外源淀粉酶对水化玉米青贮饲料发酵、营养价值及体内消化率的影响

陈 明，禹爱兵

（1.江苏农牧科技职业学院，江苏泰州 225300；2.新希望六和股份有限公司，北京 100102）

非纤维碳水化合物（尤其是淀粉）是高产反刍动物的主要能量来源，优化其消化率仍然是反刍动物营养的一个挑战。高水分玉米在反刍动物日粮中已取代烘干玉米，因为其瘤胃淀粉降解相对较高，这与玉米胚乳在青贮发酵过程中玉米醇溶蛋白的溶解性提高有关。高水分玉米提高了淀粉的可降解性，特别是当玉米籽粒中含有较高比例的胚乳（Correa等，2002）。尽管高水分和水化玉米在青贮过程中也有类似的干物质损失率，但关于后者的应用研究较少。Kung等（2007）强调，与其他传统作物相比，高水分玉米具有较低的水分活性，这限制了发酵、有机酸积累和微生物活性。此外，高水分玉米含有少量的水溶性碳水化合物，在青贮过程中，淀粉酶解时间长，青贮pH下降。因此，增加淀粉溶解性可以提高酸的浓度，降低pH，这与青贮饲料体外降解率提高有关（Ferraretto等，2014）。

外源酶可以增加植物细胞壁的降解，改善作物发酵，并为乳酸菌提供糖，从而提高青贮饲料的营养价值（顾拥建等，2016）。Ning等（2017）报道了经淀粉酶处理的青贮饲料乳酸浓度增加，pH降低。有几项研究评估了饲粮中淀粉酶对牛消化率的影响，但这些研究的结果存在差异（Takiya等，2017；Rojo-Rubio等，2005）。我们认为，造成这种不一致的主要原因之一是添加到日粮中的酶与底物相互作用的时间不足，而这可以通过在青贮过程中添加酶来克服。因此，我们假设在水化玉米青贮饲料中添加淀粉酶会增加乳酸浓度，降低青贮饲料pH，从而对青贮饲料的营养价值、羔羊营养摄入量和消化率产生积极影响。

1 材料与方法

1.1 试验设计（试验1） 青贮前水化玉米的营养成分分析见表1。采用24个仓储的水化玉米（粒径为2.5 mm、干物质含量为625 g/kg），进行完全随机化设计，包括以下处理（1）对照组，不添加外源酶 ；（2）糖化酶酶（300 U/kg）组 ；（3）淀粉酶（300 U/kg）组，酶购自建民工业，其中酶的用量由厂家推荐，淀粉酶从黑曲霉中分离得到，最佳pH为4.5左右，pH在3.5～5.5之间有效。糖化酶的最佳pH为4.3左右，pH在3.2～5.5之间有效。青贮玉米放置在装有气门的塑料桶内（高度30 cm，直径30 cm），以避免气体渗透。青贮玉米密度950 kg/m3，密封称重，放置在室温[（28.5±2.5）℃]保存45 d。打开塑料桶前，对筒仓进行称重，以确定气体损失，收集样品，均质，分别进行化学、pH、发酵产物和微生物含量分析。

表1 水化玉米青贮前营养成分分析

酶活性评价：取样品5 g，以100 rpm持续摇1 h，加蒸馏水40 mL，然后用尼龙布过滤，5℃3000×g离心5 min。测定酶活性的方法是将0.1 mL酶悬浮液加入含有10 g/kg玉米淀粉的0.9 mL醋酸钠缓冲液（0.1 M和pH 5.0）中，50℃反应10 min后，用3，5-二硝基水杨酸法测定540 nm吸光度。采用培养基法测定微生物含量，比色法测定青贮玉米中氨氮浓度。使用气相色谱法测定挥发性脂肪酸和乙醇浓度。

1.2 动物试验（试验2） 动物试验采用3×3拉丁方设计，以9只阉割羔羊[（25.4±4.57）kg体重，（6.0±0.4）月龄]为研究对象，评价淀粉酶处理青贮水化玉米对羔羊营养摄入和消化率的影响。动物被关在代谢笼中，每天早上7点和下午1点各饲喂1次。取样期间每天收集饲料和剩余的饲料样品，并汇集成一个混合样品，以便随后进行化学分析。试验第16～18天，通过一个代谢笼装置将尿液和粪便分离，收集全部粪便。每24小时称一次粪重量，每天取10%的粪样品，进一步分析干物质、粗蛋白质、中性洗涤纤维和淀粉的消化率。羔羊饲料组成及营养成分见表2。

表2 日粮组成及营养成分

1.3 统计分析 采用SPSS单因素方法分析数据，采用Tukey法进行多重比较，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 试验1 由表3可知，淀粉酶显著增加青贮过程气体、出水和总损失（P＜0.05），显著降低干物质回收率（P＜0.05）。与淀粉酶组相比，糖化酶组显著提高气体和出水损失（P＜0.05），而总损失有降低趋势（P=0.052），干物质回收有升高趋势（P=0.052）。

由表4可知，外源淀粉酶显著提高了青贮水化玉米干物质、体外干物质降解及淀粉酶活力（P＜0.05）。糖化酶较淀粉酶显著提高了青贮水化玉米淀粉酶活力（P＜0.05），但对青贮水化玉米化学成分，如干物质、有机物、淀粉、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素、粗蛋白质、粗脂肪含量无显著影响（P＞0.05）。

表3 不同淀粉酶处理对青贮水化玉米的发酵损失

表4 不同淀粉酶处理对青贮水化玉米化学成分和酶活力的影响

由表5可知，淀粉酶显著提高了青贮水化玉米中乳酸菌含量及乙酸和丙酸浓度（P＜0.05），而外源酶组较对照组有提高乙酸浓度的趋势（P=0.09），显著降低pH、霉菌+酵母硒数量和乙醇浓度（P＜0.05）。与淀粉酶组相比，糖化酶组显著提高了青贮水化玉米乳酸菌、厌氧菌、好氧菌、乳酸及氨氮浓度（P＜0.05），显著降低了乙酸浓度（P＜0.05）。

2.2 试验2 由表6可知，羔羊采食用酶处理的青贮水化玉米较对照组显著提高了干物质、粗蛋白质和淀粉的摄入量和消化率（P＜0.05）。与淀粉酶处理组相比，糖化酶组显著降低了羔羊干物质摄入量（P＜0.05），有降低粗蛋白质和淀粉摄入量的趋势（P=0.09）。

表5 不同淀粉酶处理对青贮水化玉米微生物和发酵成分的影响

表6 不同淀粉酶处理青贮水化玉米对羔羊养分消化率和采食量的影响

3 讨论

外源酶的加入增加了气体和废水的损失，导致干物质回收率下降4.32%。Giuberti等（2014）认为，淀粉蛋白基质避免了微生物对淀粉颗粒的附着和酶解。在本研究中，酶增加了青贮玉米乳酸浓度，这可能与提高微生物活性和玉米醇溶蛋白水解有关。青贮玉米发酵过程中玉米醇溶蛋白的降解与微生物活性和有机酸生产呈正相关（Junges等，2017）。淀粉酶和葡萄糖淀粉酶（糖化酶）分别在玉米生产乙醇的液化和糖化过程中被使用，采用热稳定型淀粉酶在高温下对淀粉进行增溶，再加入糖化酶在较低温度下可以促进可溶性淀粉产糖（Taylor等，2008）。因此，在青贮饲料发酵过程中，两种酶都能增加可用于有机酸生产的水溶性碳水化合物。在青贮过程中，微生物对葡萄糖的发酵速率比麦芽糖和糊精快，这使得糖化酶处理青贮的发酵效果和损失比淀粉酶处理的更明显。

在本研究中，在青贮水化玉米中添加酶，特别是糖化酶，可以降低酵母菌pH和数量。糖化酶处理后的青贮玉米乙酸浓度明显高于淀粉酶组，乳酸浓度明显低于淀粉酶组。Danner等（2003）认为，乙酸是主要的有机酸，与好氧暴露后，青贮饲料pH降低呈正相关。此外，酵母可以吸收乳酸，并在许多类型的青贮饲料中引发腐败，而高干物质含量的原料增加渗透压，降低水活性，抑制酵母和霉菌的生长（Pahlow等，2003），这与本试验添加酶后提高青贮玉米干物质含量的结果一致。在厌氧条件下，酵母可以将淀粉发酵成乙醇，而在好氧条件下，许多酵母可以利用乳酸进行腐败。

饲喂含有酶的青贮饲料的羔羊，其干物质、粗蛋白质、淀粉摄入量和养分消化率较高。随着酶对淀粉增溶作用的增强，本研究还观察到酶对粗蛋白质消化率的正向影响。反刍动物主要通过短期调节来限制饲料摄取量，通过这一机制调节摄取量的动物其瘤胃被填满到最大程度，这就决定了采食行为的结束，而每日摄取量由可消化物质的消化率和不可消化物质的通过率决定。因此，在水化玉米中添加酶对淀粉、粗蛋白质、干物质摄取量和消化率都有积极影响。但在饲喂添加酶的青贮饲料中，淀粉酶组干物质摄入量高于糖化酶组。糖化酶对淀粉降解的终产物是葡萄糖，而淀粉酶降解主要生产麦芽糖和糊精。Allen（2000）将过度发酵的碳水化合物描述为通过增加瘤胃渗透压和对酸中毒的易感性来有效调节饲料摄入量。

4 结论

淀粉酶促进了水化玉米的发酵，提高了青贮水化玉米的体外降解和羔羊体内营养物质的消化率。在评价的两种酶之间，糖化酶增加了水化玉米青贮的发酵损失，淀粉酶使羔羊的采食量最大化。