[00850464]秸秆发酵饲料多菌系复合菌剂的研制与应用

中国秸秆资源丰富，稻草、玉米秸、小麦秸作为中国三大作物秸秆，每年约产生近6亿吨，其中约有70％的秸秆作为生活能源的燃料，而用于养殖生产的不足20％，经处理后饲喂的秸秆不足8％。如果三分之一秸秆作为饲料，可增加1亿头的载畜量，节约粮食5300多万吨。但由于秸秆粗纤维含量很高，大多在30％以上，难于被畜禽利用；蛋白质、矿物质含量低，营养价值低，粗蛋白含量仅2％-8％，矿物质和维生素严重不足；所生产的饲料体积大、质地粗硬、适口性差，且不易消化吸收，畜禽消化率低。中国属于典型的“精料型”畜牧业结构。从节约粮食的角度考虑，只有加速发展草食性动物，才能达到调整畜牧业结构的目的，才能实现向“节粮型”畜牧业结构的转变，以缓解人畜争粮的矛盾。发展草食牲畜必须拥有大量的粗饲料资源。粗饲料资源一类是草原牧草和人工种植牧草，另一类即为农作物秸秆。作物秸秆中含有70％的碳水化合物，作为非竞争性的饲料资源，只要能够进行合理的加工处理，提高其消化能的摄入量，用来饲喂畜禽，特别是用来饲喂牛羊等反刍家畜，仍然能够成为优质的饲料资源。微生物具有广泛的适应性，能够分解和利用多种畜禽不能利用的复杂有机化合物，合成富含蛋白质的菌体，这些分解产物和菌体可用于饲料。利用微生物发酵秸秆具有污染少、效率高、利于工业化生产等特点，从而成为今后粗纤维利用的趋势。微贮饲料不仅具有青贮饲料的气味芳香、适口性好的特点。它还具有自己独有的特点：一是饲料来源广，干、青秸秆都能制成优质的微贮饲料；二是制作季节长，北方春夏秋三季可制作，南方全年都可制作，避免因农忙而耽误制作青贮饲料的最佳时期。微生物发酵秸秆的关键有三：微生物降解木质素和纤维素；生产微生物单细胞蛋白，提高秸秆的营养价值；优化生产工艺。多菌株发酵秸秆效果好，但对相应的菌种和工艺上要求较高：①菌株能够分解木质素、纤维素；②能够利用无机氮转化为菌体蛋白，并合成和分泌更多的营养物质；③能够改变秸秆的适口性；④能够产生多种分解酶；⑤不产生有毒物质和致病性；⑥繁殖速度快，抗污染；⑦菌种性能稳定，耐性强，不容易自溶分解。⑧最好能多菌株混合培养，且菌株间不产生拮抗作用。秸秆饲料发酵技术尚处在发展过程中，技术的某些环节还不够成熟。存在：①菌种的发酵活力有待于提高；②秸秆发酵饲料的生产工艺有待于实现产业化等问题。实现工厂化的饲料生产是推广秸秆饲料发酵技术的重要环节。但发酵饲料的微生物菌种的系统研究一直是薄弱环节，严重影响了秸杆发酵转化菌剂的作用效果。主要表现在：一是中国已确定的适宜作饲料发酵菌剂的菌种种类太少。仅有乳酸杆菌、芽孢杆菌、白腐菌、酵母、曲霉、木霉和青霉等少数菌种，尚需要大力开发菌种资源。二是菌株稳定性差。发酵菌剂从制剂生产到秸秆发酵，所处环境大不相同。在营养状况、温度、pH等方面都发生了变化。首先面临菌种失活的问题，从而无法正常发挥功能，降低其生物活性作用，致使实际应用效果大打折扣。所以要获得稳定的菌剂，需要在优良菌株的筛选、高活力菌剂的发酵工艺、增效剂等关键技术获得突破。三是菌剂的生产工艺多数还不完全成熟，主要表现为活菌数不够的问题。菌剂的活性是最重要的，但产品保存过程中的活菌率很不稳定。产品中必须含有相当数量的活菌数才能取得效果。因此，产品在出厂时应保证有足够的菌数，以使其在规定储存期内能够发挥良好作用。芽孢，是某些细菌生长到一定阶段，在一定条件下由细胞内原生质失水浓缩而成的圆形或椭圆形的内生孢子。芽孢的结构复杂，新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，对热、干燥、辐射、酸、碱和有机溶剂等杀菌因子具有极强的抵抗力。能在不利的环境条件下保持生命达10余年，甚至数十年。当环境条件适宜时，又可萌发形成能够分裂繁殖的菌体细胞。用功能芽孢菌作为秸秆发酵菌剂，既可以防止活菌数衰降，保持高数量的活菌数，又可以降解秸秆中的粗纤维，提高营养价值。该研究致力于筛选开发新的特性优良、应用效果明确、适用性强、生产工艺稳定的产芽孢杆菌类秸秆发酵菌剂。首先，针对乳酸菌稳定性差，不易保存的问题，筛选出了乳酸芽孢杆菌，研究了其芽孢工业化发酵工艺。同时，针对生产上用于分解木质纤维素的真菌固体发酵生长势弱，易污染、稳定性差、菌剂不易保存等问题，筛选出了产生木质素分解酶和纤维素酶的芽孢杆菌，并优化了芽孢发酵工艺。将制备的芽孢菌剂用于玉米秸秆发酵。该项目有如下特点：1、所筛选的各功能菌株均为产芽孢细菌，芽孢菌的高抗逆性解决了以往制剂稳定性差、保存期短等瓶颈问题。2、确定了所选菌株的大规模工业化芽孢发酵生产工艺。发酵培养基原材料来源广泛、成本低廉，工艺参数易于控制，解决了菌剂大规模生产工艺不完善、工艺不稳定等问题，最终生物量均达到了109-1010个/mL以上，芽孢形成率达到90％以上。3、分析了不同菌株芽孢制剂的保存条件，芽孢在低pH值下较长时间保存生物量和活性变化不大，解决了传统菌剂保存时间难以保证的情况。4、利用该研究确定的芽孢细菌菌株降解秸秆，木质素降解率达到30％以上，纤维素降解率达到15％以上，蛋白质含量达到12％以上。采用芽孢细菌-酵母菌“两步法发酵工艺”发酵玉米秸秆，其蛋白质总含量可达20％以上，粗纤维降解率在30％以上，可部分代替粮食组成的精料。5、由于所筛菌株同时具有产乳酸能力，发酵后秸秆含适量乳酸，赋予产品酸甜味，可增加动物的采食量。该项目研究思路新颖，自主创新特色明显，为产业化生产奠定了基础，具有显著的经济效益、社会效益和生态效益，开发应用前景十分广阔。农作物秸秆是世界上最丰富的饲料来源之一，全世界秸秆的年产量为20亿吨-30亿吨，这些秸秆中的干物质大多含有能量，理论上，如果秸秆中的能量完全可以利用，那么1.0kg干物质(DM)就能产生10MJ代谢能。然而，由于秸秆的消化率只有40％-50％，其中的能量只有60％能被动物利用。中国秸秆资源丰富，稻草、玉米秸、小麦秸作为中国三大作物秸秆，每年约产生近6亿吨，如果三分之一秸秆作为饲料，可增加1亿头的载畜量，节约粮食约5300万吨。但是，中国畜牧业发展主要还是依靠粮食和牧草，长期以来，人畜争粮的矛盾特别突出。采用恰当的方法处理农区丰富的秸秆资源，提高其营养价值，扩大反刍动物的饲料来源，通过秸秆过腹增值对促进中国畜牧业的发展，减少秸秆对环境的污染，增加土壤肥力，保护农村生态环境，对调整农村产业结构、促进农村经济发展、增加农民收入，将具有巨大的现实和经济意义。据调查，玉米秸秆颗粒饲料产品市场容量巨大，饲草料国际贸易成交量每年达500万吨，仅日本即从加拿大与澳洲每年进口百万吨。多年来，日本、韩国均从中国进口大量的秸秆饲料与饲草，2003年中国向日本、韩国出口饲草始终供不应求，秸秆颗粒粕饲料出现缺货，12月前形势每月缺口2000-8000吨颗粒粕，全价秸秆颗粒配合饲料要求订货的客商也在增加，每吨粗纤维饲料在大连港的离岸价达到70美元。中东国家的粗纤维饲料几乎也全部依赖进口，这些将对该省发展玉米秸秆颗粒饲料出口创汇，提供了极大的空间。国内畜牧业也不能再依赖粮食，必须走开发秸秆饲料这条路。据调查，如按秸秆颗粒配合饲料喂养统计，每头奶牛平均日喂15公斤饲料，肉牛8公斤，仅该两项该省年需消耗秸秆颗粒配合饲料600多万吨，加上鹿、羊总预算1000万吨左右，可消耗秸秆750万吨；东北地区喂养肉牛、奶牛，需秸秆颗粒饲料600万吨以上；北京、上海、天津、广东、浙江等缺乏秸秆资源的省市，也正大力发展肉牛、奶牛的养殖，秸秆颗粒饲料的市场前景极为广阔。