飼料イネサイレージ中の籾の未消化子実排泄率を低減させるための調製技術の開発

Abstract

飼料イネサイレージの乳肉牛への給与においては，籾が消化されにくい籾殻で覆われているため，未消化のまま排出される籾の多いことが問題となっている。本研究は，飼料イネサイレージを乳肉牛に給与した際に未消化となって排出される子実を減らすことによって飼料の利用効率を向上させる技術開発を目指し，まず飼料イネサイレージの籾が消化可能かどうかについて画像処理によって識別する方法の検討を行なった。飼料イネサイレージの籾が消化可能かどうかについて客観的に識別するため，籾殻が一部でも剥離または籾が破砕されているかどうかの判別を画像処理によって行なうことに取り組んだ。次に，飼料イネサイレージの乳肉牛への給与において問題となっている未消化のまま排出される籾を低減することのできる装置開発に取り組み，効率的に籾殻を剥離・籾ごと破砕できる機構の設計と装置の開発を行ない，その性能を明らかにした。さらに，開発した飼料イネサイレージの籾破砕装置を用いて，実際に飼料イネサイレージの籾破砕処理を行い，処理した飼料イネサイレージを去勢牛に給与し，栄養価や未消化子実の排泄率低減効果を確認した。以下のことが明らかとなった。 1. イネ発酵粗飼料の籾が消化可能かどうかについて客観的に識別するため，籾殻剥離か籾破砕した籾と無傷の籾とを識別するための画像処理プログラムを開発した。 2. 色判別プログラムにより，ハレーションの影響による誤判定を回避できるとともに，判定画像中の黒色部ピクセル数として7 をしきい値とすることにより，破砕籾と無処理籾とを確度90% 以上で識別可能であった。 3. 形状解析プログラムは，籾殻の外穎と内穎が開く等して明らかに破砕籾であるにもかかわらず，籾殻の一部が剥離しているわけではないため画像中に乳白色部が存在しない場合の識別に有効となった。色判別と形状解析を合わせることにより，破砕籾と無処理籾との識別確度は98% となった。 4. 飼料イネサイレージ用の籾殻が剥離・破壊するのに要する力は，引張り力が最小であり，次にせん断力が小さかった。引張り力は装置として実現しにくいため，次に小さい力であるせん断力を効果的に作用させることのできる構造とした。 5. 飼料イネの籾殻剥離と籾破砕を行なう装置を開発した。籾殻を効率的に剥離するには，籾にせん断力を作用させるのが有効であるため，ダブルロールミル方式の籾殻剥離・籾破砕機構を開発した。ローラ表面には籾にせん断力を作用させやすいようにV 字型の溝を設け，溝の角度はシミュレーションの結果から60° とした。 6. 飼料イネサイレージ用籾破砕装置の籾に対する性能は，ローラ周速度0.2m/s，ローラ間周速度比10%，ローラ間初期圧縮力1kN の条件下で最適となり，籾を供試した場合の籾破砕率は80% に逹し，所要動力は0.3-0.4kW，処理能力は1.1t/h であった。この処理能力は理論値の1.7 倍であり，ローラのV 字型溝の処理能力増大効果が有効であった。 7. 籾破砕装置の飼料イネサイレージに対する性能は，籾破砕率は93%，所要動力は0.4kW，処理能力は約0.8t/h であった。この処理能力は籾に対する場合と同様に理論値を上回った。 8. 籾破砕処理イネは，無処理イネに比べて細胞内容物(Organic Cell Contents, OCC)の消化率が有意に増加した。未消化子実排泄率は，無処理イネで13.2% であったのに対し，籾破砕処理イネでは4.5% と有意に低減した。 9. 乾物摂取量当たりの採食時間と反芻時間の和で示す咀嚼時間には，籾破砕処理と無処理の飼料イネサイレージで有意な差が認められなかったため，籾破砕装置による破砕処理が飼料イネサイレージの繊維物理性を損なうことはなかったことが確認できた。

Serious problems have been encountered on feeding dairy and beef cattle whole-crop rice silage: many grains are excreted because paddy, which is covered with hull, is difficult to digest. The aim of this paper is to develop a technique to reduce grain excretion in cows that are fed whole-crop rice silage. First, an image-processing program was developed to distinguish crushed paddy in rice silage from which the chaff had been exfoliated and whole undamaged paddy to enable the objective assessment of the digestibility of paddy in whole-crop rice silage in cattle. Next, in order to reduce grain excretion, an apparatus for crushing paddy present in whole-crop rice silage was designed and developed to exfoliate chaff or to crush the paddy itself. The performance of this apparatus for paddy and whole-crop rice silage was measured. Furthermore, whole-crop rice silage prepared using the crushing process was fed to Holstein steers, and the nutrient digestibility and nutrient contents were measured. The following are the salient features of this study. 1. An image-processing program was developed to distinguish crushed paddy in rice silage from which the chaff had been exfoliated and whole undamaged paddy to enable the objective assessment of the digestibility of paddy in whole-crop rice silage in cattle. 2. Samples of partially exfoliated paddy in which the rice surface or albumen was exposed could be adequately distinguished by color analysis. The accuracy of identification by using this technique, which removed the influence of halation, exceeded 90%. 3. Form analysis could be effectively used to identify paddy whose inside had not been exposed and paddy whose shape had been changed by crushing. The combined use of these two techniques provided a total identification accuracy of 98%. 4. The pulling, shearing, and pressing forces during the removal of chaff from paddy were mechanically measured. The magnitude of the pulling force was the lowest, while that of the shearing force was slightly larger. However, since the mechanical generation of pulling force is difficult, the apparatus was designed to exert shearing force. 5. An apparatus for crushing paddy present in whole-crop rice silage was developed to exfoliate chaff or to crush the paddy itself. This apparatus applies shearing forces to exfoliate chaff or crush paddy between two crushing rollers that have V-shaped ditches on their surfaces and revolve in opposite directions. The angle between the V-shaped ditches was set to 60°on the basis of the results of computer simulations. 6. The performance of the apparatus for the crushing of paddy was measured. The rate of paddy exfoliation/crushing was 80%; the processing efficiency was 1.1 t/h; and the power required could be reduced to 0.3-0.4 kW when the rotating speed ratio between the two rollers was set to 10% and the circumferential speed was set to 0.2m/s. The observed value of processing efficiency, i.e., 1.1 t/h, was 1.7 times the theoretical value, which showed that the V-shaped ditches were effective. 7. This apparatus was used to exfoliate chaff from whole-crop rice silage or to crush paddy that was blended with silage. The crush rate was 93%; the power required was 0.4 kW; and the processing efficiency was 0.8 t/h. The observed value of processing efficiency exceeded the theoretical value, similar to the findings obtained with regard to the crushing of paddy alone. 8. In Holstein steers, the nutrient digestibility and nutrient contents of whole-crop rice silage prepared via the crushing process were better than those of silage prepared without the crushing process; furthermore, grain excretion was reduced by 66%. 9. The chewing activity remained the same, regardless of whether the crushing process was used for silage preparation. This implies that the crushing process was not detrimental to the physical properties of whole-crop rice silage