农作物秸秆饲料化加工技术研究进展

韦 体，吴登宇，高丹丹，徐红伟，杨具田，郭鹏辉*

（1.西北民族大学 生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730030；2.西北民族大学 生物医学研究中心/生物工程与技术国家民委重点实验室，甘肃 兰州 730030）

据不完全统计，世界上每年产生的农作物秸秆数量可达20多亿t[1]，其中我国每年产生的农作物秸秆数量为6亿～8亿t[2]。从农业产业发展现状来看，人们关注的重点主要集中在农作物规模化栽培种植以及可食用部分的开发利用等方面，对其生产过程中秸秆资源的研究利用重视不够，这些秸秆资源被当作废弃物随意丢弃或就地焚烧，焚烧过程产生大量的CO、CO2等气态污染物，气体污染环境，同时导致土壤中真菌、放线菌等微生物死亡，土壤理化性质发生改变[3]。这种处理方式不仅严重污染了当地的生态环境，而且造成秸秆资源的大量浪费。因此，利用现代技术因地制宜开展农作物秸秆资源化利用工作迫在眉睫。

目前，秸秆饲料化加工技术有物理处理法（汽爆法、热水处理）、化学处理法（酸化法、碱化法）和微生物发酵处理法（青贮、微贮）等[4]。本文对农作物秸秆饲料化加工处理技术进行了系统阐述，以期对农作物秸秆资源的综合利用与开发提供更多理论依据。

1 物理处理技术

1.1 颗粒化技术

该技术将秸秆经粉碎机粉碎揉搓成一定长度后，用颗粒机制成颗粒饲料，它可将维生素、非蛋白氮、添加剂等成分混进颗粒中，提高营养物质的利用率，达到平衡饲料中各种营养元素的目的，并改善秸秆的适口性。莫放等[5]利用颗粒化技术将玉米秸秆和苜蓿干草制成颗粒饲料，同时将精饲料混合其中，减少了体积，便于运输，且能改善适口性，提高采食量。张海龙等[6]研究表明，复合秸秆颗粒饲料的最佳工艺参数为模孔直径7 mm、粉碎粒度8 mm、总水分含量8%，经颗粒化技术处理的秸秆饲料便于储藏和运输，对畜牧业发展具有重要意义。

1.2 汽爆技术

蒸汽爆破是将秸秆粉碎至一定长度后，装入压力罐内，通过高温高压使水蒸气加压至一定压力，并持续一定时间，然后将压力瞬间释放，从而起到“闪爆”效果。该方法可提高粗饲料的利用率，其味道芳香，营养价值高。朱均均等[7]发现玉米秸秆经热喷处理后，原料中的纤维素、半纤维素、木质素均发生了降解，分别损失了9.60%、47.98%和17.55%。李德勇等[8]通过汽爆技术（2.6 MPa、保压5 min）对稻草、小麦秸秆、玉米秸秆进行处理，发现汽爆技术可有效提高秸秆中干物质（DM）、有机物（OM）及酸性洗涤纤维（ADF）的消化率。需要注意的是，秸秆的汽爆技术处理秸秆成本较高，且对操作方法及蒸汽压力的掌控要求较高，较适合大规模秸秆的预处理，同时与化学及生物处理技术结合才能达到最佳效果。

2 化学处理技术

化学处理法是利用酸、碱等化学试剂对秸秆粗饲料进行一定处理，破坏粗饲料中的纤维素、半纤维素、木质素等物质，主要方法包括碱化、酸化、氨化、氨碱复合等。

2.1 碱化处理

在植物纤维素的降解方式中，碱化处理是应用较早、较广的方法，它利用碱性化合物中的氢氧根离子破坏木质素和半纤维素间的酯键，使纤维素膨胀、秸秆软化，同时增大与家畜胃液接触的面积，从而提高消化率[9]。李永明等[10]通过试验发现，碱化处理后的玉米秸秆喂养山羊效果显著高于普通饲料，且成本低廉，操作简单，发酵时间短。刘凯玉等[11]利用4%的氢氧化钠对稻草进行碱化处理，发现碱化处理可以有效提高稻草干物质、无氮浸出物和酸性洗涤纤维的含量，并降低中性洗涤纤维含量。

2.2 氨化处理

氨化处理就是将氨水、液氨等氨源喷洒在秸秆粗饲料上，置于密闭环境中进行化学反应，从而降解纤维素、木质素等物质，使秸秆结构疏松、软化，增强适口性，常用方法有水泥池氨化、袋装氨化、堆垛氨化等。马平等[12]通过试验发现，在相同的饲养条件下，氨化处理小麦秸秆饲养黄牛增重效果明显。需要注意的是，秸秆氨化反应成熟时间与气温成正相关。

2.3 酸化处理

酸化处理是对秸秆预处理研究最早、最深入的方法，其原理与碱化相似，酸性物质可以分解纤维素、木质素等物质。有研究表明，利用稀硫酸（2%稀硫酸，95℃）与玉米秸秆充分接触反应90 min，秸秆中的戊糖回收率和葡萄糖回收率均在90%以上，木质素移除率为70%～75%[13]。该方法效果较为显著，适合工业化生产，但对反应罐的耐腐蚀性要求较高。

2.4 复合处理

单一的处理方式对秸秆内部纤维素、木质素等破坏不够彻底，消化率提高幅度不大，且在储存过程中易发生霉变。有研究表明，采用“三化”复合法处理稻草，其粗纤维、中性洗涤纤维素、半纤维素、木质素等分别降低了18.82%、12.0%、13.84%、17.97%[14]。贺永惠等[15]采用复合处理方法（尿素+石灰）处理秸秆，大大提高了秸秆NDF和ADF在瘤胃内的消化率。这种处理方法综合了碱化、氨化的优点，效果显著高于单一处理，可提高消化率，且成本低。

3 微生物发酵处理技术

微生物发酵处理技术是利用微生物发酵（乳酸菌、酵母、霉菌等）或生物酶（纤维素酶、果胶酶、漆酶等）的作用，酵解秸秆中纤维素、木质素等物质，破坏其结构，从而将这些难以利用的物质转化成容易吸收的单糖、氨基酸等小分子物质[16]，包括青贮、微贮、酶解处理等方法。

3.1 青贮技术

青贮饲料加工技术是目前常用的秸秆饲料化加工方法，将青绿饲料切碎后置于密闭容器内，利用空气中的乳酸菌进行天然发酵，使原料发酵产生乳酸，一般pH达到4.0左右能抑制其他腐败菌的生长，达到长期保存的目的[17]。20世纪60年代末，云南省种羊繁育推广中心针对冬春饲草供应不足的问题，开始推广青贮饲料制作，现已进行规模化、机械化生产[18]。崔晓琴（2016）等[19]研究表明，利用青贮饲料喂养奶牛，试验组在采食量、产奶量、奶料比等方面均优于对照组，经济效益也明显高于对照组。有研究结果表明，青贮饲料的发酵效果与原料的含水量及收获时间密切相关[20]。

3.2 微贮技术

秸秆微贮技术是在秸秆中添加一种或多种菌种按一定比例混合制成发酵原料，在适宜的环境下通过有益微生物生长繁殖过程中产生的酶及其他代谢产物降解秸秆中难以利用和消化的物质，同时抑制杂菌生长，使质地粗硬的秸秆原料变成柔软多汁、适口性好的粗饲料[21]。郭鹏辉等利用里氏木霉和商用发酵剂对药食两用紫苏秸秆进行发酵，其研究结果显示饲料中的CF、ADF、NDF及有机酸含量明显降低，CP和EE的含量明显提高[22]。微贮发酵一般有袋装发酵和窖藏发酵两种。袋装发酵就是将秸秆粉碎混入一定比例的麦麸、豆粉、玉米粉等，喷洒一定比例的菌液搅拌均匀，迅速装袋并密封置于一定温度下发酵培养。微贮窖可以是地下式或半地下式的，应选在土质坚硬、排水良好、距畜舍近、取用方便的地点，最好用砖和水泥砌成口大底小的梯形窖。焦付智等[23]通过生产实践总结，利用微贮饲料作为主饲料喂养牛羊，秸秆利用率由90%提高到了100%，牛羊育肥天数也减少了10～15 d，平均日增重由1.35 kg增加到1.51 kg。

3.3 酶解处理技术

酶解处理技术是利用纤维素酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶及果胶酶等水解秸秆中难以利用的纤维素、木质素等物质，从而提高糖含量。纤维素酶与β-葡聚糖酶主要降解秸秆中的纤维素和细胞壁，提高消化率；木聚糖酶降解秸秆中的半纤维素；果胶酶为其他酶的酶解反应提供作用底物，分解秸秆中的果胶质[24]。蔺国文等[25]报道，利用酶制剂处理枯黄玉米秸秆，添加372 U/g的木质素酶量，在适宜的条件下对玉米秸秆进行酶解，木质素的降解率为44.28%，肉牛的采食量平均达到11.95 kg以上，比对照组提高了15%。寇江涛等[26]研究表明，酶制剂可改善稻草感官品质和营养品质，提高其养分消化率和饲喂价值。

4 展望

随着规模化、集约化养殖业的迅速发展，秸秆必将成为发展畜牧业的重要资源，对保护生态环境、发展循环经济、提高社会经济效益具有重大意义，应积极推进秸秆资源饲料化利用工作。