不同微生物菌剂对青贮玉米秸秆发酵品质和营养成分的影响

靳会珍,赵月萍,陈爱华

(1.河北省沧州市畜牧技术推广站,河北沧州 061001;2.河北北方学院动物科技学院,河北张家口 075000;3.黄骅市畜牧局,河北黄骅 061100)

青贮过程中，谷物秸秆由于缺氧和代谢产物的积累，产生的大量乳酸可降低pH，从而抑制微生物生长。但当青贮过程暴露在空气中，某些微生物代谢活跃，产生大量热量，消化谷物养分，从而使青贮后谷物的品质下降（许庆放等，2005）。许多养殖场利用青贮饲料饲喂反刍动物，但由于青贮过程中受到不同程度的好氧降解或青贮饲料包装受损，均会导致青贮饲料品质降低，从而影响动物的采食量（陈浩林和张锦华，2015）。因此，改善青贮饲料的好氧降解稳定性具有重要的意义。关于改善青贮饲料好氧稳定性的方法早有研究。Kung等（1998）发现，加入含丙酸的防霉剂可以提高好氧降解的稳定性，同时还发现在青贮过程中加入有益微生物后得到的秸秆饲料可以提高动物的采食量。然而，对于同型发酵的乳酸菌属（如植物乳杆菌）接触空气后产生的乙酸量（具有抗真菌作用）降低，导致使其发酵不稳定（刘子瑜，2013；Kung等，1998；Rust等，1989）。与同型乳酸菌发酵相比，异型发酵乳酸菌（如布氏乳杆菌）导致营养成分损耗较大，其发酵效率较低，但可产生大量乙酸，对真菌的抑制作用远大于乳酸。因此，本研究的目的是评估玉米秸秆接种异型或同型乳酸菌后的青贮效果（青贮品质和营养成分含量），为谷物青贮饲料的发酵和有氧稳定性研究方面提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 布氏乳酸杆菌、植物乳杆菌购自无锡拜弗德生物科技有限公司。

1.2 原料处理与分组 玉米秸秆切碎（1 cm），对照组不添加菌剂，处理1组用1×104cfu/g布氏乳杆菌处理，处理2组用1×105cfu/g布氏乳杆菌处理，处理3组用1×104cfu/g植物乳杆菌处理，处理4组用1×105cfu/g植物乳杆菌处理。每组4个重复，每个重复玉米秸秆初始重量为（500±22.33）kg。玉米秸秆接种后各组分别取样500 g，在冰上放置2 h，参考Ranjit和Kung（2000）研究方法测定玉米秸秆干物质、pH、乳酸菌、酵母菌、霉菌、挥发性脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸）和碳水化合物的含量。

1.3 青贮与指标测定 玉米秸秆接种菌剂发酵90 d后，取样500 g测定干物质、pH、乳酸菌、酵母菌、霉菌、挥发性脂肪酸和碳水化合物的含量，测定方法同1.2。玉米秸秆中乳酸（总乳酸含量、L型和D型乳酸）、氨基氮、粗蛋白质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量的测定参考Woolford（1975）的研究方法。青贮效率采用Flieg’s评分方法，该方法基于测定的玉米秸秆中乳酸和挥发性脂肪酸含量作为标准（Woolford，1975）。

每组按照重复取（150±12.33）kg青贮玉米秸秆装入筒仓中，置于室温（22℃）。分别在第0.5、1、1.5、2、3 天采样，测定玉米秸秆的化学变化。各组将重复采集的样品混合在一起。每一个抽样，计算干物质（DM）损失。各组青贮玉米在空气中暴露后，干物质、pH和水溶性碳水化合物含量的测定参考Ranjit和Kung（2000）研究方法进行有氧酵解。

1.4 数据统计与分析 试验数据通过Excel（2013）处理后，用SPSS（19.0）进行单因素方差分析，采用Tukey进行差异性比较，结果以（P＜0.05）作为差异显著性判断的标准。

2 结果与分析

2.1 不同微生物菌剂对新鲜青贮玉米秸秆化学成分和微生物含量的影响 由表1可知，用不同菌剂处理后，青贮玉米秸秆中干物质含量达31%。各处理组pH值显著高于对照组（P＜0.05）。各处理组间乳酸菌、霉菌数量及丙酸、丁酸和碳水化合物含量无显著差异（P＞0.05）。对照组青贮玉米秸秆中酵母菌含量分别比处理2组和处理4组高20.5%，11.9%（P＜ 0.05）。

2.2 不同微生物菌剂对青贮90 d后玉米秸秆化学成分和微生物含量的影响 由表2可知，各组间干物质含量具有显著差异（P＜0.05），而各组间青贮玉米秸秆pH值无显著差异（P＞0.05）。处理2组总乳酸、L-乳酸含量显著低于对照组（P＜0.05），处理3组D-乳酸含量显著低于对照组（P＜0.05）。处理2组青贮玉米秸秆中乙酸含量显著高于其他各组（P＜0.05），而各组间丙酸和丁酸含量无显著影响（P＞0.05）。与刚加入菌剂，新鲜青贮玉米秸秆相同，青贮100 d后，玉米秸秆中酵母菌含量表现为最高，其中处理2组青贮玉米秸秆中酵母菌含量显著低于对照组（P＜ 0.05）。

表1 新鲜青贮玉米秸秆的化学成分和微生物含量（处理后）

表2 青贮玉米秸秆的化学成分和微生物含量（90 d）

2.3 不同微生物菌剂对青贮玉米秸秆营养成分的影响 由表3可知，与对照组相比，处理2组青贮玉米秸秆中乙醇和碳水化合物含量显著低于对照组（P＜0.05），而与其他各处理组之间无显著差异（P＞0.05）。不同微生物菌剂对青贮玉米秸秆中粗蛋白质和氨基氮的含量影响均不显著（P＞0.05）。处理2组青贮玉米秸秆中酸性洗涤纤维含量显著高于处理4组（P＜0.05），而对照组青贮玉米秸秆中性洗涤纤维含量显著高于处理4组（P＜0.05），其他各组间中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量均无显著差异（P＞0.05）。

2.4 不同微生物菌剂处理青贮玉米秸秆后放置不同时间干物质损失含量的变化 用不同微生物菌剂处理玉米秸秆90 d后，将青贮玉米秸秆在空气中放置0.5～3 d后，干物质损失含量的变化见表4。各组随着放置时间的延长，干物质损失含量均升高，其中青贮玉米秸秆放置1 d后，处理3、4组干物质损失含量显著高于对照组（P＜0.05），而放置其他时间后，各组间干物质损失含量无显著影响（P＞0.05）。

表3 青贮玉米秸秆营养成分（90 d）                         %

表4 不同时间对青贮玉米秸秆干物质损失的影响                  %

2.5 不同微生物菌剂处理青贮玉米秸秆后放置不同时间pH和水溶性碳水化合物含量的变化

用不同微生物菌剂处理玉米秸秆90 d后，将青贮玉米秸秆在空气中放置0.5～3 d后，pH和水溶性碳水化合物含量的变化见表5。青贮玉米秸秆放置1 d后，处理2、3组pH显著高于其他各组（P＜0.05），放置1.5 d后，对照组pH显著高于其他各组（P＜0.05）；放置2 d后，对照组与处理2、3组间青贮玉米秸秆pH存在显著差异，其中对照组显著高于处理2、3组（P＜0.05）；放置3 d后，对照组和处理3组青贮玉米秸秆pH显著高于其他各组（P＜0.05）。

3 讨论

本试验结果发现，新鲜青贮玉米秸秆中碳水化合物含量在15%左右，与Cai和Kumai（1994）报道一致。Mcdonald等（1991）用同型乳酸发酵玉米秸秆，结果发现可以加速玉米秸秆青贮过程，同时产生大量乳酸，pH快速降低。本试验采用两种不同型乳酸菌，结果发现，植物乳杆菌对发酵后玉米秸秆的有氧酵解影响不显著。乳酸对霉菌的抑制作用较小，使用两种剂量的植物乳杆菌对乳酸和乙酸含量无显著影响，同时对氨基氮浓度和碳水化合物含量也无显著影响，并未表现出同型乳酸菌发酵的效果（Moran等，1996），说明不同剂量的同型乳酸杆菌（植物乳杆菌）并不能充分控制整个青贮过程中的发酵效应（Moon等，1983）。但本试验也发现，虽然植物乳杆菌对青贮玉米秸秆的发酵品质无显著影响，但可以改善其有氧酵解过程。处理组玉米秸秆中酵母菌含量低于对照组，但这种结果并不能仅通过简单的化学分析手段解释，因为不同乳酸菌种可能存在大量杆菌素和抗真菌成分（Montville和Kaiser，1993；Suzuki等，1991）。

表5 时间对青贮玉米秸秆pH和水溶性碳水化合物含量的影响（风干基础，%）

若贮存青贮玉米秸秆的筒仓不够，但动物数量较多时，在青贮过程中不得不将青贮饲料移出筒仓。但若青贮玉米秸秆包装不严，饲喂前就可能变质。因此，青贮饲料的好氧稳定性就决定其后续贮存质量的好坏（Weinberg等，1993）。在青贮发酵原料中加入的微生物菌剂具有将葡萄糖和乳酸盐转化成乙酸和丙酸的潜力，但这类菌种在发酵过程中生长繁殖较慢，且不能承受发酵过程中pH快速降低，因此，对玉米秸秆青贮效率较低（Weinberg等，1995）。异型乳酸菌的发酵效率低于同型乳酸菌，在发酵过程产生的醋酸抗真菌作用高于乳酸（Moon，1983）。本研究中分别用两种不同乳酸菌，两种不同剂量处理玉米秸秆，结果发现，对青贮玉米秸秆挥发性脂肪酸含量无显著影响，但高剂量会增加青贮后玉米秸秆酵母菌的含量。本试验可以明显闻到青贮玉米秸秆的乙酸气味，高含量的乙酸可以持续保持其有氧酵解的稳定性，这与Muck（1996）用布氏乳杆菌处理玉米秸秆发现产生大量乙酸，青贮后有氧酵解效率及稳定性高于未处理组的结果一致。动物采食含高浓度乙酸青贮饲料后干物质摄入量减少，有研究报道，这种抑制采食的原因与乙酸本身的酸性性质 有 关（Mcdonald等，1991）。Forbes等（1992）认为这种采食抑制与瘤胃渗透压升高有关。但也有研究表明，瘤胃反刍9 mol/L醋酸钠并未降低青贮饲料的摄入量，但含高浓度乙酸的青贮饲料感官品质也需要进一步研究（Mbanya等，1993）。在本试验中，由于频繁暴露在空气中，青贮后不同时间采集的玉米秸秆样品有干物质损失；同时，青贮后玉米秸秆在空气中暴露3 d，水溶性碳水化合物含量同样下降。

在市面上购买的青贮饲料通常都加有防霉剂丙酸及抗真菌成分（Kung等，1998）。有研究表明，在玉米秸秆发酵过程中添加防霉剂可以提高其在空气中的稳定性（Woolford，1984）。本研究试验中添加的菌剂为布氏乳杆菌是一种异型乳酸菌，其发酵效率低；同时也有研究表明谷物秸秆通过布氏杆菌发酵后产生了组胺（Halasz等，1994），这种在发酵过程中的干物质是否有损失及是否产生其他物质还有待进一步研究。

4 结论

玉米秸秆通过布氏杆菌和植物乳杆菌处理青贮后，降低了酵母菌、霉菌及氨基氮的含量，玉米秸秆接种布氏乳杆菌可以提高其青贮后在空气中的稳定性。

参考文献

[1]陈浩林，张锦华.三种青贮池整株青贮玉米秸秆效果比较分析[J].草业与畜牧，2015，1：29～ 30.

[2]刘子喻.布氏乳杆菌及其在青贮饲料中的应用研究[J].畜牧与饲料科学，2013，34：15～18.

[3]许庆方，韩建国，玉柱.青贮渗出液的研究进展[J].草业科学，2005，22：90～95.

[4]Cai Y，Kumai S. The proportion of lactate isomers in farm silage and the influence of inoculation with lactic acid bacteria on the proportion of L-lactate in silage [J]. Anim Sci Technol，1994，65 ：14～21.

[5]Forbes J M，Mbanya J N，Anil M N. Effects of intra ruminal infusions of sodium acetate and sodium chloride on silage intake by lactating cows [J]. Appetite，1992，19：293～ 301.

[6]Kung L，Sheperd A C，Smagala A M，et al. The effect of preservatives based on propionic acid on the fermentation and aerobic stability of corn silage and a total mixed ration [J]. J Dairy Sci，1998，81：1322～1330.

[7]Mbanya J N，Anil M H，Forbes J M. The voluntary intake of hay and silage by lactating cows in response to ruminal infusion of acetate or propionate，or both，with or without distension of the rumen by a balloon [J]. Br J Nutr，1993，69：713～ 720.

[8]McDonald P，Henderson A R，and Heron S J E . The Biochemistry of Silage（Second Edition）[M]. England：Chalcombe Publications，1991.

[9]Montville T J，Kaiser A L. Antimicrobial proteins：classification，nomenclature，diversity，and relationship to bacteriocins [M].Bacteriocins of lactic acid bacteria. D. G. Hoover and L. R. Steenson，eds，Academic Press. San Diego，CA，1993：1～22.

[10]Moon N J. Inhibition of the growth of acid tolerant yeasts by acetate，lactate and propionate，and their synergistic mixture[J].Appl Bacteriol，1983，55 ：453～ 460.

[11]Moran J P，Weinberg Z G，Ashbell G，et al. A comparison of two methods for the evaluation of the aerobic stability of whole crop wheat silage [M]. XI Int. Silage Conf. Univ. of Wales，Aberystwyth，UK，1996：162～163.

[12]Muck R E. A lactic acid bacteria strain to improve aerobic stability of silages [M]. U.S. Dairy Forage Res. Center，Res.Summaries，1996：42～43.

[13]Ranjit N K，Kung L. The effect of Lactobacillus buchneri，Lactobacillus plantarum，or a chemical preservative on the fermentation and aerobic stability of corn silage [J]. Dairy Sci，2000，3：526～539.

[14]Rust S R，Kim H S，Enders G L. Effects of a microbial inoculant on fermentation characteristics and nutritional value of corn silage [J].Prod Agric，1989，2：235～ 241.

[15]Suzuki I，Nomura M，Morichi T. Isolation of lactic acid bacteria which suppress mold growth and show antifungal action [J].Milchwissenschaft，1991，46：635 ～ 639.

[16]Weinberg Z G，Ashbell G，Hen Y，et al. The effect of applying lactic acid bacteria on the aerobic stability of silages [J]. Appl Bacteriol，1993，75 ：512～ 518.

[17]Weinberg Z G，Ashbell G，Hen Y，et al. The effect of a propionic acid bacterial inoculant applied at ensiling on the aerobic stability of wheat and sorghum silages [J].Industr Microbiol，1995，15：493～497.

[18]Woolford M K. Microbiological screening of the straight chain fatty acids（C1-C12）as potential silage additives [J]. Sci Food Agric，1975，26：219～228.

[19]Woolford M K. The silage fermentation [M]. Marcel Dekker，Inc.，New York，NY，1984.