柠条膨化加工工艺条件优化

付俊平，贾玉山，格根图，武海霞

(1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古自治区水利科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010020)

随着畜牧业和饲料工业的迅速发展，我国饲草料不足的矛盾已日趋突出。特别是在荒漠化草原区，实施“禁牧、休牧”生态治理工程后，饲草料不足问题尤为突出。生态环境治理工程的实施产生了大量平茬复壮后的灌木、半灌木的枝条，充分利用这些资源不但可以缓减草畜矛盾、人畜争粮等现象，还可以促进我国畜牧业的可持续发展。因此，在科学引导养殖规模，提高牲畜质量及畜产品安全的同时，积极探索和研究新型、可开发的饲草料资源成为当下紧迫的课题，特别是有效开发当地非常规饲草料资源，柠条(Caraganakorshinskii)就是其中之一，柠条枝叶的营养价值很高，粗蛋白9.20%～27.50%、粗脂肪8.20%～22.20%、粗纤维2.76%～3.52%、木质素25.13%～27.75%、粗灰分2.26%～6.75%、无氮浸出物31.80%～40.85%、钙0.64%～1.64%、磷0.26%～0.89%。将其枝叶加工成各种草产品饲喂家畜，是很有发展潜力的绿色饲料资源[1]。内蒙古地区柠条资源丰富，可利用总面积400多万hm2，按照1.5 t/hm2干质量的年均产量估算，年生物产量合计600万t以上，可满足100万头奶牛的粗饲料需求[2]。科学合理地利用这些宝贵的饲草料资源，无疑对增加饲草料的贮存量，缓解草畜矛盾，促进畜牧业的可持续发展具有重大意义[3]。

1 材料与方法

1.1试验材料 试验材料为柠条,英文名Korshinsk peashrub，别名柠条、大白柠条、毛条等[4-5]，于2009年7月20日取自内蒙古鄂尔多斯市鄂托克前旗，采用禁牧、无人为破坏且处于不同刈割频率的、7～8年龄的人工种植柠条林。通过对试验材料采集地柠条试验田的调查和鉴定，随机选取不同植株上的茎及叶片，所取材料均处于开花期，且着生位置一致，生长状况良好。

1.2试验方法

1.2.1膨化试验 采用单杆小型热喷设备对柠条进行膨化。

工艺流程：柠条植株→预处理→切短、揉碎→混匀→调节水分→膨化→筛分→柠条膨化产品→取样→体外发酵实验→测定指标。

采用4因素4水平L16(44)正交试验设计，将膨化工艺条件中压力(MPa)、温度(℃)、原料含水量(%)、切短长度(cm)作为因素，每个因素设4个水平，每组均设3个重复。即：压力(MPa)设0.6、0.8、1.0、1.2 MPa 4个水平；温度(℃)设110、130、150、170 ℃ 4个水平；原料含水量(%)设20%、30%、40%、50% 4个水平；切短长度(cm)设2、3、4、5 cm 4个水平。

1.2.2瘤胃液收集 试验羊在早晨饲喂前1 h，用硬质PVC管通过瘤胃瘘管在瘤胃内不同位点快速采取瘤胃液，置入经预热达39 ℃并通有CO2的保温瓶中，盖严瓶口，迅速返回实验室，经4层纱布过滤到预热达39 ℃并通有CO2的广口瓶中，滤液持续通入CO2。

1.2.3培养液配制 采用Menke和Steingass[7]的方法准备人工瘤胃营养液，并将营养液与瘤胃液以体积比为2∶1的比例混合。人工瘤胃营养液由常量元素溶液、微量元素溶液、缓冲液、指示剂溶液、还原剂溶液配成。各种溶液的配方见表1。

表1 人工瘤胃营养液各单一溶液配方

1.2.4产气量测定 通过安在注射口的硅胶管将30 mL接种液分装到注射器中。立即盖上带有放气阀门的橡皮塞，盖紧密闭后，放入38～39 ℃的恒温水浴摇床中培养。在培养0、1、2、4、8、12、16、24 h各时间点取出培养管并快速读数记录。

1.3测定指标 测定不同培养时间点的产气量，测定木质素含量及干物质消化率。木质素含量依《饲料分析及饲料质量检测技术》的范式方法[7]测定；干物质消化率按照《现代反刍动物营养研究方法和技术》[8-9]的方法测定。

干物质消化率=[注射器中样品干质量-残留在过滤布上的干质量(固体残渣质量)]/注射器中样品干质量×100%。

1.4数据处理 试验数据的前期处理均利用Microsoft Office Excel 2003软件进行，木质素含量、干物质消化率的计算及数据的方差分析利用SPSS 11.0软件进行。

2 结果与分析

2.1膨化条件不同组合对柠条木质素含量的影响 膨化组合对柠条木质素含量的影响如表2所示，4个关键工艺条件对木质素含量的影响作用大小次序为,膨化压力>膨化温度>含水量>切短长度。

压力各梯度中除0.8 MPa与1.0 MPa之间存在显著差异外(P<0.05)，其他相邻梯度之间的差异不显著(P>0.05)，压力越大，木质素含量越低，在压力1.2 MPa时最低，为41.75%；不同温度梯度中，每相邻两梯度之间的差异不显著(P>0.05)，但温度110与170 ℃之间差异显著，随着温度的升高，木质素含量下降，当温度升高到170 ℃时，膨化效果最佳，木质素含量最低，为41.57%；含水量和切短长度各梯度之间的木质素含量差异不显著(P>0.05)，但在含水量为30%、切短长度为2 cm时，木质素含量都为最低，分别为42.50%和42.49%。

表2 膨化条件不同组合对柠条木质素含量的影响

2.2膨化条件不同组合对柠条干物质消化率的影响 不同组合条件下膨化对柠条干物质消化率的影响如表3所示。压力对柠条干物质消化率的影响作用要显著高于其他因素(P<0.05)，且随着压力增大，消化率提高，在压力1.0 MPa时达到最大，为24.25%，之后又开始下降，前3个梯度之间存在显著性差异(P<0.05)，但压力0.6和1.2 MPa之间无显著性差异(P>0.05)；温度各梯度之间差异不显著(P>0.05)，当温度为170 ℃时，消化率最高，为20.97%；含水量各梯度之间差异也不显著(P>0.05)，在原料含水量为30%时，干物质消化率最大，为20.50%；原料切短长度3与4 cm之间差异显著(P<0.05)，其他相邻梯度之间的差异不显著(P>0.05)，2 cm长度下的消化率最高，为21.42%。

表3 膨化条件不同组合对柠条干物质消化率的影响

压力1.0 MPa、温度170 ℃、原料含水量30%、切短长度2 cm的组合膨化效果最好，柠条中木质素含量最低，由原来的52.94%降低到49.35%，较原样降低了6.79%，消化率由原来的16.62%提高到25.62%，较原样提高了54.14%，有效地改善了柠条的饲用品质。

3 讨论

膨化处理可以改变饲料的理化性状和营养成分，明显提高可溶性成分和可消化成分含量，适口性变好，饲用价值提高。影响膨化效果的因素很多，原料和设备是两个主要方面，膨化过程是整个加工过程最重要的环节，与原料的组成成分、粒度大小、水分含量以及膨化设备的类型、膨化压力、温度等均密切相关[10]。热喷膨化是利用高温、高压和水蒸气处理后突然降压以破坏纤维素CEL结构的方法。因此，压力、温度、原料含水量以及长度是决定热喷膨化成败和效果好坏的关键。目前，膨化技术已被广泛应用于饲料加工业中，但在柠条加工利用方面的应用研究仍处于起步阶段，相关的成熟加工条件研究报道很少。本研究设定了膨化压力、温度、原料含水量及切短长度4因素，进行了柠条热喷膨化加工关键工艺条件筛选，研究显示，柠条膨化需要适宜的压力、温度和含水量，原料切短长度不宜太长，在这4个关键工艺条件中，压力因素对柠条膨化效果影响最大，极差值远大于其他因素。

压力太低，对木质素影响小，消化率无显著提高，膨化效果差，但过高的压力又往往会伴随着高温，在高温高压的共同作用下往往容易使植物发生“炭化”，破坏原料中养分，反而会是消化率降低；其次膨化时必须达到一定温度，才能保证原料中水分产生热效应，而且原料中水分需在适宜范围之内，才能保证达到较好的膨化效果；原料切短长度超过一定范围，应力作用于物料的表面积增大，使降解木质素的难度增加，消化率变化不明显。在最佳组合工艺条件下膨化， 木质素等难以消化的成分明显降低，DM消化率提高，利用价值得到提高[11-12]。

柠条枝叶的营养价值很高[13]，因此，作为饲料原料利用，可以缓解内蒙古自治区反刍动物高蛋白优质牧草严重缺乏的现状。因此，加快柠条饲用转化技术的成熟与促进柠条饲料产业的发展，对内蒙古的畜牧业有重要作用。

4 结论

用单杆小型热喷设备加工膨化柠条适宜工艺条件为：压力1.0 MPa，温度170 ℃，原料含水量30%，切短长度2 cm，此条件下，膨化效果最好。

[1]左忠，张浩，王峰，等.柠条饲料加工利用技术研究[J].草业学报，2005，22(3)：30-35.

[2]道仁达来.柠条的生物学特性与产业化途径的研究[J].内蒙古林业调查设计，2008，31(3)：93-94.

[3]张雄杰，盛晋华，赵怀平.柠条饲用转化技术研究进展及内蒙古柠条饲料产业前景[J].畜牧与饲料科学，2010，31(5)：21-23.

[4]周道玮.锦鸡儿属植物分布研究[J].植物研究，1996，16(4)：428-435.

[5]牛西午.中国锦鸡儿属植物资源研究——分布及分种描述[J].西北植物学报，1999，19(5)：107-133.

[6]Menke K H，Steingass H E.Stimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen flued[J].Animal Research and Development，1988(28):7-55.

[7]杨胜.饲料分析及饲料质量检测技术[M].北京：北京农业大学出版社，1999.

[8]卢德勋，谢崇文.现代反刍动物营养研究方法和技术[M].北京：农业出版社，1990.

[9]王聪，刘强， 董宽虎，等.不同盐碱化草地混播牧草对绵羊瘤胃发酵和日粮养分利用率的影响[J].草业学报，2010，19(5)：38-44.

[10]刘国谦，张俊宝，刘东庆.柠条的开发利用及草粉加工饲喂技术[J].草业科学，2003，20(7)：26-31.

[11]宋立霞，王红英.膨化饲料加工技术分析及应用[J].饲料与畜牧，2008(2)：23-25.

[12]甘振威，张大维，张娅婕，等.饲料膨化加工方法对其营养成分的影响[J].中国比较医学杂志，2009，19(5)：72-73.

[13]武海霞.柠条饲用膨化技术及营养价值评价研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2010：27-35.