1、生物菌种的选取
降解玉米秸秆中的纤维素、半纤维素和木素,首先要筛选出具有针对性的菌种。利用菌种所分泌的酶系。对这些物质进行专一性的分解。目前,纤维素酶活力较高的微生物有木霉、黑曲霉、青霉等。对于降解玉米秸秆中纤维素多采用绿色木霉和黑曲霉。玉米秸杆中约94%的半纤维素是阿拉伯糖、葡萄糖及醛酸木聚糖。能降解纤维素的真菌所分泌的酶系。基本上可以满足半纤维素的降解。因此。一般采用绿色木霉和黑曲霉一次完成纤维素和半纤维素的降解。白腐真菌是最有效的木素降解微生物。其中黄抱原毛平革可能是研究最为深入、最具有代表性的微生物,其他著名的白腐真菌,如彩绒革盖菌,其不仅具有降解纤维素的能力。同时也表现出更强的降解木质素的能力。
2、发酵处理
未经处理的秸秆消化率和能量利用率低主要是由于秸秆中的木素与糖类结合在一起,使得微生物和酶很难将其分解。此外,秸秆中的蛋白质含量低和其他必要营养物质缺乏也会导致秸秆中的营养物质不能被动物充分吸收利用。玉米秸秆因具有坚硬的细胞壁结构。其纤维素与木素紧密结合。不容易被动物消化,直接用做饲料,适口性差,因此,对玉米秸秆的处理至关重要。
(1)微生物发酵剂对玉米秸秆的发酵
于艳辉等四的研究认为,秸秆发酵过程中。全营养和速效营养的变化恰是高分子物质降解的结果因而将化学指标简化为营养测定。试验结果表明接种外源微生物菌剂可有效加速玉米秸秆的发酵腐熟效果、加速升温和体积变化、缩短发酵时间。通过发酵过程中温度、体积、C/N及各营养的变化情况。试验表明。在含水量和C/N值适宜条件下,接种恰当的微生物可以有效地促进玉米秸秆单一发酵与对照相比,各处理升温迅速并能很快达到高温(>45℃),从而缩短了发酵时间。
(2)里氏木霉和酵母菌混合发酵玉米秸杆
王德培,刘瑛等对降解纤维素的菌种和利用秸杆产出粗蛋白的菌种进行了选择,初步确定了里氏木霉和产朊假丝酵母混合菌系共同发酵。可将纤维素降解并产出粗蛋白,并应用正交实验对其生产工艺条件进行了优化,选出了最优条件:pH值为3.0,温度为30℃,培养4d,氮源尿素。经研究发现,在此条件下的发酵结果表明,粗蛋白含量可达30.55%。其纤维素转化率可达33.5%。
3、酶解处理
(1)白腐菌处理玉米秸秆
研究者采用玉米秸秆和石灰作为主料,添加不同配比的玉米面和麦麸生产白腐菌的发酵曲种,生产出的菌种均能发酵玉米秸秆。随着处理时间的延长,各组的木素、纤维素和半纤维素含量都有一定程度的下降。且木素的降解主要发生在10d以后,略晚于纤维素的降解时间。其原因就是白腐菌可以产生分解木素、纤维素和半纤维素等的酶系,且各降解酶之间存在一定的协同作用,纤维素酶与半纤维素酶可降解纤维素和木聚糖等多糖,为白腐菌的生长和木素的降解提供必需的碳源和能量来源。同时,多糖的分解产物可作为葡萄糖氧化酶、木糖氧化酶、纤维二糖一醌氧化酶、木二糖一醌氧化酶的底物,前者生成的H202,活化了木素降解酶的反应,后者则能实现醌类中间体的快速代谢以防止木素的重新聚合。通过玉米秸秆来生产白腐菌菌种。一方面可以降解玉米秸秆的粗纤维成分。提高CP的水平。有利于动物利用;另一方面,得到的白腐菌可以大量应用于生物机械浆的生产,以提高浆料相应性能。
(2)复合酶降解高温蒸煮玉米秸秆
玉米秸秆细胞壁结构致密,酶解时木素结构可以保护纤维素和半纤维素免受大量降解,采用酶法对秸秆进行有效降解。需对秸秆进行适当的预处理通过生物酶的协同作用,将秸秆中糖类物质尽可能多的降解成还原糖,以应用于生产。研究者对玉米秸秆进行高温蒸煮预处理后可使木质素熔化。半纤维素和纤维素分子发生断裂、降解、氢键断裂而吸水,有助于酶接触相应底物有利于酶解。提高了玉米秸秆降解率,已非常接近玉米秸秆理论降解率(约74%)。