呂 平

（天津職業(yè)大學生物與環(huán)境工程學院，天津 300401）

全株青貯玉米由于具有生物產(chǎn)量高、 營養(yǎng)齊全、易于制作青貯飼料等特點，在反芻家畜飼料中占據(jù)重要地位。然而，在全株青貯玉米飼料的生產(chǎn)中，由于玉米品種、氣候、青貯環(huán)境和制作手段的不同， 全株玉米青貯飼料的質(zhì)量不穩(wěn)定， 差異明顯，不能完全滿足畜牧業(yè)發(fā)展的要求。全株青貯玉米飼料制作過程本質(zhì)上是以乳酸菌為主體的混合菌系的發(fā)酵及交替演化的過程， 要對其進行全面和精確的控制比較困難。乳酸菌的快速繁殖、玉米細胞壁的高效分解、 嚴格厭氧環(huán)境的維持對于高質(zhì)量全株玉米青貯飼料的生產(chǎn)至關重要。 同時在青貯玉米開窖使用后，高效地抑制由霉菌、酵母菌大量繁殖而帶來的二次發(fā)酵也是控制全株玉米青貯飼料品質(zhì)的關鍵措施（韓戰(zhàn)強等，2020）。

超聲波是一種頻率高于兩萬赫茲不引起聽覺的彈性聲波。超聲輔助提取技術是一種90 年代興起，現(xiàn)在廣泛使用的生物提取技術。超聲波借助其在溶液產(chǎn)生的空化效應、 直接的機械振動作用以及間接的熱效應， 可以比較快速高效地破壞整體堅固、結構復雜的植物大分子體系。 研究表明，適當頻率和功率的超聲波， 既可以破壞植物組織各成分之間的結合程度，破壞纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的微晶結構，又能破碎植物細胞本身，促進細胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴散。同時對于單體的微生物而言又產(chǎn)生了滅菌的效果。因此，研究超聲預處理和乳酸菌添加劑對全株青貯玉米發(fā)酵品質(zhì)、 營養(yǎng)價值及其青貯有氧穩(wěn)定性的影響具有理論和現(xiàn)實意義（董翠英，2017；陳靜等，2016；秦梅頌，2010）。而且， 目前鮮有將超聲波應用于全株青貯玉米生產(chǎn)的相關報道。

1 材料與方法

1.1 青貯超聲預處理及乳酸菌添加 供試玉米品種乳熟期收割。 通過揉搓機粉碎揉搓后，取5000 g 放入安裝有超聲發(fā)生器（頻率20000 赫茲，功率3 千瓦）的固態(tài)發(fā)酵罐（溫度控制在20 ℃、不攪拌、不通氣）中，加入適量蒸餾水進行超聲處理。超聲處理后65 ℃烘干備用。

試驗分為空白對照組、 超聲處理組和乳酸菌對照組。 乳酸菌對照組是將青貯菌劑[布氏乳桿菌（Lactobacillus buchneri ）、植物乳桿菌（Laobacillus plantarum）， 含量比為 1:1， 活菌數(shù)≥1×108cfu/g，100 g/袋]5 g 溶于 20 mL 蒸餾水中， 均勻噴灑于5000 g 全株玉米青貯中。 超聲處理組分為五組，分別為超聲處理 5、10、15、20、25 min。 超聲處理后按照乳酸菌對照組相同的方式添加青貯菌劑。 空白對照組無添加劑，無超聲處理。 各組處理完畢后，調(diào)整全株青貯玉米樣品的水分含量為68% ～72%。 利用兩層塑料袋進行全株玉米青貯，塑料袋大小為35 cm×20 cm，每袋裝青貯原料500 g，利用抽真空機封裝、壓實、檢查無漏氣后在室內(nèi)陰涼處（20 ～ 25 ℃）貯藏 60 d。

1.2 全株青貯玉米感官評定 使用德國農(nóng)業(yè)協(xié)會（DLG）青貯玉米評價法進行感官評定。 主要評價指標有飼料色澤、氣味、質(zhì)地，每個指標分為三或四個等級。累計每項分數(shù)的評價總得分，總評分在 16 ～ 20 分為 1 級（優(yōu)），總評分在 10 ～ 15 分為2 級（良），總評分在 5 ～ 9 分為 3 級（中等），總評分在 0 ～4 分為 4 級（腐?。?青貯玉米感官評分標準見表1。

表1 青貯飼料感官評分標準

1.3 全株青貯玉米發(fā)酵品質(zhì)測定 在超凈工作臺上小心打開青貯密封袋， 稱取50 g 青貯飼料，放入高速組織搗碎機，加入200 mL 蒸餾水，攪拌5 min，先用6 層紗布過濾，然后抽濾過濾，得到約20 mL 提取液，進行pH、有機酸及氨態(tài)氮總氮比測定。 pH 用雷磁 PHS-3C 型 pH 計測定； 乳酸（LA）、乙酸（AA）、丙酸（PA）和丁酸（BA）含量采用SHIMADZE-l0A 型高效液相色譜儀分析，色譜柱為 KC-811column，Shimadzu，SPD-M10AVP 檢測器，3 mmol/L 高氯酸流動相，流速 1 mL/min，5 μL進樣量， 柱溫 50 ℃， 檢測波長 210 nm。 氨態(tài)氮（NH3-N）用苯酚-次氯酸比色法測定。

1.4 全株青貯玉米營養(yǎng)成分測定 在超凈工作臺上小心打開青貯密封袋， 取500 g 全株青貯玉米樣品于65 ℃烘干，中藥粉碎機粉碎，過40 目篩待用。 微量凱氏定氮法測定青貯玉米粗蛋白質(zhì)含量 （CP）； 范氏法測定青貯玉米中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）和酸性洗滌木質(zhì)素（ADL） 含量； 索式提取法測定青貯玉米粗脂肪（EE）含量；蒽酮-硫酸比色法測定青貯玉米水溶性碳水化合物（WSC）；青貯玉米干物質(zhì)含量（DM）測定采用干燥箱105 ℃恒溫、干燥至恒重的方法。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析 利用Excel 軟件進行數(shù)據(jù)整理，SPSS 軟件包進行單因素 ANOVA 方差分析和Duncan’s 多重比較分析，試驗結果采用“平均值±標準差”表示，P ＜0.05 表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 全株青貯玉米感官評定 由表2 可知，超聲處理15 min 組和超聲處理20 min 組屬于 1 級（優(yōu)良級 ） 全株玉米青貯飼料 ， 其他各組均為2級（良好級）全株玉米青貯飼料。

表2 全株青貯玉米感官評定

2.2 超聲預處理和添加乳酸菌劑對玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響 由表3 可知， 超聲處理和添加乳酸菌劑顯著降低了玉米青貯的pH。乳酸菌對照組pH 相比空白對照組下降0.18，降幅4.48%。 隨著超聲處理時間的增加，pH 先降低后增加，15 min超聲處理時，pH 最低，為3.71，相比空白對照組下降0.31，降幅7.71%，而且每個超聲處理組之間基本都有顯著性差異。 超聲處理和添加乳酸菌劑降低了玉米青貯的氨氮總氮比。 乳酸菌對照組氨氮總氮比相比空白對照組下降0.22%，降幅5.93%。隨著超聲處理時間的增加， 氨氮總氮比先降低后升高，15 min 超聲處理時， 氨氮總氮比最低，為3.42%，相比空白對照組下降0.29%，降幅7.82%，5、10、20 min 超聲處理組之間差異不顯著。

表3 超聲預處理和添加乳酸菌劑對玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

超聲處理和添加乳酸菌劑顯著提高了玉米青貯的乳酸含量。 乳酸菌對照組乳酸含量相比空白對照組提高0.65%，漲幅15.48%。 隨著超聲處理時間的增加， 乳酸含量先升高后穩(wěn)定，15 min 超聲處理時，乳酸含量最高，為6.39%，相比空白對照組提高2.19%，漲幅高達52.14%，而且每個超聲處理組之間基本都有顯著性差異。 超聲處理大幅度提高了玉米青貯的乙酸含量。 隨著超聲處理時間的增加， 乙酸含量不斷提高，15 min 超聲處理后乙酸含量基本穩(wěn)定，為0.71%，相比空白對照組提高0.35%，漲幅高達97.22%。 但乳酸菌對照組乙酸含量增加不明顯， 相比空白對照組只提高0.01%，漲幅2.78%。 空白對照組和添加乳酸菌組均沒有檢測到丙酸和丁酸，超聲處理各組，只有在25 min 時有檢測出丙酸和丁酸， 但含量非常低，與感官評價相一致， 并沒有發(fā)現(xiàn)有刺鼻的丁酸氣味，可認為對全株玉米青貯品質(zhì)基本沒有影響。總體上看，15 min 超聲處理組 pH 和 NH3-N/TN 最低， 乳酸和乙酸含量最高， 沒有檢測出丙酸和丁酸，是發(fā)酵品質(zhì)最優(yōu)處理組。

2.3 超聲預處理和添加乳酸菌劑對玉米青貯營養(yǎng)成分的影響 由表4 可知， 超聲處理提高了玉米青貯的干物質(zhì)含量。隨著超聲處理時間的增加，干物質(zhì)含量先升高后降低，20 min 超聲處理時，干物質(zhì)含量最高，為29.67%，相比對照組提高了1.76%，漲幅達6.31%。 各超聲處理組之間干物質(zhì)含量差異顯著。 乳酸菌對照組干物質(zhì)含量相比對照組變化不大，降低了0.9%，降幅達3.22%。 超聲處理可以顯著提高玉米青貯的水溶性碳水化合物含量。隨著超聲處理時間的增加，水溶性碳水化合物含量先增加后減少，20 min 超聲處理時， 水溶性碳水化合物含量最高，為6.17%，相比對照組增加了0.84%，漲幅為15.76%。 各超聲處理組之間水溶性碳水化合物含量差異比較顯著。 乳酸菌對照組水溶性碳水化合物含量與對照相比提高了0.15%，漲幅為2.81%。 超聲處理大幅提高了玉米青貯的粗脂肪含量。 隨著超聲處理時間的增加，粗脂肪含量呈現(xiàn)出凸形曲線，20 min 超聲處理時，粗脂肪含量最高，為4.81%，相比對照組提高0.79%，漲幅19.65%。各超聲處理組之間粗脂肪含量差異顯著。 乳酸菌對照組粗脂肪含量與對照組相比降低了0.18%，降幅為4.48%。 超聲處理大幅提高了玉米青貯的粗蛋白質(zhì)含量。 隨著超聲處理時間的增加，粗蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)單蜂曲線，20 min超聲處理時，粗蛋白質(zhì)含量最高，為9.47%，相比對照組提高了1.33%，漲幅達16.34%。 各超聲處理組之間粗蛋白質(zhì)含量差異顯著。 乳酸菌對照組粗蛋白質(zhì)含量與對照相比小幅增加了0.22%，漲幅為2.70%。

表4 超聲預處理和添加乳酸菌劑對玉米青貯營養(yǎng)成分的影響

超聲處理大幅度降低了玉米青貯的中性洗滌纖維含量。隨著超聲處理時間的增加，中性洗滌纖維含量不斷下降，15 min 超聲處理后趨于穩(wěn)定，25 min 超聲處理后中性洗滌纖維含量最低，為36.21%， 相比對照下降了 12.79%， 降幅達26.10%。 各超聲處理組之間中性洗滌纖維含量差異顯著。 乳酸菌對照組中性洗滌纖維含量與對照相比變化不大，降低了1.51%，降幅為3.08%。 超聲處理顯著降低了玉米青貯的酸性洗滌纖維含量。隨著超聲處理時間的增加，酸性洗滌纖維含量不斷下降，10 min 超聲處理后基本穩(wěn)定，25 min超聲處理后酸性洗滌纖維含量最低， 為19.91%，相比對照下降了5.76%，降幅達22.44%。 乳酸菌對照組酸性洗滌纖維含量與對照相比降低了1.12%，降幅為4.36%。 超聲處理大幅度降低了玉米青貯的酸性洗滌木質(zhì)素含量。 隨著超聲處理時間的增加， 酸性洗滌木質(zhì)素不斷下降，15 min 超聲處理后基本穩(wěn)定，15 min 超聲處理后酸性洗滌木質(zhì)素含量最低， 為4.39%， 相比對照下降了1.8%，降幅達29.08%。 乳酸菌對照組酸性洗滌木質(zhì)素含量與對照相比降低了0.23%， 降幅達3.72%。 總體上看，20 min 超聲處理 DM 、EE、CP 和 WSC 含量最高，而 NDF、ADF、ADL 含量雖然不是最高，但與最高值相差不大，可以認為是營養(yǎng)成分最優(yōu)處理組。

3 討論

超聲輔助提取技術目前已經(jīng)在中藥有效成分、食品功能組分的提取中取得了良好的效果，對其提取機理也已有比較全面的認識。早在19 世紀30 年代，Brohult（1937）就發(fā)現(xiàn)超聲波可以有效降解生物高聚物。 超聲波的機械效應使得青貯玉米劇烈振動，引起玉米組織和細胞變形，并產(chǎn)生高速摩擦； 超聲波定向推動細胞內(nèi)和細胞間的氣泡形成振動腔，瞬間爆破產(chǎn)生局部高溫和高壓，撕裂細胞和細胞間的黏連結構，產(chǎn)生超聲空化效應；超聲波在傳播的過程中， 細胞和細胞間質(zhì)不斷吸收熱能，溫度升高，促進細胞內(nèi)釋放和細胞間破裂的成分快速溶解，實現(xiàn)熱效應（勞超等，2017；李冬梅等，2015；張麗芬等，2011）。對于全株玉米來說，超聲處理后玉米細胞壁和細胞間質(zhì)應有一定程度的破壞，這一方面使得細胞膜內(nèi)的可溶性糖類、蛋白和脂類成分被大量釋放出來， 另一方面使得細胞膜外由纖維素、 半纖維素和木質(zhì)素構成的細胞壁及其間質(zhì)結構也被嚴重破壞。 但同時也要注意到超聲處理會顯著地降低玉米表面所附著的微生物含量，這可能會導致玉米菌群數(shù)量過低，不利于青貯玉米的發(fā)酵。因此，在本試驗中，超聲處理后，為了保證青貯的成功，各處理組都添加了乳酸菌劑。

超聲處理后玉米青貯的pH 低于添加乳酸菌和空白對照組，可能是由于超聲使得青貯體系釋放了更多的營養(yǎng)物質(zhì)成分，促進了乳酸菌群的生長和發(fā)酵。 這點在乳酸含量、氨氮總氮和乙酸含量都有所體現(xiàn)，尤其是乙酸的含量最為突出，提高了近一倍多。超聲處理后雖然有個別處理監(jiān)測到有丙酸和丁酸，但含量非常低。 總體上說，超聲處理后各組pH 低于4.2，氨態(tài)總氮比均低于10%，表明發(fā)酵過程良好，青貯成功，這也與感官評價相一致。同時乙酸含量的大幅度提高，對于延長全株玉米青貯的有氧穩(wěn)定期至關重要，進一步提高青貯品質(zhì)。

超聲處理可提高玉米青貯的干物質(zhì)含量，并顯著提高玉米青貯的粗脂肪、 粗蛋白質(zhì)和水溶性碳水化合物含量。 但超聲處理顯著降低了中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和酸性洗滌木質(zhì)素含量，而且降低幅度很接近，都在23%～29%，展現(xiàn)出明顯的關聯(lián)性。 中性洗滌纖維包含酸性洗滌纖維和半纖維素含量，而酸性洗滌纖維又包括纖維素、木質(zhì)素和硅酸鹽等。因此，可以認為超聲波在一定程度上破壞了細胞壁和細胞間質(zhì)結構， 釋放出的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，并進一步被超聲波降解，形成了可以被乳酸菌為主體的青貯菌群利用的營養(yǎng)成分。一般認為，反芻動物瘤胃可以消化纖維素和半纖維素， 但由于木質(zhì)素對纖維素和半纖維素的包裹，使得他們又不能被充分利用，而經(jīng)過超聲處理后青貯玉米的木質(zhì)素含量下降， 釋放出纖維素和半纖維素，可以被青貯菌群利用，相當于對青貯玉米進行了預消化， 可以更好地被反芻動物瘤胃所消化吸收，從而提高全株青貯玉米質(zhì)量。

感官評價反映超聲處理15 min 組超聲處理20 min 組屬于 1 級， 發(fā)酵品質(zhì)試驗說明15 min超聲是最優(yōu)處理組，營養(yǎng)成分試驗說明20 min 超聲可以認為是最優(yōu)處理組。綜上所述，全株玉米經(jīng)過15 ～20 min 的超聲處理可以明顯的提高青貯品質(zhì)和營養(yǎng)價值，有推廣的價值。

4 結論

全株青貯玉米在適合的超聲條件預處理后pH 和氨氮比降低，乳酸和乙酸含量提高，干物質(zhì)、水溶性碳水化合物、粗脂肪和粗蛋白質(zhì)含量提高，中性洗滌纖維、 酸性洗滌纖維和酸性洗滌木質(zhì)素含量顯著降低。 表明15 ～20 min 超聲處理可以明顯提高全株玉米的青貯質(zhì)量。