生物谷報(bào)道：地球上最豐富的多糖物質(zhì)是纖維素,，世界上50%的生物量來(lái)自天然纖維素,，估計(jì)年產(chǎn)量在100億噸～500億噸,。我國(guó)的纖維素資源極為豐富，每年秸稈產(chǎn)量在5.7億噸,，占世界秸稈總產(chǎn)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(dāng)今人類(lèi)面臨的糧食,、能源、環(huán)境三大危機(jī),，實(shí)現(xiàn)農(nóng)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(zhì),、礦物質(zhì)含量低,，畜禽消化率低，適口性差，從而限制了它的應(yīng)用,。在飼喂動(dòng)物時(shí)必須進(jìn)行預(yù)處理,，以提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和適口性。預(yù)處理包括物理,、化學(xué),、生物方法。目前,，對(duì)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(lèi)的微生物來(lái)降解纖維素。
微生物發(fā)酵粗飼料的機(jī)理
作物秸稈等低質(zhì)粗飼料的主要成分是纖維物質(zhì),，中性洗滌纖維約占干物質(zhì)的70%～80%;酸性洗滌纖維約占干物質(zhì)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(zhì)素,，是植物細(xì)胞壁的主要組成部分,，隨著植物細(xì)胞的老化，細(xì)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(zhì)素密實(shí)的結(jié)構(gòu)很難被瘤胃微生物降解,，同時(shí)上述老化的細(xì)胞壁主要成分之間存在很強(qiáng)的結(jié)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(guān)鍵是降解木質(zhì)素，保留纖維素,。在發(fā)酵過(guò)程中,，微生物大量生長(zhǎng)繁殖，分泌出各種酶,。這些酶通過(guò)降解多糖和木質(zhì)素,，破壞其連接的共價(jià)鍵，一方面破壞了秸稈難消化的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),，使與木質(zhì)素交聯(lián)在一起的纖維素和半纖維素游離出來(lái),；另一方面又使秸稈細(xì)胞壁內(nèi)可利用的碳水化合物和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)暴露出來(lái)，增加與消化液接觸的機(jī)會(huì),，從而提高秸稈消化率或瘤胃干物質(zhì)降解率,。而菌體自身生物量的增長(zhǎng)又可以提高蛋白含量,。
當(dāng)用微生物發(fā)酵以求提高秸稈消化率時(shí)，應(yīng)選擇能降解木質(zhì)素的微生物,，以真菌效果較好,。當(dāng)用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白時(shí)，應(yīng)選擇能降解纖維素和半纖維素的微生物,，因?yàn)檗r(nóng)作物秸稈內(nèi)纖維素和半纖維素的含量高,，生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白時(shí)提供的能量多。
微生物菌種的選擇
因發(fā)酵料的營(yíng)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(lái)有研究者發(fā)現(xiàn)多菌種混合發(fā)酵效率更高,，但對(duì)相應(yīng)的菌種提出了更高的要求：能夠分解纖維素,；能夠利用有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，合成和分泌更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),；能夠改變?cè)系倪m口性,。；能夠產(chǎn)生多種分解酶,。,；不產(chǎn)生有毒物質(zhì)。,；具有促生長(zhǎng)快的優(yōu)勢(shì)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(yīng)包括纖維素分解菌,、氮素轉(zhuǎn)化菌,、增加適口性的菌。木質(zhì)素分解菌有側(cè)孢霉,、白腐真菌等,。目前，國(guó)內(nèi)外報(bào)道產(chǎn)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(zhǎng)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(chǎn)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(zhǎng)并改變適口性,。如果原料中使用了動(dòng)物加工下腳料，還應(yīng)加入產(chǎn)蛋白酶活力較高的菌種,。如果使用餅粕類(lèi),，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(zhuǎn)化能力強(qiáng)的菌株作為生產(chǎn)菌種。研究者曾采用紫外線(xiàn),、甲基磺酸乙酯交替和復(fù)合誘變康氏木霉,，獲得能較好降解纖維素的突變株。對(duì)分離,、誘變的菌株必須進(jìn)行毒性試驗(yàn),，確定不產(chǎn)生有毒物質(zhì)后方可使用。
微生物發(fā)酵秸稈飼喂動(dòng)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(yàn)證明康氏木霉和熱帶假絲酵母發(fā)酵稻草，產(chǎn)物的粗蛋白增加量(絕干)達(dá)到18.86%,，同時(shí)粗纖維含量下降14.6%,。
據(jù)研究報(bào)道，秸稈生化培養(yǎng)劑發(fā)酵稻草,，蛋白質(zhì)可提高2.60%～3.5%,，粗纖維可降低12%～16%,飼喂肉牛后日增重達(dá)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(dá)46.21%,，粗蛋白提高16.93%,，用其喂育肥豬，可使生長(zhǎng)速度提高16.2%(P<0.05),飼料轉(zhuǎn)化率提高7.86%,。但飼喂育肥豬時(shí)秸稈添加量不宜過(guò)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(shí)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、使動(dòng)物容易消化,。但若粉碎過(guò)細(xì),，不僅增加動(dòng)能消耗、使工作環(huán)境的粉塵難于處理,，而且發(fā)酵過(guò)程中因通風(fēng)不足容易引起酸敗菌大量繁殖,。若粒度過(guò)大，纖維降解菌無(wú)法越過(guò)植物秸稈表面的蠟質(zhì)或硅質(zhì)接觸纖維素使纖維降解率降低,，秸稈中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也無(wú)法釋放,，微生物生長(zhǎng)緩慢，嚴(yán)重影響發(fā)酵過(guò)程,，動(dòng)物無(wú)法利用,。
其次要求發(fā)酵底物應(yīng)有合理的CN比和生物因子，以及長(zhǎng)效和短效物質(zhì)的比例,。碳源物質(zhì)除來(lái)源于原料中提供的小分子物質(zhì)外,，剩下的主要來(lái)自纖維素的降解，其最初的降解產(chǎn)物并不能滿(mǎn)足生長(zhǎng)菌迅速生長(zhǎng)的需要,，何況纖維素降解菌最初也需要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以發(fā)酵初期要加入容易利用的物質(zhì)作為發(fā)酵的啟動(dòng)初始因子,。氮源物質(zhì)大多使用尿素,、硫酸銨、磷酸銨,、硝酸銨或氯化銨,。對(duì)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(chǎn)物的真蛋白含量呈拋物線(xiàn)的關(guān)系,，且以尿素效果較好,。當(dāng)尿素添加量為2%時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)物的真蛋白含量最高,。但試驗(yàn)表明,，加氮量與粗蛋白提高幅度呈正相關(guān)，卻與白腐真菌的生長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān),，尿素添加量不宜高于秸稈干物重的1%,。試驗(yàn)表明康寧木霉和長(zhǎng)柄木霉對(duì)氨的耐受性分別為0.33%和0.48%(以硫酸銨計(jì))。
