青贮乳酸菌的发酵及影响发酵的因素

赵彩艳，尤跃钧

（1.孝感学院新技术学院生物化学系，湖北 孝感 432000；2.上海诺华动物保健品有限公司，上海 200031）

青贮饲料是把农作物秸杆或半干饲料装入青贮窖内，在厌氧条件下，依靠乳酸菌发酵制成能长期保存的饲料。其原理是乳酸菌厌氧发酵产生乳酸，使青贮饲料的pH达到3.8～4.2，从而使青贮饲料内包括乳酸菌在内的所有生物活动受到抑制，达到保存饲料的目的。青贮饲料因其多汁，柔软，味酸香，易于牲畜采食消化等优点成为反刍动物及室内圈养的牛、羊的主要饲料来源[1]。

1 青贮原理

青贮就是把饲料置于密闭的环境条件下，采用适宜的温度和湿度，使乳酸菌大量繁殖，从而将饲料中的淀粉和可溶性糖变成乳酸。当乳酸积累到一定浓度，抑制霉菌等细菌的生长，这样饲料中的养分就不会腐败变质，有利于饲料长时间保存。经过青贮的饲料青绿鲜嫩、营养价值高、适口性强、易于消化，刺激肠道，大幅提高其消化率[2]。

2 乳酸菌在青贮饲料制作过程中的发酵过程

2.1 发酵类型

青贮饲料中主要的厌氧微生物是乳酸菌，乳酸菌是一类可利用葡萄糖发酵产生大量乳酸的厌氧细菌。乳酸菌内不含蛋白分解酶，不能降解蛋白质，在温度20～30℃、湿度65%～75%、pH 4.0～6.0的条件下最适生长繁殖。乳酸菌的共同特性是发酵糖产生乳酸，并且在无氧条件下生长良好。青贮窖和青贮原料不同，乳酸菌的数量和活性差异非常大[3]。有学者分析了紫花苜蓿和玉米等青贮原料上的微生物种类，其中肠杆菌在2种植物上是主要的微生物，其次是酵母菌和霉菌，其中13%为乳酸分泌型的酵母菌，而乳酸菌包括只占微生物总数的5%，数量从10～104cfu·g－1，附生在作物表面的微生物和作物种类有关，作物表面的微生物和温度、作物的枯萎及作物的成熟等都有关系。乳酸菌种类很多，受发酵产生不同分为同型乳酸菌和异型乳酸菌（混合乳酸菌）两大类。同型乳酸发酵是将1分子葡萄糖转化为2分子乳酸，消耗能量少，而异型乳酸发酵是将1分子葡萄糖转化为乳酸、乙醇及二氧化碳各1分子，因而消耗能量较多。在青贮饲料制作时，从保存能量的角度考虑，应以同型乳酸发酵为好[4]。同型乳酸菌发酵与不添加乳酸菌发酵相比较，乙酸和氨态氮含量低，青贮产物中有更多的乳酸发酵和水溶性碳水化合物，能促进青贮的发酵，但却使青贮贮藏和开窖后的稳定性降低。同型发酵菌株使玉米、高粱、小麦等作物的青贮在有氧时更容易变质，因为这些发酵中没有足够的挥发性脂肪酸（VFA）保护青贮，以限制酵母菌和霉菌的生长，这种青贮有氧的变质不仅造成干物质损失，真菌还会产生一些有毒物质，对动物的健康造成威胁。乳酸菌异型发酵使糖发酵为乳酸、乙酸和乙醇等，且将碳水化合物转化为乳酸的效率仅为同型的17%～50%，只能产生不易被动物代谢的D型乳酸，发酵产生的乙醇利用很差，乙酸不能被利用。

2.2 青贮过程中乳酸菌的发酵过程

2.2.1 好氧呼吸阶段

切碎、压实的饲料，在刚密封时，由于原料切割的长度和含水量不同而含有相当的空气。空气含量取决于原料切割的长度和含水量，切割越短、含水量越高压实紧密度越高，一般约占总体积的2/3。此时植物细胞利用饲料中的碳水化合物及有机酸等进行以有氧呼吸为主的代谢，同时蛋白质被水解成氨基酸[5]。此时，植物表面附生或污染的好氧和兼性好氧菌（酵母菌和霉菌）竞争性利用作物的营养成分，快速生长繁殖。随着代谢活动的进行，青贮环境内部氧气逐渐耗尽，好氧微生物代谢和植物呼吸受到抑制而停止[1]。呼吸过程使饲料温度上升，产生适量的热量有利于乳酸发酵，一般镇压良好，水分适宜的青贮窖内温度可维持在20～30℃，适宜于乳酸菌生长繁殖。这一阶段发生在青贮最初的一段时间内，是青贮料的营养品质破坏下降的主要阶段，此过程长短取决于青贮原料的种类和调制技术，要尽可能缩短这一过程的时间。

2.2.2 无氧发酵阶段

随着青贮中氧气的耗尽，一般从第3天起开始进入微生物的无氧发酵过程[5]。此时各种厌氧菌或兼性厌氧菌包括乳酸菌、肠球菌、梭菌和酵母菌等通过竞争性利用植物表面的可溶性碳水化合物和其他营养物质而生长。一般情况下，这个过程以乳酸菌发酵为主，同时伴随着少量的酒精、丁酸、乙酸及丙酸发酵。比较优质的青贮饲料，乳酸菌含量多，在厌氧细菌中乳酸菌生长非常迅速，大量地繁殖成为优势菌群，产生大量发酵产物包括乳酸和乙酸，导致pH降低，从而抑制其他菌类的繁殖，起到防腐保鲜的作用[6]。当pH＜4.0，所有微生物活动均被抑制，进入了稳定期[7]。厌氧发酵阶段时间因青贮作物的不同而异，但良好的青贮过程往往在较短的时间内产生大量有机酸导致整个青贮环境pH的迅速下降。

2.2.3 稳定期及完成保存期

当青贮饲料的pH降低到一定程度，又没有氧气进入青贮环境的条件下，各种发酵参数如微生物菌群和代谢产物保存相对稳定。此时存活的微生物种类很少，主要是耐酸性强的乳酸菌，随着乳酸积累到一定程度，乳酸菌本身也受到抑制，并开始逐渐死亡。乳酸积累到青贮料湿重的1.5%～2.0%，青贮饲料在厌氧和酸性的环境中成熟，并长期保存下来[1]。

2.2.4 二次发酵阶段

青贮结束后，在青贮窖开封提取青贮饲料时，空气随之进入，青贮饲料的表面与空气接触，好氧型微生物大量繁殖，青贮饲料中的养分遭受大量损失，出现腐败，并产生大量的热。二次发酵的微生物包括酵母菌和霉菌，一般情况下，首先是1～2 d酵母繁殖，产生热量，然后是霉菌繁殖，使饲料腐败。随着发热，饲料的乳酸含量迅速下降，pH迅速上升，pH＞5时，由饲料中蛋白质和氨基酸分解产生的挥发性氨态氮急剧增加，腐败变质后的青贮饲料，不能饲喂家畜[1]。

3 影响乳酸菌发酵的因素

3.1 青贮原料的糖分

糖分是乳酸发酵的主要物质，青贮原料含糖量的多少影响到青贮效果的好坏。一般含糖量较多，易于青贮的是玉米、高粱秸秆、禾本科青草等，带穗青贮玉米的含糖量可达到6%。优质的青贮一般要求青贮饲料原料的含糖量为1%～5%[8]。含糖量过低时无法制成优质青贮饲料，主要原因可能是此时梭状芽孢杆菌生长繁殖，通过脱氢、脱羧和氧化还原等方式使蛋白质发生腐败，引起青贮饲料异常发酵，造成变质。不同的青贮料含糖量也存在差异，南瓜、甘蓝、禾本科牧草等饲料含有丰富的糖分，易于青贮，而苜蓿、三叶草等豆科牧草含糖分较低，不宜单独青贮，可与其他含糖量高的原料按一定比例混贮，也可在青贮时添加玉米粉、麸皮或者米糠3%～5%，以增加含糖量，对于豆科植株青贮难以成功，需与禾本科植物混合或加入米糠10%～20%混合青贮[6]。

3.2 原料含水量

青贮原料中适当的含水量是保证乳酸菌正常活动的重要条件，水分含量的高低会影响青贮发酵的过程和青贮料的品质。一般来说，原料含水量以65%～75%为宜，水分过低，影响微生物的活性，另外也难以压实，造成好氧性菌大量繁殖，使饲料发酵发霉腐烂；水分过多，容易腐烂，糖浓度低，利于乳酸菌活动，易结块，青贮品质变差，同时植物细胞液汁流失，养分损失大[9]。青贮原料适宜含水量因质地不同而存在差异，收割早、幼嫩、多汁、柔软的原料含水量约为6%，质地粗硬的原料含水量可达78%～82%。此外，青贮所要求的水分与原料种类有关，原料种类不同，青贮要求含水量也不同。研究表明，豆科牧草含水量以6%～7%为宜，禾本科牧草含水量可高达72%～82%，原料含水量会直接影响牲畜对青贮料的采食效果和消化吸收[7]。

3.3 发酵的温度

在青贮饲料的制作过程中，青贮窖内温度的高低，直接影响着乳酸菌的生长繁殖。而青贮饲料中乳酸含量的多少，是检验乳酸菌的生长繁殖和生命活动强弱的指标。研究表明，青贮窖里温度越高，养分损失越多，但过高的温度可延长青贮发酵的时间，抑制乳酸菌的生长繁殖。青贮饲料品质的优劣和使用价值的高低，取决于青贮饲料的厌氧发酵是乳酸菌发酵还是丁酸发酵。因此，必须掌握好温度，乳酸菌发酵适宜的温度为19～37℃，最好不要＞37℃，大多数梭菌最适宜生长温度较乳酸菌高，约为37℃，楔形菌等嗜热菌适温为45℃，但50℃时仍可生长。研究表明，当窖内温度上升到40～50℃时，其营养物质的损失则高达20%～40%。而青贮窖温的变化主要受封窖的基本温度和好气性发酵阶段的影响，封窖时窖温过高或超过37℃或压紧封严不够，往往会形成适合丁酸发酵的高温青贮，得到青贮饲料的品质极差。因此，迅速装窖压实封严以便尽快形成以乳酸发酵为优势的良好的厌氧环境[6]。

3.4 厌氧程度

含氧量是青贮能否取得成功的关键因素，如果青贮原料切割过长，没压紧或封密不严，窖内空气过多，好氧菌的作用越强烈，从而产生的热量也就越多，不利于乳酸菌的繁殖。好氧性微生物（如腐败细菌等）活动加强时，营养成分损失增强，引起青贮饲料变质，因此要认真做好装填和压实工作。青贮原料要切割成适宜的长度（玉米秸秆3～5 cm，牧草、红苕藤2～3 cm），对装填窖内的原料要压紧、封严，使其不漏气、不漏水，尽量减少装填时间，以迅速营造一个利于乳酸菌生长、繁殖的厌氧环境，减少营养物质损失，提高青贮品质[6]。

3.5 原料的缓冲能力

原料的缓冲力与粗蛋白的含量有关，二者成正比关系，缓冲力越高，粗蛋白的含量也就越高，青贮发酵则不易形成低pH状态，这样对蛋白质有强分解作用的梭菌将氨基酸通过脱氢或脱羧作用形成氨，氨溶入水中形成弱碱，使pH下降慢，不利于乳酸菌的发酵，从而营养物质损失越多，降低青贮品质。有研究报道，适宜水平可溶性碳水化合物含量是克服高缓冲度、保证青贮发酵品质、获得优质青贮的前提条件，因为含糖量高则粗蛋白质含量相对较少，乳酸菌容易利用可溶性糖进行乳酸发酵快速形成低pH环境。如苜蓿、豆科牧草等缓冲度的原料要和一些糖分含量高的禾本牧草进行混合青贮[2]。

3.6 其他因素

研究表明，原料的青贮效果还受品种、籽实的成熟程度、叶与秆中粗蛋白质含量、收获期等因素的影响。青绿饲料一般随着生长和成熟，茎叶逐渐变粗变硬，其所含营养成分也随着之下降。青贮玉米最适收获期在植株含水量为61%～68%时，这种理想的含水量在半乳线阶段至1/4乳线阶段出现，即乳线下移到子粒1/2～3/4阶段。若在贮料含水量高于68%或在半乳线阶段前收获，干物质积累没有达到最大量；若在贮料含水量降到61%以下或籽粒乳线消失后收获，茎叶会老化，并导致产量损失。

研究表明，麦类作物不同生长期各项指标存在极显著差异；燕麦的最佳刈割期为开花后30 d，小麦的最佳青贮刈割期为开花后20 d，麦类作物粗蛋白含量随生长期的延长而递减，但不影响青贮粗蛋白总产量的增加，粗纤维含量随生长期的延长而递增。

可见，要注意各种青贮原料适宜的收割期，玉米收割期一般为乳熟期至蜡熟期，禾本科牧草为孕穗期至抽穗期，豆科牧草为现蕾期到初花期，水生饲料捞取日晒1～2 d；红薯藤在下霜前或收薯前1～2 d收割，各种树的嫩枝，树叶可在落叶前收获青贮[7]。

4 小结

青贮技术已成为当前畜牧生产中的一项常规技术，其操作过程十分简单的，但是也有一定的技术性，只有深入了解青贮发酵的过程及乳酸菌发酵机制，控制好乳酸发酵的影响因素，扬长避短，才能获得优质的青贮饲料。

[1]王富生.青贮剂及其在玉米秸秆微贮中的作用[D].济南:山东大学,2007.

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