水稻秸稈飼料汽爆工藝參數(shù)的優(yōu)化及品質(zhì)特性研究.pdf

1、秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，同時(shí)也是一種重要的生物質(zhì)資源。中國(guó)每年產(chǎn)出的秸稈總量約7億噸，其中大部分被直接焚燒。秸稈的轉(zhuǎn)移和利用問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)前制約我國(guó)和世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的最大問(wèn)題之一。秸稈作為飼喂用途在中國(guó)有著長(zhǎng)久的歷史，但多數(shù)采用直接飼喂的方式，沒(méi)有經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)娘暳匣幚恚梅绞捷^為低下。經(jīng)氨化、堿化等傳統(tǒng)處理方法處理過(guò)的秸稈飼料雖然在采食量等方面得到一定的提高，但在秸稈最主要組成部分的纖維成分的消化和吸收方面依然未能有較大的突破。

2、>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)肉類(lèi)、蛋類(lèi)及奶類(lèi)的需求不斷增大，養(yǎng)殖業(yè)得到快速發(fā)展，對(duì)飼料的原料和質(zhì)量提出了更高的要求。在當(dāng)前社會(huì)存在一個(gè)特別突出的問(wèn)題，即反芻動(dòng)物的飼料需求與糧食平衡之間的問(wèn)題。
　　成熟的水稻秸稈干物質(zhì)主要由植物細(xì)胞壁組成，主要成分是半纖維、纖維素和木質(zhì)素。木質(zhì)纖維成分構(gòu)成了水稻秸稈的主體，約占秸稈總質(zhì)量的70％～80％。木質(zhì)素不能被各種常規(guī)酸堿所消化，并且秸稈的木質(zhì)纖維成分呈現(xiàn)交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致秸稈在發(fā)生酶解和飼喂消

3、化吸收等生物和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程時(shí)，在反應(yīng)層表面的形成一個(gè)物理保護(hù)層，使得內(nèi)層的反應(yīng)無(wú)法繼續(xù)，形成了空間限制，阻止了內(nèi)層物質(zhì)的生化反應(yīng)，成為制約秸稈飼料發(fā)展的最大難題。
　　為了打破植物秸稈甚至各種木質(zhì)材料的纖維束縛，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者采用酸化、堿化、氨化及各種聯(lián)合處理的方法，來(lái)降解纖維成分，提高還原糖的酶解轉(zhuǎn)化率。有研究表明汽爆處理可以大幅度地提高木質(zhì)材料的還原糖，并有效地降解纖維成分，亦有學(xué)者的研究數(shù)據(jù)持反面結(jié)果。
　　為了研究水

4、稻秸稈的酶解工藝，本研究采用纖維素酶對(duì)水稻秸稈進(jìn)行酶解試驗(yàn)。還原糖的含量用3，5二硝基水楊酸法進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)選用加酶量、酶解時(shí)長(zhǎng)和反應(yīng)溫度作為考察因素。取原始水稻秸稈與蒸汽爆破處理水稻秸稈相對(duì)比。結(jié)果表明纖維素酶用量占秸稈干物質(zhì)質(zhì)量的10％，酶解時(shí)長(zhǎng)48h，反應(yīng)溫度50℃是一個(gè)較為理想的反應(yīng)條件;原始水稻秸稈最大酶解還原糖產(chǎn)量約為9.7％;蒸汽爆破水稻秸稈最大酶解還原糖產(chǎn)量約為34.3％;蒸汽爆破處理能夠顯著提高水稻秸稈的酶解還原糖產(chǎn)量

5、，并加快酶解反應(yīng)所需要的時(shí)間。
　　汽爆處理后的水稻秸稈在色、香、味和形態(tài)等物理性狀上發(fā)生了較大的變化。前學(xué)者雖然對(duì)汽爆后還原糖含量的提高做了研究，但經(jīng)高壓汽爆后的水稻秸稈已不適合做飼料用途。同時(shí)，為了實(shí)際生產(chǎn)需要，保持汽爆壓力的時(shí)長(zhǎng)也需要限定在一個(gè)較低的范圍之內(nèi)。因此需要對(duì)汽爆的加工工藝條件進(jìn)行研究，以滿(mǎn)足秸稈飼料用途。
　　為了探討汽爆水稻秸稈飼料的最佳加工工藝條件，本研究首先采用一次中心組合正交旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，從汽爆壓力、保

6、壓時(shí)長(zhǎng)和秸稈的水分含量三個(gè)因素出發(fā)探討汽爆作用對(duì)水稻秸稈纖維成分的影響。并深入細(xì)致并具體地分析了汽爆作用對(duì)半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量的影響;汽爆作用對(duì)水稻秸稈的NDF、ADF、AIA及灰分含量的影響。并指出前學(xué)者對(duì)纖維素和木質(zhì)素含量結(jié)果異議的原因。
　　根據(jù)一次中心組合正交旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，本研究對(duì)汽爆后的水稻秸稈飼料的色、香、味等物理形態(tài)變化做了評(píng)定。分析了飼料用途的汽爆水稻秸稈較優(yōu)的加工工藝條件范圍。并對(duì)不同汽爆加工工藝條件下的水稻

7、秸稈飼料結(jié)合經(jīng)多種方法處理的水稻秸稈飼料的化學(xué)能值和粗飼料分級(jí)指數(shù)做了細(xì)致研究。并指出飼料分級(jí)指數(shù)的缺點(diǎn)與改進(jìn)方案。本研究通過(guò)對(duì)各種方法處理的水稻秸稈的適口性和咀嚼性對(duì)比表明汽爆水稻秸稈是目前最優(yōu)的水稻秸稈飼料處理方法。
　　為了找出最優(yōu)的汽爆水稻秸稈飼料加工工藝條件，基于一次中心組合正交旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)對(duì)水稻秸稈飼料纖維成分變化和對(duì)水稻秸稈飼料的品質(zhì)特性以及飼料特性的分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了二次回歸中心組合正交旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)。研究不同汽爆壓力、保持

8、壓力時(shí)長(zhǎng)和秸稈含水率對(duì)汽爆水稻秸稈酶解還原糖產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，汽爆壓力、保持壓力時(shí)長(zhǎng)和秸稈含水率對(duì)秸稈酶解還原糖產(chǎn)量有顯著影響。隨著壓力和保壓時(shí)長(zhǎng)的增加，還原糖產(chǎn)量明顯增加;而隨著秸稈含水率的升高，還原糖產(chǎn)量降低。
　　經(jīng)響應(yīng)面法優(yōu)化，在蒸汽壓力1.54Mpa，保持壓力時(shí)長(zhǎng)140.5s，含水率40％的工藝條件下，水稻秸稈酶解還原糖產(chǎn)量最高，實(shí)測(cè)為30.92％。此時(shí)不僅取得了較高的酶解還原糖產(chǎn)量，更在汽爆秸稈飼料的色香味等方面具

9、有極佳的效果，最適合秸稈飼料用途。與微波輻射、氫氧化鈉堿化，氨水氨化，尿素氨化以及熱噴處理相比，汽爆處理的水稻秸稈還原糖產(chǎn)量最高，是目前公認(rèn)還原糖含量較高的熱噴處理還原糖產(chǎn)量的1.94倍。
　　為了探討經(jīng)汽爆處理后的水稻秸稈飼料纖維成分得到降解與分離的原因，本研究采用紅外光譜技術(shù)對(duì)經(jīng)各種方法處理的水稻秸稈進(jìn)行紅外光譜掃描。通過(guò)對(duì)纖維素相對(duì)結(jié)晶度指數(shù)的測(cè)量，表明了纖維素從定形區(qū)向非定形區(qū)轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，從而成功解釋了汽爆作用對(duì)水稻秸稈纖

10、維素的降解機(jī)理，打破了國(guó)內(nèi)外學(xué)者數(shù)十年的困惑。解釋了半纖維的水解、纖維成分組分分離及汽爆水稻秸稈酶解還原糖產(chǎn)率增大的現(xiàn)象。
　　同時(shí)，半纖維水解的理論進(jìn)一步解釋了部分學(xué)者汽爆秸稈后纖維素和木質(zhì)素成分增高的原因。
　　為直接反應(yīng)汽爆水稻秸稈飼料的優(yōu)劣，本研究在最后部分采用體外消化發(fā)酵和體內(nèi)飼喂對(duì)比試驗(yàn)，分別研究汽爆水稻秸稈飼料經(jīng)體外消化發(fā)酵后的干物質(zhì)纖維成分變化，揮發(fā)性脂肪酸和氣體的產(chǎn)量及體內(nèi)飼喂后山羊的體重變化情況。