不同青貯添加劑對飼用谷子青貯品質(zhì)的影響

趙牧其爾， 王志軍， 包 健， 孫 林， 張永虎， 溫 蕊， 王 偉， 賈玉山， 格根圖*

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院， 農(nóng)業(yè)部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室， 草地資源教育部重點實驗，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019； 2. 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031； 3. 呼倫貝爾學院， 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

谷子(SetariaitalicaL.)起源于我國，性喜高溫，屬于耐寒穩(wěn)產(chǎn)作物，具有抗逆性強、水分利用率高、適應(yīng)性強等特點[1]。谷子含豐富的蛋白質(zhì)、脂肪和維生素，具有較高的保健作用[2]。青貯飼料具有耐貯藏、柔軟多汁、利于動物消化吸收的優(yōu)點，在畜牧生產(chǎn)中已得到廣泛使用[3]。

谷子直接作為飼料利用時水分含量高，容易發(fā)霉變質(zhì)，不僅營養(yǎng)價值下降，而且影響家畜健康，因此，在飼料化利用過程中，常將其加工調(diào)制成青貯。對谷草進行青貯處理，可以有效保存其營養(yǎng)成分、提升適口性并減少寄生蟲病害的發(fā)生。谷子莖稈中空，單獨青貯時很難達到完全厭氧的環(huán)境，導(dǎo)致其青貯時pH值升高、乳酸含量低，品質(zhì)欠佳。為了減少青貯發(fā)酵的損失，提高其營養(yǎng)價值，在制作青貯飼料時常使用青貯添加劑，其中植物乳桿菌、纖維素酶和蔗糖等最為常見。近年來，很多學者以燕麥(AvenasativaL.)、全株玉米(ZeamaysL.)等植物為原料，添加乳酸菌、蔗糖、纖維素酶等調(diào)制青貯飼料，結(jié)果表明，青貯添加劑明顯改善了作物的青貯品質(zhì)[4-5]。

飼用谷子獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是適時刈割技術(shù)，不同生育時期飼用谷子草產(chǎn)品的品質(zhì)不同。李林等[6]研究結(jié)果表明，降低切碎長度和使用復(fù)合菌劑發(fā)酵均有助于促進全株飼用谷子青貯中纖維的分解，減少其丁酸產(chǎn)量，改善青貯感官評分。也有研究報道以灌漿期的‘張雜谷’為原料調(diào)制青貯飼料，結(jié)果表明，添加糖蜜和青貯添加劑使發(fā)酵底物充足，有機酸含量升高，pH值降低，抑制有害微生物生長，從而提高‘張雜谷’的青貯品質(zhì)[7]。董揚等[8]對黑龍江半干旱地區(qū)飼草谷子的栽培技術(shù)進行研究，綜合產(chǎn)量和品質(zhì)因素得出在灌漿期刈割適宜調(diào)制干草，而乳熟期刈割適宜調(diào)制青貯飼料。本課題組前期通過對谷子灌漿期、乳熟期和蠟熟期調(diào)制青貯飼料，也得出了相似的結(jié)論?；诖耍狙芯恳匀槭炱诘墓茸幼鳛樵?，添加乳酸菌、蔗糖和纖維素酶制劑等添加劑制備了青貯飼料，并對其添加效果進行了評價，以期為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的谷子青貯飼料以及青貯微生物添加劑在青貯飼料中的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1青貯原料 谷子于2018年5月17日種植于內(nèi)蒙古烏蘭察布四子王旗吉生太鎮(zhèn)老圈灘村(41°34′～41°54′ N，111°21′～111°34′ E)。供試材料為乳熟期刈割的谷子，收獲時間為9月4日。供試品種‘118’為內(nèi)蒙古清水河縣農(nóng)家品種，發(fā)芽率為80%，由內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院提供。

1.1.2青貯添加劑 青貯添加劑種類、添加量及來源如表1所示。

表1 青貯添加劑種類、添加量及來源

1.2 試驗設(shè)計

2018年9月4日，將采集后的新鮮谷子用手持鍘刀切成 3～5 cm左右的長度。試驗共設(shè)置6個處理：無添加組作為對照組(CK)、添加乳酸菌組(LP)、添加蔗糖組(S)、添加纖維素酶組(CE)、添加乳酸菌和蔗糖組(LP+S)、添加乳酸菌和纖維素酶組(LP+CE)。將添加劑溶解在50 mL蒸餾水中，用微型噴霧器噴灑在原料上，對照組噴灑50 mL蒸餾水。青貯添加劑的添加量均為鮮重基礎(chǔ)，每個處理設(shè)置4個重復(fù)?；旌暇鶆蚝笱b入良好密封性的聚乙烯真空袋，抽真空密封，室溫下保存60 d后開封取樣分析。

1.3 測定指標及方法

1.3.1營養(yǎng)品質(zhì)的測定 采用烘干法[9]進行干物質(zhì)(Dry matter，DM)含量的測定；采用GB6439-92燃燒法測定有機質(zhì)(Organic matter，OM)的含量[9]；利用全自動杜馬斯定氮儀進行測定粗蛋白質(zhì)(Crude protein，CP)含量[10]；采用GB6433-94索氏脂肪提取法測定粗脂肪(Ether extract，EE)含量[11]；利用ANKOM A220全自動纖維儀分析樣品的中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)與酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)含量[12]；利用蒽酮-硫酸比色法進行可溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates，WSC)含量的測定[13]。

1.3.2發(fā)酵品質(zhì)的測定 用雷磁PHS-3C精密pH計(北京東南儀誠實驗室設(shè)備有限公司)測定浸提液的pH值[14]；使用高效液相色譜儀(HPLC)測定乳酸(Lactic acid,LA)、乙酸(Acetic acid,AA)、丙酸(Propionic acid,PA)、丁酸(Butyric acid,BA)含量。將青貯浸提液倒至離心管中，然后將其放置在離心機中離心15 min(轉(zhuǎn)速為4 000 r·min-1)，利用0.22 μm的微孔濾膜對上清液進行過濾，進行有機酸的檢測。所用設(shè)備為高效液相色譜儀(HPLC)，其系統(tǒng)為Waters 2695-2489(紫外)；有機酸分離采用的色譜柱為Rspak系列，KC811柱，8 mm×300 mm；流動相為3 mmol·L-1優(yōu)級純高氯酸，流速1 mL·min-1，柱溫40℃；檢測波長為210 nm，進樣量5 μL。

1.3.3微生物數(shù)量 將樣品剪碎，混勻，稱取10 g至裝有90 mL無菌水的拍打袋中，用勻質(zhì)器拍打2 min使其均勻混合，用無菌水稀釋10-1，10-2，10-3，10-4，10-5后，取20 μL涂布，采用平板計數(shù)法計算微生物數(shù)量。乳酸菌在乳酸菌固體培養(yǎng)基30℃厭氧培養(yǎng)48 h后計數(shù)；霉菌和酵母菌采用馬鈴薯葡萄糖瓊脂30℃培養(yǎng)72 h后計數(shù)；大腸桿菌(Coliform)在伊紅美藍培養(yǎng)基 30℃培養(yǎng)48 h計數(shù)；一般好氧性細菌采用營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基30℃培養(yǎng)48 h后計數(shù)。所有微生物數(shù)據(jù)采用lg cfu·g-1of FM表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2007對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，應(yīng)用SAS 9.0軟件對試驗所得數(shù)據(jù)進行方差分析，并用Duncan法對各添加劑處理的均值進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷子原料的營養(yǎng)成分和微生物組成

谷子原料的營養(yǎng)成分和微生物組成如表2所示。

表2 谷子原料的營養(yǎng)成分和微生物組成

2.2 青貯飼料營養(yǎng)成分

谷子添加青貯添加劑厭氧發(fā)酵60 d后，其營養(yǎng)成分含量如表3所示。對于全株谷子青貯飼料的營養(yǎng)成分而言，添加劑組的DM含量與CK組差異顯著(P<0.05)。除了LP組以外，其他處理組的CP含量顯著低于CK(P<0.05)。CE組和LP+CE組的NDF含量顯著低于包括CK組在內(nèi)的其他處理組(P<0.05)。LP+S組的ADF含量低于CK組，WSC含量與CK組無顯著差異，除了LP組以外，其他處理組的WSC含量顯著低于CK組(P<0.05)。

表3 青貯添加劑對谷子青貯飼料營養(yǎng)成分的影響

2.3 青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)

厭氧發(fā)酵60 d后，不同處理組的發(fā)酵品質(zhì)如表4所示。通過對pH值和揮發(fā)性脂肪酸的分析可知，除了LP組以外，其他處理組的pH值顯著低于CK組(P<0.05)。LP+CE組的LA含量顯著高于其他添加劑組和CK組(P<0.05)，S組的LA含量低于CK組。添加劑組的PA含量均低于CK組。厭氧發(fā)酵60 d后，6個處理組均未檢測到BA。

表4 青貯添加劑對谷子青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響

說明添加纖維素酶，尤其在添加纖維素酶基礎(chǔ)上添加乳酸菌可以達到更好的青貯效果，這可能與淀粉水解成為微生物發(fā)酵底物有關(guān)。

2.4 青貯飼料微生物組成

青貯飼料中的微生物組成將直接影響到青貯的貯存性和安全性。由表5可知，添加劑組的乳酸菌數(shù)量均高于CK組，且CK組和S組附著少量的霉菌。添加劑處理組的酵母菌、一般好氧性細菌數(shù)量均低于CK組(P<0.05)。青貯發(fā)酵60 d后，不同處理組均未檢測到大腸桿菌。

表5 青貯添加劑對谷子青貯飼料微生物組成的影響

2.5 青貯品質(zhì)綜合評價研究

為了更準確地評價不同青貯添加劑對全株谷子青貯品質(zhì)影響的差異，本研究以O(shè)M，CP，NDF，ADF，WSC，EE，LA，乳酸菌含量及pH值等9個營養(yǎng)指標作為參考指標，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法[15]評價CK組在內(nèi)的6個處理組的青貯品質(zhì)，結(jié)果如表6所示。分析結(jié)果表明，權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度最高的處理組為LP+CE組，其次為LP+S組。LP組，S組和CE組的等全關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度排在CK組之后，可能是由于CK組的WSC含量在厭氧發(fā)酵過程中的消耗比添加劑組少，但其他營養(yǎng)指標在添加青貯添加劑后得到了一定的改善。

表6 不同處理組關(guān)聯(lián)度及排名

3 討論

3.1 不同添加劑對谷子營養(yǎng)價值的影響

在青貯過程中，青貯飼料的保存受植物的呼吸、微生物的蛋白酶活動及脫氨作用等的影響，其營養(yǎng)成分發(fā)生變化。本研究中，添加劑組的CP含量均低于對照組，可能是由于添加青貯添加劑后，產(chǎn)生了一些植物蛋白酶與青貯飼料附著的微生物反應(yīng)，降解了飼料的CP含量，營養(yǎng)物質(zhì)由同化作用轉(zhuǎn)向分解作用，部分蛋白質(zhì)被分解成以氨基酸為主的氨化物，造成粗蛋白質(zhì)的損失[16]。添加劑處理中，LP組的CP含量最高，蛋白降解率最小，這與董志浩等[17]在對桑葉(Morusalba)青貯時添加乳酸菌的結(jié)果一致，這可能與蛋白質(zhì)降解酶的作用和微生物代謝活動有關(guān)[18]。Jacobs等[19]報道，青貯時添加纖維素酶一方面可將植物細胞壁的結(jié)構(gòu)性多糖降解轉(zhuǎn)化為單糖，為微生物發(fā)酵提供更多的底物；另一方面能有效的降低青貯飼料中的NDF和ADF含量。本研究中，CE組和LP+CE組的EE含量較高，NDF含量最低，顯著低于各組，與陳光吉等[20]的研究結(jié)果相似，可能是由于纖維素酶對植物細胞壁有降解作用，尤其是對纖維類物質(zhì)的降解，進而提高能量價值[21]。張英等[22]發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵初期纖維素酶對ADF含量影響不顯著，但是NDF含量降低，這與本試驗結(jié)果一致，青貯原料、貯藏溫度、酶的使用水平以及含水率等因素都可能是導(dǎo)致添加纖維素酶出現(xiàn)不同效果的原因。與CK組相比，添加劑組的WSC含量均有所降低，這與榮輝等[23]結(jié)果一致，可能是試驗組加入青貯添加劑后增加了乳酸菌數(shù)量，消耗更多的發(fā)酵底物產(chǎn)生乳酸，因此WSC含量較低。LP組和LP+S組的WSC含量消耗較少，其中LP組的WSC含量最高，說明添加乳酸菌可以保證青貯發(fā)酵初期所需的乳酸菌數(shù)量，使之盡早的進入發(fā)酵階段，使pH值迅速下降，抑制微生物對蛋白質(zhì)的水解作用，減少不良微生物的生長繁殖[24-26]。

3.2 不同添加劑對谷子發(fā)酵品質(zhì)的影響

pH值和有機酸含量是評價青貯飼料品質(zhì)好壞的重要指標。一般來講，pH越低，乳酸含量越高，意味著青貯質(zhì)量較好[27]。本試驗中，與對照組相比，谷子青貯中單獨添加或者復(fù)合添加蔗糖、乳酸菌制劑及纖維素酶制劑后，pH值均有所降低，在4.05～4.68之間，青貯添加劑有效地降低了青貯飼料的pH值。肖銀寶等[28]研究表明，在飼用高粱青貯中添加乳酸菌可增加發(fā)酵底物，促進乳酸發(fā)酵。李莉等[29]研究顯示，在象草青貯中單獨或復(fù)合添加纖維素酶和淀粉顯著增加了其乳酸含量。王保平等[30]研究報道，在苦荬菜青貯中添加蔗糖可以顯著降低青貯飼料的pH值并增加乳酸含量。本試驗中，添加劑組的乳酸含量與CK組相比均有不同程度的增加，同時，除了S組外，其他添加劑組生成的乳酸含量均高于CK組。這與上述試驗結(jié)果一致，主要原因可能是青貯添加劑為乳酸繁殖提供條件，促進乳酸菌繁殖，增加乳酸含量，使pH降低[31]。在本試驗中，各處理均無丁酸檢出，推測可能是青貯過程中丁酸菌等有害微生物的生長繁殖受到阻礙。

3.3 不同添加劑對谷子微生物數(shù)量的影響

微生物是影響青貯發(fā)酵的關(guān)鍵因素，其種類和數(shù)量都與青貯品質(zhì)密切相關(guān)。青貯原料中的乳酸菌數(shù)量直接決定青貯發(fā)酵品質(zhì)，乳酸菌的生命代謝活動是青貯發(fā)酵的關(guān)鍵。乳酸菌的添加可以促進乳酸的生成；蔗糖的添加可為乳酸菌發(fā)酵提供更多底物；纖維素酶能水解植物細胞壁，將青貯原料中部分結(jié)構(gòu)性碳水化合物降解為單糖或雙糖，這也為乳酸菌的繁殖提供了充足的可供利用底物，從而促進發(fā)酵，產(chǎn)生更多的乳酸。發(fā)酵過程中酸性的增強也抑制了乳酸菌本身的生長和繁殖，導(dǎo)致本試驗中各添加劑處理組的乳酸菌數(shù)量均高于對照組，說明添加青貯添加劑改善了谷子青貯的發(fā)酵品質(zhì)。青貯飼料附著的酵母菌和霉菌數(shù)量過多引起的有氧變質(zhì)，是降低青貯飼料營養(yǎng)價值和病原微生物繁殖發(fā)生危害的主要原因[32]。本試驗中，LP+CE組和LP+S組酵母菌和霉菌數(shù)量少于其他處理組，可能是因為飼料中的異型發(fā)酵乳酸菌發(fā)酵降解為乙酸和乙醇，從而抑制酵母菌和霉菌等有害細菌的生長，提高有氧穩(wěn)定性，使pH值下降，抑制酵母菌和霉菌的生命代謝活動[33-34]。結(jié)果表明，添加青貯添加劑對飼料附著的酵母菌和霉菌具有明顯的抑制作用。

4 結(jié)論

在谷子青貯中單獨或混合添加植物乳桿菌、蔗糖和纖維素酶可以降低其pH值并增加乳酸菌數(shù)量，從而改善青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)，其中以同時添加植物乳桿菌和纖維素酶的效果最好。