呂文龍,刁其玉＊ ,閆貴龍,2

(1.中國農業(yè)科學院飼料研究所,北京 100081;2.河北北方學院動物科技學院,河北 張家口075131)

玉米(Zea mays)是主要的飼料作物和糧食作物,但是玉米秸稈由于自身的理化特性,作為飼料存在著許多問題。秸稈的莖稈粗硬,在消化道停留時間長,影響家畜的采食量和適口性;秸稈的粗纖維含量高達35%～50%,并且粗纖維中纖維素和木質素結合成為較堅固的結構,動物難以消化利用。為了更合理的利用這一飼料資源,將玉米秸稈切短后青貯,可以調制成一種多汁、耐貯藏、能夠供家畜全年食用的粗飼料,該技術在我國玉米主產(chǎn)區(qū)尤其是在北方地區(qū)已經(jīng)得到廣泛推廣應用[1-3]。

實際生產(chǎn)中,酵母菌和霉菌往往引起青貯飼料發(fā)霉、腐敗變質,特別是高溫、封口不及時和壓實不夠時。有氧腐敗往往造成青貯飼料營養(yǎng)成分大量損失,如果給動物飼喂了發(fā)霉變質的青貯飼料,會降低動物生產(chǎn)性能,從而降低農場經(jīng)濟效益[4,5]。因此,努力提高玉米秸稈青貯飼料的品質就尤為重要。防止腐敗變質是青貯飼料制作的一個重要方面,布氏乳桿菌能有效的保存大田青貯飼料和提高有氧穩(wěn)定性[6]。

Muck[7]第1次研究表明,布氏乳桿菌可以提高青貯飼料的有氧穩(wěn)定性,并且建議把布氏乳桿菌作為青貯添加劑使用。直到2001年,美國食品和藥物管理局(Food and Drug Administration)才正式批準布氏乳桿菌作為青貯添加劑使用,之后對布氏乳桿菌展開了大量研究。Oude Elferink等[8]的研究表明,添加布氏乳桿菌后,1 mol乳酸被降解為0.48 mol乙酸、0.48 mol 1,2-丙二醇、0.04 mol乙醇和 0.52 mol CO2。Kleinschmit和Kung[6]總結發(fā)現(xiàn),對照組玉米青貯飼料暴露在空氣下25 h就發(fā)霉變質,布氏乳桿菌添加量≤105cfu/g鮮重的玉米青貯飼料暴露在空氣下35 h發(fā)霉變質,而添加量>105cfu/g鮮重的玉米青貯飼料直到503 h才發(fā)霉變質。在牧草和小作物青貯飼料中,幾乎沒有檢測到酵母菌的存在,3個處理組有氧穩(wěn)定性分別為206,226和245 h。布氏乳桿菌雖然提高了這2類飼料的有氧穩(wěn)定性,但是提高幅度存在很大差異。美國奶牛和牧草中心連續(xù)3年的試驗研究表明,布氏乳桿菌可以提高玉米青貯飼料的有氧穩(wěn)定性,與對照組相比提高了100～811 h,足以見布氏乳桿菌對青貯飼料有氧穩(wěn)定性的影響之大[9]。

國內外關于布氏乳桿菌對全株玉米和苜蓿(Medicagosativa)等青貯飼料品質的影響已經(jīng)進行了大量研究,并且結果表明,布氏乳桿菌能有效提高青貯飼料的有氧穩(wěn)定性,但是關于布氏乳桿菌對不帶穗青玉米秸青貯品質影響的研究非常少。因此,本試驗的主要目的是探討布氏乳桿菌對不帶穗青玉米秸青貯發(fā)酵品質和有氧穩(wěn)定性的影響,從而為我國不帶穗青玉米秸青貯飼料生產(chǎn)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

青貯原料:蠟熟后期收割的不帶穗青玉米秸,種植地為北京大興區(qū)西莊。

接種劑:布氏乳桿菌。

青貯容器:直徑10cm,高30cm,壁厚0.4cm,容積為2 L的玻璃罐。

1.2 試驗方法

本試驗開始時間為2008年9月,青貯原料來源于同一塊玉米地,設置4個處理組,分別在鮮樣(鮮重)的基礎上接種不同劑量的布氏乳桿菌:處理1(用CS表示)為對照組,不接種布氏乳桿菌;處理2(用CSL表示)接種量為3.05×104cfu/g鮮重;處理3(用CSS表示)接種量為3.05×105cfu/g鮮重;處理4(用CSH表示)接種量為3.05×106cfu/g鮮重。將不帶穗青玉米秸粉碎至1～2cm,根據(jù)設計,把接種劑溶于一定量的去離子水,均勻噴灑在粉碎的原料上,對照組也加相同的去離子水,立即填裝,封口,青貯罐25～30℃避光保存。

對青貯原料的營養(yǎng)成分、水溶性碳水化合物、緩沖度和pH值進行分析。在青貯第1,16,34,60天分別開罐取樣進行分析,每個時間點每個處理組開3個青貯罐即3個重復,檢測pH值、乳酸、揮發(fā)性脂肪酸(VFA)和氨態(tài)氮(NH3-N)。分析發(fā)酵60 d青貯料的營養(yǎng)成分、水溶性碳水化合物、干物質回收率、干物質消化率以及有氧穩(wěn)定性。

1.3 測定方法

干物質(dry matter,DM)測定采用常規(guī)方法;粗蛋白(crude protein,CP)測定采用凱氏定氮法;中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)在范氏法(Van Soest)的基礎上使用改進的濾袋分析法;水溶性碳水化合物(water soluable carbonhydrate,WSC)測定采用蒽酮比色法;緩沖度(buffer capacity,BC)測定采用滴定法[10];乳酸和VFA測定采用離子色譜法[11];氨態(tài)氮(NH3-N)測定采用苯酚-次氯酸鈉比色法;pH值利用酸度計測定;干物質消化率(dry matter digestability,DMD)測定采用活體外兩階段法[12]。

干物質回收率(dry matter recovery,DM R)測定:青貯結束后,開封去除密封材料,打開實驗瓶密封蓋排氣后稱重并記錄,DMR(%)=[(開封時回收青貯重×青貯DM%)/(裝填時裝入原料重×原料DM%)]×100。

有氧穩(wěn)定性測定:青貯發(fā)酵進行到60 d時,每個處理組隨機取5～6瓶保存完好的青貯飼料,棄去瓶口約10cm厚的部分,混勻后取樣,取400 g置于15cm×20cm塑料封口袋中用牙簽扎數(shù)個小孔,再套上一個寬松不封口的塑料袋,防止交叉污染和減少水分損失,置于陰涼處存放,用于測定pH、霉菌和酵母變化。另取800～1 000 g置于大的塑料封口袋中,直至塑料袋裝滿,用牙簽扎數(shù)個小孔,再套上一個寬松不封口的塑料袋,防止交叉污染和減少水分損失,用50℃的普通溫度計測定溫度變化。樣品都置于陰暗處,環(huán)境溫度根據(jù)實際情況確定,溫度變化每4 h記錄1次,當青貯物料的溫度超過環(huán)境溫度2℃時為止。試驗中的溫度計、牙簽等用具使用前均須紫外滅菌。

1.4 統(tǒng)計分析

用SAS統(tǒng)計軟件進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 青貯原料的化學成分和緩沖能值

本試驗青貯原料為玉米成熟收獲后收割的玉米秸稈。青貯原料的化學成分含量見表1。青貯原料的緩沖能值為208.17 mE/kg DM,青貯原料的pH值為5.05。本試驗中玉米秸稈水分和水溶性碳水化合物含量分別為68.62%和19.11%,符合青貯飼料制作的要求。

表1 青貯原料的化學成分含量Table 1 Chemical compositions of ensiling material

2.2 布氏乳桿菌對青貯發(fā)酵產(chǎn)物有機酸和氨態(tài)氮的影響

青貯飼料發(fā)酵的主要產(chǎn)物包括乳酸、乙酸和氨態(tài)氮。布氏乳桿菌對青貯發(fā)酵產(chǎn)物的影響見表2?？梢钥闯?青貯發(fā)酵第1天,各處理組pH都迅速下降,CSS組和CSH組都下降到4.0左右,CS組和CSL組都下降到4.0以下,之后各處理組基本保持穩(wěn)定狀態(tài),而且CSS組和CSH組pH值始終保持高于其他2組的趨勢,其中CSH組最高。發(fā)酵剛開始時,青貯原料中WSC充分,原料緩沖度小,pH值迅速下降。隨著發(fā)酵的深入,WSC逐漸減少,乳酸菌逐漸被低pH和生成的乳酸所抑制,因此,此時pH基本保持平穩(wěn)狀態(tài)。

發(fā)酵開始時,青貯樣品中乳酸和乙酸含量非常少,第1天時,各處理組乳酸生成量都迅速增加,之后,CS組變化不大,CSL組在第16天達到最大值8.0左右后緩慢下降,CSS組和CSH組一直保持下降趨勢,而且始終低于CS組,其中,CSH組顯著低于CSS組(P<0.05)。整個發(fā)酵過程中,所有處理組乙酸含量都呈顯著增加趨勢,特別是CSS組和CSH組增加迅速,而且始終高于CS組。CSL組乙酸開始低于CS組,34 d后開始高于CS組。這是由于青貯飼料中生成的乳酸可以被布氏乳桿菌分解為乙酸,接種量越大,布氏乳桿菌分解乳酸生成的乙酸就越多。整個發(fā)酵過程中,CSH組和CSS組乳酸乙酸比例一直下降,而且始終低于CS組。而CS組和CSL組是先增加后下降,發(fā)酵后期CSL組乳酸乙酸比例下降的速度增快,直到第60天時才開始低于CS組?？梢钥闯鋈樗嵋宜岜壤陆邓俣扰c布氏乳桿菌的接種量有著直接關系。發(fā)酵末期,4個處理組乳酸乙酸比例大小順序為CS組(2.17)>CSL組(0.98)>CSS組(0.42)>CSH 組(0.30)。

整體來看,隨著發(fā)酵的深入,所有處理組氨態(tài)氮含量呈增加的趨勢,并且最終趨于穩(wěn)定。發(fā)酵初期,氨態(tài)氮主要是蛋白質、氨基酸和其他一些含氮物質水解造成的,最終產(chǎn)氨菌逐漸被酸性環(huán)境所抑制。

表2 布氏乳桿菌對青貯發(fā)酵產(chǎn)物的影響Table 2 Effects of Lactobacillus buchneri on fermentation products

2.3 布氏乳桿菌對青貯飼料營養(yǎng)成分和干物質消化率的影響

發(fā)酵60 d后,布氏乳桿菌對不帶穗青玉米秸青貯飼料營養(yǎng)成分和DMD的影響見表3。與CS組相比,其他3個處理組DM顯著降低(P<0.05)。各處理組之間CP、EE、NDF和ADF都沒有顯著差異(P>0.05)。發(fā)酵結束時,CSL組和CSS組殘留WSC含量顯著高于CS組,而CSH顯著低于CS組。CS組和CSL組DMR差異不顯著(P>0.05),但是數(shù)值上略低于CS組,CSS組和CSH組都顯著低于CS組(P<0.05),分別低0.81%和1.55%。與CS組相比,不帶穗青玉米秸青貯飼料接種布氏乳桿菌后,CSL組、CSS組和CSH組干物質消化率都顯著降低(P<0.05),分別下降了9.19%,9.11%和12.49%,它們之間差異不顯著(P>0.05)。

2.4 布氏乳桿菌對青貯飼料有氧穩(wěn)定性的影響

青貯飼料暴露于空氣后,溫度上升到高于環(huán)境溫度2℃所需要的時間即為有氧穩(wěn)定性。本試驗中幾種處理有氧穩(wěn)定性分別為:CS組 92 h,CSL組124 h,CSS組340 h,CSH組最高,達到428 h。與CS組相比,CSL組只提高了32 h,CSS組提高了248 h,CSH組提高了336 h(圖1)。

表3 布氏乳桿菌對青貯飼料營養(yǎng)成分和DMR的影響Table 3 Effects of Lactobacillusbuchneri on the compositions and DMR of silage DM%

圖1 青貯飼料暴露于空氣下的有氧穩(wěn)定性Fig.1 Aerobic stability of silage exposed to air

3 討論

通常情況下,微生物接種劑推薦的接種量是105cfu/g鮮重,但是也有研究發(fā)現(xiàn)這個量不足以改變青貯飼料發(fā)酵過程和提高有氧穩(wěn)定性,如果能加大接種量則有顯著效果[6]。本試驗中CSL組布氏乳桿菌接種量為3.04×104cfu/g鮮重,對發(fā)酵過程和有氧穩(wěn)定性的影響沒有CSS組和CSH組大。

布氏乳桿菌屬于異型發(fā)酵乳酸菌,能分解水溶性碳水化合物和乳酸產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸、二氧化碳等,造成青貯飼料營養(yǎng)成分的損失。Kung等[13]給高水分玉米接種了不同劑量的布氏乳桿菌,結果發(fā)現(xiàn),布氏乳桿菌對NDF、ADF、NH3-N都沒有影響,與本試驗結果基本一致。但是布氏乳桿菌降低了CP和WSC含量,對干物質回收率沒有影響以及隨著接種量的增大,有氧穩(wěn)定性并沒有提高,本試驗結果與之不同,在他的試驗中,接種量之間差距沒有本試驗中這么大以及青貯原料水分含量高,這樣就可能導致干物質回收率和有氧穩(wěn)定性之間差異不顯著。Driehuis等[4]進行的3個試驗中,后2個試驗接種布氏乳桿菌都增加了氨態(tài)氮含量,Hu等[14]也得到了相似的結果,本試驗中沒有檢測到這種效果。青貯飼料中氨態(tài)氮含量可以反映出蛋白質的降解程度,一般情況下,pH在3～7時,隨著pH值的增大,蛋白質水解作用增強;此外,蛋白質水解作用還與青貯過程中pH的下降速度有關。

本試驗中,布氏乳桿菌顯著提高了青玉米秸青貯飼料的有氧穩(wěn)定性,并且隨著接種量的增加,有氧穩(wěn)定性越來越大,這是由于青貯飼料中乙酸含量越來越多的原因造成的。而乙酸對真菌有著很好的抑制作用,可以提高多種青貯飼料的有氧穩(wěn)定性。但是,Huisden等[15]分別給玉米按照推薦量和2倍推薦量接種布氏乳桿菌,他并沒有發(fā)現(xiàn)玉米青貯飼料有氧穩(wěn)定性隨著布氏乳桿菌接種量的增加而增大,本試驗結果與之不一致,原因可能是本試驗中接種量的增加是10倍遞增關系,增加幅度遠遠大于他的試驗,因此,造成了結果上的不完全一致。以前對布氏乳桿菌在多種青貯飼料上的研究都表明,盡管布氏乳桿菌改善有氧穩(wěn)定的程度存在差異,但是布氏乳桿菌能改善青貯飼料有氧穩(wěn)定性,這一點還是非常一致的。

給青貯飼料接種布氏乳桿菌的主要問題是青貯飼料中產(chǎn)生的大量乙酸將對家畜生產(chǎn)性能產(chǎn)生什么樣的影響。關于這方面的研究已經(jīng)進行了很多,并沒有研究表明飼喂接種布氏乳桿菌的青貯飼料,動物采食量和產(chǎn)奶量有所下降[16]。體外兩階段法前48 h模擬的是瘤胃消化過程,后面48 h模擬的是真胃和小腸的消化過程,能更好的評價飼料在動物體內的消化情況。本試驗中,與對照組(CK)相比,接種了布氏乳桿菌的玉米秸稈青貯飼料DM消化率并沒有提高,這與Weinberg等[17]對玉米和小麥(Triticum aestivum)青貯以及Filya等[18]對第1茬和第2茬苜蓿青貯的研究結果基本一致。體外兩階段法測定的干物質消化率與青貯原料的粗纖維之間存在負相關性[17]。本試驗中,玉米秸稈中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量都非常高,因此,干物質消化率低屬于正常情況。瘤胃是一個非常復雜的生態(tài)系統(tǒng),在瘤胃里面,大量的微生物和很多因素都發(fā)揮著重要作用,還需要更多的研究來探討青貯飼料接種劑對反芻動物的影響[16]。

4 結論

本試驗條件下,接種布氏乳桿菌可以有效提高不帶穗青玉米秸青貯的乙酸含量,降低乳酸含量和乳酸/乙酸,降低干物質回收率,顯著提高有氧穩(wěn)定性,延長了開瓶后青貯的保存時間。

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