不同青貯添加劑對飼用谷子青貯品質的影響

趙牧其爾， 王志軍， 包 健， 孫 林， 張永虎， 溫 蕊， 王 偉， 賈玉山， 格根圖*

(1. 內蒙古農業大學草原與資源環境學院， 農業部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室， 草地資源教育部重點實驗，內蒙古 呼和浩特 010019； 2. 內蒙古自治區農牧業科學院， 內蒙古 呼和浩特 010031； 3. 呼倫貝爾學院， 內蒙古 呼倫貝爾 021008)

谷子(SetariaitalicaL.)起源于我國，性喜高溫，屬于耐寒穩產作物，具有抗逆性強、水分利用率高、適應性強等特點[1]。谷子含豐富的蛋白質、脂肪和維生素，具有較高的保健作用[2]。青貯飼料具有耐貯藏、柔軟多汁、利于動物消化吸收的優點，在畜牧生產中已得到廣泛使用[3]。

谷子直接作為飼料利用時水分含量高，容易發霉變質，不僅營養價值下降，而且影響家畜健康，因此，在飼料化利用過程中，常將其加工調制成青貯。對谷草進行青貯處理，可以有效保存其營養成分、提升適口性并減少寄生蟲病害的發生。谷子莖稈中空，單獨青貯時很難達到完全厭氧的環境，導致其青貯時pH值升高、乳酸含量低，品質欠佳。為了減少青貯發酵的損失，提高其營養價值，在制作青貯飼料時常使用青貯添加劑，其中植物乳桿菌、纖維素酶和蔗糖等最為常見。近年來，很多學者以燕麥(AvenasativaL.)、全株玉米(ZeamaysL.)等植物為原料，添加乳酸菌、蔗糖、纖維素酶等調制青貯飼料，結果表明，青貯添加劑明顯改善了作物的青貯品質[4-5]。

飼用谷子獲得高產的關鍵環節是適時刈割技術，不同生育時期飼用谷子草產品的品質不同。李林等[6]研究結果表明，降低切碎長度和使用復合菌劑發酵均有助于促進全株飼用谷子青貯中纖維的分解，減少其丁酸產量，改善青貯感官評分。也有研究報道以灌漿期的‘張雜谷’為原料調制青貯飼料，結果表明，添加糖蜜和青貯添加劑使發酵底物充足，有機酸含量升高，pH值降低，抑制有害微生物生長，從而提高‘張雜谷’的青貯品質[7]。董揚等[8]對黑龍江半干旱地區飼草谷子的栽培技術進行研究，綜合產量和品質因素得出在灌漿期刈割適宜調制干草，而乳熟期刈割適宜調制青貯飼料。本課題組前期通過對谷子灌漿期、乳熟期和蠟熟期調制青貯飼料，也得出了相似的結論。基于此，本研究以乳熟期的谷子作為原料，添加乳酸菌、蔗糖和纖維素酶制劑等添加劑制備了青貯飼料，并對其添加效果進行了評價，以期為生產優質的谷子青貯飼料以及青貯微生物添加劑在青貯飼料中的推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1青貯原料 谷子于2018年5月17日種植于內蒙古烏蘭察布四子王旗吉生太鎮老圈灘村(41°34′～41°54′ N，111°21′～111°34′ E)。供試材料為乳熟期刈割的谷子，收獲時間為9月4日。供試品種‘118’為內蒙古清水河縣農家品種，發芽率為80%，由內蒙古自治區農牧業科學院提供。

1.1.2青貯添加劑 青貯添加劑種類、添加量及來源如表1所示。

表1 青貯添加劑種類、添加量及來源

1.2 試驗設計

2018年9月4日，將采集后的新鮮谷子用手持鍘刀切成 3～5 cm左右的長度。試驗共設置6個處理：無添加組作為對照組(CK)、添加乳酸菌組(LP)、添加蔗糖組(S)、添加纖維素酶組(CE)、添加乳酸菌和蔗糖組(LP+S)、添加乳酸菌和纖維素酶組(LP+CE)。將添加劑溶解在50 mL蒸餾水中，用微型噴霧器噴灑在原料上，對照組噴灑50 mL蒸餾水。青貯添加劑的添加量均為鮮重基礎，每個處理設置4個重復。混合均勻后裝入良好密封性的聚乙烯真空袋，抽真空密封，室溫下保存60 d后開封取樣分析。

1.3 測定指標及方法

1.3.1營養品質的測定 采用烘干法[9]進行干物質(Dry matter，DM)含量的測定；采用GB6439-92燃燒法測定有機質(Organic matter，OM)的含量[9]；利用全自動杜馬斯定氮儀進行測定粗蛋白質(Crude protein，CP)含量[10]；采用GB6433-94索氏脂肪提取法測定粗脂肪(Ether extract，EE)含量[11]；利用ANKOM A220全自動纖維儀分析樣品的中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)與酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)含量[12]；利用蒽酮-硫酸比色法進行可溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates，WSC)含量的測定[13]。

1.3.2發酵品質的測定 用雷磁PHS-3C精密pH計(北京東南儀誠實驗室設備有限公司)測定浸提液的pH值[14]；使用高效液相色譜儀(HPLC)測定乳酸(Lactic acid,LA)、乙酸(Acetic acid,AA)、丙酸(Propionic acid,PA)、丁酸(Butyric acid,BA)含量。將青貯浸提液倒至離心管中，然后將其放置在離心機中離心15 min(轉速為4 000 r·min-1)，利用0.22 μm的微孔濾膜對上清液進行過濾，進行有機酸的檢測。所用設備為高效液相色譜儀(HPLC)，其系統為Waters 2695-2489(紫外)；有機酸分離采用的色譜柱為Rspak系列，KC811柱，8 mm×300 mm；流動相為3 mmol·L-1優級純高氯酸，流速1 mL·min-1，柱溫40℃；檢測波長為210 nm，進樣量5 μL。

1.3.3微生物數量 將樣品剪碎，混勻，稱取10 g至裝有90 mL無菌水的拍打袋中，用勻質器拍打2 min使其均勻混合，用無菌水稀釋10-1，10-2，10-3，10-4，10-5后，取20 μL涂布，采用平板計數法計算微生物數量。乳酸菌在乳酸菌固體培養基30℃厭氧培養48 h后計數；霉菌和酵母菌采用馬鈴薯葡萄糖瓊脂30℃培養72 h后計數；大腸桿菌(Coliform)在伊紅美藍培養基 30℃培養48 h計數；一般好氧性細菌采用營養瓊脂培養基30℃培養48 h后計數。所有微生物數據采用lg cfu·g-1of FM表示。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2007對數據進行預處理，應用SAS 9.0軟件對試驗所得數據進行方差分析，并用Duncan法對各添加劑處理的均值進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 谷子原料的營養成分和微生物組成

谷子原料的營養成分和微生物組成如表2所示。

表2 谷子原料的營養成分和微生物組成

2.2 青貯飼料營養成分

谷子添加青貯添加劑厭氧發酵60 d后，其營養成分含量如表3所示。對于全株谷子青貯飼料的營養成分而言，添加劑組的DM含量與CK組差異顯著(P<0.05)。除了LP組以外，其他處理組的CP含量顯著低于CK(P<0.05)。CE組和LP+CE組的NDF含量顯著低于包括CK組在內的其他處理組(P<0.05)。LP+S組的ADF含量低于CK組，WSC含量與CK組無顯著差異，除了LP組以外，其他處理組的WSC含量顯著低于CK組(P<0.05)。

表3 青貯添加劑對谷子青貯飼料營養成分的影響

2.3 青貯飼料發酵品質

厭氧發酵60 d后，不同處理組的發酵品質如表4所示。通過對pH值和揮發性脂肪酸的分析可知，除了LP組以外，其他處理組的pH值顯著低于CK組(P<0.05)。LP+CE組的LA含量顯著高于其他添加劑組和CK組(P<0.05)，S組的LA含量低于CK組。添加劑組的PA含量均低于CK組。厭氧發酵60 d后，6個處理組均未檢測到BA。

表4 青貯添加劑對谷子青貯飼料發酵品質的影響

說明添加纖維素酶，尤其在添加纖維素酶基礎上添加乳酸菌可以達到更好的青貯效果，這可能與淀粉水解成為微生物發酵底物有關。

2.4 青貯飼料微生物組成

青貯飼料中的微生物組成將直接影響到青貯的貯存性和安全性。由表5可知，添加劑組的乳酸菌數量均高于CK組，且CK組和S組附著少量的霉菌。添加劑處理組的酵母菌、一般好氧性細菌數量均低于CK組(P<0.05)。青貯發酵60 d后，不同處理組均未檢測到大腸桿菌。

表5 青貯添加劑對谷子青貯飼料微生物組成的影響

2.5 青貯品質綜合評價研究

為了更準確地評價不同青貯添加劑對全株谷子青貯品質影響的差異，本研究以OM，CP，NDF，ADF，WSC，EE，LA，乳酸菌含量及pH值等9個營養指標作為參考指標，利用灰色關聯分析法[15]評價CK組在內的6個處理組的青貯品質，結果如表6所示。分析結果表明，權關聯度和加權關聯度最高的處理組為LP+CE組，其次為LP+S組。LP組，S組和CE組的等全關聯度和加權關聯度排在CK組之后，可能是由于CK組的WSC含量在厭氧發酵過程中的消耗比添加劑組少，但其他營養指標在添加青貯添加劑后得到了一定的改善。

表6 不同處理組關聯度及排名

3 討論

3.1 不同添加劑對谷子營養價值的影響

在青貯過程中，青貯飼料的保存受植物的呼吸、微生物的蛋白酶活動及脫氨作用等的影響，其營養成分發生變化。本研究中，添加劑組的CP含量均低于對照組，可能是由于添加青貯添加劑后，產生了一些植物蛋白酶與青貯飼料附著的微生物反應，降解了飼料的CP含量，營養物質由同化作用轉向分解作用，部分蛋白質被分解成以氨基酸為主的氨化物，造成粗蛋白質的損失[16]。添加劑處理中，LP組的CP含量最高，蛋白降解率最小，這與董志浩等[17]在對桑葉(Morusalba)青貯時添加乳酸菌的結果一致，這可能與蛋白質降解酶的作用和微生物代謝活動有關[18]。Jacobs等[19]報道，青貯時添加纖維素酶一方面可將植物細胞壁的結構性多糖降解轉化為單糖，為微生物發酵提供更多的底物；另一方面能有效的降低青貯飼料中的NDF和ADF含量。本研究中，CE組和LP+CE組的EE含量較高，NDF含量最低，顯著低于各組，與陳光吉等[20]的研究結果相似，可能是由于纖維素酶對植物細胞壁有降解作用，尤其是對纖維類物質的降解，進而提高能量價值[21]。張英等[22]發現，發酵初期纖維素酶對ADF含量影響不顯著，但是NDF含量降低，這與本試驗結果一致，青貯原料、貯藏溫度、酶的使用水平以及含水率等因素都可能是導致添加纖維素酶出現不同效果的原因。與CK組相比，添加劑組的WSC含量均有所降低，這與榮輝等[23]結果一致，可能是試驗組加入青貯添加劑后增加了乳酸菌數量，消耗更多的發酵底物產生乳酸，因此WSC含量較低。LP組和LP+S組的WSC含量消耗較少，其中LP組的WSC含量最高，說明添加乳酸菌可以保證青貯發酵初期所需的乳酸菌數量，使之盡早的進入發酵階段，使pH值迅速下降，抑制微生物對蛋白質的水解作用，減少不良微生物的生長繁殖[24-26]。

3.2 不同添加劑對谷子發酵品質的影響

pH值和有機酸含量是評價青貯飼料品質好壞的重要指標。一般來講，pH越低，乳酸含量越高，意味著青貯質量較好[27]。本試驗中，與對照組相比，谷子青貯中單獨添加或者復合添加蔗糖、乳酸菌制劑及纖維素酶制劑后，pH值均有所降低，在4.05～4.68之間，青貯添加劑有效地降低了青貯飼料的pH值。肖銀寶等[28]研究表明，在飼用高粱青貯中添加乳酸菌可增加發酵底物，促進乳酸發酵。李莉等[29]研究顯示，在象草青貯中單獨或復合添加纖維素酶和淀粉顯著增加了其乳酸含量。王保平等[30]研究報道，在苦荬菜青貯中添加蔗糖可以顯著降低青貯飼料的pH值并增加乳酸含量。本試驗中，添加劑組的乳酸含量與CK組相比均有不同程度的增加，同時，除了S組外，其他添加劑組生成的乳酸含量均高于CK組。這與上述試驗結果一致，主要原因可能是青貯添加劑為乳酸繁殖提供條件，促進乳酸菌繁殖，增加乳酸含量，使pH降低[31]。在本試驗中，各處理均無丁酸檢出，推測可能是青貯過程中丁酸菌等有害微生物的生長繁殖受到阻礙。

3.3 不同添加劑對谷子微生物數量的影響

微生物是影響青貯發酵的關鍵因素，其種類和數量都與青貯品質密切相關。青貯原料中的乳酸菌數量直接決定青貯發酵品質，乳酸菌的生命代謝活動是青貯發酵的關鍵。乳酸菌的添加可以促進乳酸的生成；蔗糖的添加可為乳酸菌發酵提供更多底物；纖維素酶能水解植物細胞壁，將青貯原料中部分結構性碳水化合物降解為單糖或雙糖，這也為乳酸菌的繁殖提供了充足的可供利用底物，從而促進發酵，產生更多的乳酸。發酵過程中酸性的增強也抑制了乳酸菌本身的生長和繁殖，導致本試驗中各添加劑處理組的乳酸菌數量均高于對照組，說明添加青貯添加劑改善了谷子青貯的發酵品質。青貯飼料附著的酵母菌和霉菌數量過多引起的有氧變質，是降低青貯飼料營養價值和病原微生物繁殖發生危害的主要原因[32]。本試驗中，LP+CE組和LP+S組酵母菌和霉菌數量少于其他處理組，可能是因為飼料中的異型發酵乳酸菌發酵降解為乙酸和乙醇，從而抑制酵母菌和霉菌等有害細菌的生長，提高有氧穩定性，使pH值下降，抑制酵母菌和霉菌的生命代謝活動[33-34]。結果表明，添加青貯添加劑對飼料附著的酵母菌和霉菌具有明顯的抑制作用。

4 結論

在谷子青貯中單獨或混合添加植物乳桿菌、蔗糖和纖維素酶可以降低其pH值并增加乳酸菌數量，從而改善青貯飼料發酵品質，其中以同時添加植物乳桿菌和纖維素酶的效果最好。