田間晾曬時間對飼用油菜發酵品質的影響

楊寒珺,黃星宇,王旭哲,張鳳華,魯為華,張凡凡

(1.石河子大學動物科技學院,新疆石河子 832003;2.石河子大學農學院,新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】雙低飼用油菜(Brassicanapus)是一種繼承傳統油菜的基礎上培育而成的油飼兼用品種,與傳統禾本科飼草相比較,其無氮浸出物和鈣含量較高,具有高脂肪、低纖維、耐寒性強、生長迅速、可溶性碳水化合物等營養物質含量較高等特點[1-2]。麥后復播生產時間短、積溫較低,不足以支撐糧飼兼用玉米及籽粒作物等的成熟[3]。飼用油菜的種植適宜在光熱資源較為豐富的新疆南疆地區種植,利于發展多熟種植模式,尤其對于麥后復播種植,具有田間管理簡單、持綠性好、飼草品質優良等優點[4]。對提高土地利用率、促進畜牧業可持續發展、緩解南疆冬季飼草短缺具有重要意義。【前人研究進展】華油雜62號飼用油菜相比較其他品種具有更好的生產性能及抗逆性,其不僅可作為飼料作物使用,且兼具改善鹽堿、提高土壤肥力的作用,適宜在新疆南疆干旱地區鹽堿地種植[5-6]。青貯原料含水率是青貯品質的重要影響因素之一,含水率過高或過低均會影響青貯飼料的品質,其中,含水率過高原料直接青貯易產生大量浸出液,使青貯品質和營養成分含量大大下降,易引起丁酸發酵,導致青貯腐爛[7]。盛花期飼用油菜營養價值和產量達到最優,隨后(結莢初期)粗纖維、硫苷含量上升,粗蛋白及可溶性碳水化合物含量快速下降[8],而盛花期飼用油菜含水率極高(85%以上),收獲后直接進行青貯風險較大,控制飼用油菜收獲后的含水率,可以保存青貯原料中可溶性碳水化合物等營養物質含量,促進乳酸菌的生產繁殖,在一定程度上抑制有害微生物代謝活動及植物細胞所進行的呼吸運動,提高青貯成功率,減少發酵損失。將飼用油菜與玉米秸稈、麥草等其他低水分粗飼料混合后可達到降低青貯體系含水率,控制含水率在65%～70%,制備的青貯飼料品質較好[8-12]。延長飼用油菜收獲期到結實期可進行單獨青貯[13]。【本研究切入點】采用混貯或者延長收獲期在生產中均會導致生產成本增高,且需要配套大量生產機械。而針對晾曬時間、含水率對飼用油菜發酵體系的影響,目前尚不明確。需采用田間適時晾曬以控制原料含水率,更符合生產需要。【擬解決的關鍵問題】研究不同田間晾曬時間對飼用油菜發酵品質的影響,為新疆南疆飼用油菜青貯加工提供實際指導,并為擴大飼用油菜資源的開發和利用提供支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

以華油雜62號飼用油菜為材料,試驗地位于新疆巴楚縣新疆欣銘和牧業有限公司牛場大田(N 78°57′28″,E 39°74′34″,海拔1 156 m),年均氣溫11.4℃,最熱月(7月)平均氣溫25～26.7℃,最冷月(1月)平均氣溫-6.6～-7.3℃,年平均無霜期225 d,年降水量38.5 mm。飼用油菜種植時間為2019年7月21日至9月26日(生長期為66 d),飼用油菜種植為條播,行距12 cm,種植密度14×104株/hm2,種植面積13.33 hm2(200畝),滴水方式采用滴灌,按照一般飼用油菜種植管理模式管理。于2019年9月27日盛花期刈割,盛花期的雙低飼用油菜原料干物質(DM)含量為17.76%,粗蛋白(CP)含量為11.33%,粗脂肪(EE)含量為8.89%,中性洗滌纖維(NDF)含量51.75%,酸性洗滌纖維(ADF)含量為20.56%,可溶性碳水化合物(WSC)含量為21.86%,pH值為6.01,收獲當日試驗地氣溫5℃,風力1級。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

飼用油菜刈割機械為自主改裝的美迪9QZ-2900青飼料收獲機(切割粉碎長度1～2 cm,收割離地間隙8～20 cm),試驗設計不同田間晾曬時間,分別為晾曬0 h(A1處理)、12 h(A2處理)、24 h(A3處理)、36 h(A4處理)、48 h(A5處理)、60 h(A6處理),其中A1處理為直接收獲,其他處理采用機械去粉碎部件收割,收割后到達對應晾曬時間,在機械上安裝飼用油菜專用撿拾部件和粉碎部件進行收獲,收獲后拉回場地(喀什田園草業公司),測定原料含水率(A1處理為82.2%、A2處理為73.53%、A3處理為68.62%、A4處理為60.19%、A5處理為55.46%、A6處理為47.51%),進行青貯。青貯試驗采用罐貯法,發酵罐規格85 cm×Π(10 cm)2,每桶裝(16±0.5) kg(密度600 kg/m3),壓緊用真空機抽干桶內空氣,室溫避光保存,每個處理5個重復,共計30桶。60 d后開罐(模擬開窖),隨機取樣,測定營養指標和發酵,每個指標5次平行。

1.2.2 測定指標

感官評定按照德國農業協會青貯飼料感官評定標準及等級評定法(Deutche Lan Dwirtschafts Geseutschaft)[9]。

營養品質指標主要測定干物質(DM)、粗蛋白質(CP)、粗脂肪(EE)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)、可溶性碳水化合物(WSC)含量。其中DM采用烘干法(精密型電熱恒溫鼓風干燥箱,上海合恒儀器設備有限公司)測定,CP含量采用凱氏定氮法(Kjeltec 8400 FOSS全自動凱氏定氮儀)[14],EE含量采用索氏提取法[14]測定,NDF和ADF含量采用范氏法(Van Soest)[15]測定,WSC測定采用蒽酮比色法[16]測定。

發酵品質指標主要測定pH值、有機酸(乳酸 LA、乙酸 AA、丙酸 PA、丁酸 BA)和氨態氮(NH3-N)含量。其中,pH值利用酸度計(PHS-25,上海雷磁)測定[14];有機酸含量用液相色譜法(Agilent 1260 高效液相色譜儀,美國安捷倫科技公司)測定[17];NH3-N含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法[14,18]測定。

有氧穩定性測定在發酵60 d后打開全部青貯發酵罐,罐口用雙層紗布覆蓋,防止其他物質污染和水分散失過快,空氣可自由進入發酵罐中,置于室溫條件下保存,將多點式溫度記錄儀(i500-E3TW,玉環智拓儀器科技有限公司)的多個探頭分別放置于發酵罐的幾何中心,于環境中放置3個探頭,測定環境溫度,溫度記錄儀測量時間間隔設定為10 min,每個處理放置3個探頭,當樣品溫度高于環境溫度2℃,青貯開始腐敗變質,此時記錄時間即為有氧穩定時間[19]。

1.3 數據處理

采用隸屬函數評價法評價飼用油菜綜合價值,選取DM、CP、EE、NDF、ADF、WSC、NH3-N/TN含量、和有氧穩定性時間,共計8個指標進行綜合評價,其中NDF、ADF、NH3-N/TN含量呈負相關隸屬函數值,最后根據各項指標得分總和進行排序,評價出最佳處理,計算隸屬函數值的具體公式為:

Ux(+)=(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin).

Ux(-)=1-Ux(+).

式中,X為樣品各指標測定值;Ux(+)為各指標呈正相關隸屬函數值;Ux(-)為各指標呈負相關隸屬函數值。

試驗數據使用Excel進行預處理,采用SPSS 17.0進行單因素方差分析(one-way ANOVA),采用Duncan法進行多重比較。采用origin 8.0進行繪圖。所有數據用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 飼用油菜青貯感官評價

研究表明,不同處理飼用油菜青貯的感官品質存在一定差異,其中A2和A3處理等級評價為優質,有強酸味,顏色呈現黃綠色,質地莖葉結構完整,質地疏松不黏手、舒適感佳。A4處理等級評價為良好。A1、A5處理等級評價為一般。A6處理等級評價為較差。表1

表1 各處理青貯開罐后感官評價

2.2 不同處理飼用油菜青貯營養品質變化

研究表明,各處理DM含量隨晾曬時間的延長而顯著增加(P<0.05);CP含量隨晾曬時間的增加而降低,其中A1處理顯著高于A6處理(P<0.05),其他各處理間均差異不顯著(P>0.05);EE含量隨晾曬時間的延長而降低,A1處理顯著高于除A2處理外的其他各處理(P<0.05);各處理中NDF和ADF含量均隨晾曬時間的延長而降低,但差異均不顯著(P>0.05);各處理WSC含量隨晾曬時間的延長而降低,A1處理WSC含量最高,顯著高于A4、A5、A6處理(P<0.05),但與A2、A3處理間差異不顯著(P>0.05)。A1處理CP、EE、NDF、ADF、WSC含量均高于其他各處理,DM含量顯著低于其他各處理(P<0.05)。

發酵60 d開罐后,各處理組DM隨晾曬時間的延長而顯著增加(P<0.05),且各處理間差異顯著(P<0.05);A2、A3處理CP含量最高,但僅顯著高于A6處理(P<0.05)。A1處理EE含量最高,顯著高于除A2處理外其他各處理(P<0.05);A6處理NDF含量最低,顯著低于A1、A4、A5處理(P<0.05);A2處理ADF含量最低,但各處理組均差異不顯著(P>0.05);A2、A3處理WSC含量顯著高于其他各處理(P<0.05)。相較各處理A2處理的CP、WSC含量最高,ADF含量最低,A1處理EE、ADF含量最高。

發酵后與發酵前對比,各處理DM含量、CP含量、EE含量、WSC含量均顯著降低(P<0.05)。NDF含量下降不顯著(P>0.05);ADF含量僅有A2、A3、A6處理下降顯著(P<0.05),其余處理下降不顯著(P>0.05);其中,A2處理的EE含量降低最少(3.12%),NDF、ADF含量降低最多(分別為8.4%、6.41%);A3處理CP含量降低最少(1.16%);A1處理CP、WSC含量均降低最多(分別為 1.87%、12.51%)。表2

表2 飼用油菜青貯下營養品質變化

2.3 不同處理飼用油菜青貯發酵品質變化

研究表明,隨晾曬時間的延長,各處理pH值略有升高(P>0.05),NH3-N/TN含量顯著升高(P<0.05)、LA、AA含量均差異不顯著(P>0.05),除A6處理外均未檢測出PA、BA兩項指標。

發酵60 d開罐后,各處理間pH值、LA、AA含量均差異顯著(P<0.05)。其中,A1處理pH值最高,A2處理pH值最低(P<0.05);A2處理LA含量顯著高于其他各處理(P<0.05),A4處理LA含量顯著低于其他各處理(P<0.05);A2處理AA含量顯著高于其他各處理(P<0.05),A5處理AA含量顯著低于其他各處理(P<0.05);A1處理的PA含量顯著高于除A5處理外的其他各處理、BA含量顯著高于除A6處理外的其他各處理;A1處理NH3-N/TN含量最高,A3處理NH3-N/TN含量最低。

發酵后與發酵前對比,各處理PH、LA、AA、NH3-N/TN均變化顯著(P<0.05),除pH值顯著降低外,其他各指標含量均顯著提高(P<0.05)。A2處理pH值下降最多(2.22),LA、AA含量均上升最多(分別為4.23%、1.52%);A1處理pH值下降最低(1.36),NH3-N/TN含量上升最多(6.37%)。表3

表3 飼用油菜青貯下發酵品質變化

2.4 不同處理飼用油菜青貯有氧穩定性

研究表明,處理A1、A2、A3、A4、A5、A6有氧暴露后穩定時間分別為96.7、101、110、109.5、72.5和51.5 h。除A3與A4兩處理間差異不顯著外(P>0.05),其余各處理間均差異顯著(P<0.05),A6處理有氧穩定時間最短,A3處理有氧穩定時間最長。圖1

圖1 不同處理飼用油菜青貯的有氧穩定性

2.5 不同處理飼用油菜青貯隸屬函數

研究表明,A2(0.85)>A3(0.83)>A4(0.63)>A5(0.45)>A6(0.35)>A1(0.31)。平均值越大綜合價值越高,反之越差,即A2處理最優,A1處理最差。表4

表4 隸屬函數分析及營養價值排序

3 討 論

3.1 晾曬時間對飼用油菜青貯飼料營養品質的影響

植物細胞液的釋放是天然厭氧發酵開始的前提,DM含量過高時,發酵效果會明顯下降[20];但青貯飼料原料含水率過高則易導致青貯腐敗發酵,造成青貯失敗,控制好青貯含水率,能夠保證獲得良好的發酵物并在一定程度上減少營養物質的損失[21]。青貯飼料隨著發酵進程的推進,各營養指標的含量會發生一定的變化。研究中各處理DM含量在青貯后有所下降,主要由于微生物活動代謝消耗,而青貯營養成分保存得越完整,飼料的營養品質越好[22]。其中,DM損失最少的為晾曬12 h(1.16%)。發酵過程中,CP作為微生物獲取能量的基礎物質,在發酵初期微生物活動消耗了大量的能量,腐敗微生物梭菌利用原料中的氨基酸、含氮鹽類(硝酸鹽和亞硝酸鹽)等產生NH3-N[23],導致CP含量的下降。在試驗中,隨發酵時間的延長,各處理的CP含量均降低,其中CP損失最少的為晾曬24 h(1.16%)。目前傳統禾本科飼料青貯如全株青貯玉米青貯的調制已經十分成熟,飼用油菜與最常用的青貯原料全株青貯玉米相比,飼用油菜盛花期CP含量可達到11.3%左右,而全株青貯玉米CP含量為7%左右[19],較高的氮源導致其在調制青貯過程中需要嚴格控制發酵體系條件。

NDF和ADF是反映粗飼料消化率的重要指標[24],其在粗飼料體系中含量相對較低,飼料品質越好[25];其中ADF含量的高低會影響食草動物對飼料消化吸收速度的快慢,ADF含量越低的飼草,動物的消化吸收速率越快,飼草的相對飼用價值也越高,反之速率越慢[26]。較青貯玉米相比飼用油菜的NDF和ADF含量均較低;從粗纖維的含量方面比較,飼用油菜優于全株青貯玉米,研究各處理發酵后NDF和ADF含量均有不同程度的降解,這與以往研究結果相同[27],在青貯初期部分微生物活動可能產生纖維素酶,導致青貯原料NDF與ADF含量下降,直到發酵后期趨于穩定。試驗中,NDF與ADF含量均隨晾曬時間延長而降低,且各處理NDF和ADF的含量均隨發酵進程的推進而逐漸降低。發酵期結束后,晾曬12 h的NDF和ADF降解量最大,青貯原料水分為76.3%左右的飼用油菜青貯最有利于微生物降解NDF和ADF。

WSC作為青貯過程中可以提供最主要底物的來源,能夠在青貯飼料的發酵過程中代謝。試驗中各處理WSC含量均逐步減少,與以往研究結果相同[19],青貯初期青貯原料WSC含量較高,為乳酸菌提供了大量營養物質,為乳酸菌生長提供了有利條件,微生物運動活躍,產生了大量的乳酸,導致WSC的損失[28]。試驗中,WSC含量隨晾曬時間的延長而減少,且各處理WSC含量隨發酵進程的推進而逐漸降低,其中WSC含量損失最少的為晾曬36 h(7.64%)。適當延長飼用油菜原料的晾曬時間有助于減少青貯發酵過程中WSC的損失。

3.2 晾曬時間對飼用油菜青貯飼料青貯發酵品質的影響

pH值、有機酸和NH3-N濃度的測定是評價青貯飼料發酵最常用的幾項測量指標。在青貯發酵過程中,乳酸菌通過利用WSC進行生長代謝,繼而產生LA[28],pH值這一指標能夠直觀地反映青貯飼料是否保存較好及其被腐敗菌分解的程度,青貯飼料pH值在3.8～4.5為品質優良[8]。試驗中飼用油菜青貯原料的pH值在6.01～6.28,隨發酵進程的持續,各處理pH值均表現為先迅速下降后逐漸趨于平穩,隨發酵進程的推進各處理pH值均顯著降低,最低可達到3.8左右,可以滿足青貯過程中有益菌的生存條件[29]。由于飼用油菜青貯中WSC的含量隨晾曬時間的延長而降低,WSC含量高的青貯能夠給乳酸菌生長代謝提供充足的碳源,發酵前期乳酸菌代謝活動旺盛,大量的WSC被乳酸菌迅速分解產生LA,導致pH值的快速下降,并迅速到較低且相對穩定的狀態。

有機酸中LA和AA含量能夠表明青貯品質。LA是促進青貯發酵的有益酸[30],也是導致發酵過程中pH值下降最主要的酸。AA是青貯飼料中第二高濃度的酸,通常含量為1%～3%,其主要來源于異型乳酸菌等對糖類的分解發酵[31]。試驗中,隨發酵進程的推進,各處理LA和AA含量均升高。其中,LA和AA含量增加最多的處理組為晾曬12 h(分別為4.23%和1.52%)。相較LA和AA產生量,在青貯過程中PA的產生量較低,青貯中少量PA能夠抑制酵母菌的生長與好氧發酵的時間,延長青貯飼料的保存時間[32-33];青貯飼料中梭菌發酵產生BA,由于LA的產生和積累,pH下降,抑制了梭菌發酵和BA的產生,BA含量越低,青貯飼料品質越高[34]。試驗中,發酵前僅有晾曬60 h有微量PA和BA檢出,發酵期結束后,PA含量最低處理為晾曬12 h,BA含量在晾曬12、24、36 h處理均最低。

在青貯飼料中NH3-N含量越高,青貯飼料的品質越差[35]。NH3-N含量在發酵的過程中不斷上升,與Schmidt[31]的試驗結果相似。試驗中,發酵前NH3-N含量隨晾曬時間的延長而逐漸增加,主要是由于晾曬過程中好氧微生物生長,降解蛋白質導致NH3-N含量上升;在發酵進程中,乳酸菌快速生長繁殖,產生大量乳酸,降低其他菌種對蛋白質的分解作用,從而減少了NH3-N的產生;在發酵結束后,NH3-N含量最低的處理為晾曬時間12和24 h。

3.3 晾曬時間對飼用油菜青貯飼料有氧穩定性的影響

研究中,不同晾曬時間飼用油菜青貯的有氧穩定性存在一定差異,除晾曬24和36 h處理間差異不顯著(P>0.05),其余各處理的有氧穩定時間均存在顯著差異(P<0.05)。晾曬24 h和36 h處理有氧穩定時間高于其他處理的有氧穩定時間。由于晾曬時間60 h的處理在開窖后氧氣更容易進入,好氧微生物快速繁殖,有氧穩定時間最短的處理為晾曬60 h(51.5 h)。從各處理進行有氧暴露開始一直到最后一組處理在有氧暴露下青貯內部的溫度高于當前室溫2℃時為止,為有氧穩定性被破壞[19]。

4 結 論

晾曬時間(0～60 h)導致飼用油菜原料含水率發生較大變化(82.2%～47.51%),因而導致飼用油菜青貯品質發生較大變化,而適當降低含水率以控制飼用油菜發酵體系含水率,能夠獲得最優青貯。研究綜合評價表明,飼用油菜含水率為73.53%時,即在新疆南疆麥后飼用油菜收獲時田間晾曬時間12 h左右,綜合價值最優。