CN109170211B - 一种提高农作物秸秆体外消化率的方法 - Google Patents

一种提高农作物秸秆体外消化率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高农作物秸秆体外消化率的方法，属于动物饲料技术领域。提高农作物秸秆体外消化率的方法，包括以下步骤：将农作物秸秆、玉米粉和水混合，得到秸秆湿料；所述秸秆湿料的含水量为48％～52％；将所述秸秆湿料在160～200℃条件下膨化18～24s。在玉米粉的作用下农作物秸秆经过高温挤压膨化使农作物秸秆部分细胞壁(纤维素、半纤维素等)成分被破坏，分子间的氢键、醚键和酯键等断裂而糊化，使微生物、酶类更容易降解膨化后的农作物秸秆，从而降低农作物秸秆中纤维素和半纤维素的含量。上述方法制备的物料能够作为动物饲料深加工的原料。

Description

一种提高农作物秸秆体外消化率的方法
技术领域
本发明属于动物饲料技术领域，具体涉及一种提高农作物秸秆体外消化率的方法。
背景技术
我国是农业大国，水稻、小麦和玉米是我国种植面积较广的重要粮食作物。我国年产作物秸秆约6亿多吨，但是作为饲料的数量较少，造成极大资源浪费。目前，国内外学者提高秸秆的营养价值，降低运输成本，提高适口性和吸收率用率。
目前，农作物秸秆的加工处理方法是通过深加工处理，例如，采用具有生化及生物活性物的复合制剂进行发酵秸秆，靠天然有益菌的大量繁殖来增加菌体蛋白，并有抑制杂菌生长，降解粗纤维的作用，能够大大提高秸秆的有效养分和生物学价值；另外直接以农作物秸秆为原料，利用具有生物特异性的人工培养菌株进行发酵，降低农作物秸秆中纤维素的含量，增加蛋白质的含量，提高养脂动物适口性的同时提高饲料的利用率。但是深度发酵的方法往往依赖于生物活性物质或特异性菌株完成，使加工方式受限，同时直接以农作物秸秆为原料导致原料降解不彻底，造成极大资源浪费，不利于实现大规模农作物秸秆的饲料转化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高农作物秸秆体外消化率的方法，具有适用范围广且农作物秸秆消化率高的特点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种提高农作物秸秆体外消化率的方法，包括以下步骤：
(1)将农作物秸秆、玉米粉和水混合，得到秸秆湿料；所述秸秆湿料的含水量为48％～52％；
(2)将所述秸秆湿料在160～200℃条件下膨化18～24s。
优选的，所述步骤(1)中混合的顺序为先将农作物秸秆和水混合，得到湿润农作物秸秆再和玉米粉混合。
优选的，所述步骤(1)中所述农作物秸秆和玉米粉的质量比为1.5～3：1.
优选的，所述步骤(1)中农作物秸秆包括青贮农作物秸秆；所述青贮农作物秸秆的含水量为35％～45％。
优选的，所述农作物秸秆为稻草、小麦秸秆、玉米秸秆或高粱秸秆。
优选的，所述步骤(1)中秸秆湿料的含水量为50％。
优选的，所述步骤(2)中膨化的温度为170～190℃。
优选的，所述步骤(2)中膨化的温度为180℃。
优选的，所述步骤(2)中膨化的时间为20s。
本发明提供了一种提高农作物秸秆体外消化率的方法，主要是在玉米粉参与下利用热膨化的方式实现的，随着膨化温度升高，秸秆湿料中的适量水分进入玉米粉淀粉微晶间隙，使淀粉粒膨胀至原体积的50～100倍，导致淀粉粒解体，淀粉糊化；在玉米粉的作用下农作物秸秆经过高温挤压膨化使农作物秸秆部分细胞壁(纤维素、半纤维素等)成分被破坏，分子间的氢键、醚键和酯键等断裂而糊化，使微生物、酶类更容易降解膨化后的农作物秸秆，从而降低农作物秸秆中纤维素和半纤维素的含量。实验证明：玉米粉和农作物秸秆共同膨化处理，膨化后的物料比膨化前的物料经体外消化率测定，具有显著提高，同时对比实验中仅农作物秸秆经过膨化，膨化前后的秸秆物料在体外消化率方面没有显著变化，这表明本发明提供的提高农作物秸秆体外消化率的方法能有效降低纤维素和半纤维素的含量，便于后续动物饲料深加工方面的应用。
附图说明
图1为稻草热膨前茎秆内外表面结构扫描电镜图，其中图1-a为热膨前稻草茎秆外表面结构扫描电镜图，图1-b为热膨前稻草茎秆内表面结构扫描电镜图；
图2为稻草热膨后茎秆内外表面结构扫描电镜图，其中其中图2-a为热膨后稻草茎秆外表面结构扫描电镜图，图2-b为热膨后稻草茎秆内表面结构扫描电镜图；
图3为稻草热膨后叶片内外表面结构扫描电镜图，其中图3-a为热膨前稻草叶片外表面结构扫描电镜图，图3-b为热膨前稻草叶片内表面结构扫描电镜图；
图4为稻草热膨后叶片内外表面结构扫描电镜图，其中图4-a为热膨前稻草叶片外表面结构扫描电镜图，其中图4-b为热膨后稻草叶片内表面结构扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种提高农作物秸秆体外消化率的方法，包括以下步骤：
(1)将农作物秸秆、玉米粉和水混合，得到秸秆湿料；所述秸秆湿料的含水量为48％～52％；
(2)将所述秸秆湿料在160～200℃条件下膨化18～24s。
本发明将农作物秸秆、玉米粉和水混合，得到秸秆湿料；所述秸秆湿料的含水量为48％～52％。
在本发明中，所述农作物秸秆优选包括青贮农作物秸秆；所述青贮农作物秸秆的含水量优选为35％～45％，更优选为40％。所述农作物秸秆优选为稻草、小麦秸秆、玉米秸秆或高粱秸秆。所述农作物秸秆优选进行粉碎。粉碎后农作物秸秆的长度优选为1～3cm，更优选为2cm。本发明对所述玉米粉的来源没有特殊限制，采用本领域所熟知的玉米粉即可。
在本发明中，所述混合的顺序优选为先将农作物秸秆和水混合，得到湿润农作物秸秆再和玉米粉混合。所述混合顺序有利于将玉米粉均匀地粘附在农作物秸秆上，以便膨化处理的物料消化率均匀。
在本发明中，所述农作物秸秆和玉米粉的质量比优选为1.5～3：1，更优选为1.5:1。
在本发明中，所述水的添加量没有特殊限制，使所述秸秆湿料的含水量达到50％即可。所述秸秆湿料的含水量的测定方法为烘干法。
得到秸秆湿料后，本发明将所述秸秆湿料在160～200℃条件下膨化18～24s。
在本发明中，所述膨化的温度优选为170～190℃，更优选为180℃。所述膨化的时间优选为20s。所述膨化的压力为5MPa。所述膨化用仪器没有特殊限制，采用本领域所熟知的膨化用仪器即可。在本发明实施例中，所述膨化用仪器为丹阳中威科技有限公司的秸秆饲料膨化设备，所述秸秆饲料膨化设备的主要参数：螺杆直径：160mm；电机功率：37Kw；生产效率：0.5t/h。
经过上述处理得到的物料由于纤维素或半纤维素含量降低，能够作为动物饲料深加工的原料。
下面结合实施例对本发明提供的一种提高农作物秸秆体外消化率的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
首先称量5kg的原始水分含量40.31％的青贮稻草，在青贮稻草上喷洒少量水分使其湿润，再按照稻草干重量和玉米粉的质量比为1.5:1的比例添加玉米粉2.0kg，加水调至含水量50％，得到秸秆物料；
膨化机设置为180℃预热30min，将上述制备的秸秆物料置于膨化机中20s。将膨化后的物料分别进行电镜观察和体外消化率的测定。体外消化率的测定方法为胃蛋白酶-纤维素酶两步法(参考文章：稻草饲用品质及茎秆形态特征的研究,董臣飞,草业学报,2013年8月,第22卷第4期,83～88.)。以膨化前的秸秆物料为对照分别进行电镜观察和体外消化率的测定。
电镜观察结果见图1和图2。其中图1为稻草热膨前茎秆内外表面结构扫描电镜图，其中图1-a为热膨前稻草茎秆外表面结构扫描电镜图，图1-b为热膨前稻草茎秆内表面结构扫描电镜图。图2为稻草热膨后茎秆内外表面结构扫描电镜图，其中其中图2-a为热膨后稻草茎秆外表面结构扫描电镜图，图2-b为热膨后稻草茎秆内表面结构扫描电镜图。图3为稻草热膨后叶片内外表面结构扫描电镜图，其中图3-a为热膨前稻草叶片外表面结构扫描电镜图，图3-b为热膨前稻草叶片内表面结构扫描电镜图；图4为稻草热膨后叶片内外表面结构扫描电镜图，其中图4-a为热膨前稻草叶片外表面结构扫描电镜图，其中图4-b为热膨后稻草叶片内表面结构扫描电镜图。
将膨化前后的茎秆和叶片内往外表面结构在热膨后均出现大面积破裂，对原有的机械结构造成破坏，其中内表面的破坏程度强于外表面，有利于消化液与可消化物质接触，从而提高稻草消化率。
实施例2
首先称量5kg的原始水分含量40.31％的青贮稻草，在青贮稻草上喷洒少量水分使其湿润，再按照稻草干重量和玉米粉的质量比为2:1的比例添加玉米粉1.5kg，加水调至含水量48％，得到秸秆物料；
膨化机设置为160℃预热30min，将上述制备的秸秆物料置于膨化机中18s。将膨化后的物料进行体外消化率的测定。体外消化率的测定方法同实施例1。以膨化前的秸秆物料为对照分进行体外消化率的测定。
实施例3
首先称量5kg的原始水分含量40.31％的青贮稻草，在青贮稻草上喷洒少量水分使其湿润，再按照稻草干重量和玉米粉的质量比为3:1的比例添加玉米粉1.0kg，加水调至含水量52％，得到秸秆物料；
膨化机设置为200℃预热30min，将上述制备的秸秆物料置于膨化机中24s时间。将膨化后的物料进行体外消化率的测定。体外消化率的测定方法同实施例1。以膨化前的秸秆物料为对照进行体外消化率的测定。
对比例1
将原始水分含量40.31％的青贮稻草加水调至50％，单独进行热膨化，方法同实施例1。
对比例2
将玉米粉加水调至50％，单独进行热膨化，方法同实施例1。
对比例3
首先称量5kg的原始水分含量40.31％的青贮稻草，在青贮稻草上喷洒少量水分使其湿润，再按照稻草干重量和玉米粉的质量比为1.5:1的比例添加玉米粉2.0kg，加水调至含水量45％，得到秸秆物料；
膨化机设置为180℃预热30min，将上述制备的秸秆物料置于膨化机中20秒时间。将膨化后的物料分别进行电镜观察和体外消化率的测定。体外消化率的测定方法为胃蛋白酶-纤维素酶两步法。以膨化前的秸秆物料为对照分别进行电镜观察和体外消化率的测定。结果发现，秸秆物料经过热膨机舱时有烧焦的烟冒出，无法获得正常膨化物料。
实施例1～3的体外消化率的测定结果见表1。
表1实施例1～3以及对比例1～2中制备的物料膨化前后消化率的变化
Figure BDA0001829935730000061
注：1、同一列不同小写字母代表p<0.05水平差异显著；
2、**表示相关系数达0.01显著水平，NS表示相关系数差异不显著。
由表1可知，对比例1，即水分含量为50％的青贮稻草在热膨后消化率由42.11％上升为43.61％，但方差分析差异不显著(P>0.05)。玉米粉热膨前后消化率极显著升高(P<0.01)，由58.33％升至87.40％。添加玉米粉热膨后消化率均有显著提高(P<0.05)，其中玉米粉和稻草干物质比1:1.5的添加量(实施例1)热膨后混合物料消化率最高，实施例2次之，实施例3最低。但根据混合物料的消化率，玉米粉热膨后的消化率及与稻草干物质的比例，换算出实施例1青贮稻草热膨后的消化率为50.43％，实施例2青贮稻草消化率升为49.83％，实施例3青贮稻草消化率升为51.27％，实施例1青贮稻草热膨后青贮稻草消化率最高，三者显著高于对照组不添加玉米粉的青贮稻草热膨后的消化率(P<0.05)。这表明添加玉米粉能有效提高青贮稻草的消化率，其中以实施例3玉米粉添加量的效果最高，即玉米粉与青贮稻草的干物质比为1:3。
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 (8)

1.玉米粉在提高农作物秸秆体外消化率中的应用，其特征在于，由以下步骤组成：
(1)将农作物秸秆、玉米粉和水混合，得到秸秆湿料；所述秸秆湿料的含水量为48％～52％；所述农作物秸秆和玉米粉的质量比为1.5：1；
(2)将所述秸秆湿料在160～200℃条件下膨化18～24s。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(1)中混合的顺序为先将农作物秸秆和水混合，得到湿润农作物秸秆再和玉米粉混合。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(1)中农作物秸秆包括青贮农作物秸秆；所述青贮农作物秸秆的含水量为35％～45％。
4.根据权利要求1或3所述的应用，其特征在于，所述农作物秸秆为稻草、小麦秸秆、玉米秸秆或高粱秸秆。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(1)中秸秆湿料的含水量为50％。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(2)中膨化的温度为170～190℃。
7.根据权利要求1或6所述的应用，其特征在于，所述步骤(2)中膨化的温度为180℃。
8.根据权利要求1或6所述的应用，其特征在于，所述步骤(2)中膨化的时间为20s。
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