2019年实现秸秆发酵饲料产业化

1、实现秸秆发酵饲料产业化秸秆发酵饲料技术原理与应用示范秸秆加工利用的意义不言而喻。从政府角度讲：秸秆加工处理减少焚烧带来 的空气污染；秸秆加工成饲料可减少饲料用粮，解决人畜争粮问题。从养殖业角 度，提高秸秆营养价值，节省饲料用粮和饲料蛋白，降低养殖成本，提高经济效、人益。人们的愿望：利用发酵秸秆饲养畜禽，节省部分饲料用粮，降低饲养成本， 增加经济效益。畜牧业节省 1 斤粮食 = 农业多生产 1 斤粮食。解决人畜争粮问题。 现实养殖中：为什么牛羊可以食草长肉？为什么奶牛可以食草生奶？ 为什么牛羊反刍动物可以饲喂尿素节省饲料蛋白？ 当然，人们更希望猪禽也能食草长肉生蛋！ 关于秸秆的利用问题一直受到各

2、级政府部门和诸多专家的重视，也研制生产 出了众多的菌剂产品。那么我们此项技术的总体水平、理论依据和技术可行性究 竟如何？任何一项行之有效的技术措施必须有充分合理的理论依据，利用发酵秸秆替 代部分饲料用粮和饲料蛋白，必须建立在有其它相应的营养物质存在的基础之上， 否则为无源之水！我们所创立的秸秆发酵饲料及畜禽养殖技术体系就是模拟反刍 动物瘤胃微生物作用原理创立的体外人工瘤胃发酵技术。一、秸秆发酵饲料技术项目可以概括为模拟瘤胃微生物发酵原理、创立体外人工瘤胃发酵技术、降解木质纤维素产 生有机酸、利用无机氮源合成菌体蛋白、节省饲料用粮和饲料蛋白、降低饲养成 本提高养殖效益。即 1项应用技术、 2 个

3、理论依据（瘤胃微生物发酵利用木质纤维 素、瘤胃微生物吸收利用无机氮合成菌体蛋白）、产生 2 个重要的基础营养物质挥发性脂肪酸、菌体蛋白)、 3 个方面的效果(即开拓利用秸秆发展养畜空间、节省30%50%粮食和40%70%蛋白饲料、并有效防治肠道疾病)。为什么反刍动物能够利用纤维素中的能量？ 为什么反刍动物能够利用非蛋白氮减少蛋白饲料的用量？ 大量研究表明，反刍动物的瘤胃微生物在对粗纤维的消化和非蛋白氮的分解 利用过程中起着重要作用。二、瘤胃微生物在反刍动物的瘤胃中栖息着复杂多样的各种微生物，包括瘤胃原虫、瘤胃细 菌和瘤胃厌氧真菌等。它们按形态和功能分为：1、纤维素降解细菌：有瘤胃球菌(Rumi

4、nococcuS、产琥珀酸丝状杆菌(Fibrobacter succinogeneS 等，主要发酵产物为琥珀酸、乙酸和甲酸。该类菌具有很强的降解纤维素的能力， 是瘤胃中主要的粗纤维降解细菌。2、淀粉降解菌：有牛链球菌(Streptococcus boviS、嗜淀粉瘤胃杆菌(Ruminobacter amylophilus) 等菌株。牛链球菌在瘤胃中广泛存在，能降解淀粉，但不能降解纤维素，发酵产 物为乳酸。嗜淀粉瘤胃杆菌主要发酵底物为淀粉，是瘤胃中主要淀粉降解菌之一。3、蛋白降解细菌：除了主要的纤维素降解菌株外，大多数瘤胃细菌都具有某些蛋白酶活性。嗜 淀粉瘤胃杆菌(R. amylophilus)

5、是目前已知的蛋白降解活性最高的菌株之一，因 为它也有淀粉分解能力，所以被认为在动物淀粉日粮消化中起重要的作用。4、乳酸产生菌： 乳酸是瘤胃中重要的中间代谢产物，它可由很多细菌菌株产生，但日前一般认为瘤胃中产生乳酸较多的是牛链球菌(Streptococcus bovis)和乳酸杆菌( Lactobacillus)。5、酸利用菌：可利用乳酸的细菌有反刍兽新月形单胞菌（Selenomonas ruminantiun）、埃氏巨球形菌（ Megasphaera elsdenii 等。该类菌株可利用葡萄糖、乳酸生长，乳酸发酵主要产生丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸。6、瘤胃厌氧真菌：瘤胃厌氧真菌能产生一系列的纤维

6、素酶和半纤维素酶，主要为木聚糖酶和酯 酶，以及果胶酶等。瘤胃厌氧真菌不能进行有氧呼吸，只能通过厌氧发酵获得能 量，发酵底物含有的能量部分转化成发酵终产物，如乙醇、乳酸、甲酸等。三、瘤胃微生物的消化作用1、碳水化合物的消化瘤胃微生物产生的a -淀粉酶、果聚糖酶、半纤维素酶和纤维素酶等，可将纤维素、可溶性糖（如淀粉）逐级分解至葡萄糖，再经发酵最终产生挥发性脂肪酸（ VFA ，主要为乙酸、丙酸和丁酸）、乳酸、二氧化碳等产物。挥发性脂肪酸大部分在瘤胃内被吸收利用。反刍动物可以利用所吸收的乙酸与丁酸合成乳脂。另外，微生物还可以利用分解纤维素所产生的单糖或双糖合成自身的糖原，贮存于菌体内，在微生物进入皱胃

7、和小肠后，这些糖原又可成为宿 主动物的葡萄糖来源之一。2、蛋白质的分解与合成日粮中的蛋白质有 50%以上可被瘤胃微生物的蛋白酶分解为氨基酸，后者在 微生物脱氨酶的作用下生成氨、二氧化碳和有机酸。随后在有能量供应的条件下， 微生物利用碳水化合物分解的代谢产物作为碳架，与氨合成氨基酸，重新转变为 微生物菌体蛋白，随后再被动物消化和利用。瘤胃微生物也可直接利用非蛋白氮（如尿素和铵盐等）合成氨基酸，然后转 变为菌体蛋白质。反刍动物最大的营养特点就是能够借助瘤胃微生物的作用， 利用日粮蛋白（或 非蛋白氮）降解产生的氨、肽和氨基酸作为氮源，利用日粮碳水化合物发酵产生 的挥发性脂肪酸（ VFA ）和 ATP

8、 分别作为碳骨架和能量合成微生物菌体蛋白 （ MCP ）。日粮中的碳水化合物（包括淀粉、纤维素、半纤维素等）在瘤胃微生物的作 用下生成乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸（ VFA ），这些挥发性脂肪酸是反刍 家畜主要的能量来源，可以满足宿主动物总能量需要的70%80%。微生物菌体蛋 白是反刍动物最主要的氮源，能提供蛋白需要量的 40%80%。四、瘤胃微生物对碳水化合物的降解机理通常淀粉（粮食）作为畜禽重要的能量来源。对于反刍动物，由于淀粉在瘤 胃中大部分被瘤胃微生物所降解，所以也是瘤胃微生物生长的重要能量来源。关于淀粉的代谢过程大家都比较熟悉，但对于纤维素由于不同的组成结构造 成了功能上的巨大差异

9、。纤维素虽同淀粉和糖原一样是由葡萄糖构成的，但其葡 萄糖分子间的连接方式却有所不同，淀粉和糖原分子组成中的葡萄糖是D-葡萄糖以a -1, 4糖苷键相连接，而纤维素则是 D-葡萄糖以B -1, 4糖苷键相连接。纤维素的降解需要一系列酶的协同作用，而这些酶均可由瘤胃微生物所产生。 纤维素酶能催化纤维素的水解反应，从而打开纤维素的糖苷键，得到最终产物 D-葡萄糖。目前所知纤维素酶由C1酶、Cx酶和B -葡萄糖苷酶（纤维二糖酶） 组成。C1酶主要是破坏结晶纤维素，使其活化，Cx酶则将经C1酶活化的纤维素分解成纤维二糖，最后由B -葡萄糖苷酶水解纤维二糖为葡萄糖。C假天熱纤维衆k直洋歼维策Cx蔭u处淫过

10、的纤维纤维二辖卜琶荀糖音険T纤维素酶作用模式图纤维素水解模式图在反刍动物的瘤胃中，碳水化合物（包括淀粉、纤维素等）的降解可分为两个阶段：首先是复杂的碳水化合物在各种酶的作用下降解成简单的糖类；然后这些简 单的糖类迅速被微生物利用转化成丙酮酸，丙酮酸再经过各种代谢途径进行发酵, 发酵终产物主要有乙酸、丙酸、丁酸、甲烷等。絆维案瀝粉纤维二糖羞芽精异麦芽睡萄糖半纤维第aasK6-确酸具灌黒懺4具寰哦戊聚菇k戊粮1方-磷酸吴着1丙酮酸多糖降解产生丙酮酸的主要途径丁曲gH：乳 两礁珀頑芮整强産A丙瘤胃中丙酮酸代谢的主要途径刍动物对饲料碳水化合物（包括纤维素、半纤维素、淀粉等）的吸收主要以 挥发性脂肪酸（

11、VFA ）的形式进行。研究表明，VFA约占反刍动物吸收总能量的 70%左右，因而，VFA在反刍动物碳水化合物营养中占有重要地位。五、瘤胃微生物利用无机氮源合成菌体蛋白的机理反刍动物瘤胃中有大量微生物，决定了其对饲料有独特的消化生理特点。随 着反刍动物营养学研究的深入和饲喂技术的发展，尿素等非蛋白氮（NPN）已广泛应用于牛羊的生产中，可部分代替饲料中的天然蛋白质。瘤胃微生物能分解饲料中的纤维素，同时，反刍动物也可利用微生物产生的 脲酶，将饲料中加入的非蛋白氮（NPN）分解成氨和二氧化碳，然后微生物利用 氨作为氮源，与饲料中碳水化合物分解产生的酮酸共同作用，合成微生物菌体蛋 白。经研究分析发现：瘤

12、胃中40余种瘤胃细菌对氮源的要求，其中80%的菌株能 够利用氨态氮作为唯一氮源生长，26%的菌株必须依靠氨态氮生长，55%的菌株既 可以利用氨态氮，也可以利用氨基酸氮生长。这些菌体蛋白（MCP）有很高的营养价值，其提供的氨基酸占反刍动物小肠 内氨基酸总量的40%80%,并具有相对稳定的氨基酸类型与配比。 菌体蛋白在胃 肠蛋白酶的作用下，被分解为氨基酸，从而在小肠中被吸收利用。在反刍动物饲料中经常加入尿素等无机氮源，以增加动物对氮素的利用率。 饲料中的尿素不能被动物直接吸收，而是进入瘤胃后在脲酶的作用下，分解为氨 和二氧化碳。瘤胃微生物再利用氨合成菌体蛋白，菌体蛋白进入真胃和小肠后被 吸收。徹生

13、物眠酶 尿季氨+二氧化碳微生物纤维素酶戰水化合物拝发性脂肪釀+酮酸氨基體合成酶氨+酮醴氨基醴蛋白质合成酶氨基體徽主物菌休蛋白真胃*小肠蛋白分解酶锻生物菌体蛋白游离賀基醴合成小肠吸收的游高氨基醴牛羊的体姐织反刍动物利用尿素非蛋白氮的过程饲料添加剂品种目录（中华人民共和国农业部公告第1126号2008）非蛋白氮：尿素、碳酸氢铵、硫酸铵、液氨、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、缩 二脲、异丁叉二脲、磷酸脲。适用范围：反刍动物但是，单胃动物不能直接利用非蛋白氮，只有通过微生物的发酵形成菌体蛋 白，才能被吸收利用。根据上述原理秸秆发酵饲料技术概括为:模拟瘤胃微生物发酵原理；创造了体外秸秆发酵技术。给猪禽增添一个人

14、工瘤胃；让牛羊再造一个人工瘤胃。用秸秆纤维素替代淀粉能量；合成菌体蛋白节约蛋白饲料。有效利用秸秆资源发展养殖。六、秸秆发酵的研究与利用状况利用微生物发酵秸秆可以使秸秆中的纤维素、半纤维素得以降解，其降解产 物可以进一步被酵母菌等微生物利用，转化成优质的菌体蛋白。不仅可以提高粗 纤维、果胶和蛋白质的利用效率，而且产生的多种有机酸能够软化秸秆、改善秸 秆的适口性，使畜禽采食量提高，显著提高其生产性能，节约饲养成本；同时， 含有的多种有益微生物对改善瘤胃微生物发酵、调整胃肠道的微生态平衡、防治 肠道疾病具有重要作用。目前常见的秸秆微生物发酵菌剂中含有：乳酸菌、酵母菌、丝状真菌、芽孢 杆菌四大类，各有

15、其特点和用途，但主要目的和作用是改善秸秆的适口性和调整 动物胃肠道微生态平衡。目前常见的秸秆微生物发酵菌剂中含有：乳酸菌、酵母菌、丝状真菌、芽孢 杆菌四大类，各有其特点和用途，但主要目的和作用是改善秸秆的适口性和调整 动物胃肠道微生态平衡。（1）乳酸菌： 乳酸菌发酵产生乳酸能够软化秸秆、改善发酵饲料的适口性、提高采食量， 并且达到保护饲料的目的（降低 pH）。但乳酸菌产生分解酶的能力较低，产生的 乳酸又不能改变秸秆粗纤维的结构，因此，对动物消化率的提高影响不大。（ 2）酵母菌：酵母菌在有氧的条件下细胞大量增殖，利用其它微生物发酵产物，合成自身 蛋白质和 B 族维生素等营养成分。酵母细胞一般含蛋

16、白质 50%左右，是很好的蛋 白饲料。酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵，使发酵饲料具有特殊的酒香味。但酵母菌本身一般不能产生分解秸秆纤维素的各种酶类，只能利用其它微生 物分解秸秆后产生的单糖等代谢产物合成菌体蛋白，因此，在生产实际中多用于 和其它微生物配合使用，提高蛋白质的合成效率。（3）丝状真菌：主要包括曲霉和木霉，如黑曲霉、米曲霉、康氏木霉等，此类菌株能产生多 种纤维素酶、蛋白酶，可对秸秆中的粗纤维进行有效降解，但丝状真菌主要是通 过固体发酵方式制备菌剂，发酵过程粗放，产品质量不稳定。重要的是丝状真菌为耗氧菌， 在厌氧条件下不能生长 （如在秸秆物料堆深处） 所以在秸秆生料中的生长势弱，易造成

17、杂菌污染，致使秸秆发酵失败。（4）芽孢杆菌：近来研究的热点是芽孢杆菌，芽孢杆菌具有较高的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、 纤维素酶活性，对粗纤维具有较强的降解能力。更重要的是芽孢杆菌能产生芽孢，便于菌剂的工业化生产。且芽孢杆菌为兼 性厌氧菌，繁殖快，生长势强，发酵秸秆生料易获得成功。另外，芽孢杆菌菌体 进入动物肠道后能迅速消耗大量氧，保持肠道的厌氧环境，抑制致病菌的生长， 维持肠道正常微生态平衡。总的来讲，目前关于秸秆饲料发酵应用技术尚处在发展过程中，存在的问题 可以概括为三个方面：1、基础研究严重不足秸秆发酵离不开微生物的作用，但目前对用于秸秆发酵的微生物种质资源和 发酵机理缺乏系统的研究，对秸秆纤

18、维素的降解与利用机制、微生物利用无机氮 源合成菌体蛋白也缺少深入研究。2、秸秆发酵菌剂的生产工艺有待于实现工业化 对用于秸秆发酵的微生物的系统研究一直是一个薄弱环节，严重影响了菌剂 的生产和作用效果。集中表现为：（1）目前已确定的在我国适宜作饲料添加剂的菌种种类还太少，且菌种的发 酵活力低现仅规定乳酸杆菌、芽孢杆菌、白腐菌、酵母、曲霉、木霉和青霉等少数菌 种可用作饲料添加剂。另外，对微生物菌种作为饲料添加剂和发酵剂的要求是应 该有很大区别的。（2）生产菌株稳定性差 菌剂从生产到实际应用，所处的环境大不相同，在营养状况、环境温度、 pH 等方面都发生了变化。首先面临的是菌剂失活问题，从而无法保证

19、菌株正常发挥 功能，致使实际应用效果大打折扣。所以要获得高稳定性的菌剂，需要在优良菌 株的筛选、高活力菌剂的发酵工艺、菌体保护等关键技术方面获得突破。（ 3）菌剂生产工艺多数不成熟 主要表现为制剂中的活菌菌数不够等问题。菌剂的活性是最重要的，但由于 发酵和后处理生产工艺的不成熟往往使生产、保存中的活菌率低，影响了使用效 果。（ 4）国家相关法规的制定迟后 到目前为止，国家还没有出台关于微生物饲料添加剂生产和使用的强制性执 行标准（仅规定了那些菌株可以使用，但无生产标准），更无用于秸秆发酵菌剂 的生产标准。3、宣传不当 今年来许多生产厂家为了宣传其产品，夸大了秸秆处理技术水平和秸秆利用 价值。如

20、秸秆中粗蛋白质含量是以含氮总量推算的，如果不添加 N 原料，秸秆无 论怎样处理，其蛋白质总量不会发生改变，只有在微生物利用添加的氮源转化成 菌体蛋白才是真蛋白。可以说：目前的秸秆处理技术真少伪多，严重影响了人们对秸秆发酵技术和 发酵饲料的认识。七、关于发酵秸秆菌株的选择标准问题用于秸秆发酵的菌株必须符合下列条件：1、菌株必须是芽孢杆菌，否则很难保证产品的质量稳定选用芽孢杆菌菌株进行液体深层发酵，菌体在培养后期诱导形成芽孢。由于 芽孢具有抗高温、抗干燥、耐酸碱、贮存期长等特性，使其能在干燥过程中保持 了高稳定性，保证了菌剂的活性，延长了菌剂保质期。不同的菌种的高温的耐受力差异较大，芽抱杆菌耐受力

21、最强，110°C下5 min损失只3%5%,而在80 C下5 min，乳酸杆菌、酵母菌损失70%80%。一般 制粒80C100C对芽抱杆菌影响很小，对乳酸杆菌、酵母菌和粪链球菌等影响较 大。目前在秸秆发酵中使用的产酸菌株有嗜酸乳杆菌、乳酸乳杆菌、植物乳杆菌 等。这些菌株均不产生芽抱，发酵菌剂均使用菌体制备而成，所以菌剂的活性保 存期短，一般不超过半年，产品质量不稳定（活菌数迅速降低），严重影响了使 用效果。根据上述弊端，我们在反刍动物肠道内容物和粪便中筛选出了能够产生有机 酸、产生纤维素酶的芽抱芽抱杆菌菌株，优化了芽抱发酵条件，制备了发酵菌剂 （芽抱粉），用于秸秆发酵。芽抱干粉保存期

22、长，保存 2 年以上活菌数没有明显 降低。2、菌株分泌的分解酶活性高，能够有效降解秸秆中的粗纤维检测了 4 种主要酶的活性：纤维素酶系（分解纤维素），木质素过氧化物酶、 锰过氧化物酶、漆酶（ 3 种酶联合作用降解木质素）。筛选出的菌株酶活性高，如 其中1株枯草芽抱杆菌菌株的木质素过氧化物酶活为1660U/mL,锰过氧化物酶1760U/mL，漆酶 150U/mL。由于目前尚没有秸秆饲料发酵菌剂的国家标准，可参考有机物料腐熟剂的国 家标准（秸秆腐熟后用做肥料）做一对比分析：秸秆腐熟剂国标规定纤维素酶活 力30U/mL即可，我们所筛选出的菌株酶活性大大超过国家标准。3、菌株能够有效地利用无机氮源合成

23、菌体蛋白 在秸秆物料中加入一定量的无机氮源供菌体生长合成菌体蛋白之用，由此提高了发酵秸秆的粗蛋白含量。 要求筛选出的菌株对无机氮的利用率达到 98%以上， 发酵秸秆中基本无有利氨残留。4、发酵秸秆后能产生足够量的挥发性脂肪酸挥发性脂肪酸一方面使发酵后的秸秆保持低 pH，利于发酵秸秆的保存，避免 二次发酵；更重要的是挥发性脂肪为动物的能量物质。经检测，发酵后的秸秆中 挥发性脂肪酸总含量达到了 90110g/Kg?干发酵秸秆，在节省粮食的前提下为畜 禽生长提供了能量来源。5、菌株的安全性1989 年美国食品与药物管理局（ FDA ）和美国饲料公定协会（ AAFCO ）公布 的可安全用于微生态制剂的

24、微生物菌种有 43种，欧洲市售的微生态制剂约 50种。 2003年国家农业部公布了 15种（类）可使于饲料添加剂的菌种：地衣芽孢杆菌、 枯草芽孢杆菌、双歧杆菌、粪肠球菌、屎肠球菌、乳酸肠球菌、嗜酸乳杆菌、干 酪乳杆菌、乳酸乳杆菌 、植物乳杆菌、乳酸片球菌 、戊糖片球菌、产朊假丝酵母、 酿酒酵母、沼泽红假单胞菌。我们所使用的菌株有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、 酵母菌菌株，均在国家规定范围之列，使用安全。八、关于菌剂的生产工艺问题1 、芽孢发酵生产工艺采用 20吨发酵罐发酵培养，发酵周期短（ 1315小时），终期芽孢数量高， 达到3050亿/mL以上，芽抱形成率达到90%以上。保证了后续的干燥工艺

25、。2、离心浓缩和喷雾干燥工艺芽抱发酵液经离心浓缩后芽抱数达到 200亿个/mL以上，喷雾干燥后的菌粉中 芽抱含量超过1000亿/g。芽抱粉可以根据产品规格的需要配兑成不同芽抱含量的 产品，如 100 亿个芽抱 /g 的成品，保存使用方便。九、发酵秸秆饲料的应用效果1 、生化检测指标玉米秸秆经发酵后粗蛋白含量可以达到 11%15%（根据辅料添加量进行合理 调整）；每公斤发酵后的干秸秆中挥发性脂肪酸含量达到 90g110g;粗纤维降解 率30%。纤维素转化利用率大大提高，显著提高了秸秆的营养价值。秸秆发酵后 的 pH 将至 4.5 以下，利于保存。2、动物饲喂效果本技术从 2009年 5 月开始，分别在吉林、辽宁、河北省等地进行了大量的示 范推广，在猪牛羊上均取得了显著的饲喂效果，在减少原饲料中的玉米粉等能量 饲料30% （奶牛、育肥生猪）50% （肉牛、羊等），减少豆饼粉等蛋白饲