CN108208347A - 一种降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物，包括菌制剂——植物乳秆菌和布氏乳秆菌；与酶制剂——纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶、β‑甘露聚糖酶、果胶酶或漆酶的一种或几种；进一步地，本发明酶菌混合物还可以选自β‑甘露聚糖酶、果胶酶或漆酶的一种或几种。本发明还提供了利用上述酶菌混合物降低棉秆中纤维含量的操作方法。本发明的酶菌混合物可明显改善棉秆品质、提高棉秆中粗蛋白含量、降低中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和木质素的含量，进而对饲料的利用率具有积极影响，具有社会生产指导意义。
Description
技术领域
本发明属于动物营养与饲料科学研究领域，具体涉及一种降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物和方法。
背景技术
新疆是我国的棉花种植大省，2011年以来全国棉花种植面积逐年递减，而新疆呈递增趋势。2015年之后，新疆占全国的棉花种植面积比例已经达到50％以上。所以，新疆的棉秆资源十分丰富，棉秆的科学利用对新疆畜牧业具有重要意义。由于棉秆中的营养物质很难被动物吸收利用或者是利用率较低，被认为是一种低质的粗饲料，长期以放牧的形式利用。近年来，为了缓解粗饲料供给不足的压力，加大了对棉秆的利用。人们将棉秆作为粗饲料源制成全价颗粒饲料饲喂牲畜，这种方法提高了棉秆的利用量，被大力推广。此外，畜牧养殖活动中，也有将棉秆进行黄贮的实例，但无论是将棉秆制成全价颗粒饲料，还是进行黄贮，都只能提高动物对棉秆的采食量，而并不能改善棉秆本身的营养价值。目前，在畜牧学领域，对于棉秆的研究集中于其营养价值评定、饲用性评价及饲粮中最佳的添加比例等方面，且相关的研究报道较少，这可能是由于棉花种植区域性明显，许多地区棉秆资源量并不大，粗饲料资源也较为丰富。棉秆是新疆最为丰富的秸秆资源之一，在新疆某些区域，尤其是新疆南疆的绝大部分地区，棉秆是反刍动物的主要粗饲料来源之一，在没有解决粗饲料缺乏的畜牧生产背景下，提高棉秆的利用率具有极强的现实生产意义。
棉秆中粗蛋白含量为6.5％、纤维素含量为44％，半纤维素含量为10.7％、木质素含量为15.3％、干物质有效降解率为33.3％，见表1。相比于小麦和玉米秸秆，棉秆中纤维素和粗蛋白含量较高、木质素含量极高，而干物质有效降解率较低。纤维素、半纤维素和木质素等粗纤维是棉秆营养组成的主要部分，这些物质很难被动物消化道产生的酶所消化吸收。木质素可以通过各种化学键与纤维素、半纤维素相连，形成更加复杂的物质—木质纤维素。由于棉秆中的木质素性质稳定，对纤维素和半纤维素具有极强的保护作用，进而导致纤维物质难以被利用。反刍动物瘤胃微生物可以部分降解纤维素、半纤维素，对于木质素很难降解；而单胃动物对于粗纤维各种成分的消化利用更为有限。
表1营养价值参数表单位：％
注：数据引自魏敏，雒秋江，等.对棉花秸秆饲用价值的基本评价[J].新疆农业大学学报,2003,26(1):1-4.
降低棉秆中纤维含量以提高其利用率至今仍是畜牧生产中的一大难题。当前，降低饲料中粗纤维含量的方法主要有理化处理和生物降解两种方法。理化处理主要是对农作物秸秆进行碱化、蒸汽爆破、膨化和研磨等处理，以打破农作物秸秆中的木质纤维素结构。此法可去掉约50％的木质素，但成本较高，且存在二次污染的风险。利用生物技术的方法处理农作物秸秆，可以达到利用微生物等手段降解农作物秸秆中的木质素，利用微生物处理具有条件温和、专一性强、不存在环境污染、处理成本低等优点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物，包括以下组分：
菌制剂：植物乳秆菌和布氏乳秆菌；
酶制剂：纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶、果胶酶或漆酶的一种或几种。
优选地，本发明所述的降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物中，所述酶菌混合物包括以下组分的一种或几种：
菌制剂：植物乳秆菌和布氏乳秆菌；
酶制剂：纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶；
以及选自β-甘露聚糖酶、果胶酶或漆酶的一种或多种。
优选地，本发明所述的降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物中，所述植物乳秆菌和布氏乳秆菌的添加量分别为1-2g/kg；更优选地，所述植物乳秆菌和布氏乳秆菌的添加量分别为1.8g/kg。
优选地，本发明所述的降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物中，所述纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶的添加量分别为0.1-0.6g/kg；更优选地，所述纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶的添加量分别为0.6g/kg。
优选地，本发明所述的降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物中，所述β-甘露聚糖酶的添加量为0.1-0.6g/kg、果胶酶的添加量为0.5-1.5g/kg、所述漆酶的添加量为1-3g/kg；更优选地，所述β-甘露聚糖酶的添加量为0.6g/kg、果胶酶的添加量为1.2g/kg、所述漆酶的添加量为3g/kg。
本发明的另一方面为提供降低棉秆中纤维含量的方法，包括以下步骤：
1)将棉杆进行物理粉碎；
2)将粉碎后的棉杆加入酶菌混合物进行充分混合；
3)将混合均匀的棉秆与酶菌混合物进行厌氧发酵；
优选地，本发明所述的降低棉秆中纤维含量的方法中，所述棉杆粉碎至2-3cm。
优选地，本发明所述的降低棉秆中纤维含量的方法中，所述酶菌混合物所述酶菌混合物包括以下组分的一种或几种：
菌制剂：植物乳秆菌和布氏乳秆菌；
酶制剂：纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶；
以及选自β-甘露聚糖酶、果胶酶或漆酶的一种或多种。
优选地，本发明所述的降低棉秆中纤维含量的方法中，所述植物乳秆菌和布氏乳秆菌的添加量分别为1-2g/kg；更优选地，所述植物乳秆菌和布氏乳秆菌的添加量分别为1.8g/kg。
优选地，本发明所述的降低棉秆中纤维含量的方法中，所述纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶的添加量分别为0.6g/kg，所述β-甘露聚糖酶的添加量为0.1-0.6g/kg、果胶酶的添加量为0.5-1.5g/kg、所述漆酶的添加量为1-3g/kg；更优选地，所述β-甘露聚糖酶的添加量为0.6g/kg、果胶酶的添加量为1.2g/kg、所述漆酶的添加量为3g/kg。
本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)具有社会生产指导意义。本法中所涉及的酶菌制剂可在市场上采购，因此可用于生产实践。据估算，新疆年产棉秆600万吨左右，如果棉花秸秆的利用率提高5％，则可多提供约42万只羊(30万吨)的饲草，可产生经济效益约33亿元(800元/只)；如果利用率提高5％～10％，则至少可产生经济效益33～66亿元。
2)本法可明显降低棉秆中纤维含量。饲料中中性洗涤纤维与家畜的采食量呈负相关，酸性洗涤纤维与动物对饲草的消化率也呈负相关，木质素是不被动物利用的成分。本研究中F组和G组发酵棉秆中，相比于对照组，中性洗涤纤维下降6.44％～8.00％、酸性洗涤纤维下降6.34％～10.97％、木质素含量下降33.73～37.12％。由于，本法可显著降低棉秆中各种纤维物质的含量，进而对饲料的利用率具有积极影响。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中的试验数据经Excel软件进行统计后，使用SAS 9.0软件进行显著性分析。统计结果采用Tukey法进行多重比较，极显著水平为P＜0.01，显著水平为P＜0.05。
实施例1酶菌混合物处理棉杆
秸秆：试验用棉秆采集于新疆喀什地区巴楚县，风干秸秆经2cm筛孔粉碎机粉碎。
菌制剂：植物乳秆菌(≥2×1010cfu/g)和布氏乳秆菌(≥2×1010cfu/g)为袋装冻干粉，4℃冰箱保存。
酶制剂：纤维素酶(1万U/g)，木聚糖酶(18万U/g)，β－葡聚糖酶(4.1万U/g)，β-甘露聚糖酶(3万U/g)，果胶酶(1万U/g)，粉末状，袋装；漆酶(1万U/g)，液体状。酶制剂置于4℃冰箱保存，购自夏盛实业集团有限公司。
酶制剂与菌制剂组合方式如下，各处理设计3个重复。
表2酶制剂与菌制剂组合处理设计方案
注：漆酶为液体状，添加时以毫升计，每毫升漆酶重量以1克计。
对照组CK：蒸馏水
将各处理所需用量的酶菌混合物溶于2500mL蒸馏水中，均匀喷洒到约1.7kg粉碎后的棉秆中，调整水分含量至60％左右，混合均匀，分成3等份，装入聚乙烯袋(24cm×40cm)中，每袋1.4kg，然后用真空包装机抽真空封口，室温避光贮藏90d后开封取样。对照组添加等体积蒸馏水。
实施例2发酵棉杆参数测试
1、感官指标评定：打开密封袋后通过pH值、气味、色泽、质地等指标进行评价，具体方法参照玉米秸秆青贮发酵感官指标评价的方法进行，如下表3所示。
表3玉米秸秆青贮发酵感官指标评价
测试结果如下：酶菌混合物对发酵棉秆感官评分的影响
与对照组相比，加入酶菌混合物发酵棉秆的感官评分总体上呈上升趋势(P＜0.01)，H组和F组最高，显著高于CK、A、B、C和D五个处理组(P＜0.01)。
表4酶菌混合物对发酵棉秆感官评分的影响
注：同列肩标含有不同大写字母表示差异极显著(P＜0.01)，含有不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)，下同。
2、pH值测定：打开密封袋后，取50g发酵棉秆和450mL蒸馏水，放入500mL三角瓶中，封口，置于4℃冰箱中浸提24h，其间摇晃3～5次，最后用四层纱布过滤，并挤尽残渣中的提取液，用定量滤纸过滤后，用pH测定仪测定pH值。剩余的发酵棉秆，阴干，测定初水分后，装入封口袋中保存，用于常规营养成分的测定。
由表5可知，各处理组间发酵棉秆的干物质含量差异不显著(P>0.05)。与对照组相比，加入酶菌混合物发酵棉秆的pH值明显降低(P＜0.01)。其中，H组最低，与E组相比达到显著水平(P＜0.05)，与除B组和F组外的其它各处理组相比达到极显著水平(P＜0.01)。
表5酶菌混合物对发酵棉秆干物质和pH值的影响
3、酶菌混合物对发酵棉秆中营养成分含量的影响
发酵棉秆中干物质(drymatter,DM)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)、酸性洗涤木质素(aciddetergentlignin,ADL)、粗蛋白(crudepeotein,CP)、粗灰分(Ash)含量参照《饲料分析及饲料质量检测技术》中的方法测定。有机物(organic matter,OM)含量＝DM-Ash，纤维素(cellulose)含量＝ADF-ADL，半纤维素(hemincellulose)含量＝NDF-ADF。
3.1酶菌混合物对发酵棉秆中粗蛋白含量的影响
与对照组相比，F组和G组粗蛋白含量显著提高(P＜0.01)，分别比对照组提高18.99％和22.69％。
表6酶菌混合物对发酵棉秆中粗蛋白含量的影响(％)
| 处理 | 粗蛋白 |
| CK组 | 5.95Bc |
| A组 | 6.38ABbc |
| B组 | 6.49ABabc |
| C组 | 6.28ABbc |
| D组 | 6.49ABabc |
| E组 | 6.80ABabc |
| F组 | 7.08Aab |
| G组 | 7.30Aa |
| H组 | 6.94ABabc |
| SEM | 0.182 |
| P值 | <0.01 |
3.2酶菌混合物对发酵棉秆中纤维含量的影响
3.2.1酶菌混合物对发酵棉秆中纤维含量的影响
发酵棉秆中NDF含量，G处理组比对照组低4.84个百分点，下降8.00％，差异极显著(P＜0.01)。ADF含量F处理组最低，比对照组显著降低10.97％(P＜0.01)。ADL含量F组和H组最低，分别比对照组降低37.12％和39.32％(P＜0.01)。纤维素含量，H组比对照组提高23.87％，差异极显著(P＜0.01)，其它各处理组与对照组相比差异不显著(P﹥0.05)。半纤维素含量组间无差异(P﹥0.05)。
表7酶菌混合物对发酵棉秆中纤维含量的影响(％)
| 处理 | NDF | ADF | ADL | 纤维素 | 半纤维素 |
| CK组 | 60.53A | 45.40Aa | 18.59Aa | 26.52B | 15.83 |
| A组 | 59.37AB | 45.13Aab | 16.96ABa | 27.83B | 14.23 |
| B组 | 60.60A | 43.87ABab | 13.62BCabc | 29.86AB | 17.32 |
| C组 | 58.35AB | 43.08ABabc | 15.46ABCab | 27.81B | 15.83 |
| D组 | 57.84AB | 41.65Babc | 14.76ABCabc | 27.06B | 16.19 |
| E组 | 58.63AB | 42.32ABbc | 12.73BCbc | 29.48AB | 16.30 |
| F组 | 56.63AB | 40.42Bc | 11.69Cabc | 28.73AB | 16.21 |
| G组 | 55.69B | 42.52ABabc | 12.32Cabc | 30.20AB | 13.17 |
| H组 | 58.51AB | 43.92ABab | 11.28Cc | 32.85A | 13.88 |
| SEM | 0.89 | 0.677 | 0.851 | 0.903 | 1.15 |
| P值 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | 0.18 |
4结论
1.加入菌酶混合物后，发酵棉秆的品质得到明显改善。
2.使用酶菌混合物对棉秆进行厌氧发酵，可提高发酵棉秆中粗蛋白5％以上，最大可提高22.69％。
3.与对照组相比，加入酶菌混合物后，发酵棉秆中NDF、ADF和ADL含量最大可分别下降7.80％、10.97％和39.32％。
4.综合各项指标分析，F和G两个处理组的组合方式较好，以F处理组最佳。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物，包括以下组分：
菌制剂：植物乳秆菌和布氏乳秆菌；
酶制剂：纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶、果胶酶和漆酶的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物，其特征在于，所述酶菌混合物包括以下组分的一种或几种：
菌制剂：植物乳秆菌和布氏乳秆菌；
酶制剂：纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶；
以及选自β-甘露聚糖酶、果胶酶或漆酶的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物，其特征在于，所述植物乳秆菌和布氏乳秆菌的添加量分别为1-2g/kg。
4.根据权利要求1所述的降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物，其特征在于，所述纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶的添加量分别为0.1-0.6g/kg。
5.根据权利要求1所述的降低棉秆中纤维含量的酶菌混合物，其特征在于，所述β-甘露聚糖酶的添加量为0.1-0.6g/kg、果胶酶的添加量为0.5-1.5g/kg、所述漆酶的添加量为1-3g/kg。
6.一种降低棉秆中纤维含量的方法，包括以下步骤：
1)将棉杆粉碎；
2)将粉碎后的棉杆加入酶菌混合物进行充分混合；
3)将混合均匀的棉秆与酶菌混合物进行厌氧发酵。
7.根据权利要求6所述的降低棉秆中纤维含量的方法，其特征在于，所述棉杆粉碎至2-3cm。
8.根据权利要求6所述的降低棉秆中纤维含量的方法，其特征在于，所述酶菌混合物所述酶菌混合物包括以下组分的一种或几种：
菌制剂：植物乳秆菌和布氏乳秆菌；
酶制剂：纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶；
以及选自β-甘露聚糖酶、果胶酶或漆酶的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的降低棉秆中纤维含量的方法，其特征在于，所述植物乳秆菌和布氏乳秆菌的添加量分别为1-2g/kg。
10.根据权利要求8所述的降低棉秆中纤维含量的方法，其特征在于，所述纤维素酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶的添加量分别为0.6g/kg，所述β-甘露聚糖酶的添加量为0.1-0.6g/kg、果胶酶的添加量为0.5-1.5g/kg、所述漆酶的添加量为1-3g/kg。
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