楊偉明，廖志航,楊旭楠，陳姍姍* (.深圳市萬(wàn)創(chuàng)綠色研究發(fā)展有限公司，深圳市萬(wàn)科中心，廣東深圳 58000；.廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境生態(tài)工程研究院，廣東省流域水環(huán)境治理與水生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 50006；.廣東省科學(xué)院微生物研究所，華南應(yīng)用微生物國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 50070)

水葫蘆((Mart) Solms)，又名鳳眼蓮，屬于多年生宿根浮水草本植物，起源于南美洲的亞馬孫河流域。水葫蘆適應(yīng)性強(qiáng)，繁殖快，在適宜的環(huán)境條件下每株水葫蘆每5 d就能再生1株新植株，每公頃水葫蘆的年產(chǎn)量(干重)從幾十噸到幾百噸不等。我國(guó)華南、華中、華東與華北19個(gè)省(直轄市、自治區(qū))均出現(xiàn)了嚴(yán)重的水葫蘆入侵現(xiàn)象，每年需要花費(fèi)大量的人力、財(cái)力、物力進(jìn)行治理。

水葫蘆抗酸堿性、抗病性強(qiáng)，對(duì)水質(zhì)的要求不高，同時(shí)能高效處理水體中氮、磷、重金屬等，凈化水體。因此，水葫蘆被廣泛應(yīng)用于水體修復(fù)。目前，水葫蘆已被應(yīng)用于生活用水、工業(yè)廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾填埋場(chǎng)滲濾液等污染水體的凈化。

水葫蘆的資源化利用引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。目前，水葫蘆常被用于制備燃料、肥料、飼料、造紙等。Sophal研究添加水葫蘆的飼料對(duì)當(dāng)?shù)攸S牛生長(zhǎng)性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水葫蘆葉可作為生長(zhǎng)牛瘤胃營(yíng)養(yǎng)素的來(lái)源。將水葫蘆制成青貯料，是一種對(duì)環(huán)境友好且具有一定經(jīng)濟(jì)效益的資源化利用方式。制備青貯是將水葫蘆壓實(shí)封閉起來(lái)，使貯存的青飼料與外部空氣隔絕，造成內(nèi)部缺氧，通過(guò)附生微生物的厭氧發(fā)酵作用產(chǎn)生有機(jī)酸，抑制其他有害微生物的生長(zhǎng)，從而達(dá)到長(zhǎng)期保存的目的。它是一種既可以減少養(yǎng)分損失又有利于動(dòng)物消化吸收的一種貯存技術(shù)或方法。黃偉等通過(guò)將水葫蘆渣與玉米粉混合青貯料飼喂山羊的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)添加水葫蘆渣的飼糧組山羊日增重及日采食量均顯著大于不添加水葫蘆的對(duì)照組。原料含水率是青貯發(fā)酵品質(zhì)的關(guān)鍵因素，一般青貯原料的初始含水率控制在60%～70%時(shí)對(duì)發(fā)酵最有利。若含水率過(guò)高，會(huì)引起梭菌等有害菌的繁殖；若含水率過(guò)低，則會(huì)使發(fā)酵變難，延緩發(fā)酵過(guò)程。但是，新鮮水葫蘆含水率高達(dá)95%，經(jīng)擠壓脫水處理后得到的水葫蘆渣含水率仍保持在80%～85%，因此前人通過(guò)添加輔料降至最佳含水量，如每噸水葫蘆添加150 kg的玉米粉、秸稈、苜蓿草等輔料，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中大量輔料的使用將大幅度提高青貯成本。該試驗(yàn)減少了玉米粉、秸稈、米糠、苜蓿草4種輔料的使用量，使水葫蘆青貯的初始含水率為(80±2)%，考察減少輔料使用量后水葫蘆青貯能否達(dá)到適用的發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并探索哪種輔料對(duì)高水分水葫蘆的發(fā)酵效果最好，旨在為水葫蘆青貯制備過(guò)程中合理添加輔料提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

青貯原料。青貯原料為采自廣州市南沙區(qū)河涌?jī)?nèi)的野生水葫蘆，經(jīng)打撈后切成2 cm左右塊狀，晾曬風(fēng)干4 h，使原料含水率降至85%左右，與水葫蘆打撈后經(jīng)機(jī)械擠壓脫水處理后的含水率一致。

輔料。試驗(yàn)選用玉米粉、秸稈、米糠、苜蓿草4種輔料，其含水率和浸提液pH如表1所示。

表1 各組輔料含水率和浸提液pH

添加劑。青貯添加劑為鄭州牧田生物科技有限公司生產(chǎn)的植物青貯劑“青貯旺”(乳酸菌植物青貯菌劑)，每15 g溶于3 L水。此外，在優(yōu)化玉米粉輔料試驗(yàn)中，除了添加青貯菌劑外，還添加一定量的糖蜜作為添加劑。

將風(fēng)干至含水率85%的水葫蘆與輔料按質(zhì)量比9∶1進(jìn)行混合，每個(gè)樣品重約400 g，均勻噴灑50 mL添加劑，壓實(shí)裝袋使壓實(shí)密度為500 kg/m。根據(jù)輔料的不同，分成5組，添加輔料玉米粉、秸稈、米糠與苜蓿草的組分別命名為試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ組，另外設(shè)置一個(gè)不添加輔料的對(duì)照組。每組設(shè)置3個(gè)平行樣。

樣本前處理。對(duì)制備當(dāng)天(初始值)及發(fā)酵45 d后(最終值)的青貯進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。將采集的水葫蘆青貯制成粉末和浸提液2種。粉末是將青貯樣品放置在65 ℃下干燥48 h后粉碎制成的，干燥前后測(cè)定均樣品重量，以計(jì)算干物質(zhì)含量。浸提液是將青貯樣品浸泡在水中24 h后離心過(guò)濾制成的。

發(fā)酵指標(biāo)的測(cè)定。取水葫蘆青貯飼料粉末，采用蒽酮-硫酸比色法測(cè)定可溶性碳水化合物含量；取浸提液測(cè)定小分子有機(jī)酸、氨態(tài)氮含量和pH，其中小分子有機(jī)酸含量采用高效液相色譜法測(cè)定， 氨態(tài)氮含量采用比色法測(cè)定，浸提液pH使用pH計(jì)測(cè)定。

營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的測(cè)定。中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維的含量采用Van-Soest法測(cè)定，干物質(zhì)體外消化率采用胃蛋白酶-胰蛋白酶法測(cè)定，粗蛋白含量采用凱氏定氮法測(cè)定。

安全性指標(biāo)的測(cè)定。參照國(guó)標(biāo)GB/T 13091—2018、GB/T 13092—2006對(duì)水葫蘆青貯飼料樣本測(cè)定致病菌數(shù)量。采用改進(jìn)的電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法對(duì)水葫蘆青貯飼料粉末樣本測(cè)定重金屬含量。

2 結(jié)果與分析

從圖1可以看出，不加輔料的對(duì)照組初始干物質(zhì)含量為(14.4±1.1)%(即含水率約為85%)，添加輔料的各試驗(yàn)組初始干物質(zhì)含量均有所增加，其中添加玉米粉和米糠組的初始干物質(zhì)含量分別達(dá)到(21.1±0.8)%和(21.7±0.5)%。發(fā)酵過(guò)程中干物質(zhì)含量不斷下降，表明發(fā)酵時(shí)有大量水分生成。

圖1 各組高水分水葫蘆青貯發(fā)酵期間干物質(zhì)含量的變化Fig.1 Dry matter content changes of E.crassipes silage with high moisture content in each group during the fermentation period

可溶性碳水化合物是發(fā)酵微生物菌群繁殖代謝的重要底物。一般來(lái)說(shuō)，初始可溶性碳水化合物含量要大于等于3%，才能保證發(fā)酵成功。該數(shù)值越大，對(duì)發(fā)酵越有利。由圖2可知，不添加輔料時(shí)水葫蘆青貯的初始可溶性碳水化合物含量為(4.14±0.90)%，添加輔料后該值均有所增加，其中添加玉米粉的試驗(yàn)Ⅰ組效果最佳，初始可溶性碳水化合物含量為(9.37±0.68)%。

圖2 各組高水分水葫蘆青貯初始可溶性碳水化合物含量Fig.2 The initial soluble carbohydrate content in E.crassipes silage with high moisture content in each group

在青貯發(fā)酵前期，由于厭氧乳酸菌的作用，發(fā)酵體pH快速降低，從而會(huì)抑制梭菌、腐敗菌、霉菌和酵母菌等有害微生物的繁殖。因此，pH是影響青貯飼料營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵因素。pH在4.1以下時(shí)為優(yōu)質(zhì)青貯飼料，pH在5.0以上說(shuō)明發(fā)酵品質(zhì)不良，pH為4.1～4.3說(shuō)明發(fā)酵品質(zhì)良好，pH為4.4～5.0說(shuō)明發(fā)酵品質(zhì)一般。由表2可知，添加玉米粉的試驗(yàn)Ⅰ組pH為4.05，達(dá)到優(yōu)質(zhì)青貯飼料標(biāo)準(zhǔn)；其余4組發(fā)酵品質(zhì)均未達(dá)標(biāo)。

氨態(tài)氮含量反映發(fā)酵過(guò)程中蛋白質(zhì)和氨基酸的分解程度。氨態(tài)氮含量越高，說(shuō)明氨基酸和蛋白質(zhì)分解得越多，意味著發(fā)酵品質(zhì)變差。由表2可知，添加秸稈和苜蓿草的試驗(yàn)Ⅱ、Ⅳ組氨態(tài)氮含量較低，分別為(1.43±0.36)%和(1.44±0.36)%，發(fā)酵品質(zhì)較好；添加玉米粉的試驗(yàn)Ⅰ組氨態(tài)氮含量與不添加輔料的對(duì)照組相近；添加米糠的試驗(yàn)Ⅲ組氨態(tài)氮含量較高，為(2.13±0.13)%，發(fā)酵品質(zhì)較差。

發(fā)酵后乳酸含量越高、丁酸含量越低，表示青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)越高。由表2可知，不添加輔料的對(duì)照組乳酸含量處于較低水平，僅(0.010±0.002)%；添加玉米粉和苜蓿草的試驗(yàn)Ⅰ、Ⅳ組乳酸含量明顯高于對(duì)照組，分別為(0.520±0.003)%和(1.060±0.200)%，與周昕等測(cè)定的食葉草青貯(初始含水率65%)的乳酸含量相當(dāng)。

就發(fā)酵品質(zhì)而言，添加玉米粉的試驗(yàn)Ⅰ組發(fā)酵品質(zhì)最好，可能是因?yàn)樵摻M可溶性碳水化合物含量高于其余4組?？扇苄蕴妓衔锖吭礁?，越有利于青貯發(fā)酵的進(jìn)行，pH降到4的速度更快, 青貯效果更好。

表2 各組高水分水葫蘆青貯發(fā)酵45 d后氨態(tài)氮和小分子有機(jī)酸的含量

測(cè)定中性洗滌纖維與酸性洗滌纖維后，按照以下公式計(jì)算出相對(duì)飼喂價(jià)值(RFV)：

式中,RFV為相對(duì)飼喂價(jià)值，ADF為酸性洗滌纖維含量(%)，NDF為中性洗滌纖維含量(%)。RFV大于151，為特級(jí)飼草;RFV為125～151，為一級(jí)飼草;RFV為103～124，為二級(jí)飼草;RFV為87～102，為三級(jí)飼草；RFV為75～86，為四級(jí)飼草;RFV小于75，為五級(jí)飼草。由表3可知，添加秸稈和米糠的試驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ組RFV值較低，為三級(jí)及三級(jí)以下飼草。添加玉米粉和苜蓿草的試驗(yàn)Ⅰ、Ⅳ組效果較好，其中添加玉米粉的試驗(yàn)Ⅰ組相對(duì)飼喂價(jià)值(RFV)為186.66，達(dá)到特級(jí)飼草標(biāo)準(zhǔn)。添加玉米粉和苜蓿草的試驗(yàn)Ⅰ、Ⅳ組相對(duì)飼喂價(jià)值高于對(duì)照組，這可能是因?yàn)檫@2組的初始可溶性碳水化合物含量較高，更適于乳酸菌的快速增殖。尉小強(qiáng)等研究表明大量的乳酸菌會(huì)降低中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的含量。

青貯的干物質(zhì)體外消化率越高，表明該青貯的適口性越好，易于消化。由圖3可知，添加玉米粉和苜蓿草的試驗(yàn)Ⅰ、Ⅳ組干物質(zhì)體外消化率均高于不添加輔料的對(duì)照組，分別為29.1%和29.8%，與周昕等測(cè)定的食葉草青貯(初始含水率55%)的干物質(zhì)體外消化率相當(dāng)。添加米糠的試驗(yàn)Ⅲ組表現(xiàn)最差，干物質(zhì)體外消化率低于10%。

蛋白質(zhì)是動(dòng)物需要攝取的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，粗蛋白含量越高，表明青貯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。由圖4可知，發(fā)酵后添加玉米粉和苜蓿草的試驗(yàn)Ⅰ、Ⅳ組粗蛋白含量均比對(duì)照組高，分別為(14.80±0.96)%和(21.38±0.66)%，高于黃麗萍等測(cè)得的全株玉米青貯(初始含水率66.18%)的粗蛋白含量。

表3 各組高水分水葫蘆青貯發(fā)酵45 d后的相對(duì)飼喂價(jià)值

圖3 各組高水分水葫蘆青貯發(fā)酵45 d后的干物質(zhì)體外消化率Fig.3 Dry matter digestibility in vitro of E.crassipes silage with high moisture content in each group after fermentation 45 days

相對(duì)飼喂價(jià)值、干物質(zhì)體外消化率和粗蛋白含量能很好地反映青貯營(yíng)養(yǎng)成分的變化。該試驗(yàn)結(jié)果表明，添加玉米粉或苜蓿草后高水分水葫蘆也能達(dá)到合格的營(yíng)養(yǎng)成分水平。添加玉米粉的試驗(yàn)Ⅰ組相對(duì)飼喂價(jià)值最高，試驗(yàn)Ⅳ組的干物質(zhì)體外消化率與添加玉米粉的試驗(yàn)Ⅰ組相近，試驗(yàn)Ⅳ組的粗蛋白含量是試驗(yàn)Ⅰ組的1.4倍。然而，目前玉米粉的價(jià)格約2 000元/t，苜蓿草的價(jià)格約15 000元/t，因此綜合考慮成本及效果，高水分水葫蘆青貯中添加玉米粉作為輔料是最優(yōu)選擇。

圖4 各組高水分水葫蘆青貯發(fā)酵45 d后的粗蛋白含量Fig.4 Crude protein content in E.crassipes silage with high moisture content in each group after fermentation 45 days

經(jīng)過(guò)水葫蘆青貯安全性指標(biāo)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，沙門氏菌未檢出。根據(jù)國(guó)家飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，精料補(bǔ)充料中的汞、鉻、鉛、砷和鎘含量分別不得超過(guò)0.1、5.0、8.0、4.0和1.0 mg/kg。由表4可知，各組重金屬含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限定值。該試驗(yàn)結(jié)果表明，各組霉菌數(shù)均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限定值(4×10CFU/g)，表明飼喂高水分水葫蘆青貯是安全的。

綜合上述發(fā)酵指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)及安全性指標(biāo)可知，高水分水葫蘆中添加玉米粉作為發(fā)酵輔料是最優(yōu)選擇。青貯發(fā)酵過(guò)程中，除了添加可降低初始含水率的輔料，往往還會(huì)添加綠汁發(fā)酵液、蔗糖等含糖量高的添加劑，以促進(jìn)乳酸菌等發(fā)酵菌的迅速繁殖，縮短青貯發(fā)酵周期。糖蜜是制糖工業(yè)的主要副產(chǎn)物之一，含有糖類、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。以糖蜜作為添加劑代表，以玉米粉為輔料，考察添加劑能否進(jìn)一步提升高水分水葫蘆的發(fā)酵品質(zhì)。設(shè)置2個(gè)試驗(yàn)組，在水葫蘆與玉米粉質(zhì)量比為9∶1的試驗(yàn)組中分別添加3%和1%的糖蜜，命名為試驗(yàn)Ⅴ組與試驗(yàn)Ⅵ組，并對(duì)其發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，最后將此次試驗(yàn)結(jié)果與僅添加玉米粉的試驗(yàn)Ⅰ組進(jìn)行對(duì)比。

由表5可知，與試驗(yàn)組Ⅰ組相比，添加3%糖蜜后初始可溶性碳水化合物含量升高，更有利于發(fā)酵的進(jìn)行；添加1%糖蜜的試驗(yàn)Ⅵ組與不添加糖蜜的試驗(yàn)Ⅰ組初始可溶性碳水化合物含量相當(dāng)。糖蜜的含水率為50%～60%，因此添加糖蜜的試驗(yàn)Ⅴ、Ⅵ組青貯干物質(zhì)含量比不添加糖蜜的試驗(yàn)Ⅰ組略高。

表4 各組高水分水葫蘆青貯的重金屬含量

由表6可知，相較于僅添加玉米粉的試驗(yàn)Ⅰ組，添加糖蜜后青貯產(chǎn)品的pH相差不大，干物質(zhì)體外消化率和粗蛋白含量略低；試驗(yàn)Ⅴ、Ⅵ組相對(duì)飼喂價(jià)值較試驗(yàn)Ⅰ組有所提高，分別為198.39和190.46，均達(dá)到特級(jí)飼草標(biāo)準(zhǔn)。

表5 添加糖蜜對(duì)以玉米粉為輔料的高水分水葫蘆青貯初始指標(biāo)的影響

在高水分水葫蘆青貯發(fā)酵過(guò)程中添加糖蜜能在一定程度上改善青貯的發(fā)酵品質(zhì)。通常來(lái)說(shuō)，高水分水葫蘆容易滋生霉菌，而添加糖蜜能進(jìn)一步降低青貯的初始pH，抑制霉菌的生長(zhǎng)，同時(shí)增加青貯早期乳酸菌發(fā)酵底物濃度，有利于乳酸菌的快速生長(zhǎng)。同時(shí)，糖蜜的添加能抑制青貯過(guò)程中粗蛋白的分解，使得青貯中氨態(tài)氮含量有所降低，提高發(fā)酵品質(zhì)。

3 結(jié)論

該研究考慮青貯的經(jīng)濟(jì)性，減少玉米粉、秸稈、米糠、苜蓿草4種輔料的添加量，使水葫蘆青貯初始含水率為(80±2)%，考察該高水分水葫蘆青貯能否達(dá)到適用的發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。結(jié)果表明，在玉米粉、秸稈、米糠、苜蓿草4種輔料中(輔料與水葫蘆質(zhì)量比為1∶9)，添加玉米粉和苜蓿草為輔料的高水分水葫蘆青貯的相對(duì)飼喂價(jià)值分別達(dá)到特級(jí)和一級(jí)飼草水平，干物質(zhì)體外消化率及粗蛋白含量均能達(dá)到低水分水葫蘆青貯的水平，且霉菌數(shù)等安全性指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。添加糖蜜能進(jìn)一步提高高水分水葫蘆青貯的相對(duì)飼喂價(jià)值，并抑制粗蛋白的分解。綜合對(duì)比添加玉米粉和苜蓿草的青貯質(zhì)量以及2種輔料的成本價(jià)格，建議在實(shí)際生產(chǎn)中優(yōu)先添加玉米粉作為輔料制備高水分水葫蘆青貯，在此基礎(chǔ)上可適當(dāng)添加糖蜜，進(jìn)一步提升青貯品質(zhì)。

表6 添加糖蜜對(duì)以玉米粉為輔料的高水分水葫蘆青貯發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的影響