王国桦，姜高亮，崔俊乐

(郑州大学 化工与能源学院，河南 郑州 450001)

秸秆固态发酵饲料，就是利用高活性微生物菌剂，如霉菌、酵母和细菌等，针对秸秆纤维素含量高的特点，使霉菌分泌出的多种酶类将秸秆中的淀粉、纤维物质及果胶等转化为各种糖类，再利用酵母和乳酸类细菌将初步分解后的饲料中的某些成分进一步合成为营养价值较高、适口性更好的物质，如维生素、氨基酸、蛋白质、其它有机酸、促生长因子等[1]。

秸秆固态发酵饲料现有技术主要是通过添加特定酶或菌种来实现，但特定酶往往由菌种分泌产生，因此主要研究适用于秸秆发酵饲料所用的菌种。根据秸秆发酵饲料所要解决秸秆纤维素过多、粗蛋白较少的特点，秸秆发酵饲料添加用菌种所要求需解决的问题主要包含以下几个方面：①高效分解纤维素、半纤维素、木质素等植物细胞壁组分；②能够产生多种分解酶；③能将无机氮转化为菌体蛋白，合成和分泌多种营养物质；④显著改变秸秆适口性；⑤不产生有毒和致病物质；⑥繁殖发育速度快；⑦菌种性能稳定；⑧菌种间兼容性好，具有协同作用。根据以上特点，将菌种按照主要作用分为以下几类：①用于分解木质素菌种；②用于分解纤维素菌种；③用于生产蛋白菌种。

1 用于分解木质素菌种

木质素占植物秸秆细胞壁的绝大部分，且因其与纤维素之间的酯键作用而形成复杂致密的结构，秸秆较难直接被利用，因而如何破除分解木质素是制作秸秆发酵饲料的重中之重。常用于分解木质素的微生物为木腐菌，主要有白腐真菌、褐腐真菌和软腐真菌三类，在这三类中尤以白腐真菌分解木质素效果最好[2]。

白腐真菌在生物学分类上属于真菌界担子菌亚门担子菌纲[3]，白腐真菌能有效降解木质素，主要是因为白腐真菌的菌丝分泌出的超纤维氧化酶能够溶解秸秆表面的蜡质，从而使菌丝进入秸秆内部，再分泌释放出能降解木质素的酶系酵母菌[4]。除此之外，多数白腐真菌在分解木质素的同时还能够释放单细胞蛋白，这便显著提升了秸秆的营养价值。

2 用于分解纤维素菌种

自然条件下，秸秆放置一段时间后也可以自行被分解，其主要是因为自然界存在了多种微生物能够分解纤维素。经研究，能分解纤维素的微生物主要有放线菌、细菌和真菌[5]。放线菌大多能产生抗菌素，高温放线菌可产生C1和CX酶，具有很强的分解纤维素的能力，可利用尿素、硝酸盐、无机铵盐等无机氮源及葡萄糖、甘油、麦芽糖等有机物质，但却难以利用乳糖，多数放线菌适宜的生长环境为pH值=4.8～5.0，温度6～38℃[1]。细菌虽然可以产生一定数量的纤维素酶，但往往因为这些酶不容易释放到外部，且几乎无法分解木质素，因而使用较少[5]。但研究发现，仍然有一部分细菌适宜用来生产秸秆发酵饲料，主要有枯草芽孢杆菌，这是芽孢杆菌属的一种，生物学分类上来讲属于细菌的一种，它能够产生多种消化酶及营养物质。这些物质不但能分解纤维素和脱毒，而且能提高瘤胃环境氨态氮总量、总挥发性脂肪酸及丙酸含量，同时能够降低瘤胃环境乙酸质量浓度及乙酸/丙酸，营造合适的瘤胃环境，从而促进动物消化，除此之外还可以增加蛋白质含量，显著改善饲料的适口性[6]。不过，具体到实际研究和生产中，往往用来分解纤维素的多是真菌，而其中又以霉菌居多。

霉菌是某些丝状真菌的统称，严格意义上来讲，并不是生物学上的一个分类名词，在分类上属于真菌门的各个亚门。其结构特点是有一个或多个细胞核，无隔或有隔，细胞壁分三层：内层为几丁质微纤维，夹杂无定形蛋白质(20 nm)；中层为糖蛋白，蛋白质网中间填充葡聚糖(49 nm)；外层为无定形的β葡聚糖(87 nm)[7]。用于秸秆发酵饲料的霉菌主要有青霉、木霉、曲霉、根霉及添斑霉等，这些霉有一个共同点就是可以产生纤维素酶。其中根霉主要用于产生淀粉酶，黑曲霉可产生果胶酶、淀粉酶及可分解直链纤维素的CX酶；绿色木霉可产生C1、CX、淀粉酶及纤维二糖，能够降解纤维素从而破坏植物细胞壁，从而进一步释放细胞中的蛋白质和淀粉等物质，提高秸秆发酵饲料的营养价值[6]；康氏木霉也能够产生纤维素酶，其胞外酶的特点很好地适用于外部纤维素的分解[1,8]。

3 用于生产菌体蛋白菌种

单细胞蛋白(Single cell protein，简写为SCP)，又被称作菌体蛋白或微生物蛋白，是经微生物作用将植物细胞壁结构分解为糖类后，与分泌出的细胞内容物被乳酸菌和酵母菌利用后所形成的单细胞蛋白[8]。生产单细胞蛋白的微生物主要包括酵母、细菌、藻类等，其中尤以乳酸菌和酵母菌最为常见。

乳酸菌(Lactic acid bacteria)指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称，其特点是可利用糖类等营养物质发酵产生乳酸。凡是能从葡萄糖或乳糖的发酵过程中产生乳酸的细菌统称为乳酸菌，目前已知的共有200多种，生物学上至少可分为18个属，其中绝大部分都是动物体内必不可少的且具有重要生理功能的菌群，主要负责维持消化系统平衡，适宜的生长环境为厌氧或微需氧，温度20～50℃，含水量40%～50%，而且可与酵母菌共同培养[1,9]。

酵母菌是一种单细胞真菌，含有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核等结构，目前已知的酵母菌有1000多种。酵母菌适宜在水分含量高的原料中生长繁殖。其代谢方式可分为有氧和无氧发酵，主要产物为乙酸、乙醇、乳酸、琥珀酸等。可利用无机盐及糖分在极短的时间内合成蛋白质，且其营养价值与动物性蛋白相近，同时还能产生维生素、未知促生长因子等有益副产物[1,10]。

秸秆固态发酵生产饲料有着极大的经济及环保价值，尤其是在当今环保政策愈加趋紧的情况下如何更加有效地利用秸秆，解决环境污染并使其变废为宝有着重大意义，秸秆固态发酵生产饲料添加用菌种已有较为成熟的发展，但现有工艺条件及生产设备都面临很多待解决的问题，仍然需要进行长期的深入研究。