添加纖維素酶與藜麥麩皮及小麥麩皮對臺灣紅藜青貯的影響

趙小雪, 郭鳳根, 羅富成

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 云南 昆明 650000)

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld.)是藜科藜屬一年生雙子葉草本植物[1]。藜麥籽粒富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素、人體必需氨基酸等多種營養(yǎng)物質(zhì)，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織稱為“唯一一種單體植物即可滿足人體基本營養(yǎng)需求的食物”[2]。臺灣紅藜(C.formosanumKoidz.)是生長在臺灣省的原生植物，與藜麥同為藜科藜屬植物，具有與藜麥相似的生物學(xué)特性[3-4]；成熟期莖稈呈紫紅色，葉片及花穗有紅、黃、橘、紫等不同顏色，觀賞價值較高。臺灣紅藜在香格里拉等地長勢好，植株高度可達3 m，生物量大，但只開花不結(jié)籽，飼用潛力大；與其它飼草作物相比，臺灣紅藜具有耐旱、耐寒、耐鹽堿、耐瘠薄等特性[5]，在逆境下均表現(xiàn)出較強的抗性，因此可為高海拔地區(qū)提供大量的優(yōu)質(zhì)飼草。

青貯是能將青飼料長期保存并降低營養(yǎng)物質(zhì)損失的有效方法[6-7]。臺灣紅藜作為一種潛在的新型飼草資源，其加工利用方面的研究相對較少。藜麥秸稈的含糖量相對較低，纖維素含量高，質(zhì)地粗糙堅硬，不利于有效微生物的生長，粗飼料中纖維與有機物的消化呈負相關(guān)，纖維含量越高，飼料品質(zhì)越低，因此其直接青貯成功率較低且品質(zhì)不佳[8-9]，青貯過程中添加纖維素酶制劑，可以降解木質(zhì)纖維素含量，促進乳酸菌發(fā)酵，從而改善青貯品質(zhì)，提高飼料利用效率[10]。魏玉明等[9]比較了多種添加劑對藜麥秸稈青貯的影響，認為纖維素酶能夠很好的改善藜麥秸稈的發(fā)酵品質(zhì)，有利于青貯飼料的保存。青貯過程中，除了使用酶制劑外，添加適量的小麥(TriticumaestivumL.)麩皮可加快青貯發(fā)酵速度[11]。呂建敏等[12]，吳躍明等[13]認為纖維素酶制劑與小麥麩皮同時使用，能更好地提高青貯的發(fā)酵品質(zhì)。

藜麥籽粒加工過程中會產(chǎn)生大量的麩皮，但多數(shù)麩皮被丟棄，既浪費資源，也污染環(huán)境。藜麥麩皮中含有較多營養(yǎng)物質(zhì)，將其合理用于反芻動物飼養(yǎng)，有利于我國養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展[14]，也為藜麥麩皮利用提供新思路。藜麥麩皮含水量低，皂苷含量較高，適口性差，不宜直接飼喂，需經(jīng)過適當?shù)募庸ふ{(diào)制，才能提高動物的采食率。藜麥麩皮及小麥麩皮均為籽粒加工生產(chǎn)時的副產(chǎn)物，二者營養(yǎng)成分相當，后者被廣泛應(yīng)用到青貯飼料的生產(chǎn)中[15-17]，但藜麥麩皮的研究較少。因此，本研究為提高臺灣紅藜青貯發(fā)酵品質(zhì)，增加青貯飼料營養(yǎng)價值，提高農(nóng)副產(chǎn)品利用率，以纖維素酶作為青貯添加劑，比較藜麥麩皮、小麥麩皮對臺灣紅藜青貯品質(zhì)的影響，為藜麥青貯飼料的生產(chǎn)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為開花期臺灣紅藜，采自云南省迪慶州香格里拉市小中甸鎮(zhèn)藜麥科技試驗示范基地。供試添加物：纖維素酶、藜麥麩皮、小麥麩皮，營養(yǎng)成分見表1。纖維素酶(綠色木酶，活性為50 U·mg-1)購自上海源葉生物科技有限公司，藜麥麩皮、小麥麩皮均在市場上購買。

表1 藜麥麩皮、小麥麩皮營養(yǎng)成分(DM)Table 1 Nutritive compositions of Quinoa Bran and Wheat bran 單位：%

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置4個處理組，對照組(CK)：直接青貯；A1：纖維素酶組(0.5 g·kg-1鮮草);A2：纖維素酶(0.5 g·kg-1鮮草)+5%藜麥麩皮組；A3：纖維素酶(0.5 g·kg-1鮮草)+5%小麥麩皮組。

1.3 試驗方法

用動力鍘草機將臺灣紅藜秸稈鍘碎至0.5～1 cm，按試驗設(shè)計分別加入纖維素酶、小麥麩皮、藜麥麩皮混勻，對照組添加相應(yīng)體積的去離子水。人工裝入5 L的青貯桶中，壓實排盡空氣，每桶青貯材料6 kg，避光室溫(15～25℃)保存，各處理重復(fù)3次。

青貯發(fā)酵60天后，將青貯桶打開，按上部、中部、下部隨機取樣，之后將樣品進行充分混合，實驗室測定其營養(yǎng)成分。

1.4 青貯飼草的質(zhì)量評定

1.4.1感官評定 感官評定參照德國農(nóng)業(yè)協(xié)會(Deutche Lan Dwirtschafts Geseutschaft)推薦的評分法[18]，從氣味、結(jié)構(gòu)及色澤3個方面進行評定，16～20分為1級(優(yōu)良)，10～15分為2級(尚好)，5～9分為3級(中等)，0～4分為4級(腐敗)。

1.4.2營養(yǎng)成分的測定 (1)常規(guī)營養(yǎng)成分分析法測定干物質(zhì)(Dry matter，DM)、灰分(Ash)、粗脂肪(Ether extract，EE)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)、粗蛋白(Crude protein，CP)，分析方法參照張麗英《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[19]；水溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates，WSC)采用蒽酮-硫酸比色法進行測定[20]。

(2)氨態(tài)氮(NH3-N)含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定[21]；pH值采用pH計(奧豪斯-ST2100/B)測定；乳酸(Lactic acid，LA)、乙酸(Acetic acid，AA)、丙酸(Propionic acid，PA)、丁酸(Butyric acid，BA)采用氣相色譜法測定(委托西安國聯(lián)質(zhì)量檢測技術(shù)有限公司測定，高效氣相色譜儀安捷倫7890A，色譜柱：C18柱4.6 mm×250 nm；柱溫：40℃；流速：1.0 mL·min-1；檢測波長：210 nm；進樣體積：20 μL；流動相：0.1%磷酸溶液-甲醇=75+25(體積比)比例的流動相等度洗脫25 min)；等級評定參照費氏評分法，根據(jù)乳酸、乙酸、丁酸占總酸的百分比進行評分，詳見表2[22]，評分結(jié)果分為5個等級，80～100分為優(yōu)，61～80分為良，41～60分為可，21～40分為中，0～20分為劣[23]。

表2 弗氏青貯飼料評分方法Table 2 The Fliegh evaluation of silage

(3)相對飼喂價值(Relative feed value，RFV)、粗飼料分級指數(shù)(Grading index，GI)的計算如下[24-25]，分級標準見表3[26]。

表3 粗飼料分級標準Table 3 Roughage grading standard

相對飼喂價值RFV=(DDM×DMI)/1.29(%DM)；

可消化干物質(zhì)DDM=88.9-0.779ADF(%DM)；

粗飼料干物質(zhì)隨意采食量； DMI=120/NDF(%DM)；

GI2001(MJ·d-1)=NEL(MJ·kg-1)×VDMI(kg·d-1)×CP(%)/NDF(%)；

粗飼料產(chǎn)乳凈能NEL(MJ·kg-1)=(1.085-0.015×ADF)×9.29；

粗飼料隨意采食量VDMI(kg·d-1)=120/NDF(%DM)×BW(kg)(體重以600 kg計)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析；差異顯著性標準采用Duncan's法，數(shù)據(jù)用平均值表示，P<0.05為差異顯著；采用隸屬函數(shù)法對青貯飼料營養(yǎng)水平進行綜合評價[27-29]，如果測定的指標與青貯飼料的營養(yǎng)水平成正相關(guān)則用(1)計算，如果是負相關(guān)，則用式(2)進行計算，計算公式為[30]：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

R(Xi)= (Xmax-Xi)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中，R(Xi)為某指標隸屬函數(shù)值，Xi為該指標的測定值；Xmax為該指標最大值；Xmin為該指標最小值。然后對所有指標隸屬函數(shù)值進行相加，求其均值，值越大，綜合性能越好，以均值大小進行排名。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同青貯處理對臺灣紅藜青貯感官品質(zhì)的影響

根據(jù)青貯料的氣味、顏色、質(zhì)地結(jié)構(gòu)等指標進行感官評價。由表4可知，臺灣紅藜不同青貯處理后的感官評分等級均在中等以上。A1，A2，A3組顏色呈黃綠色，質(zhì)地松散不粘手，有濃烈的酸香味，得分均為19分，青貯飼料品質(zhì)較好，為優(yōu)良品級；CK組無丁酸臭味，芳香味較弱，色澤略變色，結(jié)構(gòu)保持較好，得分15分，為尚好等級。

表4 不同處理后青貯飼料的感官評價Table 4 Sensory evaluation after different treatments of silage

2.2 不同處理后青貯飼料常規(guī)營養(yǎng)成分的變化

不同添加物處理后青貯飼料常規(guī)營養(yǎng)成分的變化見表5。鮮樣DM與青貯處理的DM之間有顯著差異(P<0.05)，CK，A1，A2間無顯著差異，但均顯著高于A3(P<0.05)；鮮樣的CP含量顯著高于CK，A1，A3(P<0.05)，是CK，A1，A3的1.12，1.09，1.04倍。青貯組中，A1，A2，A3的CP含量均顯著高于CK(P<0.05)，分別是CK的1.02，1.20，1.08倍，CP含量排序為A2> A3>A1>CK；鮮樣的EE含量和青貯后的變化不大，無顯著差異；鮮樣的WSC含量顯著高于各青貯處理(P<0.05)，是CK，A1，A2，A3的16.87，18.8，9.97，3.12倍。青貯處理中，A3的WSC含量顯著高于CK，A1(P<0.05)，與A2無顯著差異；鮮樣的Ash含量顯著高于添加物的青貯處理(P<0.05)，各青貯處理間Ash含量無顯著差異；鮮樣的ADF含量顯著高于青貯處理(P<0.05)，不同青貯處理間無顯著性差異；各處理間NDF的差異與ADF稍有不同，鮮樣與CK，A1的NDF含量無顯著性差異，與A2，A3間有顯著差異(P<0.05)。

表5 不同處理后青貯飼料常規(guī)營養(yǎng)成分的變化Table 5 Changes of nutritive compositions of silage after different treatments

2.3 不同處理后青貯飼料RFV及GI2001等級評定

DDM值與NEL值排序為A3>A2>A1>CK>鮮樣，DMI與二者的排序略有不同，A2>A3>A1>CK>鮮樣(表6)。根據(jù)RFV及GI2001對飼料進行分級評定，兩種飼料評定方法的結(jié)果趨勢一致。鮮樣的RFV及GI2001最低，除GI2001與CK差異不顯著外，RFV及GI2001與各青貯處理均有顯著差異(P<0.05)。青貯處理中，A2，A3組RFV及GI2001顯著高于CK，A1(P<0.05)，排序為A2>A3>A1>CK，參照RFV和GI的飼料分級標準，A2，A3品質(zhì)為2級；鮮樣，CK，A1為3級。

表6 飼料DDM，DMI，NEL值及RFV，GI2001等級評定Table 6 DDM,DMI,NEL value and RFV,GI2001 grade evaluation

2.4 不同處理后青貯飼料發(fā)酵參數(shù)的變化

pH值是評定青貯質(zhì)量的重要指標，由表7可知，CK的pH值為4.1，顯著高于其他處理組(P<0.05)，A1，A3的pH值顯著低于其他處理(P<0.05)；CK，A3的NH3-N含量高于A1，A2，但各組分間無顯著差異；CK的LA含量顯著低于A2，A3(P<0.05)，與A1無顯著差異；A3的AA含量最高，A1最低，除CK與A2間差異不顯著外，其他各組間均有顯著差異(P<0.05)；PA及BA在4種青貯處理中均未檢測出。各處理的LA/TA值均大于60%，AA/TA的值均低于40%，根據(jù)弗氏(Fleigh)評分方法，CK，A1飼料品質(zhì)為良好等級；A2，A3為優(yōu)等青貯飼料。

表7 不同處理后青貯飼料發(fā)酵參數(shù)的變化Table 7 Changes of fermentation parameters of silage after different treatments

2.5 隸屬函數(shù)法綜合評價

以DM，CP，EE，WSC，LA/TA為品質(zhì)優(yōu)良指標，即品質(zhì)正相關(guān)指標，以Ash，NDF，ADF，pH，NH3-N，AA/TA為負相關(guān)指標，采用隸屬函數(shù)法對青貯飼料的品質(zhì)進行評價(表8)。綜合4種青貯的平均值發(fā)現(xiàn)：A2>A3>A1>CK，平均值越大綜合價值越高，飼料品質(zhì)越好，反之越差。

表8 不同青貯處理營養(yǎng)水平綜合評價Table 8 Comprehensive evaluation of nutrient levels in different silage treatments

3 討論

3.1 纖維素酶與藜麥麩皮及小麥麩皮對臺灣紅藜青貯感官評價的影響

優(yōu)良的青貯飼料的顏色接近于原料顏色，氣味芳香，質(zhì)地柔軟松散[31]。本研究中各處理顏色均呈黃綠色，質(zhì)地松散不粘手，除CK芳香味較弱，品質(zhì)為尚好等級外，其他處理均有強烈的酸香味，為優(yōu)良等級，說明臺灣紅藜是良好的青貯材料，可以通過青貯方式保存，且添加纖維素酶與藜麥麩皮、小麥麩皮可以進一步提高臺灣紅藜的感官評價。

3.2 纖維素酶與藜麥麩皮及小麥麩皮對臺灣紅藜飼料營養(yǎng)品質(zhì)的影響

粗蛋白是反映飼料飼用價值的重要指標[31]。本試驗發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，臺灣紅藜使用纖維素酶青貯可顯著提高粗蛋白含量(P<0.05)，主要原因是纖維素酶能使原料的部分結(jié)構(gòu)性多糖水解成單糖，促進乳酸發(fā)酵，抑制腐敗菌和梭菌等有害微生物的活動，減少蛋白質(zhì)和氨基酸的降解[32]，這與高海娟等[33]、徐煒等[34]的研究結(jié)果相似。A2，A3的粗蛋白含量顯著高于其他處理，可能因為藜麥麩皮、小麥麩皮本身含有較高的粗蛋白，所以在青貯過程中增加了飼料粗蛋白含量，又因藜麥麩皮本身的粗蛋白含量高于小麥麩皮，所以A2的粗蛋白含量顯著高于A3(P<0.05)。因此在實際青貯飼料生產(chǎn)中適當添加酶制劑與農(nóng)副產(chǎn)品如藜麥麩皮等，可以提高飼料營養(yǎng)品質(zhì)。

粗脂肪是飼料中重要的營養(yǎng)成分。本研究中，臺灣紅藜青貯后與原料相比，粗脂肪含量增加，與鄧薈芬等[10]在不同添加劑對飼用苧麻(BoehmerianiveaL.)與麥麩混合青貯品質(zhì)的影響研究中得出的結(jié)論不同，與高月娥等[35]、楊浩哲等[36]的研究結(jié)果相似。青貯后飼料粗脂肪含量增加，可能與青貯過程中參與活動和作用的微生物有關(guān)系，具體原因還有待進一步試驗論證。

原料中水溶性碳水化合物含量決定了青貯飼料是否成功以及質(zhì)量的優(yōu)劣。本研究中臺灣紅藜的碳水化合物含量為6.58%，達到調(diào)制優(yōu)質(zhì)牧草青貯飼料的標準[37]。臺灣紅藜青貯處理的水溶性碳水化合物含量均顯著低于鮮樣(P<0.05)，其主要原因是青貯期間乳酸菌活動旺盛，消耗的水溶性碳水化合物較多[38]，A2，A3的含量高于CK，A1，可能是由于青貯發(fā)酵過程中纖維素酶等微生物分解藜麥麩皮、小麥麩皮中的纖維等物質(zhì)而使水溶性碳水化合物含量升高。

粗飼料的品質(zhì)評定中，不僅參考各種主要營養(yǎng)成分的含量，還要考慮動物對粗飼料的采食和利用狀況[39]。中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維直接影響家畜對飼料的采食率和消化率。本試驗中臺灣紅藜青貯后二者的含量均低于原料，這與魏玉明等[9]、鄭明揚等[40]、徐然等[41]的研究結(jié)論相一致。通過中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維的含量，計算得出RFV，GI2001值，二者等級一致，A2，A3飼料品質(zhì)優(yōu)于鮮樣、CK，A1，以二者試驗結(jié)果作為參考標準進行了飼用價值評判，認為纖維素酶與藜麥麩皮混合的處理效果較好。

3.3 纖維素酶與藜麥麩皮及小麥麩皮對臺灣紅藜飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響

在青貯飼料中，有機酸總量及其構(gòu)成可以反映青貯發(fā)酵過程的好壞，包括乙酸、丙酸、丁酸和乳酸等[22]，其中乳酸與青貯飼料青貯品質(zhì)呈正相關(guān)，是引起青貯飼料pH值下降重要因素[38]，pH值是衡量青貯飼料品質(zhì)好壞的重要指標之一。本研究中各青貯處理的pH值均小于4.2，達到了一般青貯飼料良好的標準[42]，表明臺灣紅藜為優(yōu)質(zhì)青貯材料。CK的乳酸含量均小于添加物青貯處理，且與A2，A3之間差異顯著(P<0.05)，主要由于纖維素酶的添加加速了木質(zhì)纖維素類的水解，藜麥麩皮與小麥麩皮增加了原料的碳水化合物含量，為乳酸菌的擴大繁殖提供了營養(yǎng)[23]，這一結(jié)論與馬瑩等[43]、花梅等[44]、王玉榮[45]的研究結(jié)果一致。根據(jù)費氏評分標準，A2，A3得分分別為82，83，可能因為藜麥麩皮的淀粉含量低于小麥麩皮，因此后者提供給乳酸菌的底物多于前者，但A2，A3飼料品質(zhì)等級均為優(yōu)，說明添加藜麥麩皮、小麥麩皮可以提高臺灣紅藜的青貯品質(zhì)。

3.4 纖維素酶與藜麥麩皮及小麥麩皮對臺灣紅藜飼料品質(zhì)的綜合評價

單一指標并不能直接反映青貯飼料營養(yǎng)價值的高低，需要從多個角度對指標進行綜合分析。本試驗通過隸屬函數(shù)法對不同青貯處理進行綜合分析，結(jié)果表明，A2處理飼用價值最高，其次為A3，主要因為藜麥麩皮本身含有較高粗蛋白、粗脂肪、淀粉、纖維等，在增加青貯料的發(fā)酵底物促進乳酸發(fā)酵的同時又因其豐富的營養(yǎng)成分而提高了青貯飼料的營養(yǎng)價值。這一結(jié)論與呂建敏等[12]、吳躍明等[13]及楊潔等[11]得出的麩皮與酶制劑同時使用時能較好地提高青貯飼料品質(zhì)的結(jié)論趨于一致。

4 結(jié)論

臺灣紅藜是良好的青貯材料，青貯過程中，在使用纖維素酶的基礎(chǔ)上，添加一定量的藜麥麩皮，可以增加青貯飼料的干物質(zhì)、粗蛋白、粗脂肪、可溶性碳水化合物及乳酸含量，降低粗灰分、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、氨態(tài)氮含量及pH值，增加農(nóng)副產(chǎn)品利用率的同時青貯飼料的品質(zhì)也得到了提升。