混合比例對酒糟和高粱秸稈青貯發酵品質的動態影響

王霄霄，任海偉，，南亭植，王 昱，范文廣，張丙云

(1.蘭州理工大學生命科學與工程學院，甘肅蘭州 730050；2.蘭州理工大學西部能源與環境研究中心，甘肅蘭州 730050；3.甘肅省生物質能與太陽能互補供能系統重點實驗室，甘肅蘭州 730050)

甜高粱是目前世界上公認的最具有開發利用價值的新型能源之一[1]，中國為農業生產大國，在2017 年甜高粱全國種植面積就已達約522.9 萬公頃。因其季節性收獲的特點，加之農耕條件以及習慣等原因，秸稈通常無法及時采收，導致水分和糖分大量流失[2]，干黃的秸稈已經高度纖維化和木質化，需要通過適宜的貯存方式提高秸稈的可降解性。Andrea Monti 等[3]將甜高粱秸稈渣接種常用的牧草保存用乳酸菌，將其作為沼氣發酵罐的原料，研究表明發酵品質得到明顯改善；Garrett 等[4]將甜高粱秸稈青貯制成飼料，并用于飼喂肉牛，結果表明，飼喂青貯飼料的肉牛瘤胃消化率優于飼喂谷物的肉牛。傳統青貯使用的秸稈必須保證含水率在50 %～70 %[5-6]。對干黃秸稈而言，其營養成分含量低，且秸稈莖葉上天然附著的乳酸菌數量較低，不適宜直接進行青貯[7]。作為釀酒行業副產物的酒糟，其水分含量高、酸度大、蛋白質含量高，若不及時處理就會腐敗變質[8]。混合青貯，一般是選取一種水分含量較大的原料和另一種水分含量較小原料進行混合，且兩種原料之間的成分、微生物多樣性可以進行互補，達到延長貯存時間的目的。國外學者已廣泛開展酒糟與大麥秸稈、象草等其他農副產品進行混合青貯的研究[9-13]，國內研究起步相對較晚，但也有一些文獻報道：青稞酒糟與西藏地區青稞秸稈和高羊茅混合青貯[14]；青稞酒糟與紫花苜蓿和多年生黑麥草混合青貯[15]等。本研究以甜高粱秸稈與廢棄鮮酒糟為混合青貯原料，從感官評價、營養組分、纖維組分以及發酵品質對整個貯存過程進行分析，實現食鮮酒糟與高粱秸稈在混合貯存過程中一系列指標的測定，確定最佳的混貯比例，以期實現延長其混合固態發酵時間并提高發酵產物營養品質的目的。

1 材料與方法

1.1 材料

甜高粱秸稈（Sorghum straw）取自甘肅省白銀市，收集時間2016 年10 月，收集時含水量5.25 %，屬于干黃狀態，粉碎至0.5～1 cm 備用；白酒糟（Distillers grains）為蒸餾酒之后的丟糟，取自甘肅金徽酒股份有限公司，白酒糟含水量60.34 %。各青貯材料的化學成分表見表1。

表1 甜高粱秸稈和酒糟原料成分表

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

將甜高粱秸稈和酒糟按照不同質量比混合成青貯飼料（表2），將其裝入發酵罐中密封后放置在室溫環境下進行固態發酵。每個處理組進行3 個平行試驗。分別于40 d、80 d、120 d和160 d時取出樣品，從感官質量、營養組分、木質纖維組分、發酵特性等方面對發酵品質進行評定，確定甜高粱秸稈與酒糟混合固態發酵的最適宜比例。

表2 混合固態發酵試驗設計

1.2.2 分析測定方法

1.2.2.1 分析方法

干物質（DM）測定采用105 ℃烘干法，可溶性碳水化合物（WSC）測定采用蒽酮-硫酸比色法。淀粉（DF）測定采用酸水解法。總氮（TN）測定采用凱氏定氮法，粗蛋白（CP）=TN*6.25。NDF、ADF和ADL 測定采用阿爾法F6800 型全自動纖維分析儀測定，纖維素（CL）和半纖維素（HC）由公式計算得出，二者之和為總纖維素（HoC），pH 值用Sen Tix 41pH 計測定。氨態氮（AN）測定采用苯酚-次氯酸鈉比色法。乳酸（LA）、甲酸（FA）、乙酸（AA）測定采用SBA-40X 生物傳感器[16]。

1.2.2.2 感官分析

采用德國農業協會的青貯質量評分標準對開封后的樣品進行氣味、結構、色澤等感官質量評定，滿分為20 分，16～20 為優秀，10～15 為良好，5～9為較差，0～4為腐敗[17]。

1.2.2.3 青貯發酵品質分析

青貯發酵的品質評定選用費氏評分法，評分標準是0～20 分為失敗，21～40 分為差，41～60 分為合格，61～80分為好，81～100為很好[17]。

1.2.3 數據分析

基礎數據經Excel 2010 初步整理并制作圖表，利用SPSS 20.0 軟件對試驗數據進行統計分析，采用單因子ANOVO 模型處理，并用Duncan 方法對數據進行多重比較分析，以平均值±標準差表示測定結果，P＜0.05代表數據存在顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 感官評定結果分析

表3為發酵過程中感官評定的結果。由表3可知，SDI 組在整個發酵周期內，感官評定結果均為“優等”，芳香果味，秸稈莖葉結構保持良好，呈淡褐色；SDⅡ組發酵80～160 d 時，感官評定結果均為“優等”，發酵40 d 時為“良好”，主要差異體現在秸稈莖葉結構保持較差，呈深褐色；SDⅢ組發酵40～80 d 時，感官評定結果均為“優等”，發酵160 d時為“良好”，發酵120～160 d 時輕度污染，變色嚴重；SDⅣ組發酵40～120 d 期間，感官評定結果均為“優等”，發酵160 d 時為“良好”；SDV 組發酵40～80 d 時，感官評定結果為“優等”，發酵120～160 d時為“良好”，主要差異在丁酸臭味較重。

表3 發酵過程中感官評定結果

2.2 發酵過程中營養組分分析

由表4 可知，不同處理組的DM 含量隨著青貯時間的延長，總體呈現先下降后上升趨勢。五個處理組隨著發酵時間的延長其WSC 含量顯著（P＜0.05）下降，貯存40 d 時，SDⅣ組的WSC 含量顯著（P＜0.05）高于其他幾個處理組。五個處理組的DF 含量隨發酵時間的延長呈升高趨勢。SDI、SDⅡ、SDⅢ三個處理組的DF含量在貯存80 d和160 d相比差異不顯著（P＞0.05）；SDⅣ組的DF含量在0 d和40 d 時差異不顯著（P＞0.05）。SDI —SDV 五個處理組的CP含量隨著鮮酒糟含量所占比重的增大，其含量也明顯增大，隨著發酵時間延長，SDⅡ、SDⅣ、SDV 三個處理組的CP含量均呈現升高的趨勢，SDI 組的CP 含量呈“升高-降低-升高”的趨勢，在40 d 和80 d 時差異不顯著（P＞0.05），SDⅢ處理組呈先升高再降低的趨勢。

表4 發酵過程中營養組分分析

2.3 發酵過程中木質纖維組分分析與討論

由表5可以看出，隨著貯存時間的延長，SDI、SDⅡ和SDⅢ三個處理組的NDF 含量均呈現先增加后減少的趨勢，均在貯存40 d 時NDF 含量最大，SDV 組的NDF含量呈先減少后增加再減少趨勢且含量顯著（P＜0.05）低于其他四個處理組。SDI、SDⅡ和SDⅢ三個處理組的ADF 含量呈先增加后減少的趨勢，SDI 組的ADF 含量在貯存80 d 和120 d 時差異不顯著（P＞0.05），SDⅡ組的ADF 含量在貯存40 d 和80 d 時差異不顯著（P＞0.05），SDⅣ組的ADF 含量呈增加趨勢。SDV 組ADF 含量呈先上升后下降趨勢。隨著貯存時間的延長，SD I、SDⅡ和SDⅢ的ADL 含量呈先增后減的趨勢，在貯存40～160 d 期間呈下降趨勢，貯存120 d 和160 d 時差異不顯著（P＞0.05），SDⅣ組的ADL 含量呈先減后增的趨勢，SDV 組的ADL呈減少趨勢。

表5 發酵過程中木質纖維組分分析(干物質基礎)

隨著貯存時間的延長，SDI 組的CL 含量呈下降趨勢，貯存40～120 d 時與0 d 相比，差異不明顯（P＞0.05）；SDⅡ、SDⅢ和SDⅣ三個處理組的CL含量呈先增后減的趨勢；SDV 組的CL 含量呈升高趨勢；貯存40 d 時，SDI 組的CL 含量顯著（P＜0.05）高于其他處理組。SDI、SDⅡ兩個處理組的HC 含量呈先增后減的趨勢，SDⅢ、SDⅣ和SDV 三個處理組呈先減后增的趨勢，貯存80 d 時，SDI 組的HC 含量顯著（P＜0.05）高于其他組。五個處理組的HoC 含量隨著貯存時間的延長均呈現先增后減的趨勢，SDV 組的HoC 含量在貯存40 d 與0 d時，差異不顯著（P＞0.05）。貯存80 d 時，五個處理組的HoC 含量逐漸下降，在貯存40 d 時，HoC 含量達到最大值。

2.4 發酵過程中發酵特性分析

由表6 可知，隨著發酵時間的延長，除SDⅢ外，其他四個組的pH 值整體均呈下降趨勢，其中SDⅢ組40 d 和120 d 的pH 值差異不顯著（P＜0.05），SDV 組80 d 和120 d 的pH 差異不顯著（P＜0.05），SDV 組在160 d 時pH 降到最低。SDI —SD V 五個處理組中的AN/TN 隨發酵時間的延長均呈現先增大后減小的趨勢，且SDⅣ組在貯存80 d 時達到最大。LA 含量隨著青貯時間的延長，一直呈上升趨勢，SDV 組在貯存160 d 時LA 含量達到最高；AA 含量逐漸提高，SDV 組貯存120 d 時，LA 含量達到最高，SDⅢ組貯存120 d 時，FA 含量達到最高；SDV 組在貯存40 d 時乳乙比達到最高，費氏評分法所得出的分數也相應最高。

表6 發酵過程中發酵特性分析表(干物質基礎)

3 討論

3.1 不同質量比例對發酵過程中營養組分的影響

由表4 可知，不同處理組的DM 含量均有不同程度的下降，主要原因在于青貯發酵過程中秸稈表面附著的乳酸菌、酵母菌等微生物能把可溶性糖、乳酸及部分半纖維素分解為揮發性脂肪酸、二氧化碳和水，造成一定的干物質損失，與高曉梅、王嘯林等[18-19]的研究結果一致。Van Vuuren 等[20]的研究發現隨著發酵時間的延長，WSC 含量明顯地下降，但整個發酵過程中的WSC 含量均不低于鮮重的1.0 %～1.5 %[21]。SDI —SDV 五個處理組在40 d時WSC 含量顯著（P＜0.05）下降，原料中的WSC在混貯初始階段給乳酸菌生長提供了良好營養源，使其快速繁殖，進入乳酸發酵期產生乳酸，與任海偉等[7]的研究結果一致。試驗中SDI —SDV 五個處理組的DF含量在0～120 d時明顯隨著發酵體系中酒糟（D）質量比例的增加而增大，酒糟（D）中DF含量較大，在一定程度上彌補了酒糟（D）中WSC含量的不足。CP 也是混合貯存過程中主要營養組分之一，試驗中SDI —SDV 五個處理組的CP 含量很明顯隨著發酵體系中酒糟（D）質量比例的增加而增大，發酵120 d 時的CP 含量顯著低于其他發酵階段，說明發酵120 d 時的CP 含量沒有得到較好地保存。

3.2 不同混貯比例對發酵過程中木質纖維組分的影響

纖維組分作為常規評價纖維品質的重要指標，在后續飼料貯存品質的研究中起著重要作用。一般認為，ADF 含量越高，動物的消化與吸收速率越慢，ADF 含量越低，動物擇食消化吸收越好，飼草料的喂養價值相對越高[22]。SDI、SDⅡ和SDⅢ三個處理組的ADF 含量呈先增加后減少的趨勢，這可能與高梁秸稈所占的比重逐漸減小有關。本實驗中SDI —SDV 五個處理組的NDF含量總體上沒有明顯的下降，且SDⅡ組的NDF 在貯存40 d 時最大，可能需要后期添加纖維素酶降低NDF 含量[23]。隨著貯存時間的延長，SDI —SDV 五個處理組的ADL 含量有所下降，SDV 的ADL 含量略高于其他幾組，這可能與鮮酒糟中木質素含量較大有關。SDI 和SDⅡ兩組在混貯初期ADL 含量顯著增加，這可能是因為酒糟含量過少，在相關酶的作用下，秸稈中水溶性糖轉化為木質素和纖維素，使秸稈的結構復雜化[24]。試驗中SDI —SDV 五個處理組的CL和半纖維素HC含量貯存后期均有上升的趨勢，說明貯存后期CL 和HC 含量保存較好，SDⅡ組的HC 含量貯存40 d 時值最大。SDI —SDV 五個處理組的HoC 含量沒有明顯的差異，SDI 和SDⅡ組HoC的含量略高于其他幾個處理組。

3.3 不同質量比例對發酵過程中發酵特性的影響

pH 值與青貯飼料的發酵品質之間具有非常緊密的關聯，pH 值越低，青貯品質越好，pH＜4.2 時青貯飼料品質最佳[25]。由表6 可知，隨著發酵時間的延長，除SDⅢ外，其他四個組的pH 值整體均呈下降趨勢，隨著酒糟比例的增加，SDV 組在160 d 時pH 值降到最低。水分較高的SDⅣ和SDV 兩個處理組的pH 值均在最佳范圍之內。SDI —SDV 五個處理組AN/TN 值均在10 %推薦范圍內[26-27]，且AN/TN 值總體隨著鮮酒糟比例的增大而增大，在SDⅣ組貯存80 d 時達到最大，這可能是因為鮮酒糟中的CP 含量較高，水分較大，給梭狀芽孢桿菌的生長提供了有利條件，導致了蛋白質的降解及氨態氮的產生。發酵有機酸的含量是評判青貯飼料品質的關鍵依據，乳酸具有促進發酵，降低青貯飼料中pH 值等作用[28]。一般認為，LA 含量與青貯品質呈正相關[29-30]。試驗中SDI —SDV 五個處理組的LA 含量隨著發酵體系中酒糟質量比例的增加而增大，均在發酵80 d 時LA 含量最低。賈春旺等[15]的研究發現添加20%和30%的青稞酒糟可以顯著增加LA 的含量和降低pH 值，和本試驗的研究結果一致。適量的FA 可降低pH 值，還具有顯著的抗菌效果，能夠抑制芽孢桿菌和一些革蘭氏陰性菌，從而抑制青貯微生物中的有害菌,但濃度不宜超過6 mL/kg[31]。Mcdonald[31]研究表明良好青貯飼料的LA/AA 應大于1∶2，除個別幾組外都符合標準，SD V 組的LA/AA 明顯高于其他四組，表明青貯過程中乳酸發酵以同型乳酸發酵為主，明顯增加了LA含量，改善了混合青貯的發酵品質，降低了pH 值和乙酸含量[32]。費氏評分隨著酒糟含量的增加逐漸升高，在SDV 達到最大值，其青貯品質最好。

甜高粱秸稈與鮮酒糟混合青貯能夠顯著提高發酵品質和營養價值，較好的解決了高粱秸稈直接飼喂和單獨青貯營養價值低，鮮酒糟因水分含量高保存困難等問題。通過感官品質與營養價值的綜合評價，當甜高粱秸稈與酒糟在1∶6 比例下混貯時，可顯著提高營養組分，降低pH 值和木質纖維組分，感官評分較高，青貯效果最佳，可作為甜高粱秸稈與鮮酒糟混合青貯的最佳配比方案。