CN108813109A - 一种复合真菌发酵秸秆饲料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合真菌发酵秸秆饲料及其制备方法，该发酵饲料包括发酵菌种、基材、氮源以及无机盐营养液；发酵菌种是由黄孢原毛平革菌和拟康宁木霉按一定菌活数比例组成，无机盐营养液成分为:硫酸铵27～35份、磷酸二氢钾28～32份、硫酸镁19～24份、硝酸钠2～5份、氯化铁5～7份、蒸馏水8000～10000份；该发酵饲料的制备方法为用马铃薯提取液对黄孢原毛平革菌和拟康宁木霉分别进行扩大培养得到扩培液，然后在秸秆固态发酵培养基中接入按一定比例混合的两种菌种的扩培液，进行密封发酵。经过发酵后的秸秆纤维素和木质素得到有效的降解，秸秆质地松软，更易被动物采食。

Description

一种复合真菌发酵秸秆饲料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物发酵饲料技术领域，更具体的说是涉及一种复合真菌发酵秸秆饲料及其制备方法。
背景技术
我国作物秸秆资源丰富，将其作为粗饲料可为反刍动物提供5000～8000kJ/kg的能量，但是因为秸秆粗饲料的适口性较差，直接饲喂反刍动物无法达到很好的饲喂效果，并且秸秆中含有大量的木质素成分，其自身不但无法被反刍动物消化利用，还会以酯键链接的形式包裹住可为反刍动物提供能量的纤维素、半纤维素等成分，从而降低了秸秆作为反刍动物粗饲料的消化率和营养价值。
传统发酵技术只能将秸秆中容易被降解的纤维素和半纤维素等成分分解，对木质素的含量影响很小，无法有效的解决动物体内秸秆消化率低下的问题。
因此，如何提供一种既可以改善秸秆适口性、又含有较低木质纤维素含量的发酵秸秆饲料是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种复合真菌发酵秸秆饲料及其制备方法，该复合真菌发酵秸秆饲料降低了木质素和纤维素含量，适口性得到了极大改善，并且从根源上解决了反刍动物对秸秆饲料消化率低下的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种复合真菌发酵秸秆饲料，包括以下组分：发酵菌种、基材、氮源以及无机盐营养液。
优选的，在上述一种复合真菌发酵秸秆饲料中，所述发酵菌种由黄孢原毛平革菌和拟康宁木霉按菌活数比例3-5:1-2组成。
优选的，在上述一种复合真菌发酵秸秆饲料中，所述基材为农作物秸秆，所述农作物秸秆为稻草秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆中的一种或几种。
优选的，在上述一种复合真菌发酵秸秆饲料中，所述氮源为基材重量10-30％的麦麸或者基材重量2～5％的硫酸铵。
本发明以来源广泛且价格低廉的麦麸或者硫酸铵作为氮源，可用于批量生产；并且本发明中氮源含量的高低变化对木质素的降解率有较大影响，主要作用机理为：C/N比对黄孢原毛平革菌产生的木质素降解酶系的活性有影响，过高的C/N比不利于发酵菌种的生长，过低的C/N则会降低木质素降解酶系的活力，从而导致木质素的降解率降低。
优选的，在上述一种复合真菌发酵秸秆饲料中，所述无机盐营养液为基材重量的60～80％。
优选的，在上述一种复合真菌发酵秸秆饲料中，所述无机盐营养液按照如下重量份数的组分进行配制：硫酸铵27～35份、磷酸二氢钾28～32份、硫酸镁19～24份、硝酸钠2～5份、氯化铁5～7份、蒸馏水8000～10000份，无机盐营养液为发酵菌种提供了无机盐及微量元素，有利于发酵菌种的生长和胞外酶的分泌。
本发明还提供了一种复合真菌发酵秸秆饲料的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别将发酵菌种用PDA培养基进行活化，再用马铃薯提取液进行扩大培养得到扩培液；
(2)将基材按饲喂要求粉碎，加入氮源和无机盐营养液，将含水量调节至50～60％后制成秸秆固态发酵培养基；
(3)在秸秆固态发酵培养基中接入扩培菌液，进行密封发酵。
本发明先加入氮源和无机盐营养液后再调节水分，从而保证含水量确定在50-60％，若含水量高于或低于此值都会影响发酵菌种的生长以及降解木质纤维素胞外酶的分泌，并且在批量发酵时，若含水量高于60％，会抑制复合菌的生长，使其他微生物成为主导菌种；并且本发明固态发酵培养基并未涉及到葡萄糖的加入，大大降低了生产成本。
优选的，在上述一种复合真菌发酵秸秆饲料的制备方法中，步骤(1)中发酵菌种的培养条件为：温度28℃、150r/min条件下震荡培养7d，使菌种较快扩培，扩培后将两菌的孢子浓度控制在1×108/mL。
优选的，在上述一种复合真菌发酵秸秆饲料的制备方法中，基材粉碎至粒径小于4cm，其中秸秆粉碎长度对发酵的影响较显著，秸秆的长度越短，发酵菌种与秸秆的相对接触面积越大，木质素降解酶系与纤维素降解酶系便可以更充分的作用于秸秆细胞壁成分，从而提高木质素与纤维素的降解率。
优选的，在上述一种复合真菌发酵秸秆饲料的制备方法中，步骤(3)中在秸秆固态发酵培养基中接入基材重量15-25％的扩培菌液，所述扩培菌液由黄孢原毛平革菌和拟康宁木霉按菌活数比例3-5:1-2组成。
本发明限定的扩培液的接种量与菌种比例为优化试验所得到的最优结果，过高或过低都会影响木质素与纤维素的降解率，适量的扩培液接种量可以缩短菌种生长的延迟期，使拟康宁木霉和黄孢原毛平革菌可以尽快的合成用于分解纤维素和木质素的漆酶、锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶以及纤维素酶等，但是接种量过高会使固态发酵培养基中的营养物质的消耗过快，影响菌种后期的各种正常生命活动，同时菌种产生的代谢产物也会在短期内增多，使合成各种分解酶的速率降低。
优选的，在上述一种复合真菌发酵秸秆饲料的制备方法中，步骤(3)中在25～30℃环境下进行密封发酵10-30天。
本发明在25-30℃的室温环境中进行发酵，可以使发酵菌种更好的生长，并且生产过程的可行性更高；若温度过高或过低都会降低两菌种的生长速度，并且还会抑制木质纤维素降解酶系的活力。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在拟康宁木霉大多应用于农作物疾病的生物防治以及重金属吸附处理等领域的基础上，本发明将其应用于生产发酵饲料，首次实现了将黄孢原毛平革菌和拟康宁木霉两种菌复合运用于批量生产发酵粗饲料中，该菌种在发酵过程中不会对环境造成污染，对动物也无毒副作用，其发酵产物会产生特殊风味，可吸引动物采食，提高采食量。
黄孢原毛平革菌和拟康宁木霉复合使用后，两者产生的纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等可以有效降解植物秸秆细胞壁，通过酶系互补原理，提高了对秸秆木质素与纤维素的降解能力，促进反刍动物对秸秆中纤维素的消化，同时使秸秆质地变得更加柔软，改善秸秆作为反刍动物粗饲料的适口性。
黄孢原毛平革菌作为一种白腐真菌，其菌丝会分泌超纤维氧化酶溶解秸秆表面的蜡质，使菌丝进入到秸秆内部并释放锰过氧化物酶、漆酶、木质素过氧化物酶等木质素降解酶系，从而有效的降解木质素。当木质素被降解后，被其包裹缠绕的部分纤维素、半纤维素得以释放出来被反刍动物所利用，从而提高了秸秆的营养价值以及反刍动物对秸秆的消化率，并且黄孢原毛平革菌和拟康宁木霉两种菌复合发酵后木质素与纤维素的降解能力均高于两菌单独发酵的降解能力。
具体实施方式
下面将对本发明实施例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。
本发明以下实施例中涉及到的发酵菌种为黄孢原毛平革菌CICC40299、拟康宁木霉B17，其中黄孢原毛平革菌由中国工业微生物菌种保藏管理中心提供，拟康宁木霉B17由土壤中分离所得。
实施例1
利用上述发酵菌种制备复合真菌发酵秸秆饲料的方法包括如下步骤：
(1)液体菌种扩大培养
黄孢原毛平革菌用PDA培养基活化，并进行复壮，液体菌种扩大培养基为马铃薯提取液1L，葡萄糖20g，MgSO4·7H2O 1.5g，KH2PO4 3g，维生素B1微量。121℃灭菌15min。培养条件为：温度28℃、150r/min条件下震荡培养7d。扩培后将孢子浓度控制在1×108/mL。
拟康宁木霉B17用PDA培养基活化，并进行复壮，液体菌种培养基为马铃薯提取液1L，葡萄糖10g，蔗糖10g，MgSO4·7H2O 2g，KH2PO4 1g，蛋白胨1.5g，酵母浸出物1.5g，维生素B1微量。121℃灭菌15min。培养条件为：温度28℃、150r/min条件下震荡培养7d，扩培后将孢子浓度控制在1×108/mL。
(2)秸秆固态发酵培养基
将玉米秸秆在自然风干后，用粉碎机粉碎过60目筛，取10g秸秆粉加入2g麦麸，以及7mL的无机盐营养液，混匀后再加入大约10mL的蒸馏水，将含水量调整到50％～60％之间，装于250ml锥形瓶中，121℃灭菌15min。
(3)接菌及发酵工艺参数
按秸秆固态发酵培养基重量分别接入25％的扩培菌液(黄孢原毛平革菌与拟康宁木霉比例为4:1)、于28℃下进行密封发酵11天。
发酵结果：通过范式洗涤纤维测定法测定，玉米秸秆经过复合菌种发酵后纤维素与木质素降解率分别为36.8017％和28.8726％。
实施例2
利用上述发酵菌种制备复合真菌发酵秸秆饲料的方法包括如下步骤：
(1)液体菌种扩大培养：同实施例1；
(2)秸秆固态发酵培养基
将玉米秸秆在自然风干后，用粉碎机粉碎过60目筛，取100g秸秆粉加入80mL的无机盐营养液，混匀后再取3g硫酸铵溶于30mL蒸馏水并加入到秸秆粉中，将含水量调整到50％～60％之间，装于1000ml锥形瓶中，121℃灭菌15min。
(3)接菌及发酵工艺参数
按秸秆固态发酵培养基重量接入20％的扩培菌液(黄孢原毛平革菌与拟康宁木霉比例为3:1)，于28℃下进行密封发酵8天。
通过范式洗涤纤维测定法测定，发酵结果玉米秸秆经过发酵后纤维素与木质素降解率分别为29.19％和23.12％。
实施例3
利用上述发酵菌种制备复合真菌发酵秸秆饲料的方法包括如下步骤：
(1)液体菌种扩大培养：同实施例1；
(2)秸秆固态发酵培养基
将玉米秸秆在自然风干后，用铡草机切短到2～4cm。将3公斤麦麸与10.5升无机盐营养液加入到15公斤切短的玉米秸秆中混匀，最后加入3～5升水，将秸秆固态发酵培养基的水含量调整到50％～60％之间。
(3)接菌及发酵工艺参数
按秸秆固态发酵培养基重量接入25％的扩培菌液(黄孢原毛平革菌与拟康宁木霉比例为4:1)，装入发酵袋后于室温下进行密封发酵30天。
发酵结果：切短的玉米秸秆经发酵后，质地明显变得柔软，并散发出草香味，通过范式洗涤纤维测定法测定，秸秆的纤维素与木质素降解率分别为25.3726％和18.3935％。
本发明还通过实验研究了混合真菌发酵玉米秸秆对绵羊营养物质表观消化率的影响，具体实验如下：
1、实验设计
1.1材料与方法
发酵秸秆的制备：
混合真菌发酵玉米秸秆：将玉米秸秆在自然风干后，用铡草机切短到2～4cm，按比例加入20％的麦麸和70％的无机盐营养液，将水分调节至50％～60％后，接入25％的混合真菌扩培液(拟康宁木霉与黄孢原毛平革菌比例为4:1)，装入发酵袋后于室温下进行密封发酵30天。
商品菌剂发酵玉米秸秆：将玉米秸秆在自然风干后，用铡草机切短到2～4cm，加入3％的硫酸铵和10％的发酵菌粉(商品菌剂市售产品，有效菌为枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌)，将水分调节至50％～60％，混匀后装入发酵袋后于室温下进行密封发酵30天。
1.2试验设计
饲养试验采用3×3拉丁方设计，将6只绵羊羯羊随机分为3个处理组，每组设2个重复，分别为对照组A(粗饲料为100％未发酵玉米秸秆)、试验组B(粗饲料为一定比例的混合真菌发酵玉米秸秆和未发酵玉米秸秆)、试验组C(粗饲料为一定比例的商品菌制剂发酵玉米秸秆和未发酵玉米秸秆)。本试验分为三期，期与期之间不同羊轮换饲喂，保证三个试验期内每只羊都采食到每一种试验粗饲料，每期试验15d，其中包括预饲10d，正试期5d，全期共45天。具体试验设计见表1。
表1 3×3拉丁试验设计
试验期/羊编号 1号、2号 3号、4号 5号、6号
第一期 对照组A 试验组B 试验组C
第二期 试验组B 试验组C 对照组A
第三期 试验组C 对照组A 试验组B
1.3试验日粮及营养水平
试验日粮由玉米秸秆、发酵玉米秸秆和混合精料组成，对照组A粗饲料饲喂100％未发酵玉米秸秆，试验组B粗饲料饲喂50％混合真菌发酵玉米秸秆和50％未发酵玉米秸秆，试验组C粗饲料饲喂50％商品菌制剂发酵玉米秸秆和50％未发酵玉米秸秆。日粮的配置参照中国《肉羊饲养标准》(NY/T816-2004)，日粮组成及营养水平见表2。
表2基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)％
原料 对照组A 试验组B 试验组C
玉米秸秆 60 30 30
发酵秸秆 0 30 30
玉米 18.51 19.25 19.43
豆粕 9.29 9.5 9.58
玉米蛋白粉 9.2 8.25 7.99
食盐 0.76 0.76 0.76
磷酸氢钙 1.24 1.24 1.24
1％预混料 1 1 1
合计(kg) 100 100 100
营养成分
代谢能(MJ/kg) 9.34 9.31 9.30
粗蛋白 14.62 14.63 14.64
钙 0.62 0.62 0.62
总磷 0.39 0.39 0.39
中性洗涤纤维 51.62 48.34 49.25
酸性洗涤纤维 33.11 31.32 31.63
注：1)每千克预混料含FeSO4 16000mg、CuSO4 5200mg、ZnSO4 12000mg、MnSO4·5H2O10000mg、沸石粉256g、Na2SeO3 3g、Co 120mg、VA 200mg、VD3 100mg、VE 600mg、K 16g、Mg74g。
2)代谢能根据原料组成计算所得，其余为实测值。
1.4试验动物及饲养管理
选取6只体重相近，安装永久性瘤胃瘘管的绵羊，每只试验羊进行单笼饲养，羊舍定期消毒灭菌，每天清理羊舍，清水冲洗，保证羊舍的清洁，每日饲喂2次(6:00和18:00)，自由饮水。
1.5测定的指标及方法
在每个时期的正试期第2天开始连续3天，计算采食量，每天8:00和20:00采用全收粪法收集粪便称重。每次取鲜粪总量的10％，加入10％硫酸固氮，-20℃冷冻保存待测。饲料样品和粪样中的干物质(DM)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗蛋白质(CP)含量参照《饲料分析及饲料质量检测技术》测定。
养分表观消化率公式如下：
养分的表观消化率(％)＝(采食量×饲料中该养分含量－鲜粪重×粪中该养分含量)×100/(采食量×饲料中该养分含量)。
1.6数据统计分析方法
本试验数据采用Excel进行整理和初步计算，然后运用SPSS 19.0统计软件进行单因素方差分析，采用Duncan法进行多重比较，试验结果以“平均值±标准差”表示。
2、结果与分析
不同发酵饲料对绵羊营养物质表观消化率的影响结果见表3，由表3可知，试验组B与试验组C的DM和CP表观消化率显著(P<0.05)高于对照组A，且试验组B与试验组C之间的DM和CP表观消化率差异不显著(P>0.05)；试验组B的NDF和ADF表观消化率显著(P<0.05)高于其它两组，且试验组C的NDF和ADF表观消化率显著(P<0.05)高于对照组A。
表3不同发酵饲料对绵羊营养物质表观消化率的影响(％)
项目 对照组A 试验组B 试验组C
DM 69.88±1.07b 76.10±1.47a 75.79±1.28a
CP 54.88±5.59b 64.27±5.51a 61.36±4.05a
NDF 32.14±1.62c 45.78±2.6a 40.92±1.71b
ADF 32.67±2.68c 44.83±1.86a 41.24±1.37b
3、结论
(1)饲喂绵羊混合真菌发酵玉米秸秆与商品菌制剂发酵玉米秸秆，均可以显著提高绵羊对DM、CP、NDF、ADF的表观消化率，且饲喂混合真菌发酵玉米秸秆绵羊的NDF与ADF表观消化率显著高于饲喂商品菌制剂发酵玉米秸秆。
(2)饲喂混合真菌发酵玉米秸秆可以促进绵羊DM、CP、NDF、ADF的消化，从而提高饲料的利用率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种复合真菌发酵秸秆饲料，其特征在于，包括以下组分：发酵菌种、基材、氮源以及无机盐营养液，其中发酵菌种为由黄孢原毛平革菌和拟康宁木霉复合而成的菌种。
2.根据权利要求1所述的复合真菌发酵秸秆饲料，其特征在于，黄孢原毛平革菌和拟康宁木霉按菌活数比例3-5:1-2组成。
3.根据权利要求1所述的复合真菌发酵秸秆饲料，其特征在于，所述基材为农作物秸秆。
4.根据权利要求1所述的复合真菌发酵秸秆饲料，其特征在于，所述氮源为基材重量10-30％的麦麸或者基材重量2～5％的硫酸铵。
5.根据权利要求1所述的复合真菌发酵秸秆饲料，其特征在于，所述无机盐营养液为基材重量的60～80％。
6.根据权利要求1所述的复合真菌发酵秸秆饲料，其特征在于，所述无机盐营养液按照如下重量份数的组分进行配制：硫酸铵27～35份、磷酸二氢钾28～32份、硫酸镁19～24份、硝酸钠2～5份、氯化铁5～7份、蒸馏水8000～10000份。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的复合真菌发酵秸秆饲料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)分别将发酵菌种用PDA培养基进行活化，再用马铃薯提取液进行扩大培养得到扩培液；
(2)将基材按饲喂要求粉碎，加入氮源和无机盐营养液，将含水量调节至50～60％后制成秸秆固态发酵培养基；
(3)在秸秆固态发酵培养基中接入按比例混合的两种菌种的扩培液，进行密封发酵。
8.根据权利要求7所述的复合真菌发酵秸秆饲料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中发酵菌种的培养条件为：温度28℃、150r/min条件下震荡培养7d，扩培后将两菌的孢子浓度控制在1×108/mL。
9.根据权利要求7所述的复合真菌发酵秸秆饲料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中在秸秆固态发酵培养基中接入基材重量15-25％的扩培菌液，所述扩培菌液由黄孢原毛平革菌和拟康宁木霉按菌活数比例3-5:1-2组成。
10.根据权利要求7所述的复合真菌发酵秸秆饲料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中在25～30℃环境下进行密封发酵10-30天。
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