桑枝的饲料化加工技术
桑树是无顶端优势的植物，每年需要通过夏伐或冬（春）伐方式剪去老枝条，才能保证桑叶的高产和稳产。以我国现有桑园面积计算，全年约产生1845万t的桑枝，而如此巨大的生物资源，现虽开发了中药材、活性物质提取、栽培食用菌等用途，但被利用的仍是极少的一部分，大多数桑枝仍然是堆弃在桑园边角自然腐烂。桑枝是传统的中药材，桑枝中含有桑枝黄酮、桑枝多糖、乙酰胆碱、果胶等生物活性成分，且桑枝中还含有丰富的营养成分，桑枝韧皮部中约含有5%粗蛋白、52%纤维素、23%半纤维素、1.6%灰分等营养成分；木质部中约含有79%半纤维素、22%多戊糖、2.3%灰分等营养成分，其营养组成，对反刍动物具有明显的饲用价值。
桑枝主要由纤维素、半纤维素和木质素3种物质组成，它们共同构成其特殊的纤维化结构。由于木质素的保护作用，限制了动物对于其中纤维素和半纤维素的分解与利用，在一定程度上降低了桑枝的综合利用效率。桑枝只有经过处理后才能提高动物纤维素和半纤维素的消化率，提高动物桑枝利用效率的方法主要包括2个方面：一是改善其适口性，由于桑枝中纤维含量较高，蛋白含量很低，缺乏一些必需的矿物质元素等原因而导致动物采食量较低。通过各种处理方法改善桑枝的适口性可以促进反刍动物对桑枝的采食，从而提高其利用率。二是破坏组织细胞壁结构，为其在反刍动物瘤胃内充分发酵提供基础条件。提高低质桑枝营养价值的技术在于，破坏植物组织细胞壁结构，弱化或破坏纤维素或半纤维素与木质素之间的酯键，促进纤维素和半纤维素在瘤胃内的发酵。桑枝要尽可能地进行软化处理，减少动物采食咀嚼的次数，降低能量消耗。
饲料原料加工处理方法有很多，适用于目前常用的方法有物理、化学和生物处理3种。物理处理方法包括切短、粉碎、浸泡、蒸煮、热喷、颗粒化，这些处理方法中热喷、颗粒化可以提高桑枝的消化率，但由于其加工成本过高，使得其在现阶段难以推广，而其他几种物理处理方法在提高动物对桑枝的利用率方面改善效果较小。切短和粉碎常会作为其他处理方法的预处理，也可以单独作为一种处理方法。经过切短的桑枝，不但便于动物咀嚼，减少能耗，而且也可减少饲料浪费，便于与其他饲料的混合饲喂。粉碎通常会作为制粒或膨化的预处理，但切短和粉碎的程度应根据使用的目的和饲喂家畜的种类不同而定。膨化处理是利用高压蒸汽处理后突然降压以破坏纤维素结构的方法。该种方法可使木质素低分子化和分解结构性糖类，从而增加可溶性成分的含量。但由于此种方法加工处理成本太高，目前在生产中应用地较少。射线照射是用一定剂量的γ射线照射桑枝，可以增加体外消化率和反刍动物瘤胃内挥发性脂肪酸含量。颗粒化是将粉碎后的桑枝制粒，该方法可以减少桑枝通过瘤胃的时间，提高采食量，但是经过制粒的桑枝往往其粗纤维的消化率会降低。
化学法包括碱化、氨化、酸化和氧化等方法。碱化包括氢氧化钠、氢氧化钙碱化及其复合处理；氨化其实也是一种碱化处理方式；氨源主要有液氨（无水氨）、氨水、尿素、碳酸铵、硫酸铵等；酸化处理常用硫酸、盐酸、磷酸、甲酸等，由于加工成本及环保压力等原因，酸处理在实际应用中很少使用。普通的碱处理，基本上没有脱木质素作用，但某些氧化剂如次氯酸钠、高锰酸钾、过氧化氢、臭氧、二氧化硫、亚硫酸盐等可以部分脱掉木质素，明显提高桑枝的干物质消化率和动物的增重效果，但这些方法目前还仅仅处于实验室研究阶段，尚未中试推广应用。生物处理法包括青贮、酶解、微生物（如乳酸菌等细菌或真菌）等处理方法，微生物处理可降解木质素，提高桑枝的饲喂质量而不造成环境污染，这使得其有可能成为降解高纤维粗饲料中木质素大分子复杂结构的最好方法。
化学处理方法是提高桑枝营养价值和消化率的有效方法，包括碱化处理、酸化处理、氧化处理、氨化处理等手段。其中氨化处理具有成本低、设备简单、基本无污染、易于推广等优点。
（一）桑枝膨化技术
1.膨化原理
膨化过程中，物料被送入挤压膨化机中，在螺杆、螺旋的推动作用下，物料向前，成轴向移动。同时，由于螺旋与物料、物料与机筒以及物料内部的机械摩擦作用，物料被强烈地挤压、搅拌、剪切，其结果使物料进一步细化、均化。随着机腔内部压力的逐渐加大，温度相应的不断升高，在高温、高压、高剪切力的条件下，物料物性发生了变化，由粉状变成糊状，淀粉发生糊化、裂解，蛋白质发生变性、重组，纤维发生部分降解、细化，致病菌被杀死，有毒成分失活。当糊状物料由模孔喷出的瞬间，温度与压力骤降，在强大压力差的作用下，水分急骤汽化，物料被膨化，形成结构疏松、多孔、酥脆的膨化产品，从而达到挤压膨化的目的。
按添加水分的多少，膨化又分为干法膨化和湿法膨化。按其工作原理的不同，膨化又分为挤压膨化和气体热压膨化两种。干法膨化是指水分含量在20%以内，是对物料进行加压、加温处理，但不加蒸汽和水的工艺方法。湿法膨化是指水分含量在20%以上，不仅对物料进行加压、加温处理，还加水的蒸汽处理的工艺方法。湿法膨化与干法膨化相比，附属设备更多，价格更昂贵。挤压膨化是对物料进行调质、连续增压后挤出，再骤然降压，从而使物料体积瞬间膨胀的方法。气体热压膨化是将物料至于抗压容器中，进行加压、加温、加湿处理，然后忽然喷出，使其骤然降压，膨大体积。
2.饲料膨化的优点
（1）增加营养物质的消化吸收率
在膨化过程中的高温、高压、蒸汽以及各种机械的作用下，物料淀粉糊化，木质素与纤维素和半纤维素间的紧密结构被破坏，使蛋白质变性、脂肪稳定，利于饲料消化吸收。且膨化过程使脂肪从颗粒内部渗透到表面，富裕膨化饲料特殊的香味，增加适口性，从而使得所饲养的动物，尤其是幼年动物的生产性能和饲料效率都得以改进。
（2）杀灭病原菌
膨化过程中的高温高压，能有效杀灭绝大多数的有害病菌，使得饲料安全性提高，减少饲料携带细菌、霉菌和粉尘的数量，降低饲料中霉菌、真菌、病原菌大量繁殖污染的机会，提高饲料的稳定性和耐藏性。
（3）降低饲料中抗营养因子含量
多种饲料原料均带有一定的抗营养因子，如大豆中的胰蛋白酶抑制因子、棉籽中的棉酚、菜籽粕中的硫代葡萄糖苷、木薯中的氢氰酸，如直接饲喂动物，极易造成营养消化吸收率降低、胃肠道损害、急性或慢性中毒等现象。膨化过程中，机镗内温度可达90～200℃，膨化时间在20～30s，高温高压下，多数抗营养因子含量明显降低，从而，膨化能显著提高饲料的安全性。
（4）减少饲料水分含量
膨化后的饲料，其含水量降低，可以较长时间的储存而不霉烂变质，便于运输。
3.膨化对饲料营养价值的影响
（1）淀粉
加工工艺参数（温度和压力等）对产品中淀粉的化学形态有重要影响。膨胀加工能提高淀粉的水解，提高利用率。淀粉在有水存在的条件下加热，其结晶结构遭到破坏而成为α-淀粉，更易被淀粉酶作用，使动物体内的酶促分解反应得到改善。在饲料中加入2%～3% 的蒸汽并加以混合，其中的淀粉就开始膨胀。在调质和膨胀处理阶段，淀粉颗粒吸收水分的速率和程度是饲料的含水率、密度、温度和调质时间的函数。吸水过程中颗粒的晶体结构受到破坏，物料通过膨化机时，颗粒继续膨胀，由于螺杆和膨胀腔对颗粒产生的剪切作用，颗粒破碎了。在高温（大于135℃）和高含水率（添加的水分大于5%）的条件下，饲料变成一种塑性的熔融团块，淀粉发生“改性”或“糊化”。同时，膨化机的搓揉过程所做的功对淀粉的糊化也有影响。因此，动力的输入程度可由改变膨化机环形或锥形出口的大小来控制，这样就可以在膨化机限度内调节淀粉的变性或糊化程度。糊化的最后阶段发生在膨化机的出口区域， 在这里，压力的突然下降引起淀粉颗粒的破裂，膨化产品冷却前处于一种粗粒的状态，冷却后容重比膨化前降低大约15%，膨化产品的实际容重还取决于饲料淀粉的数量和种类。
（2）蛋白质
经过膨化的蛋白质，分散指数（PDI值）有所降低，但对蛋白质的含量没有影响。膨化处理会使蛋白质分子三级结构遭到破坏，疏水基团暴露而产生不可逆变性，从而导致溶解度降低。不过这种变性有利于消化酶作用，提高了对蛋白质的消化率。当无大量淀粉存在时，膨化会降低蛋白质在水中的溶解度；当有大量淀粉存在时，糊化淀粉会与蛋白质进行物理性结合，简单的水抽滤法无法溶解这些蛋白质，故较难检出，从而影响PDI值的测定。这说明淀粉对蛋白质的“保护”程度相当强，但动物消化道中的酶可以很容易地溶解这种淀粉基质而保证蛋白质的消化。一般认为，膨化工艺不会影响膨化饲料中蛋白质含量，而氨基酸的破坏程度与加工条件有关。在较为温和的膨化条件下（温度125～165℃、水分12%～18%）加工并没有造成营养损失，赖氨酸的损失较小。在加工温度不是很高时，膨化对赖氨酸和蛋氨酸等的影响不大。但膨化温度升高（170～210℃）时会降低氨基酸的含量和利用率， 限制性氨基酸的损失加剧。Bjorck等报道，膨化温度上升，赖氨酸损失加剧，其次是含硫氨基酸，如精氨酸和色氨酸，其他氨基酸损失较小。当然，由于膨化加工过程中受温度、湿度等的影响，会出现一些不利的化学反应，从而降低蛋白质、氨基酸的利用率，主要表现为对赖氨酸的含量及利用率的降低。赖氨酸的ε-氨基与葡萄糖、乳糖、麦芽糖等含醛基的还原糖分子发生美拉德反应生成蛋白酶不能水解的产物，是造成其生物利用率下降的主要原因。
（3）脂肪
饱和脂肪酸对热处理、化学处理较稳定，但不饱和脂肪酸则易出现氧化，尤其在氧、光线、金属等存在的条件下更易氧化，致使营养价值降低，并产生过氧化物等毒害物质。制粒、膨化技术对脂肪的影响较大。膨胀加工使自然条件下的微生物产生的脂肪分解酶失活，防止脂肪分解为游离脂肪酸，膨胀加工使脂肪氧化酶失活，防止脂肪氧化酸败。Peisker研究发现膨胀处理影响到饲料中脂肪酸的品质。微生物脂酶如青霉菌、假单胞菌所产生的脂酶是导致饲料原料当中脂肪分解的主要原因。另外，原料或成品中脂肪还会发生氧化反应，使脂肪发生酸败，产生的一些氧化物具有特别的气味。自然条件下所产生的脂肪酶在加热到50～70℃ 后失去活性，防止了脂肪的氧化酸败。膨化加工中由于脂肪细胞破裂，脂肪溢出被结合在淀粉基质中，形成淀粉-脂肪复合物，从而减少脂肪变质，有利于脂肪贮存。
（4）维生素
维生素是一类具有生物活性的化合物，对其所处的物理及化学环境相当敏感，膨化过程中水分、温度、压力、摩擦等加工条件对维生素的损失率是显著的。研究资料表明，在温度105～120℃时进行膨化，除维生素K、维生素C、维生素E外， 其他维生素的保留率均在90%以上。当膨化温度增高（120～170℃）时，各种维生素保留率出现不同程度地降低。对于同一种维生素而言，不同的商品剂型间维生素的保留率也有明显的差别。如膨化温度在110～170℃之间时，随温度的升高，维生素E乙酸酯的保留率均在90%以上，但是维生素E醇的保留率从65%降至5%。
（5）粗纤维
粗纤维是植物细胞壁的主要成分，是一类不易溶解的物质，饲料粗纤维含量与营养物质消化率之间呈负相关。膨化工艺过程由于高温、高压、高剪切的作用，会导致细胞壁破裂，纤维分子之间的化学键断裂，粗纤维含量降低。金希亿等研究大豆中粗纤维在膨化前后的变化后指出，膨化后粗纤维平均含量为4.51%，减少率为65.4%。膨化使纤维结构被破坏，水解程度增加，使营养物质的利用变得充分，并改善其口感。
（6）抗营养因子
膨化加工最令人兴奋的功能或许就是破坏抗营养因子，诸如大豆中的胰蛋白酶抑制因子（Trypsin Inhibitors，TI）、棉籽中的棉酚和菜籽中的芥籽甙。TI抑制蛋白质分解，使消化道内未消化的蛋白质增加，从而减少氨基酸生成，抑制代谢能释放和脂肪代谢，降低蛋白质消化率。膨化加工后，大部分TI被破坏。膨化熟化的温度、水分、设备配置、滞留时间、模孔大小等因素都会影响TI破坏的程度。
对粉碎桑枝条和膨化桑枝条进行了营养成分的测定，发现膨化技术适当提高了粗蛋白的含量，且大幅降低了粗纤维的含量（表3-11）。
表3-11 膨化桑枝条的营养成分
用RFV粗饲料分级标准对桑枝条及其膨化处理产物进行评价，其中桑枝条的饲料相对值为1.17，属于2级；膨化桑枝条的饲料相对值为1.71，属于特级。
4.桑枝膨化加工工艺
（1）桑枝的收集
在桑园集中修剪桑枝后，天气晴朗时，堆放于田间高隆处或桑园间隙，晾置3～5d后收集，使桑枝水分减少至30%左右，再运至加工车间。
（2）桑枝的预粉碎
将收集的桑枝经过粉碎机，进行粗粉碎，此时，桑枝由于水分含量较高，难以做到粉碎较细，因此需经过此步骤。
（3）桑枝的晾干
粗粉碎的桑枝其水分含量较高，应于自然条件下或进入烘干机中烘干一段时间，至水分含量在20%左右。
（4）桑枝的进一步粉碎
将干燥后的碎桑枝进一步通过粉碎机，进行第二次粉碎，此时，粉碎的粒度原则上越小越好，但可结合成本等综合考虑，一般要求粉碎粒度在0.1cm左右。
（5）挤压膨化
粉碎后的桑枝，即可进入挤压膨化机中进行膨化，但针对桑枝表皮较韧、桑枝硬度较大等物料特性，需对传统的大豆、玉米膨化机进行一定的改进，以适应桑枝的高硬度。
（6）干燥冷却器
由于膨化过程中会加水或蒸汽进行水分调制，出来的膨化桑枝水分含量较高，不利于长期储存和运输，因此，需将膨化后的桑枝经过干燥冷却器。
（7）装袋
通过干燥冷却器后的膨化桑枝即可入袋保存运输，注意所选的饲料袋应是双层袋，里层套防水塑料袋。
（8）运输与保存
膨化桑枝包装后，即可运输与保存，运输过程中注意防潮、不要与有毒有害物品同运；保存时注意储存于阴凉干燥处，注意防虫防暑。
（二）桑枝碱化处理技术
1.碱液处理原理
粗纤维是桑枝的重要结构性物质以及主要组成成分，碱类物质能使桑枝纤维内部的氢键结合稳定性降低，使得纤维素分子膨胀，削弱桑枝细胞壁中纤维素与木质素间的联系，并使得半纤维素溶解，从而增强反刍动物前胃中微生物的作用。碱液处理的主要作用就是提高桑枝的消化吸收率，目前，适合于桑枝处理的主要有氢氧化钠处理和石灰水处理两种方法。
2.氢氧化钠处理
采用氢氧化钠处理饲料原料的方法最早由贝克曼提出，采用的是“湿法”处理，即配制相当于处理原料的10倍量的氢氧化钠溶液，将原料浸泡于碱液中，一段时间后取出，用水洗净余碱，然后饲喂家畜。采用这种方法最大的优势是能大幅度提高饲料原料饲用价值，尤其是纤维含量高、木质化程度高的低值饲料，并且碱液处理，也能杀灭原料中携带的大量病原菌；但水洗过程中，原料中的养分损失较大，并且大量的水洗造成资源浪费，且易形成环境污染，且若碱液清洗不干净，易造成动物胃肠道腐蚀。因此，采用这种方法处理桑枝时，因综合考虑水源、清洗水的循环利用等问题，尽可能降低桑枝的加工成本。
20世纪80年代，在挪威等国出现了一种替代水洗工序的方法，即“浸渍法”，采用其方法处理桑枝的改进操作流程如下：
（1）配制氢氧化钠溶液
根据原料的量和制作批次，配制适量的1.5%氢氧化钠溶液于容器池中待用。
（2）浸泡
将成捆的桑枝浸泡于配制好的氢氧化钠溶液中，浸泡时间为1～2h。
（3）清洗
将浸泡过后的桑枝转移至装有清水的清洗池中，再浸泡1～3h。
（4）熟化
清洗后的桑枝取出后放置3～4d进行熟化后，即可用于饲喂家畜。清洗液再加入适当的氢氧化钠配制成浓度为1.5%的氢氧化钠溶液，用于下一批次浸泡桑枝，从而实现循环利用。
3.石灰处理
石灰与水相互作用后，即生成氢氧化钙，氢氧化钙具有一定的碱性，能起到碱化作用。但氢氧化钙碱性不如氢氧化钠强，要达到理想的作用效果，其处理时间要较氢氧化钠延长。根据氢氧化钙的性质，使用过程中，必须注意氢氧化钙易与空气中的二氧化碳结合生成碳酸钙，从而降低其作用活性，且石灰在放置过程中，也易吸潮变质，因此，在处理桑枝的时候，不能利用在空气中熟化的或者熟化后长期放置于空气中的石灰，而应该使用迅速熟化好的石灰。
石灰在水中的溶解度很低，在实际生产中，处理桑枝最好选用石灰乳，即氢氧化钙微粒在水中形成的悬浮液，而不是石灰水。
（三）桑枝氨化技术
1.氨化的优势
氨化是加工低值类饲料原料的重要方式，在我国广泛利用氨化技术处理农作物秸秆。其作用原理是，含氮量低的饲料原料，当与氨结合时，原料中的有机质与氨发生氨解反应，从而破坏原料中的木质素与纤维素、半纤维素链间的酯键，并形成铵盐，铵盐则成为牛羊瘤胃中微生物发酵的氮源。
饲料原料氨化有以下好处：一是氨化在碱性的作用下，能繁殖腐败菌的滋生，可防止饲料腐败变质；二是氨的加入，提高了饲料原料粗蛋白的含量，其含氮量能增加1倍以上；三是软化秸秆、藤蔓、枝条等饲料原料，并且增加一定的香气，一般情况下，经氨化处理后，反刍动物采食量可提高20%～40%；四是氨化破坏了木质素和纤维素中不利于消化吸收的化学结构，提高饲料原料的消化吸收率；五是氨化分解木质素和纤维素转化为糖类物质，提高了饲料原料的能量水平；六是采用氨化的方法加工低值类饲料原料，其操作简单，设备投入少，经济效益高；七是由于增加了饲料原料的营养成分，减少了采食和消化吸收时间，从而提高了采食家畜的生产能力。
2.氨化的主要氮源
受到处理原料、氨源、含水量、处理温度和时间等多种因素的影响。理论上，液氨、尿素、氨水、碳铵（碳酸氢铵）甚至尿都可作为氨源，但液氨处理需一定设备，宜在集约化饲养或千家万户服务的条件下推广。国内目前多用尿素来进行秸秆氨化的处理，获得了十分理想的效果。在浙江等省份，考虑到价格、来源等因素，采用碳酸氢铵处理，在降低氨源用量的条件下，也获得了理想的效果。
3.桑枝条的氨化处理
桑枝氨化以液氨氨化处理和尿素氨化处理效果较好。氨化处理对于桑枝具有氨化和碱化的双重作用，从而提高桑枝的营养价值。首先，氨作为一种碱性物质，能够破坏木质素和半纤维素之间的酯键，减少细胞壁聚合物间的交叉联接，使相邻细胞分离，疏松细胞壁结构，促进细胞壁溶胀。同时氨化处理过程中添加的氨在细胞壁上滞留形成氨-纤维素复合物，使纤维素内部的氢键结合变弱，降低纤维素的结晶度，增加细胞壁的脆性，促进瘤胃微生物对纤维素的接触。其次，氨与有机物发生氨解反应形成铵盐，增加桑枝中非蛋白氮的含量。经过氨化后的粗蛋白含量提高，一般提高4～5个百分点，适口性也得到改善，有机物消化率提高10～12个百分点。
（1）氨化场地
根据实际情况，大型养殖场配有青贮窖的，可以利用现有的青贮窖实行窖氨化法，既易贮藏，也便于密封；没有青贮窖的养殖场，可以采用挖土窖氨化，也可以在平地上进行堆垛氨化。小型的养殖场还可以采用塑料袋、缸、池等方法进行氨化。
（2）堆垛氨化法
堆垛氨化法即是将处理后的桑枝集中堆垛，四周用塑料薄膜密封严实的方法。其优势是可平地堆垛，不需要用窖。
操作方法：①场地清理。选择干燥平整的地面，清理出石块、砖瓦块等坚硬物，在凹凸不平处铲平，为了防止氨水从地面跑掉，最好在水泥地面进行，如果是泥地，必须用0.2mm以上厚的无毒聚乙烯塑料薄膜铺底。②桑枝揉丝。将桑枝通过动力改进的秸秆揉丝机，制成桑枝揉丝。③堆垛。把揉丝桑枝层层整齐堆放。一边堆垛，一边浇洒碳铵或尿素；用氨水处理，可一次垛到顶后再浇泼；每100kg桑枝（干物质）用5kg尿素（碳铵）、40～50kg水，垛的形状若为方形，顶部要呈现馒头状；长方形的垛，顶部要呈屋脊形。④封垛。桑枝堆好后，用大块的塑料薄膜从顶覆盖至四周，使得上盖和铺底两块塑料薄膜的边重叠，平压在地平面，从边往里卷至垛根，再用泥土紧紧压住，踏实封严。⑤注氨。若用液氨进行氨化处理，在垛好秸秆后注入氨气。注氨后将注氨孔洞用胶布粘贴、封严。⑥开垛放氨。选择天气晴好的日子，把氨化好的桑枝摊开，不时用叉子经常翻动，翻动时间一般在2d左右。此时的桑枝呈略带微香味，若桑枝湿度较大，可多晾晒几天后再行饲喂。注意晾晒过程中防止雨水淋浇，否则导致养分流失，并且开垛后的桑枝也不可长期暴露在外，时间过长容易养分损失以及霉变。
（3）窖氨化法
窖氨化法是我国广泛推广应用的氨化方法，其优点是可以一池多用，在大型养殖场建设窖，即可以用作青贮，又可以用于氨化，并且可常年使用。采用窖氨化法，其制备的饲料可长期保存，不易变质，便于管理，易于防治鼠患虫蚁；节约塑料膜的用量，降低生产成本。
操作方法：按照桑枝的重量，每100kg桑枝（干物质）用5kg尿素（碳铵）、40～50kg水。将尿素（碳铵）溶于水中搅拌，带完全溶解后分次喷洒于桑枝揉丝上，若场地充足，可在入窖前摊开喷洒，这样喷洒的更均匀，也可采用边入窖边喷洒的方式。装窖时，采用边装边踏实的方法，其踏实的方法和青贮踏实的方法一样，可采用人工或机械辅助踏实，待装满踏实后用塑料薄膜覆盖密封，再用细土等压好即可。生产上，为提高氨化的速度，采用尿素氨化时，可添加部分含脲酶丰富的物质，如豆饼粉等。