成啟明，賈玉山*

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

1 發(fā)酵原理

青貯飼料的概念就是將收獲的原料利用一定的方法進行晾曬，使其達到規(guī)定的含水量后置入預(yù)先清理的青貯窖，密封，使其在厭氧環(huán)境下進行發(fā)酵。在厭氧發(fā)酵過程中，乳酸菌使發(fā)酵原料添加物中的WSC轉(zhuǎn)化為不同種類的有機酸(其中有機酸的種類主要為乳酸發(fā)酵)。乳酸發(fā)酵的結(jié)果就是使得青貯窖內(nèi)部的pH值降低下降，其pH值的范圍大約為3.8到4.2之間，較低的pH可有效阻礙有害微生物的大量繁殖，從而保證這種環(huán)境能較好的貯藏飼料原有的營養(yǎng)成分，使其變成一種可以長期進行保存的發(fā)酵飼料〔1,2〕。通過發(fā)酵所獲得的飼料可以最大程度將原料原有的青綠汁液和營養(yǎng)成分進行有效保存，并且，發(fā)酵后的飼料味道極佳，在嗅覺上，發(fā)酵飼料聞起來有種芬芳的味道，在觸覺上，發(fā)酵后的飼料摸起來較柔軟，因為這些優(yōu)勢，導(dǎo)致家畜較喜食，對發(fā)酵飼料的消化能力顯著增加，從而能最大程度的提高家畜的采食能力和適口性。將發(fā)酵獲得的飼料和干草飼料的營養(yǎng)成分對比分析可知，前者的營養(yǎng)物質(zhì)的收益率要顯著高于后者，因此，發(fā)酵飼料在反芻動物進行越冬時發(fā)揮顯著優(yōu)勢，成為反芻動物在越冬過程中的重要青綠飼料〔3〕。

就發(fā)酵飼料來說，發(fā)酵過程中最重要的因素為是否具有能夠最大限度地促進乳酸菌充分發(fā)酵的厭氧環(huán)境，因此可知，利用一定的原料制作發(fā)酵效果較好的優(yōu)質(zhì)發(fā)酵飼料的條件主要由以下幾個因素構(gòu)成：

1)含糖量：一般而言，較優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵飼料中可溶性糖的含量較高，并且可溶性糖的最低含量一般為鮮樣重量的百分之三。發(fā)酵飼料中可溶性糖對乳酸菌的發(fā)酵具有促進作用，可溶性糖的含量越高，乳酸菌的繁殖速度會增加，從而促進乳酸菌大量繁殖而產(chǎn)生含量較高的乳酸。乳酸有效抑制有害微生物的生長，從而保證發(fā)酵環(huán)境。

2)含水量：影響發(fā)酵飼料的發(fā)酵品質(zhì)的另外一個影響因素即為原料的含水量，一般而言，進行發(fā)酵的秸稈原料最佳的原料含水量在65%到75%之間。

3)溫度：有效促進乳酸菌進行繁殖的主要因素為青貯窖內(nèi)部的溫度，一般而言，乳酸菌最佳的生存溫度為19℃到37℃之間，但是其溫度的上限不能高于人體體溫，即37℃。

4)厭氧環(huán)境：保證乳酸菌進行發(fā)酵的最重要因素是厭氧環(huán)境，在此過程中，必須將青貯窖內(nèi)部的全部空氣排除，厭氧環(huán)境的成功是確保發(fā)酵能夠完成的最基本也是最重要的影響因素之一〔4〕。

2 發(fā)酵進程

發(fā)酵飼料的厭氧發(fā)酵的重要階段主要有四個：

好氧階段(第1階段)：好氧階段的發(fā)生時間較早，將獲取的發(fā)酵原料烘干粉碎后置于密封性較好的青貯窖內(nèi)，好氧階段即開始了。在將收獲的發(fā)酵原料填制到青貯窖后，原料中的各種植物就會產(chǎn)生呼吸作用，從而將青貯窖內(nèi)部的氧氣逐漸消耗掉。此時，在青貯窖內(nèi)，原來的主導(dǎo)細(xì)菌為好養(yǎng)性細(xì)菌，由于氧氣被逐漸消耗，從而導(dǎo)致大量好養(yǎng)性細(xì)菌的死亡，隨之會產(chǎn)生大量的兼性厭氧型細(xì)菌。好氧階段進行程度取決于青貯窖內(nèi)部剩余氧氣的含量，但是一般而言，有氧階段最長不會超過24小時。

發(fā)酵階段(第2階段)：隨著時間的延長，青貯窖內(nèi)部產(chǎn)生大量的好氣性細(xì)菌和霉菌，兩者相互作用會產(chǎn)生醋酸。隨著醋酸含量的不斷增加，青貯窖內(nèi)部酸的濃度也會逐漸升高，從而保證創(chuàng)造一個能夠促進醋酸菌較好的繁殖生長的內(nèi)部環(huán)境。發(fā)酵階段的開始時間取決于青貯窖內(nèi)部是否還有殘存的氧氣，但是一般而言，發(fā)酵階段的持續(xù)時間在幾天到幾周之間〔5〕。

穩(wěn)定階段(第3階段)：對穩(wěn)定階段而言，此階段就是乳酸菌逐步進行繁殖的階段。隨著時間的延長，此時的發(fā)酵原料被緊緊的擠壓，已經(jīng)達到壓實的地步。通過壓實處理可以將內(nèi)部的空氣最大程度的排盡，在此階段，青貯窖內(nèi)部的主氧氣已經(jīng)逐步被二氧化碳取代，這樣會有效抑制好氣性細(xì)菌在青貯窖內(nèi)部的生長，導(dǎo)致其活動能力逐漸減弱，通過與厭氧性乳酸菌結(jié)合而發(fā)生糖酵解反應(yīng)，從而產(chǎn)生乳酸。一般而言，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定階段的概率是較小的，因為穩(wěn)定階段對絕對的厭氧環(huán)境要求較高，在此階段不能進入空氣。在生產(chǎn)實踐上，一般將經(jīng)過發(fā)酵階段的發(fā)酵飼料直接開窖進行使用，不涉及第三階段。

飼喂階段或者好氧腐敗階段(第4階段)：飼喂階段或者好氧腐敗階段與接觸空氣具有直接關(guān)系，一旦將發(fā)酵后的飼草與空氣進行接觸，飼喂階段或者好氧腐敗階段會立即開始。一般而言，飼喂階段或者好氧腐敗階段主要分為兩個階段，第一個階段為腐敗的開端，由于酵母菌和醋酸菌得到結(jié)合，使其有機酸發(fā)生降解，從而會逐漸提高pH值；隨著發(fā)酵飼料表面溫度的逐漸升高，腐敗的第二個階段就會開始，類似于霉菌和大腸桿菌等破壞性細(xì)菌群落的作用逐漸顯著顯現(xiàn)，這樣會將污染區(qū)1.5%～4.5%DM受到損害。

3 影響發(fā)酵的因素

通過對發(fā)酵飼料制作過程中主要內(nèi)部的發(fā)酵機理了解可知，能否制作優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵飼料的關(guān)鍵性因素是能否創(chuàng)作一定的厭氧環(huán)境，使得乳酸菌可以在適宜的厭氧環(huán)境中進行快速的生長和繁殖，從而最大程度的降低青綠原料在刈割收獲、調(diào)制、貯存等過程中的營養(yǎng)物質(zhì)的消耗。通過查詢國內(nèi)外相關(guān)的文獻可知，調(diào)制優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵飼料的影響因素主要為：發(fā)酵原料的含水量、可溶性糖含量、飼草刈割的時間、青貯窖的密封性、青貯窖內(nèi)部溫度、厭氧環(huán)境及添加劑的施加均勻度，一旦能夠?qū)⑸鲜鰲l件嚴(yán)格進行把控，加之標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制方法，一定會調(diào)制出優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵飼料。

3.1 加工方式

在實際生產(chǎn)中，一般在乳熟期將玉米進行收獲。影響發(fā)酵原料質(zhì)量的主要因素是最佳的切割長度和留茬高度，這對于提高發(fā)酵的質(zhì)量具有重要作用。通常而言，玉米秸稈的最佳留茬高度是10cm到20cm之間，留茬高度太高對發(fā)酵飼料的產(chǎn)量是不利的，會嚴(yán)重降低發(fā)酵飼料的產(chǎn)量〔6〕，玉米秸稈的最佳切短長度為0.5cm到1cm，。有研究報道，發(fā)酵原料在前期制作時不是越短越好，需要保持一定的長度〔7〕。

3.2 品種

發(fā)酵飼料的營養(yǎng)成分會隨著不同玉米品種的不同而不同，并且不同部位的營養(yǎng)成分也有所變化，例如，玉米植株和籽粒中的營養(yǎng)物質(zhì)的含量也會有差異，這些因素對發(fā)酵飼料的品質(zhì)均具有一定的影響。張春愿等(2008)〔8〕通過將中國北方主要的玉米主產(chǎn)區(qū)的發(fā)酵玉米飼料品質(zhì)比較分析可知，不同玉米主產(chǎn)區(qū)的青貯玉米品質(zhì)在粗纖維和可溶性糖等方面差異性較顯著。

3.3 原料含水量

為了保證乳酸菌能夠正常繁殖而產(chǎn)生乳酸，因此要控制原料的含水量，因為適宜的水分是促進乳酸菌正常生長和繁殖的必要條件。通過利用豆科類的飼草進行發(fā)酵，最好將原料含水量控制在60%到70%之間，對于禾本科飼草而言，通過利用禾本科飼草進行發(fā)酵，最好將原料含水量控制在75%到85%之間。通過試驗可知，發(fā)酵飼料表面附著的細(xì)菌數(shù)量和乳酸菌的發(fā)酵速率的主要影響因素是發(fā)酵原料水分含量，一般而言，發(fā)酵飼料要求原料含水量在65%到75%之間。通過有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在利用苜蓿原料進行發(fā)酵時候，若將原料含水量控制在中等水平，可有效地使飼料中的可溶性糖轉(zhuǎn)化為乳酸。假如發(fā)酵原料的含水量未達到規(guī)定的含水量，發(fā)酵原料將不會被緊緊地壓實，這樣會將多余的氧氣留存在青貯窖內(nèi)，會有效的促進有害微生物的肆意生長和繁殖，從而使得青貯窖內(nèi)部溫度迅速升高，促進丁酸有害微生物的肆意生長和繁殖，從而使發(fā)酵飼料的品質(zhì)大打折扣。假如發(fā)酵原料的含水量超過規(guī)定的含水量，隨著滲出液流失，發(fā)酵飼料中的可溶性營養(yǎng)物質(zhì)也會隨之流失，從而嚴(yán)重的貶低優(yōu)質(zhì)發(fā)酵飼料的質(zhì)量〔9,10〕。

3.4 原料中含糖量

影響調(diào)制優(yōu)質(zhì)發(fā)酵飼料重要因素是發(fā)酵原料中所富含的可溶性糖含量，這對發(fā)酵質(zhì)量起著絕對性作用。發(fā)酵原料所富含的含糖量越高，越容易調(diào)制出優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵飼料。對于含糖量越高的發(fā)酵原料，發(fā)酵原料在厭氧發(fā)酵過程中為微生物提供的營養(yǎng)物質(zhì)越多，這對調(diào)制優(yōu)質(zhì)發(fā)酵飼料具有較好的促進作用。對于禾本科牧草而言，其可溶性糖的含量處在中等水平，對于豆科原料而言，其可溶性糖的含量處在較低的水平，不容易調(diào)制出優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵飼料。發(fā)酵原料的可溶性糖含量的主要影響因素是發(fā)酵飼料的種類、生長期、收獲期及田間管理措施。植物收獲后如果長時間貯藏，將導(dǎo)致含糖量降低〔11〕。

3.5 原料的緩沖能力

影響發(fā)酵飼料品質(zhì)的另一個影響因素是發(fā)酵原料的緩沖能力(抗pH值)，原料的緩沖度的定義是為了使每100g干物質(zhì)中的堿性元素得到中和，從而使其pH值降低到4.2以下時所需要的乳酸克數(shù)。原料的緩沖能力的影響因素為發(fā)酵原料的含水量、粗蛋白質(zhì)和可溶性堿性礦物質(zhì)，如果這三種物質(zhì)的數(shù)值越高，則發(fā)酵原料抵抗pH值下降的緩沖能力就越高〔12〕。

3.6 發(fā)酵過程中微生物及其作用

隨著微生物活動發(fā)變化，發(fā)酵的過程也隨之發(fā)生變化。根據(jù)發(fā)酵過程中的微生物的活動對發(fā)酵飼料品質(zhì)的影響，可以將發(fā)酵過程中的微生物分為兩大類群，首先是對發(fā)酵能產(chǎn)生有益作用的微生物群，其微生物群的主要成分是乳酸菌；另一類是對發(fā)酵產(chǎn)生不利影響的微生物類群，其微生物群的主要成分是霉菌和細(xì)菌等有害微生物〔13〕。

3.6.1 乳酸菌

在發(fā)酵過程中起主要作用的微生物為乳酸菌，乳酸菌是微需氧類型的微生物，它的菌類型為格蘭仕陽性菌，這種類型的微生物內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有芽孢，因此這種微生物不具有游動性〔14〕。能夠保證乳酸菌微生物正常生存營養(yǎng)物質(zhì)為碳水化合物、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素等，這種微生物常用的營養(yǎng)物質(zhì)為單糖，其中以葡萄糖為主。乳酸菌發(fā)酵的產(chǎn)物為乳酸，產(chǎn)生的半纖維素、纖維素的含量較小〔15〕。其根據(jù)發(fā)酵糖產(chǎn)生乳酸的能力及終產(chǎn)物的不同，可將乳酸菌分為兩類：一類是同型發(fā)酵乳酸菌，即通過對原料中的碳水化合物加以利用而發(fā)酵形成乳酸；另一種是異型發(fā)酵乳酸菌，通過對原料中的碳水化合物加以利用，發(fā)酵成乳酸的同時，生成乙酸、乙醇等〔16〕。在發(fā)酵過程中，乳酸菌的作用是根據(jù)特定的目標(biāo)，將發(fā)酵飼料內(nèi)的微生物群系加以調(diào)整，對發(fā)酵過程加以調(diào)控，并產(chǎn)生大量的乳酸，從而使內(nèi)部pH值下降，抑制有害微生物的生長，促進多糖的轉(zhuǎn)化，從而高效將發(fā)酵飼料的品質(zhì)進行提高，提高研究而知，為了提高發(fā)酵飼料的品質(zhì)，添加乳酸菌添加劑不失為一個好辦法。

3.6.2 酵母菌

一般而言，酵母菌個體的存在形式以單細(xì)胞狀態(tài)為主。酵母菌是真核微生物，大部分酵母菌的繁殖方式是出芽繁殖(有的裂殖)，通過這種繁殖方式會通過將糖類物質(zhì)進行發(fā)酵，從而產(chǎn)生能量。酵母菌的細(xì)胞壁中附著較多的甘露聚糖，甘露聚糖的最佳生存環(huán)境是在含糖量較高、酸度較大的環(huán)境。從目前探究可知，乳酸菌共計100多個屬，高達700多種。發(fā)酵原料處在發(fā)酵有氧發(fā)酵階段時，酵母菌會通過可溶性碳水化合物和乳酸的作用而生成二氧化碳等物質(zhì)，這對發(fā)酵飼料的品質(zhì)具有一定的降低的作用，隨著發(fā)酵過程的進行，環(huán)境中空氣的減少，酵母菌的活動受到抑制，但有些酵母菌因其獨特的生理生化特性，在較低的pH(<2)下依然可以存活〔17〕。

在發(fā)酵原料中酵母菌的種類主要為隱球酵母菌(Cryptoccoccus)和紅酵母菌屬(Rhodotorula)的無芽孢酵母菌，而通過發(fā)酵設(shè)備對發(fā)酵原理進行貯藏之后，上述的酵母菌數(shù)量會降低，待發(fā)酵完成后，酵母菌的主要類型以酵母菌屬(Saccharomyces)和漢遜酵母菌屬(Hansenula)的有芽孢酵母菌為主。

3.6.3 梭菌

梭狀芽胞桿菌的別名是酪酸菌，簡稱梭菌，這種細(xì)菌的主要功能是腐敗發(fā)酵飼料，梭菌的數(shù)量是能否獲得優(yōu)質(zhì)發(fā)酵飼料的重要評判依據(jù)。在發(fā)酵飼料中所含有的梭菌數(shù)量越多，證明所獲得的發(fā)酵飼料的品質(zhì)越不好。在發(fā)酵的最開始，梭菌和乳酸菌呈競爭關(guān)系，競爭生長，梭菌的最適pH是7.0到7.4之間，37℃是梭菌生長和繁殖的最適溫度〔15〕。促進梭菌生長的重要因素是水分，隨著發(fā)酵時間的不斷進行，當(dāng)發(fā)酵原料的含水量低于70%時，梭菌的生長會受到抑制。

3.6.4 醋酸菌

醋酸菌是一種專性好氧性微生物，迄今為止，從發(fā)酵飼料分離出來的所有醋酸菌都屬于醋酸桿菌屬，醋酸桿菌屬的活動對發(fā)酵飼料是具有破壞作用的，因為醋酸菌可以氧化乳酸和醋酸，生成二氧化碳和水，從而引起發(fā)酵飼料因耗氧而產(chǎn)生腐爛變質(zhì)。一般而言，酵母菌是導(dǎo)致發(fā)酵飼料腐爛變質(zhì)的主要影響因素，而醋酸菌對腐爛變質(zhì)的作用很小，有時甚至不存在影響〔18〕，但是，部分報道通過對全株玉米研究可知，醋酸菌的單獨作用是導(dǎo)致玉米腐爛變質(zhì)的主要因素。

3.6.5 腐敗細(xì)菌

導(dǎo)致發(fā)酵飼料腐敗變質(zhì)的細(xì)菌有很多種類，主要的種類是大腸桿菌和芽孢桿菌，這些細(xì)菌的主要作用是將發(fā)酵飼料中的蛋白質(zhì)和氨基酸進行分解，其中芽孢桿菌屬于細(xì)菌，對于發(fā)酵飼料的好氣性變質(zhì)具有重要作用，芽孢桿菌會加速腐爛變質(zhì)的速度，產(chǎn)生臭味和苦味72〔19〕。除此以外，發(fā)酵飼料在發(fā)生發(fā)酵變質(zhì)時，影響牛奶品質(zhì)和動物健康的因素為李斯特菌產(chǎn)生的霉菌。

3.6.6 霉菌

霉菌是一類嚴(yán)格的好氧性微生物，它通常存在于發(fā)酵飼料易接觸空氣的地方，例如邊緣及表面等地方。在發(fā)酵飼料發(fā)酵過程中，霉菌是主要的有害微生物，其也是導(dǎo)致發(fā)酵飼料好氣性發(fā)生變質(zhì)的主要微生物，因為霉菌容易分解形成糖分和乳酸，一部分會產(chǎn)生霉菌毒素〔20,21〕。隨著發(fā)酵進程的不斷進行，發(fā)酵設(shè)備在所殘留的氧氣會被逐漸耗盡，從而有效的抑制霉菌的生長。如果在發(fā)酵過程中有較多的氧氣留在發(fā)酵設(shè)備中，這種環(huán)境會促進霉菌的瘋狂生長和繁殖，從而使發(fā)酵飼料發(fā)生變敗。發(fā)酵飼料發(fā)酵完成后，取用時，發(fā)酵的環(huán)境由無氧狀態(tài)變?yōu)橛醒鯛顟B(tài)，酵母菌及霉菌等微生物活動增強，造成發(fā)酵飼料有氧腐敗〔6〕。

4 總結(jié)

青貯技術(shù)作為目前畜牧生產(chǎn)中的一項常規(guī)技術(shù),既有其簡單可行的一面,同時也具有一定的技術(shù)復(fù)雜性。因此,應(yīng)注意青貯發(fā)酵飼料的調(diào)制加工工藝,充分考慮影響其發(fā)酵品質(zhì)的因素,揚長避短才能獲得優(yōu)良品質(zhì)的發(fā)酵飼料。

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