不同水分吸附材料對象草青貯發酵品質及好氧穩定性的影響

尹祥，王詠琪，李鑫琴，田靜，王曉亞，張建國

（華南農業大學南方草業中心，廣東廣州510642）

象草（Pennisetum purpureum）為多年生牧草，具有產量高、抗逆性強等特點，被認為是熱帶最重要的牧草之一。另外，由于其可溶性碳水化合物含量較高，利于青貯發酵，故在青貯飼料生產中被廣泛使用［1］。青貯主要利用厭氧條件下乳酸菌發酵有效保存牧草的營養成分［2］，青貯飼料的發酵品質與原材料特性和青貯方法有關。McDonald 等［3］研究發現高水分飼草單獨青貯時，pH 值往往下降緩慢，難以迅速抑制梭菌等有害微生物的增殖，造成營養物質大量損失，發酵品質不佳。象草收割后含水量往往很高，而華南地區氣候潮濕多雨不適宜通過晾曬降低其含水量，直接青貯發酵品質較差［4］，對華南地區象草青貯飼料的生產和應用不利。Jones 等［5］研究發現在高水分青貯飼料原料中添加碾碎的谷物通常可以改善其營養和發酵品質。Ferris 等［6］報道添加農副產品甜菜（Beta vulgaris）粕能夠有效改善高水分牧草青貯飼料的營養和發酵品質，降低氨態氮含量。我國農產品豐富，小麥（Triticum aestivum）和農業副產物米糠以及麥麩產量巨大，均可作為優質的青貯飼料添加劑。豆腐渣是大豆加工生產豆腐、豆漿以及豆奶的副產物，產量高，含有豐富的蛋白質和膳食纖維以及多糖等營養物質，具有較高的動物飼料開發價值［7］，但由于豆腐渣中含有胰蛋白酶抑制劑、植酸和大豆凝血素等對動物健康和生產性能產生不利影響的抗營養因子，需要通過微生物發酵進行消除［8］。干燥后的豆腐渣不僅具備水分吸附能力，而且營養價值豐富，方便保存，具有作為高水分青貯飼料水分吸附材料的應用潛力，但目前缺乏干豆腐渣用作青貯飼料水分吸附材料的研究。因此，本研究通過對比研究吸附材料小麥粉、米糠、麥麩和干豆腐渣對象草青貯飼料發酵品質和好氧穩定性的影響，旨在篩選出較為理想的青貯水分吸附材料，為華南地區象草青貯飼料的調制提供更可靠的技術。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2019 年9 月 20 日廣州市增城區華南農業大學教學科研實驗基地（23°14′N，113°37′E）收割株高為 1.2～1.6 m 的第1 茬象草為試驗材料。水分吸附材料米糠、小麥粉、干豆腐渣和麥麩購買自農副產品市場。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗設5 個處理：象草單獨青貯（CK）；分別添加象草鮮重10% 的米糠（MK）、小麥粉（XM）、干豆腐渣（DZ）和麥麩（MF），每個處理6 個重復。

1.2.2 青貯飼料的調制 象草收獲后用鍘草機切短至2～3 cm，稱取約200 g 裝入專用青貯袋中，分別添加象草鮮重10%的米糠、小麥粉、干豆腐渣和麥麩，混勻后分別用真空包裝機抽氣密封，室溫下（約25 ℃）保存60 d。

1.3 指標測定

1.3.1 常規營養成分和微生物數量測定 干物質含量測定方法參照張麗英［9］的飼料分析；粗蛋白（crude protein，CP，% DM）含量采用凱氏定氮法（定氮儀 KN680，ALVA 儀器有限公司）測定［10］；粗灰分（crude ash，CA，% DM）含量采用灼燒法測定［10］；可溶性碳水化合物（water-soluble carbohydrate，WSC，% DM）含量采用蒽酮?硫酸法測定［11］；緩沖能采用鹽酸、氫氧化鈉滴定法測定［12］；粗纖維（crude fibre，CF，% DM）、中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF，% DM）和酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF，% DM）含量采用濾袋分析法測定（ANKOM A-200i，北京）［13］。無菌操作條件下取10 g 樣品，加90 mL 無菌水，用稀釋涂布平板法測定微生物數量。乳酸菌、好氧細菌、酵母菌和霉菌數量分別采用 MRS 瓊脂培養基（蛋白胨，10 g·L?1；牛肉膏粉，5 g·L?1；酵母膏粉，4 g·L?1；葡萄糖，20 g·L?1；吐溫 80，1 mL·L?1；K2HPO4，2 g·L?1；CH3COONa，5 g·L?1；檸檬酸三銨，2 g·L?1；硫酸鎂，0.2 g·L?1；磷酸錳，0.05 g·L?1；瓊脂，15 g·L?1）、營養瓊脂培養基（蛋白胨，10 g·L?1；牛肉膏粉，3 g·L?1；NaCl，5 g·L?1；瓊脂粉，15 g·L?1）和馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基（馬鈴薯浸出粉，300 g·L?1；葡萄糖，20 g·L?1；瓊脂，15 g·L?1；氯霉素，0.1 g·L?1）培養計數［14］。乳酸菌在厭氧條件下 37 ℃培養 2 d；好氧細菌、酵母菌和霉菌在有氧條件下30 ℃培養2～3 d。

1.3.2 發酵品質和好氧穩定性測定 稱取20 g 混勻的青貯飼料，加入80 mL 蒸餾水，在4 ℃下浸泡18 h 后過濾，測定pH、NH3-N 和有機酸含量。pH 值用FE28 pH 計測定；氨態氮采用凱氏定氮儀直接蒸餾測定；取2 mL 濾液在低溫離心機中12000 r·min?1離心3 min，再用0.45 μm 的微孔濾膜過濾，使用島津LC-20AT 型高效液相色譜儀分析濾液中的有機酸含量。色譜條件：色譜柱為RSpak KC-811；檢測器為RID-10A；流動相為0.1 mmol·L?1的磷酸溶液；流速為1 mL·min?1；柱溫40 ℃；進樣量20 μL。青貯飼料開袋取樣分析后，剩余的青貯飼料不封口放置在青貯袋中用干凈的濕紗布覆蓋袋口防止青貯飼料水分蒸發，于不同天數（d）取樣分析pH。pH 值上升幅度小，則好氧穩定性較好，反之則較差。

1.4 數據處理

試驗數據采用IBM SPSS Statistics 19 和Excel 軟件進行處理和統計分析，采用單因素方差分析對象草及各添加處理的營養價值、青貯指標（pH 值、有機酸等）和微生物數量進行檢驗。處理間采用鄧肯氏（Duncan）多重比較檢驗，顯著水平為P＜0.05。

2 結果與分析

如表1 所示，與對照相比，所有添加處理均顯著增加了DM 含量（P＜0.01），但對WSC 含量無顯著影響（P＞0.05）。添加小麥粉、干豆腐渣和麥麩顯著增加了CP 含量（P＜0.01）。添加小麥粉、麥麩顯著降低了CF 含量（P＜0.01）。所有添加物對NDF 均無顯著影響（P＞0.05），添加小麥粉和麥麩顯著降低了ADF 含量（P＜0.01）。添加小麥粉、干豆腐渣和麥麩顯著降低了CA 含量（P＜0.01）。添加米糠、小麥粉和麥麩顯著增加了pH，添加米糠、小麥粉和干豆腐渣顯著降低了緩沖能（P＜0.05）。添加干豆腐渣和麥麩顯著增加了青貯原材料乳酸菌的數量，添加麥麩顯著增加了青貯原材料好氧細菌數量（P＜0.01），并降低了酵母數量（P＜0.05），所有添加處理對霉菌數量無顯著影響（P＞0.05）。

表1 添加水分吸附材料后的營養成分和微生物數量Table 1 Nutrient index and microbial counts before silage treatment with different moisture-absorbing materials

如表2 所示，所有添加處理均顯著增加了青貯飼料的DM 和乳酸含量（P＜0.01），對pH、乙酸和丙酸含量無顯著影響（P＞0.05），添加小麥粉顯著增加了丁酸和 NH3-N 含量（P＜0.05）。如表 3 所示，添加米糠顯著增加了象草青貯飼料中乳酸菌數量（P＜0.05），其他處理無顯著影響（P＞0.05）。所有處理的好氧微生物數量無顯著變化（P＞0.05），并均未檢測出酵母和霉菌。對照和添加米糠的處理在暴露空氣9 d 后pH 值發生明顯變化，而到了第13 天只有添加小麥粉和干豆腐渣的處理pH 值保持穩定，說明添加小麥粉和干豆腐渣的象草青貯飼料好氧穩定性最好（圖1）。

表2 不同水分吸附材料對象草青貯發酵品質的影響Table 2 Effects of different moisture-absorbing materials on fermentation quality of napier grass silage

表3 不同水分吸附材料對象草青貯飼料微生物數量的影響Table 3 Effects of different moisture-absorbing materials on the number of microorganisms of napier grass silage（log10 cfu·g?1 FM）

圖1 有氧條件下不同水分吸附材料處理的象草青貯飼料pH值變化Fig. 1 pH value changes of napier grass silage with different moisture-absorbing materials after exposed to the air

3 討論

青貯飼料的發酵品質主要取決于牧草特性，包括DM 含量，可溶性碳水化合物（WSC）含量以及附生微生物組成等。一般情況下青貯原材料的WSC 含量達到6.0%～7.0% DM，附生乳酸菌數量超過105cfu·g?1FM 就能滿足很好的青貯發酵需求［3］。青貯成功的關鍵在于促進乳酸菌生長，在厭氧條件下，當青貯原材料DM 含量、緩沖能、WSC 含量適宜時，附著的乳酸菌才能夠進行大量繁殖，pH 值迅速降低，抑制有害菌（大腸桿菌、梭菌、芽孢桿菌、酵母菌、霉菌等）生長。本研究中象草的WSC 含量雖然高達6.72% DM，達到了優質青貯飼料WSC 的含量需求，但是附生的乳酸菌數量少于105cfu·g?1FM，好氧細菌的數量遠遠超過了乳酸菌的數量，DM 含量只有15.44% FM，不利于乳酸菌發酵，乳酸產生速率較低，pH 下降緩慢，容易引起有害菌的生長繁殖［15］，導致單獨青貯效果不佳（表2，P＜0.01）。適宜的含水量是調制優良青貯飼料的必備條件［16］，本研究中所有添加處理的DM含量均顯著增加（表1，P＜0.01），并且降低了緩沖能值，改善了原材料的理化特性（表1），更加有利于乳酸發酵（表2，P＜0.01）。米糠和麥麩可作為優質的水分吸附材料，用于調制高水分青貯飼料，本研究中添加米糠和麥麩顯著提升了乳酸含量（表2，P＜0.01），這與何玉鵬等［17］的研究結果相似，添加干豆腐渣也有同樣的效果并且其丁酸和氨態氮的含量呈現下降的趨勢（表2），說明干豆腐渣具有作為優質水分吸附材料的應用潛力。相對于其他添加材料，小麥粉的營養成分更加充足且更加容易被微生物利用［18］，在青貯原材料附生的乳酸菌數量過少的情況下，乳酸菌難以快速生長繁殖迅速降低pH，導致有害微生物得以生長繁殖，降解營養物質并產生大量的丁酸和NH3-N［3］，導致添加小麥粉的處理丁酸和NH3-N 的含量顯著增加（表2，P＜0.05），因此效果不佳。

青貯開袋后，由于氧氣進入，酵母、霉菌等好氧微生物開始利用青貯發酵產生的乳酸及牧草中的氨基酸、蛋白質和糖類進行增殖，使青貯飼料中乳酸減少，pH 值逐漸上升進一步促進好氧微生物的增殖最終發生好氧變質［19?20］。包括對照在內的所有處理在暴露于空氣中第9 天后只有添加小麥粉、干豆腐渣和麥麩的處理pH 值仍保持相對穩定，到了第13 天只有添加小麥粉和干豆腐渣的處理pH 保持穩定，說明添加小麥粉和干豆腐渣能夠更有效提高象草青貯飼料的好氧穩定性（圖1），研究表明丁酸和NH3-N 含量的增加可造成好氧穩定性的升高［3］，而添加小麥粉處理的丁酸和NH3-N 含量顯著高于其他處理（表2，P＜0.05），添加豆腐渣的處理丁酸和NH3-N 含量最低，分別只有0.04% DM 和9.75% TN，符合優質青貯飼料的標準，因此，添加小麥粉的處理好氧穩定性與干豆腐渣相似，可能與其青貯發酵品質較差有關，進而表明添加干豆腐渣處理的青貯效果要優于小麥粉。

4 結論

添加象草鮮重10%的米糠、麥麩和干豆腐渣均能改善象草青貯飼料的發酵品質，添加干豆腐渣能夠顯著改善象草青貯飼料的好氧穩定性，綜合比較分析營養特性、青貯發酵品質和好氧穩定性，干豆腐渣具有作為優質青貯水分吸附材料的應用潛力。