不同水分吸附材料对象草青贮发酵品质及好氧稳定性的影响

尹祥，王咏琪，李鑫琴，田静，王晓亚，张建国

（华南农业大学南方草业中心，广东广州510642）

象草（Pennisetum purpureum）为多年生牧草，具有产量高、抗逆性强等特点，被认为是热带最重要的牧草之一。另外，由于其可溶性碳水化合物含量较高，利于青贮发酵，故在青贮饲料生产中被广泛使用［1］。青贮主要利用厌氧条件下乳酸菌发酵有效保存牧草的营养成分［2］，青贮饲料的发酵品质与原材料特性和青贮方法有关。McDonald 等［3］研究发现高水分饲草单独青贮时，pH 值往往下降缓慢，难以迅速抑制梭菌等有害微生物的增殖，造成营养物质大量损失，发酵品质不佳。象草收割后含水量往往很高，而华南地区气候潮湿多雨不适宜通过晾晒降低其含水量，直接青贮发酵品质较差［4］，对华南地区象草青贮饲料的生产和应用不利。Jones 等［5］研究发现在高水分青贮饲料原料中添加碾碎的谷物通常可以改善其营养和发酵品质。Ferris 等［6］报道添加农副产品甜菜（Beta vulgaris）粕能够有效改善高水分牧草青贮饲料的营养和发酵品质，降低氨态氮含量。我国农产品丰富，小麦（Triticum aestivum）和农业副产物米糠以及麦麸产量巨大，均可作为优质的青贮饲料添加剂。豆腐渣是大豆加工生产豆腐、豆浆以及豆奶的副产物，产量高，含有丰富的蛋白质和膳食纤维以及多糖等营养物质，具有较高的动物饲料开发价值［7］，但由于豆腐渣中含有胰蛋白酶抑制剂、植酸和大豆凝血素等对动物健康和生产性能产生不利影响的抗营养因子，需要通过微生物发酵进行消除［8］。干燥后的豆腐渣不仅具备水分吸附能力，而且营养价值丰富，方便保存，具有作为高水分青贮饲料水分吸附材料的应用潜力，但目前缺乏干豆腐渣用作青贮饲料水分吸附材料的研究。因此，本研究通过对比研究吸附材料小麦粉、米糠、麦麸和干豆腐渣对象草青贮饲料发酵品质和好氧稳定性的影响，旨在筛选出较为理想的青贮水分吸附材料，为华南地区象草青贮饲料的调制提供更可靠的技术。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2019 年9 月 20 日广州市增城区华南农业大学教学科研实验基地（23°14′N，113°37′E）收割株高为 1.2～1.6 m 的第1 茬象草为试验材料。水分吸附材料米糠、小麦粉、干豆腐渣和麦麸购买自农副产品市场。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验设5 个处理：象草单独青贮（CK）；分别添加象草鲜重10% 的米糠（MK）、小麦粉（XM）、干豆腐渣（DZ）和麦麸（MF），每个处理6 个重复。

1.2.2 青贮饲料的调制 象草收获后用铡草机切短至2～3 cm，称取约200 g 装入专用青贮袋中，分别添加象草鲜重10%的米糠、小麦粉、干豆腐渣和麦麸，混匀后分别用真空包装机抽气密封，室温下（约25 ℃）保存60 d。

1.3 指标测定

1.3.1 常规营养成分和微生物数量测定 干物质含量测定方法参照张丽英［9］的饲料分析；粗蛋白（crude protein，CP，% DM）含量采用凯氏定氮法（定氮仪 KN680，ALVA 仪器有限公司）测定［10］；粗灰分（crude ash，CA，% DM）含量采用灼烧法测定［10］；可溶性碳水化合物（water-soluble carbohydrate，WSC，% DM）含量采用蒽酮−硫酸法测定［11］；缓冲能采用盐酸、氢氧化钠滴定法测定［12］；粗纤维（crude fibre，CF，% DM）、中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF，% DM）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF，% DM）含量采用滤袋分析法测定（ANKOM A-200i，北京）［13］。无菌操作条件下取10 g 样品，加90 mL 无菌水，用稀释涂布平板法测定微生物数量。乳酸菌、好氧细菌、酵母菌和霉菌数量分别采用 MRS 琼脂培养基（蛋白胨，10 g·L−1；牛肉膏粉，5 g·L−1；酵母膏粉，4 g·L−1；葡萄糖，20 g·L−1；吐温 80，1 mL·L−1；K2HPO4，2 g·L−1；CH3COONa，5 g·L−1；柠檬酸三铵，2 g·L−1；硫酸镁，0.2 g·L−1；磷酸锰，0.05 g·L−1；琼脂，15 g·L−1）、营养琼脂培养基（蛋白胨，10 g·L−1；牛肉膏粉，3 g·L−1；NaCl，5 g·L−1；琼脂粉，15 g·L−1）和马铃薯葡萄糖琼脂培养基（马铃薯浸出粉，300 g·L−1；葡萄糖，20 g·L−1；琼脂，15 g·L−1；氯霉素，0.1 g·L−1）培养计数［14］。乳酸菌在厌氧条件下 37 ℃培养 2 d；好氧细菌、酵母菌和霉菌在有氧条件下30 ℃培养2～3 d。

1.3.2 发酵品质和好氧稳定性测定 称取20 g 混匀的青贮饲料，加入80 mL 蒸馏水，在4 ℃下浸泡18 h 后过滤，测定pH、NH3-N 和有机酸含量。pH 值用FE28 pH 计测定；氨态氮采用凯氏定氮仪直接蒸馏测定；取2 mL 滤液在低温离心机中12000 r·min−1离心3 min，再用0.45 μm 的微孔滤膜过滤，使用岛津LC-20AT 型高效液相色谱仪分析滤液中的有机酸含量。色谱条件：色谱柱为RSpak KC-811；检测器为RID-10A；流动相为0.1 mmol·L−1的磷酸溶液；流速为1 mL·min−1；柱温40 ℃；进样量20 μL。青贮饲料开袋取样分析后，剩余的青贮饲料不封口放置在青贮袋中用干净的湿纱布覆盖袋口防止青贮饲料水分蒸发，于不同天数（d）取样分析pH。pH 值上升幅度小，则好氧稳定性较好，反之则较差。

1.4 数据处理

试验数据采用IBM SPSS Statistics 19 和Excel 软件进行处理和统计分析，采用单因素方差分析对象草及各添加处理的营养价值、青贮指标（pH 值、有机酸等）和微生物数量进行检验。处理间采用邓肯氏（Duncan）多重比较检验，显著水平为P＜0.05。

2 结果与分析

如表1 所示，与对照相比，所有添加处理均显著增加了DM 含量（P＜0.01），但对WSC 含量无显著影响（P＞0.05）。添加小麦粉、干豆腐渣和麦麸显著增加了CP 含量（P＜0.01）。添加小麦粉、麦麸显著降低了CF 含量（P＜0.01）。所有添加物对NDF 均无显著影响（P＞0.05），添加小麦粉和麦麸显著降低了ADF 含量（P＜0.01）。添加小麦粉、干豆腐渣和麦麸显著降低了CA 含量（P＜0.01）。添加米糠、小麦粉和麦麸显著增加了pH，添加米糠、小麦粉和干豆腐渣显著降低了缓冲能（P＜0.05）。添加干豆腐渣和麦麸显著增加了青贮原材料乳酸菌的数量，添加麦麸显著增加了青贮原材料好氧细菌数量（P＜0.01），并降低了酵母数量（P＜0.05），所有添加处理对霉菌数量无显著影响（P＞0.05）。

表1 添加水分吸附材料后的营养成分和微生物数量Table 1 Nutrient index and microbial counts before silage treatment with different moisture-absorbing materials

如表2 所示，所有添加处理均显著增加了青贮饲料的DM 和乳酸含量（P＜0.01），对pH、乙酸和丙酸含量无显著影响（P＞0.05），添加小麦粉显著增加了丁酸和 NH3-N 含量（P＜0.05）。如表 3 所示，添加米糠显著增加了象草青贮饲料中乳酸菌数量（P＜0.05），其他处理无显著影响（P＞0.05）。所有处理的好氧微生物数量无显著变化（P＞0.05），并均未检测出酵母和霉菌。对照和添加米糠的处理在暴露空气9 d 后pH 值发生明显变化，而到了第13 天只有添加小麦粉和干豆腐渣的处理pH 值保持稳定，说明添加小麦粉和干豆腐渣的象草青贮饲料好氧稳定性最好（图1）。

表2 不同水分吸附材料对象草青贮发酵品质的影响Table 2 Effects of different moisture-absorbing materials on fermentation quality of napier grass silage

表3 不同水分吸附材料对象草青贮饲料微生物数量的影响Table 3 Effects of different moisture-absorbing materials on the number of microorganisms of napier grass silage（log10 cfu·g−1 FM）

图1 有氧条件下不同水分吸附材料处理的象草青贮饲料pH值变化Fig. 1 pH value changes of napier grass silage with different moisture-absorbing materials after exposed to the air

3 讨论

青贮饲料的发酵品质主要取决于牧草特性，包括DM 含量，可溶性碳水化合物（WSC）含量以及附生微生物组成等。一般情况下青贮原材料的WSC 含量达到6.0%～7.0% DM，附生乳酸菌数量超过105cfu·g−1FM 就能满足很好的青贮发酵需求［3］。青贮成功的关键在于促进乳酸菌生长，在厌氧条件下，当青贮原材料DM 含量、缓冲能、WSC 含量适宜时，附着的乳酸菌才能够进行大量繁殖，pH 值迅速降低，抑制有害菌（大肠杆菌、梭菌、芽孢杆菌、酵母菌、霉菌等）生长。本研究中象草的WSC 含量虽然高达6.72% DM，达到了优质青贮饲料WSC 的含量需求，但是附生的乳酸菌数量少于105cfu·g−1FM，好氧细菌的数量远远超过了乳酸菌的数量，DM 含量只有15.44% FM，不利于乳酸菌发酵，乳酸产生速率较低，pH 下降缓慢，容易引起有害菌的生长繁殖［15］，导致单独青贮效果不佳（表2，P＜0.01）。适宜的含水量是调制优良青贮饲料的必备条件［16］，本研究中所有添加处理的DM含量均显著增加（表1，P＜0.01），并且降低了缓冲能值，改善了原材料的理化特性（表1），更加有利于乳酸发酵（表2，P＜0.01）。米糠和麦麸可作为优质的水分吸附材料，用于调制高水分青贮饲料，本研究中添加米糠和麦麸显著提升了乳酸含量（表2，P＜0.01），这与何玉鹏等［17］的研究结果相似，添加干豆腐渣也有同样的效果并且其丁酸和氨态氮的含量呈现下降的趋势（表2），说明干豆腐渣具有作为优质水分吸附材料的应用潜力。相对于其他添加材料，小麦粉的营养成分更加充足且更加容易被微生物利用［18］，在青贮原材料附生的乳酸菌数量过少的情况下，乳酸菌难以快速生长繁殖迅速降低pH，导致有害微生物得以生长繁殖，降解营养物质并产生大量的丁酸和NH3-N［3］，导致添加小麦粉的处理丁酸和NH3-N 的含量显著增加（表2，P＜0.05），因此效果不佳。

青贮开袋后，由于氧气进入，酵母、霉菌等好氧微生物开始利用青贮发酵产生的乳酸及牧草中的氨基酸、蛋白质和糖类进行增殖，使青贮饲料中乳酸减少，pH 值逐渐上升进一步促进好氧微生物的增殖最终发生好氧变质［19−20］。包括对照在内的所有处理在暴露于空气中第9 天后只有添加小麦粉、干豆腐渣和麦麸的处理pH 值仍保持相对稳定，到了第13 天只有添加小麦粉和干豆腐渣的处理pH 保持稳定，说明添加小麦粉和干豆腐渣能够更有效提高象草青贮饲料的好氧稳定性（图1），研究表明丁酸和NH3-N 含量的增加可造成好氧稳定性的升高［3］，而添加小麦粉处理的丁酸和NH3-N 含量显著高于其他处理（表2，P＜0.05），添加豆腐渣的处理丁酸和NH3-N 含量最低，分别只有0.04% DM 和9.75% TN，符合优质青贮饲料的标准，因此，添加小麦粉的处理好氧稳定性与干豆腐渣相似，可能与其青贮发酵品质较差有关，进而表明添加干豆腐渣处理的青贮效果要优于小麦粉。

4 结论

添加象草鲜重10%的米糠、麦麸和干豆腐渣均能改善象草青贮饲料的发酵品质，添加干豆腐渣能够显著改善象草青贮饲料的好氧稳定性，综合比较分析营养特性、青贮发酵品质和好氧稳定性，干豆腐渣具有作为优质青贮水分吸附材料的应用潜力。