添加微生物菌剂对“张杂谷”全株青贮品质和有氧稳定性的影响

赵蕊蕊， 郭晓军*， 郭 威,3， 任全军， 薛晓华， 朱宝成

（1.河北农业大学生命科学学院，河北保定071000；2.张家口市农业科学院，河北张家口075000；3.河北众邦生物技术有限公司，河北保定071000）

“张杂谷”具有高产、节水、耐贫瘠、耐干旱等诸多优点（范光宇等，2016；杨万军等，2016），已被国家列为脱贫产业。目前，杂交谷子在全国14个省区已累计推广3000万亩，实现节水30亿m3、增产粮食30亿kg、增加饲草300万t。随着“张杂谷”种植面积的逐年增加，除了食用之外，开始尝试将其饲草饲料化用于解决畜牧业饲草料资源不足的问题。“张杂谷”秸秆中所含的粗蛋白质为6.22% ～7.35%，尤其在蜡熟期粗蛋白质含量更高，其营养价值与有“饲草之王”称号的苜蓿接近，高于其他禾本科牧草（杨久仙等，2006）。薄玉琨等（2017）报道，全株“张杂谷”干草可以替代燕麦草饲喂高产奶牛，同燕麦草相比产奶量和乳脂率基本持平，乳蛋白率提高显著。青贮饲料具有耐贮藏、柔软多汁、利于动物消化吸收的优点，能够长期保存青绿饲料的营养，在畜牧生产中已得到广泛使用（张亚格等，2016）。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没有乳酸菌附着，导致青贮经常发生败坏、变质现象。为促进青贮发酵，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。为将秸秆加工转化成优质饲草，提高消化吸收利用率，研发利用微生物发酵农作物秸秆加工处理技术，有效改变了秸秆的组织结构，降低了木质纤维素含量，同时产生了大量的乳酸，该复合菌剂均为芽孢杆菌制剂，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的发酵。

目前，“张杂谷”全株专用青贮剂鲜见报道，本试验旨在研究微生物菌剂对“张杂谷”全株青贮品质及有氧稳定性的影响，为“张杂谷”全株青贮生产及青贮品质评价提供科学依据，并为推动“张杂谷”饲草饲料产业化奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 样品 “张杂谷”3号在抽穗期全株刈割后制作青贮饲料。

1.1.2 菌剂 复合菌剂：有效活菌数为1×1010cfu/g，由枯草芽孢杆菌F-1和枯草芽孢杆菌Y-1d以1∶1含量混合。其中枯草芽孢杆菌F-1产乳酸和乙酸，枯草芽孢杆菌Y-1d产纤维素酶、降解真菌毒素。委托河北众邦生物技术有限公司生产。

市售青贮剂：有效活菌数为1×1010cfu/g，由植物乳杆菌和布氏乳杆菌组成。

1.2 试验方法

1.2.1 “张杂谷”全株青贮 取同一块地刚收割“张杂谷”3号经揉丝粉碎后，分别加入不同的菌剂，然后用液压打包机打包，每包50 kg，每个试验组6包，密封发酵45 d。分组如下：对照组：不添加任何菌剂；试验组Ⅰ：添加复合菌剂；试验组Ⅱ：添加市售菌剂。

1.2.2 青贮发酵品质的评价

1.2.2.1 青贮“张杂谷”的感官评价 按德国农业协会（ADLG）青贮质量感官评分标准，对各试验组的感官指标进行评价（农业部畜牧兽医司，1996）。

1.2.2.2 青贮“张杂谷”的水分、pH、有机酸的测定水分的测定参照GB/T6435-2006；pH的测定参照刘祯等（2012）的pH计方法；有机酸含量通过气相色谱测定，气相色谱分析条件：检测器温度270℃，进样器温度270℃，柱温初温60℃，梯度升温到220℃，进样量为2μL，分流比50∶1，采样时间30 min。N2000色谱工作站，采用保留时间定性，内标法定量。

1.2.2.3 青贮“张杂谷”的营养成分测定 粗蛋白质（CP）的测定采用凯氏定氮法；氨态氮的测定采用滴定法（郑喜春，2012）。酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤木质素（ADL）的测定采用ANKOM A2000 i全自动纤维仪分析方法。

1.2.3 青贮“张杂谷”的有氧稳定性测试 将发酵45 d的青贮“张杂谷”全部打开，室温下暴露于空气中，连续测定其温度和pH的变化。

2 结果与分析

2.1 青贮“张杂谷”的感官评价 青贮45 d后，试验组Ⅰ、Ⅱ均呈黄绿色，未发现霉变，无丁酸臭味，有芳香味，松软不粘手，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。对照组的秸秆未发现霉变。试验组发酵效果优于对照组。

2.2 青贮“张杂谷”的水分、pH、有机酸等营养成分 pH是衡量青贮品质的重要指标，能够反映青贮饲料发酵的整体效果，一般要求小于4.2。由表1可以看出，对照组和试验组Ⅰ，Ⅱ的pH均小于4.2，3组的pH相差不大。

表1 青贮“张杂谷”的水分、pH

乳酸、乙酸、丁酸含量是评价青贮品质的重要指标（郭旭生等，2008）。从图1可以看出，与对照组相比，试验组Ⅰ和试验组Ⅱ的乳酸含量分别提高了100%和70.74%（P＜0.05），且试验组Ⅰ的乳酸含量显著高于试验组Ⅱ（P＜0.05），提高了32.23%。乳酸含量的变化表明，复合菌剂和市售菌剂在青贮过程中均可以产生大量的乳酸，从而提高青贮的适口性，并且复合菌剂在提高乳酸含量方面显著优于市售菌剂。

图1 青贮“张杂谷”的乳酸含量

从图2可以看出，与对照组相比，试验组Ⅰ和试验组Ⅱ的乙酸含量分别降低了33.0%和55.86%，且两组之间差异显著（P＜0.05），试验组Ⅰ的乙酸含量比试验组Ⅱ高51.77%。较高的乙酸含量可以提高青贮的有氧稳定性，但是过高的乙酸又会影响青贮的适口性，复合菌剂在三个组的乙酸含量中居于中间，优于其他两个组。

图2 青贮“张杂谷”的乙酸含量

从图3可以看出，与对照组相比，试验组Ⅰ和试验组Ⅱ的丁酸含量比对照组降低了28.79%和33.33%，且两组之间无显著差异。可见青贮过程中菌剂的添加可以迅速的降低青贮的pH，从而抑制其他腐败菌的生长，减少丁酸的含量，有效提高秸秆的发酵品质。

图3 青贮“张杂谷”的丁酸含量

氨态氮/总氮值可从蛋白质降解角度评价青贮发酵品质（郭旭生等，2008）。从图4可知，试验组Ⅰ“张杂谷”中氨态氮/总氮比达到1.41%，较对照组降低了1.70%，差异显著（P＜0.05）。试验组Ⅱ与试验组Ⅰ没有显著差别。说明复合菌剂和市售菌剂效果相当，都能够在发酵过程中产有机酸，抑制腐败菌生长，减少粗蛋白质的损失。

青贮中各营养物质含量见图5。与对照组相比，试验组Ⅰ的ADF、NDF、ADL含量显著降低（P＜0.05），ADF含量为38.28%，NDF含量为54.24%，ADL含量为4.06%，与对照组比较分别降低了4.90%、10.40%、2.26%。整体均比其他两组含量低。试验组Ⅱ的各种纤维素含量与对照组无显著差别。可见，复合菌剂中的菌株F-1和Y-1d的纤维素降解能力较强，而市售菌剂主要由乳酸菌组成，乳酸菌一般不具有降解纤维素的能力。

图4 青贮“张杂谷”的氨态氮/总氮值

图5 青贮“张杂谷”各种纤维物质的含量

2.3 青贮“张杂谷”的有氧稳定性

2.3.1 青贮“张杂谷”开袋后的料温变化 由图6可以看出，将发酵45 d的青贮“张杂谷”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，并且对照组和试验组之间的温度差距也较小。第10天时，对照组的物料温度开始上升，而此时试验组的温度仍与室温相差不大。第12天时试验组Ⅱ的温度也开始高于室温，与对照组温度相近，高于室温5℃。到15 d时试验组Ⅰ的温度接近室温，但还未高于室温。一般认为当青贮“张杂谷”高于环境温度3℃时就开始发生“二次发酵”（刘建新等，1999），说明添加菌株F-1和Y-1d的复合菌剂延缓了“二次发酵”的时间。

图6 青贮“张杂谷”开窖后的料温变化

2.3.2 青贮“张杂谷”开袋后的pH变化 由图7可见，开袋后的前7 d，各组的物料pH彼此之间相差不大，直到第8天，对照组的pH开始上升，12 d时，pH已达到5.99。有报道显示，当青贮物料pH达到5.0时，则说明已发生“二次发酵”（刘建新等，1999）。试验组Ⅰ的pH在第15天时测定为4.98，试验组Ⅰ仍处于稳定状态，试验组Ⅱ在第13天pH为5.02，呈不稳定状态。表明添加菌株F-1和Y-1d的复合菌剂能够提高青贮张杂谷的有氧稳定性。

图7 青贮“张杂谷”开窖后的pH变化

3 讨论

为获得优质的青贮饲料，各国都在积极调配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，其不仅繁殖旺盛，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（邱雪兴等，2014），且生产容易、成本低廉。研究发现，芽孢杆菌还能够产生多种的消化酶，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将具有广泛的应用价值。

目前对青贮饲料的发酵品质主要是以乳酸、乙酸、丁酸含量以及氨态氮占总氮的比值来评价（文奇男等，2011）。乳酸和乙酸能够迅速降低秸秆的pH，有效的防止霉菌和酵母菌等有害微生物的有 氧 腐 败 （Driehuis等，1999；Muck等，1991）。Schmidt等（2010）研究表明，在青贮料中添加乙酸后能够有效的降低pH，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。与市售菌剂相比较，复合菌剂产乳酸和乙酸含量均较高，在增加青贮饲料适口性的同时还可以提高有氧稳定性。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。添加菌剂后试验组Ⅰ和Ⅱ的氨态氮残留都有所下降，复合菌剂和市售菌剂的效果相当，表明这两种菌剂都能够更好的抑制霉菌生长，减少粗蛋白质的流失。由于植物性青贮原料纤维素含量较高，大部分的纤维素都难以利用，不能有效提高青贮饲料的消化率（美合热阿依·木台力甫，2014）。研究得出，利用纤维素酶制剂可解决粗纤维消化率，增加发酵糖的含量。然而纤维素分解酶制剂成本较高，制备复杂，添加量有限。现阶段纤维素酶添加剂在国内外的应用仍在研究中（美合热阿依·木台力甫，2014）。添加微生物菌剂可以有效降解饲料中的纤维素，更大程度的提高纤维素的利用率，还可有效控制成本。试验组Ⅰ的ADF、NDF、ADL含量比对照组分别降低了4.90%、10.40%、2.26%。与美合热阿依·木台力甫（2014）的试验结果相比纤维素的降解效果较好。试验组Ⅱ的各种纤维素含量于对照组没有显著差别。

在青贮中添加复合菌剂后，不仅能够提高乳酸含量，保证乙酸含量，降低氨态氮/总氮和纤维素含量，而且延迟了“二次发酵”时间，提高了其有氧稳定性。添加复合菌剂的试验组Ⅰ在饲料开袋后料温和pH与其他两组相比较低，能够使发酵饲料保持稳定，延长保存时间。因此，F-1和Y-1d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，能够更好的应用到青贮中。

4 结论

本试验结果表明，在“张杂谷”全株中添加菌株F-1和Y-1 d的复合菌剂发酵后，乳酸含量显著提高，丁酸含量显著降低，同时氨态氮/总氮值和不同纤维素含量也有所降低，改善了“张杂谷”的发酵品质，延迟了“二次发酵”时间，提高了其有氧稳定性。