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粗饲料微生物发酵增效技术

2020-02-023907

粗饲料是指总干物质中粗纤维含量在18%以上的饲料。主要包括干草类、农副产品类(荚、壳、藤、蔓、秸、秧等)树叶类、糟渣类等。这类饲料的特点是粗纤维多、体积大、难消化、可直接利用养分少。如何有效地开发利用这一潜在的饲料资源,提高其消化率和营养价值已成为畜牧业中一个重要的研究课题。目前,对粗饲料的利用主要采取直接饲喂和碱化、氨化处理后饲喂。前者对饲料有效成分利用率太低,后者对秸秆类饲料处理效果也不十分理想。粗饲料消化率低,可直接利用养分少,主要是其化学与解剖结构所决定。粗饲料在结构上主要是由植物细胞壁组成,细胞壁的基本成分是纤维素、半纤维素和木质素。纤维素及半纤维素都可以通过瘤胃微生物的作用为反刍动物消化利用。连同细胞内容物,约占粗饲料干物质80%以上,理论上对反刍动物都是可被消化利用的,但实际上反刍家禽对粗饲料的消化率一般只有40%左右。这主要是由于纤维素、半纤维素在细胞壁中是与木质素、硅等以复合体形式存在。纤维素是由葡萄糖β-1.4键结合而成的长链高分子化合物。纤维素的长分子相互并联成结晶型,构成微纤维,也可以散乱无定型的存在于细胞壁中,大多数瘤胃微生物易于分解无定型部分,而难以分解结晶型部分。半纤维素是木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、半乳糖醛酸所组成的分子聚合物,其本身是可以被瘤胃微生物所降解的,其中的木糖较其他组分难降解。木质素是以苯丙烷及其衍生物为基本单位构成的高分子芳香醇,基本上不以为瘤胃微生物降解。随着作物的成熟,茎秆细胞壁中木质增加并与半纤维分子交联,将纤维素分子镶嵌于内,形成了稳定复杂的木质素——半纤维素——纤维素复合体从而阻碍了淀粉酶、蛋白酶及瘤胃微生物对其分解,降低了饲料消化率。所以利用生物技术的主要作用就是破坏细胞壁的这种结构,提高粗饲料潜在可消化组分比例,达到提高粗饲料营养价值和消化率的目的。

1 利用微生物发酵粗饲料,提高饲料营养价值

1.1 青贮饲料

青贮饲料技术在国内外广泛应用于奶牛奶业和肉牛业。青贮的实质是将新鲜的植物(含水量65%~75%)切短,紧实地堆积在不透气的容器中,通过有益微生物乳酸菌的作用,产生大量有机酸,抑制腐败菌活动,将饲料中养分保存下来,提高饲料营养价值。据资料证实,用青贮饲料喂奶牛,产奶量可提高10%~20%。

1.2 发酵粗饲料

发酵粗饲料常用的菌种是白腐真菌,这种菌可产生能分解木质素的过氧化酶,因而能分解粗饲料中纤维素和木质素。据扬文大报道,用白腐真菌发酵切碎的麦秸,5~6周后,不仅提高了蛋白质含量,而且秸秆消化率提高2~3倍。我国近年用尼纤87号菌种酵粗饲料,可使真蛋白提高0.6%,粗纤维降低21%。广东微生物研究所采用4320系列菌株、868协生菌组,用固态发酵法生产发酵草粉,使低质杂草的蛋白质含量从5.9%提高到20%。乌鲁木齐海星农业科学技术推广服务站研制生产的秸秆等粗饲料,生产优质微贮饲料。据试验,经微贮的麦秸干物质体内消化率提高24.14%,粗纤维体内消化率提高43.77%,有机物质体内消化率提高29.4%,代谢能达8.73 MJ/kg,消化能9.84 MJ/kg。1994年8月河北省玉田县进行大规模秸杆微贮饲料喂牛对比试验,平均日增重894 g,比氨化饮料组多增重172 g,比对照组增重319.45 g;河南用秸秆微贮饲料对西杂一代公牛进行育肥试验,平均日增重1285 g,增生效果显著。

2 利用微生物生产单细胞蛋白饲料

单细胞蛋白饲料世界各国相当重视,有些国家已由实验室阶段进入到大规模商品生产。我国近年在单细胞蛋白的研究和生产方面进展很快,并形成了一定的工业规模。单细胞蛋白饲料其菌体蛋白含量可达40%~80%,若加入限制性氨基酸蛋氨酸后含量可达90%以上,且各种氨基酸、维生素含量丰富。每千克单细胞蛋白的饲料喂蛋鸡,产蛋量提高21%~35%,1t单细胞蛋白可节约饲粮5~7t。生产单细胞蛋白的主要原料有造纸工业的纸浆废液,制糖业的糖密及废弃物,酿酒业的糟类及废弃物等。这些工业的有机废弃物通过微生物发酵,生产高效活性菌体蛋白饲料。随着微生物学、植物学、动物营养学迅速发展,试验手段和分析技术的更新和完善,研究者更注重用纤维素生产单细胞蛋白方面的研究。如黑龙江采用稀酸加压渗滤法,以木材水解液生产单细胞蛋白;湖南采用“循环式二级稀酸水解”糖化工艺,通过菌株混合研究法,用稻壳生产单细胞蛋白已取得成功,用纤维素生产单细胞蛋白,原料极为丰富,包括种类植物秸秆、壳类、糖渣类、木屑等农村废弃物,一般含有40%~50%的纤维素,15%~35%的半纤维素,20%~30%的木质素,将纤维素转化为单细胞蛋白是通过微生物的作用,首先将营养物质转化到微生物体内,然后让家畜采食菌体蛋白。从机理上看,这正是模拟的瘤胃微生物利用粗饲料的原理,但它所处理的原料要比瘤胃微生物广泛得多。纤维素分解酶主要由木霉、黑曲霉、根霉、青霉、担子菌等培养生产,木质互酶多利用担子菌等培养生产。

3 利用酶制剂,提高粗饲料利用率

利用从动物、植物及微生物中提取具有酶特性的制品,称为酶制剂。目前,世界上生产具有经济价值的酶制剂约80余种,有的应用于养殖业生产,有的应用于改善饲料品质。酶制剂是一种高效饲料添加剂,如纤维素分解酶,它能把废弃的高纤维素类物质分解为易被家畜消化吸收的低分子化合物和葡萄糖,从而变废为宝。据前苏联报道,每饲料单位用0.3 g的纤维分解酶饲喂奶牛,可提高产奶量13.3%~22.8%;用0.15%~0.25%的添加剂比例饲料喂肉牛,日增重提高7.1%。

4 利用益生素增强瘤胃机能,提高饲料利用率

益生素在动物生命活动中起着相互补益的共生作用,在动物体内可调节胃肠道菌群平衡,使有益微生物的数量增加,增强了非特异性免疫系统功能,间接起到促进生长和提高饲料利用效率的作用。益生素菌株一般包括:乳酸菌、芽胞杆菌、光合细菌、酵母菌等,与反刍家畜关系密切的是丝状真菌、酵母菌等。研究发现,利用真菌益生素作为反刍家畜牛、羊的饲料添加剂,能使瘤胃中的总菌数和纤维素分解菌数成倍提高,从而增强瘤胃微生物的分解代谢作用,使秸杆中的纤维素、半纤维素等多糖类物质降解为单糖,并转化为挥发性脂肪酸,为反刍家畜提供能量来源,同时为微生物菌体蛋白的合成提供充足的碳架,达到提高粗饲料营养价值和利用效率的目的。

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