于秸稈飼料粗纖維含量高，蛋白質、礦物質含量低，畜禽消化率低，適口性差，從而限制了它的應用。在飼喂動物時必須進行預處理，以提高營養(yǎng)價值和適口性。預處理包括物理、化學、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。
　　微生物發(fā)酵粗飼料的機理
　　作物秸稈等低質粗飼料的主要成分是纖維物質，中性洗滌纖維約占干物質的70%～80%;酸性洗滌纖維約占干物質的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、木質素，是植物細胞壁的主要組成部分，隨著植物細胞的老化，細胞壁變厚，中性洗滌纖維就成為秸稈的主要組成。純的纖維素能較容易地被瘤胃微生物降解，但由于木質素密實的結構很難被瘤胃微生物降解，同時上述老化的細胞壁主要成分之間存在很強的結合鍵抵抗微生物的消化，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，關鍵是降解木質素，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素，破壞其連接的共價鍵，一方面破壞了秸稈難消化的細胞壁結構，使與木質素交聯(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胞壁內可利用的碳水化合物和其他營養(yǎng)物質暴露出來，增加與消化液接觸的機會，從而提高秸稈消化率或瘤胃干物質降解率。而菌體自身生物量的增長又可以提高蛋白含量。
　　當用微生物發(fā)酵以求提高秸稈消化率時，應選擇能降解木質素的微生物，以真菌效果較好。當用農作物秸稈生產單細胞蛋白時，應選擇能降解纖維素和半纖維素的微生物，因為農作物秸稈內纖維素和半纖維素的含量高，生產單細胞蛋白時提供的能量多。
　　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。
　　菌種的要求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，但對相應的菌種提出了更高的要求：能夠分解纖維素;能夠利用有機氮轉化為菌體蛋白，合成和分泌更多的營養(yǎng)物質;能夠改變原料的適口性。;能夠產生多種分解酶。;不產生有毒物質。;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。
　　菌種在組合上應包括纖維素分解菌、氮素轉化菌、增加適口性的菌。木質素分解菌有側孢霉、白腐真菌等。目前，國內外報道產纖維素酶的優(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物加工下腳料，還應加入產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。
　　一般采用紫外誘變，選育出高酶活或轉化能力強的菌株作為生產菌種。研究者曾采用紫外線、甲基磺酸乙酯交替和復合誘變康氏木霉，獲得能較好降解纖維素的突變株。對分離、誘變的菌株必須進行毒性試驗，確定不產生有毒物質后方可使用。
　　微生物發(fā)酵秸稈飼喂動物情況
　　研究者采用真菌、酵母和白地霉共同發(fā)酵稻草，可使粗蛋白提高224.98%，纖維素、半纖維素降解率分別為29.49%、17.58%。研究者用青霉、白地霉等發(fā)酵玉米秸稈后，粗蛋白提高259.6%，纖維素、粗纖維素降解率由38.17%下降到36.07%。試驗證明康氏木霉和熱帶假絲酵母發(fā)酵稻草，產物的粗蛋白增加量(絕干)達到18.86%，同時粗纖維含量下降14.6%。
　　據研究報道，秸稈生化培養(yǎng)劑發(fā)酵稻草，蛋白質可提高2.60%～3.5%，粗纖維可降低12%～16%,飼喂肉牛后日增重達到500克~1833克。研究者曾用發(fā)酵活干菌處理秸稈，其粗蛋白提高2.4%，飼喂肉牛日增重提高73.5%。又用多種菌株雙重發(fā)酵花生殼和麥草，發(fā)現(xiàn)粗纖維降解率達46.21%，粗蛋白提高16.93%，用其喂育肥豬，可使生長速度提高16.2%(P<0.05),飼料轉化率提高7.86%。但飼喂育肥豬時秸稈添加量不宜過大。生物處理玉米秸稈飼喂綿羊，可使其表現(xiàn)消化率提高35.3%，采食量增加(P<0.05)，同時提高羊的增重(P<0.01)。
　　影響微生物發(fā)酵的因素
　　原料的處理首先是秸稈的粉碎，其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、使動物容易消化。但若粉碎過細，不僅增加動能消耗、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或硅質接觸纖維素使纖維降解率降低，秸稈中的營養(yǎng)物質也無法釋放，微生物生長緩慢，嚴重影響發(fā)酵過程，動物無法利用。
　　其次要求發(fā)酵底物應有合理的CN比和生物因子，以及長效和短效物質的比例。碳源物質除來源于原料中提供的小分子物質外，剩下的主要來自纖維素的降解，其最初的降解產物并不能滿足生長菌迅速生長的需要，何況纖維素降解菌最初也需要營養(yǎng)物質，所以發(fā)酵初期要加入容易利用的物質作為發(fā)酵的啟動初始因子。氮源物質大多使用尿素、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)酵產物的真蛋白含量呈拋物線的關系，且以尿素效果較好。當尿素添加量為2%時，發(fā)酵產物的真蛋白含量最高。但試驗表明，加氮量與粗蛋白提高幅度呈正相關，卻與白腐真菌的生長呈負相關，尿素添加量不宜高于秸稈干物重的1%。試驗表明康寧木霉和長柄木霉對氨的耐受性分別為0.33%和0.48%(以硫酸銨計)。

shengji0202

除了以上的比例外，還要注意生長刺激物質和生長因子的使用，另外如果菌種拌合不均勻，尤其是無機添加物拌合不均勻，就會使局部燒料而其他地方營養(yǎng)不足。

生產方式的選擇發(fā)酵的方法有厭氧發(fā)酵和好氧發(fā)酵兩種，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)酵設備投資少，無廢水產生，發(fā)酵后的產物既富含酶類，又富集了菌體蛋白，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，以及時固定蛋白質，防止營養(yǎng)物質流失。顆粒度不符合飼料要求的，須進行粉碎。

發(fā)酵條件的控制溫度、時間、水分等因素及其交互作用對玉米秸稈發(fā)酵有顯著影響，而溫度是首要因素。一方面隨溫度上升，細胞中的生物化學反應速率和生長速率加快；另一方面機體的重要組分，如蛋白質、核酸等對溫度都較敏感，若溫度升高，它們可能遭受不可逆的破壞。溫度過高會降低秸稈木質素的降解率和瘤胃干物質消化率；溫度過低，會導致固體發(fā)酵進度緩慢。根據報道，絕大多數(shù)真菌的發(fā)酵溫度為25℃～35℃。

如果用真菌固體發(fā)酵，最好原料的pH值調為酸性環(huán)境，這樣有利于真菌的生長而抑制細菌的滋生。實際生產中固體發(fā)酵接種時不必考慮秸稈基料的pH值，因為其可在發(fā)酵早期產生大量的有機酸，使秸稈的pH值降低，為后期發(fā)酵創(chuàng)造適宜的酸性環(huán)境。

水分含量過低會使菌絲的生長受到抑制。試驗表明增加水量，蛋白質產率增大。但水分含量過高會影響氧氣通入和產生的二氧化碳排除以及熱量的散失，對菌株的生長也不利。真菌固體發(fā)酵秸稈的總水分應控制在65%～70%，并且含水量過大不但制曲時容易污染細菌而使料溫急劇上升，造成種曲不純，而且菌絲吃料緩慢不易形成孢子，種曲制成后不易干燥，嚴重影響了種曲保藏。

要縮短發(fā)酵周期，就要考慮所用的發(fā)酵菌種和發(fā)酵工藝。研究認為：混合菌接種時間對菌種的產酶效率具有明顯影響，從而導致玉米秸稈中纖維素利用率的提高。用顯微鏡觀察細胞計數(shù)發(fā)現(xiàn)微生物的生長處于穩(wěn)定期時，應及時地出料，防止微生物自溶使蛋白降解，降低產品質量。據報道，粗酶15天～20天，側孢霉4天～5天，真菌大多數(shù)為好氧或兼性厭氧菌，因此無須密封秸稈，發(fā)酵期為10天左右。而試驗發(fā)現(xiàn)：木霉、康寧木霉、綠色木霉在60小時～72小時達產酶高峰，宇佐美曲霉、黑曲霉產酶高峰約在72小時～84小時。試驗確定白地霉、熱帶假絲酵母、長柄木霉及曲霉的最佳發(fā)酵時間為72小時。

微生物發(fā)酵農作物秸稈存在的問題及研究熱點

研究者認為微生物發(fā)酵秸稈面臨三大困難：一是秸稈的纖維素、本質素與蠟質緊密結合在一起，防止和降低了各種酶的活性；二是難以選育纖維素酶產量高的菌種；三是必須解決發(fā)酵過程中降解終產物對酶的合成及其活性產生反饋抑制的問題。研究發(fā)現(xiàn)：如果菌種選擇不當，會造成瘤胃微生物菌群的紊亂。由于干枯秸稈中不含胡蘿卜素，所以會造成維生素A缺乏癥，使牛的生長速度變慢和母牛的繁殖率下降，因此應在日糧中添加維生素A；同時秸稈在瘤胃中被消化后的終產物主要是乙酸。但從可供小腸吸收的葡萄糖量分析，仍不能滿足能量和日增重的需要，因此還應在日糧中保證有一定數(shù)量的精料，在有條件的牛場可采用對玉米等高淀粉精料進行過瘤胃保護的技術，以降低淀粉在瘤胃中的降解率，增加進入小腸的淀粉量。

微生物發(fā)酵農作物秸稈主產蛋白飼料的應用前景及展望

從秸稈生物轉化的目的性看，半纖維素和木質素的降解比纖維素的降解更有意義。基于上述研究進展及現(xiàn)狀，有關微生物發(fā)酵秸稈的近期研究開發(fā)重點擬側重于如下方面：

1.對木質素、纖維素酶基因的結構組成及調節(jié)機制的研究。

2.對木質素、纖維素酶的分子結構及作用機理的研究。

3.對熱纖梭菌及熱解糖梭菌的分離、改造及開發(fā)研究。

4.采用分子生物學方法構建具有木質素解聚糖酶基因和纖維素酶基因的工程菌。

5.有關微生物發(fā)酵農作物秸稈生產蛋白飼料生產配套工藝的研究。

蘭天

沒仔細看，是有潛力的原料，但目前應該是辦法不多。

shengji0202

粗飼料生物發(fā)酵劑潛力無限

寧靜的港灣

是有前途，好好努力

LLYH

有希望的東東！

yidx

牛羊馬等都能夠吃草，然后轉化成蛋白質，我想科技總有一天能把草直接轉化為蛋白質。

lxs1986

我公司提供酵母細胞壁，酵母自溶粉等酵母系列產品。酵母細胞壁對飼料里的酶菌毒素有很好的識別和吸附作用。聯(lián)系電話13511254383