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玉米秸秆利用现状及其生物发酵技术研究进展

※发布时间:2018-3-30 7:58:55   ※发布作者:habao   ※出自何处: 

  玉米秸秆利用现状及其生物发酵技术研究进展_农学_农林牧渔_专业资料。2014年第50卷第6期Science andPractice。科技与襄踱玉米秸秆利用现状及其生物发酵 技术研究进展刘宇1,史同瑞1,朱丹丹1,李阳1,朱战波2161006;

  2014年第50卷第6期Science andPractice。科技与襄踱玉米秸秆利用现状及其生物发酵 技术研究进展刘宇1,史同瑞1,朱丹丹1,李阳1,朱战波2161006;(1.省兽医科学研究所,2.八一农垦大学动物科技学院,163319)摘要:玉米秸秆是一种工业和农业生产可利用的重要可再生资源,开发利用玉米秸秆可实现可观的经济效益 和生态效益。本文对玉米秸秆营养价值、综合利用现状、秸秆生物发酵技术研究现状、应用前景作一综述。 关键词:玉米秸秆;生物发酵 中图分类号:¥816.35 文献标识码:A我国是世界上农作物秸秆生产量最大的国家之利用价值较高,一方面可作为工业原料、燃料能源和 有机肥料,另一方面可作为畜禽饲料。与其他农作物秸秆相比,玉米秸秆粗蛋白质含量更高,通过氨一,据报道,2010年全国秸秆理论资源量为8.4亿t, 可收集资源量约为7亿t。其中,玉米秸秆资源量最大,约为2.43亿t,占秸秆可收集资源量的34.7%[M。 作为一种工业和农业生产可利用的重要资源,开发利 用玉米秸秆已实现了可观的经济效益和生态效益。 然而,随着玉米秸秆产量的逐年增加,大量未被合理 利用的秸秆既了生态,又造成了资源的浪 费【3J。如何合理、充分地开发利用玉米秸秆,提高其 综合利用水平,已成为国内外学者的研究热点【4】。化、发酵等技术进行加工处理,可显著提高玉米秸秆的饲料营养价值和饲用价值[6】。2秸秆综合利用现状2010年我国秸秆综合利用率达到70.6%,利用 量约5亿t,综合利用成效显著。目前,我国秸秆综 合利用技术包括:有机肥化利用技术、能源化利用技 术、栽培食用菌技术、工业原料化利用技术以及饲料 化利用技术等。 2.1有机肥化利用技术 秸秆中含有一定量的氮、磷、钾等营养成分。肥 化处理后还田,可有效改善土壤,增加肥力。目前, 秸秆肥化利用技术主要包括堆肥处理还田、覆盖还 田和粉碎直接还田等。1玉米秸秆营养价值玉米秸秆主要成分为纤维素、半纤维素和木质 素。其中,纤维素占36.5%。38.6%,半纤维素占 38.O%一38.8%,木质素占12.3%一17.6%151,此外,还含 有丰富的有机质、氮、磷、钾及微量元素。玉米秸秆资助项目:省应用技术研究与开发计划项目(GCl38406) 作者简介:刘宇(1982一),男,扶余人,硕士,助理研究员,研 究方向为微生物发酵,Email:316023132@qq.corfl2.2能源化利用技术 秸秆作为一种可再生能源,充分开发利秸秆资中固毒教袈急《》万方数据 科技与卖跬.Science and Practice源对于促进可持续发展、和节能减排等意 义重大。秸秆生物能利用技术主要包括:秸秆 沼气化利用技术、秸秆固化燃料技术、秸秆热解气化 技术和秸秆液化燃料技术等[7】。 2.3栽培食用菌技术 作为一种可食用大型真菌,食用菌不仅具有丰 富的营养价值和药用价值,还具有提高人体机体免 疫力的功效。食用菌的传统栽培方法主要是用木屑 作为生产原料,与上述原料相比,秸秆资源丰富,成 本低廉。通过合理利用可在一定比例上替代木屑等 生产原料,从而降低食用菌生产成本,提高经济效 益,促用菌产业和林业的可持续发展。 2.4工业原料化利用技术 由于秸秆纤维含量高,且组织结构强,通过加工 可用作工业原料,主要用于秸秆建筑板材、纸浆原料 和包装材料等。 2.5饲料化利用技术 秸秆资源量丰富,且粗纤维含量高,是主要粗饲 料原料之一。2010年秸秆作为饲料使用量约为2.182014年麓50携第6瀚菌最适产酶条件,为高效利用秸秆资源提供了试验依据。贾赵萍等Im】从17种天然发酵的玉米秸秆饲料 中分离、筛选出1株高产酸副干酪乳杆菌,通过响应 面法优化得到了其发酵玉米黄秸秆的最佳条件,发 酵后玉米黄秸秆中蛋白质含量高达14.35%。Qiao 等…】应用系统进化分析法研究了全株玉米秸秆厌氧 发酵产物中菌群构成,结果表明,菌群构成表现出了 高度的多样性,共包含69个种系型,其中硬壁菌占 48.3%,绿弯菌占20.1%,放线%,且水解型和发酵型细菌占据 主导地位。贾朋君等【12J通过二次通用旋转回归试验优化了玉米秸秆专用发酵剂降解工艺条件,且得到的最佳工艺条件是发酵温度31.4℃,发酵时间5.3d,接种量1.87%,含水量6:2。0%,在上述条件下,玉米 秸秆中粗纤维的降解率可达44.69%。目前,已在玉 米秸秆分解菌的分离、鉴定,发酵工艺及发酵产物菌 群构成等方面开展了较深入的研究,为玉米秸秆发 酵饲料生产菌株的产业化应用奠定了科研基础。 等【13】发明了一种秸秆微生物饲料及其生产亿t,占秸秆综合利用总量比例最大,达到31.9%。秸秆质地粗糙,消化率低,且适El性差,如何科学、高 效的利用玉米秸秆已成为其饲料化利用方向的研发 重点。目前,秸秆饲料化利用技术包括:压块、丝化、 制粒处理技术和生物发酵处理技术,其中生物发酵 处理技术主要包括青贮和微贮【8]。方法,其利用复合生物发酵剂降解秸秆,提高秸秆消化率和营养价值,复合生物发酵剂由嗜酸乳杆菌、绿 色木霉、自腐真菌、产朊假丝酵母以及枯草芽孢杆菌 等菌株组成。李娜等[14J以玉米秸秆和啤酒糟为主要 原料,辅以豆粕、麸皮、玉米浆、尿素、硫酸铵等配制 固体饲料,饲料经复合微生物发酵后蛋白含量提高 了10%以上,且改善了适El性。Boivin等[15】研究了全3玉米秸秆生物发酵技术研究现状相对于其他饲料化利用技术,生物发酵处理技 术具有提高玉米秸秆粗蛋白含量、营养价值、消化 率,改善适口性和生产成本低,污染小等特点。此 外,通过生物发酵处理后,发酵秸秆饲料含有丰富 的菌体发酵代谢产物,如菌体蛋白、各种酶类、抑菌 因子、维生素及促生长因子等,具有一定的益生保健 功效。基于上述优点,众多专家学者已开展了玉米 秸秆生物发酵技术研究工作,并取得了一定的进展。 杨琼等【91从瘤胃液中分离、筛选出1株对玉米 秸秆纤维分解能力强的芽孢杆菌菌株,并优化了该株玉米秸秆青贮饲料,去穗玉米秸秆青贮饲料及牧 草青贮饲料对荷斯坦奶牛瘤胃发酵、生产性能及乳 成分的影响,结果表明,去穗玉米秸秆青贮饲料会降 低乳产量,减缓瘤胃发酵作用,但并不影响乳脂浓度和产量。Stone等【16研究了褐色叶中脉基因型青贮玉米对干奶期荷斯坦奶牛采食量和乳固体产量的影 响,饲喂褐色叶中脉基因型青贮玉米提高了奶牛干 物质采食量、产奶量及乳固体中蛋白质和乳糖的含 量。目前玉米秸秆生物发酵技术主要应用于牛、羊 等反刍动物青贮和微贮饲料研发和生产方面,上述 相关研究重点分析了秸秆发酵饲料生产方法及其对囝中固亳牧絮恕万方数据 2014年第50卷第6期Science andPractice.科技与实践an—动物生长性能的影响,为玉米秸秆生物发酵饲料的 产业化开发和应用提供了科学依据。【4】EguesI,Sanchez C,Mondragon I,et a1.Effect of alkaline and processesOiltohydrolysis fromcornthe purityofobtainedhemicellulosesstalks【J].Bioresour Technol,2012,103(1):239—248.4生物发酵饲料技术应用前景在秸秆资源可循环再利用及生态方 面,生物发酵饲料利用技术存在其必然的优势,但相 关研究仍不够深入,且实现产业化推广应用的科研 较少,仍存在较大的研究与开发空间。 生物发酵饲料利用技术核心部分是秸秆发酵降[5]丹,周杰,刘文红.响应面优化玉米秸秆纤维素提取工艺 ….安徽农业科学,2011,39(30):18781—18783. [6】鹏,高永革,王成章,等.玉米秸秆发酵饲料的研究进展 【J].江苏农业科学,2010(2):242—245. [7】春.农村秸秆能源化利用气化发电产业发展策略【J】.中 国高新技术企业,2011(10):1—5. [8】杨治平.玉米秸秆利用概况及秸秆发酵前景展望【J】当代农 机.2010(8):70—71.解菌株,一方面需继续广泛的分离、筛选,或采用人 工驯化等方法得到纤维素、半纤维素、木质素高效降解菌等相关益生菌菌株。另一方面应用基因克隆与 表达技术构建高效秸秆降解菌,研发基因工程菌株。 通过深入研究菌株降解秸秆作用机理,发酵产酶工 艺,菌株间以及菌株、发酵产物和发酵底物间协同或[9]杨琼,孙满吉,黄立敏,等.玉米秸秆高效分解菌株的筛选、鉴定及产酶条件优化[J】.中国饲料,2012(19):31—33. [10]赵萍,宋佳,赵瑛,等.发酵玉米黄秸秆乳酸菌的分离纯化及 发酵条件的优化[J]食品工业科技,2013(16):228—231. [1 1]Qiao J T,Qiuof Y L,Yuan X Z,et 01.Molecular characterizationbacterial andarchaeM communityies inafull-scaleanaerobic拮抗关系,实现更科学、更高效地利用秸秆资源。 在玉米育种技术方面通过深入研究玉米种质的遗传基础,分析不同基因型玉米植株的结构特点,选 育出发酵饲料专用型玉米秸秆。国外已有关于褐色 叶中脉基因型青贮玉米的报道,褐色叶中脉突变体 存在于玉米细胞壁中,可降低玉米秸秆中木质素含reactortreatingCOF/1straw[J].Bioresour Technnl,2013,9(143):512—518.[12】贾朋君,张仲欣,任广跃,等.专用发酵剂降解玉米秸秆饲料 的工艺优化【J】.河南科技大学学报,2013,34(2):70—74. [13】,王德风,粟朝芝,等.秸秆微生物饲料:中华人民 国,CNl03109975A[P].2013-5-22. [14]李娜,吕伟民,财,等.以秸秆和啤酒糟为主要原料生产 奶牛发酵饲料中发酵培养基配方的研究[J】.酿酒,2013,40 (4):66-68. [15】BoivinM,Gervais R,Chouinardcoin量,从而提高玉米秸秆的生物饲料化利用率。此外, 褐色叶中脉杂交玉米秸秆中糖分含量更高,有利于动物机体的消化吸收【17-181。 我国玉米秸秆生物饲料化利用仍任重道远,虽 然发酵饲料技术已取得了较大进展,但研究仍不够 深入,且研究未能有效产业化。在加大基础研 究力度的同时,应进一步结合生物发酵饲料技术和 饲料产业化加工技术,提高我国玉米秸秆作为生物 发酵饲料的产业化进程。团参考文献[1]YuanX F,Li PPY.Effectof grain and forage and composition infractions of dairysilageonmilkproductionCOWS【J].Animal,2013,7(2):245—254.WC,Chase LE,Overton TR,et耐.Brown midribfed during the peripartal ina coin【16】Stonesilage suhedperiod increased intake in milk solidsandre-persistentincreaseyieldof HolsteinCOWS[J】J [17】DannDairySci,2012,95(11):6665—6676.RJ,Cotanch KW,et 01.Ballard CS,Rice R. sorghum—sudangrass with COIn silage and nutrient digestibility in HolsteinHM,GrantComparisonof brown midribP,WangH,et a1.Enhancing the Anaerobic Di—onlactational performancegestion ofCorn Stalks Using CompositeMicrobialPretreatment[J]dairyCOWS[J].JMS,EunDairySci,2008,91(2):663-672.J Microbiol Biotechnol,201 1,21(7):746—752.[18】HoltJS,Thacker CR,et 01.Effects of feeding browna[2]菲.生物预处理玉米秸秆及其固态厌氧发酵产气的研究 【D】.镇江:江苏大学,2012. [3】王金主,王元秀,李峰,等.玉米秸秆中纤维素、半纤维素和 木质素的测定【J].山东食品发酵,2010,3(158):44—47.midribonCOrn silage withhigh dietary concentration of alfalfa hayCOWSlactational performance of Holstein dairyfor the first 180days oflactation【J】.JDairySci,2013,96(1):515—523.中固亳牧东志囝万方数据 稍技与察跬?Science and Practice2014年第50卷第6期Utilization Status of Corn Stalk and Research Progress of the Biological Fermentation Technology LIU yul,SHI Tong-ruil,ZHU Dan-danl,LI yan91,ZHU ZHan-b02(1.Veterinary ResearchInstitute inHeilongjiang Province,Qiqihar Heilongjiang161006,China;2.College of Animal Science and Veterinary Medicine,Heilongjiang Bayi Agricultural University,DaqingHeilongjiang 163319,China)resourcesAbstract:Com development andstalk istheuseof renewable stalkcanfor industrialand agriculturaleconomicproduction is ecologicalimportant,utilization ofcorncornbeachieved considerableandbenefits.Thenutritional value of application prospectstalk,comprehensive utilization status,research reviewed in this paper.statusof biological fermentation technology,areKey words:corrl stalk;biological fermentation中牧胜利生物揭牌成立2014年2月24日上午,济宁市人民与 中国农业发展集团有限公司举行了战略合作签约仪式 并为旗下中牧股份控股公司中牧胜利生物揭牌,标志着 国内最大涉农央企落户济宁。济宁市委副、市长梅 永红、中农发集团总经理、中牧股份董事长余涤非出席 并致辞。余涤非总经理与市委常委、副市长周洪分别代表双方签约。市委常委、济宁高新区党工委余春明主持仪式,中牧股份总经理高伟介绍了项目情况。济宁 市委常委、副市长石中和、中牧股份副董事长、党委 胡启毅、胜利股份董事长王鹏、中农发种业集团副总经 理周紫雨、中牧股份副总经理张正海、胜利股份总经理王政等出席并了签约仪式。 中国农业发展集团是国内规模最大、综合实力最强、国际化程度最高的中央农业企业。梅永红在揭牌仪式上表示, 济宁是农业大市.是重要的粮棉油生产,也是国家重点医药生产。在经济发展过程中,济宁与央企合作 层次不断提升、领域不断拓展、不断丰富,形成了良好的互信关系和互动机制。中农发集团聚集了资本、管理、人才 和技术等诸多优势。这次集团联手济宁在畜牧生物制药、现代种业开发、农业产业化发展等多领域开展合作,既有利于 中国农业发展集团利用济宁独特而丰富的资源优势,优化集团产业布局;也有利于济宁市推动经济战略转型,全面提升 产业层次,增强区域发展实力,加快实现在鲁西科学发展高地率先崛起的目标。 余涤非表示,中农发集团与济宁市合作潜力巨大、前景广阔。中牧股份控股胜利生物只是双方合作的开始,今后将 在畜牧生物制药、现代种业开发、农业产业发展等方面开展多种形式合作。中农发集团将继续秉承立足三农、服务三 农,推进现代农业的旨,力争合作项目早出,为济宁发展作出应有贡献。 中牧胜利生物是中农发集团旗下的中牧股份控股公司,是科技厅认定的“高新技术企业”,名列中国兽药原 料药生产十强。此次中牧股份出资亿元资金,与胜利股份联手打造兽用原料药一流生产企业,是落实中农发集团战略发 展规划的重要举措,有利于实现两个上市公司的优势互补、合作共赢,为保障动物食品安全、促进济宁地方经济发展做 出积极贡献。o中固耄牧系恕万方数据 玉米秸秆利用现状及其生物发酵技术研究进展作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 刘宇, 史同瑞, 朱丹丹, 李阳, 朱战波, LIU yu, SHI Tong-rui, ZHU Dan-dan, LI yang, ZHU ZHan-bo 刘宇,史同瑞,朱丹丹,李阳,LIU yu,SHI Tong-rui,ZHU Dan-dan,LI yang(省兽医科学研究所, ,161006), 朱战波,ZHU ZHan-bo(八一农垦大学动物科技学院,,163319) 中国畜牧 Chinese Journal of Animal Science 2014,50(6)参考文献(18条) 1.Yuan X F;Li P P;Wang H Enhancing the Anaerobic Digestion of Corn Stalks Using CompositeMicrobial Pretreatment 2011(07) 2.菲 生物预处理玉米秸秆及其固态厌氧发酵产气的研究 2012 3.王金主;王元秀;李峰 玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的测定 2010(158) 4.Egues I;Sanchez C;Mondragon I Effect of alkaline and autohydrolysis processes on the purity of obtained hemicelluloses from corn stalks 2012(01) 5.丹;周杰;刘文红 响应面优化玉米秸秆纤维素提取工艺[期刊论文]-安徽农业科学 2011(30) 6.鹏;高永革;王成章 玉米秸秆发酵饲料的研究进展[期刊论文]-江苏农业科学 2010(02) 7.春 农村秸秆能源化利用气化发电产业发展策略 2011(10) 8.杨治平 玉米秸秆利用概况及秸秆发酵前景展望[期刊论文]-当代农机 2010(08) 9.杨琼;孙满吉;黄立敏 玉米秸秆高效分解菌株的筛选、鉴定及产酶条件优化[期刊论文]-中国饲料 2012(19) 10.赵萍;宋佳;赵瑛 发酵玉米黄秸秆乳酸菌的分离纯化及发酵条件的优化[期刊论文]-食品工业科技 2013(16) 11.Qiao J T;Qiu Y L;Yuan X Z Molecular characterization of bacterial and archaeal communityies in a full-scale anaerobic reactor treating corn straw 2013(143) 12.贾朋君;张仲欣;任广跃 专用发酵剂降解玉米秸秆饲料的工艺优化 2013(02) 13.;王德凤;粟朝芝 秸秆微生物饲料 2013 14.李娜;吕伟民;财 以秸秆和啤酒糟为主要原料生产奶牛发酵饲料中发酵培养基配方的研究[期刊论文]-酿酒 2013(04) 15.Boivin M;Gervais R;Chouinard PY Effect of grain and forage fractions of corn silage on milk production and composition in dairy cows 2013(02) 16.Stone WC;Chase LE;Overton TR Brown midrib corn silage fed during the peripartal period increased intake and resulted in a persistent increase in milk solids yield of Holstein cows 2012(11) 17.Dann HM;Grant RJ;Cotanch KW;et al.Ballard CS,Rice R Comparison of brown midrib sorghum-sudangrass with corn silage on lactational performance and nutrient digestibility in Holstein dairy cows 2008(02) 18.Holt MS;Eun JS;Thacker CR Effects of feeding brown midrib corn silage with a high dietary concentration of all hay on lactational performance of Holstein dairy cows for the first 180 days of lactation 2013(01)引用本文格式:刘宇.史同瑞.朱丹丹.李阳.朱战波.LIU yu.SHI Tong-rui.ZHU Dan-dan.LI yang.ZHU ZHan-bo 玉米秸秆利用现状及其 生物发酵技术研究进展[期刊论文]-中国畜牧 2014(6)

  

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