復合菌劑對干谷草發酵品質及營養價值的影響

田祖光， 孫悅龍， 劉 浩， 趙蕊蕊， 郭曉軍*

（1.保定市生產力促進中心，河北保定071000；2.河北農業大學生命科學學院，河北保定071000）

我國是農業大國，谷類作物栽培面積及產量位居世界第一（郭永慶等，2009），尤其在北方地區，谷類作物產量遠高于其他地區。大量谷類作物的種植也帶來了谷草資源利用不充分等問題，因此，提高谷草資源利用率是亟需解決的問題（江平，2004）。谷草是一種優質的飼料原料，其在養殖業中的推廣與應用在一定程度上緩解了我國由于飼料資源不足帶來的飼料短缺問題（畢于運，2010），同時提高了谷草的資源利用率。研究表明，谷草營養價值較高，將其替代牲畜日糧中部分粗飼料具有良好的飼喂效果（孫茂紅等，2015）。雖然谷草是一種可被反芻動物利用的粗飼料替代品，但是粗蛋白質含量僅在5%左右，高含量的木質纖維素導致谷草飼喂反芻動物后采食量與營養物質的吸收利用率降低（王旭等，2005）。

研究表明，谷草經微生物發酵后，可明顯提升其品質和營養價值，有效降解谷草中殘留的霉菌毒素和抗營養因子（Okeke Chiamaka等，2015）。此外，發酵谷草中含有眾多益生菌、消化酶和有機酸等，有助于改善動物腸道微生物區系的動態平衡，促進對營養物質的吸收利用，還能夠降低反芻動物等的瘤胃pH，抑制病原菌的繁殖，提高動物機體的免疫力，減少疾病的發生率 （Niu等，2019）。飼料經過微生物發酵后，還可顯著減少家禽糞便氨態氮的排放，有效改變重金屬的化學形態，降低氨氣和硫化氫的排放量，明顯改善飼喂環境，減少畜禽養殖污染（Sheng等，2016；Ahmed等，2014）。因此，本試驗采用兩株枯草芽孢桿菌和一株魏斯氏菌發酵干谷草，通過發酵品質評定與綿羊體內和體外法評價發酵干谷草的營養價值，進一步明確發酵干谷草在反芻動物飼喂中的作用，為干谷草的綜合利用提供種質資源，為反芻動物的飼養提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 復合菌劑：有效活菌數為1×1010cfu/g，由枯草芽孢桿菌F-1、枯草芽孢桿菌2N-14和魏斯氏菌X-2以4:4:2混合。委托河北眾邦生物技術有限公司生產。營養性添加劑：硫酸銨。“張雜谷”干谷草。

1.2 谷草發酵方法 將“張雜谷”谷草用粉碎機粉碎成＜2.0 cm的小段，用噴霧器均勻地噴灑自來水，使其含水量達到50%左右。將微生物發酵菌劑（添加量1%，濕重）溶解于自來水中，用噴霧器均勻地噴灑在粉碎的谷草上，攪拌均勻后稱取50 kg裝于白色塑料袋中，壓實密封，制成加菌發酵谷草（試驗組）。以不添加復合菌劑和硫酸銨的谷草作為對照（對照組）。每組制作60袋，各3 t。室溫下放置60 d，開封后各取2個打包袋進行樣品采集，樣品用于感官評價、營養成分測定、體外產氣試驗和尼龍袋降解率試驗。

1.3 試驗動物與飼養管理 提供瘤胃液的動物為4只裝有永久瘤胃瘺管的新疆細毛羊與杜泊羊雜交的4周歲公綿羊，體重為（40.83±4.11）kg，參照《肉羊飼養標準》（NY/T 816-2004）推薦的營養需要配制基礎飼糧，精粗比為3：7，其組成及營養水平見表1。每天于07:00和17:00等量飼喂2次，先粗后精，自由飲水。

表1 基礎飼糧組成及營養水平

1.4 測定指標及方法

1.4.1 感官評價 按德國農業協會（ADLG）質量感官評分標準，對各試驗組的感官指標進行評價（農業部畜牧獸醫司，1996）。

1.4.2 水分、pH、有機酸測定 水分的測定參照GB/T6435-2006；pH的測定參照劉禎等（2012）的pH計方法；有機酸含量測定參照趙蕊蕊等（2019）方法進行。

1.4.3 營養成分測定 發酵干谷草干物質（DM）、粗蛋白質（CP）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）、酸性洗滌木質素（ADL）的測定參照趙蕊蕊等（2019）方法進行。

1.4.4 發酵干谷草綿羊瘤胃降解率測定 將加菌和不加菌發酵谷草樣品分別烘干、粉碎并混合均勻。精確稱取5.000 g谷草樣品放于預先恒重的尼龍袋內，參照吳立坡（2020）方法測定瘤胃降解率。

1.4.5 發酵干谷草綿羊體外產氣量測定 在采集瘤胃液進行體外產氣試驗之前先預飼10 d。采用單因素完全隨機試驗設計，體外發酵系統有2個發酵罐（每個發酵罐的有效容積為200 mL），其中1個發酵罐設為空白對照組（不添加發酵底物和谷草，用于發酵罐中產氣量的校正），1個發酵罐添加培養液+發酵底物+加菌發酵谷草，發酵12 h，試驗連續進行5 d，即每個添加水平設置5個重復。參照張仲卿（2019）方法測定產氣量、pH和揮發性有機酸。

1.5數據統計 發酵干谷草發酵品質和營養價值評價的數據采用SAS 9.3中的T-test進行統計分析。以P＜0.05為差異顯著評判標準。

2 結果與分析

2.1 發酵干谷草的感官評價 發酵后，試驗組未發現霉變，有芳香味道，無丁酸臭味，谷草松軟，緊壓后呈團狀且無水滴流下，符合感官評價的優級標準。對照組未發現霉變，但發酵效果明顯低于試驗組。

2.2 發酵干谷草的水分、pH、有機酸含量 由圖1可知，試驗組含水量為49.87%，較對照組降低了0.85%（P＞0.05）；試驗組的乳酸、乙酸含量分別為5.42%、1.80%，較對照組分別提高431.37%（P＜0.05）、63.64%（P＞0.05），乳酸、乙酸含量的升高使得發酵后的谷草具有芳香性，有助于提高干谷草的適口性。試驗組pH為3.98，較對照組降低了23.46%（P＜0.05），發酵飼料的pH小于4被認為是優質飼料。

圖1 發酵谷草發酵指標

2.3 谷草營養成分分析 發酵谷草的營養價值分析結果見圖2。干谷草在添加了微生物菌劑和硫酸銨后DM含量為60.34%，較對照組提高了0.13%（P＞0.05）；CP含量為13.04%，較對照組提高了61.19%（P＜0.05）；NDF、ADF、ADL含量分別為65.95%、43.59%、7.47%，較對照組分別降低了9.06%、12.28%、14.92%（P＜0.05）。

圖2 發酵谷草營養價值分析

2.4 發酵干谷草的瘤胃降解率結果 由表2可知，試驗組DM的快速降解部分為11.04%，較對照組 提 高16.83%（P＜0.05）；慢 速 降 解 部 分 為55.93%，較對照組降低了2.60%（P＞0.05），慢速降解部分的降解率為0.05%，較對照組提高25.00%（P＜0.05）；有效降解率為39.01，較對照組提高11.55%（P＜0.05）。試驗組CP的快速降解部分為15.82%，較對照組提高了8.50%（P＜0.05）；慢速降解部分為32.83%，較對照組降低了2.18%（P＞0.05）；慢速降解部分的降解率為0.05%，較對照組提高了25.00%（P＜0.05）；有效降解率為32.24，較對照組提高了9.29%（P＜0.05）。試驗組NDF的快速降解部分為13.36%，較對照組提高了15.87%（P＜0.05）；慢速降解部分為80.54%，較對照組提高了0.6%（P＞0.05）；慢速降解部分的降解率為0.03%，較對照組提高了50.00%（P＜0.05）；有效降解率為43.56，較對照組提高了26.85%（P＜0.05）。試驗組ADF的快速降解部分為8.06%，較對照組提高了20.66%（P＜0.05）；慢速降解部分為65.65%，較對照組降低了1.34%（P＜0.05）；慢速降解部分的降解率為0.04%，較對照組提高了33.33%（P＜0.05）；有效降解率為37.24，較對照組提高了17.74%（P＜0.05）。

表2 發酵干谷草瘤胃降解參數

2.5 培養液pH及揮發性脂肪酸濃度和比例由圖3可知，試驗組培養液的pH為6.84，較對照組降低了1.58%（P＜0.05），pH的降低可有效抑制腐敗菌的繁殖生長。試驗組培養液中乙酸和丙酸含量為62.56%、26.38%，分別較對照組提高了3.87%、8.96%（P＜0.05）；丁酸含量為11.16%，較對照組降低了28.28%（P＜0.05），丁酸含量的降低減少了臭味，同時乙酸/丙酸比例降低。

圖3 發酵谷草體外發酵指標的分析

2.6 總產氣量和甲烷產量 由表3可知，試驗組總產氣量為93.53 mL/g，較對照組提高了4.28%（P＜0.05）；而甲烷產氣量為42.56 mL/g，較對照組降低了5.92%（P＜0.05）。

表3 發酵谷草體外發酵總產氣量和甲烷產量分析mL/g

3 討論

谷草營養豐富，具有較高的營養價值，作為一種粗飼料替代品，被廣泛應用于飼喂牲畜等。谷草中粗蛋白質（CP）含量大約為7.5%，其營養價值遠高于其他禾本科植物（范光宇等，2016），但是谷草中高含量的粗纖維導致其不能被充分利用。研究表明，谷草的纖維品質比青干草等較差，但優于玉米等（張吉鹍等，2004）。任偉忠等（2020）研究了不同比例全株玉米青貯、谷草等對于奶牛的影響，試驗發現，當谷草添加比例為45%時，飼喂效果較好，表觀消化率提高了9%～14%。為了充分利用谷草，使用益生菌將其發酵是一種提高資源利用率的有效方式。本試驗中，利用兩株枯草芽孢桿菌和一株魏斯氏菌發酵干谷草。干谷草發酵后，試驗組未發現霉變，有芳香味道，無丁酸臭味，谷草松軟，緊壓后呈團狀且無水滴流下，符合感官評價的優級標準。谷草發酵后，含水量無明顯差異，pH降低，乳酸、乙酸含量升高，丁酸含量降低。丁酸含量的降低對谷草發酵后沒有丁酸臭味進行了合理解釋。研究表明，乳酸、乙酸含量的升高能有效提高飼料的適口性，顯著提高動物采食量，高含量的乳酸對動物的腸道健康和生長性能具有正向作用（任偉忠等，2020）。此外，pH的降低明顯改善了腸道屏障功能，可有效防止大腸桿菌等病原菌在腸道中定植（張強等，2018）。

通過對發酵后的干谷草進行營養成分分析，試驗發現，干谷草在添加了微生物菌劑和硫酸銨后CP含量顯著升高，NDF、ADF、ADL的含量顯著降低。吳寶華等（2015）發現，未發酵干谷草CP含量為8.5%左右，郭慶勇等（2009）試驗發現，谷草的CP含量為5%左右。本試驗中谷草經過發酵后，CP含量為13.04%，較未發酵的谷草具有較大的提升，這說明發酵對于干谷草CP含量的提高具有明顯的促進作用。干谷草中粗纖維的高含量是造成谷草利用率低的主要原因，干谷草中NDF含量為70.15%，ADF含量為43.43%（李蓓蓓等，2017）。盡管反芻動物的瘤胃中含有大量能夠分解木質纖維素的菌株，但其利用率低仍未得到有效解決。本試驗結果表明，谷草經過發酵后，NDF、ADF、ADL含量分別為65.95%、43.59%、7.47%，明顯低于未發酵谷草。這些大分子營養物質經過菌株的分解，轉化為可供動物易消化利用的小分子營養物質。

瘤胃體內法試驗發現，試驗組ED、CP、NDF、ADF的有效降解均顯著高于對照組。ED的降解率說明了其被消化利用的難易程度，飼料中的粗纖維是影響干物質降解率的關鍵因素，纖維含量高會降低ED的降解率（薛紅楓等，2007）。試驗中，由于添加了能夠降解纖維素的菌株，飼料中粗纖維含量減少，進而提高了ED的利用率。CP含量是判斷飼料蛋白質營養價值的主要依據，經過發酵后，谷草的蛋白質分子產生差異，而這種差異主要體現在酰胺II區（Yu，2004）。研究發現，酰胺II區主要由N-H彎曲、C-N伸展和少量的C=O伸展、C-C伸展和N-C伸展組成，由于發酵等工藝，影響了酰胺II區的結構，產生了與未經發酵谷草處理的差異，這種差異決定了動物機體對CP的消化吸收（Liu等，2020）。

體外法試驗發現，試驗組總產氣量顯著高于對照組，甲烷產氣量顯著低于對照組。谷草發酵的主要產氣來源是碳水化合物和CP，當飼料中可發酵和瘤胃微生物活性的提高，產氣量就越大（雷冬至等，2009）。碳水化合物包括結構性碳水化合物和非結構性碳水化合物，由于復合菌株的發酵作用，改變了碳水化物的結構，提高其含量，進而提高了總產氣量（田雨佳等，2018）。這可能是菌株產生的消化酶，作用于谷草的莖稈，將內部的營養物質釋放了出來。而甲烷產氣量的減少，可能是加入的復合菌劑抑制了產甲烷菌的生長繁殖，或是谷草發酵后，提高了飼料的吸收利用率，減少了飼料在瘤胃中的存留時間，進而減少甲烷的產氣量，具體原因還需要進一步研究與分析。

4 結論

在干谷草中添加復合菌劑和硫酸銨發酵后，粗蛋白質和乳酸含量顯著提高，不同纖維素含量顯著降低，改善了干谷草的發酵品質。各營養組分的瘤胃有效降解率均顯著提高；總產氣量顯著提高，而產甲烷量顯著降低。