盐碱地甜高粱深加工技术
甜高粱(Sorghum bicolor)又称糖高粱,具有抗逆、抗旱、耐盐碱等生物特性,生物产量高,光合作用强,近年来,在黄河三角洲滩涂大面积种植,是滩涂农业的一个重要组成部分,因此发展甜高粱不仅具有良好的经济价值,还具有良好的生态效益。甜高粱作为一种大有发展前途的作物,它的综合利用可以带动粮食、饲料、养殖、能源、造纸等一系列产业的发展,形成甜高粱生态循环综合利用体系,使农、牧、副、渔得到可持续发展,为农民和社会带来巨大的经济效益。因此,其加工技术和工艺流程越来越重要。
1 甜高粱发酵乙醇工艺技术
目前,甜高粱茎制取染料乙醇主要有液体发酵和固体发酵两种工艺路线,液体发酵是首先将甜高粱茎秆的枝液压榨出来,添加适量的营养盐,接种、发酵、精馏获得燃料;固体发酵是将甜高粱茎秆粉碎、灭菌后,直接接种进行发酵。国内外研究人员对两种工艺路线中的发酵添加营养物、发酵条件、发酵菌种和发酵装置等进行了大量的研究。
叶凯[79]围绕甜高粱转化生物乙醇的产业技术路线,以生物系统糖形成、积累和转化生物乙醇为出发点,从甜高粱生物含糖量生长条件、低耗糖贮藏条件、菌种诱变与筛选和五碳糖工程菌构建等展开研究,采用多重诱变方式,从酿酒酵母菌种筛选出适宜的菌株,通过葡萄糖/木糖混合碳源发酵乙醇的研究,探索葡萄糖/木糖共发酵生产燃料乙醇的路径,发现在6%葡萄糖培养基上,发酵效率较高,发酵时间在48h,乙醇得率为78%,葡萄糖/木糖撇比为5:1时,乙醇得率高,发酵至60h时,乙醇得率为76.92%,糖利用率为96.78%。葳力斯[80]采用AQ-1酵母菌对甜高粱茎秆进行发酵生产乙醇:首先通过单因素试验,探索了固体发酵时的**发酵条件:温度30℃、发酵时间4天,接种量3%,然后对通过中试发酵试验得出蒸料可提高总糖转化率16%、酒精产量提高13.7%;排气可提高总糖转化率8.4%、酒精产量提高8.1%。
2 饲用甜高粱的加工调制技术
甜高粱在畜牧业上作为饲料有着广泛的应用,作为粗饲料在畜牧业上的主要利用途径是进行甜高粱青贮饲料的制作,对于拓宽家畜粗饲料来源,提高甜高粱综合效益起到了积极的作用。
2.1 饲用甜高粱青贮
饲用甜高粱青贮就是在厌氧条件下通过发酵将青贮原料中的碳水化合物(主要是糖类)变成以乳酸为主的有机酸的过程。当有机酸的浓度在青贮料中积聚到0.65%~1.3%时,抑制了有害微生物的生长,因而使青贮料得以保存,基本保持原来的青绿多汁状态以及营养价值。
(1)青贮过程的操作
青贮过程大致需要经过装填、压实和密封三个环节,通常装填和压实同时进行。
装填与压实:收割后的甜高粱晒至水分60%~70%时切短,喂牛的茎和叶片可切成2~3cm,喂马、羊、猪、禽可切成1~2 cm,对老弱幼畜应切得更短,以便于家畜咀嚼,促进营养物质的消化吸收[81]。将食盐磨成细末,按照甜高粱添加量的3%~5%进行添加;乳酸菌干粉按3 g中加入2 L清水的比例混合后,放置2h左右,每吨青贮甜高粱上喷洒2 L左右;每吨甜高粱添加尿素2.5~5 kg;将甜高粱与食盐、乳酸菌、尿素混合均匀进行装填[82]。装填时为了防止漏气,在青贮窖四周铺上塑料薄膜,原料装填到高出窖口1~1.5cm时为止[83]。
密封:装填完成后应立即进行密封覆盖,其目的是隔绝空气继续与甜高粱茎秆接触,防治雨水进入。乳酸菌活动的最适温度范围为20~30℃,发酵温度控制在19~37℃,当甜高粱添加至青贮窖口30cm时,用塑料薄膜铺盖后再压土30~50 cm,拍实[84]。
2.2 饲用甜高粱混贮
探索利用混合青贮、半干青贮等多种方式的加工利用途径,加大甜高粱青贮过程中应添加酶制剂,益生菌制剂等微生物辅助发酵,为全面提高青贮质量、增加甜高粱的产业附加值奠定良好基础。
(1)混合青贮是指将两种或两种以上的青贮原料混合贮存在密闭容器中制作青贮原料的一种方法,其原料作用相互弥补,发酵品质较好,是一种高效的青贮方式[85]。韩润英等[86]研究表明,饲用甜高粱和全株青贮玉米混贮后可以弥补饲用甜高粱淀粉含量不足的缺点,提高全株玉米青贮的总糖含量,适口性好,营养价值全面。罗登等[87]将大力士甜高粱和拉巴豆按3:7、4:6、5:5、6:4、7:3的比例分别混合青贮,对青贮品质不同指标进行分析,最终试验结果表明,甜高粱和拉巴豆比例为5:5 混贮时青贮料蛋白含量和无氮浸出物含量较高,粗纤维含量较低,青贮效果较好。李川东等[88]的研究表明,野生大豆(Glycine soja)单独青贮发酵品质不佳,但与饲用甜高粱混贮后不但青贮发酵品质较好,而且混合青贮显著提高了青贮饲料的粗蛋白质含量。
(2)饲用甜高粱调制干草
甜高粱茎秆富含糖分,鲜嫩多汁。调制干草时为了防止茎秆中糖分损失应避免在雨天刈割或刈割后避免淋雨,调制后的干草粉碎后贮存,最好和其它牧草混合饲喂动物,提高饲料利用率[89]。