收稿日期:2024-03-27;修回日期:2024-05-28
基金項目:國家重點研發(fā)計劃(2023YFD1301402);國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系四川大豆創(chuàng)新團隊(SCCXTD-2024-21)項目資助
作者簡介:
陳遠航(2000-),男,貴州盤州人,碩士研究生,主要從事牧草栽培加工利用研究,E-mail:1342771077@qq.com;*通信作者Author for correspondence,E-mail:yanyanhong3588284@126.com
摘要:水稻(Oryza sativa L.)是我國重要的糧食作物,高效利用水稻秸稈可拓寬反芻家畜的飼料來源。本研究以水稻秸稈為原料,設(shè)置七種處理,分別為無添加對照(CK)、添加商業(yè)乳酸菌壯樂美、植物乳桿菌149(Lactobacillus plantarum149,LP149)、鼠李糖乳桿菌608(Lactobacillus rhamnosus 608, LG608)、乳酸菌復配(LP149+LG608,F(xiàn)P)、雙乙酸鈉和玉米粉處理,發(fā)酵60 d后開袋分析。結(jié)果表明:與CK相比,LG608、雙乙酸鈉和玉米粉處理顯著提高了稻秸黃貯飼料的粗蛋白含量(Plt;0.05);LG608和FP處理的中性洗滌纖維含量顯著低于其他處理(Plt;0.05);LG608處理的水溶性碳水化合物含量最高,為5.32%DM(Plt;0.05)。所有添加劑處理的乳酸含量顯著高于CK(Plt;0.05),其中LG608處理最高,為5.41%DM(Plt;0.05),其pH值最低,為4.48(Plt;0.05)。LG608和FP處理的肉牛采食量顯著高于其他處理(Plt;0.05)。結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)度分析,添加劑處理均有效改善稻秸稈黃貯飼料品質(zhì),LG608處理效果最優(yōu),其次為FP處理。
關(guān)鍵詞:水稻秸稈;黃貯飼料;添加劑;發(fā)酵品質(zhì);適口性
中圖分類號:S816.53""" 文獻標識碼:A"""" 文章編號:1007-0435(2024)11-3646-08
Effects of Different Additives on Nutritional Quality and
Palatability of Rice Straw Yellow Stored Feed
CHEN Yuan-hang1, CHENG Ming-jun2, LI Hong-quan2, LI Xiao-mei1,
WEN Xing-jing3, LIU Hai-ping1, ZHANG Lei1, YAN Yan-hong1*
(1.College of Grassland Science and Technology, Sichuan Agricultural University, Chengdu, Sichuan Province 611130, China;
2.Sichuan Grassland Technology Research and Promotion Center, Chengdu, Sichuan Province 610041, China; 3.Sichuan Grassland
Science Research Institute, Chengdu, Sichuan Province 611731, China)
Abstract:Rice (Oryza sativa L.) is an important food crop in China,and efficient utilization of rice straw can expand the feed sources for ruminants. In this study,rice straw was used as the raw material,with seven treatments set up:Control (CK),commercial lactic acid bacteria Zhuanglemei,Lactobacillus plantarum 149 (LP149),Lactobacillus rhamnosus 608 (LG608),compound lactic acid bacteria (LP149+LG608,F(xiàn)P),sodium diacetate,and corn flour. After 60 days of fermentation,the silage was opened and analyzed. The results showed that,compared to CK,the treatments with LG608,sodium diacetate,and corn flour significantly increased the crude protein content of the rice straw silage (Plt;0.05). The neutral detergent fiber content in the LG608 and FP treatments was significantly lower than that in other treatments (Plt;0.05). The water-soluble carbohydrate content was highest in the LG608 treatment,reaching 5.32% DM (Plt;0.05). The lactic acid content in all additive treatments was significantly higher than in CK (Plt;0.05),with the highest being in the LG608 treatment at 5.41% DM (Plt;0.05),and it had the lowest pH value of 4.48 (Plt;0.05). The feed intake of beef cattle was significantly higher in the LG608 and FP treatments compared to other treatments (Plt;0.05). Based on grey relational analysis,all additive treatments effectively improved the quality of rice straw silage,with the LG608 treatment showing the best effect,followed by the FP treatment.
Key words:Rice straw;Yellow storage feed;Additives;Fermentation quality;Palatability
水稻(Oryza sativa L.)是我國的主要糧食作物,根據(jù)谷草比系數(shù)換算,每年將產(chǎn)生2.3億t水稻秸稈[1]。目前,水稻秸稈的主要利用方式為焚燒和直接還田[2],不僅污染環(huán)境,還容易導致土壤酸化[3]、造成病蟲害蔓延傳播[4]。水稻秸稈含有一定量粗蛋白和水溶性碳水化合物,可作為粗飼料飼喂家畜,但秸稈中粗纖維含量高導致適口性差,家畜不喜采食。黃貯工藝被廣泛用于保存稻草的營養(yǎng)物質(zhì),是改善稻草飼喂價值增加采食量重要措施之一[5]。
水稻秸稈黃貯是在水稻完全成熟時收獲,脫粒得到秸稈,通過添加適量的水和添加劑,經(jīng)貯藏發(fā)酵配制成飼料[6],而水稻秸稈青貯是指在水稻蠟熟后期完熟前期收獲其莖葉經(jīng)過加工和貯藏發(fā)酵,配制成飼料[7]。二者均是利用乳酸菌在飼料原料中產(chǎn)生乳酸,從而降低pH值,抑制有害菌生長繁殖,實現(xiàn)長期保存飼料原料的目的[8]。黃貯的主要優(yōu)勢是在水稻收獲時可以優(yōu)先收獲和保存稻谷,避免因處理秸稈而分散人力和物力。黃貯品質(zhì)的優(yōu)劣取決于飼料原料中的水溶性碳水化合物含量和乳酸菌數(shù)量。水稻秸稈自身附著乳酸菌數(shù)量較少且供給乳酸菌可利用的底物含量較低,因此常規(guī)水稻秸稈黃貯難以獲得優(yōu)質(zhì)的黃貯飼料[9]。同時,由于水稻秸稈中空結(jié)構(gòu),難以被壓實[10],導致黃貯過程中有害微生物與乳酸菌互相競爭,pH值下降緩慢,無法保存較多營養(yǎng)物質(zhì)[11]。研究表明,在制作水稻秸稈青貯飼料時添加玉米粉,能顯著提高青貯飼料中水溶性碳水化合物含量,改善飼料品質(zhì)[12]。添加雙乙酸鈉可改善苜蓿青貯的營養(yǎng)特性、發(fā)酵品質(zhì)以及蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)[13]。
本課題組前期從西南地區(qū)飼草青貯樣品中分別篩選到鼠李糖乳桿菌608(Lactobacillus rhamnosus 608,LG608)和植物乳桿菌149(Lactobacillus plantarum 149,LP149),不僅生長速度快,且產(chǎn)酸能力強,具有良好的高溫適應(yīng)性(45℃),對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、李斯特菌和黃曲霉毒素均有較好的抑制效果[14],但目前對這些乳酸菌在水稻秸稈上的黃貯發(fā)酵效果尚不清楚。因此,本試驗以水稻秸稈為研究對象,比較7種添加劑[商業(yè)乳酸菌壯樂美、LP149,LG608、乳酸菌復配(LP149+LG608,F(xiàn)P)、雙乙酸鈉、玉米粉、無菌水]對水稻秸稈黃貯營養(yǎng)價值、發(fā)酵品質(zhì)、微生物數(shù)量和肉牛采食量的影響,研究結(jié)果可為我國西南地區(qū)合理利用水稻秸稈黃貯飼料生產(chǎn)提供科學依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 供試材料
供試水稻品種為‘川康優(yōu)637’,2022年4月5日播種于四川省中江縣永太鎮(zhèn)(104°26′ E,30°31′ N),當?shù)睾0螢?30 m,年平均氣溫19℃,年平均降雨量為882.5 mm,水稻播種面積為2.67 hm2,于成熟期收獲脫粒后得到水稻秸稈。鼠李糖乳桿菌608(LG608,保藏編號為CGMCC1.60089)和植物乳桿菌149(LP149,保藏編號為CGMCC No.24642)由四川農(nóng)業(yè)大學飼草加工團隊前期從西南地區(qū)全株玉米青貯樣中篩選得到;商業(yè)乳酸菌壯樂美(主要成分嗜酸乳桿菌,植物乳桿菌,干酪乳桿菌,屎腸球菌,來源于成都高福紀生物公司);玉米粉和雙乙酸鈉(分析純)來源于四川華源盛泰生物科技有限公司。
1.2 試驗設(shè)計及方法
本試驗采用單因素隨機設(shè)計,共設(shè)置7個處理,分別為對照(CK,無菌水)、壯樂美(商業(yè)乳酸菌)、LP149、乳酸菌復配(FP,LP149∶LG608=1∶1)、雙乙酸鈉以及玉米粉,20個重復。乳酸菌處理組的添加水平均為1.0×106 cfu·g-1 FW(鮮樣),雙乙酸鈉的添加量為5 g·kg-1 FW,玉米粉的添加量為50 g·kg-1 FW。
將脫粒得到的水稻秸稈鮮樣切短揉絲,長度控制在3~5 cm,調(diào)節(jié)含水量至65%。按試驗設(shè)計量將乳酸菌制劑活化后使用高壓噴霧器噴灑于水稻秸稈表面,按試驗設(shè)計稱取雙乙酸鈉和玉米粉人工均勻撒施在水稻秸稈上,充分混勻后的水稻秸稈采用DK5252型青貯圓捆機(山東陵盛機械制造有限公司)進行裹包黃貯。每個裹包裝填重量均達到50 kg,裝填密度均達到450 kg·m-3,每處理20個重復,在室溫(25℃)條件下保存,黃貯60 d后開袋取樣分析。從每個處理中隨機選擇6個黃貯裹包,使用取樣器進行取樣,選取1 kg黃貯裹包中心部分,每兩份混合得到一個重復,每個重復取2 kg水稻秸稈黃貯樣品。
1.3 測定項目及方法
1.3.1 化學成分 稱取200 g黃貯原料及發(fā)酵樣品,干燥72 h(85℃)待冷卻至室溫,稱重計算干物質(zhì)(Dry matter DM)含量,經(jīng)粉碎過1 mm篩(浙江上虞華豐五金儀器有限公司)后保存于自封袋中,用于粗蛋白(Crude protein,CP)、水溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates,WSC)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber,ADF)的測定。采用蒽酮比色法[15]測定WSC含量,采用凱氏定氮法[16]測定CP含量,采用范氏纖維法[17]測定NDF和ADF含量。
1.3.2 發(fā)酵品質(zhì) 稱取20 g黃貯料,加入180 mL蒸餾水,低溫浸提4 h后用雙層紗布過濾,然后用雷磁pHS-3C型pH計(上海儀天科學儀器有限公司)測定樣品pH值。用苯酚-次氯酸鈉比色法[18]測定氨態(tài)氮(NH3)含量。使用SHIMADZU-10A型高效液相色譜儀[19]測定乳酸(Lactic acid,LA)、乙酸(Acetic acid,AA)、丙酸(Propionic acid,PA)和丁酸(Butyric acid,BA)含量。色譜柱為Shodex Rspak KC-811S-DVB gel column;檢測器為SPD-M10AVP;流動相為3 mmol·L-1高氯酸溶液;流速為1 mL·min-1;柱溫為50℃;檢測波長為210 nm,進樣量為5 μL。
1.3.3 微生物計數(shù) 微生物計數(shù)參照李小玲等[20]方法測定水稻秸稈黃貯樣中的乳酸菌、大腸桿菌和酵母菌數(shù)量。將20 g鮮樣與180 mL滅菌鹽水(0.85%氯化鈉)充分混合,4℃振蕩1 h,用蒸餾水進行10-1~10-5梯度稀釋。乳酸菌用MRS(Difco,陸橋,中國北京)瓊脂培養(yǎng)基厭氧條件下37℃培養(yǎng)48 h后計數(shù)。大腸桿菌用結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂培養(yǎng)基(Difco,陸橋,中國北京)37℃下有氧培養(yǎng)24 h計數(shù)。酵母菌用酵母浸出粉胨葡萄糖瓊脂(Difco,陸橋,中國北京)培養(yǎng)基25℃下有氧培養(yǎng)72 h后,進行酵母菌計數(shù)。
1.3.4 肉牛采食量的測定 將完成發(fā)酵的水稻秸稈黃貯飼料,打開裹包開展采食量測定試驗。將42頭西門塔爾牛,隨機分為7組,每組6頭肉牛(體重為300±10 kg),將原養(yǎng)殖場的基礎(chǔ)日糧中的狼尾草青貯飼料換作等重量的水稻秸稈黃貯飼料(日常飼糧組成見表1),分別飼喂不同添加劑處理的黃貯水稻秸稈飼料,預飼期7 d,正飼期30 d。參照牛場日常管理,于每天5:00和15:00進行飼喂,自由飲水,每日17:00進行糞便清理工作,每次每頭肉牛投喂含2 kg水稻秸稈黃貯飼料的基礎(chǔ)日糧,每次飼喂時間為30 min,待采食結(jié)束,對剩余水稻秸稈進行稱重,計算采食量[21]。
1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析
試驗數(shù)據(jù)經(jīng)過Excel 2019統(tǒng)計后,運用SPSS 17.0進行方差分析和多重比較,數(shù)據(jù)結(jié)果均以平均值和均值標準誤(SEM)表示,采用Turkey法對各項指標進行多重比較(Plt;0.05)。采用灰色關(guān)聯(lián)度法[22]對黃貯水稻秸稈飼用品質(zhì)和發(fā)酵品質(zhì)進行綜合分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 稻秸化學成分
黃貯原料化學成分見表2,原料的DM含量為35.12% FW,粗蛋白含量為5.10% DM,可溶性碳水化合物含量為6.65% DM,中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維分別為72.36% DM和54.68% DM。
2.2 添加劑處理對水稻秸稈黃貯飼料化學成分的影響
由表3可知,添加劑對水稻秸稈黃貯飼料營養(yǎng)品質(zhì)影響顯著(Plt;0.05)。LG608、雙乙酸鈉、玉米粉處理的水稻秸稈黃貯飼料的CP含量均顯著高于CK處理(Plt;0.05)。其中LG608處理的CP含量最高,為7.56% DM,顯著高于其他處理(Plt;0.05)。LG608,F(xiàn)P和玉米粉處理顯著降低了稻秸黃貯飼料的NDF(Plt;0.05),其中玉米粉處理NDF含量最低,為64.83% DM。所有處理的ADF含量差異均不顯著。LG608處理的WSC含量為5.32% DM,顯著高于CK(Plt;0.05),而其余添加劑處理的WSC含量均低于CK處理。
2.3 添加劑對水稻秸稈黃貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響
由表4可知,添加劑顯著影響水稻秸稈黃貯的發(fā)酵品質(zhì)(Plt;0.05)。除雙乙酸鈉處理pH值顯著高于CK(Plt;0.05)外,其余處理pH值均顯著低于CK處理,其中LG608處理的pH值最低,為4.48。雙乙酸鈉處理的氨態(tài)氮/總氮(AN/TN)最低,為2.15%,顯著低于對照(Plt;0.05)。所有添加劑處理均顯著提高了乳酸含量(Plt;0.05),LG608處理乳酸含量最高,為5.41% DM。FP處理和雙乙酸鈉處理的乙酸含量最高,均為0.06% DM,CK處理和LG608處理乙酸含量較低,分別為0.03% DM和0.04% DM。添加劑處理組(除壯樂美外)丙酸含量均顯著低于對照(Plt;0.05),LG608處理的丙酸含量最低,為0.06% DM。微生物添加劑處理組(LG608,F(xiàn)P,LP149和壯樂美)中均未檢測到丁酸,CK處理的丁酸含量最高為0.01% DM。
2.4 添加劑對水稻秸稈黃貯飼料微生物數(shù)量和肉牛采食量的影響
由圖1可知,添加劑處理均顯著提高了水稻秸稈中乳酸菌的數(shù)量,其中LG608處理的乳酸菌數(shù)量最高,為8.92 lg cfu·g-1 FW,CK處理的最低為3.79 lg cfu·g-1 FW。所有添加劑均顯著減少了酵母菌的數(shù)量,其中LP149處理的酵母菌數(shù)量最少為5.95 lg cfu·g-1 FW,CK處理的酵母菌數(shù)量最多,為8.47 lg cfu·g-1 FW。在所有處理中,僅雙乙酸鈉處理和CK處理檢測出大腸桿菌,其中雙乙酸鈉處理大腸桿菌數(shù)量最多,為9.03 lg cfu·g-1 FW。各處理肉牛日采食量的平均值介于2.12 kg~3.68 kg之間,其中LG608和FP處理的肉牛采食量均顯著高于其他處理,LG608處理的采食量最高,為3.68 kg。
2.5 不同添加劑對水稻秸稈黃貯營養(yǎng)品質(zhì)、發(fā)酵品質(zhì)及黃貯微生物的綜合評價
由表5可知,不同處理水稻秸稈黃貯飼料綜合價值排序為:LG608gt;FPgt;壯樂美gt;LP149gt;玉米粉gt;雙乙酸鈉gt;CK。LG608處理的綜合評價最高,關(guān)聯(lián)度為0.968。
3 討論
pH值是判斷黃貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的一個重要指標[23],受飼草種類、黃貯原料含水量及添加劑種類等多種因素影響。本試驗中的水稻秸稈黃貯pH值在4.48~5.04之間,這是由于水稻的可溶性碳水化合物主要集中在籽粒,秸稈的可溶性碳水化合物含量低,未能給黃貯提供充足的底物[24]。在黃貯發(fā)酵的過程中,乳酸菌利用發(fā)酵底物快速產(chǎn)生大量的乳酸,乳酸的酸度系數(shù)低(酸度系數(shù)pKa為3.86),酸性強度約為其他酸類的10倍(乙酸pKa為4.75;丙酸pKa為4.87),對pH值的下降貢獻最大[25]。pH值的降低抑制了不良微生物的活動,從而減少了營養(yǎng)物質(zhì)的損失,同時乳酸含量的高低也會直接影響黃貯飼料的口感[26-27],乳酸含量與黃貯飼料品質(zhì)呈較強的相關(guān)性[28]。本研究中采用添加劑黃貯的水稻秸稈乳酸含量均高于CK處理,在生物添加劑處理中因為添加乳酸菌提高了水稻秸稈附著乳酸菌數(shù)量,使乳酸菌更快成為發(fā)酵中的主導菌群[29],產(chǎn)生更多的乳酸,且LG608處理乳酸含量最高,pH值最低。而添加玉米粉的黃貯提高了發(fā)酵底物中可溶性碳水化合物的含量,使附著在水稻秸稈上的乳酸菌更快繁殖,從而更快進入發(fā)酵穩(wěn)定階段,產(chǎn)生更多乳酸。丁酸是由丁酸菌(梭狀菌)發(fā)酵產(chǎn)生,反映了不良微生物的活動。本試驗中乳酸菌處理組均未檢測出丁酸含量,這可以保證飼料發(fā)酵過程中能夠保留大量干物質(zhì)和能量[30]。因此,添加乳酸菌可有效改善水稻秸稈黃貯的發(fā)酵品質(zhì),LG608處理效果最佳。
可溶性碳水化合物和粗蛋白是家畜的能量和蛋白的重要來源,也是黃貯飼料的重要營養(yǎng)物質(zhì)[31]。水稻秸稈可溶性碳水化合物和粗蛋白含量低,纖維含量高,采用常規(guī)的黃貯方法難以調(diào)制出優(yōu)質(zhì)的黃貯飼料[32],通過添加劑的使用可以改善水稻秸稈黃貯的營養(yǎng)品質(zhì)、發(fā)酵品質(zhì)和適口性,從而提高家畜對秸稈的采食率[33]。黃貯后可溶性碳水化合物均下降,除LG608處理外,其余添加劑處理的WSC含量均低于對照組,添加LG608處理在發(fā)酵過程中能快速達到發(fā)酵穩(wěn)定階段,對碳水化合物消耗少[34];添加LG608處理在黃貯發(fā)酵后粗蛋白含量顯著高于其他處理,這可能是微生物添加劑在水稻秸稈黃貯發(fā)酵過程中將秸稈中纖維素轉(zhuǎn)化為菌體蛋白,從而提高了粗蛋白的含量[35]。類似地,宋金昌等[36]利用米曲霉和綠色木霉通過微生物發(fā)酵,使玉米秸稈提高了3%的粗蛋白含量,這是由于一些微生物可以將秸稈中難以被反芻動物消化利用的部分轉(zhuǎn)化為糖和菌體蛋白等易被動物消化吸收的物質(zhì)[37]。纖維對增加反芻動物的唾液分泌、維持家畜瘤胃正常的生理活動具有重要作用[38]。黃貯后NDF含量有所下降,這是因為在發(fā)酵過程中微生物利用了纖維素或半纖維素[39]。在不同添加劑的影響下,NDF含量顯著變化,LG608,F(xiàn)P和玉米粉處理NDF含量顯著低于CK處理,這可能是因為LG608和FP處理增加了水稻秸稈黃貯料中乳桿菌的相對豐度,加速了底物發(fā)酵,產(chǎn)生了具有溶解纖維活性的微生物酶,從而降低了稻草秸稈中的NDF含量,而玉米粉則是為飼料中的微生物提供了發(fā)酵底物,這與郭金雙等[40]的研究一致。添加乳酸菌雖促進黃貯發(fā)酵,但所有處理的ADF含量均無顯著差異,這可能是由于黃貯原料中纖維素含量較高,導致ADF含量差異不明顯,這一結(jié)果與張英等[41]的研究相似。黃貯飼料的品質(zhì)與黃貯飼料中的微生物群落緊密相關(guān)[42]。本試驗中,采用添加劑處理的水稻秸稈乳酸菌含量顯著高于CK處理,這表明在水稻秸稈黃貯中采用添加劑黃貯能有效增加乳酸菌的數(shù)量,而采用生物添加劑的處理的乳酸菌數(shù)量又顯著高于其他添加劑處理,這是由于微生物添加劑的活性高且適宜性強,在黃貯發(fā)酵過程中能快速增殖,占據(jù)發(fā)酵的主導地位[43];在黃貯過程中,酵母菌在缺氧環(huán)境下會代謝糖類,產(chǎn)生乙醇及二氧化碳,乙醇的產(chǎn)生會導致乳酸菌可利用的碳水化合物減少[44],同時還會降低黃貯飼料的適口性,在飼喂試驗中也發(fā)現(xiàn),采食量與酵母菌數(shù)量呈負相關(guān)。
肉牛的采食量可以反映飼料的適口性。本試驗中,LG608,F(xiàn)P處理采食量均顯著高于其他處理,采食量由多種因素決定,黃貯飼料在微生物發(fā)酵中產(chǎn)生乳酸、醋酸及醇類物質(zhì),具有芳香氣味,這是肉牛采食過程中主要誘導因素[45]。試驗中采食量最高的處理是LG608和FP,LG608的乳酸菌數(shù)量、乳酸、粗蛋白和可溶性碳水化合物含量顯著高于其他處理,適口性較好,進而影響肉牛的采食量;FP處理的乳酸含量和pH值與LG608有顯著差異,導致FP處理采食量升高的原因可能是發(fā)酵過程中生成的一些醇類或芳香物質(zhì)[46]。
4 結(jié)論
LG608處理的可溶性碳水化合物和粗蛋白含量顯著高于其他處理;此外,LG608和FP處理的中性洗滌性纖維含量顯著低于其他處理;乳酸菌添加劑有效抑制了酵母菌和大腸桿菌的生長,其中LG608和FP處理的采食量顯著高于其他處理。基于灰色關(guān)聯(lián)度分析得出乳酸菌LG608處理效果最優(yōu),其次為FP處理,LG608和FP可作為水稻秸稈黃貯飼料的適宜添加劑,有望為我國西南地區(qū)畜牧業(yè)健康發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)飼料資源。
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(責任編輯 閔芝智)