玉米秸秆饲料菌酶复合发酵技术

导读：玉米秸秆是我国一种重要的生物资源，资源量大且分布广泛。但由于其细胞壁结构较难分解，限制了其资源化利用。秸秆的不合理处置，如废弃或焚烧等，不仅造成了资源浪费，而且产生大量大气污染、土壤板结、土地肥力下降等结果。秸秆处理的方法有物理法、化学法和生物法。而生物法较物理和化学法有更多的优势。因此，文章旨在对酶菌复合处理玉米秸秆的技术进行综述，旨在为提高玉米秸秆的综合利用提供理论和技术支持。

粗饲料是畜牧业发展必不可少的部分。我国的草原面积虽然很大，但由于自然和人为等方面的因素，草原退化、沙化、盐化现象逐年加剧。而农作物秸秆资源丰富，富含粗纤维，可以作为粗饲料资源用于反刍动物日粮中，在反刍动物营养中具有非常重要的作用。然而，由于秸秆质地粗糙、适口性差、营养价值和消化利用率低等性质，有很多的限制性。单胃动物一般不能利用秸秆，反刍动物对秸秆的消化率也只有20%~30%。如何提高秸秆饲料利用是国内外学者长期以来研究的重要课题。

1 玉米秸秆理化性质

玉米秸秆中细胞壁所占的比例一般在80%以上。细胞壁主要由纤维素、半纤维素、蛋白质和木质素组成。玉米秸秆饲料的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，其含量质量分数分别为32%、27.8%和15.4%。细胞内容物主要是一些可溶性的碳水化合物、部分蛋白质等。纤维素由葡萄糖单位之间以糖苷键连接而成的无数分支聚合体，以反式连接成化学性质稳定的扁带状的微纤维状。其在高温高压和酸性的条件下，可以水解为葡萄糖。半纤维素在细胞壁中含量仅次于纤维素，其主要成分是聚木聚糖类，通过β-1,4木糖残基连接而成的木聚糖骨架和支链形成。典型木质素是由松柏醇、芥子醇和对香豆醇作为纤体物质组成基本结构。它与半纤维素分子通过共价键紧密交联形成疏水的网状，增加了细胞壁的机械强度和病原体的抵抗力。而纤维素与半纤维素通过氢键相连。反刍动物瘤胃是一个特殊的结构，其内部微生物分泌纤维素酶和半纤维素酶，可以降解纤维素和半纤维素，但是没有直接降解木质素的微生物。其三者的结合明显地阻碍了反刍动物瘤胃微生物水解酶与细胞壁中纤维素和半纤维素接触，降低了纤维多糖的有效降解率。因此，木质素被认为是抑制秸秆利用的主要因素。玉米秸秆中木质素含量可达19%~23%,直接影响玉米秸秆中营养物质的利用。

近年来，国内外对提高秸秆利用率的大量研究中，常用的方法主要有物理法、化学法和生物法。其中物理法包括粉碎、软化、爆破、颗粒化处理等，化学处理包括氮化、氧化、酸碱化处理等，物理处理只是改变了秸秆的物理性状，并没有改变秸秆本身的化学结构，不能解决秸秆消化率低和可利用营养少的根本问题。化学处理生产成本高，化学试剂具有污染环境，并对动物生理生化有潜在损害的弊端。而生物法主要是益生菌处理和酶处理，这种处理既不需要太复杂的设备和过多的能量等消耗，也不需要高温、高压、强碱和强酸等条件，只依靠益生菌和酶制剂的生物降解能力降解秸秆中的抗营养因子，具有耗能低，污染小，易于操作等优点。

2 降解玉米秸秆的微生物及作用酶

对于生物处理的研究有很多，惠文森等使用酵母菌发酵玉米秸秆，结果表明，酵母菌发酵玉米秸秆粗纤维作用甚微。陈合等首先利用黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium Burdsall）破坏玉米秸秆部分木质素的复杂结构，释放纤维素和半纤维素；再加外源纤维素酶和木聚糖酶降解纤维素和半纤维素，获得可发酵性糖类物质。酶菌复合降解秸秆也是秸秆生物利用的一种新型的方法。

2.1 微生物发酵玉米秸秆饲料的机理

单纯的纤维素比较容易被反刍动物的瘤胃微生物降解，但木质素复杂的结构却难以被瘤胃微生物降解利用，同时老化的细胞壁主要成分之间存在很强的结合键抵抗微生物的消化，使与之交联的纤维素在瘤胃的降解率降低。因此，要提高秸秆的利用率，主要是降解木质素，保留纤维素。而在发酵过程中，微生物大量的繁殖，分泌出各种酶。这些酶不仅破坏秸秆难以消化的细胞壁结构，使连接在木质素上的纤维素和半纤维素游离出来，还可以使秸秆细胞壁内可利用的碳水化合物和其他营养物质暴露出来。因此，选择降解木质素的微生物，以真菌最好。

2.1.1 细菌

降解秸秆的细菌：芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属、假单胞菌属、弧菌属、微球菌属、链球菌属、梭菌属、原黏杆菌属、纤维黏菌属、生胞噬纤维菌属、堆囊菌属、螺旋体属等。反刍动物瘤胃微生物具有复杂性和多样性。包括瘤胃原虫、瘤胃细菌、厌氧真菌和少量的噬菌体。其中，反刍动物瘤胃中细菌种类最多，数量最大。根据功能的不同，主要分为纤维素分解菌、半纤维分解菌、淀粉降解菌、蛋白降解菌、酸利用菌、乳酸产生菌等。它们在动物体内将动物不能消化的植物物质（如纤维素、半纤维素等）转化为动物可利用的能量和养分。

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