产有机酸芽孢杆菌对玉米秸秆青贮品质及有氧稳定性的影响

郭晓军++郭威++周贤++杨继业+朱宝成

摘要：为了考察产有机酸芽孢杆菌R42-16对玉米秸秆青贮品质及有氧稳定性的影响，试验设对照组和3个不同菌浓度（高、中、低）的R42-16添加组，青贮30 d后，测定青贮秸秆的pH值、有机酸及常规物质含量，并连续15 d室温暴露放置，测定温度和pH值。结果表明，与不加菌剂组相比，菌浓度中、高水平的R42-16添加组乳酸、乙酸含量显著提高（P<0.05），丁酸含量显著降低（P<0.05）。添加R42-16菌剂不能显著影响干物质、粗蛋白、粗纤维、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤木质素的含量，但显著降低氨态氮/总氮值（P<0.05）。在整个有氧暴露过程中，对照组在11 d时开始出现“二次发酵”，而试验组始终处于稳定状态。综合考虑，添加R42-16菌剂能够改善青贮玉米秸秆发酵品质，提高其有氧稳定性。

关键词：有机酸；芽孢杆菌；玉米秸秆；青贮；有氧稳定性

中图分类号： S816.5+3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）08-0163-03

草食性家畜養殖规模的扩大，使得对青绿饲料的需求逐年增加。为响应国家“发展秸秆畜牧业”“粮改饲”的号召，各养殖场努力推进农作物秸秆的饲料化利用，同时对青贮饲料的质量要求也越来越高。常规青贮是依靠青绿饲料自身附着的乳酸菌起作用而达到保存其营养特性的目的[1]。但在实际的青贮过程中，由于所用原料种类和新鲜度不同，青贮表面附着的乳酸菌很少或者根本就没有乳酸菌附着，导致青贮经常发生败坏、变质现象。为了促进青贮发酵，提高青贮饲料发酵品质与稳定性，往往加入一些不同类型的青贮添加剂。其中，产酸芽孢杆菌作为一种新型微生物青贮添加剂[2]，具有生产容易、价格低廉、仓储期长等特点，能够保证青贮秸秆快速而良好地发酵。笔者所在课题组筛选到1株解淀粉芽孢杆菌 R42-16，具有较强的产有机酸能力，尤其是乙酸和乳酸[3]。本试验旨在探讨菌株R42-16对去穗玉米秸秆青贮品质及有氧稳定性的影响，为新型青贮剂的开发奠定理论基础。

1材料与方法

1.1试验材料

去穗青玉米秸秆，购自河北省保定市清苑区。

解淀粉芽孢杆菌R42-16菌株发酵液，20亿CFU/mL，由河北众邦生物技术有限公司生产。

1.2试验方法

1.2.1玉米秸秆青贮取同一块玉米地刚收割的去穗青玉米秸秆经揉丝粉碎后，加入不同菌浓度的R42-16发酵液，然后用液压打包机打包，每包50 kg，每个试验组3包，密封发酵30 d。分组如下：CK，不添加任何菌剂；WZL，添加R42-16菌剂，有效活菌数为8亿CFU/kg；WZM，添加R42-16菌剂，有效活菌数为10亿CFU/kg；WZH，添加R42-16菌剂，有效活菌数为12亿CFU/kg。

1.2.2青贮玉米秸秆的感官评价按德国农业协会（DLG）青贮质量感官评分标准[4]，对各试验组的感官指标进行评价。

1.2.3青贮玉米秸秆的pH值及有机酸、干物质等营养成分含量的测定水分含量的测定参照GB/T 6435—2014《饲料中水分的测定》；pH值的测定参照刘祯等的pH计方法[5]；氨态氮含量测定参照郑喜春的滴定法[6]；有机酸、干物质（DM）、粗蛋白（CP）、粗纤维（CF）、酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤木质素（ADL）含量委托农业部饲料效价与安全监督检验测试中心测定。

1.2.4青贮玉米秸秆有氧稳定性测试取发酵30 d的青贮玉米秸秆4.0 kg装入白色塑料自封袋中，不封口，室温下暴露于空气中，连续测定其温度和pH值的变化。

2结果与分析

2.1青贮玉米秸秆的感官评价

发酵30 d后，各试验组玉米秸秆均呈黄绿色，未发现霉变，无丁酸臭味，有芳香味，松软不黏手，紧压后湿润但不形成水滴，符合发酵秸秆感官评定的优级标准。

2.2青贮玉米秸秆的pH值、有机酸含量、氨态氮含量/总氮含量测定

pH值是衡量青贮玉米秸秆品质的重要指标，能够反映青贮饲料发酵的整体效果[7]，一般要求小于4.2。由表1可以看出，与CK相比，WZL、WZM、WZH组的pH值显著降低，均小于4.0，且随着添加菌浓度的增加，各组的pH值变化显著（P<005），证明添加菌株R42-16发酵产生的有机酸发挥了作用。

乳酸、乙酸、丁酸含量是评价青贮品质的重要指标[8]。从图1至图5可以看出，与CK相比，WZL组中各有机酸含量差异均不显著（P>0.05）；WZM组和WZH组的乳酸、乙酸含量显著提高（P<0.05），乳酸含量分别提高24.38%、25.00%，乙酸含量分别提高292.87%、338.52%；丁酸的含量显著降低（P<0.05），分别降低47.34%、53.36%。再次证明菌株R42-16发酵过程中可以产生大量的乳酸和乙酸。

氨态氮含量/总氮含量从蛋白质降解角度评价青贮发酵品质[8]。从图6可知，WZM组和WZH组秸秆中氨态氮含量/总氮含量比CK分别显著降低10.62%、14.74%（P<0.05）。说明菌株R42-16发酵过程中产生大量的乳酸和乙酸，抑制了其他腐败菌的生长，降低了粗蛋白的损失。

发酵30 d后，青贮玉米秸秆中各物质含量见图7。与CK相比，添加菌株R42-16的3个试验组的DM、CF、ADF、NDF、ADL含量有所降低，但差异不显著（P>0.05），说明菌株R42-16产纤维素酶能力较低。

2.3青贮玉米秸秆的有氧稳定性

2.3.1青贮玉米秸秆开窖后的料温变化取发酵30 d的青贮玉米秸秆装袋暴露于空气中，在试验进行的前9 d，各组的料温均接近于室温，并且3个试验组之间的温度差也较小。暴露后9 d时，CK的物料温度开始上升，而此时各试验组的温度仍与室温相近。暴露后13 d时，CK的物料温度较室温高 3.09 ℃，而各试验组的物料温度仅高于室温1.1 ℃左右（图8）。一般认为当青贮秸秆高于环境温度3 ℃时就开始发生“二次发酵”[9]，说明添加R42-16菌剂延迟了“二次发酵”的时间。

2.3.2青贮玉米秸秆开窖后的pH值变化由图9可知，开窖后的前 7 d，各组的物料pH值彼此之间相差不大（P>005），直到开窖后7 d，CK的pH值开始上升，开窖后11 d时，pH值已达到5.59。有报道显示，当青贮物料pH值达到5.0时，则说明已发生“二次发酵”[4]。WZL、WZM、WZH组的pH值在开窖后14 d时测定分别为4.23、4.03、4.03，仍处于比较稳定的状态，表明添加R42-16菌剂能够提高青贮玉米秸秆的有氧稳定性，且物料pH值随着R42-16菌剂添加量的增加而降低。

3结论与讨论

为了获得优质的青贮饲料，各国专家学者都在积极研究

各类复合的微生物青贮接种剂。相对于普遍添加的乳酸菌类，芽孢杆菌具有其自身独特的优势，它不仅繁殖旺盛，具有较强的抗逆性，在饲料制作、贮存、运输过程中能够保持稳定和较高的活性[10]，且生产容易、成本低廉。研究發现，芽孢杆菌还能够产生多种消化酶，其中包括淀粉酶、纤维素酶等，在这些酶的作用下，饲料中复杂的碳水化合物被降解，有助于动物的消化吸收。因此，研究新型芽孢杆菌青贮制剂具有广泛的应用价值。

本试验所用菌株R42-16具有较强的产乳酸、乙酸能力，在对其青贮效果进行研究后发现，试验中乳酸含量最高为20 g/kg，与刘圏炜等在青贮饲料中添加复合乳酸菌制剂后，最高的乳酸含量15.6 g/kg[11]相比，提高了28.21%，乙酸含量最高为2.69 g/kg，与刘圏炜等的研究结果[16]相差不大，但与CK相比，WZM组和WZH组分别提高了292.87%、338.52%。在氨态氮方面，本试验中WZH组氨态氮与总氮的比值较对照组下降14.74%，比兴丽等在青贮饲料中添加乳酸菌和纤维素酶后，氨态氮/总氮值较对照组下降18.75%的结果[12]略低，但与张新慧等在玉米青贮中添加乙酸钠盐降低氨态氮含量/总氮含量值的结果[14]相似。这与韩丽英等报道在青贮过程中添加乳酸菌或复合的乳酸菌制剂能够提高乳酸和乙酸的含量，并且使丁酸含量及氨态氮含量/总氮含量降低的结果[13-14]也是一致的。

目前对青贮玉米秸秆的发酵品质主要是以乳酸、乙酸、丁酸含量以及氨态氮含量占总氮含量的比值来评价[15]。乳酸和乙酸能够迅速降低秸秆的pH值，有效地防止霉菌和酵母菌等好气性有害微生物对青贮秸秆的有氧腐败[16-17]。Kung等认为，乙酸可能是抑制好气性变质的主要物质，同时乙酸是一种发酵抑制剂，能够参与动物体的能量代谢过程，是反刍动物在合成脂肪过程中一种主要的前体物质，不仅能够提高乳脂率，而且对动物没有毒害作用[18]。Schmidt等研究表明，在青贮料中添加乙酸后能够有效地降低pH值，抑制好气性微生物在青贮饲料中的繁殖，防止青贮饲料腐败变质[19]。氨态氮主要是由原料中的蛋白质和含氮化合物经一些腐败微生物的分解产生，氨态氮的含量越高，则青贮饲料品质越差，营养价值也就越低。

在青贮中添加R42-16后，不仅能够提高乳酸、乙酸含量，降低氨态氮含量/总氮含量，还延迟了“二次发酵”时间，提高了其有氧稳定性。因此，R42-16作为一种青贮剂菌种，不仅满足了一般青贮接种剂的要求，而且因其自身为芽孢杆菌的优势，所以能够更好地应用到青贮玉米秸秆中。然而，由于该菌产纤维素酶能力较低，所以将该菌与具有产纤维素酶能力的菌株复合在一起使用，大大提高了秸秆的发酵效果，这也是本研究应继续努力的方向。

总之，解淀粉芽孢杆菌R42-16在发酵玉米秸秆后，乳酸、乙酸含量显著提高，丁酸含量显著降低，同时氨态氮含量/总氮含量值也有所降低，延迟了“二次发酵”时间，改善了秸秆的发酵品质，提高了其有氧稳定性，为新型芽孢杆菌秸秆青贮菌剂的复配菌种之一，具有广阔的应用前景。

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