我国秸秆资源丰富[1]，稻谷、小麦、玉米、棉花等秸秆作物的总产量超62亿万t，按照张富春等[2]谷草比计算，2022年我国可利用秸秆资源达到8亿t。但现有饲草料资源已经不能满足现代畜牧业发展的需求，所以提高秸秆资源利用率成为研究热点。目前，膨化生物发酵是对秸秆饲料营养成分的保存和消化、吸收、利用率相对较高的一种预处理方法[3]。秸秆经过膨化机械加工后，加入微生物发酵厌氧菌和活性酶，通过物理、化学、微生物变化后，制成膨化秸秆生物发酵饲料[4]。与未处理的秸秆相比，膨化秸秆生物发酵饲料中的养分含量大幅度提升[5-6]，秸秆的适口性、动物的采食量、日增重、肉品质和对秸秆饲料的消化率均明显提高[7-10]。因此，膨化生物发酵作为粗饲料高效加工处理技术方式，对提高低质粗饲料的利用效率具有明显效果，为拓宽饲料资源来源、充分挖掘地域性饲草资源提供了方式，对解决畜牧业饲草资源不足的问题具有重要意义。文章综述了膨化和生物发酵对秸秆的作用效果以及膨化秸秆发酵饲料在反刍动物生产中的应用，以期为秸秆饲料的高效开发与应用提供参考。1膨化和生物发酵对秸秆的作用效果1.1膨化对秸秆的作用效果膨化技术作为秸秆生物发酵饲料有效的预处理方式，将该技术应用于秸秆饲料化利用成为研究热点[11-15]。秸秆膨化技术主要包括挤压膨化和蒸汽爆破两种方式。玉米秸秆经膨化技术处理后，可以提高纤维素和还原糖含量，降低半纤维素、木质素的含量和结晶度，尤其是对半纤维素有较大的破坏作用[5,16]。膨化的小麦[17]、藜麦秸秆[18]的相对结晶度上升，而绝对结晶度下降。膨化过程中产生的高温、高压能够起到杀菌消毒的作用，为后期微生物发酵创造有利条件[19]。膨化秸秆生物发酵的产气速率和产气率明显提高、发酵周期缩短[5,20]，有利于秸秆饲料化利用的工业化生产。秸秆中粗蛋白、粗纤维、木质素等含量变化程度因膨化处理方式、条件和秸秆种类的不同而有所差异。寇巍等[5]研究发现，玉米秸秆被挤压膨化后，半纤维素、木质素的含量分别降低了47.17%、19.34%，纤维素含量升高了18.01%。王宏立等[21]研究发现，挤压膨化后豆秸的粗蛋白含量升高了1.46%，而玉米秸秆粗蛋白含量下降了3.49%，豆秸和玉米秸秆的粗纤维含量分别降低了17.67%和5.02%。周如太等[22]研究发现，挤压膨化稻草、小麦秸秆的粗蛋白含量分别提升了25.2%和26.1%，粗纤维含量分别降低了6.20%和6.40%。张慧玲[18]研究发现，膨化处理不同含水量的藜麦秸秆后，其纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为1.35%~8.555%、7.07%~26.53%和1.61%~14.91%；在不同含水量和汽爆压力条件下蒸汽爆破处理藜麦秸秆，其纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为-5.13%~10.08%、5.75%~39.81%、-12.44%~16.71%，其中汽爆压力在1.5 MPa时，纤维素和木质素含量不降反增，2种方法对秸秆木质纤维素的降解程度不同。张连慧等[23]研究发现，在不同的汽爆压力、作用时间、含水量、麦秸粒度条件下蒸汽爆破处理小麦秸秆，其纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为11.29%~25.05%、54.43%~78.09%和5.75%~22.67%。李海文[24]和吴书奇等[25]研究发现，棉花秸秆经蒸汽爆破处理后，其中的纤维素、半纤维素和木质素含量均有所下降。膨化处理对秸秆营养成分含量变化的影响见表1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.20.031.T001表 1膨化处理对秸秆营养成分含量变化的影响饲 料粗蛋白粗纤维纤维素半纤维素木质素文献来源挤压膨化玉米秸秆——18.01↑47.17↓19.34↓寇巍等[5]挤压膨化豆秸1.46↑17.67↓———王宏立等[21]挤压膨化玉米秸秆3.49↓5.02↓———王宏立等[21]挤压膨化稻草25.2↑6.20↓———周如太等[22]挤压膨化小麦秸秆26.1↑6.40↓———周如太等[22]挤压膨化藜麦秸秆——1.35~8.55↓7.07~26.53↓1.61~14.91↓张慧玲[18]蒸汽爆破藜麦秸秆——-5.13~10.08↓5.75~39.81↓-12.44~16.71↓张慧玲[18]蒸汽爆破小麦秸秆——11.29~25.05↓54.43~78.09↓5.75~22.67↓张连慧等[23]蒸汽爆破棉花秸秆——9.34↓16.76↓11.81↓李海文[24]蒸汽爆破棉花秸秆——10.43↓21.98↓19.87↓吴书奇等[25]注：“↓”为下降，“↑”为增加，“—”为无数据；下表同。%1.2生物发酵对膨化秸秆营养成分含量的影响秸秆生物发酵饲料是指在厌氧环境下利用活菌制剂、酶制剂或酶菌联合发酵饲料，可以有效提高秸秆的饲用价值和可利用物质的消化率，便于贮存且不易腐败。与未处理秸秆相比，生物发酵处理技术可以降解纤维素、半纤维素、木质素等大分子物质，改善适口性，提高秸秆蛋白含量，产生菌体蛋白、各种酶类、抑菌因子、维生素等发酵代谢产物[26]，达到改善饲料纤维素消化率的目的，进而提高秸秆利用率[27-29]。膨化技术应用于饲料行业后，同生物发酵技术相结合，不同的发酵菌剂、膨化处理方式对秸秆发酵饲料营养成分的作用效果不同。崔树和[7]、王玉婷等[30]和李九月等[31]研究发现，膨化发酵玉米秸秆较玉米秸秆粗蛋白含量明显提高，粗纤维有所降低[7]，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维呈不同程度的变化[30-31]。萨如拉等[32]研究发现，在55%膨化微贮玉米秸秆全混合日粮（TMR）中添加不同的微生物制剂（菌、酶、菌酶协同）对日粮营养成分含量的影响不同，其中粗蛋白含量增加了0.32%~1.12%，纤维素、半纤维素、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维分别降低了2.65%~9.97%、2.35%~6.61%、2.44%~7.67%、2.46%~8.43%，菌酶协同组对TMR作用效果强于酶组和菌组。张慧玲[18]研究发现，膨化及蒸汽爆破发酵处理藜麦秸秆与常规发酵秸秆相比，纤维素、半纤维素、木质素含量大幅度下降，降解率分别提高了15.70%和21.27%、30.80%和45.89%、23.08%和25.84%。郭同军等[33]研究发现，蒸汽爆破发酵棉花秸秆较棉花秸秆的粗蛋白含量提高了5.40%，中性洗涤纤维含量降低了3.53%，酸性洗涤纤维含量升高了3.92%。生物发酵对膨化秸秆营养成分含量变化的影响见表2。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.20.031.T002表2生物发酵对膨化秸秆营养成分含量变化的影响项目粗蛋白纤维素半纤维素木质素粗纤维中性洗涤纤维酸性洗涤纤维文献来源膨化发酵玉米秸秆41.67↑———11.38↓——崔树和[7]膨化发酵玉米秸秆65.01↑————0.58↓3.84↓王玉婷等[30]膨化发酵玉米秸秆28.77↑————8.72↑5.43↑李九月等[31]55%膨化微贮玉米秸秆TMR（菌组）0.32↑2.65↓2.35↓——2.44↓2.46↓萨如拉等[32]55%膨化微贮玉米秸秆TMR（酶组）0.72↑8.67↓4.70↓——6.24↓7.36↓萨如拉等[32]55%膨化微贮玉米秸秆TMR（菌酶协同组）1.12↑9.97↓6.61↓——7.67↓8.43↓萨如拉等[32]膨化发酵藜麦秸秆—15.70↓30.80↓23.08↓———张慧玲[18]汽爆发酵藜麦秸秆—21.27↓45.89↓25.84↓———张慧玲[18]蒸汽爆破发酵棉秆5.40↑————3.53↓3.92↑郭同军等[33]%1.3微生物菌剂对秸秆生物发酵效果的影响目前，细菌、真菌、酶制剂等高活性微生物菌剂可以降解秸秆中木质素、纤维素、半纤维素含量，提高秸秆的消化率，在秸秆发酵中广泛应用。真菌是降解秸秆效率高的微生物菌群，分泌的胞外酶对纤维素、半纤维素和木质素均具有较强的分解作用[34]，复合菌剂较单一菌剂发酵降解木质素效果好[35-37]，菌酶协同发酵效果较单一菌剂或单一酶制剂发酵效果更佳[38-39]。熊晓莉等[40]研究发现，采用不同菌种组合发酵玉米秸秆12 d，在27种混合菌种的基础上添加降解纤维素类菌种或功能化菌可以提升发酵效果，促进黄粉虫生长。张云等[41]研究发现，在相同温度下，当pH值在5.5~9.5之间时，秸秆降解菌系8号的秸秆降解率大于秸秆腐熟剂，但当pH值为4.5时，两种菌系秸秆降解率无差异。徐仲凯等[42]研究发现，复合益生菌发酵玉米秸秆感官评价等级明显高于乳酸菌发酵玉米秸秆，pH值较乳酸菌发酵玉米秸秆的pH值降低了10.26%，说明复合益生菌改善玉米秸秆感官品质比乳酸菌效果佳。萨如拉等[32]研究发现，添加布氏乳杆菌和复合纤维素酶的55%膨化微贮玉米秸秆TMR的pH值均低于单独添加布氏乳杆菌、复合纤维素酶组，且明显低于复合纤维素酶组。王诚等[43]研究发现，菌酶协同组玉米秸秆青贮饲料的pH值、氨态氮/总氮比值低于复合酶组、复合乳酸菌组，表明菌酶协同发酵青贮饲料的发酵品质优于其他组。尹珺伊等[44]研究发现，复合益生菌酶协同发酵玉米秸秆青贮感官评价等级明显高于复合益生菌发酵玉米秸秆，且pH值较复合益生菌发酵组降低了10.00%，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量分别降低了6.12%、26.94%，粗蛋白质、乳酸含量分别升高了8.70%、13.16%，说明添加复合益生菌酶发酵剂可以更好地改善玉米秸秆青贮的感官品质和营养水平。张盛明等[45]研究发现，用植物乳杆菌和复合酶协同处理发酵玉米秸秆并对其进行瘤胃降解试验，干物质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维消失率均高于植物乳杆菌组和复合酶组。任亚琼等[46]研究发现，复合菌酶处理玉米秸秆组的干物质体外消化率高于复合菌组。2膨化秸秆发酵饲料在反刍动物生产中的应用2.1膨化秸秆发酵饲料对反刍动物生长性能的影响采食量和日增重是衡量反刍动物生产性能的参数。秸秆经过膨化生物发酵后会降低粗纤维含量，改善适口性，提高动物采食量和平均日增重。崔树和[7]研究发现，膨化发酵玉米秸秆组肉牛的干物质采食量、平均日增重均高于黄贮组，分别提高了8.28%和20.55%，但料重比降低了10.18%。王晓飞等[8]、仲伟光等[9]、王建军[10]研究发现，在羊日粮中添加膨化玉米秸秆发酵饲料，平均干物质采食量和平均日增重分别较玉米秸秆组提高了12.84%~20.00%和14.17%~22.32%，料重比则呈不同变化趋势。以上研究结果说明膨化发酵玉米秸秆饲喂效果优于黄贮玉米秸秆和玉米秸秆组。郭同军等[33]研究发现，在羊日粮中添加蒸汽爆破发酵棉花秸秆时，其干物质采食量和料重比较棉花秸秆组分别降低了5.26%和36.56%；其日增重较棉花秸秆组提高了44.45%。牛、羊采食量增加的原因可能是日粮中添加的膨化发酵秸秆饲料良好的质地和含水量，提高了适口性，与苏秀侠等[47]研究结果相同。膨化秸秆发酵饲料对反刍动物生长性能的影响见表3。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.20.031.T003表3膨化秸秆发酵饲料对反刍动物生长性能的影响饲料采食量/%平均日增重/%料重比/%文献来源膨化玉米秸秆发酵饲料8.28↑20.55↑10.18↓崔树和[7]膨化玉米秸秆发酵饲料12.84↑17.82↑4.20↓王晓飞等[8]、仲伟光等[9]、王建军[10]20.00↑14.17↑4.85↑18.24↑22.32↑3.42↓蒸汽爆破发酵棉秆5.26↓44.45↑36.56↓郭同军等[33]%2.2膨化秸秆发酵饲料对反刍动物消化性能的影响消化率是衡量反刍动物对营养摄取的重要指标[48]。不同的处理方式会导致反刍动物对粗饲料的养分消化率不同。经过青贮、黄贮、膨化发酵处理的玉米秸秆的干物质、粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的48 h瘤胃消化性能均有所提升。王玉婷等[30]研究发现，膨化微贮玉米秸秆和黄贮玉米秸秆的干物质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的瘤胃降解率较玉米秸秆分别提高了51.75%和15.29%、9.09%和0.48%、2.79%和0.28%。李九月等[31]研究发现，膨化菌制剂发酵玉米秸秆和膨化发酵玉米秸秆的干物质消化率较玉米秸秆分别提高了20.06%和16.17%。丁健等[49]研究发现，膨化发酵和青贮玉米秸秆较玉米秸秆的干物质、粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维消失率分别提高了23.70%和26.45%、7.21%和10.23%、17.05%和23.71%、8.01%和10.94%。膨化生物发酵玉米秸秆与膨化发酵、黄贮玉米秸秆营养物质的消化率相比均提高，但是较青贮玉米秸秆的营养物质的消化率低。不同处理玉米秸秆（48 h）瘤胃消化性能的影响见表4。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.20.031.T004表4不同处理玉米秸秆（48 h）瘤胃消化性能的影响饲料干物质粗蛋白中性洗涤纤维酸性洗涤纤维文献来源膨化微贮玉米秸秆51.75↑—9.09↑2.79↑王玉婷等[30]黄贮玉米秸秆15.29↑—0.48↑0.28↑王玉婷等[30]膨化菌制剂发酵玉米秸秆20.06↑———李九月等[31]膨化发酵玉米秸秆16.17↑———李九月等[31]膨化生物发酵玉米秸秆23.70↑7.21↑17.05↑8.01↑丁健等[49]青贮玉米秸秆26.45↑10.23↑23.71↑10.94↑丁健等[49]%2.3膨化秸秆发酵饲料对反刍动物肉品质的影响pH值、剪切力、滴水损失和蒸煮损失等指标是衡量肉品质的常用参数。仲伟光等[9]、王建军[10]研究发现，膨化发酵玉米秸秆组育肥羊鲜肉pH值与滴水损失、蒸煮损失等指标较玉米秸秆组无明显差异，剪切力较对照组分别降低了3.55％和3.79%，羊肉的嫩度有所改善。尹云厚等[50]研究发现，在日粮中添加青贮、黄贮、膨化生物发酵玉米秸秆饲料，牛肉滴水损失、蒸煮损失和剪切力等均无明显变化，但是青贮组和膨化组的剪切力较黄贮组分别降低了5.26%、4.01%，这与黄贮玉米秸秆的高粗纤维含量相符合。崔树和[7]、仲伟光等[9]研究发现，秸秆膨化发酵玉米秸秆对牛肉、羊肉品质无影响。3结论膨化秸秆生物发酵饲料在改善动物肉品质、提高生长性能方面具有明显作用，对提高饲料利用效率、降低生产中的精饲料投入、控制饲料成本方面具有积极影响。膨化秸秆生物发酵饲料的工业化生产和应用可以缓解粗饲料资源的供需问题，促进节粮型畜牧业的可持续发展。