乳酸菌及纖維素酶對不同藜麥秸稈青貯發酵品質的影響

趙小雪， 王仕玉， 郭鳳根， 羅富成

(1.云南農業大學動物科學技術學院， 云南 昆明 650201； 2.云南農業大學園林園藝學院， 云南 昆明 650201)

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，其含量高達16%～22%，同時富含人體必需氨基酸、礦物質、維生素、葉酸等多種營養物質[2-3]，被聯合國推薦為最適宜人類的營養食品，具有較高的開發價值和應用前景。隨著消費者對藜麥認知度和需求度的提高，藜麥的種植面積逐年擴大[4]，中國作物學會藜麥分會統計，2018年全國藜麥種植面積1.2萬hm2，總產量近2萬t，在我國20余個省(區)推廣應用，種植面積和總產量已躍居世界第三位[5]。目前市面上常見的藜麥有黑、白、紅三類，種植面積的大小主要取決于人們喜食的口感及偏重的營養元素。

高產優質的藜麥籽粒是當前國內研究及利用的重點，藜麥秸稈具有巨大的飼用潛力，卻被當作廢棄物丟棄，既浪費資源，又污染環境[6]。作為一種潛在的新型飼草資源，其加工、利用等方面存在許多不足[7]，飼用價值沒有得到有效開發。因此，以藜麥秸稈為原料，探索其飼用方式和草制品加工技術，對于我國畜牧業的發展有一定的促進作用。

藜麥秸稈木質化程度高，適口性差，動物難以消化利用，不宜直接飼喂，需經過適當的加工調制，才能提高動物的采食率。青貯技術是提高作物秸稈利用率并有效保存其營養價值的重要手段[8]。藜麥秸稈纖維含量高，可溶性糖及水分含量低，直接青貯腐敗風險較大且品質不佳，適當使用添加劑可以確保其青貯的可行性，提高青貯成功率。乳酸菌及纖維素酶作為生物型青貯添加劑在國內外的應用已經十分普遍，在植物秸稈發酵中應用更加廣泛[9-11]，魏玉明等[12]分析了多種添加劑對藜麥青貯的作用，確定纖維素酶能很好的改善藜麥秸稈的發酵品質；趙小雪等[13]研究了纖維素酶對臺灣紅藜青貯的影響，認為纖維素酶對藜麥發酵有促進作用；劉瑞香等[14]通過直接青貯和乳酸菌青貯，確定了使用乳酸菌添加劑青貯后的質量更好。本研究為提高藜麥秸稈青貯發酵品質，以白藜、紅藜、黑藜為試驗材料，添加乳酸菌、纖維素酶，探討不同種類藜麥秸稈作為青貯原料的可行性及不同添加劑對藜麥秸稈青貯品質的影響，為藜麥青貯飼料的生產利用及推廣提供一定的依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為藜麥籽粒收獲后的白藜、紅藜、黑藜秸稈，采自云南省香格里拉市小中甸鎮藜麥科技試驗示范基地。供試添加劑：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)、乳酸菌(植物乳桿菌，100億cfu·g-1，購自鄭州牧田生物科技有限公司)。

1.2 試驗設計

試驗以白藜(WQ)、紅藜(RQ)、黑藜(BQ)秸稈為材料，設直接青貯(CK)、乳酸菌青貯(LAB，0.02 g·kg-1)、纖維素酶青貯(CEL，0.5 g·kg-1)處理。

用鍘草機將秸稈鍘碎至1～2 cm，水分調制在65%～70%之間，按試驗設計分別加入乳酸菌、纖維素酶，混勻后裝入真空包裝袋中，每袋2 kg青貯料，排盡空氣封口，各處理重復3次，避光室溫(15～20℃)保存，60 d后開封。

1.3 青貯飼草的質量評定

1.3.1營養成分分析 干物質(Dry matter，DM)、灰分(Ash)、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)含量均參照張麗英《飼料分析及飼料質量檢測技術》對應方法測定[13]；水溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates，WSC)含量采用蒽酮-硫酸比色法測定[16]。

1.3.2發酵品質分析 氨態氮(NH3-N)含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定[17]；pH值采用pH計測定；乳酸(Lactic acid，LA)、乙酸(Acetic acid，AA)、丙酸(Propionic acid，PA)、丁酸(Butyric acid，BA)含量委托西安國聯質量檢測技術有限公司采用氣相色譜法測定。

1.3.3飼用品質評定 根據相對飼喂價值(RFV)、粗飼料分級指數(GI)評定藜麥青貯飼料的飼用品質[18-20]。

相對飼喂價值RFV=(DMI×DDM)/1.29(%DM)

其中，粗飼料干物質隨意采食量DMI=120/NDF(%DM)；

可消化干物質DDM=88.9-(0.779ADF)(%DM)；

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

其中，粗飼料產乳凈能NEL=(1.085-0.015×ADF)×9.29；

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

1.4 數據統計與分析

用Excel 2010和SPSS 20.0軟件進行數據處理和統計分析；差異顯著性標準采用Duncan’s法，數據用平均值±標準偏差表示，P<0.05為差異顯著；采用隸屬函數法對青貯飼料營養水平進行綜合評價[21-22]。

2 結果與分析

2.1 青貯原料營養成分分析

由表1可知，RQ在DM含量上顯著高于WQ和BQ(P<0.05)；BQ在CP含量上顯著高于WQ和RQ(P<0.05)；RQ的Ash含量最低，與WQ和BQ存在顯著差異(P<0.05)；3種秸稈的WSC，ADF，NDF含量間無顯著差異。

表1 青貯原料營養成分Table 1 Silage raw material nutrients 單位：%

2.2 不同青貯處理對藜麥秸稈青貯飼料營養成分的影響

LAB及CEL對3種藜麥秸稈青貯營養成分的影響見表2。添加劑對CP，Ash，ADF，NDF有極顯著影響(P<0.01)，秸稈種類對CP有極顯著影響(P<0.01)，二者的交互作用對CP及NDF含量有極顯著影響(P<0.01)。

不同藜麥秸稈種類及不同添加劑處理間DM含量差異不顯著。與CK相比，LAB及CEL處理可以提高3種秸稈青貯飼料的CP含量，CEL處理與CK間有顯著差異(P<0.05)，與LAB處理間無顯著差異；BQ無論哪種處理CP含量均顯著高于WQ，RQ(P<0.05)。LAB及CEL處理降低了WSC的含量，但各處理間差異不顯著；添加劑為LAB時，RQ的WSC含量顯著高于WQ，RQ(P<0.05)，BQ的含量最低，與WQ存在顯著差異(P<0.05)。與CK相比，LAB及CEL處理可以顯著降低WQ，RQ的Ash含量，(P<0.05)；添加劑為LAB時，WQ的Ash含量顯著低于RQ，BQ(P<0.05)。與CK相比，LAB及CEL處理可以顯著降低WQ，BQ的ADF含量(P<0.05)；各處理中不同藜麥秸稈間ADF含量差異不顯著。CK處理時，WQ的NDF含量顯著高于LAB處理(P<0.05)，與CEL處理無顯著差異，RQ的NDF含量顯著高于LAB及CEL處理(P<0.05)，BQ的NDF含量顯著高于CEL處理(P<0.05)，與LAB處理間差異不顯著；LAB處理時，WQ的NDF含量最低，與RQ，BQ差異顯著(P<0.05)。

表2 不同青貯處理下飼料營養成分的變化Table 2 Changes of silage nutritional components under different silage treatments 單位：%

2.3 不同青貯處理對藜麥秸稈青貯飼料發酵品質的影響

與CK相比，LAB及CEL處理可以顯著降低3種秸稈青貯飼料的pH值(P<0.05)，CEL處理時，RQ的pH值顯著低于CK及LAB處理(P<0.05)；無論何種處理，WQ的pH值均顯著高于其他兩種秸稈(P<0.05)；LAB及CEL處理時，RQ的pH值顯著低于WQ，BQ(P<0.05)。與CK相比，LAB及CEL處理可以顯著降低WQ，RQ的NH3-N/TN(P<0.05)；CEL處理時，BQ的NH3-N/TN顯著低于CK及LAB處理(P<0.05)；LAB及CEL處理時，RQ的NH3-N/TN顯著低于WQ，BQ。LAB及CEL處理可以顯著提高3種秸稈青貯飼料的LA含量，且LAB與CEL處理有顯著差異(P<0.05)；BQ的LA含量顯著高于WQ，RQ(P<0.05)；LAB及CEL處理時，RQ的LA含量顯著高于WQ(P<0.05)，CK處理時，則顯著低于WQ(P<0.05)。LAB及CEL處理可以顯著降低WQ，RQ的AA含量，顯著提高BQ的AA含量(P<0.05)；BQ的AA含量顯著高于WQ，RQ(P<0.05)；CK處理時，RQ的AA含量與WQ差異不顯著，LAB及CEL處理時，RQ則顯著低于WQ(P<0.05)。

表3 不同青貯處理下藜麥青貯飼料發酵指標的變化Table 3 Changes of fermentation parameters of silage after different treatments

2.4 飼用價值評定

由圖1可知，LAB及CEL處理可以提高青貯飼料的RFV及GI2001值。CK處理時，WQ的RFV值顯著低于LAB處理(P<0.05)，與CEL處理間差異不顯著，BQ的RFV值顯著低于LAB及CEL處理(P<0.05)；LAB處理時，WQ的RFV值顯著高于RQ(P<0.05)，與BQ差異不顯著。參照RFV飼料分級標準，LAB處理的WQ及CEL處理的BQ飼料等級為3級，CK處理的WQ及BQ飼料等級為5級，其余處理為4級。

CEL處理時，3種秸稈的GI2001值顯著高于CK處理(P<0.05)，RQ，BQ的GI2001值顯著高于LAB處理(P<0.05)；LAB處理時，BQ的GI2001值顯著高于WQ，RQ(P<0.05)。參照GI2001飼料分級標準，LAB處理的BQ及CEL處理的WQ，RQ，BQ飼料等級為4級，其余處理為5級。

圖1 不同青貯處理對藜麥青貯飼料飼用價值的影響Fig.1 Effects of different silage treatments on the feeding value of silage注：不同小寫字母表示同一添加劑處理不同藜麥秸稈間差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示同一藜麥秸稈種類不同添加劑處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicate significant differences among different quinoa straws treated with the same additive at the 0.05 level;different capital letters indicate significant differences among the same quinoa straw type with different additive treatments at the 0.05 level

2.5 青貯飼料品質的隸屬函數綜合分析

采用隸屬函數法對藜麥秸稈青貯飼料品質評價，其均值越大，青貯品質越好。由表4可知，添加劑為CEL時，RQ隸屬值達到最大為0.696，其次為BQ及WQ，最低的分別是CK處理的WQ，RQ，BQ。相對于直接青貯，添加劑的使用可以增加其隸屬函數平均值，提高青貯飼料品質，其中CEL處理效果更好。

表4 青貯飼料隸屬函數值及綜合排名Table 4 Silage membership function value and comprehensive ranking

3 討論

3.1 添加劑和秸稈種類對青貯飼料品質的影響

飼料的營養成分是評定飼料質量最直觀的指標，通過測定飼料營養成分，能直接對飼料的質量優劣做出初步評定[23]。CP是反映飼料飼用價值的重要指標，本試驗中藜麥秸稈使用添加劑青貯后，青貯飼料的CP含量高于CK，主要因為乳酸菌及纖維素酶能直接或間接的促進乳酸發酵，抑制腐敗菌、梭菌等有害微生物的活動，減少蛋白質和氨基酸的降解[24]，這一結論與徐然等[25]、寇江濤等[26]研究結果相似。3種秸稈原料中，紅藜秸稈的CP含量最低，黑藜含量最高且青貯后CP損失較小，因此在考慮高蛋白粗飼料時，黑藜秸稈青貯優于白藜、紅藜。WSC是青貯飼料中重要的營養物質，試驗中3種藜麥秸稈的WSC含量在青貯后均有不同幅度的下降，主要因為青貯期間乳酸菌活動旺盛，消耗了較多的WSC，這與劉瑞香等[14]的研究結果相一致。

ADF，NDF反映了飼料纖維質量，影響家畜對飼料的采食率及消化率[27]。藜麥秸稈原料的ADF，NDF含量高，青貯后含量降低，且與CK相比，添加乳酸菌及纖維素酶后，二者含量呈現降低的趨勢。王鴻澤等[28]研究表明，乳酸菌處理可以降低青貯甘薯(IpomoeabatatasLam.)藤和水稻(OryzasativaL.)秸稈的纖維含量；陳凌華等[29]認為，添加乳酸菌或纖維素酶制劑，可以使青貯飼料中ADF，NDF的含量降低。主要由于添加乳酸菌后改善了發酵條件，增加了青貯中有效乳酸菌數量，大量乳酸菌發酵利用了部分纖維而導致其含量降低[30]；纖維素酶能分解部分植物細胞壁，釋放細胞內容物，讓青貯飼料中的纖維成分減少并轉化成發酵底物[31]。

NH3-N/TN可反映腐敗微生物對青貯飼料中蛋白質的分解程度，比值越大，不良發酵越多，青貯品質越差[32-33]。pH值是影響青貯質量的重要因素之一，pH值快速下降，有助于限制植物酶活性，減少蛋白質降解損失，抑制產生高水平AA，BA的有害微生物的數量[23,34]。LA是引起青貯飼料pH值下降重要因素。本試驗結果表明，乳酸菌及纖維素酶可以顯著提高青貯飼料的LA含量，降低pH值，減少NH3-N含量，從而降低NH3-N/TN，其中纖維素酶的效果更好，這與興麗等[35]、鄭明揚等[36]的研究結論相一致。無論何種青貯處理，黑藜LA含量始終顯著高于白藜和紅藜，可能是與原料中的一些成分如黃酮、皂苷等生物活性物質含量不同有關[37-38]，但其中的變化機理和具體原因還需進一步研究。

3.2 添加劑和秸稈種類對青貯飼料飼喂價值的影響

RFV是評定粗飼料營養價值的重要指標，打破了過去僅憑單一營養元素對粗飼料品質進行經驗式評定的作法，實現了粗飼料品質綜合評定的整體量化，不過這一指標也存在著一定的技術缺陷，RFV主要基于粗飼料中NDF和ADF含量進行估算，沒有把對粗飼料品質有著重要貢獻的蛋白質考慮進去，整體性不夠強；GI2001在繼承RFV合理內涵的基礎上，又將影響粗飼料利用的因素，即能量、蛋白和纖維進行綜合考慮，克服了現行粗飼料評定指標的單一性與脫離動物的片面性[19,39]。本試驗發現，在青貯過程中使用添加劑可以明顯提高青貯飼料的RFV及GI2001值。纖維素酶青貯的黑藜及乳酸菌青貯的白藜RFV值較高，直接青貯的黑藜和白藜較低；纖維素酶青貯的黑藜及紅藜GI2001值較高，直接青貯的紅藜和白藜較低。參照RFV及GI2001飼料分級標準，3種藜麥秸稈不同處理后，青貯質量排序略有不同，但基本趨于一致。

隸屬函數法可以對不同青貯處理進行綜合分析，彌補單一因素評價的不足，結果更加客觀合理。結果表明，添加劑處理可以有效提高青貯品質，其中纖維素酶處理的紅藜秸稈青貯品質最好，直接青貯的白藜質量最差。添加劑不同，3種秸稈青貯品質不同，纖維素酶處理時，青貯質量排序為紅藜>黑藜>白藜；乳酸菌處理時，白藜>紅藜>黑藜；直接青貯時，黑藜>紅藜>白藜。因此在實際生產中選擇合適的添加劑與不同種類的藜麥秸稈搭配青貯，可以提高飼料的青貯品質。

4 結論

添加劑及秸稈種類影響藜麥秸稈青貯飼料的品質。添加劑處理可以顯著提高青貯飼料的粗蛋白、乳酸含量(P<0.05)，顯著降低pH值(P<0.05)；黑藜在粗蛋白、乳酸、乙酸含量上顯著高于白藜和紅藜(P<0.05)，白藜在pH值、氨態氮/總氮上顯著高于黑藜和紅藜(P<0.05)。纖維素酶青貯效果較乳酸菌更好，且纖維素酶處理的紅藜秸稈青貯質量優于其他組合。