全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2005) 01-0047-06
玉米、小麦、水稻秸秆自然发酵的生化变化
高丽娟,王小芬,崔宗均* ,胡跃高,杨洪岩,张　涛
(中国农业大学农学与生物技术学院, 北京 100094)
摘要: 测定玉米、小麦、水稻干秸秆在自然发酵中的生化变化。结果表明:玉米秸秆气味香甜, pH 下降迅速并保持在 4. 2
以下, 挥发性发酵产物种类有 13种, 主要为乙醇、乙酸、乳酸及甘油等利于提高饲料品质的物质; 而小麦和水稻秸秆质地
生硬, 生料气味, pH 下降困难,挥发性发酵产物多达 20 种, 其中乳酸和乙酸较少,而产生丁酸等影响发酵品质的物质较
多; 发酵物中可溶性糖含量的变化在一定程度上反映其优劣; 当发酵初期可溶性糖较多时, pH 下降迅速, 后期可溶性糖
含量平稳; 而当初期可溶性糖含量较低时, pH 下降缓慢, 后期可溶性糖含量则一直下降。
关键词: 发酵饲料;干秸秆; 气质联机;生化变化
中国分类号: S 816. 3　　　文献标识码: A
Biochemical Changes Induced by Natural Fermentation of
Dry Cornstalk, Wheat Straw, and Rice Straw
GAO Li-juan, WANG Xiao-fen, CUI Zong-jun* , HU Yao-gao , YANG Hong-yan, ZHANG Tao
( Co llege o f Agronomy and Bio techno lo gy , China Agr icultur e Univ ersit y, Beijing 100094, China)
Abstract: A study of the bio chemical changes induced by natural fermentat ion o f dr y cor nstalk, w heat st raw ,
and r ice str aw show s that the ferment ing cornstalk smells sweet w ith pH value diminishing quickly and
remaining down below 4. 2 her eon. T hirteen vo lat ile fermentat ion products emerge, chief ly ethano l, acet ic
acid, lact ic acid, and g lycer ol w hich improve the ferment ing quality . As for the w heat and rice st raw s, their
tex tur es are rude and substant ial , the ferment ing products smells bad and their pH values diminish
insignificant ly. T he 20 or more kinds o f vo latile products o f fermentat ion include limited concentrat ions of
acet ic acid and lact ic acid but a lo t more substances like buty ric acid w hich impairs the fermentat ion quality .
Usually, the content of w ater-soluble carbohydr ates ( WSC) in the ferment ing stuff reflects in cer tain ex tent its
quality . The pH value diminishes quickly at the beginning of the fermentat ion w ith WSC oozing , and r emain
the same amount in the later stage. When the WSC content is scarce at the init ial stage of the fermentat ion, the
pH value dim inishes slow ly w hile the WSC content tapers o ff .
Key words : Fermented feed; Dry stalk o r str aw ; GCMS; Biochem ical changes
　　秸秆是重要的光合产物。我国的农作物秸秆资源
十分丰富, 年产量达 6. 5 亿 t , 但除秸秆直接还田、燃
料、以及不足 20%用作饲料外, 还有约20%(约2亿 t )
无途径处理, 在田间燃烧或堆积, 既浪费资源,又污染
环境[ 1]。另一方面,我国北方干旱半干旱地区近年来草
食家畜数量增加很快,但枯草季节长这一不利因素又
限制了畜牧业的持续发展, 农牧结合、科学合理地利用
秸秆资源, 恰可弥补枯草季节饲草供应的不足[ 2]。因
此,积极开发和利用秸秆资源对我国进一步发展畜牧
业十分重要。发酵是干秸秆饲料化的有效途径, 此方面
研究近年来在我国得到重视, 各种发酵技术纷纷报
道[ 2～ 4 ] ,但对干秸秆发酵过程中的物质转化机理的系
统研究较为少见。
收稿日期: 2004-2-12; 修回日期: 2004-05-31
基金项目:农业部跨越计划项目( 2000-24)资助
作者简介: 高丽娟( 1978-) ,女,博士研究生,河北省邯郸人,研究方向为秸秆发酵复合菌系的多样性及秸秆资源利用; * 通讯作者 Author for
correspondence　E-mail: acuizj@cau . edu. cn
第 13卷　第 1期
　Vo l. 13　　No. 1
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　　2005年　 3 月
　M arch 　2005
　　本文介绍了我国秸秆中占主导地位的玉米、小麦、
水稻的干枯秸秆在无添加物情况下发酵过程中养分及
发酵产物的变化, 为探讨这些干秸秆低成本饲料化发酵
的可行性及进一步开发有效的发酵技术提供重要依据。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
玉米、小麦和水稻的干秸秆,粉碎成 1～2 cm。
1. 2　实验方法
干秸秆,加水至最终含水量 70% ,搅拌均匀后, 分
别装入 50 ml的三角瓶(充满为 80 m l;已进行 150 m l、
500 ml的比较实验消除了体积过小的顾虑)压实, 每
瓶填塞约 25 g 干物质,用 4层保鲜膜封口(要求密封
性好) , 置于 30℃保温发酵; 对每一种秸秆设置 5×3
次重复,在开始发酵的第0(原材料)、2、7、10、15、30 d,
开口 3个样品进行如下的分析测定。
1. 3　测评项目及方法
1. 3. 1　感官评定
根据德国农业协会青贮质量感官评分标准[ 5]进行
评定。
1. 3. 2　pH 测定
取发酵物 0. 5 g 加蒸馏水 2. 5 m l,充分搅拌,静置
20 min 后, 用移液枪吸取约 0. 2 ml 发酵汁液滴入
HORIBA 微量 pH 计上测定。
1. 3. 3　活菌数动态变化
采用 MRS 培养基平板计数法[ 6]测定发酵过程中
菌数的变化。
1. 3. 4　可溶性糖含量动态测定
将发酵物置于 60℃烘箱中烘 48 h, 后粉碎,过 40
目筛,按文献[ 7]介绍的蒽酮比色法测定可溶性糖。
1. 3. 5　原材料及最终发酵物营养成分测定
测定样品经 60℃、48 h 烘干, 粉碎, 过 40 目筛后
供试。粗蛋白的测定用凯氏定氮法,粗纤维的测定用酸
碱洗涤法,粗脂肪的测定用索氏提取法,具体方法均按
文献[ 8]所介绍的步骤进行。
1. 3. 6　发酵产物测定
1. 3. 6. 1　预处理　发酵物 1 g 加 1 m l纯水, 充分搅
拌,静置 20 min后挤出汁液,过孔径为 0. 2
m 微孔过
滤器,取 2
l进样;
1. 3. 6. 2　测定仪器　日本岛津公司产 QP-5050型气
质联机( GCM S) ;
1. 3. 6. 3　测定条件　分析柱: por a PLOT Q 型毛细
管柱 ( 25 m×0. 32 mm) ; 柱箱温度程序: 100℃保持
2 min,以 15℃/ min 速度升至 230℃, 保持 8 m in, 共
18 m in; 汽化温度: 230℃;检测器温度: 230℃; 检测器
电压: 1. 5 kv; 载气: 氦气( 50 kPa ) ; 流量: 20 m l/ min;
进样器: Split , 1/ 8。
1. 3. 6. 4　测定结果分析　对 GCMS 测定数据, 利用
NIST 数据库检索进行定性分析。再根据出峰物的定
性分析结果, 配制相应标准样品的稀释液作为标准物
进样,用于该物质的定量分析。
2　结果与分析
2. 1　感官品质评定
发酵 30 d 后, 3 种秸秆的发酵品质评定等级见
表 1, 其中玉米秸秆 pH 基本达到发酵饲料的要求, 气
味有甜酸香味,质地较松散,色泽鲜亮, 其评定等级为
二等尚好; 而小麦和水稻的秸秆其 pH 仍高, 味道不
香,质地发硬,评定等级为 3等中等。
表 1　干秸秆发酵品质评定
T able 1　Evaluat ion on fermentation quality of str aw
处理
T reatmen t
pH
发酵质量评分
M ark s of evaluat ion
on ferm ented quality
嗅觉
Sm ell
结构
Texture
色泽
Color
总计
Total
等级评定
Gr ade
玉米干秸秆
C or nstalk
4. 2
　
9
　
4
　
2
　
15
　
二等尚好
Second grade
水稻干秸秆
Rice st raw
4. 5
　
5
　
3
　
1
　
9
　
三等中等
Th ird gr ade
小麦干秸秆
Wheat st raw
5. 4
　
3
　
3
　
1
　
7
　
三等中等
Th ird gr ade
2. 2　发酵过程中 pH 变化
如图 1所示, 玉米秸秆的 pH 在发酵之前为 6. 9,
发酵2 d后降为 4. 7, 发酵 7 d后为4. 3,以后平稳保持
较低 pH , 30 d后的 pH 为 4. 2。小麦秸秆在发酵初期
pH 下降也较快,发酵 7 d 后从开始的 5. 8下降到 4. 4,
以后到 15 d 变化不大,但到 15 d后稍有回升,到 30 d
后又升至5. 4。水稻秸秆发酵时的pH 初期降落较前两
者慢,以后呈起伏变化,发酵 2 d后 pH仍为 5. 0以上,
7 d后降为4. 5, 以后又略有回升, 30 d 后为 4. 6。在青
贮等发酵过程中 pH 迅速下降可抑制杂菌的繁殖, 减
少养分损失, 抑制丁酸等产生而保持饲料品质, 较理想
的 pH为 4. 0～4. 2[ 9]。比较本实验的 3种秸秆发酵过
程的 pH 变化,玉米秸秆 pH 下降速度快, 下降点达到
4. 2, 一次下降后平稳保持低 pH; 而小麦和水稻秸秆
pH 下降速度相对缓慢,最低 pH 也在 4. 4～4. 5, 一次
下降的 pH 也不稳定。
48 草　地　学　报 第 13卷
图 1　pH随发酵时间的变化
F ig . 1　Changes o f pH value w ith fexmentation tim e
2. 3　发酵过程中乳酸菌数的变化
用 MRS 培养基平板测定 3种秸秆发酵过程的乳
酸菌数量( CFU : 菌落形成单位) ,结果表明,在发酵之
前,玉米秸秆就附着有近 107 / g 乳酸菌(图 2) ,在 3种
秸秆中最多, 而小麦和水稻秸秆附着乳酸菌量不到
106 / g ,水稻秸秆最少; 发酵 2 d 后仍然是玉米秸秆的
乳酸菌数量最多, 超过 108 / g, 小麦秸秆次之, 水稻秸
秆最少,之后差异逐渐减小,在发酵 2～7 d 后, 3种秸
秆的乳酸菌数量逐渐下降, 30 d后玉米秸秆的菌数最
少,而小麦秸秆的菌数最多。在发酵初期, 附着的微生
物利用秸秆中的一些糖分大量增殖, 同时产生酸性物
质使 pH 降低, 微生物受酸性的抑制而逐渐减少[ 10]。比
较图 1和图 2可见: 在自然发酵条件下附着在原材料
的乳酸菌数影响发酵初期的 pH 下降,玉米秸秆附着
的菌数最多, pH 下降速度也最快;发酵后期的菌数反
映 pH 的下降规律, pH 越低菌数越少,即 pH 最低( 4.
2)的玉米秸秆菌数最少, 小麦秸秆 pH 最高( 5. 4) , 其
菌数最多。本实验只用了乳酸杆菌限制性培养基-
MRS 培养基, 但实际镜检结果也生长部分球菌, 在一
定程度上能够反映乳酸菌的动态。
图 2　总乳酸菌数随发酵时间的变化
F ig . 2　Changes of to tal lactic acid bacter ia amount w it h
fexment ation t ime
2. 4　发酵过程中可溶性糖含量的变化
由图 3可见, 玉米秸发酵饲料中的可溶性糖含量
要明显高于麦秸和水稻秸, 玉米秸发酵两天后的糖含
量为 3. 37%, 约为小麦、水稻秸秆的 2倍,随后逐渐下
降,发酵 10 d后基本稳定, 30 d后略有升高,测定值为
2. 37% ;麦秸和水稻秸在发酵过程中可溶性糖含量变
化基本相似, 发酵初期含量较低,随后一直下降。可溶
性糖是发酵微生物的主要养分, 糖过少,会影响微生物
的正常繁殖[ 11] , 因此在发酵过程中经常添加糖、糖蜜
等碳水化合物, 可以促进发酵, 其发酵产物主要是乳
酸。[ 12]。由本实验结果可发现一个规律,当发酵初期的
可溶性糖含量满足一定量时(如玉米秸秆) pH 下降迅
速,后期可溶性糖保持一定水平;当发酵初期的可溶性
糖含量较低时(如小麦、水稻秸秆) pH 下降缓慢或不
稳定,后期可溶性糖一直下降。对此关系及适宜的添加
技术有待于进一步研究。
图 3　可溶性糖含量随发酵时间的变化
Fig. 3　Changes o f wat er-so luble carbohydrate content
with fexment ation t ime
2. 5　发酵 30 d后的营养成分
除粗蛋白质含量, 3 种秸秆的粗纤维、粗脂肪、粗
灰分含量在发酵前后没有变化。干秸秆发酵以草食动
物饲料为目的而言,主要目的应该是提高嗜口性。但也
有报道利用微生物和其他添加剂的发酵实验结果, 粗
蛋白质含量可明显提高 [ 6] (表 2)。
2. 6　3种秸秆发酵过程中挥发性发酵产物的定性及
定量分析
2. 6. 1　定性分析
玉米、水稻和小麦的干秸秆自然发酵过程中发酵
产物既有相同,也有差异。分别以发酵 15 d的发酵产
物为例进行分析,如图 4、5、6所示。图4显示了玉米秸
的发酵产物。在本实验条件下有 13个主峰,对其中峰
值较高的 5和 11号峰通过 NIST 数据库检索分析, 结
果表明,分别为乙酸(图 5-A)和乳酸(图 5-B)。这些主
峰分别为(括号内为出峰时间,单位: m in) : 1. 空气( 1.
4) ; 2. 甲醇( 2. 6) ; 3. N-氨基, 乙二酰胺( 3. 1) ; 4. 乙
49第 1期 高丽娟等:玉米、小麦、水稻秸秆自然发酵的生化变化
醇( 4. 6) ; 5. 乙酸( 7. 4) ; 6. 2-丁醇( 8. 6) ; 7. 3-甲基丁
醛 ( 9. 7) ; 8. 3-甲基, 1, 2 丙二醇( 10. 5) ; 9. 乙酰胺
( 10. 9) ; 10. 2, 3丁二醇( 11. 6) ; 11.乳酸( 12. 5) ; 12. 3-
羟基,丁醛( 13. 6) ; 13. 甘油( 15. 9)。其中, 峰值大而占
主导地位的为乙醇、乙酸、乳酸和甘油。乳酸和乙酸多
有利于降低pH,乙醇和甘油有利于增加发酵饲料的风
味,而其他微量出现的醇类也是与风味有关的物质, 可
提高饲料的嗜口性 [ 11] (图 4) 。
表 2　常规成分分析结果( 100%干物质基础)
T able 2　Chemical analysis of t reatm ents ( DM% 1)
处理
T reatments
初水分
Mois tu re
粗蛋白质
Crude pr otein%
发酵前
( BF) 2
发酵后
( AF) 3
粗纤维
Cr ude f iber%
发酵前
( BF)
发酵后
( AF)
粗脂肪
Crude l ipids%
发酵前
( BF)
发酵后
( AF)
粗灰分
C rude ash%
发酵前
( BF)
发酵后
( AF)
玉米秸秆 Corn stalk 72. 72 7. 56 6. 70 26. 05 26. 05 0. 39 0. 39 9. 86 9. 86
小麦秸秆 Wheat st raw 71. 65 4. 07 3. 31 33. 70 33. 70 0. 28 0. 28 7. 01 7. 01
水稻秸秆 Rice st raw 71. 26 4. 18 4. 92 32. 36 32. 36 0. 28 0. 28 11. 1 11. 10
　　1 DM = d ry mat ter; 2BF= b efore fermentat ion; 3AF= af ter ferm entation
图 4　玉米秸发酵 15 d挥发性产物的 GCMS测定结果
F ig . 4　The GCMS g raph o f co rn str aw fermented
brot h after 15 days
1. 空气( 1. 4分钟) ; 2.甲醇( 2. 6) ; 3. N-氨基乙二酰胺( 3. 1) ; 4.乙醇( 4.
6) ; 5.乙酸( 7. 4) ; 6. 2-丁醇( 8. 6) ; 7. 3-甲基丁醛( 9. 7) ; 8. 3-甲基-1, 2-
丙二醇( 10. 5) ; 9.乙酰胺( 10. 9) ; 10. 2, 3-丁二醇( 11. 6 ) ; 11.乳酸( 12.
5) ; 12. 3-羟基丁醛( 13. 6) ; 13.甘油( 15. 9)。
1. Air; 2. M ethanol; 3. Sem ioxamazide; 4. Ethanol ; 5. Acetic acid; 6.
2-Butanol ; 7. Butan al , 3-m ethyl ; 8. 1, 2-Propaned iol , 3-meth yl; 9.
Acetamid e; 10. 2, 3-Bu tanediol; 11. Lactic acid; 12. Butanal, 3-
hydroxy; 13. Glycerine
图 5　4 中 5# 和 11# 峰的质量谱检索结果
A.乙酸　B.乳酸
F ig . 5　Results o f the spectr og ram sear ch o f 5#
and 11# peak in Fig. 4
A-Acet ic acid　B-Lact ic acid
　　图 6A 为小麦秸发酵 15 d 的发酵产物测定结果。
共检测到 19种物质, 分别为: 1. 空气( 1. 4) ; 2. 甲醇
( 2. 6) ; 14. 乙醛( 3. 2) ; 4. 乙醇( 4. 6) ; 15. 丙醇( 7. 1) ;
5. 乙酸( 7. 4) ; 16. 2, 3-丁二醇内酯( 8. 2) ; 6. 3-甲基,
2-丁醇( 8. 6) ; 17. 甲酸异丁酯( 9. 3) ; 18. 丙酸( 9. 4) ;
7. 3-甲基丁醛( 9. 7) ; 19. 庚醛( 10. 2) ; 20. 3-羟基丁
醛( 10. 4) ; 21. 异丁酸( 10. 6) ; 22. 丁酸( 11. 1) ; 10. 2,
3丁二醇( 11. 6) ; 23. 3, 4, 5-三羟基戊酮( 12. 6) ; 24.
己醇( 13. 6) ; 25. 4-甲基戊酸( 15. 8)。在玉米秸秆发酵
物中出现过的 3、8、9、11、12、13号峰未见,新出现了
12种物质。其中, 对发酵饲料重要的乳酸未出现,出现
了较大的丁酸峰和微量的丁酸衍生物。丁酸及衍生物
是影响饲料质量的物质 [ 11]。实际上在小麦秸秆发酵的
初期发酵产物中有少量的乳酸出现,中后期( 15 d 以
后)已检测不到, 甘油一直未出现,逐渐增加了丁酸及
其衍生物。
　　水稻秸秆的发酵产物与小麦秸秆类似,共检测到
20种物质(图 6B)。分别为: 1. 空气( 1. 4) ; 2. 甲醇( 2.
6) ; 14. 乙醛( 3. 2) ; 4. 乙醇( 4. 6) ; 26. 丙酮( 6. 0) ; 27.
异丙醇( 6. 3) ; 28. N, N-二甲基甲胺( 6. 9) ; 15. 丙醇
( 7. 1) ; 5. 乙酸( 7. 4) ; 16. 2, 3-丁二醇内酯( 8. 2) ; 6.
3-甲基, 2-丁醇( 8. 6) ; 29. 1-丁醇( 9. 2) ; 18. 丙酸( 9.
4) ; 20. 3-羟基丁醛( 10. 4) ; 21. 异丁酸( 10. 6) ; 22. 丁
酸 ( 11. 1) ; 10. 2, 3-丁二醇( 11. 6) ; 23. 3, 4, 5-三羟基
戊酮( 12. 6) ; 30. 1-己醇( 13. 5) ; 25. 4-甲基戊酸( 15.
8)。与小麦秸秆相比, 丁酸峰变小,但仍然有丁酸及其
衍生物,并又新增加了丙酮、异丙醇、N, N-二甲基甲胺
等物质,这些都是发出异味的物质。与小麦秸秆同样,
乳酸在发酵初期微量出现,继而杂物渐增,乳酸消失,
未出现甘油。
　　发酵产物的种类是影响发酵饲料品质的重要因
素[ 10 , 11]。比较 3种秸秆的发酵情况, 玉米秸秆在发酵
50 草　地　学　报 第 13卷
较好时,挥发性发酵产物以乳酸、乙酸、乙醇及甘油为
主,其他成分极少出现; 而小麦、水稻秸秆在发酵不理
想时, 上述主要物质、尤其乳酸极少或不产生,增加许
多种类的杂物,尤其增加丁酸及其衍生物, 严重影响发
酵物作为饲料的质量。
图 6　(A)小麦、( B)水稻秸秆发酵 15 d时
挥发性产物的 GCMS测定结果
F ig . 6　The GCMS g raph of ( A ) w heat and ( B) r ice
straw fermented broth aft er 15 days
小麦秸: 1.空气( 1. 4分钟) ; 2.甲醇( 2. 6) ; 14.本醛( 3. 2) ; 4.乙醇( 4. 6) ;
15.丙醇( 7. 1) ; 5.乙酸( 7. 4) ; 16. 2, 3-丁二醇内酯( 8. 2) ; 6. 3-甲基-2-丁
醇( 8. 6) ; 17. 甲酸异丁酯 ( 9. 3 ) ; 18. 丙酸( 9. 4) ; 7. 3-甲基丁醛( 9. 7) ;
19. 庚醛( 10. 2) ; 20. 3-羟基丁醛 ( 10. 4 ) ; 21. 异丁酸( 10. 6) ; 22.丁酸
( 11. 1) ; 10. 2, 3-丁二醇( 11. 6) ; 23. 3, 4, 5-三羟基戊酮( 12. 6) ; 24.己醇
( 13. 6) ; 25. 4-甲基戊酸( 15. 8)
水稻秸: 1.空气( 1. 4分钟) ; 2.甲醇( 2. 6) ; 14.乙醛( 3. 2) ; 4.乙醇( 4. 6) ;
26. 丙醇( 6. 0) ; 27. 异丙醇( 6. 3) ; 28. N, N -二甲基甲胺( 6. 9) ; 15.丙醇
( 7. 1) ; 5.乙酸( 7. 4) ; 16. 2, 3-丁二醇内酯 ( 8. 2 ) ; 6. 3-甲基-2-丁醇 ( 8.
6 ) ; 29. 1-丁醇( 9. 2) ; 18.丙酸( 9. 4) ; 20. 3-羟基丁醛( 10. 4) ; 21.异丁酸
( 10. 6) ; 22.丁酸( 11. 1) ; 10. 2, 3-丁二醇 ( 11. 6) ; 23. 3, 4, 5-三羟基戊酮
( 12. 6) ; 30. 1-己醇( 13. 5) ; 25. 4-甲基戊酸( 15. 8)
Wheat st raw : 1. Air ; 2. Meth anol ; 14. Acetaldehyde; 4. Ethanol; 15.
Propan ol ; 5. Acet ic acid; 16. Oxirane, 2, 3-dimethyl; 6. 2-Bu tanal, 3-
meth yl; 17. Formic acid, 2-methylpr opyl es ter; 18. Propanoic acid; 7.
Butan al , 3-meth yl; 19. Hptanal ; 20. 2-Butan on e, 3-hydrox y; 21.
Propan ic acid, 2-methyl ; 22. Butanoic acid; 10. 2, 3-Butanediol ; 23. D-
Erythro-pentose, 2-deoxy; 24. Heptanal ; 25. Pentanoic acid, 4-meth yl.
Rice st raw : 1. Air; 2. Methan ol ; 14. Acetaldehyde; 4. Ethanol; 26.
Asetone; 27. 2-Propanol; 28. Methylamine, N, N-dimethyl; 15.
Propan ol ; 5. Acet ic acid; 16. Ox iran e, 2, 3-dimeth yl; 6. 2-Butanal, 3-
meth yl; 29. 1-Buthanol; 18. Propanoic acid; 20. 2-Butanone, 3-
hydroxy; 21. Propanic acid , 2-m ethyl ; 22. Butan oic acid ; 10. 2, 3-
Butan ediol; 23. D-Erythro-pen tos e, 2-deoxy; 30. 1-Hexan ol ; 25.
Pentanoic acid, 4-methyl
2. 6. 2　主要挥发性发酵产物的定量分析
对 3种秸秆发酵过程中均有产生, 且对饲料品质
影响较大的乙醇、乙酸、乳酸及甘油进行了动态定量
分析。
2. 6. 2. 1　发酵产物中乙醇积累量的变化
3种作物秸秆发酵过程中均产生乙醇, 各乙醇生
成量的变化见图 7A。由图 7可见,在前期发酵产物中
各乙醇的生成量差异不大, 但到中后期,稻秸和麦秸发
酵产物中乙醇量明显升高, 其中稻秸中升高最多,最高
值达 7. 6 mg/ g , 其次是麦秸, 最高值为 3. 9 mg/ g , 而
玉米为 1. 96 mg/ g ,随后又都缓慢下降, 30 d后 3者基
本接近;在整个过程中玉米秸秆的乙醇含量变化相对
平稳,到发酵 15 d为止缓慢上升,随后略有下降。
2. 6. 2. 2　乙酸积累量的变化
乙酸是发酵产物中的主要产物之一, 3 种秸秆的
乙酸含量变化与其 pH 变化相当吻合。玉米秸秆的乙
酸升高最快, 在 3者中一直保持最高(图 7B) , 与此相
对应玉米秸秆的 pH 下降最快, 一直保持最低;同样在
发酵前、中期,水稻秸秆乙酸含量最低, pH 最高, 小麦
秸秆介于中间; 在发酵 30 d 后, 水稻秸秆的乙酸含量
提高,小麦秸秆的乙酸含量下降,随之这两者的 pH 也
交叉,调换位置。由此可见, 乙酸含量是左右发酵物pH
的重要因素之一, 适宜的乙酸含量有利于发酵物 pH
的下降。但乙酸含量过多可使动物倒牙, 甚至引起中
毒[ 11 ]。
2. 6. 2. 3　乳酸积累量的变化
如图 7C 所示, 玉米秸秆从发酵初期到 30 d 都检
测到了乳酸, 其含量变化与乙酸相似,但绝对含量约为
乙酸的 3倍, 最高值达 20. 65 mg / g (于发酵 15 d) ; 而
麦秸和稻秸发酵产物中的乳酸仅在前期出现,且较玉
米秸低得多,中后期( 10 d 以后)已检测不到。乳酸的
生成是引起发酵饲料 pH 下降的又一因素, 另外乳酸
还是一种调味剂, 可提高饲料的嗜口性,提高幼畜的消
化机能,调节消化道内酸度,利于动物健康 [ 11]。
2. 6. 2. 4　甘油积累量的变化
在 3种作物干秸秆发酵过程中, 只有玉米秸秆产
生了甘油(图 7D) ,玉米秸秆发酵产物中甘油的生成呈
浅 M 型变化, 呈现出平缓的双峰曲线。甘油味道香甜,
可增加发酵饲料的风味。
通过以上挥发性发酵产物的分析可见,玉米秸秆
产物相对集中于乙醇、乙酸、乳酸、甘油等有利于提高
饲料品质的物质, 尤其乳酸含量占绝对优势;而小麦与
水稻秸秆乙酸、乳酸含量少,有时不出现,杂物种类多,
pH 下降难, 发出臭味。要取得较好的发酵,可能需要
添加发酵微生物及其他添加剂。已有报道稻草添加酵
母菌及麸皮、硫铵等发酵, 取得了较好的发酵效果, 蛋
白含量可提高到 18. 4% [ 13] ,但其经济有效的发酵技术
有待于进一步开发。
51第 1期 高丽娟等:玉米、小麦、水稻秸秆自然发酵的生化变化
图 7　(A)乙醇、(B)乙酸、(C)乳酸和(D)甘油生成量随发酵时间变化
Fig. 7　Changes of ( A ) Ethonal、( B) Acetic acid ( C) Lactic acid and ( D) Glycer ol content w ith ferment ation t ime
3　讨论与结论
3. 1　玉米秸秆发酵气味、色泽较好, pH 下降迅速并
保持在 4. 2以下的低值,发酵产物主要集中于能够提
高饲料品质的乙醇、乙酸、乳酸及甘油等, 在本试验条
件下认为不接菌也能够发酵出较好的发酵饲料。对快
速而进一步提高品质的发酵技术,则有待进一步开发。
3. 2　小麦和水稻秸秆在不接菌剂条件下, 呈原材料色
泽,气味不香,初期乳酸菌数量较少, pH 下降困难, 乳
酸和乙酸产生量较低, 挥发性发酵产物种类多, 包括降
低发酵品质的丁酸及其衍生物,难以成为合格的发酵
饲料。欲取得较好的发酵效果,尚需添加菌剂及其他添
加剂等。
3. 3　在本试验条件下,初期附着在材料上的乳酸菌数
量与发酵效果密切相关,乳酸菌多者发酵良好, 乳酸菌
少者发酵品质较差。这也表明以接种方式增加初期乳
酸菌是促进良性发酵的手段之一。
3. 4　发酵物中的可溶性糖含量的变化趋势在一定程
度上反映发酵品质的优劣。当发酵初期的可溶性糖含
量达到一定量时(如玉米秸秆) pH 下降迅速, 后期可
溶性糖保持一定水平;而发酵初期的可溶性糖含量较
低时(如小麦、水稻秸秆) pH 下降缓慢或不稳定, 后期
可溶性糖一直下降。
3. 5　当 pH 下降迅速, 发酵好时, 挥发性发酵产物种
类少,主要集中于乙酸、乳酸等有利于提高饲料品质的
物质; pH 下降缓慢, 发酵质量差时, 挥发性发酵产物
种类多而杂, 产生丁酸等影响发酵品质的物质。
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52 草　地　学　报 第 13卷