蔗渣饲料化加工贮藏技术
蔗渣是一种植物纤维素类物质，是甘蔗糖厂最大宗的副产物，一般其产量约占原料甘蔗的24%～27%，资料统计表明目前全国蔗渣每年产量约1500万t，而广西是全国甘蔗糖业的生产中心，其蔗糖产量已经连续几年位居全国首位，每年都产生大量蔗渣。目前约90%的蔗渣被用作燃料，用于糖厂锅炉发电和供应蒸汽，剩余10%左右的蔗渣主要被用于造纸以及生产动物饲料等。虽然蔗渣直接燃烧是处理蔗渣最简洁快速的方法，但是蔗渣直接燃烧既浪费资源，又会产生大量CO2等温室气体，对空气和自然环境造成严重的污染，因此蔗渣资源的合理开发利用问题亟待解决。
甘蔗渣化学成分主要由纤维素、半纤维素、木质素、果胶质组成，四种成分占干渣重的90%以上，其中纤维素45%～55%，半纤维素20%～30%，木质素16%～22%，果胶质1%～2%，蛋白质2%～3%。木质素是一组高分子量物质，是由四种醇单体（对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物，通常与纤维素、半纤维素结合在一起，由化学键联结，木质素的作用就像水泥在钢筋混凝土的作用，使甘蔗渣难于在动物体内消化吸收。由于木质素的影响，直接用作饲料饲喂动物可引起动物消化系统的损伤和紊乱；另外由于蔗渣中粗蛋白含量极低，且难于消化、适口性差。因此蔗渣作反刍动物饲料，必须对其进行适当的预处理，通过预处理达到改变蔗渣结构效果，能够促进微生物菌体降解和利用蔗渣的效率，从而改善动物体对其的消化利用率。目前蔗渣预处理方法主要有：膨化、碱化和微生物发酵等方法，其中已证实比较有效的是膨化和碱化处理，而微生物发酵方法，因所发现的菌种对其预处理效率和效果都不是很理想，所以目前微生物发酵方法一般只是用来提高饲料的保存时间、适口性，此外还在一定程度提高饲料的可消化蛋白含量。
（一）蔗渣膨化处理
蔗渣膨化处理最常用的是蒸汽爆破处理，它是一种物理—化学处理方法，以蒸汽的压力和温度，使蔗渣中部分半纤维素首先水解为醋酸，再以醋酸作为催化剂使木质素的X-丙烯乙醚及部分β-丙烯乙醚裂解。裂解的蔗渣通过突然降压，使其快速膨胀和脱水，半纤维素发生水解反应，生成分子量较低的聚合物。同时高温、高压加剧纤维素内部氢键的破坏，游离出新的羟基，纤维素内的有序结构发生变化，增加了纤维素的吸附能力。
1.膨化工艺
膨化有两种工艺，一种是挤压膨化，另一种是气流膨化。物体的膨化过程，按其在膨化机中的运动位置，大致可分为三个阶段，即输料段、挤压段及高温高压段（即蒸煮段）。
挤压膨化：利用挤压机螺旋的推动，使物体被迫曲折前进，并进行混合搅拌，在推进力和摩擦力、剪切力的机械作用下受压受热，物料在被推进的过程中，密度不断增大，物料间隙中的气体被挤出排走，物料的温度不断上升，挤压力愈来愈大，达到高温（150～180℃），高压（980kPa）状态。
气流膨化：通过直接供给过热水蒸气或由外部加热，使之在机内的物料达到高温（250～280℃），高压（490～784kPa）状态。在高温高压下，积蓄的大量能量在模板出口处，随着高压变为常压释放出巨大能量，物料中的液态水瞬间汽化，挤出物迅急膨爆，即为膨化。
目前在蔗渣膨化方面，主要采取的是气流膨化工艺，膨化前和膨化后物理变化见图3-1，图3-2。
图3-1 蔗渣膨化前
图3-2 膨化后蔗渣
2.蔗渣膨化前后营养成分及细胞壁结构变化情况
表3-2 蔗渣膨化前后主要成分（%）
注：测试样品干物质99.3%
由表3-2可以看出，蔗渣膨化处理后木质素去除比较明显，其中粗蛋白含量和酸性洗涤纤维素有所上升，主要原因是蔗渣在膨化过程中，半纤维素发生水解，产生气体而导致蔗渣原料质量减少。
此外我们对蔗渣膨化前后的情况进行电镜扫描，也可以明显看出，膨化处理对细胞壁表面有明显的破坏作用（图3-3，图3-4）。
图3-3 蔗渣膨化前电镜图
图3-4 蔗渣膨化后电镜图
3.膨化蔗渣的保存
蔗渣经膨化处理后水分比较高（60%左右），长期存放容易发霉，因此膨化蔗渣要保存还需进行处理，一般处理方式干燥后（水分低于20%）可以露天长期存放或者膨化完后马上打包密封保存。
（二）蔗渣碱化处理
蔗渣的木质素与纤维素、半纤维素连接的各种化学键中，有一种酯键结合对碱是非常敏感的，它是由葡萄糖醛酸的羧基与木质素结构单元侧链上的羟基结合生成的，这种酯键即使是在温和的碱处理条件下，也容易发生水解，生成醇和羧酸。蔗渣碱化原理，其实就是碱将木质素与纤维素、半纤维素连接的酯键破坏了，使木质素与纤维素、半纤维素之间的连接发生断裂，从而让纤维素和半纤维素得以更多暴露在表面，有利于瘤胃微生物和消化酶的接触，提高了反刍动物对原料的消化率。在碱化的同时，由于碱的入侵，对原料也有一定的膨胀和软化作用，提高了适口性。此外通过控制碱化工艺还可以使纤维素和半纤维素等有效营养成分得到最大限度的保留。
1.碱化工艺
实验表明使用氢氧化钠碱化蔗渣效果比较好，但也有用氢氧化钠与氧化钙或者氢氧化钠与双氧水复合碱化的。碱化比较常见的工艺主要有两种，一种是浸泡碱化，另一种是喷淋碱化。两种碱化工艺的区别在于碱液在蔗渣中的分布情况，浸泡时蔗渣完全浸没在碱液之中，碱液容易渗入到蔗渣之中，达到碱浓度平衡，碱化效果较好，但碱使用量大，碱化后的蔗渣如果不经过处理，碱残留量较高，不利于下一步使用，其工艺流程如图3-5所示。而喷淋碱化，使用高浓度碱液喷淋在蔗渣表面，碱液量少，但碱液不容易渗入蔗渣之中，造成碱浓度不平衡，需要混匀压实才能得到较好结果；但耗碱量小，碱化后的蔗渣碱残留低，不需要进一步除碱处理就可以进行下一步使用。目前，可以通过在糖厂原有的设备基础上进行改装，在糖厂蔗渣传送带上加装喷淋设备，将一定浓度的碱液直接喷晒在蔗渣表面，然后压实堆放24h后，通过搅拌机将碱化好的蔗渣与一定量糖蜜、玉米粉、尿素和菌种等搅拌均匀后打包保存或放入青贮池（窖）进行青贮。也可以蔗渣碱化后不堆放，直接打包。
图3-5 浸泡挤压工艺碱化工艺
图3-6 蔗渣
图3-7 碱化蔗渣
2.蔗渣碱化前后营养成分及细胞壁结构变化情况
（1）蔗渣碱化前后营养成分的变化
碱化蔗渣、蔗渣原样营养成分的对比，其中NDF为中性洗涤纤维、ADF为酸性洗涤纤维、ADL为酸性洗涤木质素、纤维素=ADF-ADL、半纤维素=NDF-ADF。
表3-3 蔗渣碱化前后主要成分（%）
注：测试样品干物质99.3%
从表3-3可以看出，蔗渣经过碱化处理后，纤维素、半纤维素、NDF、ADF的含量都有不同程度的变化，可以推断出蔗渣细胞壁表面由木质素与纤维素、半纤维素构成的紧密结构得到有效的破坏。
（2）表面结构变化对比
从图3-8，图3-9可以看出，未经处理的蔗渣表面平整、光滑，而碱化处理的蔗渣表面凸凹不平，表面结构得到了很大的破坏。
图3-8 蔗渣碱化前电镜图
图3-9 蔗渣碱化后电镜图
3.碱化蔗渣的生物发酵处理
碱化蔗渣pH值比较高，不能直接饲喂，一般还需进行青贮处理后才能作饲料。一般添加一定量糖蜜混合进行青贮，例如美国佛罗里达州的碱化蔗渣—糖蜜饲料。这种饲料全部由玉米、蔗渣、糖蜜、尿素配合组成。褐色，有一种带微碱性的香味，含水分在60%以上，制作时蔗渣要预先经过碱处理，与糖蜜的配合比例要恰当，还要配合玉米或其他谷物与尿素等。
此外，碱化后的蔗渣还可以与甘蔗梢叶、香蕉茎秆等混合，再加入一定量糖蜜和乳酸菌等进行混合青贮。具体操作：向蔗渣中加入5%（以蔗渣干物质算）浓度为5%（w/w）氢氧化钠溶液，混合均匀后碱化处理24h；碱化蔗渣与甘蔗梢叶以2∶3（重量比）进行混合，加入5%（以蔗渣与蔗尾的干物质算）糖蜜、0.5%（以蔗渣与蔗尾的干物质算）尿素和少量乳酸菌混合均匀，调节水分至60%～65%，打包保存，也可以放入青贮池（窖）进行青贮。
按照上述操作方法制作的碱化蔗渣，经过30d青贮后其pH值由10以下降到3.8～4.0，这时碱化添加的氢氧化钠已经完全转化为钠盐，而且青贮饲料的外观呈黄绿色，并带有比较浓烈的酸香味，饲料品质为优级。