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乳酸菌制劑對全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)、有氧穩(wěn)定性及瘤胃降解特性的影響

2022-08-04 06:47趙紅波陶海英陳祥興萬發(fā)春王星凌張相倫
家畜生態(tài)學報 2022年6期
關(guān)鍵詞:乙酸瘤胃乳酸菌

游 偉, 趙紅波△, 陶海英, 陳祥興, 萬發(fā)春, 王星凌, 張相倫*

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學院 畜牧獸醫(yī)研究所/山東省畜禽疫病防治與繁育重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜禽生物組學重點實驗室/山東省肉牛生產(chǎn)性能測定中心,山東 濟南 250100;2.淄博市畜牧漁業(yè)服務(wù)中心,山東 淄博 255000)

全株玉米青貯是反芻動物重要的飼料原料,具有營養(yǎng)價值高、適口性好、貯存時間長等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于飼養(yǎng)生產(chǎn)中。近年來,隨著中國“糧改飼”政策的實施和推廣,全株玉米青貯飼料的制作量連年升高,與此同時,其品質(zhì)和質(zhì)量安全也越來越受到關(guān)注。生產(chǎn)制作優(yōu)質(zhì)的玉米青貯對于保障動物健康、提高生產(chǎn)性能和養(yǎng)殖效益至關(guān)重要。

據(jù)報道,2019年中國全株玉米青貯飼料質(zhì)量85%以上達到良好水平,但仍存在青貯飼料技術(shù)支撐能力與服務(wù)不足等制約問題,如何制作優(yōu)質(zhì)的玉米青貯仍是業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點。

在青貯制作過程中使用添加劑是生產(chǎn)中常用的技術(shù)手段,青貯添加劑種類較多,包括微生物制劑、酶制劑、有機酸及其鹽等。適宜的青貯添加劑可以改善青貯品質(zhì)、提高消化率、改善動物生產(chǎn)性能,其中以乳酸菌為主的復(fù)合菌劑因在提高青貯品質(zhì)、減少養(yǎng)分損失等方面具有安全高效的特點而備受關(guān)注。根據(jù)發(fā)酵類型,乳酸菌可分為同型和異型發(fā)酵乳酸菌,前者能將碳水化合物發(fā)酵成乳酸,通過降低青貯pH抑制有害微生物的滋生;后者除產(chǎn)生乳酸外,還可產(chǎn)生乙酸、乙醇等,可有效抑制青貯開窖后真菌的滋生,提高有氧穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn),將二者進行復(fù)配應(yīng)用可協(xié)同提高青貯的飼用價值,但已有報道在乳酸菌的添加量、對青貯消化特性和有氧穩(wěn)定性的改善等方面仍存在差異報道,需進一步研究。

本課題組前期發(fā)現(xiàn),添加復(fù)合乳酸菌制劑可提高發(fā)酵第45、60 d的全株玉米青貯的品質(zhì),但高劑量乳酸菌制劑效果反不理想,且從結(jié)果上看短期發(fā)酵的青貯狀態(tài)仍不穩(wěn)定?;诖耍瑸檫M一步明確復(fù)合乳酸菌制劑的適宜添加量和對全株玉米青貯營養(yǎng)價值的調(diào)控效果,本研究擬在前期基礎(chǔ)上,繼續(xù)探討復(fù)合乳酸菌制劑對全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)、營養(yǎng)成分、有氧穩(wěn)定性和瘤胃降解特性的影響,以期為中國優(yōu)質(zhì)全株玉米青貯的制作提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

青貯原料為山東省濟南市歷城區(qū)蠟熟期刈割的新鮮全株玉米(登海605),營養(yǎng)成分為:干物質(zhì)(DM)26.33%,有機物(OM)93.11%,粗蛋白質(zhì)(CP)9.62%,中性洗滌纖維(NDF)65.01%,酸性洗滌纖維(ADF)30.25%(DM基礎(chǔ))。選用的青貯袋規(guī)格為77 cm×44 cm,包含內(nèi)外2層,外層為聚丙烯材料,內(nèi)層為聚乙烯材料,保證青貯過程中不漏氣。乳酸菌制劑(11CFT,加拿大Pioneer Hi-Bred公司),每克含1.1×10CFU(Colony Forming Unit)乳酸菌,包括布氏乳桿菌和干酪乳桿菌。

1.2 試驗設(shè)計

選取新鮮全株玉米360 kg,用青貯切碎機切短至2 cm,混合均勻后備用。試驗分為4個組,每組6個重復(fù),每個重復(fù)15 kg。1組為對照組,每個重復(fù)噴霧添加45 mL無菌生理鹽水,2~4組為試驗組,每個重復(fù)分別噴霧添加2、10和20 mg/kg的乳酸菌制劑(預(yù)先稀釋于45 mL無菌生理鹽水中)。各自混合均勻后將青貯快速裝填并壓實于青貯袋中,排出空氣后置于室溫下密封避光發(fā)酵90 d,之后開袋取樣測定相關(guān)指標。

1.3 樣品采集及指標測定

1.3.1 微生物數(shù)量 取新鮮樣本50 g,加入到盛有450 mL無菌生理鹽水的樣品瓶中,充分攪拌后將此溶液稀釋10~10倍數(shù)。微生物數(shù)量采用平板計數(shù)法測定,乳酸菌用MRS瓊脂培養(yǎng)基進行計數(shù),霉菌采用馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基進行計數(shù)(每個平板上菌落數(shù)控制在30~300個之間為有效)。

1.3.2 發(fā)酵指標測定 每重復(fù)準確稱取20 g新鮮全株玉米青貯樣本,加入180 mL蒸餾水,勻漿60 s后用4層紗布過濾,立即使用pH計(HI9025,意大利Hanna Instruments)測定pH。另取青貯樣本50 g,加入100 mL去離子水,勻漿后通過4層紗布和定性濾紙過濾,所得的液體為青貯濾液,置于-20 ℃冰箱保存待測乳酸(LA)、揮發(fā)性脂肪酸(VFA)和氨態(tài)氮(NH-N)含量。LA含量采用對羥基聯(lián)苯法測定。VFA(包括乙酸、丙酸和丁酸)含量采用高效氣相色譜儀(GC-2010,日本島津)進行測定。

1.3.3 營養(yǎng)成分測定 分別取各重復(fù)新鮮全株玉米青貯制備風干樣本,DM和CP含量采用AOAC(2005)方法測定,NDF和ADF含量采用Van Soest等(1991)的方法測定。淀粉(Starch)含量采用高氯酸水解-蒽酮比色法測定。NH-N含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法進行測定。水溶性碳水化合物(WSC)含量采用蒽酮硫酸比色法測定。

1.3.4 有氧穩(wěn)定性測定 參考Nishino等和Ranjit等的方法測定全株玉米青貯的有氧穩(wěn)定性。主要步驟如下:發(fā)酵90 d后,每重復(fù)采集3 kg全株玉米青貯于泡沫保溫箱中置于室溫條件(25 ℃)下有氧暴露,在每個泡沫保溫箱上層覆蓋雙層紗布防止干燥和污染,將溫度計插入青貯的幾何中心內(nèi)部,每8 h記錄一次溫度變化。另取每重復(fù)3 kg全株玉米青貯于泡沫保溫箱中有氧暴露,每天混合均勻后采樣測定青貯的pH和霉菌數(shù)量變化。

何良諸也覺得餓了。井上大概發(fā)生了重大變故,如果小勺酒店被圍抄,警方將趙集、小勺、駝子帶走,他們會活活餓死。何良諸將上面的情況,告訴了兩位難兄難弟。

1.3.5 瘤胃降解率測定 選用4頭體況良好的安裝永久性瘤胃瘺管的利木贊×魯西黃牛雜交牛(500 ± 25 kg),試驗飼糧(DM基礎(chǔ))為:全株玉米青貯45.0%,羊草15.0%,玉米27.0%,豆粕7.4%,DDGS 4.0%,氯化鈉0.4%,小蘇打0.4%,石粉0.4%,預(yù)混料0.4%;營養(yǎng)水平為:綜合凈能6.23 MJ/kg,CP 12.66%,NDF 45.74%,ADF 24.22%。每天飼喂兩次(6:00和18:00),自由飲水。采用尼龍袋法檢測全株玉米青貯的瘤胃降解特性,尼龍袋規(guī)格為12 cm×6 cm,孔徑為50 μm,準確稱取2 g左右樣品裝入尼龍袋,每個樣品每個時間點設(shè)5個重復(fù),投入前將每個時間點尼龍袋綁到一起,投入瘤胃后將牽引繩固定于瘺管外側(cè),分別于投放后24 h、48 h和72 h取出尼龍袋,使用自來水沖洗至澄清后置于65℃烘箱中烘干,測定樣品的DM、CP、NDF和ADF含量,計算降解率,公式如下:

營養(yǎng)物質(zhì)降解率/%=[(消化前樣品營養(yǎng)物質(zhì)含量-消化后樣品營養(yǎng)物質(zhì)含量)/消化前樣品營養(yǎng)物質(zhì)含量]×100

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2016初步整理后,采用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析,用單因素方差分析(one-way ANOVA)進行差異顯著性檢驗,采用Tukey's法進行多重比較,并對所有組進行一次和二次效應(yīng)分析,結(jié)果以平均值(Mean)和平均值標準誤(SEM)表示,<0.05為差異顯著,0.05<<0.1表示有變化趨勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌制劑對全株玉米青貯微生物數(shù)量的影響

由表1可知,乳酸菌制劑組乳酸菌數(shù)量顯著高于對照組(<0.001);隨著乳酸菌制劑添加量的升高,全株玉米青貯的乳酸菌數(shù)量呈一次(<0.001)和二次(<0.001)增加,說明乳酸菌數(shù)量隨乳酸菌制劑添加而逐漸升高,但過高時乳酸菌數(shù)量開始降低。乳酸菌制劑組霉菌數(shù)量顯著低于對照組(<0.001),且呈一次(<0.001)和二次(=0.005)線性降低,說明霉菌數(shù)量隨乳酸菌制劑添加逐漸減少,但乳酸菌制劑過高時霉菌開始增加。

表1 乳酸菌制劑對全株玉米青貯微生物數(shù)量的影響

2.2 乳酸菌制劑對全株玉米青貯發(fā)酵指標的影響

由表2可知,添加乳酸菌制劑對全株玉米青貯的pH無顯著影響(>0.05)。乳酸菌制劑組LA較對照組有降低的趨勢(=0.067),且全株玉米青貯的LA含量隨著乳酸菌制劑添加量的升高呈一次線性降低(=0.019),表明乳酸隨乳酸菌劑添加逐漸降低;乳酸菌制劑組乙酸、丙酸和總揮發(fā)性脂肪酸均顯著高于對照組(<0.05),且乙酸呈一次(=0.011)和二次(<0.001)升高,丙酸呈一次線性升高(=0.036),總揮發(fā)性脂肪酸呈一次(=0.001)和二次(<0.001)升高,說明隨著乳酸菌制劑添加量的升高,青貯的乙酸、丙酸和總揮發(fā)性脂肪酸逐漸升高,但過高時乙酸和總揮發(fā)性脂肪酸開始下降。

表2 乳酸菌制劑對全株玉米青貯發(fā)酵指標的影響

2.3 乳酸菌制劑對全株玉米青貯營養(yǎng)成分的影響

各組全株玉米青貯的DM、NDF、ADF和Starch含量均無顯著差異(表3,>0.05)。20 mg/kg組CP含量顯著高于對照組(=0.042),且CP隨乳酸菌制劑添加量升高呈線性升高(=0.011),表明提高乳酸菌制劑添加量可提高青貯的CP含量;乳酸菌制劑組NH-N含量顯著低于對照組(=0.006),且呈一次線性降低(=0.002),說明提高乳酸菌制劑添加量可逐漸降低青貯的氨態(tài)氮;10 mg/kg和20 mg/kg組的WSC顯著低于對照組(=0.023),且WSC呈一次線性降低(=0.007),表明提高乳酸菌制劑添加量可逐漸降低青貯的WSC。

表3 乳酸菌制劑對全株玉米青貯營養(yǎng)成分的影響

2.4 乳酸菌制劑對全株玉米青貯有氧暴露下溫度、pH及霉菌的影響

有氧暴露期間,第1~3天,全株玉米青貯的內(nèi)部溫度與室溫接近,隨后青貯內(nèi)部溫度開始升高(表4);第4天乳酸菌制劑組青貯的內(nèi)部溫度顯著低于對照組(<0.001),且隨乳酸菌制劑添加量的升高呈一次(<0.001)和二次(=0.023)線性降低;第5天青貯的內(nèi)部溫度組間差異不顯著(>0.05),但呈一次(=0.026)線性降低,說明提高乳酸菌制劑添加量可抑制青貯內(nèi)部溫度升高。在第6~7天時各組間無較大差異(>0.05)。

表4 乳酸菌制劑對全株玉米青貯有氧暴露期間溫度的影響

由表5可知,與溫度變化趨勢一致,全株玉米青貯pH在有氧暴露1~3天內(nèi)變化不大,第4~5天時,pH隨乳酸菌制劑添加量的升高呈線性降低(<0.05),說明提高乳酸菌制劑添加量可有效抑制pH的升高。第5天20 mg/kg組的pH顯著低于對照組和2 mg/kg組(=0.005),在第6~7天時各組間無較大差異(>0.05)。

表5 乳酸菌制劑對全株玉米青貯有氧暴露期間pH的影響

由表6可知,有氧暴露第1~3天內(nèi),各組全株玉米青貯的霉菌數(shù)量隨乳酸菌制劑添加量升高呈一次(<0.001)和二次(<0.05)線性降低,但總的數(shù)目變化不大。在第4天后,各組的霉菌數(shù)量開始顯著升高,且隨乳酸菌制劑添加量的升高呈一次線性降低(<0.05),表明提高乳酸菌制劑添加量可抑制霉菌生長;乳酸菌組的霉菌數(shù)量在第4天顯著低于對照組(<0.001),10 mg/kg和20 mg/kg組的霉菌數(shù)量在第10天顯著低于對照組(=0.004)。

表6 乳酸菌制劑對全株玉米青貯有氧暴露期間霉菌數(shù)量的影響

2.5 乳酸菌制劑對全株玉米青貯瘤胃降解率的影響

由表7可知,添加乳酸菌制劑對全株玉米青貯各時間點的DM、CP、NDF和ADF的瘤胃降解率均無顯著影響(>0.05)。

表7 乳酸菌制劑對全株玉米青貯瘤胃降解率的影響(DM基礎(chǔ))

3 討 論

3.1 微生物數(shù)量、發(fā)酵指標

本研究結(jié)果表明,乳酸菌制劑組全株玉米青貯的乳酸菌數(shù)量顯著升高,霉菌數(shù)量顯著降低,說明乳酸菌后接種可迅速大量定植,競爭性地抑制霉菌等腐敗菌的滋生,這與前人研究結(jié)果類似,且乳酸菌制劑添加量在2~10 mg/kg之間時效果較理想。

從發(fā)酵指標來看,各組青貯pH無顯著差異,有機酸分析發(fā)現(xiàn)乳酸含量隨乳酸菌制劑添加而降低,乙酸含量先升高后降低,丙酸含量升高。

本研究采用的復(fù)合乳酸菌制劑中包含干酪乳桿菌和布氏乳桿菌兩種,其中干酪乳桿菌發(fā)酵過程中產(chǎn)生乳酸,并降低乙酸產(chǎn)量;而布氏乳桿菌可以將生成的乳酸分解為乙酸和1,2-丙二醇。推測在發(fā)酵初期,干酪乳桿菌利用水溶性碳水化合物等發(fā)酵生產(chǎn)乳酸,抑制了腐敗微生物的滋生。但隨著發(fā)酵時間的延長,布氏乳桿菌在后期大量繁殖,分解乳酸產(chǎn)生大量的乙酸等揮發(fā)性脂肪酸,這也與我們之前的報道相一致。

此外,高劑量乳酸菌制劑組(20 mg/kg)除乳酸降低外,乙酸和總揮發(fā)性脂肪酸含量也明顯降低,說明接種過量乳酸菌不利于青貯發(fā)酵品質(zhì)的改善。

因此,本研究觀測到的pH、乳酸和揮發(fā)性脂肪酸含量的變化是干酪乳桿菌和布氏乳桿菌雙重作用的結(jié)果。

3.2 營養(yǎng)成分

青貯的營養(yǎng)成分含量是評價青貯品質(zhì)的重要指標,本試驗中,各組全株玉米青貯的DM、NDF、ADF和Starch含量均無明顯區(qū)別。不同類型的乳酸菌對營養(yǎng)成分的影響具有不同的效果,Hu等發(fā)現(xiàn)布氏乳桿菌(4×10CFU/g)不影響玉米青貯(發(fā)酵240 d)的DM和纖維含量,但植物乳桿菌(1×10CFU/g)可降低其ADF含量。Reich等報道,接種各類型乳酸菌制劑均降低了玉米青貯(發(fā)酵215 d)的DM,布氏乳桿菌(4×10CFU/g)和乳酸片球菌(1×10CFU/g)復(fù)合接種組的ADF含量降低。王亞芳等研究表明,接種復(fù)合乳酸菌制劑(5×10CFU/g)對玉米青貯(發(fā)酵45 d)的DM、纖維和Starch均無顯著影響。

造成上述研究結(jié)果不同的原因可能與各研究采用的乳酸菌發(fā)酵類型、添加劑量和青貯發(fā)酵時間不同有關(guān)。值得注意的是,本試驗中乳酸菌制劑組青貯的CP水平升高,NH-N和WSC含量降低,這與前期研究一致。接種乳酸菌制劑后,大量乳酸菌在青貯中定植,利用了的全株玉米的WSC進行厭氧發(fā)酵,通過抑制腐敗微生物的生長,降低了蛋白質(zhì)的降解,進而減少了NH-N的產(chǎn)生。

3.3 有氧穩(wěn)定性

青貯開窖使用后,開始由厭氧環(huán)境變?yōu)楹醚醐h(huán)境,好氧微生物開始活動,易發(fā)生霉變、腐敗現(xiàn)象,延長青貯的有氧穩(wěn)定性在生產(chǎn)中具有重要現(xiàn)實意義。

本研究發(fā)現(xiàn),全株玉米青貯暴露4 d后,青貯的內(nèi)部溫度開始急劇升高、pH明顯上升、霉菌數(shù)量快速增加,說明穩(wěn)定性被破壞,有氧發(fā)酵和霉變現(xiàn)象開始發(fā)生。但各組相比較,乳酸菌制劑組在第4天的溫度、pH、霉菌數(shù)量較不添加組均有不同程度改善,說明添加乳酸菌制劑可以有效延長青貯的有氧穩(wěn)定性。青貯的有氧穩(wěn)定性主要與乙酸含量有關(guān),乙酸可以有效抑制真菌的滋生,延緩有氧發(fā)酵和霉變現(xiàn)象的發(fā)生。

本試驗結(jié)果表明,乳酸菌制劑組的乙酸含量較對照組分別提高了5.80、4.78、3.27倍,且有氧暴露期間的霉菌數(shù)量明顯低于對照組,說明高含量的乙酸通過抑制霉菌的生長,增強了有氧穩(wěn)定性。本研究采用的復(fù)合乳酸菌制劑包含干酪乳桿菌和布氏乳桿菌,而乙酸主要由布氏乳桿菌發(fā)酵分解乳酸生成,因此青貯有氧穩(wěn)定性的提高主要與布氏乳桿菌的接種密切相關(guān)。

3.4 瘤胃降解特性

為深入評價乳酸菌制劑對全株玉米青貯飼用價值的影響,本試驗進一步開展了其瘤胃降解特性的研究。試驗結(jié)果表明,接種復(fù)合乳酸菌制劑并不影響全株玉米青貯各常規(guī)營養(yǎng)成分的瘤胃降解率,這與Filya、王亞芳等的研究結(jié)果一致,上述研究的乳酸菌接種量分別為1×10CFU/g、5×10CFU/g,接種的乳酸菌包含同型和異型發(fā)酵乳酸菌,包括單一接種和復(fù)合接種兩種形式。但是,Rowghani等報道,接種植物乳桿菌(同型發(fā)酵乳酸菌,接種量為6×10CFU/g)可提高玉米青貯的DM降解率。李菲菲等發(fā)現(xiàn),接種同型發(fā)酵乳酸菌(植物乳桿菌+戊糖片球菌)的玉米青貯的DM和NDF的瘤胃降解率高于異型發(fā)酵乳酸菌(布氏乳桿菌)組,且二者均高于同時接種同型和異型發(fā)酵乳酸菌組,各組接種量均為1×10CFU/g。

總的來看,各研究報道中乳酸菌的接種量存在較大差異,且發(fā)酵類型也不同,可能是導致瘤胃降解結(jié)果不一致的主要原因,而且乳酸菌因為不能有效地利用青貯中的木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等,在改善玉米青貯的瘤胃降解方面的作用有限,這可能是本研究中各組瘤胃降解率無差異的原因。

4 結(jié) 論

在本試驗條件下,接種復(fù)合乳酸菌劑可提高全株玉米青貯的發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)價值,抑制有氧暴露后霉菌的滋生從而提高有氧暴露下的穩(wěn)定性。接種復(fù)合乳酸菌劑不影響全株玉米青貯的瘤胃降解特性,復(fù)合乳酸菌劑的添加量以2~10 mg/kg為宜。

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