不同阻氧能力青贮袋对玉米青贮发酵品质和有氧稳定性的影响

张居正， 宋国君， 刘忠民， 宋修华

（1.青岛大学材料科学与工程学院，山东青岛 266071；2.山东龙兴塑膜科技股份有限公司，山东潍坊262700）

全株青贮玉米是牛羊等牲畜粗饲料的重要组成部分，尤其是奶牛不可或缺的饲料，青贮饲料的品质直接关系到奶牛营养需求、健康指数、牛奶质量、繁殖能力等，所以提高全株青贮玉米的质量成为目前研究的热点（Gallo等2016；李红宇，2014；Lisa等，2003）。稳定的无氧条件对饲料青贮是至关重要的。目前国内外全株玉米的青贮一般采用窖贮、堆贮或袋贮等方式，都需要使用薄膜材料密封，而且需要在牧场存放12个月左右，因此塑料薄膜的性能直接影响青贮饲料的质量。多层共挤高阻隔青贮膜（Silostop），该薄膜采用尼龙作为阻氧材料，对氧气有较好的阻隔能力，可改善发酵特性，进而提高牧草和青贮玉米的品质，尤其是对干物质损失、有氧稳定性、青贮微生物菌落组成等有显著影响 （Bernardes等，2012；Dolci等，2011；Borreani等，2007），而国内对这一方面的研究较少。

基于此，本试验以聚乙烯/粘合树脂/尼龙（PA）/粘合树脂/聚乙烯五层共挤高阻隔青贮膜、聚乙烯/粘合树脂/乙烯-乙烯醇 （EVOH）/粘合树脂/聚乙烯五层共挤高阻隔青贮膜，通过与国外某品牌高阻隔膜进行对比研究，探究其对实验室贮存玉米青贮饲料营养成分、发酵质量、微生物菌落和有氧稳定性的影响，以期为不同青贮方式的生产实践提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料 试验在山东龙兴塑膜科技股份有限公司内进行，地处鲁中北部沿海平原区，属暖温带季风区大陆性气候，降水多集中于夏季，年平均相对湿度66%，年平均气温12.7℃。选用该公司种植的登海605作为青贮原料 （营养成分见表1），种植时间120 d，将蜡熟期全株玉米整株粉碎至1～2 cm青贮，然后喷洒复合乳酸菌接种剂。

表1 青贮玉米秸秆原料营养成分

1.2 试验设计 将切碎后的青贮玉米随机抽取4份样品，每份分成两组，一组用于化学成分、有氧稳定性和微生物数量变化的分析，一组用于干物质重量损失的分析，分装在四种不同氧气透过量的青贮袋内，青贮袋采用50μm厚的普通聚乙烯塑料膜（简称PE-50）、国外某品牌阻氧青贮膜（简称SSOB-50）、龙兴公司生产的聚乙烯/粘合树脂/尼龙（PA）/粘合树脂/聚乙烯五层共挤高阻隔青贮膜（简称PA OB-50）和聚乙烯/粘合树脂/乙烯-乙烯醇 （EVOH）/粘合树脂/聚乙烯五层共挤高阻隔青贮膜（简称EVOH OB-50）热封制成，袋子折径为50 cm，高度为70 cm，根据《GB/T1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法》测定这四种塑料薄膜材料的氧气透过量分别为2962.41、70.25、64.36、6.03 cm3/（m2·24 h·0.1 MPa）， 测试条件为23.0～23.7℃，相对湿度0，装料密度为550 kg/m3。青贮袋及物料在室内环境温度（18～22℃）下储存，用抽真空机抽真空、密封，室内避光保存，30 d和60 d时打开进行营养成分分析、有氧稳定性评价和微生物计数。

1.3 测定方法

1.3.1 营养物质测定 青贮前和青贮后玉米秸秆的干物质含量、灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维等含量根据张英丽的 《饲料分析及饲料质量检测技术》进行测定，干物质重量损失即青贮时每个青贮袋中植物材料的重量与青贮结束时青贮饲料的重量之差。pH采用pH计（PHS-3E，上海雷磁）测定；NH3-N采用苯酚-次氯酸比色法测定；采用高效液相色谱法测定有机酸（乳酸、乙酸、丙酸和丁酸）含量（傅彤等，2005）；微生物组成采用平板计数法进行观察测定。

1.3.2 有氧稳定性测定 通过监测暴露于空气中青贮饲料的温度升高来确定好氧稳定性，有氧稳定性的评价通过青贮饲料在高于室温2℃之前保持稳定的小时数来表征。青贮发酵进行到30 d和60 d时，从青贮袋中取1000 g青贮料置于透明干净的聚乙烯食品包装箱内，聚乙烯箱放置到绝缘隔热的地方，在每个箱子青贮饲料上放置一层铝箔，以防止干燥和灰尘污染，同时也允许空气渗透。在青贮物料的中心插入温度计测定温度变化，同时监测室温。

1.4 数据统计与分析 试验数据经Excel统计后，用SPSS17.0进行方差分析和多重比较，以不同阻氧膜的类型和保存时间为固定因素，进行四次重复数据分析。以酵母菌计数为自变量，对好氧稳定性数据进行回归分析。采用Duncan’s方法对各组进行多重比较，显著水平设置为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米营养成分的影响 通过表2可以看出，相同青贮时间不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米的干物质、粗蛋白质、NDF、灰分的含量变化影响均不显著（P＞0.05），对干物质重量损失、WSC含量变化影响显著 （P＜0.05）；青贮第30天和第60天WSC含量，采用EVOH高阻氧青贮袋显著高于尼龙阻氧青贮袋（P＜0.05），尼龙阻氧青贮袋显著高于普通聚乙烯青贮袋（P＜0.05）；青贮第30天和第60天时干物质损失，采用普通聚乙烯青贮袋显著高于尼龙阻氧青贮袋（P＜0.05），尼龙阻氧青贮袋显著高于EVOH高阻氧青贮袋（P＜0.05）；采用尼龙阻氧青贮袋和国外某品牌阻氧青贮袋的各营养成分含量变化差异不显著（P＞0.05）。

表2 青贮时间和不同阻氧青贮袋对青贮玉米营养成分的影响

2.2 不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米pH、氨态氮含量、有机酸含量的影响 发酵第60天和第30天时青贮玉米的化学成分有明显变化 （如表3所示），pH均降低，乳酸含量除普通聚乙烯青贮袋升高外，其他青贮袋均降低，乙酸、氨态氮含量均升高。第30天时普通聚乙烯青贮袋内青贮玉米的pH为4.71，而采用尼龙和EVOH阻氧青贮袋贮存的青贮饲料的pH分别为3.82、3.79，第60天时普通聚乙烯青贮袋内青贮玉米的pH为4.56，采用阻氧袋贮存的三种青贮饲料的pH分别为3.76、3.79、3.74，阻氧青贮袋的pH显著低于普通聚乙烯青贮袋（P＜0.05）。相同青贮时间，不同阻氧能力青贮袋贮存的青贮饲料的乳酸、乙酸、氨态氮含量有一定变化，尼龙阻氧青贮袋的乙酸和氨态氮含量显著高于EVOH高阻氧青贮袋（P＜0.05）；普通聚乙烯青贮袋的乳酸含量显著低于尼龙阻氧青贮袋（P＜0.05），第30天时，尼龙阻氧青贮袋的显著低于EVOH高阻氧青贮袋（P＜0.05），第60天时，两种青贮袋的乳酸含量无显著变化（P＞0.05）；青贮相同时间内，尼龙阻氧青贮袋和国外某品牌阻氧青贮袋的乳酸、乙酸、氨态氮含量变化差异均不显著（P ＞ 0.05）。

表3 青贮时间和不同阻氧青贮袋对青贮玉米发酵品质的影响

2.3 不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米有氧稳定性的影响 由图1可以看出，不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米有氧稳定性的差异极显著 （P＜0.01），青贮袋的阻氧能力越强，青贮玉米有氧稳定时间越长，其中采用EVOH高阻氧青贮袋贮存的青贮玉米有氧稳定时间最长，在青贮第30天和第60天时，有氧稳定时间分别达到149 h和297 h。

图1 不同阻氧青贮袋对青贮玉米有氧稳定性的影响

2.4 不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米微生物数量的影响 由表4可知，青贮到第30天和第60天时，不同阻氧能力青贮袋对乳酸菌和霉菌数量的影响不显著（P＞0.05），尼龙和EVOH阻氧青贮袋内青贮饲料的酵母菌和好氧细菌数量显著低于普通聚乙烯青贮袋（P＜0.05），从青贮第30天到第60天，尼龙阻氧袋内的酵母菌和好氧细菌数量比普通聚乙烯袋内的数量少了一个数量级以上，而EVOH阻氧袋内的酵母菌、好氧细菌数量比尼龙阻氧袋内的数量少了一个数量级以上；尼龙阻氧青贮袋和国外某品牌阻氧青贮袋的酵母菌数量变化差异不显著（P＞0.05）。

表4 青贮时间和不同阻氧青贮袋对青贮玉米微生物数量的影响lg cfu/g

2.5 青贮袋阻氧能力与发酵时间对青贮玉米发酵特性和微生物数量的作用 由表5可以看出，发酵时间对pH、WSC、有机酸和NH3-N含量及酵母菌数量影响极显著（P＜0.01），对DM、粗蛋白质、NDF、ADF、干物质损失、灰分含量和好氧细菌数量影响显著（P＜0.05），对其余指标影响不显著（P＞0.05）；青贮袋的阻氧能力对WSC、干物质损失、有机酸含量和酵母菌数量影响极显著 （P＜0.01），对 pH、灰分含量、DM、ADF、NH3-N 和好氧细菌数量影响显著（P＜0.05），对其余指标影响不显著（P＞0.05）；发酵时间与青贮袋的阻氧能力的交互作用对pH、WSC、干物质损失、有机酸、NH3-N含量及酵母菌数量影响极显著（P＜0.01），对其余指标影响不显著（P＞0.05）。

表5 青贮玉米营养成分及微生物数量的双因素方差分析

3 讨论

3.1 不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米营养成分的影响 有效地保存青贮饲料贮存过程中的营养成分并且将这一期间的营养损失降到最低，一直是为反刍家畜提供基本营养的研究重点（Wilkinson等，2013），影响青贮饲料青贮过程中保鲜程度的最重要因素是在贮存期内厌氧发酵达到的程度及其维持情况（Woolford等，1990）。

从青贮第30天到第60天，EVOH阻氧袋、尼龙阻氧袋与普通聚乙烯青贮袋的WSC含量降低，这与 Bernardes等（2012）和 Borreani等（2007）的研究结果类似。可溶性碳水化合物是青贮发酵的底物，是乳酸菌发酵的基础，青贮初期被微生物有氧呼吸消耗分解，所以WSC含量都会减少，但是EVOH相比尼龙和聚乙烯具有更高的阻氧能力，能最早创造厌氧环境，所以WSC损耗最少。

同时EVOH青贮袋隔绝了外部氧气渗透，有利于乳酸菌厌氧发酵，所以青贮初期EVOH青贮袋内乳酸菌较为活跃，能提供更低的pH环境，从而抑制腐败微生物利用DM、WSC和蛋白质，进而使得EVOH青贮袋内青贮玉米干物质、水溶性碳水化合物和蛋白质消耗相对较慢，与尼龙和聚乙烯青贮袋内的青贮玉米相比，干物质损失、灰分降低较少；而聚乙烯青贮袋氧气透过率高，加上内部残留氧气，能维持一定好氧细菌、兼性厌氧细菌的生长繁殖，从而消耗大量碳水化合物及其他有机物，所以聚乙烯青贮袋内干物质损失最为严重；尼龙青贮袋的阻氧能力优于聚乙烯而弱于EVOH，所以WSC损耗、干物质损失居中。

3.2 不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米pH、氨态氮、有机酸的影响 青贮饲料的pH可以反映青贮饲料质量及受腐败菌影响的程度。本试验中，采用不同阻氧能力青贮袋贮存的青贮玉米的pH和乳酸、乙酸含量变化差异较大。通过数据可以看出，EVOH阻氧青贮袋内青贮饲料的pH最低，其次是阻氧性能较好的尼龙青贮袋，这主要是因为乳酸菌是乳酸发酵的启动菌，塑料薄膜的阻氧能力越强，内部氧气更快耗尽，无氧环境越早出现，从而有助于乳酸菌的生长，优异的厌氧环境导致乳酸菌厌氧发酵产生大量乳酸；而后期pH降低是因为乙酸浓度增高，这与异型乳酸菌新陈代谢活跃，产生了大量乙酸有关。Der等（2012）和 Kleinschmit等（2006）研究发现，随着贮存期的延长，干物质逐渐消耗，异型乳酸菌产生的乙酸稳定增长。Oude等（2001）研究发现，无氧条件下布氏乳杆菌能消耗乳酸分解成乙酸和1，2-丙二醇和二氧化碳，EVOH阻氧能力最强，所以最早进行无氧呼吸，导致乳酸、乙酸浓度最高，且含量相对稳定。

青贮饲料发酵品质的好坏还可以通过氨态氮/总氮比值来判断，其比值越小说明青贮饲料的发酵品质越好（刘建新等，1999）。本研究发现，青贮玉米发酵第30天和第60天时，EVOH阻氧青贮袋内青贮饲料的NH3-N含量最低，而聚乙烯青贮袋内青贮饲料在第60天时NH3-N含量略有升高，这是因为后期有少量氧气渗透，导致部分好氧细菌活动，分解消耗了部分蛋白质。综合乳酸含量及氨态氮/总氮比值可以看出，EVOH高阻氧青贮袋贮存的青贮玉米发酵品质最好。

3.3 不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米有氧稳定性的影响 通过提高青贮袋的阻氧能力可以显著提高青贮饲料的有氧稳定性，进而降低二次发酵的机率，避免饲料发霉腐败，减少饲料损失。因为酵母菌的数量和繁殖速度是破坏有氧稳定性的主要原因之一（李健等，2015）。本试验中，由于酵母菌的消耗，青贮60 d时各类青贮袋的好氧稳定性都比青贮30 d时的时间延长，但随着青贮袋阻氧能力的增强，青贮饲料的好氧稳定性也相应提高，EVOH青贮袋内青贮饲料的好氧稳定性比尼龙青贮袋提高了约两倍，尼龙青贮袋内青贮饲料的好氧稳定性比聚乙烯青贮袋的提高了约两倍，而且本试验发现，不同青贮袋开封后青贮饲料的有氧稳定时间与酵母菌数量呈正相关，这与Tabacco等（2011）、Muck 等（2004）、Kung等（1998）的研究结果一致。

吕文龙等（2011）研究发现，异性乳酸菌可明显改善青贮饲料在空气中的有氧稳定性，本试验中阻氧青贮袋可隔绝氧气进入，既有利于同质型乳酸菌生长，也有利于异型乳酸菌生长，异型乳酸菌可在青贮发酵过程中产生乙酸，其可以抑制霉菌等有害菌的生长，随着保存时间延长，乙酸浓度逐渐增加，从而显著提高青贮饲料的有氧稳定性。Danner等（2003）研究发现，醋酸作为有害微生物的抑制剂，青贮饲料开窖后即使DM达到5%，当添加一定量的乙酸，有氧稳定性也可以超出100 h。Orosz等（2013）和 Mc Donell（2008）研究发现，即使高阻隔膜有较低浓度的乙酸，但其有氧稳定性也要高于普通聚乙烯膜，因为高阻隔膜阻止了氧气渗透，为青贮饲料提供了一个稳定的无氧环境，影响了青贮饲料的营养成分、温湿度、pH、微生物组成，进而延长了青贮饲料的有氧稳定性。

3.4 不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米微生物数量的影响 不同微生物菌群的组成对发酵过程有至关重要的影响，乳酸菌无氧发酵产生有机酸，而酵母菌有氧发酵则消耗乳酸产生乙醇，引起青贮饲料腐败变质，好氧细菌与霉菌发酵不仅消耗营养物质，还会产生有毒物质（Lisa等，2003）。本试验中，青贮袋的阻氧能力越强，好氧呼吸期越短，越早进入乳酸发酵期，乳酸菌数量越早处于恒定；阻氧能力越强的青贮袋内同型和异型乳酸菌越活跃，乙酸浓度升高越快，pH降低较快，酵母菌、霉菌、好氧细菌数量降低也较快，其中酵母菌数量变化尤为明显。青贮过程中氧气渗透量是影响酵母菌组成和数量的重要因素之一，Jonsson等（1984）研究发现，保持无氧环境能将酵母菌数量维持在一个低于检测范围的水平，如果增加氧气渗透量，酵母菌数量能增加到106cfu/g以上。该研究发现酵母菌数量的减少与布氏乳杆菌的滋生、青贮饲料中乙酸浓度的逐渐升高、较低的氧浓度环境有关。

4 结论

本试验的结果证明，不同阻氧能力青贮袋对青贮玉米的发酵品质、微生物数量和有氧稳定性有较显著影响，提高青贮袋的阻氧能力，有助于改善青贮玉米储存过程中的发酵品质，减少酵母菌和好氧细菌的数量，提高玉米青贮的好氧稳定性，综合评价表明，五层共挤EVOH阻氧膜的青贮效果最好。