不同阻氧能力青貯袋對玉米青貯發酵品質和有氧穩定性的影響

張居正， 宋國君， 劉忠民， 宋修華

（1.青島大學材料科學與工程學院，山東青島 266071；2.山東龍興塑膜科技股份有限公司，山東濰坊262700）

全株青貯玉米是牛羊等牲畜粗飼料的重要組成部分，尤其是奶牛不可或缺的飼料，青貯飼料的品質直接關系到奶牛營養需求、健康指數、牛奶質量、繁殖能力等，所以提高全株青貯玉米的質量成為目前研究的熱點（Gallo等2016；李紅宇，2014；Lisa等，2003）。穩定的無氧條件對飼料青貯是至關重要的。目前國內外全株玉米的青貯一般采用窖貯、堆貯或袋貯等方式，都需要使用薄膜材料密封，而且需要在牧場存放12個月左右，因此塑料薄膜的性能直接影響青貯飼料的質量。多層共擠高阻隔青貯膜（Silostop），該薄膜采用尼龍作為阻氧材料，對氧氣有較好的阻隔能力，可改善發酵特性，進而提高牧草和青貯玉米的品質，尤其是對干物質損失、有氧穩定性、青貯微生物菌落組成等有顯著影響 （Bernardes等，2012；Dolci等，2011；Borreani等，2007），而國內對這一方面的研究較少。

基于此，本試驗以聚乙烯/粘合樹脂/尼龍（PA）/粘合樹脂/聚乙烯五層共擠高阻隔青貯膜、聚乙烯/粘合樹脂/乙烯-乙烯醇 （EVOH）/粘合樹脂/聚乙烯五層共擠高阻隔青貯膜，通過與國外某品牌高阻隔膜進行對比研究，探究其對實驗室貯存玉米青貯飼料營養成分、發酵質量、微生物菌落和有氧穩定性的影響，以期為不同青貯方式的生產實踐提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗在山東龍興塑膜科技股份有限公司內進行，地處魯中北部沿海平原區，屬暖溫帶季風區大陸性氣候，降水多集中于夏季，年平均相對濕度66%，年平均氣溫12.7℃。選用該公司種植的登海605作為青貯原料 （營養成分見表1），種植時間120 d，將蠟熟期全株玉米整株粉碎至1～2 cm青貯，然后噴灑復合乳酸菌接種劑。

表1 青貯玉米秸稈原料營養成分

1.2 試驗設計 將切碎后的青貯玉米隨機抽取4份樣品，每份分成兩組，一組用于化學成分、有氧穩定性和微生物數量變化的分析，一組用于干物質重量損失的分析，分裝在四種不同氧氣透過量的青貯袋內，青貯袋采用50μm厚的普通聚乙烯塑料膜（簡稱PE-50）、國外某品牌阻氧青貯膜（簡稱SSOB-50）、龍興公司生產的聚乙烯/粘合樹脂/尼龍（PA）/粘合樹脂/聚乙烯五層共擠高阻隔青貯膜（簡稱PA OB-50）和聚乙烯/粘合樹脂/乙烯-乙烯醇 （EVOH）/粘合樹脂/聚乙烯五層共擠高阻隔青貯膜（簡稱EVOH OB-50）熱封制成，袋子折徑為50 cm，高度為70 cm，根據《GB/T1038-2000塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法》測定這四種塑料薄膜材料的氧氣透過量分別為2962.41、70.25、64.36、6.03 cm3/（m2·24 h·0.1 MPa）， 測試條件為23.0～23.7℃，相對濕度0，裝料密度為550 kg/m3。青貯袋及物料在室內環境溫度（18～22℃）下儲存，用抽真空機抽真空、密封，室內避光保存，30 d和60 d時打開進行營養成分分析、有氧穩定性評價和微生物計數。

1.3 測定方法

1.3.1 營養物質測定 青貯前和青貯后玉米秸稈的干物質含量、灰分、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維等含量根據張英麗的 《飼料分析及飼料質量檢測技術》進行測定，干物質重量損失即青貯時每個青貯袋中植物材料的重量與青貯結束時青貯飼料的重量之差。pH采用pH計（PHS-3E，上海雷磁）測定；NH3-N采用苯酚-次氯酸比色法測定；采用高效液相色譜法測定有機酸（乳酸、乙酸、丙酸和丁酸）含量（傅彤等，2005）；微生物組成采用平板計數法進行觀察測定。

1.3.2 有氧穩定性測定 通過監測暴露于空氣中青貯飼料的溫度升高來確定好氧穩定性，有氧穩定性的評價通過青貯飼料在高于室溫2℃之前保持穩定的小時數來表征。青貯發酵進行到30 d和60 d時，從青貯袋中取1000 g青貯料置于透明干凈的聚乙烯食品包裝箱內，聚乙烯箱放置到絕緣隔熱的地方，在每個箱子青貯飼料上放置一層鋁箔，以防止干燥和灰塵污染，同時也允許空氣滲透。在青貯物料的中心插入溫度計測定溫度變化，同時監測室溫。

1.4 數據統計與分析 試驗數據經Excel統計后，用SPSS17.0進行方差分析和多重比較，以不同阻氧膜的類型和保存時間為固定因素，進行四次重復數據分析。以酵母菌計數為自變量，對好氧穩定性數據進行回歸分析。采用Duncan’s方法對各組進行多重比較，顯著水平設置為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米營養成分的影響 通過表2可以看出，相同青貯時間不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米的干物質、粗蛋白質、NDF、灰分的含量變化影響均不顯著（P＞0.05），對干物質重量損失、WSC含量變化影響顯著 （P＜0.05）；青貯第30天和第60天WSC含量，采用EVOH高阻氧青貯袋顯著高于尼龍阻氧青貯袋（P＜0.05），尼龍阻氧青貯袋顯著高于普通聚乙烯青貯袋（P＜0.05）；青貯第30天和第60天時干物質損失，采用普通聚乙烯青貯袋顯著高于尼龍阻氧青貯袋（P＜0.05），尼龍阻氧青貯袋顯著高于EVOH高阻氧青貯袋（P＜0.05）；采用尼龍阻氧青貯袋和國外某品牌阻氧青貯袋的各營養成分含量變化差異不顯著（P＞0.05）。

表2 青貯時間和不同阻氧青貯袋對青貯玉米營養成分的影響

2.2 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米pH、氨態氮含量、有機酸含量的影響 發酵第60天和第30天時青貯玉米的化學成分有明顯變化 （如表3所示），pH均降低，乳酸含量除普通聚乙烯青貯袋升高外，其他青貯袋均降低，乙酸、氨態氮含量均升高。第30天時普通聚乙烯青貯袋內青貯玉米的pH為4.71，而采用尼龍和EVOH阻氧青貯袋貯存的青貯飼料的pH分別為3.82、3.79，第60天時普通聚乙烯青貯袋內青貯玉米的pH為4.56，采用阻氧袋貯存的三種青貯飼料的pH分別為3.76、3.79、3.74，阻氧青貯袋的pH顯著低于普通聚乙烯青貯袋（P＜0.05）。相同青貯時間，不同阻氧能力青貯袋貯存的青貯飼料的乳酸、乙酸、氨態氮含量有一定變化，尼龍阻氧青貯袋的乙酸和氨態氮含量顯著高于EVOH高阻氧青貯袋（P＜0.05）；普通聚乙烯青貯袋的乳酸含量顯著低于尼龍阻氧青貯袋（P＜0.05），第30天時，尼龍阻氧青貯袋的顯著低于EVOH高阻氧青貯袋（P＜0.05），第60天時，兩種青貯袋的乳酸含量無顯著變化（P＞0.05）；青貯相同時間內，尼龍阻氧青貯袋和國外某品牌阻氧青貯袋的乳酸、乙酸、氨態氮含量變化差異均不顯著（P ＞ 0.05）。

表3 青貯時間和不同阻氧青貯袋對青貯玉米發酵品質的影響

2.3 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米有氧穩定性的影響 由圖1可以看出，不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米有氧穩定性的差異極顯著 （P＜0.01），青貯袋的阻氧能力越強，青貯玉米有氧穩定時間越長，其中采用EVOH高阻氧青貯袋貯存的青貯玉米有氧穩定時間最長，在青貯第30天和第60天時，有氧穩定時間分別達到149 h和297 h。

圖1 不同阻氧青貯袋對青貯玉米有氧穩定性的影響

2.4 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米微生物數量的影響 由表4可知，青貯到第30天和第60天時，不同阻氧能力青貯袋對乳酸菌和霉菌數量的影響不顯著（P＞0.05），尼龍和EVOH阻氧青貯袋內青貯飼料的酵母菌和好氧細菌數量顯著低于普通聚乙烯青貯袋（P＜0.05），從青貯第30天到第60天，尼龍阻氧袋內的酵母菌和好氧細菌數量比普通聚乙烯袋內的數量少了一個數量級以上，而EVOH阻氧袋內的酵母菌、好氧細菌數量比尼龍阻氧袋內的數量少了一個數量級以上；尼龍阻氧青貯袋和國外某品牌阻氧青貯袋的酵母菌數量變化差異不顯著（P＞0.05）。

表4 青貯時間和不同阻氧青貯袋對青貯玉米微生物數量的影響lg cfu/g

2.5 青貯袋阻氧能力與發酵時間對青貯玉米發酵特性和微生物數量的作用 由表5可以看出，發酵時間對pH、WSC、有機酸和NH3-N含量及酵母菌數量影響極顯著（P＜0.01），對DM、粗蛋白質、NDF、ADF、干物質損失、灰分含量和好氧細菌數量影響顯著（P＜0.05），對其余指標影響不顯著（P＞0.05）；青貯袋的阻氧能力對WSC、干物質損失、有機酸含量和酵母菌數量影響極顯著 （P＜0.01），對 pH、灰分含量、DM、ADF、NH3-N 和好氧細菌數量影響顯著（P＜0.05），對其余指標影響不顯著（P＞0.05）；發酵時間與青貯袋的阻氧能力的交互作用對pH、WSC、干物質損失、有機酸、NH3-N含量及酵母菌數量影響極顯著（P＜0.01），對其余指標影響不顯著（P＞0.05）。

表5 青貯玉米營養成分及微生物數量的雙因素方差分析

3 討論

3.1 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米營養成分的影響 有效地保存青貯飼料貯存過程中的營養成分并且將這一期間的營養損失降到最低，一直是為反芻家畜提供基本營養的研究重點（Wilkinson等，2013），影響青貯飼料青貯過程中保鮮程度的最重要因素是在貯存期內厭氧發酵達到的程度及其維持情況（Woolford等，1990）。

從青貯第30天到第60天，EVOH阻氧袋、尼龍阻氧袋與普通聚乙烯青貯袋的WSC含量降低，這與 Bernardes等（2012）和 Borreani等（2007）的研究結果類似。可溶性碳水化合物是青貯發酵的底物，是乳酸菌發酵的基礎，青貯初期被微生物有氧呼吸消耗分解，所以WSC含量都會減少，但是EVOH相比尼龍和聚乙烯具有更高的阻氧能力，能最早創造厭氧環境，所以WSC損耗最少。

同時EVOH青貯袋隔絕了外部氧氣滲透，有利于乳酸菌厭氧發酵，所以青貯初期EVOH青貯袋內乳酸菌較為活躍，能提供更低的pH環境，從而抑制腐敗微生物利用DM、WSC和蛋白質，進而使得EVOH青貯袋內青貯玉米干物質、水溶性碳水化合物和蛋白質消耗相對較慢，與尼龍和聚乙烯青貯袋內的青貯玉米相比，干物質損失、灰分降低較少；而聚乙烯青貯袋氧氣透過率高，加上內部殘留氧氣，能維持一定好氧細菌、兼性厭氧細菌的生長繁殖，從而消耗大量碳水化合物及其他有機物，所以聚乙烯青貯袋內干物質損失最為嚴重；尼龍青貯袋的阻氧能力優于聚乙烯而弱于EVOH，所以WSC損耗、干物質損失居中。

3.2 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米pH、氨態氮、有機酸的影響 青貯飼料的pH可以反映青貯飼料質量及受腐敗菌影響的程度。本試驗中，采用不同阻氧能力青貯袋貯存的青貯玉米的pH和乳酸、乙酸含量變化差異較大。通過數據可以看出，EVOH阻氧青貯袋內青貯飼料的pH最低，其次是阻氧性能較好的尼龍青貯袋，這主要是因為乳酸菌是乳酸發酵的啟動菌，塑料薄膜的阻氧能力越強，內部氧氣更快耗盡，無氧環境越早出現，從而有助于乳酸菌的生長，優異的厭氧環境導致乳酸菌厭氧發酵產生大量乳酸；而后期pH降低是因為乙酸濃度增高，這與異型乳酸菌新陳代謝活躍，產生了大量乙酸有關。Der等（2012）和 Kleinschmit等（2006）研究發現，隨著貯存期的延長，干物質逐漸消耗，異型乳酸菌產生的乙酸穩定增長。Oude等（2001）研究發現，無氧條件下布氏乳桿菌能消耗乳酸分解成乙酸和1，2-丙二醇和二氧化碳，EVOH阻氧能力最強，所以最早進行無氧呼吸，導致乳酸、乙酸濃度最高，且含量相對穩定。

青貯飼料發酵品質的好壞還可以通過氨態氮/總氮比值來判斷，其比值越小說明青貯飼料的發酵品質越好（劉建新等，1999）。本研究發現，青貯玉米發酵第30天和第60天時，EVOH阻氧青貯袋內青貯飼料的NH3-N含量最低，而聚乙烯青貯袋內青貯飼料在第60天時NH3-N含量略有升高，這是因為后期有少量氧氣滲透，導致部分好氧細菌活動，分解消耗了部分蛋白質。綜合乳酸含量及氨態氮/總氮比值可以看出，EVOH高阻氧青貯袋貯存的青貯玉米發酵品質最好。

3.3 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米有氧穩定性的影響 通過提高青貯袋的阻氧能力可以顯著提高青貯飼料的有氧穩定性，進而降低二次發酵的機率，避免飼料發霉腐敗，減少飼料損失。因為酵母菌的數量和繁殖速度是破壞有氧穩定性的主要原因之一（李健等，2015）。本試驗中，由于酵母菌的消耗，青貯60 d時各類青貯袋的好氧穩定性都比青貯30 d時的時間延長，但隨著青貯袋阻氧能力的增強，青貯飼料的好氧穩定性也相應提高，EVOH青貯袋內青貯飼料的好氧穩定性比尼龍青貯袋提高了約兩倍，尼龍青貯袋內青貯飼料的好氧穩定性比聚乙烯青貯袋的提高了約兩倍，而且本試驗發現，不同青貯袋開封后青貯飼料的有氧穩定時間與酵母菌數量呈正相關，這與Tabacco等（2011）、Muck 等（2004）、Kung等（1998）的研究結果一致。

呂文龍等（2011）研究發現，異性乳酸菌可明顯改善青貯飼料在空氣中的有氧穩定性，本試驗中阻氧青貯袋可隔絕氧氣進入，既有利于同質型乳酸菌生長，也有利于異型乳酸菌生長，異型乳酸菌可在青貯發酵過程中產生乙酸，其可以抑制霉菌等有害菌的生長，隨著保存時間延長，乙酸濃度逐漸增加，從而顯著提高青貯飼料的有氧穩定性。Danner等（2003）研究發現，醋酸作為有害微生物的抑制劑，青貯飼料開窖后即使DM達到5%，當添加一定量的乙酸，有氧穩定性也可以超出100 h。Orosz等（2013）和 Mc Donell（2008）研究發現，即使高阻隔膜有較低濃度的乙酸，但其有氧穩定性也要高于普通聚乙烯膜，因為高阻隔膜阻止了氧氣滲透，為青貯飼料提供了一個穩定的無氧環境，影響了青貯飼料的營養成分、溫濕度、pH、微生物組成，進而延長了青貯飼料的有氧穩定性。

3.4 不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米微生物數量的影響 不同微生物菌群的組成對發酵過程有至關重要的影響，乳酸菌無氧發酵產生有機酸，而酵母菌有氧發酵則消耗乳酸產生乙醇，引起青貯飼料腐敗變質，好氧細菌與霉菌發酵不僅消耗營養物質，還會產生有毒物質（Lisa等，2003）。本試驗中，青貯袋的阻氧能力越強，好氧呼吸期越短，越早進入乳酸發酵期，乳酸菌數量越早處于恒定；阻氧能力越強的青貯袋內同型和異型乳酸菌越活躍，乙酸濃度升高越快，pH降低較快，酵母菌、霉菌、好氧細菌數量降低也較快，其中酵母菌數量變化尤為明顯。青貯過程中氧氣滲透量是影響酵母菌組成和數量的重要因素之一，Jonsson等（1984）研究發現，保持無氧環境能將酵母菌數量維持在一個低于檢測范圍的水平，如果增加氧氣滲透量，酵母菌數量能增加到106cfu/g以上。該研究發現酵母菌數量的減少與布氏乳桿菌的滋生、青貯飼料中乙酸濃度的逐漸升高、較低的氧濃度環境有關。

4 結論

本試驗的結果證明，不同阻氧能力青貯袋對青貯玉米的發酵品質、微生物數量和有氧穩定性有較顯著影響，提高青貯袋的阻氧能力，有助于改善青貯玉米儲存過程中的發酵品質，減少酵母菌和好氧細菌的數量，提高玉米青貯的好氧穩定性，綜合評價表明，五層共擠EVOH阻氧膜的青貯效果最好。